DE1203563B - Hydraulisches Getriebe fuer lineare Wechselbewegungen - Google Patents

Description

• Hydraulisches Getriebe für lineare Wechselbewegungen Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Getriebe für lineare Wechselbewegungen, insbesondere bei Werkzeugmaschinen, mit einem hydraulischen Schubkolbenmotor mit beidseitig herausgeführter Kolbenstange, einer über Null steuerbaren Arbeitsmittelpumpe von veränderlicher volumetrischer Leistung, die über einen mittels einer Hilfspumpe gespeisten hydraulischen Umschaltkolben steuerbar ist, und einem in der von der Hilfspumpe zum Umschaltkolben führenden Speiseleitung liegenden Ventil, das in Abhängigkeit von Umsteuerimpulsen betätigbar ist, welche von dem Schubkolbenmotor oder durch diesen bewegte Teile ausgelöst werden.
• Es ist in vielen Fällen erwünscht, die Vorschubgeschwindigkeit des Schubkolbenmotors durch Änderung der volumetrischen Leistung der Arbeitsmittelpumpe den jeweiligen Verhältnissen anzupassen. Andererseits besteht die Forderung, daß die Umsteuerung des Schubkolbenmotors an einem oder an beiden Hubenden unabhängig von der jeweiligen Arbeitsgeschwindigkeit des Arbeitsmotors so zu steuern, daß dabei der Stillstand des bewegten Maschinenteiles stets genau an der gleichen vorbestimmten Stelle erfolgt. Die Auslösung des Umsteuerimpulses wird in der Regel durch Schaltnocken an einem vom Schubkolbenmotor bewegten Teil vorgenommen. Der Auslösepunkt liegt also durch die Stellung dieser Schaltnocken fest. Auf der anderen Seite ändert sich aber je nach der Geschwindigkeit des Schubkolbenmotors der Brems- oder Umsteuerweg.
• Um diese Schwierigkeiten zu meistern, ist es bekannt, bei hydraulischen Getrieben, bei denen die Hubgeschwindigkeit des Schubkolbenmotors durch die Stellung eines Drosselventils in der Speiseleitung bestimmt wird, bei jedem Umsteuervorgang das Drosselventil durch den Nocken in eine stets gleichbleibende Stellung zu bewegen. Dabei ist je nach der Arbeitsstellung des Drosselventils ein veränderlicher Leerweg für den Schaltnocken vorgesehen, bevor er das Drosselventil mitnimmt. Diese Anordnung ist jedoch darauf beschränkt, daß die Geschwindigkeitssteuerung durch Drosselung erfolgt. Eine solche Steuerung ist jedoch in den meisten Fällen, insbesondere bei hohen Genauigkeitsforderungen unbrauchbar.
• Nach einem älteren, nicht vorveröffentlichten Vorschlag hat man bei einem hydraulischen Getriebe der eingangs beschriebenen Art ein durch die Umsteuerimpulse einschaltbares Zeitrelais mit durch eine Bewegungseinrichtung bewegtem Zeitglied vorgesehen, dessen Zeitkonstante jeweils umgekehrt proportional zu der volumetrischen Leistung der Arbeitsmittelpumpe einstellbar ist und dessen bewegliches Zeitglied nach Ablauf der Zeitkonstante das Ventil in der von der Hilfspumpe zum Umschaltkolben führenden Speiseleitung betätigt. Hierbei erfolgt die Auslösung der Umsteuerimpulse in üblicher Weise, z. B. durch in die Bahn des Schubkolbenmotors ragende Schaltnocken. Der Umsteuervorgang setzt jedoch erst nach einer in Abhängigkeit von der Hubgeschwindigkeit variierenden Zeitdauer ein und läuft dann in stets gleichbleibender Weise ab. Dadurch wird sichergestellt, daß der Haltepunkt des Schubkolbenmotors unabhängig von der jeweiligen Geschwindigkeit stets an der gleichen Stelle liegt.
• Bei dem älteren Vorschlag ist ein hydraulisches Zeitrelais vorgesehen, dessen beweglicher Kolben das Ventil betätigt und bei dem als Bewegungseinrichtung eine weitere Druckmittelhilfsquelle dient. Um nun die strenge Proportionalität zwischen Geschwindigkeit und Zeitkonstante aufrechtzuerhalten, ist es nicht nur notwendig, daß die Weglänge des Zeitrelaiskolbens entsprechend der Hubbegrenzungseinrichtung für den Umsteuerkolben verändert wird, sondern es muß auch die Mengenströmung pro Zeiteinheit des dem Zeitrelais zufließenden Druckmittels in strenger Abhängigkeit von der Mengenströmung pro Zeiteinheit in der Speiseleitung des Schubkolbenmotors sichergestellt werden. Bei dem älteren Vorschlag wird dies in mittelbarer Weise in einem Falle dadurch erreicht, daß ein Schubkolbenmotor mit einseitig herausgeführter Kolbenstange verwendet wird. Die sich dadurch bei Bewegung des Kolbens ergebende Differenz der Druckmittelmengen wird zur Bildung der zweiten Druckmittelhilfsquelle ausgenutzt, wodurch die Proportionalität ohne weiteres sichergestellt ist. In einem zweiten Falle wird eine zusätzliche, ebenfalls über Null steuerbare Hilfspumpe mit veränderlicher volumetrischer Leistung verwendet, deren Stelleinrichtung mit der der Hauptarbeitsmittelpumpe gekuppelt ist, wodurch ebenfalls Proportionalität der Mengenströme erreicht wird.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein hydraulisches Getriebe der eingangs genannten Art mit einem Zeitrelais gemäß dem älteren Vorschlag zu schaffen, bei dem eine Beschränkung der Anwendung auf Schubkolbenmotoren mit einseitig herausgeführter Kolbenstange bzw. auf Getriebe mit einer zusätzlichen, angetriebenen und gleichzeitig mit der Hauptarbeitsmittelpumpe umsteuerbaren Hilfspumpe nicht notwendig ist.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Bewegungseinrichtung, beispielsweise hydraulische Betätigungseinrichtung oder Nockenbetätigungseinrichtung zum Bewegen des beweglichen Zeitgliedes des Zeitrelais unmittelbar durch den Schubkolbenmotor oder durch von diesem bewegte Maschinenteile und proportional zu dessen Hubgeschwindigkeit antreibbar ist. Durch die direkte Ableitung der Bewegung des beweglichen Zeitglieds von der Bewegung des Schubkolbenmotors wird sichergestellt, daß die gewünschte Abhängigkeit zwischen Zeitkonstante und Vorschubgeschwindigkeit des Schubkolbens stets vorhanden ist, und zwar unabhängig von der Art des Schubkolbenmotors (einseitig oder beidseitig herausgeführte Kolbenstange) und ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen, mit der Hauptpumpe gleichzeitig umgesteuerten Druckmittelhilfspumpe und den zugehörigen Ventilen.
• Die praktische Ausführung der Erfindung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Bei Auslösung der Umsteuerimpulse durch mechanische Fühler, welche durch vom Schubkolbenmotor bewegte Schaltnocken betätigt werden, können als Bewegungseinrichtung für das bewegliche Zeitglied zugleich die mechanischen Auslösefühler dienen. Es kann aber auch eine Druckmittelhilfsquelle zum Antrieb des Zeitgliedes unmittelbar vom Schubkolbenmotor angetrieben werden.
• Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit hydraulischem Zeitrelais, während F i g. 2 ein solches Getriebe mit mechanischem Zeitrelais zeigt.
• In den Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. So ist in beiden Figuren der Kolben des Schubkolbenmotors mit K, die durch diesen bewegten Schaltnocken N1 und N2 und die zur Speisung des Schubkolbenmotors dienende Arbeitsmittelpumpe P bezeichnet. Bei der Pumpe handelt es sich in beiden Fällen um eine über Null steuerbare Radialkolbenpumpe mit veränderlicher volumetrischer Leistung. Zur Verstellung der Pumpe dient ein Stellglied St, an dem der Umsteuerkolben U angreift. Zur Begrenzung der Hublänge des Umsteuerkolbens U dient eine z. B. mittels Handrad H1 und H2 bedienbare Verstelleinrichtung in Form zweier Nocken E1 und E2. Zur Speisung des Umschaltkolbens dient in beiden Fällen eine Zahnradpumpe ZP, die z. B. von dem gleichen Motor, wie die Arbeitsmittelpumpe P angetrieben wird, und bei konstantem Druck der durch Druckbegrenzungsventil DV bestimmt wird, die beide Seiten des Umsteuerkolbens U wahlweise steuert. In den Speiseleitungen des Umsteuerkolbens liegen Schaltventile SV 1 und SV 2, welche in eine Endstellung durch Federn F1 und F2 gedrängt werden und in diesen Endstellungen die Verbindung zwischen der Pumpe ZP und dem Umsteuerkolben U versperren.
• Zur Auslösung des Umsteuervorganges wirken die Schaltnocken N1 und N2 mit Auslösefühlern AF1 und AF2 zusammen. Im Beispiel der F i g. 1 wirken die Fühler auf Auslösekolben AK1 und AK2, welche einen Druckmittelstrom von einer weiteren hydraulischen Hilfspumpe HP und einem hydraulischen Zeitrelais ZR 1 und ZR 2 steuern. Jedes hydraulische Zeitrelais weist einen beweglichen Kolben auf, der unmittelbar mit dem Schaltventil SV I und SV 2 verbunden ist, und durch das Druckmittel aus der Hilfsquelle HP entgegen der Wirkung der Feder F bewegt werden kann. Sobald der Kolben des Zeitrelais seine Endstellung erreicht, gibt das Ventil SV den Durchgang für das Druckmittel der Pumpe ZP in den Umschaltkolben U frei.
• Die Bewegung des Kolbens des Zeitrelais ZR wird durch die mechanischen Fühler AF ausgelöst. Die Zeitdauer, die vom Zeitpunkt der Auslösung bis zur Freigabe der Druckmittelströmung zum Umschaltkolben vergeht, hängt von der vom Kolben des Zeitrelais zurückstehenden Weglänge und der volumetrischen Leistung der Hilfspumpe HP ab. Die Hublänge des Kolbens des Zeitrelais kann durch Einstellnocken E3 und E4 begrenzt werden, die gemeinsam mit den Nocken E1 und E2 verstellt werden können. Die volumetrische Leistung der Hilfspumpe HP soll streng proportional zu der Geschwindigkeit des Schubkolbenmotors K sein. Zu diesem Zweck ist die Hilfspumpe z. B. als Zahnradpumpe ausgebildet und ihr Antrieb erfolgt unmittelbar durch den Schubkolbenmotor K über eine Zahnstange Z und ein Ritzel R.
• Statt der Hilfspumpe HP kann auch ein Verdrängerkolben vorgesehen sein, der zur Verdrängung einer der Geschwindigkeit des Schubkolbenmotors proportionalen Ölmenge in das Zeitrelais direkt von dem Schubkolbenmotor in einem mit Druckmittel gefüllten Zylinder verschoben wird.
• Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist ein mechanisches Zeitrelais vorgesehen, dessen bewegliches Relaisglied RG 1 und RG 2 wiederum unmittelbar mit Umschaltventilen SV I und SV 2 verbunden sind. Diese Ventile steuern die Druckmittelzufuhr zu dem Umschaltkolben U. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die mechanischen Fühler AF mit Zahnstangenabschnitten versehen, die mit Ritzeln RT1 und RT2 zusammenwirken. Die Bewegung der Ritzel wird über Zahnräder RT3 und RT4 auf Zeitnocken ZN1 und ZN2 übertragen. Diese Nokken werden durch Federn in eine Anfangsstellung gedrängt und durch die Zahnräder RT3 und RT4 in der anderen Richtung bewegt. Diese Nocken wirken auf die beweglichen Relaisglieder RG 1 und RG2, und zwar im dargestellten Beispiel über Bewegungsübertragungsglieder B 1 und B2, die axial verschieblich in Führungen FR I und FR 2 gelagert sind. Die Führungen lassen sich senkrecht zur Stellbewegung der Zeitglieder RG über einen Schneckentrieb Schl und Sch 2 automatisch zusammen mit der Verstellung der Nocken E1 und E2 verstellen, so daß die Anfangsstellung der Zeitglieder RG in Abhängigkeit von der Hubbegrenzung des Umschaltkolbens verstellt werden kann. Auch hier wird die Zeitkonstante selbsttätig in Beziehung zu der Hublänge des Umschaltkolbens U und unmittelbar in Abhängigkeit von der Bewegung des Kolbens des Schubkolbenmotors gebracht.
• Alternativ zu der dargestellten Anordnung kann auch jeder Fühler auf einen hydraulischen Verdrängerkolben einwirken, der ein hydraulisches Zeitrelais speist.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Hydraulisches Getriebe für lineare Wechselbewegungen, insbesondere bei Werkzeugmaschinen, mit einem hydraulischen Schubkolbenmotor mit beidseitig herausgeführter Kolbenstange, einer über Null steuerbaren Arbeitsmittelpumpe von veränderlicher volumetrischer Leistung, die über einen mittels einer Hilfspumpe gespeisten hydraulischen Umschaltkolben steuerbar ist, und einem durch Umsteuerimpulse, die von dem Schubkolbenmotor oder durch diesen bewegte Teile ausgelöst werden, einschaltbaren Zeitrelais mit durch eine Bewegungseinrichtung bewegten Zeitglied, dessen Zeitkonstante jeweils umgekehrt proportional zu der volumetrischen Leistung der Arbeitsmittelpumpe einstellbar ist und dessen bewegliches Zeitglied nach Ablauf der Zeitkonstante ein Ventil in der von der Hilfspumpe zum Umschaltkolben führenden Speiseleitung betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtung, beispielsweise hydraulische Betätigungseinrichtung (HP) oder Nockenbetätigungseinrichtung (ZN) zum Bewegen des beweglichen Zeitgliedes (ZR bzw. RG) des Zeitrelais unmittelbar durch den Schubkolbenmotor (K) oder durch von diesem bewegte Maschinenteile (AF) und proportional zu dessen Hubgeschwindigkeit antreibbar ist.
2. 2. Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 1, bei dem die Auslösung des Umsteuerimpulses über mechanische Fühler erfolgt, die durch mit dem Schubkolbenmotor bewegten Schaltnocken bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Bewegungseinrichtung für das bewegliche Zeitglied (RG) des Zeitrelais zugleich die mechanischen Auslösefühler (AF) dienen.
3. 3. Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fühler (AF) als Zahnstange ausgebildet ist und über ein Ritzel (RT) den Nocken einer Nockenbetätigungseinrichtung (ZN) antreibt.
4. 4. Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem vom Ritzel angetriebenen Nocken (ZN) und dem beweglichen Zeitglied (RG) ein Bewegungsübertragungsglied (FR) angeordnet ist, dessen relative Ruhestellung gegenüber dem Nocken über eine verstellbare Hubbegrenzungseinrichtung (E) für den Umschaltkolben (U) selbsttätig veränderbar ist.
5. 5. Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder mechanische Fühler (AF) auf einen Verdrängerkolben verschiebend einwirkt, dessen Druckmittelkammer über ein hydraulisches Gestänge mit dem das Ventil (SV) betätigenden beweglichen Zeitglied (RG) in Verbindung steht.
6. 6. Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 1, bei dem eine zweite Druckmittelhilfsquelle zum Verschieben des beweglichen Zeitgliedes des Zeitrelais vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Druckmittelhilfsquelle (HP) unmittelbar vom Schubkolbenmotor (U) antreibbar ist.
7. 7. Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Druckmittelhilfsquelle eine Hilfspumpe (HP) ist, die vom Schubkolbenmotor über Zahnstange (Z) und Ritzel (R) antreibbar ist. B. Hydraulisches Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsquelle ein Druckmittelzylinder dient, in dem ein vom Schubkolbenmotor bewegter Verdrängerkolben spielt.