BESCHREIBUNG
Hydraulische Stellantriebe gemass Oberbegriff des Anspruchs 1 sind bekannt (CH-PS 528 021). Bei solchen Antrieben öffnet das Hydraulikventil proportional zur Differenz zwischen der durch das Abtriebsglied des Pilotmotors vorgegebenen Sollstellung und der Iststellung des Abtriebselementes des Hydraulikantriebs. Der Hydraulikantrieb kann beispielsweise ein Hydraulikzylinder oder ein Hydromotor sein.
Mit der Nachlaufsteuerung ist zwangsläufig ein Nachlauffehler verbunden, der unter anderem mit zunehmender Abtriebsgeschwindigkeit wächst. Wenn der Sollwertgeber durch ein Programm angesteuert wird, kann dieser Nachlauffehler im Programm mitberücksichtigt werden. Dies ist umständlich und setzt voraus, dass das Programm immer gleich schnell abläuft, was in der Praxis oft nicht zutrifft.
Änderungen des Nachlauffehlers durch Variation der Ölviskosität und des Speisedrucks können damit nur auf komplizierte Art korrigiert werden. Wenn der Sollwertgeber von einer Regeleinrichtung angesteuert wird, ist obige Korrektur kaum möglich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Nachlauffehler zu minimieren bzw. zu kompensieren, ohne die obigen Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch diese Ausbildung der Kupplung wird erreicht, dass bei gegebener Regelabweichung zwischen der durch das Abtriebsglied des Pilotmotors vorgegebenen Sollstellung und der durch das Abtriebselement des Hydraulikantriebs erreichten Iststellung das Ventilglied stärker ausgelenkt wird.
Die Regelabweichung wird also bei stillstehendem Abtriebsglied rascher abgebaut und bei stetig drehendem Abtriebsglied reduziert und damit der Nachlauffehler kompensiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen elektrohydraulischen Antrieb,
Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines elektrohydraulischen Antriebs, und
Fig. 3 bis Fig. 5 drei weitere Varianten einer Kupplung.
Der elektrohydraulische Antrieb gemäss Fig. 1 umfasst einen Schrittmotor 2 und eine servohydraulische Nachlaufsteuereinrichtung 5 mit einem Ventil 9 und einem als Hydraulikzylinder 43 ausgebildeten Hydraulikantrieb. Der Schrittmotor 2 erhält Steuerimpulse, bis die Summe der Drehwinkelinkremente seiner Abtriebswelle 3 dem Eingangssignal entspricht. Die Abtriebswelle 3 des Schrittmotors 2 ist über eine Kupplung 1 mit einer Steuerwelle 8 gekuppelt.
Die Steuerwelle 8 weist an ihrem gegenüberliegenden Ende eine Gewindestange 15 auf, in die eine Mutter 41 des Kolbens 40 des Hydraulikzylinders 43 eingreift.
Das Ventil 9 umfasst ein als Schieber 16 ausgebildetes Ventilglied, das im Gehäuse 7 axial verschiebbar gelagert ist. Der Schieber 16 weist zwei Stege 18,20 auf, die mit Steuerkanten im Gehäuse 7 den Zufluss von Ö1 aus einem Druckraum 22, der unter Speisedruck P steht, in Arbeitskammern 26, 28, sowie den Abfluss aus den Arbeitskammernm 26,28 in Rück laufräume 24 steuern. Die Arbeitskammern 26, 28 sind mit je einem der Arbeitsräume 36, 38 des Zylinders 43 verbunden.
Der Schieber 16 ist mittels einer Feder 30 gegen eine Schulter 10 der Steuerwelle 8 gedrückt, so dass er den Axialbewegungen der Steuerwelle 8 folgt.
Die Kupplung 1 besteht aus einem auf der Abtriebswelle 3 befestigten schrägverzahnten Ritzel 45 und einem damit kämmenden, auf der Steuerwelle 8 befestigten Zahnrad 46.
Die Steigung der Verzahnung des Zahnrades 46 ist grösser als die Steigung der Gewindestange 15. Die Steigungsrichtung ist für Zahnrad 46 und Gewindestange 15 gleich.
Im Betrieb arbeitet der Antrieb wie folgt: Wird die Abtriebswelle 3 des Schrittmotors 2 in Abtriebsrichtung betrachtet um einen bestimmten Winkel im Uhrzeigersinn gedreht, so nimmt sie über die Kupplung 1 die Steuerwelle 8 mit. Diese schraubt sich aus der Mutter 41 heraus und verschiebt sich axial nach links. Bei dieser Axialverschiebung gleitet das Zahnrad 46 auf dem Ritzel 45. Infolge der schrägen Verzahnung dieser Räder wird dabei gleichzeitig die Steuerwelle 8 zusätzlich im Gegenuhrzeigersinn gedreht und also zusätzlich aus der Mutter 41 herausgeschraubt.
Gegenüber einem Zahnradpaar mit gerader Verzahnung, welches der bekannten drehfesten Kopplung zwischen Abtriebswelle 3 und Steuerwelle 8 entspräche, ist also der Axialausschlag der Steuerwelle 8 und damit des Schiebers 16 für gleiche Regelabweichung vergrössert.
Der Schieber 16 folgt der Axialverschiebung der Steuerwelle 8 und öffnet die Verbindungen zwischen dem Druckraum 22 und der Arbeitskammer 28, sowie zwischen der Arbeitskammer 26 und dem Rücklaufraum 24. Der Kolben 40 bewegt sich nach rechts und nimmt über die Mutter 41 und die Gewindestange 15 die Steuerwelle mit. Wegen der Schrägverzahnung des Zahnrades 46 ist dabei die Axialverschiebung der Steuerwelle 8 grösser als jene des Kolbens 40.
Der Schieber 16 befindet sich wieder in der dargestellten Neutrallage, wenn die Kolbenverschiebung der Drehungen der Abtriebswelle 3 entspricht. Die Axiallage des Kolbens 40 folgt also dem Drehwinkel der Abtriebswelle.
Dreht die Abtriebswelle 3 des Schrittmotors 2 mit einer konstanten Geschwindigkeit, so bewegt sich auch der Kolben 40 mit einer konstanten Geschwindigkeit. Die dazu erforderliche Auslenkung des Ventils 9 wird wegen der schrägen Verzahnung des Zahnrades 46 mit einer geringeren Differenz zwischen der momentanen, durch die Abtriebswelle 3 vorgegebenen Sollstellung und der momentanen Iststellung des Kolbens 40 erreicht, als bei der herkömmlichen drehfesten Kopplung zwischen Abtriebswelle 3 und Steuerwelle 8.
Damit ist der Nachlauffehler vermindert.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist auf der Abtriebswelle 3 des Pilotmotors 2 ein Planetenträger 63 mit Planetenwellen 64 befestigt. Auf den Planetenwellen 64 sind gerade verzahnte Planetenräder 65 drehbar gelagert. Diese kämmen innen mit einem auf der Steuerwelle 8 befestigten Sonnenrad 67 und aussen mit einem im Gehäuse 7 drehbar gelagerten innenverzahnten Rad 66, das mit einer Mutter 68 verbunden ist. In die Mutter 68 greift eine auf der Steuerwelle befestigte Schraube 69 mit Steilgewinde ein.
Dreht die Abtriebswelle 3 bei axial festgehaltener Steuerwelle 8, so dreht sich die Kupplung 1 als ganzes mit und überträgt die Drehbewegung unübersetzt auf die Steuerwelle 8.
Wird hingegen bei festgehaltener Abtriebswelle 3 die Steuerwelle 8 axial verschoben, so wird ihr über die Schraube 69 und das Planetengetriebe 63-67 eine Drehbewegung aufgezwungen. Diese zusätzliche Drehbewegung wird der Bewegung durch die Abtriebswelle analog der Ausführungsform nach Fig. 1 überlagert und führt zu einer Kompensation des Nachlauffehlers.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Hydraulikantrieb ein Hydromotor 47, dessen Abtriebswelle 48 über Zahnriemenscheiben 49, 11 und einen Zahnriemen 49 mit einer im Gehäuse 7 axial unverschiebbar gelagerten Rückführwelle 13 verbunden ist. Auf der Rückführwelle 13 sitzt eine Mutter 14, in welche ein Gewinde 12 der Steuerwelle 8 eingreift. Diese Art der Rückführung der Stellung der Abtriebswelle 48 ist an sich bekannt und eignet sich auch zur Rückführung der Stellung eines Hydraulikkolbens. In diesem Falle wäre das Ventil 9 analog der Ausführungsform nach Fig. 1 mit dem Hydraulikzylinder verbunden, wobei auf der Rückführwelle 13 statt der Zahnriemenscheibe 11 eine Gewindespindel mit Steilgewinde befestigt wäre, die in eine Mutter im Hydraulikkolben eingreifen würde. Auch diese Variante eines Hydraulikantriebs ist an sich bekannt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 könnte auch die in Fig. 1 dargestellte Kupplung verwendet werden.
Fig. 3 zeigt eine dritte Variante der Kupplung 1, bei welcher auf der Abtriebswelle 3 des Pilotmotors ein Planetenträger 63 mit Planetenwellen 64 befestigt ist. Auf jeder Welle 64 sind zwei starr miteinander verbundene Planetenräder 65, 71 drehbar gelagert, wobei das Rad 65 gerade, das Rad 71 dagegen schräg verzahnt ist. Die Planetenräder 65, 71 kämmen mit je einem auf der Steuerwelle 8 befestigten Sonnenrad 67,72. Auch bei dieser Ausführungsform führt eine Axialverschiebung der Steuerwelle 8 zu einer Schraubbewegung der Steuerwelle 8 relativ zur Abtriebswelle 3. Besonders einfach ist dieses Prinzip bei der Variante nach Fig. 4 erkennbar, bei welcher auf der Abtriebswelle 3 eine Mutter 74 und auf der Steuerwelle 8 eine Schraube 75 mit Steilgewinde befestigt sind.
Die Kupplung 1 nach Fig. 5 umfasst wiederum ein Planetengetriebe. Auf der Abtriebswelle 3 ist ein gerade verzahntes Sonnenrad 90 und auf der Steuerwelle 8 ein schräg verzahntes Sonnenrad 95 befestigt. Die zugehörigen Planetenräder 91, 93 sind über eine Planetenwelle 92 starr miteinander verbunden. Die Planetenwelle 92 ist in einem auf der Steuerwelle 8 befestigten Planetenträger 94 verschiebbar gelagert und durch einen über Lager 97 im Gehäuse 7 gelagerten Ring 96 gegen Axialverschiebung gesichert. Auch bei dieser Ausführungsform bewirkt eine Axialverschiebung der Steuerwelle 8 eine Schraubbewegung dieser Steuerwelle relativ zur Abtriebswelle 3. Durch die Wahl der Getriebeparameter kann der Grad der Kompensation des Nachlauffehlers in relativ weiten Grenzen gewählt werden.
Der Stellantrieb eignet sich für Steuerungen in einer grossen Vielfalt von Anwendungsgebieten. Als Pilotmotor können alle möglichen steuerbaren Antriebe eingesetzt werden.
Als Ventile eignen sich auch solche, die nicht in Achsrichtung verschiebbar sind (CH-A 528 021). Auch Drehventile (z.B. CH-A 572 178) sind in kinematischer Umkehrung der beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendbar. Dabei wäre z.B. bei der Ausführungsform nach Fig. 1 das Abtriebsglied 3 des Pilotmotors 2 axial verschiebbar, das Gewinde 15 steil, die Verzahnung der Räder 45,46 entsprechend flacher, und das Ventilglied mit der Steuerwelle drehfest statt axial unverschiebbar gekuppelt.