DE1601719A1

DE1601719A1 - Hydraulischer Drehmomentverstaerker

Info

Publication number: DE1601719A1
Application number: DE19671601719
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Seinemon Inaba; Dipl-Ing Ryoko Shirafuji
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1966-02-09
Filing date: 1967-01-27
Publication date: 1970-04-02
Also published as: FR1510700A; DE1601719B2; US3415163A

Description

Hydraulischer Drehmomentverstärker

Die Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung zum Verstärken

des Ausgsggedrehmomentes eines Regelmotor mit kleiner Ausgangs-

größe, z.B. eines elektrischen Impulsmotors (Schrittmotor) durch

eine hydraulische Servoeinrichtung unter Verwendung von Öldruck.

Bei einem hydraulischen Drehmomentveretärker dieser Art tritt.

eine sogenannte Ubertragungsverzögerung des Äusgangesigüals gegen

das Eingangssignal auf, jedoch ist es erwünscht, daß diese @er-

sögeruag so klein als möglich ist. Das einfachste Ve:Ffehren zum

Terrintern dieser Versbgernng.besteht darin, die Verstärkuag jedes

.8lereates zu erhöhen, wozu dieser hydraulische Mrehnomentverstärker

.als Servovorrichtung mit verschiedenen Arten von miteinander ge-

koppelten Elementen betrachtet wird. Wenn jedoch die Empfindlich-

keit*jedeB Elementes einfach erhöht wird, tritt der unstabile'Zu-

ständ; welcher der Seryovorrichtung eigen ist, auf und in der Praxis

kommt ein Nachteil üblicherweise dadurch zustande, daß die Ausgaags-

größe, d.h. die Drehausgang®größe, wenn die Eingangssignale z.B.

stufenweise gegeben weraen, über eine längere Zeitdauer-einge-

stellt wirdx wodurch ü:n großes Überschwingen verursacht wird.

Um -deshalb einen. Ilrehmom(,;tverotäezer dieser Art £U die praktische

Verwendung ea.suricten, i@@t es notwondigu jedem &lement die ge-

eignete Empfindlichkeit zu geben. Mit anderen Worten ist es bei

einem Drehmomentveratärker dieser Art

in, der Praxis

unmöglich, die Übertragungsverzögerung awiachen der Eingangegröäe

und der Auagang®gröäe kleiner als einen bestimmten Wert zu machen.

Die Erfindung überwindet-diesen Nachteil und schafft einen Öldruck-

Drehmomentveratärker, der stabil ist und mit hoher Geschwindigkeit

anspricht.

Eine beispielhafte Ausführuagsform der Erfindung ist in der Zeich-

nung dargestellt, und :war sind.

pig. 1 eine schematische Darstellung im Schnitt den Ver-

stärkere nach der Erfindung,

Big. 2 und 3 Querschnitte länge der Linien II-II und III-III

in Zig. 1,

Big. 4 ein Blookochaltbild des hydraulischen Drehmomentver-

stä,rkers der @rfinduxag und

iig. 5 eine sohematisohe Darstellung eiäes Beispiels eines

Drebmomentnotors.

Gonä3 fig. 1 wird die Drehausgangsgröße des Regelziotora mit einer

geringen Ausgangegröä%a.B. eines elektrischen Inpulsmotora 1, auf

die Welle 4 über Zahnräder 2 und 3 übertragen. 'Die"Vslle 4 ist mit

einer Scheibe 5 versehen und, wie eich aus Yig. 2 ergibt, sind längs

einer Durchmesserlinie der Scheibe 5 Fenster (Bohrungen) 6-Und ?

. ..

vorgesehen 3ie Scheibe 5 befindet sich in enger Berührung mit

der @ndiMohe der Volle 9, die koaz3,al au der Scheibe 5 angeordnet

,

und innerhalb des Gehäuses 8 glatt drehbar Ist. 3iie ohen der -

Scheibe 5 und der Welle 9, die sich iä enger BertUrung zueinander

befinden, sind glatt bearbeitet und-sie können sich drehen und glatt

--au.. Mie Welle - 9 - ist mechanisch mit der Ausgaangawälü 11 eines -

"y L.@euliechen Xotore 10 gekuppelt und dreht sich aueesen mit dieser.

3e ist such möglich vorsnsehen, daß die Welle 9 d die Volle 11

einen iörper bilden e Wie sich aus 71j.- 3 ergibt, ist die Endche

der Wolle 9 mit zwei ashem hbs@ondm*4" Sfsen 12 und- 13 .

' versehaki die Jeweils mit i leb ea ebäu/en 0 vorÄtehMe

@Tmiatea -16 l" 19' tb«" 03»84 1 4 m 1 didb

welle 9 vorgedehin sind,. m verbistung stehet. tat Kadi

Öffnungen werden durch die sohlitse 12 na 13 die E 1

und 8 gebildet. Wie sich arm' f1;. 3 ergibt, "dort *Ldis eite

der Schlitze 12 und 1; al,tailh3,ioh@ Zwei feste erselmittatereugnngen ;

(feste ötfaüagen.) 1,8 und 19 sind innerhalb des Gehäuses 8 vorgesehen

und die stroaabwärtigen Seiten der festenersohlttsvsenngen 1ß

und 19 stehen jeweils mit 'U'afsnuten 16 um1 17 liber iölvego 2'4) und

21 in Terbindung. ;ierecaets stehen die belfli,n°@u.r ögn,

SB,.en der tente,3tx@x_S avi,.v' ` 10 und tt.@''ilb d#3

v!IPi@z:h5@#°J3idS'*s`.i,y^eä1 23 4,!@@ "9.,5~;"F..22 ,i.ter'"

@* -ü,Z'FsJezr - rh. 1- ,e @#' " S.w

Verdickungen des Kolbens -24 zusammen mit der innerhalb des Gehäuses 8 vorgesehenen Umfangsnut 23 und 'den beiden anderen Umfangsnuten 25 und 26 bilden ein sogenanntes Vierweg-Steuerventil. Ein Öldruck, der die Ausgangsgröße dieses Vierweg-Steuerventils ist, bewirkt, daß sich die Ausgangswelle 11 (und die Welle 9) des hydraulischen Motors 10 drehen. Federn 27 und 28 sind an beiden Enden des Kolbens 24 vorge- sehen und diese federn, die sich in zusammengepresstem Zustand befinden,.halten den Kolben 24 an beiden Enden. Die Umfangsnut 23 des Vierweg-Steuerventils steht mit dem Öleinlaß 30 dieses Öldruck- " Drehmomentveretärkers über einen Ölweg 29 in Verbindung. Der Ö1- einlaß 30 ist mit der Ölabgangsseite der in der Zeichnung nicht dargestellten Energiequelle verbunden. Auch die Umfangsnuten 25 und 26 den Vierweg-Steuerventils stehen mit dem Ölauolaß 33 dieses Öldruck-Drehmomentverstärkere über Ölwege 31 und 32 in Verbindung.

Der Ölauslaß 33 ist mit der.ÖlrüoktUhrseite der Energiequelle ver- bunden. Des weiteren stehen die Kolbenölkemmer 34 und die Kolbenölkammer 35 deg Vierweg-Steuerventils jeweils mit dem Öleinlaß (oder.Ölauslaß) 3Q und ölauslaß (oder Öleinlaß) 39 des hydraulischen Motors.10 über einen Ölweg 36 und einen Ölweg 37 in Verbindung. Darüberhinaus stehen die Kolbenendkammern 40 und 41 den Vierweg-Steuerventils jeweils mit den Ölwegen 20 und 21 über Ölwege 42 und 43 in Verbindung. Die Kammer 44 innerhalb des Gehäuses 8, in dem die Scheibe 5 vorgesehen.int, steht mit der Umfangsnut 25 über einen Ölweg 45 in Verbindung.-Die Kolbenendkumern 40 und 41 sind jeweils mit innerhalb des Ge- häuses 8 vorgesehenen Umfangsnuten 48 und 49 über Ölwege 46 und 47 verbunden. Diese ümfangenuten 48 und 49 bilden susarmen mit der

J.adel 50. die innerhalb des Gehäuses in-azialdr Richtung gleiten

kann, den Druckregelwert zum Regeln des Druckes der Kolbenend- _

.kammern 40 und 41. Der Öldruck, der auf dem Kolben 24 wirkt, ändert

sich nämlich im Verhältnis zur Verschiebung der Nadel 50 aua ihrer

neutralen Stellung. Die Nadel 50 ist mit dem Drehmomentmotor 52

durch die Stange 51 verbunden.

Der Drehmotor 52 verschiebt die Stange 51 und die Nadel 5V-..#

proportional zu der Eingangsspannung. Die Sndkaasmerxi 53 und 54 der

Nadel 50 stehen mit,dem-Ölweg 32 über Ölwege 55 und 56 in Verbindung.

-Der Tachogenerator 57 wird durch die Auegangswelle 11 de®*".

hydraulischen Notöre 10 gedreht und ist so angeordnet, daB'seine

Ausgangsspannung proportional zur Mrehgeeohwindigkeit der'-Ausgange.-

welle 11 sein kann..

Fig. 1 zeigt ein Beispiel der Anordnung des Taohogenerators 57 und

bei diesem Beispiel ist dieser mit der Zugspindel 59 der durch die

Ausgangswelle 11 angetriebenen Maschine 58 gekoppelt* Die Ausgangs-

spannung des Tachogenerators 57 wird auf den Verstärker 61 durch

eine elektrische Leitung 60 gegeben und die Ausgangsspannung den

Verstärkers 61 wird durch die elektrische Zeitung 62 auf den Dreh-

momentmotor 52 gegeben.'Denhalb ist die Verschiebung der Nadel 50

proportional zur Drehgeschwindigkeit der Aungang®welle 11 des

hydraulischen Motors 10. .

Nachfolgend wird die Arboitaweioe des in Fig, 1 dargestelZten Vox-

stärkere beschrieben. ?ig. 1 zeigt den neutralen Zustand,. in"

dem der Regelmotor 1 etillsteht.und die durch die Sohlltse 12 mg 13

und die Penater 6 und 7 in der Scheibe 5 erzeugten Öffnungen sind

einander gleich und die Ausgangswelle 11 steht auch still. In

diesem neutralen Zustand geht der Öldruck, der von den Öleinla8

30 eintritt, zu den beiden festen Querschnitteverenguagen 18 und

19, welche den Druck gleichzeitig herabsetzen. Der Druck gelangt

den weiteren zu den Schlitzen 12 und 13, die den Druck gleich-

zeitig herabsetzen. Die Yläohen der Öffnungen dieser Schlitze sind

einander gleich. Der Öldruck wird dann in die Außenluft freigegeben.

Es wird nun angenommen, daß der Regelmotor 1 in diesen neutralen

Zustand um einen bestimmten Winkel in der in Pig. 1 mit einem

Pfeil angegebenen Richtung gedreht wird.@Die Fläche der durch,

den Schlitz-12 und das. Benster 6 gebildeten Öffnung nimmt ab.

während die Yläohe der durch den Schlitz 13 und das Fenster 7 ge-

bildeten Öffnung ansteigt. Als Ergebnis steigt der Öldruck den

Ölweges zwischen den festen Quersohnittsverengungen 18 und

dem Schlitz 12 an, während der Öldruck den Ölweges zwischen der

.festen Quersohnittaverengung 19 und dem Schlitz 13 abfällt. Dieses

Prinzip isst äquivalent $u dem Prinzip einer Gegendruckänderung in

einer üblichen sogensnnten Dtisen-Platte=r-Eiariehtung. Als Ergebnis

steigt der Öldruck der einen Kolb enendksam<er 40 .des Vierweg-

Steuerventils an und der Öldruck der anderen Kolbenendkaaser 41 fällt

-ab. Dadurch erhält der Kolben 24 eine Kraft in der in gig. 1 mit

einen Pfeil bezeichneten Riohtuhg. Dieses Prinzip ist auch äquivalent

dem Virfahren den Antriebes eines Vierweg-Steuerventils unter Ver-

wendung den DÜsengegendruckes der Msenplatten#$inriohtung. wenn der

VKolben 24 in der,sit eines P=eil bezeichneten Richtung bewegt wird..

geht der Öldruck, der aus dedOleinlaS 30 kommt, zum öleinla8 38

des hydraulischen Motors 10 und bewirkt, daß die Ausgangswelle 11r

und die Welle 9 sich drehen,'während das Ton den hydraulischen

,

Motor 10 abgegebene RüokfluAöl aus dem.Ölausla8 39 aha ölauslaB .

33 fließt und zur Energiequelle surfiokgefUhrt wird. Dies ist auch

das übliche Verfahren-des-Antrieben einen hydraulischen Motors

durch die Verwendung einen Vierweg-Steuerventiln. Wenn der

hydraulische Motor so.ausgebildet ist, daß die Volle 9 in der

in Pig. 1 mit einen Pfeil bezeichneten Richtung zu diesem Zeit- '

punkt gedreht werden kann, wird die durch Drehen der Scheibe 5

erzeugte Differenz zwischen der Pläche der durch den Schlitz 12

ünd das Fenster 6 gebildeten Öffnung und der Flüche der durch

den.Schlitz 13: und das Fenster ? gebildeten. Öffhung ' . -ausgeschaltet.

Wenn die .Flächen dieser beiden Öffnungen einender gleich werden,

wird der neutrale Zustand wieder hergeetelltund die Auegängewelle

11-und die Welle 9 beenden ihre MrehbewelN'nnaen. -

Wenn die Ausgapgswelle liier-oben beschriebenen weise: gedreht wird,

-wird eine.Ausgangsipa=uagi die der Drebgesohvindigkeit der Aus-

gangswelle 11 proportional ist, von;dea Taohogeaerator 57 erzeugt,

wodurch die gadel.50.proportionsl zu der Drehgeschwindigkeit der

Ausgangswelle 11 verschoben wird.

-Päild die Anordnung a6- getroffen ist,. daß die Nadel 50 in der in

.Fig. 1 mit einen Pfeil bezeichneten Riohtmrg zu dies« Zeitpunkt vor-

-schoben wird,. verringert eirth' der Druck der Zolbeaandia@o@er 40.-

während eich die .Ausgangsweile 11 dreht. - ._,

Der oben beschriebene Aufbau und die Arbeiterreine können aus dem

Blockschaltbild der Fis. 4 entnomen werden. In dieser Figur ist

mit 63 der Öldruckvorverstärker bezeichnet, dessen Eingang 64

die relative Winkelverschiebung zwischen der Scheibe 5 und der

Welle 9 (oder.Auegangewelle 11) ist, Während seine Ausgangsgröße 65

der Öldruck-ist, der auf den Kolben 24 wirkt, wenn die Nadel fest-

steht. Mit 66 ist der öldruckeervomotor bezeichnet, der ein Vier-

weg-Steuerventil und einen hydraulischen Motor enthält. Seine

Eingangsgröße 67 ist. der Öldruck, der auf den =olben 24 wirkt,

und seine Auegangegröße 68 ist der Drehwinkel der.Ausgangswelle 11

(oder Welle 9). Mit 69 ist das Tachogenerator-Kopplungselement be-

zeichnet und eeine Ausgangsgröße 70 ist der Druck, der proportional

zur Drehgeschwindigkeit,der,Ausgangswelle 11 erzeugt wird, um den

Druck zu verringern, der auf den Kolben 24 wirkt. Mit 71.ist der

Drehwinkel der Scheibe 5 bezeichnet.

Wenn der Öldruck-Drehmomentrierstärker der Erfindung in den

63, den Öldrucksesyomotor 66 und das Tachogenerator-

Rückkopplungeelement 69 aufgeteilt wird und die Übertragungseigen-

schaft zwischen dem Eingang und dem Ausgang jedes Elementen be-

rückeichtigt wird, kann der öldrnokyorverstärker 63 meist als ein

proportionalen Element ohne Nacheilung bezeichnet werden. Der Öl-

druckeerromotor 66 kann als Integralelement mit einer Verzögerung

ton mehr als dem ersten Grad bezeichnet werden und das Tacho-

generator-Rückkopplungeelement 69 kann meistens als Differential-

element betrachtet werden. En wird angenosaen, da& die übertraaunngs-

ver$ögerung zwischen dem 19ingaag und dem Ausgang den Drehmomentmotors

52 im Vergleich zur $bertragungeverzögerung des öldruckservo- '

Motors vernachlässigt werden kann.

Nun wird die Ansprechoharekteristik des Drehwinkels 68 der Aus-

gangswelle 11 gegen den Drehwinkel 71 der Scheibe 5 betrachtet.

Unter der Annahme, daß das Taohogenerator-Rüokkopplungselement 69

nicht in dem Verstärker nach der Erfindung enthalten ist, und

falls die Empfindlichkeit (Verstärkung) des@Öldruckvorvbrstkrkers ,

63 oder den Öldrucknervonotors 66 einfach erhöht wird, wodurch

die Nacheilung zwischen

68 und dem Eingmg 71 vor-

ringert wird, schwingt-dieses System etwas und es wird unmöglich»

es für praktische Zwecke einzusetzen. Dies ist auf die Über..

tragungaverzögernng des Öldrucksservosotors 66 zurückzuführen.

Balls aber das TachogeneratoreRückkopplungeslement 69 gemf

der Erfindung verwendet wird, ergibt sich aus der üblichen Taeho-

meter-Rtickkopplungstheorie, daß die übertragungsversögerung den

Öldruekservomotors 66 offensichtlich gering wird. Wenn auch die

Empfindliohkeit (Verstärkung) des öldruekvorverstärkern 63.wesent-

lich erhöht wird, schwingt aus diesem Grunde das System nicht und

es wird möglich, einen Öldruck-ßcebmosentveratxrlnr sm 'erhalten,

der als Ganzes stabil ist und eine geringe äamheilung aufweist.

In der vorangehenden Beschreibung wurde das Verfahren der Regelung

des Druckes der Kolbenendkaaer 40 oder 41 durch Auffindender

Drebgesohwindigkeit der ansgangswelle 11 durch den Tachogenerator .T

und der Verschiebung der Nadel 50 durch den Drehnomeatnotor 52, der

zwischen dem Taahoaenerator und der Nadel vorgesehen ist, erläutert,

jidooh kann der Mraok der lolbcnendksaoaer 40 oder 41 auch durch das

Verfahren der Regelung den Grades der Verringerung der glgche der

testen Öffnung 18 oder 19 geregelt werden und darüberhinaus kann

die Geschwindigkeit der Auegangewelle 11.nioht nur durch den

Taohogenerator 5? sondern auch durch ein mechanisches Verfahren

testgestellt werden. Auf Jeden Hall kson bin hydraulischer Dreh-

momentverstgrker, der stabil ist und eine geringe Übertragungs-

verzögerung aufwsist,.erhalten werden, indra dieser,* wie in Pig. 1

gezeigt, ausgebildet ist. Big. 5 zeigt ein Beispiel eines

Drehmosentmotors 51, der lineare Verschiebungen proportional zur

Spannung des Generators 57 aunftIhrt. .

Claims

Patentanspruch Hydraulischer Drehmomentverstärker, gekennzeichnet durch einen hydraulischen Vorverstärker mit veränderbaren Öffnungen und festen Öffnungen und mit einem hydraulischen Vierweg-Steuerventil und durch einen hydraulischen Motor, der durch den Öl- druck angetrieben wird, der die Ausgangsgröße de® hydraulischen Vorverstärkers ist, wobei die Ausgangs-Drehgeschwindigkeit des hydraulischen Motors aufgefunden wird und der Öldruck, der die Ausgangsgröße des hydraulischen-Vorverstärkers ist, proportional zu dieser Geschwindigkeit verringert wird.