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Hydrostatisches, stufenlos einstellbares Getriebe für den Antrieb eines oszillierenden Maschinenteiles Die Erfindung bezieht sich auf ein hydrostatisches, stufenlos regelbares Getriebe für den Antrieb eines oszillierenden Maschinenteiles.
Derartige Getriebe sind beispielsweise für Werkzeugmaschinen wie Hobel- und Schleifmaschinen erforderlich, bei denen das Werkzeug bzw. der Werkstücktisch eine hin-und hergehende Längsbewegung relativ zueinander ausführen. Hiebei ist meist erforderlich, die Geschwindigkeit für Vorschub und Rückzug des bewegten Maschinenteils unterschiedlich einzurichten und es ist erwünscht, die Umsteuerzeiten zu Beginn und am Ende der Vorschubbewegung möglichst gering zu erhalten. Bei den für solche Zwecke bekannten elektrischen Motorantrieben werden Umsteuerzeiten in der Grössenordnung von etwa 1 Sekunde erreicht, welche Zeit jedoch bei gewissen Anwendungen als unerwünscht gross betrachtet wird.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines solchen hydrostatischen, stufenlos einstellbaren Getriebes für den Antrieb eines oszillierenden Maschinenteiles mittels eines kontinuierlich und stets gleichsinnig laufenden Antriebsmotors, wobei das Getriebe einen Primär- und einen Sekundärteil aufweist, von dem mindestens der eine über einen Servomotor regulierbar ist, und besteht darin, dass der eine Getriebeteil reversierbar ist und mit einem Hauptkolben des Servomotorsin Wirkungsverbindung steht, der von einer Mittellage aus, in welcher der reversierbare Getriebeteil unwirksam ist, in entgegengesetzten Richtungen verschiebbar ist, und dass der Hauptkolben des Servomotors über einen elektromagnetisch betätigbaren Vorsteuerkolben steuerbar ist.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Fig. l - 5 in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigt hiebei: Fig.1 ein beispielsweises Weg-Zeit-Diagrämm der erwünschten oszillierenden Längsbe - wegung ; Fig. 2 ein Prinzipschema eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen hydrostatischen Getriebes ; Fig. 3 - 5 je ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Getriebes, nach Fig. 2.
Die mit einem Antrieb der vorliegenden Art zu erzeugende oszillierende Längsbewegung ist im Diagramm nach Fig. l als Weg s abhängig von der Zeit t aufgetragen. Der Nutzhub während der Zeitabschnitte von a bis b und von e bis f, sowie der Leerhub während der Zeitabschnitte c bis d und g bis h soll jeweils mit weitgehend konstanter Geschwindigkeit erfolgen. Die Umkehrintervalle b - c, d - e, f - g, h - i, usw. sollen möglichst klein sein. Bei Verwendung des nachstehenden näher beschriebenen Getriebes gelingt es, Umkehrzeiten von 0, 05 bis 0,4 Sekunden zu erreichen.
Ein hiefür geeignetes Ausführungsbeispiel eines hydrostatischen Getriebes zeigt-in schematischer Wiedergabe und unter Weglassung unwesentlicher Teile-die Fig. 2. Der mit einer oszillierenden Bewegung anzutreibende Maschinenteil sei mit einer Zahnstange 1 versehen, mit der ein Zahnrad 2 in Eingriff steht. Der Antrieb des Zahnrades 2 erfolgt über ein hydrostatisches Getriebe, bestehend aus den beiden
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bener Motor und die mit 4 bezeichnete als Pumpe für das hydraulische Medium, etwa Öl, arbeitet, sind bekannte Konstruktionen und bezüglich ihres Hubes stufenlos verstellbar. Die Hubänderung erfolgt durch Verschwenken des Gehäuses der Pumpe 4 um den Winkel + Z und desjenigen des Motors 3 um + Z gegenüber der Verbindungsgeraden der koaxialen Antriebs- bzw. Abtriebswellen.
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In der gezeichneten Stellung und bei der Tourenzahl n der Antriebswelle der Pumpe 4, rotiert die Antriebswelle des Motors 3 mit der Drehzahl n2 in gleichem Drehsinn, was eine Vorschubbewegung in Richtung"V"der Zahnstange 1 ergibt. Wird das Gehäuse der Pumpe 4 von der stellung "V", entsprechend
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+zZahnstange 1 zur Folge hat.
Das Drehverhältnis n:n und das Drehmomentverhältnis M:M zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle wird durch das Verhältnis der Hubvolumina V 1 : V 2 von Pumpe 4 und Motor 3 bestimmt.
Vorzugsweise werden als Pumpe 4 und Motor 3 gleiche Axialkolbeneinheiten verwendet. Es ergibt sich
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Um bei dem vorliegenden hydrostatischen Getriebe, dessen Primärteil durch die Pumpe 4 und dessen Sekundärteil durch den Motor 3 gebildet wird, einen linearen Anstieg der Sekundärdrehzahl na zu erhalten, muss der Winkel zl gemäss der ausgezogenen Linie im Diagramm Fig. 3 und der Winkel à gemäss der ausgezogenen Linie im Diagramm Fig. 4 verändert werden, wobei dann die Leistung N und der Druck P des hydraulischen Mediums entsprechend dem Diagramm Fig. 5 verläuft. Fig. 5 stellt die Leistungscharak-
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist zur Steuerung des hydrostatischen Getriebes für die Ausführung einer oszillierenden Bewegung entsprechend dem Weg-Zeit-Diagramm nach Fig. l, ein vom Speisedruck betätiger hydraulischer Servomotor 6 vorhanden. Dieser besitzt einen sogenannten Vorsteuerkolben 7 zur Steuerung des Hauptkolbens 8. Der erforderliche Druck des Steuermediums, beispielsweise Öl, wird seitens einer Speisepumpe 9, die entweder am Hauptantriebsmotor 5 oder an einem eigenen Elektromotor 10 angebracht ist, erzeugt. Das gleiche Steuermedium dient auch zur Energie-Übertragung vom Primär- und Sekundärteil des Getriebes.
Je nach der Stellung des Vorsteuerkolbens 7 bewegt sich der Hauptkolben 8 in der einen oder andernRichtung ("V"oder"R"), und wirkt dabei über den Waagebalken 11 mit den Schenkellängen W 1 und W denRegulierschiebenIZ. Eine Längsbewegung des Schiebers 12 bewirkt eine Drehung des Kreissektors 13 um die Achse 14, an der ein Hebel 15 starr befestigt ist, der seinerseits gelenkig mit der Lasche 16 am Gehäuse der Primäreinheit 4 verbunden ist.
Die Verschiebung des Hauptkolbens 8 um den Weg h2 ergibt eine Längsbewegung des Regulierschie- bers um hl = h. (w, = w). Dabei erfolgt eine Verdrehung der Primäreinheit 4 um den Winkel zens- sprechend,
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worin C eine durch die Dimensionierung der Steuerglieder 13, 15 und 16 beeinflussbare Konstante ist.
Gleichzeitig überträgt sich aber die Bewegung des Kreissektors 13 um die Achse 14 auch auf die gelenkig angebrachte Lasche 17, von dieser auf den um die Achse 18 schwenkbaren Kreissektor 19 und über dessen gelenkige Lasche 20 auf den Hebel 21, welcher starr auf der Drehachse 22 befestigt ist. Die Drehachse 22 trägt den Hebel 23 und bewirkt über den durch die am Ende des Hebels 23 gelenkig angebrachte Lasche 24"
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eine Schwenkbewegung des Gehäuses des Motors 3. Dabei ist eine Abhängigkeit des Schwenkwinkels z gemäss der Beziehung
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erzielbar, worin A, B und a jeweils konstruktionsbedingte unveränderliche Grössen sind.
Bei gleichen Pri- mär- und Sekundäreinheiten sind deren Hubvolumina Vl und V, gleich, also ist, wie oben bereits angegeben
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und man erhält schliesslich
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Da die Grössen kQ ; A, B, C und a bei gegebener Konstruktion konstant sind, und die Drehzahl n des Elektromotors 5 unverändert bleibt, hängt die Drehzahl n2 der Abtriebswelle lediglich vom Verschie- beweg h des Regulierschiebers 12, bzw. von der Axialverschiebung h2 des Hauptkolbens 8 des Servomotors 6 ab.
Vorzugsweise wird die Dimensionierung der oben beschriebenen Steuerglieder derart vorgenommen, dass bei einer Verschwenkung des Primärteiles 4 um (z) max = 250 eine Winkelbewegung des Sekundenteils von + (Z2) max = 250 bis auf (Z2) min. grösser als Null erfolgt. Mit einer solchen Steuereinrichtung ergeben sich dann der in Fig. 3 und 4 strichpunktiert eingetragene Verlauf, entsprechend etwa den Beziehungen
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worin die Grössen C,-C konstruktionsbestimmte feste Werte besitzen. Die grösste Abweichung des tatsächlichen vom erwünschten Verlauf tritt jeweils bei der Drehzahl (n) auf, doch kann durch geschickte Wahl der Hebeverhältnisse diese Abweichung derart gering gehalten werden, dass eine Verminderung des Drehmomentes an dieser Stelle nicht merkbar ist.
Der die Winkel : 41 und z2 des hydrostatischen Getriebes und damit die Drehzahl n2 bestimmende Hub h2 des Hauptkolbens 8 im Servomotor ist durch die beiden Steuernocken 25 und 26, die längs des Vorsteuerkolbens 7 beliebig angeordnet werden können und mit der Anschlagplatte 27 zusammenwirken, auf jeden gewünschten Wert einstellbar. Bewegt sich der Hauptkolben 8 samt dem Vorsteuerkolben 7 in einer Richtung - was natürlich nur an den Umkehrpunkten der Zahnstange 1 der Fall ist - so wird beim Auftreffen eines der Steuernocken 26,25 auf die Anschlagplatte 27 der Vorsteuerkolben 7 längsverschoben, was zur Öffnung eines Ablasskanals für dasSteuermedium führt, so dass der Hauptkolben 8 sofort stillsteht.
Damit ist aber auch die Schwenkbewegung von Primär- und Sekundärteil 4 bzw. 3 des Getriebes beendet, und eine ganz bestimmte Drehzahl n2 bzw. Geschwindigkeit der Zahnstange 1 in der betreffenden Richtung eingestellt. Der Servomotor 6 wird erst dann wieder betätigt, wenn die Zahnstange 1 die jeweilige Umkehrstelle erreicht.
Befindet sich der Hauptkolben 8 in Mittelstellung innerhalb des Servomotors 6, dann steht der Pri-
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gleich gross oder verschieden gross ist, erfolgt die Bewegung der Zahnstange 1 in beiden Richtungen mit gleich grosser oder mit unterschiedlicher Geschwindigkeit.
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Zur Umsteuerung des Getriebes an den Umkehrpunkten der Zahnstange 1 wird von derselben je ein
Endstellungskontakt 28 bzw. 29 betätigt und hiebei der Stromkreis für den Hubmagneten 30 bzw. 31 geschlossen. Die beiden Schalter 28 und 29 verriegeln sich gegenseitig, was beispielsweise durch eine Wip- pe möglich ist, derart, dass der Schalter 29 zu und der Schalter 28 offen, oder umgekehrt der Schalter 28 zu und der Schalter 29 offen ist. Stets bleibt aber der Schalter 29 so lange geschlossen, bis der Schalter
28 betätigt wird, und umgekehrt.
Die beiden Hubmagnete 30,31 sind starr am Hauptkolben 8 des Servo- motors 6 angebracht und wirken auf ein mit dem Vorsteuerkolben 7 verbundenes Gestänge 32 derart, dass beim Auflaufen der Zahnstange 1 auf einen der Endkontakte 28,29 der zugeordnete Magnet 30 bzw. 31 den Vorsteuerkolben aus seiner augenblicklichen Endlage in seine andere Endlage gegen die Wirkung der
Federn 49 und 50 bewegt. Dies bewirkt aber eine sofortige Betätigung des Hauptkolbens 8, der über den
Regulierschieber 12 das Getriebe auf Gegenrichtung der Abtriebswelle umstellt.
Zu den beiden Endstellungskontakten 28,29 die längs des Zahnstangenbettes verschiebbar angeordnet sein können um eine Einstellung der Umkehrpunkte zu ermöglichen, ist je ein Sicherheitskontakt 33 bzw.
34 elektrisch parallel geschaltet, der am Ende des maximalen Vorschubs der Zahnstange 1 automatisch betätigt wird, falls der betreffende Endstellungskontakt nicht richtig angebracht wurde oder versagt.
Beim erstmaligen Einschalten des Elektromotors 5 soll die Zahnstange 1 nicht bewegt werden, also muss sich in diesem Fall die Primäreinheit 4 in ihrer Mittellage bei z = 00 befinden. Dies ist auch erfor- derlich, wenn die Zahnstange 1 bei laufendem Antriebsmotor 5 vorübergehend stillgesetzt werden soll.
Am Gestänge 32 des Vorsteuerkolbens 7 ist hiezu ein Schieber 35 starr angebracht, der einen Anschlag 36 beträgt. Im Betriebszustand der Maschine (in Fig. 2 dargestellt) ist die Starttaste 38 geschlossen und der
Zugmagnet 39 erregt, der die Schubstange 40 anzieht. Dieses ist über einen Winkelhebel 41 mit den bei- den Laschen 42 und 43 verbunden, durch welche die Scherenarme 44 bzw. 45 gespreizt werden und die in Fig. 2 gezeichnete Lage einnehmen entgegen der Zugwirkung der Feder 46.
Soll die Zahnstange 1 vor- übergehend stillgesetzt werden, dann wird mittels der Starttaste 38 der Stromkreis des Hubmagneten 39 unterbrochen, wodurch die Schubstange 40 freigegeben wird und die Scherenarme 44,45 durch die Feder 46 einander genähert werden. Hiebei wird durch das Ende des Scherenarmes 45 der Anschlag 36 samt der Schubstange 35, dem Gestänge 32 und dem Vorsteuerkolben 7 in Richtung auf die Rast 47 bewegt, was eine gleichsinnige Bewegung des Hauptkolbens 8 veranlasst. Sobald der Anschlag 36 die Rast 47 erreicht, ist die Bewegung der Schubstange 35 und damit des Vorsteuerkolbens 7 zu Ende, was bewirkt, dass der Hauptkolben 8 ebenfalls stillgesetzt wird, wobei durch Justierung der Rast 47 erreicht wird, dass in dieser Ruhelage der Primärteil 4 des Getriebes die Winkellage zl = 0 aufweist.
Diese Lage wird also bei offener Starttaste 38 stets automatisch eingenommen, so dass nunmehr nach Belieben der Elektromotor 5 (und eventuell 10) aus-und wieder eingeschaltet werden kann. Falls erwünscht kann die Starttaste 38 derart ausgebildet sein, dass der Kontakt nur bei laufendem Elektromotor 5 geschlossen werden kann. Befindet sich der Anschlag 36 in Deckung mit der Rast 47, so verbleibt der Servomotor 6 und damit das Getriebe in dieser Lage, auch wenn nun die Starttaste 38 eingeschaltet, der Magnet 39 erregt und die Scherenarme 44,45 gespreizt werden. Um das Getriebe in eine Betriebswinkellage z zu bringen, kann einer der Sicherheitsschalter 33 oder 34 betätigt, oder ein entsprechender, denselben parallel geschalteter Steuerknopf gedrückt werden.
Der hiebei erregte Hubmagnet 30 bzw. 31 bewirkt dann eine Umstellung des Vorsteuerkolbens 7, und die oben beschriebene oszillierende Bewegung der Zahnstange 1 beginnt und setzt sich automatisch fest, bis durch die Starttaste 38 die Ruhestellung des Primärteiles 4 bei z = 0 erzwungen wird.
Bei gewissen Anwendungen, z. B. bei einer Hobelmaschine, ist es zum Einrichten notwendig, dass die Maschine 1 kurzzeitig in der einen oder andern Richtung bewegt und wieder stillgesetzt werden kann. Der Maschinentisch soll dabei mit reduzierter Geschwindigkeit bewegt werden. Um dies zu ermöglichen, sind die elektrischen Schalter 33,34 als Doppel-Auf-Zu-Schalter und 38 als Umschalter ausgebildet. In der gezeichneten Stellung des Schalters 38 ist die Maschine im Normalbetrieb. Wird Schalter 38 nach unten gedrückt, sind die Magnete 30,31 und 39 stromlos und damit der Primärschwenkwinkel = 0. Trotz laufendem Elektromotor 5 steht die Maschine 1 still.
Bei der Betätigung einer der beiden Schalter 33 oder 34 wird der Magnet 39 und der dem Schalter entsprechende Magnet 30 oder 31 eingeschaltet. Der Servomotor 6 beginnt somit zu wandern und damit die Maschine zu beschleunigen. Damit er nicht bis in seine Endlage, die dem Anschlag 25 oder 26 entspricht, wandert und damit die Maschine auf grosse Geschwindigkeit bringt, ist das Zeitrelais 48 ange- bracht, das nach einer gewissen Zeit, die eingestellt werden kann, den Stromkreis wieder öffnet, Im stromlosen Zustand wird aber der Servomotor in seine Mittellage und damit die Primäreinheit auf den Winkel 0 gezogen, d. h. die Maschine 1 steht still. Ebenso steht sie still, - wenn der betätigte Schalter 33 oder 34 wieder losgelassen wird.