DE2501760A1 - Hydraulischer nachlaufverstaerker mit einer in einer mutter schraubbaren messpindel - Google Patents

Description

• hydraulischer Nachlaufverstärker mit einer in einer Mutter schraubbaren Meßspindel Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nachlaufverstärker mit einer in einer Futter schraubbaren Meßspindel, die beide in axialer Richtung durch einen Kolben eines Arbeitszylinders verschiebbar sind, wobei durch kiese axiale Verschiebung über einen Abgriff Druck-und Abflußleitungen zu den Druckkammern des Arbeitszylinders freigegeben bzw. geschlossen werden und am freien Ende der Kolbenstange des Arbeitszylinders eine Kopelvorrichtung für die zu steuernden Teile vorgez sehen ist.
• Bei bekannten solchen Nachlaufverstärkern muß zur genauen Ansteuerung einer gewünschten Lage,beispielsweise eines Werkzeugs, diese Lage durch ein besonderes Lagemeßsystem bestimmt werden, Durch wechselnde Temperatur der Hydraulikflüssigkeit ist infolge unterschiedlicher Längendehnung bei identischer Lage des Werkzeugs die relative Lage der Neßspindel gegenüber der mit dieser zusammenwirkenden Mutter unterschiedlich. Soll zur Vereinfachung der Einstellung der genauen Lage des Werkzeugs die genaue llinl;ellage der tIeßspindel oder Mutter oder die Winkelstellung des Motors, Schrittmotors od.dgl. dienen, so muß, um die Lage möglichst genau einstellen zu können, die Wärmedehnung zwischen dem Abgriff und dem Werkzeug möglichst klein gehalten werden.
• Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese Probleme in möglichst einfacher Weise zu lösen und es wird dazu zum Ausgleich der Wärmedehnung zwischen dem Abgriff für das Freigeben bzw.
• Schließen der Druck- und Abflußleitungen und der Wolopelvorrichtung für die zu steuernden Teile eine Wärmedehnungskompensation vorgesehen, die die Lage der Kopplungsvorrichtung temperaturunabhängig macht.
• In besonders vorteilhafter Weise kann dazu die Meßspindel im Bereich der Koppelvorrichtung mit der Kolbenstange verbunden sein und als Wärmedehnungs kompensation mindestens ein Teil der Meßspindel aus die Wärmedehüung kompensierendem 1-laterial hergestellt sein.
• In besonders vorteilhafter Weise besteht der die wärmedehnung kompensierende Teil der Meßspindel aus konzentrisch ineinander angeordneten Rohren, wobei jedes freie Rohrende mit dem Ende des nächst innenliegenden Rohres fest verbunden ist und die vom Abgriff zur Koppelvorrichtung hinführendem Rohre aus Material geringer Wärmeausdehnung und die von der Koppelvorrichtung wegführenden Rohre aus Material hoher Wärmeausdehnung bestehen, wobei die Länge, die Anzahl der Rohre und deren Wärmeausdehnungszahlen so gewählt sind, daß der Abstand Abgriff Koppelvorrichtung mindestens in einer Mittelstellung temperaturunabhängig ist.
• Zweckmäßigerweise entspricht die Länge der Rohre etwa der halben mittleren Meßlänge der Meßspindel und es bestehen zwei der von der Koppelvorrichtung wegführenden Rohre aus Aluminium und die restlichen zur Koppelvorrichtung hinführenden Rohre und die restliche Meßspindel aus Stahl. Da die Wärmeausdehnungszahl von Aluminium etwa doppelt so groß ist wie die Wärmeausdehnungszahl von Stahl wird durch eine solche Anordnung die Wärmeausdehnung im Mittel kompensiert, so daß in allen möglichen Stellungen der Koppelvorrichtung die kleinsten Abweichungen infolge der Wärmeausdehnung erhalten werden. Durch die Auswahl anderer Werkstoffkombinationen und anderer Teilungsverhält nisse kann die Temperaturkompensation entsprechend der bestehenden Bedürfnisse ohne weiteres ausgelegt werden.
• Die genaue Messung der Werkzeuglage od.dgl. kann bei einem Nachlaufverstarker mit einem die Meßspindel bzw.
• die Mutter antreibenden Motor, beispielsweise einem Schrittmotor, ganz unterlassen und trotzdem eine genaue Steuerung erreicht werden, wenn zwischen dem Motor und dem Antrieb der Meßspindel bzw, der Mutter ein Abgriff für die Erfassung des Drehwinkels der Meßspindel bzw. der Mutter vorgesehen ist und der so erfaßte Meßwinkel als Istwert für die Steuerung verwendet wird. Das Steuer- und Regelsystem kann dadurch wesentlich vereinfacht und trotzdem eine hohe Einstellgenauigkeit erzielt werden. Zweckmäßigerweise kann dazu als Abgriff für die Erfassung des Drehwinkels ein Potentiometer dienen, wobei der Potentiometerabgriff so geführt ist, daß die Endstellungen des Potentiometers etwa mit den Endstellungen der Kolbenstange übereinstimmen. Eine solchermaßen verwendete Analogmessung hat den Vorteil, daß jederzeit nach einem Stromausfall sofort wieder die absolut genaue Kolben~ stangenstellung erfaßbar ist, ohne daß auf einen Reverenzpunkt od.dgl. zurückgefahren werden muß, wie dies bei einem Digitalabgriff erforderlich wäre. Zum Abgriff kann vorteilhaft ein mehrgängiges Potentiometer hoher Auflösung dienen, denn je höher die Auflösungsgenauigkeit des Potentiometers ist, umso genauer kann eine gewünschte Nolbenstangenstellung ohne Nachmvssung der Iststellung eingestellt werden. Für eine digitale Steuerung kann vorteilhaft als Abgriff mindestens ein induktiver, kapazitiver oder optischer, mit einem Impulsgeber in Form einer Zahnscheibe, Lochscheibe, Strichscheibe od.dgl. zusammenarbeitender Abtaster dienen, der zur Erfassung des Drehwinkels mit einem Zähler zusammenarbeitet.
• In vorteilhafter Weise können zur Vermeidung von Schäden bei einer auftretenden Störung mit dem Abgriff zusammenwirkende Endschalter vorgesehen sein, durch die eine Stillsetzung des Nachlaufverstärkers erfolgt, wenn die axiale Verschiebung der I;Ielospindel-Muttereinheit eine gewisse Größe überschreitet.
• Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüche. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen elektrohydraulischen Nachlaufverstärker, Fig. 2 einen Teilschnitt des kolbenstangenseitigen Endteils einer Meßspindelausführung mit einer Wärmeausdehnungskompensation in größerem Maßstab und Fig. 3 ein Blockschaltbild der verschiedenen Regelkreise eines elektrohydraulischen Nachlaufverstärkers.
• Bei der Nachlaufsteuerung gemäß Fig. 1 ist in einer Kolbenstange 1 eines einen Kolben 2 aufweisenden Arbeitszylinders 3 in einer Bohrung 4 eine Meßspindel 5 befestigt, die auf einem Teil ein mit einer Futter 6 zusammenwirkendes Gewinde aufweist. Zur IIerabsetzung der Reibung ist das Gewinde 7 als Kugelumlaugewinde ausgebildet, wie c11 es beispielsweise ähnlich aus Kraftfahrzeuglenkungen bekannt ist. Die Mutter 6 ist über Axiallager 8 mit geringem Spiel in einer Büchse 9 gelagert, auf der ein Abgriff 10 in Scheibenform für die Steuerung von Ventilen 11 angeordnet ist, durch die bei einer axialen Verschiebunggeine Druckleitung 12 und eine Abflußleitung 13 mit den Druckkammern 14 bzw. 15 des Arbeitszylinders 3 verbunden bzw. getrennt werden.
• Die Mutter 6 ist über eine hülsenartige, die Neßspindel 5 umfassende Verlängerung 16 mit einer Zahnriemenscheibe 17 verbunden, die über einen Zahnriemen 18, eine weitere Zahnriemenscheibe 19 mittels eines Motor 20 antreibbar ist-.
• In die Kolbenstange 2 ragt in die Bohrung 4 eine Büchse 21 hinein, die an ihrem Ende dichtend an der Bohrungswand anliegt. Das gegenüberliegende Ende der Büchse 21 ist in einem Steuergehäuse 22, in dem auch die Ventile 11 angeordnet sind, dicht gehalten, so daß die Meßspindel 5 und die Mutter 6 mit der Verlängerung 16 und der Büchse 9 mit dem Abgriff 10 in einem drucklosen Raum liegen, der über eine Leckölleitung 23 druckentlastet ist.
• Wird über den Zahnriemen 18 die Meßspindel 5 gegenüber der Mutter 6 derELrt verdreht clr, beispielsweise der Abgriff 10 in Richtung der Zahnriemenscheibe 17 hin verschoben wird, so wird über die Ventile 11 die Druckleitung 12 mit der Druckkammer 14 des Arbeitszylinders 3 und gleichzeitig der Druckraum 15 mit der Abflußleitung 13 verbunden, so daß der Kolben 2 mit der Kolbenstange 1 und der fest damit verbundenen Meßspindel 5 nach rechts verschoben wird, so daß der Abgriff 10 wieder iii die Ausgangslage zurückgeführt und damit die Kolbenbewegung, wenn keine weitere Verdrehung der Mutter 6 erfolgt, stillgesetzt wird.
• Am aus dem Arbeitszylinder 3 herausragenden Ende der Kolbenstange 1 ist eine Koppelvorrichtung 24 zum Verbinden der Nachlauf steuerung mit beispielsweise einem Diaschinenschlitten vorgesehen. Die Temperatur des Hydrauliköls ändert sich mit der Arbeitsbelastung. Damit verbunden ist infolge der Wärmedehnung der Werkstoffe eine Längenänderung der Neßspindel 5 und auch aller anderen Teile, so daß der Abstand Lo zwischen der Koppelvorrichtung 24 und dem Abgriff 10 temperaturabhängig ist. Dies ist aber unerwünscht, insbesondere wenn die Winkellage der Meßspindel 5 direkt zur S-teuerung der Lage der Koppelvorrichtung 24 oder des Maschinenschlittens ohne Messung der eigentlichen absoluten Lge verwendet werden soll. Die genaue lfinm kellage der Meßspindel 5 kann über ein vom Motor 20 verstelltes Potentiometer 25 oder auch über einen mit den Zähnen der Zahnriemenscheibe 17 zusammenarbeitenden Abtaster 26 erfolgen, dessen Zählimpulse über einen Zähler die absolute Winkellage der Meßspindel 5 festhält.
• Zum Ausgleich der Wärmedehnung ist der in die Kolbenstange 1 hineinragende Teil der Meßspindel mit der Länge L2 gemäß Fig. 2 durch konzentrisch ineinander angeordnete Rohre 27 gebildet. Das äußere Rohr 271 ist mit seinem einen Ende 28 mit dem das Gewinde 7 tragenden Teil der Meßspindel 5 durch einen Stift 29 fest verbunden. Das andere freie Enee 30 ist bündig mit dem nächst inneren Rohr 272 durch einen Stift 3.1 fest verbunden, während das gegenüberliegende Ende des Rohrs 272 mit dem weiter innen liegenden Rohr 273 verbunden ist. In gleicher Weise sind auch noch die Rohre 274 und 275 zusammengeschlossen, während das dann noch freie Ende des Rohrs 275 fest mit der Koppelvorrichtung 24, eines in das Ende der Kolbenstange 1 eingeschraubten Gewindestücks 32 befestigt ist.
• Die Rohre 271, 273 und 27 bestehen aus Stahl, während die beiden dazwischen liegenden Rohre 272 und 274 aus Aluminium bestehen, das eine gegenüber dem Stahl doppelt so große Wärmeausdehnungszahl aufweist. Die Länge L2 betracht etwa die Hälfte der Länge Lo, wenn der Kolben 2 sich in seiner Mittelstellung befindet. In dieser Stellung wird durch die "gefaltet" zusammengefügten Rohre 271 bis 275 infolge der unterschiedlichen viärmeausdehnungszahlen und der entgegengesetzten Ausdehs die Wärmedehnung nungsrichtungenYkompensiert, so daß die Länge Lo bei Temperaturänderungen keine linclerung erfährt. Die Lage der Koppelvorrichtung 24 ist daher temperaturunabhängig gegenüber der Lage des Abgriffs 10. Bei exakt bekannter Winkellage der Meßspindel 5 ist daher auch die genaue Lage der Koppelvorrichtung 24 beliannt und es ist zur Steuerung der exakten Lage keine besondere Längenmeßeinrichtung erforderlich. Die genaue Ansteuerung der Lage der Koppelvorrichtung 24 ist daher bei Verwendung des Potentiometers 25 analog oder bei Verwendung eines Abtasters 26 digital mit großer Genauigkeit möglich. Um die Vorrichtung bei auftretenden zu großen Kräften oder bei einem Druckabfall vor Schaden zu schützen, arbeitet der Abgriff 10 noch mit Endschaltern 33 zusammen, durch die beim Überschreiten einer maximal zulässigen Axialverschiebung der Neßspindel 5 mit der Mutter 6, der Büchse 9 und dem Abgriff 10 die gesamte Maschinenanlage stillgesetzt wird.
• In Fig. 3 sind in einem Blockschaltbild die einzelnen Regelkreise, die voneinander ullabllangig sind, dargestellt. Der Antrieb des Schrittmotors 20 oder des Gleichstrommotors wird über eine Steuerlogik unter Berücksichtigung des Wegmeßsystems und des Tachogenerators gesteuert. Durch die Steuerlogik wird die erwünschte absolute Stellung der Koppelvorrichtung 24 vorgegeben.
• Völlig unabhängig davon ist der Regelkreis des mechanischen Temperaturkompensators, durch den die Längenänderung der Meßspindel 5 durch Temperaturänderungen wie oben beschrieben ausgeglichen wird. Im Block~ schaltbild der Fig. 3 ist gestrichelt angedeutet, daß die mechanische Temperaturkompensation bei entsprechender Auslegung auch die Wärmeausdehnung am Maschinenschlitten berücksichtigen kann.

Claims (13)

1. Patentansprüche

   (Öl. Hydraulischer Nachlaufverstärker mit einer in einer mutter schraubbaren Meßspindel, die beide in axialer Richtung durch einen Kolben des Arbeitszylinders verschiebbar sind, wobei durch diese axiale Verschiebung über einen Abgriff Druck und Abflußleitungen zu den Druckkammern des Arbeitszylinders freigegeben bzw. geschlossen werden und am freien Ende der Kolbenstange des Arbeitszylinders eine Doppelt vorrichtung für die zu steuernden Teile vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,daß zum Ausgleich der Wärmedehnung zwischen dem Abgriff (10) für das Frei-, geben bzw. Schließen der Druckleitungen (12) und der Abflußleitungen (13) und der Koppelvorrichtung (24) für die zu steuernden Teil eine Wärmedehnungs kompensation vorgesehen ist.
2. 2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspindel (5) im Bereich der Koppelvorrichtung (24) mit der Kolbenstange (1) verbunden ist und daß als Wärmedehnungskompensation mindestens ein Teil der Neßspindel (5) aus die Wärmedehnung kompensierendem Material besteht.
3. 3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Wärmeausdehnung kompensierende Teil der Meßspindel (5) aus konzentrisch ineinander angeordneten Rohren (271 bis 275) besteht, wobei jedes freie Rohrende mit dem Ende des nächst innenliegenden Rohres fest verbunden und die vom Abgriff (10) zur Koppelvorrichtung (24) hin-führenden Rohre (271, 273, 27#) aus Material geringer Wärmeausdehnung und die von der Koppelvorrichtung (24) wegführenden Rohre (272, 274) aus Material hoher Wärmeausdehnung bestehen, wobei die Länge (L2), die Anzahl der Rohre (27) und deren Wärmeausdehnungszahlen so gewählt sind, daß der Abstand (Lo) Abgriff (10) - Koppelvorrichtung (24) mindestens in einer Mittelstellung temperaturunabhängig ist.
4. 4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L g) der Rohre (27) etwa der halben mittleren Meßlänge(L0) der Meßspindel (5) entspricht und zwei der von der Koppelvorrichtung (24) wegführenden Rohre (272, 274) aus Aluminium und die restlichen zur Koppelvorrichtung (24) hinführenden Rohre (271, 273 275) und die restliche Meßspindel (5) aus Stahl bestehen (Fig. 2).
5. 5. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem die Meßspindel bzw. die Mutter antreibenden Motor, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Motor (20) und dem Antrieb der Meßspindel (5) bzw. Mutter (6) ein Abgriff (Potentiometer 25 oder Abtaster 26) für die Erfassung des Drehwinkels der Meßspindel (5) bzw. der Mutter (6) vorgesehen ist und der so erfaßte Drehwinkel als Wert für die Steuerung dient.
6. 6. Verstärker nach Änspruch 5, dadurch gekennzeichnet, (10) daß als Abgriff für die Erfassung des Drehwinkels ein Potentiometer (25) dient, wobei der Potentiometerabgriff so geführt ist, daß die End stellungen des Potentiometers (25) mit den Endstellungen der Kolbenstange (1) etwa übereinstimmen.
7. 7. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abgriff ein mehrgängiges Potentiometer (25) hoher Auf lösung dient.
8. 8. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Abgriff mindestens ein induktiver, kapazitiver oder optischer, mit einem Impulsgeber in Form einer Zahnscheibe (17), Lochscheibe, Strichscheibe od.dgl. zusammenarbeitender Abtaster (26) dient, der zur Erfassung des Drehwinkels mit einem Zähler zusammenarbeitet.
9. 9. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Abgriff (10) zusammenwirkende Endschalter (33) vorgesehen sind.
10. 10. Verstärker nach einem detAnsprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heßspindel (5) und die Mutter (6) in einem mit einer Leckölleitung (23) verbundenen drucklosen Raum angeordnet sind.
11. 11. Verstärker nach Anspruch 10, dadurch. gekennzeichnet, daß zur Bildung des drucklosen Raumes eine in die Bohrung (4) der Kolbenstange (1) hineinragende, einen Teil der Meßspindel (5) aufnehmende Büchse (21) angeordnet ist, die an ihrem anderen Ende in einem Steuergehäuse (22) dicht gehalten ist.
12. 12. Verstärker nach Auspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Abgriff (10) für das Freigeben bzw.

    das Schließen der Druckleitung (12) und Abflußleitung (13) im drucklosen Raum vorgesehen ist.
13. 13. Verstärker nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer (25) als Kunststoffschichtpotentiometer mit großer Auf lösung ausgebildet ist.

    L e e r s e i t e