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Einrichtung zur Einstellung der Schmierfilmdicke unter dem gleitend
bewegbaren Arbeitstisch einer Werkzeugmaschine, insbesondere unter der Planscheibe
einer Karusselldrehbank Hochgewichtige, relativ zueinander bewegbare Maschinenteile,
beispielsweise die Werkstückaufnahmen, -drehtische, Planscheiben u. dgl. von Werkzeugmaschinen,
wie Drehbänke, Hobel-, Fräs- und andere Maschinen, die sich gegenüber ihren Betten
oder Untersätzen entlang besonderer Lauf- oder Führungsbahnen rotatorisch oder translatorisch
bewegen, bedürfen ständig ausreichender Schmierung. Letztere muß allen auftretenden
Reibungsverhältnissen, die sich je nach Geschwindigkeit und Belastung des bewegbaren
Teiles ändern, gewachsen sein.
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Dazu ist es bekannt, den Führungsbahnen Schmiermittel mittels Pumpen
unter einem so hohen Druck zuzuführen, daß das Gewicht der Werkstückauflage samt
demjenigen des Werkstückes von dem im Schmierspalt gebildeten Schmiermittelpolster
getragen wird. Dabei ist es erwünscht, die Schmiermittelschicht unabhängig von der
Größe und Lage der Belastung sowie der Geschwindigkeit des beweglichen Maschinenteils
immer gleich stark zu halten.
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Für die Regelung der Schmierspaltweite an Werkzeugmaschinen sind eine
Reihe von Maßnahmen bekannt. Eine bekannte Vorrichtung für Werkzeugmaschinen sieht
eine Regelung der Schmierspaltdicke durch Vergleich der hydraulischen Widerstände
vor. Der Vergleich erfolgt dabei zwischen Vergleichskreisen, von denen einer an
der zu regelnden Stelle in der Maschine liegt. Der Soll-Ist-Wert-Vergleich ergibt
bei dieser Anordnung jeweils dann den Wert Null - d. h. die Schmierspaltdicke hat
dann ihre verlangte Größe -, wenn beide Kreise pro Zeiteinheit die gleiche Ölmenge
durchströmt. Bei der bekannten Regelvorrichtung liegt im Ruhezustand zwischen Soll-und
Ist-Spalt keinerlei Unterschied vor. Tritt jedoch eine Bewegung der Flächen gegeneinander
ein, so tritt zwangläufig eine Erwärmung des Schmiermittels im Spalt auf. Die entstehende
Wärmemenge ist dabei unter anderem stark von der Gleitgeschwindigkeit abhängig.
Rechnerisch und praktisch liegen die auftretenden Temperaturunterschiede z. B. im
Spalt eines großen Karussells zwischen 10 und 25° C über Raumtemperatur in Abhängigkeit
von der Gleitgeschwindigkeit. Die Viskosität des Öls als Schmiermittel ändert dabei
ihren Wert von etwa 12 kg sec%m2 auf etwa .4 kg sec/cm2. Da die entstandene
Wärmemenge regelmäßig nur hinter der Wärmequelle, nämlich hinter dem Spalt abgeführt
werden kann, ergeben sich Abweichungen in den durchströmenden Ölmengen, so daß sich
keine genaue Messung des Schmierspaltes auf Grund des hydraulischen Widerstandes
zweier Kreise ergibt. Bei der bekannten Regelvorrichtung läßt sich daher der Sollwert
nur dann exakt erreichen, wenn die den Spalt begrenzenden Flächen keine Relativbewegungen
gegeneinander ausführen.
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Bei bestimmten Maschinentypen und bestimmten Bearbeitungsfällen genügt
es, wenn ein Spalt als solcher ständig erhalten bleibt. Diese Bedingung reicht aber
nicht aus, wenn am Werkstück Absolutmessungen vorgenommen werden sollen. Daher ist
die bekannte Regelvorrichtung für solche Messungen ungeeignet, da sie nur dann genaue
Werte zuläßt, wenn sich während der Bearbeitung die Gleitgeschwindigkeiten nicht
verändern.
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Andere bekannte Regelvorrichtungen zur Gewährleistung einer bestimmten
Schmierspaltweite berücksichtigen Unterschiede in der Gleitgeschwindigkeit, die
zu Schmierspaltänderungen dadurch führen können, daß die den Vertiefungen in der
Laufbahn zugeführten Druckmittelmengen verändert werden, und zwar derart, daß die
Mengenänderungen in allen Vertiefungen etwa gleich sind. Diese bekannte Art der
Wiederherstellung der vorgesehenen Schmierspaltweite geht aber zu langsam vonstatten,
um das Auftreten von Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung eines Werkstückes auszuschließen.
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Wesentlicher ist es, örtliche Schmierspaltabweichungen vom Soll-Wert,
die durch ein Schiefstellen, beispielsweise einer Planscheibe insgesamt oder auch
durch eine Verbiegung derselben durch örtliche,
außermittige Belastungen
auftreten können, bereits im Entstehen sofort rückgängig zu machen. Dies kann nach
einer bekannten Regelvorrichtung mittels in den Vertiefungen angeordneter Taster
erfolgen, welche Teil eines Regelkreises sind, der nach einem Soll-Ist-Wert-Vergleich
die Schmiermittelzufuhr zu den einzelnen Vertiefungen ändert.
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Regeleinrichtungen, die hier Verwendung finden können, sind in verschiedenen
Ausführungen bekannt, aber wenig geeignet, wenn Drosselventile mechanisch zu verstellen
sind und es zweckmäßig erscheint, die Verstellung motorisch vorzunehmen. Bei einer
solchen Regeleinrichtung erfordert jede mechanische Verstellung des Drosselventils
bzw. der Drosselventile ein Anlaufen in der einen oder anderen Richtung und Wiederstillsetzen
der Motore, so daß sich Verzögerungszeiten ergeben, die den Anforderungen nicht
genügen, welche bei der örtlichen Regelung der Schmierspaltweite unter dem Arbeitstisch
einer Werkzeugmaschine zu stellen sind.
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Ausgehend von einer Einrichtung zur Einstellung der Schmierfilmdicke
unter dem gleitend bewegbaren Arbeitstisch einer Werkzeugmaschine, insbesondere
unter der Planscheibe einer Karusselldrehbank; durch Regelung der Zufuhr der Schmiermittehnenge
einzeln in die in der Gleitfläche angeordneten Vertiefungen, in denen jeweils ein
ein zugeordnetes Drosselventil steuernder Fühler angeordnet ist, der als Meßglied
eines Regelkreises mit Regelmotor die in die Vertiefung einfließende Schmiermittehnenge
unabhängig von der Menge in den anderen Vertiefungen durch einen Soll-Ist-Wert-Vergleich
der Schmierfilmdicke im Bereich der Vertiefung auf den Soll-Wert regelt, sieht die
Erfindung vor, daß der Regelmotor ein Sonnenrad eines Kegelrad-Umlaufrädergetriebes
antreibt, dessen anderes Sonnenrad von einem Motor konstanter Drehzahl antreibbar
ist, wobei die Drehung des Steges der Planetenräder das Drosselventil in der Zufuhrleitung
verstellt.
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Bei der Regeleinrichtung gemäß der Erfindung ist der Vorteil gegeben,
daß der Regelmotor ständig läuft und seine Regelfunktion ausschließlich durch Drehzahländerungen
ausübt, wobei auch die Planetenräder ständig rotieren, so daß im Bereich des Kegelrad-Umlaufrädergetriebes
bei der Verstellung keine ruhende Reibung zu überwinden ist. Das führt dazu, daß
die Verstellung des Steges unmittelbar mit der Drehzahländerung des Regelmotors
einhergeht, so daß entsprechend der Impulsgabe des Fühlers die mechanische Verstellung
des Drosselventils erfolgt.
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Derartige, von zwei Motoren angetriebene Kegelrad-Umlaufrädergetriebe
sind als Regelgetriebe z. B. für Kraftmaschinen bekannt. Dabei wird das eine Sonnenrad
von einer Hilfsmaschine mit der einzuhaltenden Drehzahl, das andere von der einzuregelnden
Maschine mit entgegengesetzter Drehrichtung angetrieben. Als Folge der Drehzahldifferenz
erfährt der Steg des Getriebes seine Verstellung, die das Einregeln der Maschine
bewirkt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß
der Steg des Umlaufrädergetriebes über ein Spindelgetriebe mit dem Drosselventil
verbunden ist, was eine besonders feine Einstellung ermöglicht.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an dem Beispiel der Regelung der
Schmiermittelzufuhr zur Führungsbahn der Planscheibe einer Karusselldrehbank veranschaulicht.
Sie ist indessen nicht auf diese Ausführung beschränkt, sondern kann in entsprechend
abgewandelter Form beispielsweise auch bei Maschinen mit geradliniger Führungsbahn
Anwendung finden.
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Fig. 1 und 1 a zeigen das Regelschema für eine Vertiefung innerhalb
der Führungsbahn; Fig: 2 zeigt den schematischen Grundriß der Versorgung einer Planscheibe
mit Schmiermittel unter Verwendung von Regeleinrichtungen nach den Fig. 1 und 1
a.
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Die in Fig. 1 nur ausschnittweise dargestellte Planscheibe 1, die
ein nicht gezeichnetes Werkstück zu tragen hat, ist in bekannter Weise auf einem
Bettuntersatz 2 gelagert, der in der Lauf- oder Führungsbahn 3 einen zu ihr konzentrischen
Ölkanal aufweist, der durch feste Stege 4 (Fig. 2) in einzelne Vertiefungen 5 unterteilt
ist. Die Anzahl dieser Vertiefungen richtet sich nach der Größe der Planscheibe,
d. h., sie wird mit deren Durchmesser größer. Zwischen der Planscheibe und ihrem
Untersatz bildet sich durch Zufuhr von Schmiermittel zu den Vertiefungen 5 ein Spalt
6, dessen Weite a stets gleichbleiben soll, gleichgültig wie groß die Last der Planscheibe,
ihre Geschwindigkeit und die Art ihrer Belastung '- einseitig bzw. exzentrisch oder
gleichmäßig - ist.
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Der jeweilige Wert der Weite a des Schmierspaltes 6, der Ist-Wert,
wird durch einen Meßfühler 7 gemessen, der etwa in der Mitte jeder Vertiefung 5
angeordnet ist und einen induktiven, kapazitiven oder pneumatischen Aufnehmer haben
kann. Der Meßwert wird als Impuls über die Leitung 7' einem Soll-Ist-Wert-Vergleicher,
beispielsweise einem induktiven Regelkompensator 8, zugeführt, dem der Soll-Wert
vorgegeben ist und von dem aus die ermittelte Differenz zwischen Soll- und Ist-Wert
über die Leitung 8' einem Verstärker 9, z. B. einen elektronischen Verstärker und
von diesem aus über die Leitung 9' dem Regelmotor 10 zugeleitet wird, wie es die
Fig. 1 a veranschaulicht.
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Das Schmiermittel wird den Vertiefungen 5 der Führungsbahn durch eine
Zahnradpumpe 11 über eine Sammelspeiseleitung 12 unter eingestelltem, gleichbleibendem
Druck zugeführt. Sämtliche Regelsysteme, die bei ein und derselben Maschine verwendet
werden, sind an die Leitung 12 angeschlossen, die bei rundlaufenden Maschinen zweckmäßig
eine Ringleitung ist (Fig. 2). Der Druck der Pumpe 11 wird durch das überdruckventil13
eingestellt. Natürlich wäre es auch möglich, jede Regeleinrichtung für sich mit
einer besonderen Pumpe zu speisen. Finden eine Sammelspeiseleitung 12 und nur eine
einzige Pumpe 11 Anwendung, so werden die einzelnen Regeleinrichtungen 23 durch
Zweigleitungen 12', 12" mit der Sammelspeiseleitung bzw. den einzelnen Vertiefungen
5 der Laufbahn 3 verbunden (Fig. 2).
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In die Schmiermittelleitung von der Pumpe 11 zu den Vertiefungen 5
in der Führungsbahn 3 ist außer dem überlaufventi113 ein verstellbares Drosselventil
14 eingefügt. Es hat einen verschiebbaren Kolben 15, dessen Bewegung die der jeweiligen
Vertiefung zugeführte Schmiermittelmenge und damit die Weite des Schmierspaltes
ä verändert. Betätigt wird der Drosselkolben 15 über eine geteilte Kolbenstange,
deren Länge durch einen Spindeltrieb verändert wird. Das mit dem Ventilkolben 15
verbundene Ende des Kolbenstangenteiles 17 trägt das Muttergewinde 16 des Spindelbetriebes,
während der andere Kolbenstangenteil 17' mit der zugehörigen Schraubenspindel
18 in
das Muttergewinde 16 eingreift. Das andere Ende des
Kolbenstangenteils 17' ist, wie Fig. 1 a zeigt, mit dem Steg 19 der Umlaufräder
20, 20' eines Umlaufrädergetriebes gekuppelt. Eines der beiden Sonnenräder,
nämlich das Rad 21 dieses Umlaufrädergetriebes, das zweckmäßig ein Kegelrad-Differentialgetriebe
ist, wird von einem Motor 22 mit konstanter Drehzahl angetrieben, während das andere
Sonnenrad 21' seinen Antrieb von dem Regelmotor 10 erhält.
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Wenn der Regelmotor 10 mit der Drehzahl des konstant laufenden
Motors 22 umläuft, steht der Steg 19 des Umlaufrädergetriebes still. Dann
bewegt sich auch der Drosselkolben 15 nicht, die Ventilöffnung behält die eingestellte
Größe und läßt konstant eine bestimmte Menge Druckschmiermittel zum Schmierspalt
gelangen. Ändert sich die Ankerspannung des Regelmotors 10 nach Maßgabe einer Änderung
der Weite a des Schmierspaltes, so läuft der Regelmotor 10 gegenüber dem
Motor 22 schneller oder langsamer. Dadurch wird der Steg 19 des Umlaufrädergetriebes
jeweils in einer der beiden Drehrichtungen - im Uhrzeigersinn oder entgegen dem
Uhrzeigersinn -in Drehung versetzt und mit ihm der Spindelteil 18
der Kolbenstange
17'. Dadurch schraubt sich die Spindel 18 entweder in das Muttergewinde 16 hinein
oder aus ihm heraus, wodurch die Kolbenstange insgesamt verkürzt bzw. verlängert,
die Öffnungsweite des Ventils 14 vergrößert bzw. verkleinert und dadurch
die Menge des den Vertiefungen 5 zufließenden Schmiermittels geregelt wird.
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Wie oben schon erwähnt, können bei einer kreisförmigen Führungsbahn
mehrere sektorförmige Schmiermittelvertiefungen 5 vorgesehen sein, die über
eine Sammelspeiseleitung 12 von einer einzigen Druckpumpe 11 aus mit Schmiermittel
versorgt werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder Vertiefung 5 auch
je eine Regeleinrichtung zugeordnet, welche in Fig. 1 a insgesamt mit 23 bezeichnet
ist. Eine derartige Einrichtung hat den Vorteil, daß sie nahezu völlig verzögerungslos
arbeitet, indem die von dem Regelmotor angetriebenen Teile eine ruhende Reibung
nicht zu überwinden haben.