DE1601719B2

DE1601719B2 - Dydraulischer drehmomentverstaerker

Info

Publication number: DE1601719B2
Application number: DE19671601719
Authority: DE
Inventors: Seiuemon Dipl Ing Kawasa ki Shirafuji Ryoko Dipl Ing Tokio Inaba, (Japan)
Original assignee: Fujitsu Ltd , Kawasaki, Kanagawa (Japan)
Priority date: 1966-02-09
Filing date: 1967-01-27
Publication date: 1971-12-02
Also published as: FR1510700A; DE1601719A1; US3415163A

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Drehmomentverstärker, der einen elektrischen Motor, veränderbare Öffnungen, bei denen der Abgleich der Druckölfließmenge durch die Drehung dieses Motors gestört wird, einen Steuerkolben, der in mit jeder der veränderbaren Öffnungen verbundenen Endkammern untergebracht ist und entsprechend dem Druckunterschied zwischen den beiden Endkammern in axialer Richtung verschiebbar ist, und einen hydraulischen Motor, dem das Drucköl in einer dem Verschiebungsmaß des Steuerkolbens entsprechenden Fließmenge über einen ÖUveg zugeführt wird, enthält, wobei der aufgetretene Fehlabgleich der Druckölfließmenge in den veränderbaren Öffnungen durch die Drehung des hydraulischen Motors in den abgeglichenen Zustand gebracht wird. Ein solcher bekannter hydraulischer Drehmomentverstärker (USA.-Patentschrift 3 079 89'.'; ergibt keine ausreichende Stabilität.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stabilität eines solchen bekannten Drehmoment-Verstärkers zu verbessern, wofür die Erfindung vorschlägt, daß die Geschwindigkeit der Ausgangswelle des hydraulischen Motors durch einen Tachogenerator erfaßt wird und daß entsprechend der erfaßten Spannung ein Fehlabgleich der Drücke in den Steuerkolbenendkammern erzeugt wird.

Durch diese Ausbildung wird eine zusätzliche Rückführung der Ausgangsgeschwindigkeit des hydraulischen Motors herbeigeführt, die zu einer erhöhten Stabilität der Steuerung führt, wobei der hytlraulische Drehmomentverstärker gleichzeitig schnell anspricht.

An sich ist ein Tachogenerator als Mittel für eine seitliche Differenzierung bekannt (Op pelt, »Kleines Handbuch technischer Regclvorgängc«. 1956. S. 41). und es ist auch eine Rückführung zur Stabilitierung eines Steuerkreises mit einem Verstärker bekannt (Oppelt. «Kleines Handbuch technischer Rcgelvorgänge«. 1956. S. 196). Bei der EiTindung teht es aber nicht um die einfache Anwendung einer Rückkopplung unter Verwendung eines Tachogenerators bei einem hydraulischen Motor, vielmehr gibt die Erfindung darüber hinaus die spezielle Lehre, tlas Rückkopplungssignal auf die Kolbcnenclkammern iu geben.

Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar ist

Fig. 1 eine schcmatischc Darstellung des hydraulischen Drehmomentscrslärkcrs nach der Erfindung am Schnitt.

Fig. 2 und 3 Querschnitte längs der Linien II-II und IH-III in F i g. I.

Fig 4 ein Blockschaltbild des hydraulischen 'Drehmomentverstärkers der Ilrfmduni, und

Fig. 5 eine schematischc Darstellung eines Bei-Spiels eines Drehmomentmotor.

Gemäß Fig. 1 wird die Drehausgangsgröße des elektrischen Motors mit einer geringen Ausgangsgröße, z. B. eines elektrischen Impulsmotors (Schrittmotor)!, auf die Welle 4 über Zahnräder 2 und 3 übertragen. Die Welle 4 ist mit einer Scheibe 5 versehen und, wie sich aus F i g. 2 ergibt, sind längs einer Durchmesscrlinie der Scheibe 5 Fenster (Bohrungen) 6 und 7 vorgesehen. Die Scheibe S befindet sich in enger Berührung mit der Endfläche der Welle 9, die koaxial zu der Scheibe S angeordnet und innerhalb des Gehäuses 8 glatt drehbar ist. Die Flächen der Scheibe 5 und der Welle 9, die sich in enger Berührung zueinander befinden, sind glatt bearbeitet, und sie können sich drehen und glatt gleiten. Die WeIIe¹J ist mechanisch mit der Ausgangswelle 11 eines hydraulischen Motorr. 10 gekuppelt und dreht sich zusammen mit dieser. Es ist auch möglich vorzusehen, daß die Welle 9 und die Welle 11 einen Körper bilden. Wie sich aus F i g. 3 ergibt, ist die Endfläche der Welle 9 mit zwei nahe/u halbmondförmigen Schlitzen 12 und 13 versehen, die jeweils mit innerhalb des Gehäuses 8 vorgesehenen Umfangsnuten 16 und 17 über Öl wege 14 und 15, die innerhalb der Welle 9 vorgesehen sind, in Verbindung stehen. Zwei veränderbare Öffnungen werden durch die Schlitze 12 und 13 und die Bohrungen 7 und 8 gebildet. Wie sich aus F i g. 3 ergibt, ändert sich di: Breite der Schlitze 12 und 13 allmählich. Zwei feste Querschnittsverengungen (feste Öffnungen) 18 und 19 sind innerhalb des Gehäuses 8 vorgesehen, und die stromabwärtigen Seiten der festen Querschnittsverengungen 18 und 19 stehen jeweils mit Umfangsnuten 16 und 17 über Ölwege 20 und 21 in Verbindung. Andererseits stehen die beiden stromaufw artigen Seiten der festen Querschnittsverengungen 18 und 19 int innerhalb des Gehäuses 8 vorgesehenen Imfanginuten 23 über einen Ölweg 22 in Verbindung. Ein Steuerkolben 24, der in das Gehäuse 8 eingesetzt ist, kann glatt in axialer Richtung innerhalb des Gehäuses gleiten, und die drei Verdickungen des Steiierkolbens 24 zusammen mit der innerhalb des Gehäuses 8 vorgesehenen Umfangsnut 23 und den beiden anderen Umfangsnuten 25 und 26 bilden ein sogenanntes Vierweg-Stcuerventil. Ein Öldruck, der die Ausgangsgröße dieses Vierweg-Steuerventils ist. bewirkt, daß sich die Ausgangszeile 11 (und die Welle 9) des hydraulischen Motors 10 drehen. Federn 27 und 28 sind an beidei; Enden des Stcuerkolbcns

24 vorgesehen und diese Federn, die sich in zusammengepreßtem Zustand befinden, halten den Steuerkolben 24 an beiden Enden. Die Umfangsnut 23 des Vierweg-Steuervcntiis steht mit dein Üluiniuß 30 dieses Öldruck-Drehmomentverstärkers über einen Ölweg 29 in Verbindung. Der Öleinlaß 30 ist mit dei Ölabgangsseitc der in der Zeichnung nicht dargestellten Energiequelle verbunden. Auch die Umfangsnuten

25 und 26 des Vierwcg-Steuerventils stehen mit dem Ölausiaß 33 dieses Öldruck-Drehmomcntvcrslärkers über Ölwege 31 und 32 in Verbindung. Der Ölausiaß 33 ist mit der Ölrückführseite der Energiequelle verbunden. Des weiteren stehen die Kolbcnölkamrner 34 und die Kolbcnölkammer 35 des Vierweg-Steuerventils jeweils mit dein Öleinlaß (oder Ölausiaß) 38 und Ölausiaß (oder ülcinlal.'.) 39 des hydraulischen Motors 10 über einen Ölweg 36 und einen ÖUvc·; 37 in Verbindung. Darüber hinaus stehen die Steuerkolbenendkammern 40 und 41 des Vicrwcg-Steucrventils 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 S vorgesehen ist, steht mit der Umfangsnut 25 über einen Ölweg 45 in Verbindung.

Die Steuerkolbenendkammern 40 und 41 sind jeweils mit innerhalb des Gehäuses 8 vorgesehenen Umfangsnuten 48 und 49 über ölwege 46 und 47 verbunden. Diese Umfangsnuten 48 und 49 bilden zusammen mit der Nadel 50, die innerhalb des Gehäuses in axialer Richtung gleiten kann, den Druckregelwert zum Regeln des Druckes der Steuerkolbenendkammern 40 und 41. Der Öldruck, der auf den Steuerkolben 24

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wirki. Lindert sich nämlich im Verhältnis zur Ver- aus dem ölaiislaß 30 zum Ölauslaß 33 fließt und zur

Schiebung der Nadel 50 aus ihrer neutralen Stellung. Energiequelle zurückgeführt wird. Dies ist auch das

Die Nadel :>0 ist mit dem Drehmomentmotor 52 übliche Verfahren des Antriebes eines hydraulischen

durch die Stange 51 verbunden. Motors durch die Verwendung eines Viervveu-Steuer-

D-Jr Drehmomentmotor 52 verschiebt die Staune f. ventil:,. Wenn der hydraulische Motor so ausgebildet

51 uiul die Nadel 50 proportional zu der Eingangs- ist, daß die Welle 9'in der in F i g. 1 mit einem Pfeil

spannung. Die Endkammern 53 und 54 der Nadel"sO bezeichneten Richtung zu diesem Zeitpunkt gedieht

stehen mit dem Ölweg 32 über Öiwege 55 und 56 in werden kann, wird die durch Drehen der Scheibe 5

'Vi-bindung. Der Tachogenerator 57 wird durch die erzeugte Differenz zwischen der Fläche der durch den

Au: 'UUIg-WeIIe 11 des hydraulischen Motors 10 »e- i., Schlitz 12 und das Fenster 6 üebildeten Öffnung und

drein und ist so angeordnet, daß seine Ausnanas- der Fläche der durch den Schlitz 13 und das Fenster 7

spannung proportional zur Drehgeschwindigkeit der gebildeten Öffnung ausgeschaltet. Wenn die Flächen

A'.!\:!:mgswelle 11 se.n kann. dieser beiden Öffnungen einander gleich werden.

I- ι g. 1 zeigt ein Beispiel der Anordnung dos wird der neutrale Zustand wieder hergestellt, und die T:ü. .'!generators 57, und bei diesem Beispiel ist dieser 15 Ausgangswelle 11 und die Welle 9 beenden ihre Drehini; der Zugspindel 59 der durch die Ausgangswelle bewegungen.

H angetriebenen Maschine 58 gekoppelt."Die Aus- Wenn "die Ausgangswell · 11 in der oben besehriej!Liii'j>spannung des Tachogenerators 57 wi>-d auf den benen Weise gedreht wir>J. wird eine Ausgangs-Yl-. Marker 61 durch eine elektrische Leitung 60 ge- spannung, die d"er Drehgeschwindigkeit der Ausgang-s-•leivn. und die Au-gangsspannung de; Verstä"rkers"61 20 welle 11 proportional ist. von demTachogenerator57 ■wii.l durch die elektrische Leitung 62 auf den Dreh- erzeugt, wodurch die Nadel 50 proportional zu der iii'-inentmotor 52 gegeben. Deshalb ist die Verschie- Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 11 verschobung der Nadel 5!) proportional zur Drehgeschwir.- ben wird.

diileit der Ausgangswelle 11 des hydraulischen Falls die Anordnung so getroffen ist. daß die Nadel

M'HiirslO. 2₅ 50 in der in Fig.! mit einem Pfeil bezeichneten

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des in F i g. 1 Richtung zu diesem Zeitpunkt verschoben wird, verdai'.iesiellten Verstäikers beschrieben. Fig. 1 zeigt ringen sich der Druck der Steuerkolbenendkammer den neutralen Zustand, in dem der elektrische 40. während sich die Ausgangswelle II dreht.
\ioior 3 stillsteht, und die durch die Schlitze 12 und Der oben beschriebene Aufbau und die Arbeits-13 und die Fenster 6 und 7 in der Scheibe 5 erzeugten 30 weise können aus dem Blockschaltbild der F i g. 4 Öffnungen sind einander gleich und die Ausgangs- entnommen werden. In dieser Figur ist mit 63 der v.eüe 11 steht auch still. In diesem neutralen Zustand Öldruckvorvcrslärker bezeichnet, dessen Eingang 64 geht tier Öldruck, der von dem Öleinlaß 30 eintritt. die relative Winkelverschiebung zwischen der zu den beiden festen Querschniitsverengungen 18 und. Scheibe 5 und der Welle 9 (oder Ausgangswelle 11) 19. welche den Druck gleichzeitig herabsetzen. Der 35 ist. während seine Ausgangsgröße 65 der Öldruck ist. DrUCr₁ gelangt des weiteren zu den Schlitzen 12 und der auf den Kolben 24 wirkt, wenn die Nadel fest-13. die den Druck gleichzeitig herabsetzen. Die Flä- steht. Mit 66 ist der Öldruckservomotor bezeichnet. ehe;! der Öffnungen dieser Schulze sind einander der ein Vierweg-Steucrventil und einen hydraulischen »iei'-h. Der Öldruck wird dann in die Außenlufl frei- Motor enthält. Seine EiiigaiigM'jöGc 67 ist der öigegeben. Es wird nun angenommen, daß der clek- te druck, der auf den Steuerki.lbcn *4 wirkt, und seine Irische Motor 1 in diesem neutralen Zustand um Ausgangsgröße 68 ist der Diehwinkei der Ausgangseinen bestimmten Winkel in der in Fig I mit einem welle 11 (oder Welle 9). Mit 69 ist das Tacho-Pieil angegebenen Richtung gedieht wird. Die Fläche generator-Kopplungsclcment bezeichnet und seine dci durch den Schlitz \l und das Fenster 6 gebildeten Ausgangsgröße 70 ist der Druck, der proportional öffnung nimmt ab. während die Fläch'.: der durch 45 zur Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 11 erden Schlitz 13 und das Fenster 7 gebildeten Öffnung zeugt wird im den Druck zu verringern, der auf den ansteigt. Als F.rgebni- steigl der öfdruck des Ölweges Steuerkolben 24 wirkt. Mit 71 ist der Drehwinkcl der zwischen den festen UuersciiniUsveiengungen 18 und Scheibe 5 bezeichnet.

dem Schlitz 12 an. während der Öldruck des ÖKveges Wenn der Üklruck-Drehmomcntverstärker der Erzwischen der festen Querschnittsverenguiig I¹J und 50 findung in den Öldruckvorverstärker 63. den Öldein Schlitz 13 abfällt. Dices Prinzip ist äquivalent druckservomotor 66 und das T,?chogenerator-Rückzu dem Prinzip ,iner Gegendruckänderung in einer kopplungselcnient 69 aufgeteilt wird und die Überüblichen sogenannten Düsen-Platten-Einrichtung. tragungseigenschaft zwischen dem Eingang und dem Als Ergebnis steigt der Öldruck der einen Steuer- Ausgang jedes Elementes berücksichtigt wird, kann kolhencndkammer 40 des Vierweg-Steuerventi'is an. 55 der Öldruckvorvcrstärker 63 meist als ein proportiotind der Öldruck der anderen Steiierkolbcncnd- nales Element ohne Nacheilung bezeichnet werden, kammer 41 fällt ab. Dadurch erhält der Steucr\olben Der Öldruckservomotor 66 kann ais Integralelenient 24 eine Kraft in der in F i g. I mit einem Pfeil be- mit einer Verzögerung von mehr als dem ersten Grad zeichneten Richtung. Dieses Prinzip ist auch äqui- bezeichnet werden, und das Tachogenerator-Rückvalent cIcm Verfahren des An'riebes eines Vierweg- 60 kopplungsrlement 69 kann meistens als Differential-Steuerventils unter Verwendung des Düse;igegeii- element betrachtet werden. Es wird angenommen, druckes der üüscnplatten-Einrichtung. Wenn "der daß die Übertragtingsverzögcrung zwischen dem Ein-Steuerkolben 24 in der mit einem Pfeil bezeichneten gang und dem Ausgang des Drehmomentmotors 52 Richtung beweg» wird, geht der Öldruck, der aus dem im Vergleich zur Übertragungsverzögerung des ÖI-Ölcinlaß"30 ko'mrnt, zum öleinlaß 38 des hydrauli- 65 druckscrvomotors vernachlässigt werden kann, sehen Motors 10 und bewirkt, daß die Ausgangswelle Nun wird die Ansprechcharakteristik des Dreh-11 und die Welle 9 sich drehen, während das von winkeis 68 der Ausgangswelle 11 gegen den Drehdem hydraulischen Motor 10 abgegebene Rückflußöl winkel 71 der Scheibe 5 betrachtet. Unter der An-

nähme, daß das Tachogenerator-Rückkopplungselement 69 nicht in dem Verstärker nach der Erfindung enthalten ist, und falls die Empfindlichkeit (Verstärkung) des Öldruckvorverstärkers 63 oder des Öldruckservomotors 66 einfach erhöht wird, wodurch die Nacheilung zwischen dem Ausgang 68 und dem Eingang 71 verringert wird, schwingt dieses System etwas, und es wird unmöglich, es für praktische Zwecke einzusetzen. Die? ist auf die Obertragungsverzögerung des Öldruckservomotors 66 zurückzuführen.

Falls aber das Tachogenerator-Rückkopplungselement 69 gemäß der Erfindung verwendet wird, ergibt sich aus der üblichen Tachometer-Rückkopplungstheorie, daß die Übertragungsverzögerung des Öldruckservomotors 66 offensichtlich gering wird. Wenn auch die Empfindlichkeit (Verstärkung) des Öldruckvorverstärkers 63 wesentlich erhöht wird, schwingt aus diesem Grunde das System nicht, und es wird möglich, einen Öldruck-Drehmomentverstärker zu erhalten, der als Ganzes stabil ist und eine geringe Nacheilung aufweist.

In der vorangehenden Beschreibung wurde das Verfahren der Regelung des Druckes der Steuerkolbenendkammer 40 oder 41 durch Auffinden der Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 11 durch den Tachogenerator 57 und der Verschiebung der Nadel 50 durch den Drehmomentmotor 52. der zwischen dem Tachogenerator und der Nadel vorgesehen ist. erläutert, jedoch kann der Druck der Steuerkolbenendkammer 40 oder 41 auch durch das Verfahren der Regelung des Grades der Verringerung der Fläche tier festen Öffnung 18 oder 19 geregelt werden, und darüber hinaus kann die Geschwindiukeit der Ausgangswelle Il nicht nur durch den Tachogenerator 57. sondern auch durch ein mechanisches Verfahren festgestellt werden. Auf jeden Fall kann ein hydraulischer Drehmomentverstärker, der stabil ist und eine S geringe Übertragungsverzögeriing aufweist, erhalten werden, indem dieser, wie in F i g. 1 gezeigt, ausgebildet ist. F i g. 5 zeigt ein Beispiel eines Drehmomentmotors 51. der lineare Verschiebungen proportional zur Spannung des Generators 57 ausführt.

Claims

Patentanspruch:

Hydraulischer Drehmomentverstärker. der einen elektrischen Motor, veränderbare Öffnungen, bei denen der Abgleich der Druckölflicßmenge durch die Drehung dieses Motors gestört wird, einen Steilerkolben, der in mit jeder der veränderbaren Öffnungen verbundenen Endkammern untergebracht ist und entsprechend dem Druckunterschied zwischen den beiden Endso kammern in axialer Richtung verschiebbar ist, und einen hydraulischen Motor, dem das Driickü! in einer dem Verschiebungsmaß des Steuerkolbeiis entsprechenden Fließmenge über einen Ölweg zugeführt wird, enthält, wobei der aufgetretene Fehlabgleich der Druckölfließmenge in den veränderbaren Öffnungen durch die Drehung des hydraulischen Motors in den abgeglichenen Zustand gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Ausgangswelle (11) des hydraulischen Motors (10) durch einen Tachogenerator (57) erfaßt wird und daß entsprechend der erfaßten Spannung ein Fehlabgleich der Drücke in den Steuerkolbcncndkammern (40. 41) erzeugt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1806