Pneumatisch-hydraulischer Vorschubmechanismus zum Verschieben des Werkzeuges einer Werkzeugmaschine Es sind bereits verschiedenste pneumatisch-hydrau lische Vorschubmechanismen zum Verschieben der Werkzeuge von Werkzeugmaschinen bekannt, die an ihren beweglichen und unbeweglichen Teilen angeord nete Steuerelemente aufweisen, für eine raschere und eine langsamere Vorwärtsbewegung und eine Rück wärtsbewegung. Durch eine entsprechende Anord nung von End- und Zwischenschaltern und eventuell von Zeitrelais ist es möglich, mit solchen Vorschub mechanismen programmgesteuerte Werkzeugmaschi nen zu konstruieren, die eine Grosszahl von einstell baren Arbeitszyklen selbsttätig ausführen können.
Besonders bei Bohrmaschinen besteht nun die Not wendigkeit, beim Bohren eines tiefen Loches den Bohrer öfters aus dem Loch herauszunehmen, damit so die Bohrspäne aus dem Loch herausbefördert wer den können. Es gibt nun bereits sogenannte Aus- spänvorrichtungen, die -nach einer gewissen Bohrzeit oder nach dem Erreichen einer gewissen Bohrtiefe den Bohrer aus dem Bohrloch rasch entfernen und ihn wieder rasch ins Bohrloch einschieben. Sobald dann der Bohrer im Grund des Bohrloches aufsteht, verlangsamt sich der Vorschub wieder auf die für das Bohren nötige langsame Vorschubgeschwindigkeit. Es ist ohne weiteres einleuchtend, dass sich auf diese Art und Weise das Werkzeug rasch abnutzt und dass sich so keine tadellosen Löcher bohren lassen.
Zur qualita tiv guten und trotzdem rationellen Arbeitsweise ist es vielmehr nötig, dass die Umschaltung vom rasche ren auf den langsameren Vorschub an einer Stelle erfolgt, die sich kurz vor dem Bohrgrund befindet. Das kann nun der erfindungsgemässe Vorschubmecha nismus ermöglichen. Dieser pneumatisch hydraulische Vorschubmechanismus zum Verschieben des Werk- zeuges einer Werkzeugmaschine mit einer rascheren und einer langsameren Vorwärtsbewegung und zur Rückwärtsbewegung des Werkzeuges, mit an den be weglichen und unbeweglichen Teilen einer Vorschub einheit angeordneten Steuerelementen, einem Zeit relais zur Umschaltung von der Vorwärtsbewegung auf die Rückwärtsbewegung und einem Endschalter zur Umschaltung von der Rückwärtsbewegung auf die raschere Vorwärtsbewegung,
sowie einem mit den verschiebbaren Teilen reibungsschlüssig verbundenen Schaltstift zur Umschaltung von der rascheren auf die langsamere Vorwärtsbewegung ist dadurch ge kennzeichnet, dass der Schaltstift einen an ihm ver stellbaren Anschlag aufweist, der so eingestellt wer den kann, dass der Schaltstift bei der langsameren Vorwärtsbewegung der verschiebbaren Teile zuerst eine einstellbare Strecke mitgeführt und dann seine weitere Bewegung verhindert wird, um bei einer nächsten rascheren Vorwärtsbewegung die Umschal tung auf die langsamere Vorwärtsbewegung an einer Stelle zu bewirken, die um die vorgenannte Strecke vor dem Punkt liegt, an welchem die letzte Um schaltung von der langsameren Vorwärtsbewegung auf die Rückwärtsbewegung erfolgte.
Anhand der beiliegenden Zeichnung wird ein auf dieser dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In dieser Zeichnung ist die Fig. 1 eine schematische Darstellung der Teile des Werkzeug-Vorschubmechanismus an einer Bohr maschine mit den zum Verständnis nötigen pneu matisch-hydraulischen und den elektrischen Leitungen.
Die Fig. 2 ist ein Zeit-Weg-Diagramm, das die Stellungen der Bohrerspitze oder irgendeines Punk tes des beweglichen Teiles der Vorschubeinheit als Funktion der Zeit darstellt.
Die Fig. 3-5 zeigen konstruktive Details der Vor- Schubeinheit, und zwar die Fig. 3 eine Draufsicht auf das Kolbengehäuse und den Schaltstift, teilweise im Schnitt und teilweise ohne Deckel.
Die Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3, während die Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4 darstellt.
Der in der Fig. 1 dargestellte pneumatisch-hydrau lische Vorschubmechanismus enthält als Bauelemente einen Druckübersetzer 1, eine Vorschubeinheit 2, einen Schaltstift 3 sowie drei Dreiwegschieber 4, 5 und 6. Obwohl die Verwendung von Dreiwegventilen anstelle von Dreiwegschiebern vorteilhafter ist, sind der besseren Darstellungsmöglichkeit wegen in der Zeichnung Dreiwegschieber dargestellt. Zur elektri schen Ausrüstung gehören die beiden Zeitrelais ZRI und ZRII, die Relais A, B, C, D, E, F und G sowie der Doppelauslöseschalter HH und die mechanisch betätigbaren Endschalter K, L und M.
Alle Dreiweg schieber und alle Relais und Schalter sind an un beweglichen Teilen des Mechanismus angeordnet, das heisst, wie das zum Teil aus den Fig. 3-5 ersichtlich ist, am Kolbengehäuse der Vorschubeinheit 2 be festigt oder mit diesem verbunden, während mit der beweglichen Kolbenstange 30, mit welcher das Werk zeug auf irgendeine an sich bekannte Art und Weise fest verbunden ist, auch die Schaltstifte fest ver bunden sind, also der bereits genannte Schaltstift 3 für den Schalter K, der Schaltstift 103 für den Schal ter L und der Schaltstift 104 für den Schalter M.
Der Druckübersetzer 1 besteht aus zwei mitein ander starr verbundenen, zueinander offenen Druck- zylindern 11 und 12 verschiedenen Durchmessers. In jedem dieser Zylinder befindet sich ein verschieb barer Kolben 13 bzw. 14. Diese sind durch eine Kolbenstange 15 miteinander fest verbunden. Ein Druckluftanschluss 16 führt vom Zylinder 12 zum Dreiwegschieber 4, eine Öldruckleitung 17 vom Zylinder 11 zur Vorschubeinheit 2. Die Öffnung 18 dient dem ungehinderten Ein- und Austritt der Luft in den Zwischenraum zwischen den beiden Kolben 13 und 14 sowie als Führung für den mit dem Kolben 14 fest verbundenen Zeiger 19.
Die Fig. 3-5 zeigen Details der Vorschubeinheit, die in der Fig. 1 nur schematisch dargestellt ist. Der Steuerkopf 21 und der Führungskopf 22 der Einheit 2 sind durch Schrauben 23 je mit einem Abschluss ring 24 resp. 25 verschraubt, die ihrerseits mittels Schrauben 26 fest mit dem Zylinder 27 verschraubt sind. In diesem Zylinder befindet sich ein mit Dich tungsmanschetten 28 versehener Kolben 29, der fest auf der Stange 30 sitzt. Diese ist durch den Füh rungskopf 22 hinausgeführt und mittels eines auf ihr festgeklemmten Mitnehmers 31 mit einer Stange 32 verbunden.
Auf dieser Stange 32 ist ein auf ihr ver stellbarer Träger 33 festgeklemmt. Am freien Ende dieses Trägers 33 ist ein Rohr 34 eingeschraubt, welches den mit zwei Bohrungen 35 versehenen Füh- rungsring 36 gegen einen Absatz 37 des Trägers 33 presst und somit festhält. Im Führungsring 36 ist die als Ganzes mit 3 bezeichnete Schaltstange ver schiebbar gehalten. An ihrem einen, in der Zeichnung linken Ende weist sie eine durch eine Gegenmutter 39 gesicherte aufgeschraubte Hülse 38 auf. An ihrem anderen Ende ist ein Anschlagring 40 aufgeschraubt, der in einer Ringnut 41 einen dichtenden O-Ring 42 trägt.
Auf demselben Gewinde 43 wird des weiteren ein Spannring 44 durch eine Gegenmutter 45 fest gehalten. Zwischen dem Anschlagring 40 und dem Spannring 44 liegt ein Kunststoffbremsring 46, der je nach der gegenseitigen Lage von Anschlagring und Spannring einen verschieden grossen Druck auf das Rohr 34 ausübt, wodurch sich also die Reibung des Schaltstiftes 3 im Rohr 34 je nach Wunsch einstellen lässt. Es ist zweckmässig, wenn die beiden der Pres sung des Kunststoffbremsringes dienenden Flächen von Anschlag- und Spannring derart konisch aus gebildet sind, dass der Abstand der äusseren Ring ränder grösser ist als der Abstand der inneren Ring ränder. Das freie Ende des Rohres 34 ist mit einer Schlauchanschlussmutter 47 versehen, von welcher ein Druckluftschlauch 48 zum Dreiwegventil 6 führt.
Alle drei Dreiwegschieber 4, 5 und 6 werden elektromagnetisch betätigt, wobei die eine, in der schematischen Fig. 1 jeweilen untere Anschlussöffnung wahlweise mit einer der beiden oberen Anschluss öffnungen verbunden werden kann. Ihre konstruk tive Ausgestaltung kann beliebig sein. Auch können sie, wie vorstehend ausgeführt ist, ohne weiteres durch handelsübliche Dreiwegventile ersetzt werden. Die Elektromagnete werden hier durch Wechselstrom ge- spiesen und die Speiseleitungen durch Relais E, F und G aus- und eingeschaltet. Selbstverständlich liesse sich die Schaltanordnung dieser Elektromagnetschie ber auch anders ausführen.
Der Steuerkopf 21 (siehe Fig. 3-5) der Vorschub einheit 2 weist ein Gehäuse<B>105</B> und einen Deckel 49 auf, welcher durch Schrauben 50 am Gehäuse be festigt ist. In einer Bohrung 51 des Gehäuses steckt die Spindelmutter 52, die durch den Deckel 49 fest gehalten wird. An sie schliesst sich in der Bohrung eine mit 53 bezeichnete, mit Öffnungen 53a ver sehene Hülse an, die durch einen Führungsring 54 abgeschlossen wird. Eine anschliessend angeordnete Distanzhülse 55 trennt den Führungsring 54 vom Filter 56, welches durch den in das andere Bohrungs ende eingeschraubten Anschlussnippel 57 gegen die Distanzhülse 55 gedrückt wird.
In der Spindelmutter 52 ist die Regulierspindel 58 eingeschraubt, die durch einen Sicherungsring 59 gegen ein unbeabsichtigtes Herausschrauben gesichert ist, und mit deren Hilfe sich der mit einem Kolben 60 versehene Durchfluss- regulierstift 61 entgegen der Kraft der Feder 62 bezüglich des Ringes 54 verschieben lässt. Alle diese Teile bilden zusammen ein in der Fig. 1 schematisch mit 63 bezeichnetes einstellbares Feinregulierventil für die langsame Vorwärtsbewegung des Kolbens 29. Das Gehäuse<B>105</B> weist eine gegen das Innere des Zylinders 24 offene Bohrung 64 auf.
In diese Boh rung 64 münden die Bohrungen 65, 66 und 67 (siehe Fig. 4), von denen die erste die Verbindung zur Boh rung 51 herstellt, während die zweite ein Rückschlag ventil mit einstellbarer Maximalöffnung enthält und die Bohrung 64 mit der durch die Verschlussschraube 68 abgeschlossenen Bohrung 69 des Gehäuses 105 verbindet. Diese Bohrung 69 ist über zwei weitere Bohrungen 70 und 71 mit der Bohrung 73 des Ge häuses verbunden. In diese reicht ein mit einer Quer bohrung 77 versehener Teil der Ventilnadelführung 72. Die Ventilnadel 74 wird durch eine Feder 75 gegen den Nadelsitz 76 gedrückt. Die Bohrung 77 ist über die bereits genannte Bohrung 67 mit der Bohrung 64 verbunden.
Der Betätigung der Ventil nadel 74 dient ein in der in die Führung 72 ein geschraubten Büchse 78 geführter Stössel 79, der fest mit einem im Zylinder 81 geführten Kolben 80 ver bunden ist. Dieser Zylinder ist oben und unten durch je einen Deckel 82 resp. 83 abgeschlossen, die durch Segerringe 84 und 85 festgehalten werden. Die Öff nung 86 im unteren auf der Büchse 78 sitzenden Deckel 83 verbindet den Zylinderraum, in welchem die Feder 87 untergebracht ist, mit der Aussenluft, während am Anschlussstutzen 88 des Deckels 82 die Druckluftleitung 89 (siehe Fig. 1) angeschlossen ist. Dieses ganze, die Nadel 74 aufweisende Ventil dient der raschen Vorwärtsbewegung des Kolbens 29 und ist in der Fig. 1 nur schematisch dargestellt und mit 90 bezeichnet.
Das Rückschlagventil besteht im we sentlichen aus der durch die Feder 91 belasteten Ku gel 92, deren Verschiebeweg sich durch die in der in das Gehäuse 105 eingeschraubten Verschlussmutter 93 drehbare Regulierspindel 94 begrenzen lässt. Dieses Ventil ist in der Fig. 1 ebenfalls nur schematisch dargestellt und mit 96 bezeichnet.
Während der Zylinder 11 des Druckumwandlers 1, die Leitung 17 und der Raum zwischen dem Kol ben 29 und dem Steuerkopf 21 mit Drucköl oder einer anderen Flüssigkeit zur Druckübertragung gefüllt sind, dienen alle anderen Anschlüsse der Zuleitung von Druckluft, die z. B. aus einem Druckluftnetz bezogen wird. In der Zeichnung ist mit 97 ein Druckluft behälter eingezeichnet. Von ihm führt eine Leitung 98 zur Vorschubeinheit und je eine zu jedem der drei Dreiwegschieber, also die Leitung 99 zum Drei wegschieber 4, die Leitung 100 zum Dreiwegschieber 5 und die Leitung 101 zum Dreiwegschieber 6. Der dritte Anschluss jedes Dreiwegschiebers dient der Ent lüftung der mit Druckluft versehenen Zylinder und mündet ins Freie.
Auch die elektrische Ausrüstung ist in der Fig. 1 nur schematisch dargestellt: Verwendet werden hier voneinander unabhängige Wechselstromanschlüsse für die Betätigung der Elektromagnete der Schieber 4, 5 und 6, die mit c bezeichnet sind, sowie zwei voneinander unabhängige Steuerstromkreise, bei wel chen der eine Anschlusspol jeweilen mit y und der andere mit z bezeichnet ist. Es kann sich bei diesen Stromkreisen um Wechsel- oder Gleichstromkreise handeln, sie können auch miteinander verbunden oder sonstwie ausgestaltet sein. Das dargestellte Schema soll nur eine Ausführungsmöglichkeit auf zeigen. Im stromlosen Zustand sind die Kontakte der Relais<I>A, B, C, F</I> und G geöffnet, diejenigen der Relais D und E geschlossen.
Wenn das Zeitrelais ZRI durch Schliessen des Auslösedoppelschalters H an Spannung gelegt wird, bleibt während einer gewissen einstellbaren Zeit ein Kontakt geschlossen, so dass das Relais F während dieser Zeit erregt ist und seine beiden Kontaktpaare geschlossen sind. Wird das Zeitrelais ZRII durch Schliessen des Endschalters L an Spannung gelegt, so bleibt während einer gewissen, ebenfalls einstell baren Zeit ein Kontakt geschlossen, so dass das Relais G während dieser Zeit erregt ist. Der für den Vor schubmechanismus wichtigste Schalter ist der Schalter K. Er wird schon bei einer leichten Berührung durch den im Rohr 34 reibungsschlüssig festgehaltenen Schaltstift 3 geschlossen. Diese Stellung ist in der Fig. 3 mit strichpunktierten Linien eingezeichnet.
Wie man sieht, kann sich der Schaltstift 3 noch um die Strecke x weiterbewegen, bis die auf ihm aufge schraubte Hülse 38 am Gehäuse 102 ansteht. Wenn die Hülse 38 am Gehäuse 102 ansteht, verschiebt sich der Stift 3 bei einer weiteren Bewegung des Kolbens 29 nach links, in der Fig. 3 im Rohr 34 nach rechts.
Der Schalter L wird durch den einstellbaren Schalt stift 103 und der Schalter M durch den einstellbaren Schaltstift 104 betätigt.
Nachdem nun alle zum Verständnis der Funk tionsweise des Mechanismus nötigen Teile beschrieben worden sind, wird nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 die Funktionsweise erklärt. In der Fig.2 ist der Ort s eines Punktes der Kolbenstange 30 oder des mit ihr fest verbundenen Werkzeuges als Funktion der Zeit t dargestellt. Zu Beginn eines Arbeitsganges sind die Relais<I>A, B, C, D, E, F,</I> G stromlos, die Kontakte der Relais<I>A, B, C, F,</I> G geöffnet, die jenigen der<B>Relais D</B> und E geschlossen. Geöffnet sind des weiteren die Kontakte der Schalter<I>H, K,</I> L und M. Der Elektromagnet des Schiebers 5 ist erregt, diejenigen der Schieber 4 und 6 stromlos; der Kol ben 29 befindet sich fast am rechten Ende im Zylin der 27.
In der Fig. 2 ist diese Lage mit a bezeichnet. Wenn nun der Auslösedoppelschalter <I>HH</I> kurzzeitig geschlossen wird, werden die Relais<I>A, B</I> und C erregt, und das Zeitrelais ZRI beginnt zu laufen und erregt seinerseits das Relais F. Wird der Doppel schalter<I>HH</I> wieder geöffnet, dann hält sich das Relais A über seine eigenen Kontakte sowie die Kontakte des Relais F; die Relais B und C halten sich über die Kontakte der Relais<I>B</I> und<I>D.</I> Diese Stellung der Kontakte ist nun in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellt: Die Stromspule des Schiebers 4 wird erregt, und der Schieber nimmt ebenfalls den in der Fig. 1 der Zeichnung dargestellten Schalt zustand an.
Die Druckluft kann durch die Leitun- gen 99 und 16 in den Zylinder 12 einströmen, ver drängt dort den Kolben 10, so dass der mit ihm fest verbundene Kolben 13 Drucköl durch die Leitung 17 treibt. Der Elektromagnet des Schiebers 5 ist eben falls erregt, so dass die Leitungen 100 und 89 mitein ander verbunden sind und die Druckluft das Schnell gangventil 90 offen hält: Der Kolben 29 und mit ihm die Kolbenstange 30 werden mit all den an ihr befestigten Teilen und dem Werkzeug entgegen der durch die Druckluft auf der anderen Kolbenseite ausgeübten elastischen Wirkung in rascher Vorwärts bewegung nach links verschoben: Wir befinden uns beim Punkte b in Fig.2.
Sobald nun der Schalt stift 3 den Schalter K betätigt, wird das Relais E erregt, die Magnetspule des Dreiwegschiebers 5 stromlos und der Schieber somit umgeschaltet, so dass das Schnellgangventil 90 geschlossen wird: Punkt c in Fig. 2. Nun kann das Drucköl nur noch durch das entsprechend eingestellte Feinregulierventil 63 in die Vorschubeinheit strömen, so dass der Kol ben 29 mit einer langsamen Vorwärtsbewegung nach links verschoben wird, während welcher das Werk zeug das Werkstück bearbeiten, also der Bohrer ein Loch bohren kann.
Sobald die am Zeitrelais ZRI eingestellte Zeit t1 (Punkt d) abgelaufen ist, wird das Relais F stromlos, das Relais A fällt ab, der Dreiwegschieber 4 schaltet auf Entlüftung um, und die durch die Leitung 98 auf den Kolben 29 ein wirkende Druckluft verschiebt diesen rasch nach rechts, da das rechts vom Kolben befindliche Drucköl durch das Rückschlagventil 96 in den Zylinder 11 zurückströmen und die Kolben 13 und 14 zurück stellen kann. Wenn sich der Kolben 29 um die Strecke x nach rechts verschoben hat (Punkt e), wird der Schalter K wieder geöffnet, das Relais E wird stromlos, und der Schieber 5 verbindet die Leitung 89 wieder mit der Druckluftleitung 100.
Wenn der Kolben 29 seine Ausgangslage (Punkt erreicht hat, betätigt der Schaltstift 104 den Schalter<I>M,</I> das Relais<I>A</I> zieht wieder an und hält sich selbst, da auch das Zeitrelais ZRI wieder zu laufen beginnt und das Relais F erregt ist. Alle Kon takte und Ventile befinden sich wieder in der in der Fig. 1 dargestellten Lage; die rasche Vorschubbewe gung setzt ein und im Diagramm kommen wir zum Punkt g. Sobald nun der Schaltstift 3 den Schalter K wieder betätigt (Punkt h), wird das Relais E erregt, das Schnellgangventil 90 schliesst sich, und der Kol ben 29 bewegt sich mit der der Einstellung des Fein regulierventils 63 entsprechenden langsamen Ge schwindigkeit weiter nach links, vom Punkte h bis zum Punkte i in Fig.2.
Es ist nun wichtig, hier festzuhalten, dass das Umschalten nicht dann erfolgt, wenn der Bohrer die grösste Bohrtiefe des Bohrloches erreicht hat, sondern die einstellbare Strecke x vorher, unabhängig davon, wie tief das Bohrloch gerade ist, einfach deswegen, weil der Schaltstift 3 sich in der Hülse 34 erst dann verschieben lässt, wenn der Kol ben 29 die einstellbare Strecke x zurückgelegt hat. Der aus einem raschen Vorschub, einem langsamen Vorschub und einer Rückwärtsbewegung bestehende Arbeitszyklus wiederholt sich so oft, bis die mittels des Schaltstiftes<B>103</B> einstellbare Bohrtiefe 1 er reicht ist. Nun schliesst dieser Schaltstift<B>103</B> die Schaltkontakte<I>L,</I> wodurch das Relais<I>D</I> erregt wird und das Zeitrelais ZRII zu laufen beginnt.
Dadurch wird nun der Strom durch die Relais B und C unter brochen, ihre Kontakte öffnen sich, das Relais F wird stromlos. Der Kolben 29 kehrt in seine Aus gangslage zurück, und eine weitere Betätigung der Kontakte M bewirkt keinen neuen Vorschub. Ein solcher kann erst wieder durch Betätigung des Doppelschalters<I>HH</I> ausgelöst werden. Das Zeitrelais ZRII erregt während einer einstellbaren Zeit das Relais G, so dass der Dreiwegschieber 6 umgeschaltet wird und die Druckluft aus der Leitung<B>101</B> durch den Schlauch 48 in das Rohr 34 strömen kann, wo sie den Schaltstift 3 in seine Ausgangslage zurück schiebt, wodurch sich der ganze Vorschubmechanis mus wieder in der Ausgangslage befindet.