DE1426491C - Druckmittelbetriebener Drehmomentverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen druckmittelbetriebenen Drehmomentverstärker, bei welchem der Druckmittelzufluß zum Motor durch ein drehbares Regulierventil regelbar ist, welches einerseits von der gering belastbaren Steuerwelle entsprechend der durch diese vorgegebenen Bewegung und andererseits von der Kraftwelle entsprechend der Motorbewegung einstellbar ist.

Bei solchen bekannten Drehmomentverstärkern öffnet die Steuerwelle des Steuergebers das Regulierventil, und die Kraftwelle des Nachfolgemotors schließt es wieder. Dazu besteht das Regulierventil aus einem von der Steuerwelle drehbaren Ventilglied und einer dazu konzentrischen von der Kraftwelle nachdrehbaren Ventilbuchse, deren gegenseitige Auslenkung dem Unterschied zwischen der vorgegebenen Steuerbewegung und der nachbildenden Motorbewegung verhältig ist.

Der mit einer solchen Nachlaufmotorsteuerung erzielbare Verstärkungsgrad — also der Faktor, um den das Drehmoment der Kraftwelle größer ist als das Drehmoment der Steuerwelle — hängt außer vom Betriebsdruck des Druckmittels vorwiegend von der maximalen Durchflußmenge des Regulierventils ab. Dieser Betriebsdruck und die maximale Durchflußmenge bestimmen aber die Abmessungen des Regulierventils, die ihrerseits in dem im allgemeinen nur geringen an der Steuerwelle abgreifbaren Drehmoment eine Grenze finden.

Weiterhin sind auch bereits Steuereinrichtungen für druckmittelbetriebene Stellmotoren mit einem von Hand über ein Getriebe verstellbarem Steuerschieber und Rückstellung des Steuerschiebers durch den Stellmotor in die Ausgangsstellung -vorgeschlagen worden, wobei der Stellmotor und das den Stellschieber verstellende Getriebe miteinander in Wirkverbindung stehen. Dabei weist das den Steuerschieber verstellende Getriebe über ein Zahnrad oder unmittelbar von Hand verschwenkbare Hebel auf, die Steuerventile in Abhängigkeit von einer Auslenkung öffnen. Bei dem zuerst genannten Drehmomentverstärker vermag die Kraftwelle zwar jeder Drehbewegung der Steuerwelle winkelgerecht zu folgen, doch kann deshalb kein übersetzungsgetriebe zwischen die Steuerwelle und das von ihr angetriebene Ventilglied zwischengeschaltet werden. Dadurch würde nämlich die Übereinstimmung der Winkel zwischen Steuer- und Nachfolgewelle nicht mehr gewährleistet sein. Damit sind aber, wie bereits ausgeführt, der Verstärkung des Drehmoments Grenzen gesetzt. Bei der zuletzt genannten, vorgeschlagenen Steuereinrichtung für druckmittelbetriebene Stellmotoren soll diese winkelgetreue Folgebedingung überhaupt nicht erreicht werden. Damit treten auch die vorher genannten Probleme nicht auf, da es sich um keinen echten Drehmomentverstärker handelt.

Die Erfindung bezweckt demgegenüber, an der Kraftwelle des Nachfolgemotors möglichst große Drehmomente zur Verfügung zu stellen, die durch verhältnismäßig sehr geringe Drehmomente der Steuerwelle erzielbar sind, ohne daß dadurch die winkelgetreue Folgebedingung zwischen der Steuerwelle und der Kraftwelle des Nachfolgemotors verlorengeht. Es soll also ein hoher Verstärkungsgrad durch eine besondere Ausbildung und Antriebsweise des drehbaren Regulierventils erzielt werden.

Erfindungsgemäß wird dies bei einem druckmittelbetriebenen Drehmomentverstärker, bei welchem der Druckmittelzufluß zum Motor durch ein drehbares Regulierventil regelbar ist, dadurch erreicht, daß das von der Steuerwelle angetriebene Ventilglied exzentrisch zur Mitte des andererseits von der Kraftwelle nachdrehbaren Regulierventils angeordnet und von der genannten Steuerwelle über ein Differentialgetriebe einstellbar ist.

Vorteilhafterweise kann der .Drehmomentverstärker mehrere Ventilglieder jeweils in exzentrischer Anordnung zur drehbaren Buchse dergestalt enthalten, daß jedes seiner Ventilglieder über ein Planetenrad von einem gemeinsamen Hauptsonnenrad angetrieben wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt

F i g. 1 ein Servosystem mit einem Regulierventil, F i g. 2 eine Seitenansicht von der Ebene I-I der Fig. 1,

Fig. 3 bis 5 schematisch erläuternde Darstellungen der Differentialgetriebewirkung und
F i g. 6 und 7 ein anderes Ausführungsbeispiel.
Das Servosystem gemäß F i g. 1 besteht aus einem Steuergeber 1, dessen Steuerwelle 2 ein Sonnenrad 3 und ein Planetenrad 4 antreibt. Das Planetenrad 4 wirkt seinerseits auf das Ventilglied 5, das exzentrisch und drehbar in der Ventilbuchse 6 angeordnet ist. Diese ist ihrerseits ebenfalls drehbar in der feststehenden Ventilbuchse 7 angeordnet, über die feststehende Ventilbuchse 7 erfolgt von der Druckmittelpumpe 8 der Zu- und Abfluß des Druckmittels zu dem Regulierventil 5, 6, 7 und außerdem zu dem von ihm steuerbaren Kraftmotor 9. über die Kraftwelle 10 verdreht der Kraftmotor 9 die drehbare Ventilbuchse 6 in der feststehenden Ventilbuchse 7. Die erstere folgt also starr den Bewegungen des Kraftmotors 9. Die drehbare Ventilbuchse 6 bildet also quasi das zweite Sonnenrad des Differentialgetriebes 3, 4, 6.

F i g. 2 zeigt eine Seitenansicht der F i g. 1 gemäß der Linie I-I. In ihr sind das Sonnenrad 3, das Planetenrad 4, die als Sonnenrad wirkende drehbare Ventilbuchse 6 und die feststehende Ventilbuchse 7 zu erkennen.

Die F i g. 3 bis 5 dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise des dabei zur Anwendung kommenden Planetengetriebes. In F i g. 3 sei angenommen, daß die beiden miteinander in Eingriff stehenden Räder 3 und 4 an einem gleichachsig mit dem Rad 3 drehbar gelagerten Arm 6' gelagert sind. Dieser Arm 6' soll die als Sonnenrad wirkende drehbare Ventilbuchse 6 vereinfacht darstellen. Wenn das Rad 3 die Zähnezahl N₁ und das Rad 4 die Zähnezahl N₂ aufweist und mit O₁ der Drehwinkel· des Rades 3 und mit Q₁ der Drehwinkel des Rades 4 und mit 0₃ der Drehwinkel des Armes 6' bezeichnet sind, so wird die Richtung und Größe der Drehbewegung des Differentialgetriebes durch die Formel bestimmt

Θ, - Θ,

(1)

oder

N₂ Q₁ - Θ₃

N₁ (Θ, - O₃) = N₂ (Θ₂ - θ₃). (2)

Nimmt man im Hinblick auf F i g. 4 an, daß der Arm 6' zunächst feststeht und das Rad 3 um den Winkel + G)₁ gedreht wird, so wird sich das Rad 4 um den Betrag

drehen. Wenn hingegen, wie aus F i g. 5 ersichtlich, der Arm 6' um den Winkel G₁ gedreht wird, dann dreht sich das Rad 4 ebenfalls um den Winkel O₁, wobei die Relativverstellung zwischen dem Rad 4 und dem Arm 6' damit wieder Null wird. Die Formel macht ebenfalls klar, daß dann das Rad 3 und der Arm 6' um den Betrag Q₁ = Q₃ = Q gedreht werden und dann nach Formel (2) Q₂ = Q wird, wodurch sich ergibt, daß die Verstellung nunmehr zwischen Rad 3 und Arm 6' Null Grad beträgt.

Wenn man dieses Ergebnis in die Gleichung (1) einsetzt, wenn dort also von Q₁ = Q₃ = Q sowie Q₁-Q gesetzt wird, dann ergibt sich

JV₁ Q - Q _ 0
JVT" Q-Q ~ ~Ö'

Das Übersetzungsverhältnis wird also unbestimmt, so daß keine Beziehung mehr zwischen den Drehzahlen besteht.

Aus dem vorher Gesagten ergibt sich, daß wenn bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel das

übersetzungsverhältnis -j^- zwischen den Rädern 3 und 4 genügend groß gewählt ist, die Drehmomentverstärkung so groß wird, daß das drehbare Ventilglied 5 durch den nur mit kleinem Drehmoment belastbaren Steuergeber 1 mit entsprechender Verstärkung angetrieben werden kann. Am Ventilglied 5 wirkt also ein großes Drehmoment.

Wenn der Drehwinkel des Steuergebers 1 + O Grad beträgt, so bleibt das Regulierventil 5, 6, 7 bis zu

N₁
einem entsprechenden Winkel der Größe -jj— · Q

geöffnet. Solange fließt also Druckmittel von der Druckmittelpumpe 8 zu dem Kraft- bzw. Nachfolgemotor 9. Sobald jedoch die Ausgangs- bzw. Kraftwelle 10 des Nachfolge- bzw. Kraftmotors 9 ebenfalls den Drehwinkel +Q erreicht hat, schließt wegen Gleichheit zwischen Steuer-, und Folgebewegung das Regulierventil 5,6, 7 wieder und unterbricht den Druckmittelzufluß. Der Kraftmotor 9 kommt zum Stillstand. Der Kraftmotor 9 läuft also in jedem Fall so lange, wie der Steuergeber 1 verdreht wird. Wird dieser in negativer Richtung verstellt, dann läuft auch der Kraftmotor 9 in negativer Richtung.

Wenn der Verstärkungsgrad so hohe Werte an- · nimmt, daß der Kraftmotor 9 übersteuert wird, dann

N
kann der Verstärkungsgrad auf den Wert -^- · Q begrenzt werden, wenn Q der Winkel ist, bei welchem das Regulierventil 5, 6, 7 voll geöffnet ist. Auf diese Weise wird die Übersetzung so nach unten hin begrenzt, daß das Auftreten von Schwingungen vermieden wird. Diese Einstellung kann bequem auf der Eingangsseite erfolgen, wo das Drehmoment klein ist und somit ein geringer Verschleiß der benötigten Getriebe gewährleistet ist.

Wenn ferner eine besonders kleine Ausführung des Ventilgliedes 5 gefordert wird, wie z. B. in F. i g. 6 und 7 dargestellt, können gleichzeitig mehrere Ventilglieder 15 zur Anwendung kommen. Bei dieser Ausführungsform sind vier Ventilglieder 15 in solcher Weise eingebaut, daß die Drehachsen der Ventilglieder 15 mit gleich großer Exzentrizität in der drehbaren Ventilbuchse 16 liegen. Die Wellen der Ventilglieder 15 liegen auf einem Kreis konzentrisch zu der Antriebswelle 12 (des Steuergebers 1) und sind mit dem darauf befestigten Sonnenrad 13 über jeweils ein Planetenrad 14 in Antriebsverbindung. Bei diesem Regulierventil 15, 16, 17 arbeiten also vier Ventile 15, 16 in der gleichen Weise parallel. Infolgedessen ist die Druckmittelmenge, die damit insgesamt dem Kraftmotor 9 zugeführt werden kann, wesentlich erhöht. Mit anderen Worten läßt sich sagen, daß die gleiche Druckmittelmenge des Kraftmotors 9 nunmehr mit einem wesentlich kleineren Regulierventil 15, 16, 17 steuerbar ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Druckmittelbetriebener Drehmomentverstärker, bei welchem der Druckmittelzufluß zum Motor durch ein drehbares Regulierventil regelbar ist, welches einerseits von der gering belastbaren Steuerwelle entsprechend der durch diese vorgegebenen Bewegung und andererseits von der Kraftwelle entsprechend der Motorbewegung einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Steuerwelle (2) angetriebene Ventilglied (5) exzentrisch zur Mitte des andererseits von der Kraftwelle (10) nachdrehbaren Regulierventils (5, 6, 7) angeordnet und von der genannten Steuerwelle (2) über ein Differentialgetriebe (3,4,6) einstellbar ist.

2. Drehmomentverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Steuerwelle (2; 12) einstellbare drehbare Ventilglied (5; 15) exzentrisch innerhalb einer von der Kraft welle (10; 11) nachdrehbaren Ventilbuchse (6; 16) angeordnet und über ein oder mehrere Planetenräder (4; 14) mit einem vom Steuergeber (1) angetriebenen Sonnenrad (3; 13) des Differentialgetriebes (3,4, 6; 13, 14, 16) verbunden ist, welch letzteres gleichachsig zur drehbaren Ventilbuchse (6; 16) des Regulierventils (5, 6, 7; 15,16,17) drehbar ist.

3. Drehmomentverstärker nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere Ventilglieder (15) jeweils in exzentrischer Anordnung zur drehbaren Ventilbuchse (16) dergestalt enthält, daß jedes seiner Ventilglieder (15) über ein Planetenrad (14) von einem gemeinsamen Hauptsonnenrad (13) angetrieben wird.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen