DE2501761B2 - Elektrohydraulischer Nachlaufverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen bJachlaufverstärker zur Steuerung von Lage und Geschwindigkeit des arbeitsaktiven Teils eines Hydraulikmotors, mit einer mittels eines den Sollwert festlegenden Elektromotors angetriebenen, auf einer Meßspindel geführten Mutter bzw. mit einer angetriebenen Meßspindel und einer hierauf geführten Mutter, über die in einem Steuergehäuse vorgesehene Ventile, die die Druckmittelzufuhr von einer Hydraulikpumpe zum Hydraulikmotor und die Druckmittelabfuhr vom Hydraulikmotor zu einem Sammelbehälter steuern, betätigbar sind, wobei die Mutter zusammen mit der Meßspindel vom steuerungsaktiven Teil des Hydraulikmotors im Sinne einer Rückstellung der Ventile in ihre Nullage mitnehmbar ist. Ein solcher Nachlaufverstärker ist aus der CH-PS 5 28 021 bekannt.

Es ist üblich, die bei solchen Nachlaufverstärkern verwendete Hydraulikpumpe mit nur etwa 10% Überkapazität auszulegen, um möglichst geringe Verlustleistungen zu haben. Braucht ein Nachlaufverstärker mit einem bestimmten Hydraulikmotor bei seiner maximalen Geschwindigkeit z. B. 25 Liter pro Minute an Drucköl, so wird die Hydraulikpumpe dann auf 27,5 Liter pro Minute ausgelegt, um sicherzugehen, d_aß der hydraulische Regelkreis dem elektrischen Regelkreis folgen kann. Durch Verschleiß kann nun die Fördermenge der Hydraulikpumpe abfallen. Bei einem Abfall um mehr als 10% kann der hydraulische Regelkreis dem elektrischen Regelkreis nicht mehr folgen, so daß die die Ventile steuernde Mutter eine große axiale Verschiebung erfährt und dadurch der Verstärker über die für solche Fälle angeordneten Endschalter stillgesetzt wird. Dieser Fehler muß erkannt werden, und es muß ein Austausch der Pumpe vorgenommen werden.

Nachteilig ist bei der üblichen Ausführung, daß die von der Hydraulikpumpe geförderte, aber nicht benötigte Druckölmenge durch ein Überströmventil abströmt. Diese ganze Energie geht verloren und wird in Wärme umgesetzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nachlaufverstärker der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er bei einer abfallenden Leistung der Hydraulikpumpe durch Nachlassen der Fördermenge insbesondere infolge Verschleißes nicht automatisch stillgesetzt zu werden braucht und daß er eine bessere Energieausnutzung ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein Abtaster zur Erfassung der axialen Verschiebung der Mutter vorgesehen ist, über den in Abhängigkeit von der Axialverschiebung der Mutter aus ihrer Neutralstellung die Winkelgeschwindigkeit der Mutter bzw. der Meßspindel und/oder die Pumpenleistung beeinflußbar ist.

Damit ist es nicht mehr erforderlich, die Hydraulikpumpe mit einer Überkapazitat auszulegen. Die mit einem derartigen Nachlaufverstärker ausgerüsteten Maschinen sind auch dann noch voll betriebsfähig, wenn durch Verschleiß die Leistung der Pumpe mit der Zeit nachlassen sollte. Ferner ist es möglich, für besondere Zwecke einen Teil des Drucköls ab/ii/.wcigcn, ohne daß störend in ilen Betriebsablauf eingegriffen wird. Durch die crfinclungsgcinäUc Ausbildung wird die Steuerung

an das Leistungsvermögen des hydraulischen Regelkreises angepaßt oder es kann, wenn die Pumpenleistung gesteuert wird, in jedem Betriebszustand eine optimale Energieausnutzung erzielt werden, und zwar auch bei voller Absicherung gegen Überbeanspruchung durch etwa auftretende, zu große axiale Kräfte. Insbesondere ist es von Vorteil, daß beispielsweise bei einer Eilgangverstellung zur Beschleunigung und Bewegung z. B. eines Werkzeugschlittens die Ventile weit geöffnet sind und die Anlage nur mit dem sich von selbst einstellenden Druck gefahren werden kann, wozu in vielen Fällen der halbe Betriebsdruck ausreicht.

Aus dem »o + p-Report71«, Seite 111, ist es zwar bekannt, als Weggeber arbeitende Abtaster zur Steuerung von Ventil- und Kolbenbewegungen zu verwenden; jedoch sind in dieser Druckschrift keine Hinweise für die Anwendung bei Nachlaufverstärkern enthalten in dem Sinne, daß ein elektrischer Regelkreis einem hydraulischen angepaßt wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

In vorteilhafter Weise kann z. B. gleichzeitig bei Anordnung eines die Meßspindel bzw. die Mutter antreibenden Elektromotors zwischen dem Elektromotor und dem Antrieb der Meßspindel bzw. Mutter ein Abgriff für die Erfassung des Drehwinkels der Meßspindel bzw. der Mutter vorgesehen sein, wobei der so erfaßte Drehwinkel als Wert für die Lage des arbeitsaktiven Teils des Hydraulikmotors dient, so daß keine besondere zusätzliche Messung der absoluten erreichten Stellung des Nachlaufverstärkers erforderlich ist. Durch den Wegfall besonderer Positionsmeßvorrichtungen, die aufwendig und störanfällig sind, kann die Anlage wesentlich wirtschaftlicher hergestellt und betrieben werden. Zweckmäßigerweise dient als Abgriff für die Erfassung des Drehwinkels ein Potentiometer, wobei der Potentiometerabgriff so geführt ist, daß die Endstellungen des Potentiometers mit den Endstellungen des arbeitsaktiven Teils des Hydraulikmotors übereinstimmen. Eine solchermaßen verwendete Analogmessung hat den Vorteil, daß jederzeit nach einem Stromausfall sofort wieder die genaue Kolbenstangenstellung erfaßbar ist, ohne daß auf einen vorgegebenen Bezugspunkt zurückgefahren werden muß, wie dies bei einem Digitalabgriff erforderlich wäre.

Zur Erhöhung der Abgriffgenauigkeit kann das Potentiometer mehrgängig und vorzugsweise als Kunststoffschichtpotentiometer ausgebildet sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen Längsschnitt durch den elektrohydraulischen Nachlaufverstärker.

Beim Nachlaufverstärker ist in einer Kolbenstange 1 eines einen Kolben 2 aufweisenden Hydraulikzylinders 3 in einer Bohrung 4 eine Meßspindel 5 befestigt, die auf einem Teil ein mit einer Mutter 6 zusammenwirkendes Gewinde 7 aufweist. Zur Herabsetzung der Reibung ist das Gewinde 7 als Kugelumlaufgewinde ausgebildet, wie dies 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 für die Steuerung von Ventilen 11 angeordnet ist, durch die bei einer axialen Verschiebung t: eine Druckleitung 12 und eine Abflußleitung 15 mit den Druckkammern 14 bzw. 15 lies Hydraiilikmolors I, 2,3 verbunden bzw. getrennt werden.

Die Müller 6 ist über ein hiilscnartige, die Meßspindel ϊ umfassende Verlängerung 16 mil einer Zahnriemenscheibe 17 verbunden, die über einen Zahnriemen 18 und eine weitere Zahnriemenscheibe 19 mittels eines Elektromotors 20, z. B. eines Schrittmotors antreibbar ist.

In die Bohrung 4 der Kolbenstange 1 ragt eine Büchse 21 hinein, die an ihrem einen 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

ίο 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 nun über den Zahnriemen 18 die Mutter 6 gegenüber der Meßspindel 5 derart verdreht, daß 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 Hydraulikzylinders 3 und gleichzeitig die Druckkammer 15 mit der Abflußleitung 13 verbunden, so daß der Kolben 2 mit der Kolbenstange 1 und der fest damit verbundenen Meßspindel nach rechts verschoben wird. so daß der Abgriff 10 wieder in die Ausgangslage zurückgeführt und damit die Kolbenbewegung, wenn keine weitere Verdrehung der Mutter 6 erfolgt, stillgesetzt wird. Bei einer Verdrehung der Mutter 6 gegenüber der Meßspindel 5 in anderer Drehrichtung erfolgt der gleiche Vorgang in entgegengesetzter Richtung.

Erfolgt nun die Verdrehung der Mutter 6 zu rasch, so daß der hydraulische Regelkreis dem elektrischen Regelkreis nicht mehr folgen kann, so wird die Axialverschiebung ε der Mutter 6 gegenüber dem Steuergehäuse 22 so groß, daß trotz voller öffnung der Ventile 11 der Kolben 2 der Verstellung der Mutter 6 nicht mehr folgen kann. Um hier eine Beschädigung des Verstärkers zu vermeiden, sind mit dem Abgriff 10 zusammenarbeitende Endschalter 33 angeordnet, durch die ein Störsignal abgegeben oder der ganze Nachlaufverstärker stillgesetzt wird. Um nun solche Betriebsstörungen zu vermeiden und eine gegenseitige Abstimmung des elektrischen Regelkreises mit dem hydraulischen Regelkreis zu erzielen und die aufzuwendende Leistung der Hydraulikpumpe zu optimieren, ist im Steuergehäuse 22 ein mit dem Abgriff 10 zusammenarbeitender Abtaster 34 eingesetzt, mit dem gemäß Zeichnung die Endschalter baulich integriert sind und durch den die Axialverschiebung ε gemessen und der Steuerlogik zugeführt wird. Durch diese Steuerlogik wird die Winkelgeschwindigkeit der Mutter 6 an die Verschiebung angepaßt, und zwar wird bei größer werdendem ε die Winkelgeschwindigkeit herabgesetzt, so daß der hydraulische Steuerkreis dem elektrischen Regelkreis folgen kann. Die Winkelgeschwindigkeit wird aber durch die Steuerlogik an die sonstigen Gegebenheiten wie Eilgang, Arbeitsvorschub usw. angepaßt. Bei aufwendigeren Konstruktionen kann gleichzeitig, gegebenenfalls unter Vorrang, die Fördermenge der Hydraulikpumpe, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist und die den Nachlaufvcrstärker über die Druckleitung 12 mit Drucköl versorgt, gesteuert werden.

Aiii aus dem Hydraulikzylinder J herausrugcmlcn Ende der Kolbenstange I ist eine KoppclvorrichtuiiL' 24 zum Verbinden ties Nachlaufverstärkers mit beispielsweise einem Maschinenschlitten vorgesehen.

Die Temperatur des llydrauliköls ändert sich mit der Arbeitsbelastung. Damit verbunden ist infolge der

Wärmedehnung der Werkstoffe eine Längenänderung der Meßspindel 5 und auch aller anderen Teile, so daß der Abstand zwischen der Koppelvorrichtung 24 und dem Abgriff 10 temperaturabhängig ist. Dies ist aber unerwünscht, insbesondere wenn die Winkellage der Mutter 6 direkt zur Steuerung der Lage der Koppelvorrichtung 24 oder des Maschinenschlittens ohne Messung der eigentlichen absoluten Lage verwendet werden soll. Die genaue Winkellage der Mutter 6 kann über ein vom Motor 20 verstelltes Potentiometer 25 oder auch über einen mit den Zähnen

der Zahnriemenscheibe 17 zusammenarbeitenden Ta ster 26 erfolgen, dessen Zählimpulse über einen Zähle die absolute Winkellage der Mutter 6 festhält.

Als Potentiometer 25 kann ein Kunststoffschichtpo lentiometer mit sehr großer Auflösung Verwendung finden, so daß beispielsweise bei einem Hub von 250 mrr mit Hilfe des Potentiometers 25 eine Einstellgenauigkeil von Vioo mm erzielbar und der Einstellpunkt m optimaler Geschwindigkeit bei geringster Einstellze einstellbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elektrohydraulischer Nachlaufverstärker zur Steuerung von Lage und Geschwindigkeit des arbeitsaktiven Teils eines Hydraulikmotors, mit einer mittels eines den Sollwert festlegenden Elektromotors angetriebenen, auf einer Meßspindel geführten Mutter bzw. mit einer angetriebenen Meßspindel und einer hierauf geführten Mutter, über die in einem Steuergehäuse vorgesehene Ventile, die die Druckmittelzufuhr von einer Hydraulikpumpe zum Hydraulikmotor und die Druckmittelabfuhr vom Hydraulikmotor zu einem Sammelbehälter steuern, betätigbar sind, wobei die Mutter zusammen mit der Meßspindel vom steuerungsaktiven Teil des Hydraulikmotors im Sinne einer Rückstellung der Ventile in ihre Nullage mitnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abtaster (34) zur Erfassung der axialen Verschiebung der Mutter (6) vorgesehen ist, über den in Abhängigkeit von der Axialverschiebung (ε) der Mutter (6) aus ihrer Neutralstellung die Winkelgeschwindigkeit der Mutter (6) bzw. der Meßspindel (5) und/oder die Pumpenleistung beeinflußbar ist.

2. Nachlaufverstärker nach Anspruch 1, mit Endschaltern, die über die Mutter bei Erreichen von deren Extremlagen den Elektromotor stillsetzen, dadurch gekennzeichnet, daß Abtaster (34) und Endschalter (33) baulich integriert sind.

3. Nachlaufverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtaster (34) ein induktiver oder kapazitiver Weggeber dient.

4. Nachlaufverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Elektromotor (20) und dem Antrieb der Meßspindel (5) bzw. Mutter (6) ein Abgriff für die Erfassung des Drehwinkels der Meßspindel (5) bzw. der Mutter (6) vorgesehen ist und der so erfaßte Drehwinkel als Wert für die Lage des arbeitsaktiven Teils des Hydraulikmotors dient.

5. Nachlaufverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Abgriff für die Erfassung des Drehwinkels ein Potentiometer (25) dient, wobei der Potentiometerabgriff so geführt ist, daß die Endstellungen des Potentiometers (25) mit den Endstellungen des arbeitsaktiven Teils des Hydraulikmotors übereinstimmen.

6. Nachlaufverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer (25) mehrgängig ist.

7. Nachlaufverstärker nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer (25) als Kunststoffschichtpotentiometer ausgebildet ist.

8. Nachlaufverslärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Abgriff ein induktiver, kapazitiver oder optischer, mit einem Impulsgeber z. B. in Form einer Zahnscheibe, Lochscheibe, Strichscheibe zusammenarbeitender Taster (26) dient, der zur Erfassung des Drehwinkels mit einem Zähler zusammenarbeitet.

9. Nachlaufverstärker nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines drucklosen Raumes eine mit ihrem einen Ende in die hohle Kolbenstange (I), die mit ihrem Kolben das arbeitsaktive Teil des Hydraulikzylinders bildet, hineinragende, einen Teil der Meßspindel (5) aufnehmende Büchse (21) angeordnet ist, die an ihrem anderen Ende im die Ventile (11) aufnehmenden Steuergehäuse (22) dicht gehalten ist.