DE102004060198B3

DE102004060198B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Betriebs eines Radialkolbenmotors

Info

Publication number: DE102004060198B3
Application number: DE102004060198A
Authority: DE
Inventors: Georg Reska
Original assignee: Pleiger Maschb & Co KG GmbH; Pleiger Maschinenbau & Co KG GmbH
Current assignee: Pleiger Maschb & Co KG GmbH; Pleiger Maschinenbau & Co KG GmbH
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2024-12-15

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung zum Steuern des Betriebs eines Radialkolbenmotors, auf dessen Welle (1') ein Exzenter (1) radial verstellbar angeordnet ist, wobei auf dem Umfang des Exzenters anliegende Kolben (2) bei der Drehbewegung des Exzenters eine Pendelbewegung ausführen, wobei an einem Zylinder ein Sensor (100) angebracht ist, der die Bewegung eines mit dem Kolben (2) verbundenen Elementes (15) berührungslos misst, und ein weiterer Sensor (200) vorgesehen ist, der die Drehbewegung der Welle (1') erfasst, und die beiden Sensoren (100, 200) mit einer Recheneinheit (300) verbunden sind, die aus den Messsignalen der beiden Sensoren die Stellung des Exzenters (1) relativ zur Achse der Welle (1') errechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Betriebs eines Radialkolbenmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 3.

Ein Radialkolbenmotor dieser Art ist z. B. aus EP 318 967 A2 bekannt, wobei durch den vom Kolben bzw. dessen Führungskörper verstellbaren Steuerschieber die Zu- und Ablaufkanäle zur Druckmittelbeaufschlagung des Kolbens gesteuert werden.

Aus EP 391 097 A1 ist eine Vorrichtung zum Regeln des Betriebs von Hydromotoren bekannt, wobei der Hydromotor mit einer Stelleinrichtung versehen ist, die mechanisch mit dem Exzenter in Verbindung steht und eine Exzenterverstellung nach außen überträgt. Die mechanische Stelleinrichtung wirkt auf ein Stromregelventil ein, das in Abhängigkeit von der Änderung der Exzentrizität die dem Hydromotor zugeführte Druckmittelmenge so steuert, dass die Drehzahl des Hydromotors konstant gehalten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels dem bzw. der bei geringem Bauaufwand eine Stellgröße für die Steuerung des Betriebs des Radialkolbenmotors erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 und des Anspruchs 3 gelöst. Dadurch, dass jeweils über einen berührungslosen Sensor einerseits die Pendelbewegung eines Kolbens und andererseits die Drehbewegung der Welle erfasst und daraus die Exzenterstellung relativ zur Achse der Welle errechnet wird, kann die für die Steuerung wichtige Größe der Exzenterstellung ohne mechanische Teile erfasst und weiter verarbeitet werden. Bei einer Bauform nach EP 391 097 A1 der die Exzenterstellung an den Bauteilen der mechanischen Stelleinrichtung abgenommen werden kann, kann diese relativ aufwendige mechanische Stelleinrichtung entfallen und das Stromregelventil mit dem errechneten Wert der Exzenterstellung gesteuert werden. Dies ergibt eine erhebliche Vereinfachung durch eine im Wesentlichen verschleißfreie, da berührungslose Signalerfassung der Exzenterposition.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
1 im Längsschnitt einen Zylinder eines Radialkolbenmotors, und
2 im Längsschnitt schematisch einen verstellbaren Exzenter eines Radialkolbenmotors, wobei ein Ausschnitt 1a der 1 zur Erläuterung des Zusammenwirkens wiedergegeben ist.
In 1 ist mit 1 ein auf einer Abtriebswelle 1' des Radialkolbenmotors angeordneter Exzenter bezeichnet, auf dessen Außenumfang topfförmig ausgebildete Arbeitskolben 2 mit der geschlossenen Seite anliegen. Der Arbeitskolben 2 wird durch Zwangsführungsringe auf dem Exzenterumfang geführt und sie sind jeweils in einem sich radial erstreckenden, zylinderförmigen Ansatz 4 des Gehäuses des Radialkolbenmotors angeordnet, wobei diese zylinderförmigen Ansätze 4 sternförmig um den Exzenter 1 angeordnet sind. In den Kolben 2 greift ein Führungskörper 5 ein, der in seiner Achsrichtung mit Durchbrechungen 6 für den Durchtritt des unter Druck stehenden Fluids versehen ist, mit dem der Kolben 2 beaufschlagt wird. Am radial außen liegenden Ende ist der Führungskörper 5 mit einer ringförmigen Lagerfläche 7 in der Form einer radial nach außen konvexen Kugelteilfläche versehen, an der eine komplementär gestaltete Lagerfläche 8 eines Zylinderdeckels 9 anliegt, der mittels Schrauben auf dem zylinderförmigen Ansatz 4 des Gehäuses befestigt ist. Der Führungskörper 5 wird durch Federelemente 11 mit seiner Lagerfläche 7 an der Lagerfläche 8 des Zylinderdeckels anliegend gehalten.
In jedem Zylinderdeckel 9 ist in einer durchgehenden, quer zur Exzenterachse verlaufenden Bohrung 14 jeweils ein stangenförmiges Steuerelement 15 verschiebbar geführt, das über ein Kugelgelenk 16 mit dem Führungskörper 5 verbunden ist. Im Verschiebebereich von kolbenförmigen Ansätzen 18 und 18' des Steuerelementes ist jeweils eine Ringnut 19 bzw. 20 im Zylinderdeckel 9 ausgebildet, von denen eine mit einem Fluidzulauflkanal und die andere mit einem Rücklaufkanal verbunden ist. Die durchgehende Querbohrung 14 im Zylinderdeckel 9 ist an beiden Enden mit einem Verschlussstopfen 21, 21' verschlossen. Der Zwischenraum zwischen den Stirnseiten des Steuerelementes 15 und Verschlussstopfen 21, 21' ist über eine Bohrung 22, 22' mit dem Innenraum des Gehäuses verbunden.
Beim Betrieb des Radialkolbenmotors wird der Arbeitskolben 2 durch die Drehung des Exzenters 1 beispielsweise in die durch gestrichelte Linien in 1 wiedergegebene Stellung verschwenkt, sodass über das Kugelgelenk 16 das Steuerelement 15 aus der dargestellten Mittelstellung in 1 nach links verschoben wird, um die Ringnut 20 freizugeben, während die Ringnut 19 weiter abgeschlossen bleibt. Bei der folgenden Pendelbewegung des Kolbens 2 in die entgegengesetzte Richtung wird durch die entsprechende Pendelbewegung des Führungskörpers 5 die Ringnut 20 abgesperrt und die Ringnut 19 freigegeben. Auf diese Weise wird durch die Bewegung des Arbeitskolbens 2 eine indirekte Selbststeuerung der Fluidbeaufschlagung erzielt.
Wie 1a zeigt, ist im Bereich des Steuerelementes 15 auf der Außenseite des zylinderförmigen Ansatzes bzw. des Zylinderdeckels ein Sensor 100 angeordnet, beispielsweise ein induktiver Wegaufnehmer, mittels dem die Verschiebebewegung des Steuerelementes 15 berührungslos erfasst wird. Die lineare Verschiebebewegung des Steuerelementes 15 während der Pendelbewegung des Kolbens 2 kann in eine sinusförmige Bewegungskurve zwischen den beiden Endstellungen umgesetzt werden, wobei die Amplitude dieser Sinuskurve proportional zur Exzentrizität des Exzenters bzw. des Ringes 1 in 2 ist.
2 zeigt schematisch in einem Längsschnitt die Welle 1' des Radialkolbenmotors mit dem darauf angeordneten Exzenter 1, der einen Ring um die Abtriebswelle 1' bildet, der durch diametral gegenüberliegende Kolben 30 und 30' in seiner Exzentrizität relativ zur Achse der Welle 1' verstellt werden kann. Die beiden Kolben 30 und 30' sind in radialen Zylinderbohrungen 31 in entsprechenden Ansätzen der Welle 1' geführt und über Leitungen 32 mit einem Steuerventil 40 verbunden. Bei der dargestellten Bauform münden die Leitungen 32 in Ringnuten 32a um ein stangenförmiges Element 33, das in eine axiale Bohrung der Welle 1' eingreift und mit Verbindungsleitungen 33a und 33b versehen ist, die durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Diese Verbindungsleitungen 33a und 33b münden in Ringnuten einer Muffe 34 um dieses Element 33, von denen aus Leitungen 35 zum Steuerventil 40 führen. Mit 41 ist eine Pumpe bezeichnet, die entsprechend der Stellung des Steuerventiles 40 einen der Kolben 30 und 30' mit Druckmittel beaufschlagt, während der gegenüberliegende Kolben mit der Rücklaufleitung bzw. einem Reservoir R verbunden ist, sodass auf diese Weise die Exzentrizität des Exzenters 1 relativ zur Achse der Welle 1' verstellt werden kann.
Das mit der Welle 1' umlaufende stangenförmige Element 33 bildet ein Verlängerungsstück der Welle 1'. An der freien Stirnseite dieses Elemtes 33 ist ein Sensor 200 angeordnet, mittels dem die Drehbewegung der Welle 1' berührungslos erfasst werden kann. Durch diesen Sensor 200 wird ein sinusförmiges Signal des Phasenwinkels eines Gebers der sich drehenden Motorwelle erfasst.
Die Signale von den beiden Sensoren 100 und 200 werden an eine Rechen- bzw. Vergleichseinheit 300 weitergegeben, in der aus den Messsignalen der beiden Sensoren die Stellung des Exzenters 1 relativ zur Achse der Welle 1' durch Vergleich der sinusförmigen Signale errechnet wird.
Der aus einem Vergleich der Signale der Sensoren 100 und 200 erhaltene Wert der Exzenterstellung kann über eine Leitung 300a an eine nicht dargestellte Regeleinheit für den Betrieb des Radialkolbenmotors weitergeleitet und dort als Stellgröße verarbeitet werden.
Die Exzenterverstellung selbst kann durch ein hydraulisches Proportionalventil im Regelkreis durch die Regelabweichung der beschriebenen Signale zum Sollwert erreicht werden.
Die Ermittlung der Pendelbewegung des Kolbens 2 ist nicht auf die Bauform nach 1 mit dem verschiebbaren Steuerelement 15 beschränkt. Es kann auch vorzugsweise im oberen Bereich des Kolbens, der die maximale Pendelbewegung ausführt, beispielsweise ein Magnetelement eingelassen sein, das durch einen Magnetsensor 100 erfasst werden kann.

Claims

Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Radialkolbenmotors, auf dessen Welle (1') ein Exzenter (1) radial verstellbar angeordnet ist, wobei auf dem Umfang des Exzenters (1) anliegende Kolben (2) bei der Drehbewegung des Exzenters eine Pendelbewegung ausführen, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Radialkolbenmotors die Pendelbewegung eines Kolbens (2) und die Drehbewegung der Welle (1') jeweils durch einen Sensor (100, 200) berührungslos erfasst wird, aus den von den Sensoren erhaltenen Signalen ein der Exzenterstellung relativ zur Achse der Welle (1') entsprechender Wert errechnet wird, und dass der so erhaltene Wert für die Steuerung des Betriebs des Radialkolbenmotors verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Sensor (100) ein induktiver Wegaufnehmer zur Erfassung der Verstellbewegung eines mit dem Kolben (2) verbundenen Steuerelementes (15) verwendet wird.
Vorrichtung zum Steuern des Betriebs eines Radialkolbenmotors, auf dessen Welle (1') ein Exzenter (1) radial verstellbar angeordnet ist, wobei auf dem Umfang des Exzenters anliegende Kolben (2) bei der Drehbewegung des Exzenters eine Pendelbewegung ausführen, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Zylinder ein Sensor (100) angebracht ist, der die Bewegung eines mit dem Kolben (2) verbundenen Elementes (15) berührungslos misst, dass ein weiterer Sensor (200) vorgesehen ist, der die Drehbewegung der Welle (1') erfasst, und dass die beiden Sensoren (100, 200) mit einer Recheneinheit (300) verbunden sind, die aus den Messsignalen der beiden Sensoren die Stellung des Exzenters (1) relativ zur Achse der Welle (1') errechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dass am Kolben (2) oder einem vom Kolben bewegten Bauteil ein magnetisches Element angebracht ist, dessen Bewegung durch einen außerhalb des Zylinders angebrachten Sensor (100) erfasst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein als Sensor (100) induktiver Wegaufnehmer die Verschiebebewegung eines mit dem Kolben (2) verstellbaren Steuerelementes (15) misst.