DE1552222B2 - Spielausgleichsvorrichtung für Werkzeugmaschinenschlittenantriebe - Google Patents

Description

tung dient hierbei dem Antrieb einer Presse, wobei der eine Schieber in der Lage ist, einen Annäherungshub unter einem gegebenen Strömungsmitteldruck zu erzielen; wenn der Kolben des Schiebers das Ende des Hubs erreicht, steigt der Strömungsmitteldruck an und öffnet ein Ventil, das dann einen Vorschub des anderen Schiebers bewirkt, der eine Kraft zusätzlich zu der des ersten Schiebers ergibt, um eine Presse zu betätigen.

Grundsätzlich ist es in der Technik auch bekannt, Füllpumpen zu verwenden, um sicherzustellen, daß ein hydraulischer Kreis dauernd aufgefüllt ist und wenigstens einem minimalen Druck vorbestimmten Werts ausgesetzt ist, der der Druck ist, welcher von der Füllpumpe abgegeben wird. Weiterhin ist es in der Technik auch üblich, Rückschlagventile zu verwenden, um die Ausbildung von Überlastungen in einem hydraulischen System zu vermeiden.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die Figur zeigt in einem schematischen Diagramm die hydraulischen Mittel zum Antrieb und zur Steuerung eines schematisch im oberen Teil der Figur dargestellten Werkzeugmaschinenschlittens.

Eine Zahnstange 8 ist an einem Bett 10 einer Drehbank befestigt, ihre Zähne kämmen mit den Zähnen eines Paars von Ritzeln A und B. Die Zahnritzel sind auf Wellen 12 und 14 befestigt, die im Abstand parallel zueinander drehbar im Getriebekasten 16 eines Werkzeugmaschinenschlittens gelagert sind. Die Zahnritzel werden zum Bewegen des Schlittens in Längsrichtung der stationären Zahnstange angetrieben. Der Schlitten nimmt z. B. ein (nicht dargestelltes) Werkzeug zur Formgebung oder zum Bearbeiten eines Werkstücks auf, wenn er in Längsrichtung der Zahnstange und des Maschinenbetts verschoben wird.

Die Figur zeigt das Getriebe zum Drehen der Ritzel A und B, um den Werkzeugmaschinenschlitten längs der Zahnstange 8 zu bewegen. Der Antrieb kann ein hydraulischer Motor 22 sein, dessen Antriebswelle 24 in beiden Drehrichtungen mit wählbaren Drehzahlen umlaufen kann. Die Welle 24 nimmt ein Zahnrad 26 auf, das mit einem Zahnrad 28 kämmt, welches auf der Hauptwelle 30 befestigt ist. Ferner sind auf der Hauptwelle 30 Antriebsräder 32 und 34 befestigt. Das Zahnrad 34 treibt das Ritzel B über ein Getriebe 36, 38, 40 an, während das Zahnrad 32 das Ritzel A über ein Getriebe 42, 44, 46 antreibt. Die Getriebe treiben die mit der Zahnstange in Eingriff stehenden Zahnritzel synchron mit der Verschiebung des Schlittens und des Getriebekastens 16 nach links oder rechts, je nach der Drehrichtung der Motorwelle 24, an.

Die miteinander kämmenden Zahnräder 34 und 36 sind ebenso wie die miteinander kämmenden Zahnräder 32 und 42 schräg verzahnte Zahnräder. Die Zahnräder 32 und 34 sind breiter als die Zahnräder, mit denen sie kämmen, so daß ihre Gegenräder 36 und 42 bei einer begrenzten Längsverschiebung der Hauptwelle 30 in Eingriff bleiben. Die Zahnräder 32 und 34 sind in entgegengesetztem Sinne schräg verzahnt, das eine besitzt eine rechtsgängige Steigung und das andere eine linksgängige Steigung. Die dadurch angetriebenen Zahnräder 36 und 42 sind ebenfalls in entgegengesetztem Sinne schräg verzahnt und kämmen mit den Zahnrädern 32 und 34. Die Wellen 48 und 50 der Zahnräder 36 und 42 sind im Gehäuse 16 drehbar, aber nicht in Längsrichtung verschiebbar gelagert.

Die Zahnwinkel der Zahnradsätze 34, 36 und 32, 42 sind so gewählt, daß eine Längsverschiebung der Hauptwelle 30 eine Drehung der Zahnritzel A und B in entgegengesetzten Richtungen zur Folge hat, um jeden toten Gang bzw. jedes Spiel zwischen den Zähnen der Zahnräder aufzunehmen. Wenn die Welle 30 in der verschobenen Lage gehalten wird, kann sie mit Hilfe des Motors 22 zum Antrieb der Zahnritzel A und B in einer gemeinsamen Richtung ohne Spiel in den Getrieberädern gedreht werden.

Es sind Mittel für eine Längsverschiebung der

ίο Hauptwelle 30 vorzugsweise nur in einer Richtung vorgesehen, um die Zähne aller Zahnräder in dem Getriebe 34, 36, 38. 40 und 32, 42, 44, 46 in einer festen Antriebsverbindung zu halten. Dadurch werden die Zähnen der Zahnritzel A und ßmit den Zähnen der feststehenden Zahnstange 8 in einer festen Antriebsverbindung gehalten.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hauptwelle 30 einem unter Krafteinwirkung stehenden Vorschub in der allgemeinen Richtung der Zahnstange 8 mittels eines bei 62 mit der Welle gekuppelten hydraulischen Arbeitszylinders 60 unterworfen. Die Kupplung 62 ist vorzugsweise eine Drehkupplung, die eine Drehung der Welle 30 relativ zum Antriebskolben 64 ermöglicht, während eine Längsverschiebungsbewegung auf die Welle übertragen wird.

Der hydraulische Zylinder 60 besitzt zwei Kolben 66 und 68, die im Abstand hintereinander auf der Kolbenstange befestigt sind. Eine dazwischen liegende Trennwand 70 unterteilt den Antriebszylinder in zwei getrennte Zylinder 72 und 74, in denen die Kolben 66 und 68 hin- und herbewegbar sind. Ein den Kolbenkammern unter Druck über Strör ungsmittel-Zuführleitungen 76 und 78 zugeführtes Strömungsmittel verschiebt die Kolben im Inneren des Getriebekastens 16, wodurch die Hauptwelle 30 und die ihr zugeordneten Zahnräder 34, 32, 28 in Richtung der Zahnstange 8 verschoben werden. Ein derartiger Vorschub der Hauptwelle und ihrer Zahnräder nimmt das gesamte Spiel zwischen den Zähnen des übertragenden Getriebes für beide Antriebsritzel A und B auf, derart, daß jegliches Spiel beseitigt wird. Der Druck des Strömungsmittels in den Zuführungsleitungen 76 und 78 hält die Welle 30 in der voll vorgeschobenen Lage, so daß das Druckmittel in diesen Leitungen wirksam wird. Der Druck des Strömungsmittels in den Leitungen 76 und 78 kann sich dabei verändern.

Mit 84 und 86 sind Zuführungsleitungen für das unter Druck stehende Strömungsmittel, zum Antrieb des Motors 22 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung bezeichnet. Eine Rückleitung 88 vom Motor 22 und eine Leitung 92 von der Hauptpumpe 94 führt das Strömungsmittel zu einem Behälter 90. Die Pumpe 94 kann Bestandteil eines Druckbedarfssystems oder einer Einheit sein, die allgemein durch die innerhalb der gestrichelten Linie 98 dargestellten Vorrichtung angezeigt ist. Die zweite gestrichelte Umgrenzungslinie 100 stellt eine Steuereinheit herkömmlicher Art zur Überwachung der Drehzahl oder Position des hydraulischen Motors 22 dar.

Die Einheit 98 kann ein Absperrventil 102 enthalten, dem ein Druckmittel von der Pumpe 94 über die Leitungen 104 und 106 zugeführt wird. In der zeichnerischen Darstellung ist das Ventil 102 geschlossen gezeigt, so daß in diesem Stadium die Leitungen 76, 78

⁶S und 84,86 kein Druckmittel zum Antrieb des Arbeitszylinders 60 und des Motors 22 zugeführt wird.

Das Strömungsmittelzuführsystem umfaßt einen mit 90 bezeichneten Behälter, eine Füllpumpe 110, einen

Wärmetauscher oder Kühler 112, einen Elektromotor 114, eine Drosselstelle 116 für das Strömungsmittel und die volumenveränderliche, umkehrbare Hauptpumpe 94. Das System kann ferner einen Filter 117, Rückschlagventile 118, 120, Druckreduzierventile 122, 124. 126,128 und ein gesteuertes Sperrventil 102 enthalten.

Das Strömungsmittelzuführsystem arbeitet in folgender Weise:

Wenn der Werkzeugmaschinenschlitten in Betrieb ist oder betriebsbereit ist, läuft der Elektromotor 114 ständig um und beaufschlagt die Füllpumpe 110, und der ständig umlaufende Elektromotor beaufschlagt die Hauptpumpe 94. Die Füllpumpe 110 führt das Strömungsmittel durch die Leitungen 130 und 132 dem Servoventil 136 und dem Sperrventil 102 zu. Ein Teil des steuernden Strömungsmittels wird durch die Drosselstelle 116 auf einen geringeren Druck reduziert, durch den Wärmetauscher oder Kühler 112 geschickt und in das System durch die Leitung 134 eingeführt, um die Hauptpumpe 94 zu kühlen, eine Vorverdichtung zu erzielen und einen Leckverlust der Leitungen 104 und 106 über die Rückschlagventile 118 und 120 auszugleichen.

Wenn sich das Sperrventil 102 in der offenen Stellung (die Zeichnung zeigt dieses Ventil geschlossen oder verriegelt) befindet, werden die Leitungen 104 und 106 an die Leitungen 86 und 84 angeschlossen und die Hauptpumpe 94 fördert das Strömungsmittel in beiden Richtungen und mit verschiedenen Geschwindigkeiten durch die Leitungen 104, 106, 84 und 86 je nach dem dem Servoventil 136 aufgegebenen elektrischen Befehlssignal, welches die Richtung und die Strömungsgeschwindigkeit von der Hauptpumpe 94 steuert.

Somit können Richtung und Drehzahl des Motors 22 am Getriebekasten 16 geregelt werden, um die gewünschte Bewegung des Schlittens 17 zu erzielen.

Das Absperrventil 102 wird geschlossen, wenn keine Bewegung des Schlittens gewünscht wird. Die Druckreduzierventile 122 und 124 können ein integraler Bestandteil der Hauptpumpe 94 sein; sie dienen dem Schutz der Hauptpumpe 94 gegen Überdruck. Die Ventile 126 und 128 dienen dem Schutz der Zahnräder in dem Getriebekasten 16, indem sie einen Überdruck in den Leitungen 84 und 86 verhindern und dadurch die maximale Drehmomentabgabe des Motors 22 begren zen. Die die Pumpe 94, den Motor 22 und die Verbindungsleitungen 104, 86 und 106, 84 enthaltende Strömungsmittelanordnung ist ein Druckbedarfssystem. Ein Grundvorverdichtungsdruck wird auf einem der Zweige der Hauptpumpe 94 und des Motors 22 in der oben angegebenen Weise ausgeübt. Zusätzlich wird ein Speisedruck einem Zweig der Pumpe 94 und des Motors 22 überlagert. Die Richtung der Schlittenbcwegung und die Größe des Widerstands gegenüber der Bewegung bestimmen den Zweig und die Höhe des überlagerten Speisedrucks. Aus den Steigungswinkeln der Zahnräder 32, 42, 34 und 36 ist zu ersehen, daß der erforderliche Druck zum Bewegen der Welle 30 in Richtung auf die Zahnstange 8 zur Beseitigung des Spiels umso größer ist, je größer der Widerstand der Schlittenbewegung ist.

ίο Die Leitungen 76 und 78 verbinden die Leitungen 84 und 86 mit dem Antrieb oder Zylinder 60 in der Weise, daß der Druck für die Spielbeseitigung in dem Getriebe und dem Zahnstangen- und Ritzelantrieb umso größer ist, je größer der Druck in jedem Zweig des Strömungsmittelkreises ist. Somit erhält der Zylinder oder Strömungsmittelantrieb 60 bei hohen Vorschubkräften und einem sich daraus ergebenden großen Anschlag der Zähne an den schrägverzahnten Zahnrädern 32 und 34 einen relativ hohen Druck, um ein großes Spiel zu beseitigen. Bei niedrigen Vorschubkräften und einem sich daraiis ergebenden kleinen Anschlag der Zahnradzähne erhält der Antrieb 60 kleine Drücke und beseitigt ein kleines Spiel. Die Kombinationskugellager auf der Hauptwelle 30 sorgen bei Drehung und Längsverschiebung der Welle für minimale Reibung und ergeben somit ein rasches und leichtes Ansprechen auf Veränderungen des Zahnrad- und Zahnstangenzahnabstands und der Belastung.

Der Vorverdichtungsdruck aus der Leitung 134 setzt sich sowohl in die Leitungen 76 und 78 als auch in die Leitungen 104, 106, 84 und 86 fort. Dadurch wird eine Vorbelastung auf beide Kolben 66 und 68 des Antriebs 60 mit einer daraus folgenden Vorbelastung auf die Zahnradzähne ausgeübt. Offensichtlich ist eine geringe Vorbelastung wünschenswert, um ein spielfreies System sicherzustellenü und ein hoher Vorbelastungswert ist vom Standpunkt des Verschleißes und hoher Bewegungsgeschwindigkeiten unerwünscht. Aus diesen Gründen wird der Vorverdichtungsdruck durch die Leitung 138 ausgeübt, um dem Vorverdichtungsdruck durch die Leitung 78 entgegenzuwirken. Die reinen Strömungsdrücke, die den Kolben 64 bewegen, sind ein Vorverdichtungsdruck auf den Kolben 66 und ein Vorschubdruck auf den Kolben 66 oder den Kolben 68.

Schwankungen im reinen Strömungsmitteldruck, die auf den Kolben 64 wirken, resultieren somit aus dem Widerstand gegenüber der Schlittenbewegung, welche überlicherweise durch Werkzeugvorschubdrücke und die Natur des der Bearbeitung unterliegenden Werkstücks gesteuert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Spielausgleichsvorrichtung für den Antrieb eines Werkzeugmaschinenschlittens mit einem von einer Hauptpumpe über einen geschlossenen Kreislauf gespeisten hydraulischen Motor, welcher eine Hauptwelle in Drehung versetzt, die mit zwei schrägverzahnten, mit zwei entsprechenden Zahnrädern in Eingriff stehenden Antriebsritzeln versehen ist, welche Zahnräder mit zwei gleichzeitig mit einer zum Vorschub des Schlittens dienenden Zahnstange in Eingriff stehenden Ritzeln verbunden sind, und die Hauptwelle axial beweglich der Wirkung eines Arbeitszylinders zur Spielbeseitigung in beiden Verschieberichtungen des Schlittens unterworden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder ein doppelter hydraulischer Zylinder (60) für zwei hintereinander geschaltete Kolben (66, 68) in zwei achsgleichen Zylindern (72, 74) mit Trennwand (70) ist, deren Arbeitskammern an zwei Öffnungen der Hauptpumpe (94) angeschlossen sind, wobei die beiden Kolben in gleicher Richtung mit den in diesen Öffnungen herrschenden Drücken so beaufschlagt werden, daß der eine (66) dieser beiden Kolben zusätzlich auf seiner der zugeordneten Arbeitskammer entgegengesetzten Seite ständig in entgegengesetzter Richtung dem Druck einer Füllpumpe (110) unterworfen ist, die die beiden Leitungen (104,76,84 und 106. 78,86) des die Hauptpumpe (94) mit dem hydraulischen Motor (22) verbindenden geschlossenen Kreislaufs über zwei Rückschlagventile (118,120) füllt.

   Es ist eine Einrichtung zur Regelung von Flüssigkeitswechsel- und -Wendegetrieben bekannt (DT-PS 95 673), bei der eine Gruppe von zwei Schiebern in Tandemschaltung verwendet wird. Die Kolben dieser Schieber werden bei einer bestimmten Stufe des Arbeitsvorgangs dem Atmosphärendruck, bei einer anderen Stufe des Arbeitsvorgangs einem Betriebsdruck, einem Druck in einem Gegendruckbehälter und einem Saugdruck ausgesetzt. Sie werden zum Antrieb des Gleitventils eines Servomotors verwendet.

   Es ist weiterhin eine Einrichtung zur Beseitigung von Spiel bekannt (US-PS 25 33 043), bei der eine Zahnstange, die mit dem das Werkstück aufnehmenden Schlitten befestigt ist, und ein Zahnrad des anzutreibenden Bauteils bei der Herstellung von Walzwerkzylindern angetrieben werden, wobei Zahnstange und Zahnrad ihren Antrieb über einen gemeinsamen Hydraulikmotor beziehen. Bei dieser Entgegenhaltung soll die Bewegung des Kronenzahnrads in bezug auf die Zahnstange synchronisiert werden, die den das Werkstück aufnehmenden Schlitten antreibt. Damit soll Spiel zwischen dem Zahnrad und dem das Werkstück aufnehmenden Schlitten bzw. der Zahnstange bei jeder Umkehrbewegung des Schlittens beseitigt werden. Jedesmal, wenn der Motor in einer anderen Richtung gestartet wird, leitet der Kolben eines Schiebers eine axiale Bewegung bis zu einem Endhubanschlag ein, um das Spiel in den Zahnrädern zu beseitigen. Erst hinterher wird der Druck in der Zuführleitung für den Antriebsmotor ausreichend groß, damit das erforderliche Drehmoment erzeugt wird und der das Werkstück antreibende Schlitten und das Zahnrad angetrieben werden. Mit Hilfe des Schiebers nach dieser Entgegenhaltung soll der Welle eine vorbestimmte axiale Stellung über die beiden Endhubanschläge in bezug auf die Größe des zu beseitigenden Spiels erteilt werden; die Kraft, mit der die Welle in axialer Richtung beaufschlagt wird, steht jedoch in keiner Weise in Beziehung zu dem Wert des von dem Hydraulikmotor abgegebenen Drehmoments.

   Des weiteren ist eine Spielausgleichsvorrichtung nach dem Ausgangspunkt der Erfindung mit lastabhängiger Axialverschiebung der schräg verzahnten Elemente zur Spielbeseitigung bekannt (Industrieanzeiger), bei der die schräg verzahnten Eingriffselemente vorgespannt gehalten werden, und zwar in Abhängigkeit von der Belastung. Bei dieser bekannten Anordnung wird eine axial verschiebbare Welle mit zwei Schrägzahnrädern durch die von einem hydraulischen Motor getriebene Antriebswelle in Drehung versetzt, sie ist jedoch in axialer Richtung der Kraft eines pneumatischen Zylinders ausgesetzt. Hierbei wird die axial verschiebbare Welle durch den hydraulischen Motor von einer Druckmittelquelle in Drehung versetzt und einer axialen Belastung durch einen pneumatischen Zylinder ausgesetzt, der von einer anderen Druckmittelquelle (Druckluft) gespeist wird, welche von der Druckflüssigkeitsquelle vollkommen unabhängig ist. Es ist dieser Entgegenhaltung zu entnehmen, daß für eine gegebene Arbeit der den Zylinder speisenden Druckluft ein bestimmter Druck aufgegeben und dieser Druck konstant gehalten wird. Zu einer Spielbeseitigung in den Zahnrädern ist es somit erforderlich, den Zylinder mit Druckluft unter einem verhältnismäßig hohen Druck entsprechend der Maximalbelastung zu speisen, die durch die Zähne übertragen werden soll. Daraus ergibt sich eine Ermüdung, eine Erwärmung und ein zu hoher Verschleiß während der Zeitperioden, in denen das durch die Zahnräder übertragende Drehmoment gering ist. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß im Falle der entgegengehaltenen Anordnung der pneumatische Zylinder bei einem maximalen Druck arbeiten muß, damit stets eine einwandfreie Spielbeseitigung unter allen Arbeitsbedingungen erhalten wird.

   Es ist Aufgabe der Erfindung, eine vollkommen automatische Spielbeseitigungsvorrichtung zu schaffen, deren jederzeitige Anpassung an den Wert der geforderten Belastungskraft ohne jegliche Verzögerung in bezug auf den tatsächlichen, in jedem Augenblick bestehenden Wert der Vorschubkraft des Schlittens stattfindet.

   Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß dem Patentanspruch wird eine Spielbeseitigung nicht nur in jeder der beiden Drehrichtungen des Motors erreicht, sondern auch, wenn der Motor stillsteht. Ferner wird der Vorgang der Spielvermeidung unter einem verhältnismäßig geringen Druck ausgeführt, der die Zähne der Zahnräder lediglich einer geringen Beanspruchung aussetzt. Der hydraulische Zylinder wird in jedem Augenblick stufenlos, verzögerungsfrei und außerordentlich empfindlich mit einem Druck beaufschlagt, der dem Wert des Antriebsmoments des hydraulischen Schlittenmotors genau proportional ist, da der in dem die Hauptpumpe mit dem Motor verbindenden geschlossenen Kreislauf herrschende Flüssigkeitsdruck unmittelbar auf den hydraulischen Zylinder einwirkt.

   Es ist die Verwendung sogenannter Tandemkolben bekannt (»Ölhydraulik und Pneumatik«, 1959, Heft 6, S. 221). Die Anordnung zweier Kolben in Tandemschal-