DE10027138A1 - Electrohydraulic control device e.g. for piston engine has pressure-medium channels connected to each other via openings in disk of rotary valve - Google Patents
Electrohydraulic control device e.g. for piston engine has pressure-medium channels connected to each other via openings in disk of rotary valveInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Steuereinrichtung mit einem hydrau lischen Drehschieberventil, das durch einen Elektromotor, insbesondere einen Schritt motor, betätigbar ist.The invention relates to an electrohydraulic control device with a hydraulic Mix rotary valve, which is by an electric motor, in particular a step motor that can be actuated.
Eine derartige Steuereinrichtung ist aus der DE 196 08 228 A1 bekannt und wird im gezeigten Anwendungsfall zur Steuerung bzw. Regelung des Förder-/Schluckvolumens einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise eingesetzt. Das Drehschieberventil ist als Radialventil ausgebildet und verfügt über einen Ventil kolben, der in einer Hülse drehbar ist und dabei radiale Öffnungen in der Hülse ver schließt oder miteinander verbindet. Dieser Aufbau als Radialdrehschieberventil setzt eine genaue und dementsprechend aufwendige Fertigung voraus, um z. B. ein hydrau lisches Klemmen und damit erhöhte Betätigungskräfte auszuschließen. Die beim Ver stellen der Schrägscheibe erzeugte Positionsänderung der Schrägscheibe wird durch ein spezielle Kinematik auf die ebenfalls drehbare Hülse des Radialdrehschieberventils übertragen. Das Drehschieberventil ist somit Teil einer Nachlaufregelung.Such a control device is known from DE 196 08 228 A1 and is described in shown application for controlling or regulating the delivery / swallowing volume a hydrostatic swash plate type axial piston machine. The rotary slide valve is designed as a radial valve and has a valve piston which is rotatable in a sleeve and thereby ver radial openings in the sleeve closes or connects. This design as a radial rotary slide valve sets an exact and accordingly complex manufacture ahead to z. B. a hydrau Eliminate jamming and thus increased actuation forces. The ver position of the swash plate generated change in position of the swash plate is by special kinematics on the rotating sleeve of the radial rotary slide valve transfer. The rotary slide valve is therefore part of a follow-up control.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die einen geringen Herstellungs aufwand erfordert.The present invention is based on the object of a control device to provide the type mentioned above, which has a low manufacturing effort required.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Drehschieberventil als Axialdrehschieberventil ausgebildet ist, das einen axial beweglichen Flachdrehschieber aufweist, der gegen eine axial benachbarte Kulisse anliegt, wobei der Flachdreh schieber durch den Elektromotor antreibbar ist und in der Kulisse Druckmittelkanäle münden, die durch Ausnehmungen in dem Flachdrehschieber miteinander verbindbar sind. This object is achieved in that the rotary slide valve as Axial rotary slide valve is formed, which is an axially movable flat rotary slide valve has, which bears against an axially adjacent backdrop, the flat rotation slide can be driven by the electric motor and pressure medium channels in the backdrop open, which can be connected to each other by recesses in the flat rotary valve are.
Die Steuereinrichtung gemäß der Erfindung weist nur wenige und einfach herzustellen de Bauteile auf. Sie benötigt darüber hinaus nur wenig Bauraum. Ein wesentlicher Vor teil ist ferner darin zusehen, dass das erfindungsgemäß verwendete Axialdrehschieber ventil Fertigungstoleranzen ausgleichen und sich bei Verschleiß automatisch nach stellen kann. Die Spaltleckage kann daher immer gleichbleibend gering gehalten werden, d. h. der Abstand zwischen dem Flachdrehschieber und der Kulisse ändert sich nicht.The control device according to the invention has only a few and simple to manufacture de components. In addition, it requires little installation space. An essential advantage part is also to be seen in the fact that the axial rotary valve used according to the invention compensate for manufacturing tolerances and automatically adjust themselves when worn can put. The gap leakage can therefore always be kept constant become, d. H. the distance between the rotary valve and the backdrop changes not yourself.
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann sowohl eine feststehende als auch eine bewegliche Kulisse aufweisen. Mit feststehender Kulisse bietet sich eine Verwendung als Wegeventil zur Steuerung bestimmter Funktionen an. Mit beweglicher Kulisse kann eine durch Betätigung des Flachdrehschiebers bewirkte Positionsänderung eines durch das Axialdrehschieberventil angesteuerten Bauteils rückgeführt und damit eine Lage regelung erzielt werden.The control device according to the invention can be both a fixed and a have movable backdrop. Use with a fixed backdrop as a directional control valve for controlling certain functions. With a moving backdrop a change in position caused by actuation of the flat rotary slide valve the axial rotary slide valve controlled component returned and thus a position regulation can be achieved.
Für den letztgenannten Fall sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Axialdrehschieberventil zur Regelung der Stelleinrichtung einer hydrostati schen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise vorgesehen ist, wobei die Kulisse an einer Seitenfläche der Schrägscheibe oder an einem an der Seitenfläche befestigten Bauteil angeformt ist und wobei mindestens einer der Druckmittelkanäle an einen Stellzylinder der Schrägscheibe angeschlossen ist. Hierbei ergibt sich neben den bereits geschilderten Vorzügen der Erfindung für diese Anwendung eine sehr einfache und damit betriebssichere Kinematik, bei der ausschließlich Drehbewegungen vor liegen. Im Hinblick auf die Positionsrückmeldung der Schrägscheibe kann dabei auf eine aufwendige Kinematik verzichtet werden.In the latter case, an advantageous development of the invention provides that the axial rotary slide valve for regulating the actuating device of a hydrostati The axial piston machine in swashplate design is provided, the Backdrop on one side of the swashplate or on one on the side attached component is molded and wherein at least one of the pressure medium channels an actuating cylinder of the swash plate is connected. In addition to the already described advantages of the invention for this application a very simple and thus reliable kinematics, in which only rotary movements occur lie. With regard to the position feedback of the swash plate can be complex kinematics can be dispensed with.
Besonders günstig ist es, wenn der Elektromotor als Schrittmotor ausgebildet ist. Da durch ist eine äußerst exakte Steuerung bzw. Regelung möglich.It is particularly favorable if the electric motor is designed as a stepper motor. There extremely precise control or regulation is possible.
Sofern der Flachdrehschieber mit einem durch ein Ritzel des Elektromotors antreib baren Zahnrad verbunden ist, dessen Rotationsachse koaxial zur Rotationsachse des Flachdrehschiebers angeordnet ist, können durch geeignete Wahl der Übersetzung trotz Direktbetätigung große Stellkräfte und damit eine höhere Sicherheit des gesamten Systems erzielt werden. If the flat rotary valve is driven by a pinion on the electric motor baren gear is connected, the axis of rotation of which is coaxial with the axis of rotation of the Flat rotary slide valve can be arranged by suitable choice of translation large actuating forces despite direct actuation and thus greater safety of the whole Systems can be achieved.
Insbesondere montagetechnisch von Vorteil ist es, wenn der Flachdrehschieber und das Zahnrad miteinander einstückig sind.In terms of assembly technology in particular, it is advantageous if the flat rotary valve and the gear are integral with each other.
Eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Flachdrehschieber in Richtung zur Kulisse durch die Kraft einer Feder belastbar ist, ermöglicht bereits in der Ruhelage der Steuereinrichtung eine Anpressung des Flachdrehschiebers an die Kulisse.An embodiment of the invention in which the flat rotary valve in the direction of Backdrop is resilient by the force of a spring, already in the rest position of the Control device pressing the flat rotary valve against the backdrop.
Im Betriebszustand ist es zweckmäßig, wenn der Flachdrehschieber in Richtung zur Kulisse durch hydraulischen Druck beaufschlagbar ist. Es ergeben sich dabei - abhängig von den Flächenverhältnissen der anpressenden und entlastenden Druck flächen - definierte Anpresskräfte und infolgedessen nur minimale Leckverluste.In the operating state, it is useful if the flat rotary valve in the direction of Backdrop is acted upon by hydraulic pressure. The following result - depending on the area ratio of the pressing and relieving pressure surfaces - defined contact forces and consequently only minimal leakage losses.
Es erweist sich als günstig, ein zur Aufnahme von auf die Kulisse einwirkenden Kräften ausgebildetes Lager vorzusehen. Bei Verwendung für eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise kann die Schrägscheibe in axialer Richtung fixiert werden, wenn sie zwischen dem Flachdrehschieber und dem Lager angeordnet ist. Diese Art der Fixierung beinhaltet zudem einen automatischen Ausgleich von Fertigungstole ranzen der Schrägscheibe und des Lagers.It proves to be favorable to absorb forces acting on the backdrop to provide trained camp. When used for an axial piston machine in Swashplate design, the swashplate can be fixed in the axial direction, if it is arranged between the rotary valve and the bearing. This kind the fixation also includes an automatic compensation of manufacturing problems satchel of the swash plate and the bearing.
Sofern der Flachdrehschieber um einen zentrischen Drehpunkt winkelbeweglich ist, können Winkeltoleranzen zwischen dem Flachdrehschieber und der Kulisse auf ein fache Weise ausgeglichen werden.If the rotary valve is angularly movable about a central pivot point, can angular tolerances between the rotary valve and the backdrop on be compensated in a number of ways.
Ein Toleranzausgleich in radialer Richtung erfolgt mit Vorteil dadurch, dass der Flach drehschieber und die Kulisse symmetrisch angeordnete Ausnehmungen bzw. Mündun gen der Druckmittelkanäle aufweisen.Tolerance compensation in the radial direction advantageously takes place in that the flat rotary valve and the scenery symmetrically arranged recesses or mouth have against the pressure medium channels.
Gemäß einer fertigungstechnisch günstigen Ausgestaltung des oben beschriebenen Toleranzausgleichs ist der Flachdrehschieber auf einem in eine axiale Ausnehmung des Flachdrehschiebers hineinragenden Zapfen gleitgelagert, der mit einem durch Federkraft in Richtung zur Kulisse belastbaren Kolben verbunden ist und dessen Stirnfläche und Umfangsfläche konvex gewölbt ist. According to a production-technically advantageous embodiment of the above Tolerance compensation is the flat rotary valve on one in an axial recess of the flat rotary valve protruding slide, which with a through Spring force is connected to the load bearing piston and its End face and peripheral surface is convex.
Um bei Ausfall der Stromversorgung gefährliche Zustände zu verhindern, ist es zweckmäßig, wenn der Flachdrehschieber mit einer in Richtung zu einer Neutral stellung wirksamen Federzentrierung in Wirkverbindung steht.It is to prevent dangerous conditions in the event of a power failure useful if the rotary valve with a towards neutral position effective spring centering is in operative connection.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schema tischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigtFurther advantages and details of the invention are based on the in the scheme table figures illustrated embodiments explained in more detail. It shows
Fig. 1 eine teilgeschnittene Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Steuer einrichtung für die Regelung des Förder-/Schluckvolumens einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, Fig. 1 is a partially cutaway plan view of an inventive control device for controlling the feed / intake volume of a hydrostatic axial piston machine of swash plate construction,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1 in Nullstellung der Schräg scheibe, Fig. 2 is a sectional slice taken along the line AA in Fig. 1 in zero position of the inclined,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 1 bei ausgeschwenkter Schrägscheibe und Fig. 3 shows a section along the line AA in Fig. 1 with the swashplate swung out and
Fig. 4 einen Schnitt durch eine als Wegeventil ausgebildete Steuereinrichtung. Fig. 4 shows a section through a control device designed as a directional valve.
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung weist einen in den vorliegenden Aus führungsbeispielen als Schrittmotor ausgebildeten Elektromotor 1 auf, der über eine Abtriebswelle mit einem angeformten Ritzel 2 verfügt. Das Ritzel 2 kämmt mit einem Zahnrad 3, das mit einem Flachdrehschieber 4 eines Axialdrehschieberventils 5 ein stückig ist. Die Rotationsachse des Zahnrads 3 ist koaxial zur Rotationsachse des Flachdrehschiebers 4.The control device according to the invention has an electric motor 1 which is embodied in the present exemplary embodiments as a stepper motor and which has an output shaft with an integrally formed pinion 2 . The pinion 2 meshes with a gear 3 , which is a piece with a flat slide valve 4 of an axial rotary slide valve 5 . The axis of rotation of the gear 3 is coaxial with the axis of rotation of the rotary valve 4 .
Der Flachdrehschieber 4 liegt gegen eine Kulisse 6 an, die an einer Seitenfläche 7a einer Schrägscheibe 7 einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine in Schrägscheiben bauweise angeformt ist. Es versteht sich von selbst, daß die Kulisse 6 aus Fertigungs gründen (von der Schrägscheibe getrennte Fertigung) auch an einem Bauteil ange formt sein kann, das mit der Seitenfläche 7a nachträglich verbunden wird. Die Rotationsachse R ist hier deckungsgleich mit der Schwenkachse der Schrägscheibe 7. The flat rotary valve 4 lies against a backdrop 6 , which is integrally formed in a swash plate construction on a side surface 7 a of a swash plate 7 of a hydrostatic axial piston machine. It goes without saying that the backdrop 6 for manufacturing reasons (separate manufacture from the swash plate) can also be formed on a component that is subsequently connected to the side surface 7 a. The axis of rotation R is congruent with the swivel axis of the swash plate 7 .
Das Zahnrad 3 bzw. der Flachdrehschieber 4 sind wie nachfolgend dargestellt gleit gelagert und hydrostatisch mittels Keilspalten zentriert: Das Zahnrad 4 besitzt eine zentrische axiale Ausnehmung 8, in die ein Zapfen 9a hineinragt, der an einem axial beweglichen Kolben 9 angeformt ist. Die Stirnseite des Zapfens 9 und seine Umfangs fläche sind derart konvex ausgebildet, daß der Flachdrehschieber 4 um einen zentri schen Drehpunkt D winkelbeweglich ist und somit Winkeltoleranzen zwischen dem Flachdrehschieber 4 und der Kulisse 6 ausgeglichen werden können. Dabei ergeben sich Keilspalten, die mit hydraulischem Druck beaufschlagbar sind (nicht dargestellt), durch die eine hydrostatische Zentrierung erfolgt.The gear 3 or the flat rotary valve 4 are mounted as shown below and hydrostatically centered by means of wedge gaps: The gear 4 has a central axial recess 8 , into which a pin 9 a protrudes, which is formed on an axially movable piston 9 . The end face of the pin 9 and its circumferential surface are so convex that the rotary valve 4 is angularly movable about a central pivot point D and thus angular tolerances between the rotary valve 4 and the backdrop 6 can be compensated. This results in wedge gaps that can be acted upon by hydraulic pressure (not shown), through which hydrostatic centering takes place.
Der Kolben 9 ist in Richtung zur Kulisse 6 durch die Kraft einer Feder 10 belastet und zusätzlich hydraulisch druckbeaufschlagbar. Dadurch wird dafür gesorgt, dass der Flachdrehschieber 4 stets gegen die Kulisse 6 gedrückt wird und gleichzeitig ein Toleranzausgleich in axialer Richtung erfolgt.The piston 9 is loaded in the direction of the link 6 by the force of a spring 10 and can also be pressurized hydraulically. This ensures that the flat rotary valve 4 is always pressed against the link 6 and, at the same time, tolerance compensation takes place in the axial direction.
In der Kulisse 6 münden in der Schrägscheibe 7 angeordnete Druckmittelkanäle, von denen zwei Mündungen 11a und 11b an eine Druckmittelquelle angeschlossen sind, während zwei Mündungen 12a und 12b (gestrichelt dargestellt) an einen ersten Stell zylinder 13 und zwei Mündungen 14a und 14b (gestrichelt dargestellt) an einen zweiten Stellzylinder 15 angeschlossen ist (siehe Fig. 2 und 3). Mittels der beiden Stellzylinder 13 und 15 kann die Schrägscheibe 7 aus einer Nullstellung heraus wechselweise in eine von zwei Schwenkrichtungen ausgeschwenkt werden.In the scenery 6 open in the swash plate 7 arranged pressure medium channels, of which two mouths 11 a and 11 b are connected to a pressure medium source, while two mouths 12 a and 12 b (shown in dashed lines) to a first actuating cylinder 13 and two mouths 14 a and 14 b (shown in dashed lines) is connected to a second actuating cylinder 15 (see FIGS . 2 and 3). By means of the two actuating cylinders 13 and 15 , the swash plate 7 can be swung out alternately in one of two swivel directions from a zero position.
Der Flachdrehschieber weist zwei Ausnehmungen (Steuerschlitze) 16a und 16b auf, die in Ausgangsstellung an die beiden Mündungen 11a und 11b angeschlossen sind. Zwei weitere Ausnehmungen (Steuerschlitze) 17a und 17b sind stets an das Gehäuse der Axialkolbenmaschine angeschlossen, führen also Tankdruck.The flat rotary slide valve has two recesses (control slots) 16 a and 16 b, which are connected to the two mouths 11 a and 11 b in the starting position. Two further recesses (control slots) 17 a and 17 b are always connected to the housing of the axial piston machine, thus leading to tank pressure.
Die Stellzylinder 13 und 15 können an die Mündungen 11a und 11b in der Kulisse 6 wie folgt angeschlossen werden: Durch Verdrehen des Flachdrehschiebers 4 im Uhr zeigersinn (Fig. 3) wird die Ausnehmung 16a mit der Mündung 14b und die Ausneh mung 16b mit der Mündung 14a verbunden. Gleichzeitig wird die Ausnehmung 17a mit der Mündung 12a und die Ausnehmung 17b mit der Mündung 12b verbunden. Infolge dessen wird der Stellzylinder 15 mit Druck beaufschlagt, während aus dem Stell zylinder 13 Druckmittel in das Gehäuse der Axialkolbenmaschine bzw. in den Tank abfließen kann. Die Schrägscheibe 7 kann daher im Uhrzeigersinn ausschwenken, wobei die oben geschilderte Verbindung der Mündungen kurz darauf wieder unter brochen wird, weil sich die Kulisse 6 mit der Schrägscheibe 7 mitbewegt und daher die Verbindungen wieder trennt.The actuating cylinders 13 and 15 can be connected to the orifices 11 a and 11 b in the setting 6 as follows: By turning the rotary valve 4 clockwise ( Fig. 3), the recess 16 a with the mouth 14 b and the Ausneh tion 16 b connected to the mouth 14 a. At the same time, the recess 17 a is connected to the mouth 12 a and the recess 17 b is connected to the mouth 12 b. As a result, the actuating cylinder 15 is pressurized, while pressure fluid can flow out of the actuating cylinder 13 into the housing of the axial piston machine or into the tank. The swash plate 7 can therefore swivel clockwise, the connection of the mouths described above being interrupted again shortly thereafter, because the backdrop 6 moves with the swash plate 7 and therefore separates the connections again.
Das doppelte Vorhandensein der Mündungen und der Steuerschlitze und deren symmetrische Anordnung ermöglicht einerseits eine gleichmäßige Druckverteilung zwischen dem Flachdrehschieber 4 und der Kulisse 6, anderseits werden Maß abweichungen in radialer Richtung ausgeglichen.The double presence of the mouths and the control slots and their symmetrical arrangement on the one hand enables a uniform pressure distribution between the rotary valve 4 and the link 6 , on the other hand, dimensional deviations in the radial direction are compensated.
Um den Anpreßdruck, der auf die Kulisse 6 in axialer Richtung einwirkt, aufzufangen, ist die Schrägscheibe 7 zwischen dem Flachdrehschieber 4 und einem Lager 18 angeordnet (siehe Fig. 1).In order to absorb the contact pressure, which acts on the link 6 in the axial direction, the swash plate 7 is arranged between the flat rotary valve 4 and a bearing 18 (see FIG. 1).
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuer einrichtung, das ein Steuerventil zeigt, ist die Kulisse 6 an einem Block 19 gebildet und nicht beweglich (d. h., nicht drehbar). Das Axialdrehschieberventil 5 wird als Wege ventil zum Steuern oder Vorsteuern eines bestimmten Verbrauchers verwendet. An Stelle einer Gleitlagerung des Flachdrehschiebers 4 ist eine Wälzlagerung 18a, 18b vorgesehen. Eine Drehfeder 19 dient der mechanischen Rückstellung des Steuer ventils in die Neutralstellung (Federzentrierung; eine solche Federzentrierung ist selbstverständlich auch für die Anordnung gemäß den Fig. 1 bis 3 möglich.In the embodiment shown in Fig. 4 of the control device according to the invention, which shows a control valve, the link 6 is formed on a block 19 and not movable (ie, not rotatable). The axial rotary slide valve 5 is used as a directional valve for controlling or piloting a particular consumer. Instead of a plain bearing of the rotary valve 4 , a roller bearing 18 a, 18 b is provided. A torsion spring 19 is used to mechanically reset the control valve into the neutral position (spring centering; such spring centering is of course also possible for the arrangement according to FIGS. 1 to 3).
Die hydraulische Anpresskraft wird hier durch die Kulisse 6 (Größe der anpressenden Fläche relativ zur Gleitfläche, wie z. B. bei der Anpressung des Zylinderblocks von Axialkolbenmaschinen) aufgebracht. Die axial verschiebare Kulisse 6 gewährleistet auch den axialen Toleranzausgleich.The hydraulic contact pressure is applied here by the link 6 (size of the contact surface relative to the sliding surface, such as when pressing the cylinder block of axial piston machines). The axially displaceable link 6 also ensures the axial tolerance compensation.
Claims (13)
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Cited By (2)
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WO2008055930A1 (en) * | 2006-11-10 | 2008-05-15 | Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg | Variable-geometry turbocharger |
EP2998580A1 (en) | 2014-09-22 | 2016-03-23 | Linde Hydraulics GmbH & Co. KG | Positioning device of a hydrostatic axial piston machine with swash plate |
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2000
- 2000-05-31 DE DE2000127138 patent/DE10027138A1/en not_active Withdrawn
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