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Hydrostatischer Antrieb, insbesondere für Schwenkarm-Stanzmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf einen hydrostatischen Antrieb, insbesondere für Schwenkarm-Stanzmaschinen,
dessen Schwenkmotor einen doppelseitig beaufschlagbaren, eine Zahstange bewegenden
Kolben auweist mit zwecks Abbremsung der Bewegung in den Kolbenendstellungen in
Sackbohrungen in den Zylinderdeckeln eintauchenden, beiderseits des Kolbens angeordneten
Zusatzkolben und einem in die Zahnstange eingreifenden Ritzel als Abtriebsglied.
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Bei den bekannten Stellmotoren dieser Art befinden sich Zahnstange
und Ritzel in ständigem Eingriff, daher ist das Ritzel in beiden Drehrichtungen
nur mittels der Zahnstange bzw. unter Bewegung des Kolbens bewegbar.
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Bei Schwenkarm-Stanzmaschinen ist es erwünscht, den schwenkbaren Stanzarm,
der kraft- und formschlüssig mit dem Ritzel und somit auch formschlüssig mit der
Zahnstange in Verbindung steht, von Hand und ohne Benutzung des hydraulischen Antriebes
nach der einen oder anderen Seite ausschwenken zu können. Dies ist bei bekannten
Schwenkmotoren dadurch ermöglicht, daß die Druckmittelleitungen zu den Zylinderräumen
beiderseits des Kolbens unmittelbar mit dem Druckmittelbehälter verbunden werden,
so daß bei einer Verschwenkung des Schwenkarmes von Hand über das Ritzel eine Verschiebung
der Zahnstange und damit des Kolbens möglich ist. Die Bewegung des Schwenkarmes
erfordert einen verhältnismäßig großen Kraftaufwand, da der Reibungswiderstand des
Kolbens und der Hydraulikflüssigkeit in den Leitungen überwunden werden muß. Weiterhin
sind die Steuereinrichtungen für die Hydraulik kompliziert und aufwendig.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Schwenkmotor
für einen hydrostatischen Antrieb zu schaffen, bei dem die Aufhebung des Eingriffes
zwischen Zahnstange und Ritzel leicht möglich. ist, wobei jedoch die genannten Nachteile
vermieden sind.
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Diese Aufgabe wird durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:
a) Die Zahnstange weist eine bzw. zwei mindestens zahnfußtiefe Ausnehmungen auf,
die in der einen oder in beiden äußersten Endstellungen des Kolbens eine freie Drehung
des Ritzels ermöglichen.
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b) Der von der Ausnehmung abliegende Zusatzkolben sowie seine
zugehörige Sackbohrung sind in ihrer Länge derart bemessen, daß Zahnstange und Ritzel
beim Beginn des Eintauchens des Zusatzkolbens in seine Sackbohrung noch völlig im
Eingriff miteinander stehen und die Bohrung und die Bewegung des Ritzels durch die
Ausnehmung in der Zahnstange erst nach völligem Eintauchen des Zusatzkolbens in
seine Sackbohrung freigegeben wird.
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Es ist bereits bekannt, die Verzahnung miteinander kämmender verzahnter
Elemente stellenweise zu unterbrechen, so daß an diesen Stellen die Formschlüssige
Verbindung dieser Elemente miteinander unterbrochen ist und eins der verzahnten
Elemente gegenüber dem anderen bewegbar wird.
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Es ist weiter bekannt, an Kolben Zusatzkolben kleineren Durchmessers
derart anzubringen, daß die Zusatzkolben in Sackbohrungen an Zylinderdeckeln einlaufen
und dort die Hydraulikflüssigkeit, die Kolbenbewegung abbremsen, in den Raum vor
dem Zylinderdeckel durch den zwischen Sackbohrung und Zusatzkolben entstehenden
Ringspalt herauspressen.
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Unterbricht man in der oben genannten Weise die Verzahnung der Zahnstange,
so daß das Ritzel in einer Endlage der Zahnstange dieser gegenüber frei verdrehbar
wird, dann ist die formschlüssige Verbindung zwischen Zahnstange und Ritzel in einer
Endlage der Zahnstange stets aufgehoben, obwohl dies nur in Ausnahmefällen notwendig
und erwünscht ist. Beim Anfahren dieser Endlage der Zahnstange und bei Freigabe
des Ritzels schwingt der Schwenkarm noch um einen gewissen Winkel frei weiter, so
daß bei Bewegung der Zahnstange in umgekehrter Richtung keine Gewähr dafür gegeben
ist, daß die Verzahnung der Zahnstange einwandfrei in die Verzahnung des Ritzels
eingreifen kann. Es kann leicht vorkommen, daß die Zahnköpfe beider verzahnter Elemente
hart aufeinandertreffen, so daß dort große
Kräfte auftreten, die
zu starkem Verschleiß, Stößen und unter Umständen auch zum Bruch führen können.
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Die bekannte Zusatzkolbenanordnung verhindert lediglich das harte
Anschlagen des Kolbens am Zylinderdeckel, sie kann weder das harte Gegeneinanderschlagen
der Verzahnung von Ritzel und Zahnstange beim Einkuppeln noch das Ausschwingen des
Schwenkarmes nach dem ständigen Auskuppeln, welches erfolgen muß, bevor der Kolben
seine äußerste Endstellung erreicht hat, verhindern.
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Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß nach dem Eintauchen
des Zusatzkolbens in seine Sackbohrung eine Abbremsung der Kolbengeschwindigkeit
auf einen von den geometrischen Abmessungen des Zusatzkolbens und seiner zugehörigen
Sackbohrung bzw. von der Breite des zwischen beiden vorhandenen Ringspaltes und
von den hydraulischen Verhältnissen abhängigen Wert und ein definitives Anhalten
des Kolbens erst nach Verschluß der Hydraulikabflußleitung auf der entlasteten Kolbenseite
erfolgt. Der Kolben und damit der Schwenkarm bewegen sich vom Augenblick des Eintauchens
eines Zusatzkolbens in seine Sackbohrung mit rasch abnehmender Geschwindigkeit und
schließlich mit einer gegen Null strebenden geringen Geschwindigkeit, die als Kriechgang
bezeichnet werden könnte. Der im Kriechgang zurückzulegende Kolbenweg und somit
die Länge des Zusatzkolbens und seiner Sackbohrung werden von der Verzahnung der
Zahnstange wesentlich bestimmt, da zu Beginn des Kriechganges noch ein einwandfreier
Eingriff des Ritzels in der Zahnstange vorliegen und am Ende des Kriechweges die
Ausnehmung in der Zahnstange das Ritzel völlig freigegeben haben muß. Ritzel und
Zahnstange können nur im Kriechgang außer Eingriff oder wieder miteinander in Eingriff
gelangen, dadurch wird sowohl der Nachteil des überschwingens des Schwenkarmes als
auch der Nachteil der übermäßigen Beanspruchung der Verzahnung beseitigt.
Ob der Schwenkarm ausgekuppelt wird oder nicht, hängt vom Willen der Bedienungsperson
ab. Läßt sie durch kurzzeitige Betätigung der Hydraulikeinrichtungen den Schwenkarm
nur bis zum Beginn des Kriechganges zurückschwenken, dann bleibt der Eingriff bestehen,
betätigt sie hingegen die Hydraulikeinrichtungen noch eine gewisse Zeit nach Beginn
des Kriechganges weiter, dann schwenkt der Schwenkarm im Kriechgang solange weiter,
bis das Ritzel außer Eingriff mit der Zahnstange gelangt. Daß kein besoderer Hebel
zum Aus- bzw. Wiedereinkuppeln bzw. zum Einschalten des Freilaufs des Schwenkarmes
wie bei bekannten Schwenkarm-Stanzmaschinen zu betätigen ist, ist ein weiterer
Vorteil der Erfindung.
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Besonders vorteilhaft ist es, die Hydraulikleitung auf der der Ausnehmung
in der Zahnstange abgewandten Kolbenseite in der Sackbohrung münden zu lassen. Dies
bringt hinsichtlich der Verzögerung der Bewegung des Schwenkarmes mit seiner großen
Masse den Vorteil, daß die Verzögerung progressiv zunimmt, so daß der Hydraulikkolben
mit einer gegen Null strebenden Geschwindigkeit in seine durch die mechanischen
Verhältnisse bestimmte Endlage bewegt wird. Dies hat seinen Grund darin, daß die
im Zylinder vor dem Kolben befindliche Hydraulikflüssigkeit durch den Ringspalt
zwischen dem Zusatzkolben und der Sackbohrung abfließen muß und sich die Länge des
Ringspalts und damit auch sein Durchflußwiderstand für die Hydraulikflüssigkeit
umso mehr vergrößert, je tiefer der Zusatzkolben in sein Sackloch hineingeschoben
wird.
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Im Nachfolgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand
der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt F i g. 1 und 2 die linke und rechte
Arbeitsendstellung des Kolbens beim Antrieb des Ritzels durch denselben.
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F i g. 3 die Aufhebung der Antriebsverbindung zwischen Kolben
und Ritzel.
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Der Kolben setzt sich aus den zwei Bünden 1, 2 zusammen, die
durch die Zahnstange 3 miteinander verbunden sind. Mit seinen Bünden
1, 2 ist dieser Kolben in dem Zylinder 4 geführt, der als Verschluß die Deckel
5, 6 hat. In beiden Deckeln 5, 6 befindet sich je eine
Sackbohrung 7, 8 in die die Druckmittelleitungen 9, 10 münden. Mit
der Zahnstange 3 steht das ortsfest gelagerte Ritzel 11 im Eingriff,
das mit dem von dem Schwenkmotor anzutreibenden Teil in drehstarrer Verbindung steht.
Bei Schwenkarm-Stanzmaschinen ist letzterer der schwenkbare Stanzarm. Durch wechselweises
Beaufschlagen der Kolbens 1, 2, 3 läßt sich somit der Stanzarin von
dem Kolben her wechselseitig verschwenken. Auf der linken Beaufschlagungsseite des
Kolbens 1, 2, 3 ist eine mindestens zahnfußtiefe Ausnehmung 12 vorgesehen,
und der Kolben 1, 2, 3 ist nach der rechten Beaufschlagungsseite über
seine Arbeitsendstellung hinaus so weit verschiebbar, daß diese Ausnehmung 12, wie
in F i g. 3 gezeigt, in den Bereich des Ritzels 11 gelangt. Hierdurch
wird das Ritzel 11 von dem Kolben 1, 2, 3 frei, so daß es wechselseitig
leer verdreht werden kann.
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Um beim Arbeiten des Schwenkmotors das Geräusch erzeugende Anschlagen
der Bünde 1, 2 an den Deckeln 5, 6 zu vermeiden, sind die Bünde
1, 2 mit je einem Zusatzkolben 13, 14 versehen. Der Durchmesser
dieser Zusatzkolben 13, 14 ist dabei etwas kleiner als der der Sackbohrungen
7, 8. Befindet sich der Kolben 1, 2, 3 in seinen Arbeitsendstellungen,
so verschließen diese Zusatzkolben 13, 14 wechselweise ihre zugehörige Sackbohrung
7 bzw. 8 im wesentlichen, so daß auf beiden Kolbenseiten wechselweise
ein ölpolster 15, 16 gebildet wird (F i g. 1 und 2). Um den Kolben
1, 2, 3 aus der in F i g. 2 gezeigten rechten Arbeitsendstellung
in die in F i g. 3 gezeigte absolute Endstellung bringen zu können, muß natürlich
das rechte ölpolster 16 entsprechend länger sein als das linke Ölpolster
15.
Dieser Unterschied gilt auch für die Länge der Zusatzkolben
13, 14.
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Soll der Kolben 1, 2, 3 aus seiner Stellung gemäß F
i g. 2 in die der F i g. 3 gebracht werden, so erfolgt einfach eine
zusätzliche Beaufschlagung auf der linken Kolbenseite, wodurch das ölpolster
16 verdrängt wird. Der Zusatzkolben 14 tritt dann in seine Sackbohrung
8 ein. Soll der Kolben bzw. dessen Zahnstange 3 wieder mit dem Ritzel
11 in Eingriff gebracht werden, so wird der Kolben 1, 2,
3 über die Druckmittelleitung 10 auf seiner rechten Seite beaufschlagt,
was ohne weiteres möglich ist, da ja der Zusatzkolben 14 seine Sackbohrung
8 nicht voll ausfüllt.
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Die Ausnehmung 12 kann natürlich auch auf der rechten Beaufschlagungsseite
des Kolbens 1, 2,3 sein. Es besteht sogar die Möglichkeit, auf jeder Beaufschlagungsseite
des Kolbens 1, 2, 3 eine solche Ausnehmung 12 vorzunehmen, so daß
der Antrieb dann
an beiden Bewegungsenden des Kolbens außer Betrieb
setzbar ist.