DE1426488B2 - Zweistufige hydraulische steuerventileinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zweistufige hydraulische Steuerventileinrichtung zur Steuerung eines reversierbaren hydraulischen Servomotors, mit einem Elektromotor zur Vorgabe eines das Eingangssignal bildenden Drehwinkels, wobei der Steuerkolben des ersten Steuerventils durch den Elektromotor und der Servomotor durch das über das zweite Steuerventil erhaltene Drucköl angetrieben werden, ferner mit einer hydraulisch arbeitenden Einrichtung zum Antrieb des Steuerkolbens des zweiten Steuerventils nach Maßgabe des Eingangssignals und mit einer mechanischen Rückführung des Drehwinkels des Servomotors auf den Steuerzylinder des zweiten Steuerventils.

Eine derartige Steuerventileinrichtung ist aus der DT-PS 9 39 129 bekannt. Dabei verursacht eine Drehung eines Drehschiebers durch eine elektromotorisch angetriebene Steuerwelle mit Hilfe einer hydraulisch arbeitenden Einrichtung in Form eines Nebenservomotors eine gleiche Drehung eines weiteren Schiebers, wodurch der Hauptservomotor bis zur Ausführung der gleichen Drehung bewegt wird, nach deren Beendigung ein dritter Schieber zur Überdeckung gebracht wird, wodurch die Bewegung der Ausgangswelle aufhört. Die Drehung kann dabei in beiden Richtungen erfolgen, wobei die Steuerwelle und die Ausgangswelle mit einer geringen Phasenverschiebung, aber großen Momentverstärkung synchron laufen. Eine Drehung der Steuerwelle um einen bestimmten Steuerwinkel hat eine Verdrehung der Ausgangswelle um genau denselben Winkel zur Folge. Für eine hochwertige Maschinensteuerung, bei der durch eine elektromotorisch angetriebene Steuerwelle exakte Winkelverdrehungen der Ausgangswelle von etwa zwei Winkelgraden erreichbar sein sollen, ist eine derartige Steuerventileinrichtung mit einer 1 :1-Übertragung von Steuerwinkel und Ausgangswinkel in Verbindung mit einem Elektromotor ungeeignet, da der Drehwinkel des Elektromotors damit ebenfalls auf 1 bis 2 Grad gesteuert werden müßte.

Aus der DT-AS 10 25 048 ist beispielsweise als Antriebseinrichtung für eine schrittweise Betätigung von Stellgliedern ein Schrittmotor bekannt, der in beide Drehrichtungen gesteuert werden kann, wobei je eine die Bewegung eines Ankers auf je ein auf der zu drehenden Achse befestigtes Klinkenrad übertragende, am Magnetsystem befestigte Feder so ausgebildet und durch eine Abbiegung des Ankers so geführt ist, daß das über diese Abbiegung des Ankers hinausragende Ende dieser Feder bei jedem Arbeitshub des Ankers in das

ίο Klinkenrad einfällt und dieses um eine Zahnteilung weiterdreht. Beim Öffnen des Ankers gleitet das Ende der Feder an einer Zahnflanke des Klinkenrades vorbei in^: seine Ausgangslage. Die Ausgangslage ist dabei so gewählt, daß das Klinkenrad in beiden Drehrichtungen frei bewegbar ist. Durch Verbindung eines derartigen Schrittmotors mit einer Steuerventileinrichtung ist eine exakte Steuerung von kleineren Ausgangsdrehwinkeln nicht auf einfache Weise zu erreichen.

Auch die aus der DT-AS 10 75 952 bekannte Steuerventileinrichtung kann in Verbindung mit einem Schrittmotor wegen ihrer I : !-Übertragung von Steuerwinkel und Ausgangsdrehwinkel nicht die zur exakten Drehwinkelsteuerung von Werkzeugmaschinen notwendige Genauigkeit erbringen. Die in dieser DT-AS beschriebene Steuerventileinrichtung weist in ihrer prinzipiellen Funktion eine weitgehende Übereinstimmung mit der in der DT-PS 9 39 129 beschriebenen Steuerventileinrichtung auf.

Die in der US-PS 23 49 641 angegebene Steuerventileinrichtung ist nur einstufig ausgeführt und gestattet daher nicht, mit einem sehr kleinen Eingangsdrehmoment ein sehr großes Ausgangsdrehmoment zu steuern. Es besteht die Aufgabe, eine zweistufige hydraulische Steuerventileinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei kompakter Bauform und kleiner elektrischer Steuerleistung die elektrischen Steuerimpulse hydraulisch zu einem exakten analogen Drehwinkel einer Ausgangswelle hohen Drehmoments umgeformt werden, wobei kleine Ausgangsdrehwinkel realisierbar sein sollen, ohne daß der Elektromotor speziell für die Ausführung kleiner Winkelschritte ausgelegt zu werden braucht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Elektromotor ein Schrittmotor ist und die hydraulische Einrichtung zum Antrieb des Steuerkolbens des zweiten Steuerventils ein mechanisches Untersetzungsgetriebe umfaßt, wobei der Steuerzylinder des ersten Steuerventils und der Steuerkolben des zweiten Steuerventils mit den Übertragungselementen des Getriebes verbunden sind.

Hierdurch kann zur exakten Winkelsteuerung der Ausgangswelle des Servomotors selbst für kleinste Winkelbewegungen hohen Drehmoments ein elektrischer Schrittmotor niedriger Steuerleistung eingesetzt werden, der keineswegs für die Ausführung kleiner Winkelschritte speziell ausgelegt sein muß. Die hydraulische Einrichtung zum Antrieb des Steuerkolbens des zweiten Steuerventils hat eine Doppelfunktion: zum einen liefert sie die notwendige Drehmomentver-Stärkung, um mit kleiner Eingangssteuerleistung den Kolben des zweiten Steuerventils zu steuern; zum anderen wird der vom Schrittmotor vorgegebene und auf den Steuerkolben des ersten Steuerventils übertragene Drehwinkel auf einen kleineren Drehwinkel des Steuerkolbens des zweiten Ventils untersetzt, das seinerseits in Verbindung mit dem Zylinder des zweiten Steuerventils die exakte Steuerung der Ausgangswelle des Servomotors um diesen reduzierten Drehwinkel

bewirkt. Damit wird ein kompakter Aufbau erreicht, da die Getriebefunktion gleichzeiitg mit der der Drehmomentwandlung in vorteilhafter Weise kombiniert wird. Das im Getriebe vorhandene, zur Drehmomentwandlung nötige Drucköl gewährleistet eine Schonung der beweglichen Elemente und damit eine Wartungsfreundlichkeit der Steuerventileinrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der F i g. 1 und 2 im folgenden beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Steuerventileinrichtung,

F i g. 2 einen Schnitt durch diese Einrichtung entlang der in F i g. 1 strichpunktiert gezeichneten Linie AA.

Die beispielsweise dargestellte Steuerventileinrichtung besitzt zwei Druckölsteuerventile, die von einem Schrittmotor angetrieben werden. Dementsprechend ist in der Abbildung ein sogenannter Druckölschrittmotor dargestellt, der deshalb so bezeichnet ist, weil sich die Ausgangswelle des Druckölantriebes, wenn dem Schrittmotor ein Eingangsimpuls zugeführt wird, um einen Winkel verdreht, der von der Zahl der Eingangsimpulse abhängt.

In der Zeichnung ist bezeichnet mit 1 der Schrittmotor, mit 2 die Antriebswelle, mit 3 der Kolben des Drehschieber-Steuerventiles der ersten Stufe, mit 4 der Steuerzylinder, mit 5 der Steuerkolben des Steuerventiles der zweiten Stufe, mit 6 dessen Zylinder, mit 7 das mit Zahnrädern ausgeführte Untersetzungsgetriebe, mit 8 das Gehäuse des Druckölantriebes, mit 9 der Öldruckzylinderblock, in dessen Bohrungen mit 10 bezeichnete Kolben angeordnet sind. Mit 11 ist eine feststehende Taumelscheibe bezeichnet.

Wie in F i g. 2 dargestellt, besitzt der rotationjssymmetrische Öldruckzylinderblock 9 mehr als einen, hier zwölf, Kolben 10. Diese Kolben 10 sind gleichmäßig über den Umfang des Zylinderblockes 9 verteilt und umschließen so im Kreis die Ausgangswelle 14, die sich im Zentrum des Kreises befindet. Der Druckölzylinderblock 9 ist mechanisch mit der Welle 14 verbunden, die in dem Gehäuse 8 gelagert ist. Die Ausgangswelle 14 wird auch von dem Gehäuse 8 getragen. Dieses hat einen herausragenden Teil 17, der aus demselben Stück gearbeitet ist wie das Gehäuse. Am Umfang sind in das Gehäuse Nuten 15 zur Durchführung des Drucköles und Nuten 16 zur Ableitung des Öles aus den Zylinderkammern eingearbeitet. Der innere Teil des Öldruckzylinderblockes 9 ist so ausgeführt und angeordnet, daß er dicht auf dem zuvor erwähnten herausragenden Teil 17 aufsitzt. Dieser Innenteil weist auch die Bohrungen für die Zu- und Abführung des Drucköles auf. Das unter Druck stehende Öl kann durch die Nuten 15 jeweils hinter einen der Kolben 10 gelangen, während das entspannte Öl durch die Nuten 16 aus den Öldruckzylindern wieder abfließen kann.

Der Steuerkolben 3 des Druckölantriebes der ersten Stufe ist über die Welle 2 mit dem Schrittmotor 1 gekuppelt und wird so von diesem Motor angetrieben und gesteuert. Wenn sich infolge der Drehung des Steuerkolbens 3 die Position zwischen dem Steuerkolben 3 und dem Steuerzylinder 4 ändert, strömt das unter Druck stehende, durch den Kanal 12 gelieferte öl über die Kanäle des Steuerkolbens 3 in das Untersetzungsgetriebe 7, das als Getriebemotor arbeitet. Das öl fließt durch den Kanal 13 ab, und zwar wieder über Kanäle des Steuerkolbens 3 und des Steuerzylinders 4. Das Getriebe 7 dreht sich dann so weit, bis die Verbindung der Kanäle des Steuerkolbens 4 und des Steuerzylinders 3 unterbrochen ist. Dann bleibt das Untersetzungsgetriebe 7 stehen, da der Zufluß des Drucköles gesperrt ist. Die Drehung des Untersetzungsgetriebes 7 wird übertragen auf den Steuerkolben 5 des Öldruckmotors der zweiten Stufe. Das heißt also, daß die Ausgangsleistung des Schrittmotors 1 — das ist die Eingangsleistung des Druckölantriebes — durch den Öldruckmotor und das Untersetzungsgetriebe der ersten Stufe verstärkt auf den Öldruckmotor der zweiten Stufe übertragen wird. Bei einer Änderung der Stellung zwischen dem Steuerkolben 5 und dem Steuerzylinder 6, hervorgerufen durch eine Drehung des Steuerkolbens 5, strömt das Drucköl in den Öldruckzylinderblock 9 durch die Bohrungen des Steuerkolbens 5 und des Steuerzylinders 6, während das entspannte Öl von dem Öldruckzylinderblock 9 durch andere Bohrungen abfließen kann. Dadurch werden die Kolben 10 angetrieben, so daß der Zylinderblock 9 samt der Ausgangswelle 14 des Öldruckantriebes eine gesteuerte Drehbewegung ausführt. Mit der Ausgangswelle 14 ist auch der Steuerzylinder 6 verbunden, so daß sich dieser mit der Welle 14 dreht. Die Drehbewegung ist beendet, wenn sich dieser Steuerzylinder um den gleichen Winkel wie der Steuerkolben 5 gedreht hat, da dann der Zufluß von Drucköl und die Abführung des entspannten Öls wieder gesperrt sind.

Der Steuerzylinder 4 und der Steuerkolben 5 der beiden Öldrucksteuerventile sind beide mit dem Untersetzungsgetriebe 7 verbunden.

Die Rückwirkung des Drehwinkels des Untersetzungsgetriebes 7 und der Ausgangswelle 14 auf die Steuerzylinder 4 bzw. 6 der Öldrucksteuerventile bewirkt, daß das Maß der Drehung der Ausgangswelle 14 genau von der dem Öldruckantrieb zugeführten Eingangsgröße abhängt.

Wie bereits hervorgehoben, dreht sich die Welle des Schrittmotors 1 jedesmal um einen bestimmten Winkel, wenn ein Eingangsimpuls ankommt. Dementsprechend bewegen sich auch die beiden Druckölsteuerventile, das Untersetzungsgetriebe und die Ausgangswelle um einen bestimmten Winkel, so daß der dargestellte Druckölantrieb als Öldruckschrittmotor arbeitet, da die Drehung seiner Ausgangswelle von der Zahl der Eingangsimpulse abhängt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Zweistufige hydraulische Steuerventileinrichtung zur Steuerung eines reversierbaren hydraulischen Servomotors, mit einem Elektromotor zur Vorgabe eines das Eingangssignal bildenden Drehwinkels, wobei der Steuerkolben des ersten Steuerventils durch den Elektromotor und der Servomotor durch das über das zweite Steuerventil erhaltene Drucköl angetrieben werden, ferner mit einer hydraulisch arbeitenden Einrichtung zum Antrieb des Steuerkolbens des zweiten Steuerventils nach Maßgabe des Eingangssignals und mit einer mechanischen Rückführung des Drehwinkels des Servomotors auf den Steuerzylinder des zweiten Steuerventils, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor ein Schrittmotor (1) ist und die hydraulische Einrichtung zum Antrieb des Steuerkolbens (5) des zweiten Steuerventils (5, 6) ein mechanisches Untersetzungsgetriebe (7) umfaßt, wobei der Steuerzylinder (4) des ersten Steuerventils (3, 4) und der Steuerkolben (5) des zweiten Steuerventils (5, 6) mit den Übertragungselementen des Getriebes (7) verbunden sind.