DE1653917B2

DE1653917B2 - Hydraulische Steuerung fur einen hydraulischen Arbeitszylinder

Info

Publication number: DE1653917B2
Application number: DE1653917A
Authority: DE
Inventors: Raymon Lee Lafayette Goff; Thomas Isaac West Lafayette Monroe
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1967-04-04
Filing date: 1967-07-04
Publication date: 1973-09-20
Also published as: SE322996B; US3443378A; SE349269B; DE1653917A1; DE1653917C3; GB1189207A

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuerung für einen hydraulischen Arbeitszylinder mit einer Antriebswelle in einem Gehäuse, die mit einem Zahnrad eines Zahnrad-Drehkolbonmotors verbunden ist, der ein außenverzahntes Zahnrad aufweist, das von einem innenverzahnten Zahnrad umgeben ist, dessen Zähnezahl um eins größer ist als diejenige des außenverzahnten Zahnrades, wobei bei einer relativen Drehung zwischen diesen Zahnrädern Kammern gebildet werden, von denen jede während einer vollständigen Relativbewegung von einem kleinsten Volumen zu einem größten Volumen zunimmt und wieder zu einem kleinsten Volumen abnimmt und mit einer Steuerscheibe zur Steuerung der Verbindungskanäle zu diesen Kammern, wobei die Zähne des innenverzahnten Zahnrades mit den Verbindungskanälen als Steuerkanten zusammenarbeiten.

Eine derartige hydraulische Steuerung ist aus der USA.-Patentschrift 3 215 043 bekannt. Bei dieser Vorrichtung dreht sich die Hauptwelle mit einer Drehzahl, die eine Funktion der Drehzahl des innenverzahnten Außenzahnrades ist. Wenn die Vorrichtung als Motor arbeitet, so dreht sich die Welle mit einer verhältnismäßig niedrigen Drehzahl. Dies ist bei dieser Betriebsweise sehr nachteilig. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ansprechbarkeit beim Betrieb als Motor zu erhöhen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Antriebswelle, das außenverzahnte Zahnrad und die Steuerscheibe mittels einer Keilverbindung miteinander verbunden sind und daß das innenverzahnte Zahnrad eine Außenverzahnung aufweist und in einer Gehäusekammer mit einer Innenverzahnung drehend und umlaufend angeordnet ist.

In vorteilhafter Weise dreht sich hier die Welle gemeinsam mit dem außenverzahnten Zahnrad und dreht sich somit ml·! einer Drehzahl, die wesentlich größer ist als die Drehzahl des innenverzahnten äußeren Zahnrades. Eine derartige Betriebsweise ist insbesondere dann vorteilhaft, wecn die Vorrichtung als Zündeinrichtung und Pumpe in Servosteuerungen verwendet wird.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß sich die Steuerscheibe gleichzeitig mit dem außenverzahnten Zahnrad und zwar mit der gleichen Drehzahl dreht. Hierdurch kann eine Vereinfachung der Schie-

berfunktion erzielt werden, ohne daß die Genauigkeit, mit der die zugeordneten öffnungen gesteuert werden, beeinträchtigt wird.

Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Servosteuerungssystems, bei welchem die hydraulische Steuerung verwendet wird,

F i g. 2 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie H-II der Fig. 1.

a" F i g. 3 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie IH-III der F i g. 2 und

Fig. 4 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie IV-IV der Fig. 2.
Es sei zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen. In

as F i g. 1 ist eine Servosteuerung dargestellt, welche die hydraulische Steuerung 10 aufweist Die hydraulische Steuerung 10 ist an einer Stelle der Servosteuerung über Leitungen eingeschaltet und an einer anderen Stelle ist eine Pumpe 11 vorgesehen, die von einem Triebwerk angetrieben wird. Die Pumpe 11 weist einen Behälter 12 auf, der mit einer Rückleitung 13 verbunden ist. Die Pumpe 11 weist eine Förderleitung 14 auf. Hydrauliköl, welches unter Druck in die Förderleitung 14 abgegeben wird, wird durch die hy-

draulische Steuerung 10 einem abgeglichenen Zylinder 16 zugeführt. Dieser abgeglichene Zylinder 16 weist einen Kolben 17 auf, der entsprechend dem Druck, der dem Zylinder 16 zu beiden Seiten des Kolbens 17 zugeführt wird, hin- und herbeweglich

ist. Zu diesem Zweck ist eine Leitung 19 und eine Leitung 20 vorgesehen und diese Leitungen verbinden den abgeglichenen Zylinder 16 und die hydraulische Steuerung 10. Es sei bemerkt, daß zu beiden Seiten des Kolbens 17 eine Kolbenstange 21 und eine KoI-ben stange 22 angeordnet ist und diese Kolbenstangen können mit dem Steuergestängesystem der Räder in einem lenkbaren Fahrzeug verbunden sein.

Es sei nunmehr auf Fig.. Bezug genommen. Es sei bemerkt, daß die hydraulische Steuerung ein Ge-

5" häuse 23 aufweist. Dieses Gehäuse 23 weist einen Deckel 24 und eine Reihe von Gehäuseringen 26, 27 und 28 auf und diese Teile sind zu einer festen Baugruppe mit einem Schiebergehäuse 29 und einem Endglied 30 verbunden. Dieses Endglied 30 weist

einen plattenartigen Abschnitt auf und eine Nabe 31 mit vermindertem Durchmesser.

Eine Antriebswelle 32 erstreckt sich in das Innere des Gehäuses 23 hinein. Ein Ende der Antriebswelle 32 steht in Antriebsverbindung mit dem in F i g. 1 dargestellten Steuerrad 33, so daß die Welle 32 i:i beiden Richtungen gedreht wird und zwar entsprechend den Steuerbewegungen des Steuerrades 33.

Am innersten Ende der Antriebswelle 32 ist ein verbreiterter Ansitz 34 vorgesehen, durch den sich ein Verriegeiungszapfen 36 hindurchstreckt. Dieser Zapfen wird von einer entsprechenden öffnung 37 aufgenommen, die in einer rohrförmigen Welle 38 angeordnet ist. Die Welle 38 ist im allgemeinen zy-

lindrisch ausgebildet und weist eine ringförmige Aussparung 39 am Ende auf, welche ein Lager 40 aufnimmt. Dieses Lager 40 ist in einer Aussparung 41 angeordnet, die im Deckel 24 ausgebildet ist Dadurch werden die Enden der Welle 38 und der Antriebs- 5 welle 32 im Gehäuse 23 gelagert.

Die äußere Umfangsobernache der Welle 38 weist in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Keilzähne 42 auf und am anderen Ende der Welle 38 ist ein halbkreisförmiger axial vorspringen- io der Abschnitt 43 vorgesehen. Der obere Endteil der Welle 38 weist eine radiale Wandung 44 auf und der axial vorspringende halbkreisförmige Teil weist eine radiale Wandung 46 auf. Es sei bemerkt, daß sich der axial vorspringende Teil über einen Winkelbugen 15 erstreckt, der etwas kleiner ist als 180°.

Eine zweite rohrförmige Welle ist bei SO dargestellt und diese weist einen entsprechenden Endabschnitt auf, nämlich einen axial vorspringenden Abschnitt Sl, der eine radiale Endfläche 52 hat, d;e im so axialen Abstand von einer radialen Endfläche S3 angeordnet ist. Die entsprechenden Endflächen 44 und 52 sind ebenso wie die gegenüberliegenden Endflächen 46 und 53 benachbart angeordnet. Durch diese Ausbildung ist eine axiale Überlappung zwi- 25 sehen der Welle 38 und der Welle 50 vorhanden.

Um die Welle 50 im Gehäuse 23 drehbar zu lagern, ist ein Lager 54 vorgesehen, welches in einer Aussparung 56 sitzt, die im Endglied 30 ausgebildet ist. Ein Sprengring 57 wird von einer entsprechenden Ausnehmung der Welle 50 aufgenommen und dieser Sprengring liegt gegen eine Seif des Lagers an, während auf der anderen Seite ein Anschlag durch einen Ring 58 gebildet wird, der in seiner Lage durch einen Ring 59 gehalten wird, der in einer Aussparung im Endglied 30 angeordnet ist. Eine Wellendichtung ist zwischen der Nabe 31 und der Welle 50 vorgesehen und diese Wellendichtung ist ganz allgemein bei 60 dargestellt und wird durch einen Halterungsring 61 gehalten, der in der Innenbohrung der Nabe 31 angeordnet ist. Es sei bemerkt, daß alle einzelnen Gehäuseteile die üblichen Aussparungen und Dichtungen werden nur durch O-Ringe gebildet, die allgemein mit 62 bezeichnet sind.

Es sei nunmehr auf die F i g. 2 und 3 Bezug genommen. Es sei bemerkt, daß eine Zahnrad-Drehkolbenmaschine vorgesehen ist, und diese Maschine weist ein innenverzahntes Zahnrad 63 auf. Das innenverzahnte Zahnrad 63 weist sieben konkave Abschnitte 64 auf, die als ölkammern dienen und ferner weist dieses innenverzahnte Zahnrad 63 sechs konvexe Abschnitte 66 auf. Jeder konvexe Abschnitt 66 ist einem entsprechenden konkaven Hohlraum 64 diametral gegenüberliegend angeordnet

Es ist ferner ein außenverzahntes Zahnrad 67 vorgesehen. Dieses außenverzahnte Zahnrad weist eine geringere Anzahl von äußeren Zähnen auf, wobei diese äußeren Zähne eine ähnliche Form haben wie die ölkammern. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist das außenverzahnte Zahnrad 67 sechs nach außen sich erstreckende Zähne 68 und sechs konkave Abschnitte 69 auf, die gegenüber den Zähnen 68 alternierend angeordnet sind. Das außenverzahnte Zahnrad und das innenverzahnte Zahnrad kämmen miteinander. Wenn ein Zahn 68 sich in einem Ausschnitt 64 des innenverzahnten Zahnrades 63 befindet, liegt der gegenüberliegende Zahn 68 an. Scheitel des konvexen Zahnes 66 des inn^nverzahnten Zahnrades, der diesem Hohlraum gegenüberliegt. Wenn das außenverzahnte Zahnrad 67 gedreht wird, wird jeder Zahn 68 der Reihe nach aus seinem Ausschnitt 64 heraus zum Scheitel des konvexen Zahnes des innenverzahnten Zahnrades hin bewegt, wobei jeder gegenüberliegende Zahn der Reihe nach in einen Ausschnitt hinein bewegt wird.

Bei der in den F i g. 2, 3 und 4 dargestellten Ausführungsfonn wird das außenverzahnte Zahnrad 67 durch die Welle 32 angetrieben und es sei bemerkt, daß das außenvc^ahnte Zahnrad 67 eine in der Mitte angeordnete Öffnung aufweist, in der Keilzähne 70 ausgebildet sind, die mit den Keilzähnen 42 auf der Welle 38 in Eingriff stehen.

Bei der Ausführungsform, die in F i g. 2, 3 und 4 dargestellt ist, ist ein Gehäusering 26 vorgesehen und dieser Gehäusering weist eine kreisförmige öffnung auf, die einen größeren Durchmesser hat als das innenverzahnte Zahnrad 63. Die Wandung der Öffnung 71, die um den äußeren Umfang des innenverzahnten Zahnrades 63 angeordnet ist, weist Zähne 72 auf. Das innenverzahnte Zahnrad 63 ist an seinem Umfang ebenfalls mit Zähnen 73 versehen, so daß die Zähne 72 und 73 miteinander kämmen können. Das innenverzahnte Zahnrad 63 ist derart ausgebildet und angeordnet, daß sich dieses sowohl in der Öffnung 7t drehen als auch in einer Umlaufbahn bewegen kann.

Diese Umlauf- und Drehbewegung wird durchgeführt, wenn das außenverzahnte Zahnrad 67 angetrieben wird und zwar durch eine Drehung der Wellen 32 und 38 in beiden Richtungen

Dem außenverzahnten Zahnrad 67 und dem innenverzahnten Zahnrad 63 ist unmittelbar axial benachbart eine Schiebe· Matte 74 angeordnet.

In einer Seite ^r Platte 74 ist eine kontinuierlich umlaufende Nut 76 vorgesehen Eine Anzahl von Kanälen 77 schneiden die Bodenwandung der Nut 76 und diese Kanäle erstrecken sich axial von der Nut 76 cut gegenüberliegenden radialen Fläche der Platte 74 Diese radiale Fläche, die mit 78 bezeichnet ist. wirkt als Steuerfläche.

Eine entsprechende Anzahl von Kanälen erstreckt sich nun auch von der Seite 78 aus und diese Kanäle durchsetzen diese Seite 78. wie es bei 79 gezeigt ist. Diese Kanäle 79 weisen einen radialen Abschnitt 80 ?"f. der eine Verbindung mit einer Öffnung 81 im Boden einer ringförmigen Aussparung 82 bildet, die in der Umfangskante der Platte 74 an der Vorderseite 83 ausgebildet ist.

Es sei bemerkt, daß das außenverzahnte Zahnrad 67 und das innen verzahnte Zahnrad 63 im axialen Abstand voneinander angeordnete parallele, radiale Flachen aufweiset. Eine dieser Flächen liegt gegen eine radiale Wandung an. die im Deckel 24 vorgesehen ist. Es sei bemerkt, daß die Fläche 78 der Schieberplatte 74 sich gegenüber dem außenverzahnten Zahnrad 67 radial nach außen erstreckt und gleitbar gegen die benachbarte Seitenfläche des innenverzahnten Zahnrades 63 anliegt. Dieser Abschnitt der Fläche ist bei 84 dargestellt.

Die Kanäle 77 und 79 sind in einer Umfangsreihe in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung radial außerhalb der konvexen Zähne 66 angeordnet. Dadurch liegen sie in fluchtender Registerlage mit den ölkammern, die durch die konkaven Ausnehmungen 64 gebildet werden. Wenn das innenverzahnte Zahnrad 63 umläuft, so wirkt dieses nach Art

;ines Schiebers, da das relative Gleiten der Steuer-Bächen 78 und 84 nacheinander die Kanäle 77 und 79 öffnet und schließt und dadurch wird der Eintritt und der Austritt von öl in die ölkammern 64 und aus diesen heraus geregelt.

Der Gehäusering 28 weist eine Bohrung 86 auf, die mit der ringförmigen Aussparung 82 in Verbindung steht und weiterhin weist der Gehäusering 86 eine Bohrung 87 auf, die mit der Nut 76 in Verbindung steht. Der Schiebergehäuseabschnitt 29 des Gehäuses 23 weist einen Kanal 87 auf, der mit der Bohrung 86 fluchtet, um die ringförmige Aussparung 82 mit einer Schiebeiaussparung 88 zu verbinden, die sich in Um-(angsrichlung innerhalb einer Bohrungswandung 89 im Gehäuse 29 erstreckt. Das Schiebergehause 29 weist ferner einer Kanal 90 auf, der die Bohrung 87 und den Ringkanal 76 mit einer zweiten ringförmigen Aussparung 91 verbindet, die sich in Umfangsrichtung in der Bohrungswandung 89 des Gehäuses 29 erstreckt. ao

Die Bohrungswandung 89 weist eine zusätzliche Reihe von ringförmigen Aussparungen auf und zu diesen gehören die Aussparungen 92 und 93, die hydraulisch mit dem Zylinder 16 verbunden werden können, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um die Aussparung mit dem Zylinder 16 über die Leitung 20 zu verbinden, und wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um die Aussparung 93 mit dem Zylinder 16 über die Leitung 19 zu verbinden.

Eine bei 94 dargestellte ringförmige Aussparung kann mit dem Vorratsbehälter 12 über die Leitung 13 verbunden werden. Die beiden anderen Aussparungen 96 und 97 können mit der Pumpe 11 über die Leitung 14 verbunden werden.

Um die Erläuterung der hydraulischen Schaltung zu vereinfachen, ist in F i g. 1 der Anschluß, der zum Pumpenausgang führt, mit P bezeichnet, und der Anschluß, der zum Vorratsbehälter führt, mit R bezeichnet. Femer sind die Verbindungen zum Zylinder 16 mit C und C₁ gekennzeichnet. Die entsprechenden Kennzeichnungen werden auch in F i g. 2 verwendet. Der Buchstabe P wird für die Aussparungen 96 und 97 verwendet und der Buchstabe R für die Aussparung 94 und Buchstabe C für die Aussparung 92 und das Kennzeichen C₁ für die Aussparung 93. Um diese zusätzliche Kennzeichnung zu vervollständigen, ist die Aussparung 88 mit dem Buchstaben M gekennzeichnet, und die Aussparung 91 ist mit dem Kennzeichen M₁ versehen.

Die Aussparungen in eier Bohrungswandung 89 des Schiebergehäuses 29 sind im axialen Abstand voneinander angeordnet und dadurch weiden entsprechende Schieberkanten 98 zwischen den entsprechenden Aussparungen gebildet

In der Schieberbohrimg 89 des Schiebergehäuses 29 ist gleitbar und drehbar ein Schieberkolben gelagert, der eine Schieberhülse 100 aufweist. Diese Schieberhülse 100 weist einen nrn Keilabschnitt 101 auf, der in die Keilzähne 42 der Welle 38 eingreift Dadurch können sich diese Teile gemeinsam &> drehen. Die Schieberhülse 100 ist ganz aHgemeir. als rohrfönniger Zylinder ausgebildet und weist eine Innenbohrung 102 auf, welche die Welle 50 aufnimmt.

Die äußere Umfangsfläche der Schieberhülse 100 weist eine Anzahl von in Umfangsrichtung verlaufenden, kontinuierlichen, ringförmigen Aussparungen 103, 104. 106 i.nd 107 auf, die alternativ mit Schieberkanten 108 abwechseln. Die Schieberkanten 108 arbeiten mit den Schieberkanten 98 zusammen, um bei einer relativen axialen Bewegung zwischen dem Schiebergehäuse 29 und der Schieberhülse 100 eine Schieberfunktion auszuüben.

In der Aussparung 104 weist die Schieberhülse 100 eine Anzahl von radialen Bohrungen 109 auf, welche den hohlen Innenraum der Schieberhülse 100 mit der Aussparung 104 verbinden.

Es ist ein radial nach innen sich erstreckender Zapfen vorgesehen, der mit Preßsitz in einer Bohrung in der Schieberhülse 100 sitzt. Dieser Zapfen erstreckt sich radial nach innen und liegt gegen die Wandungen einer schraubenförmigen Nut an, die in der Umfangsoberfläche der Welle ausgebildet ist. Diese schraubenförmige Nut erstreckt sich sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung, so daß eine relative Winkelverdrehung zwischen der Weile 50 und der Schieberhülse 100 eine relative axiale Verschiebung zur Folge hat. Die Schieberhülse 100 ist in Fi g. 2 in einer Einstellage dargestellt, in der alle Schieberkanten 108 der Schieberhülse 100 sich gegenüber der entsprechenden Aussparung in einer Registerstellung befinden, so daß die Aussparungen 96, 92, 93, 97 und 94 geschlossen sind.

Im Betrieb erlaubt es die Schieberhülse 100, daß der Fahrer die Strömungsrichtung des Öles, die Strömungsrate und den Druck des Öles steuern kann und zwar in der Weise, wie es zur Steuerung des Fahrzeuges erforderlich ist.

Wenn sich die Schieberhülse 100 in der zentralen oder neutralen Stellung befindet, so strömt die Hydraulikflüssigkeit von der Pumpe 11 durch das Steuerschiebergehäuse 29 direkt zurück zum Vorratsbehälter 12 und zwar mit einem Druck, der lediglich ausreicht, um die Reibung in den Schieberkar ilen und Leitungen zu überwinden. Kein von der Pumpe geliefertes Hydrauliköl wird zur manuellen Pumpe gefördert oder tritt in den Zylinder 16 ein und wird vom Zylinder 16 abgegeben.

Der entsprechende Öldruck an den Steuerschiebern zu den Zylinderöffnungen C und C₁ ist ensprechend niedrig und die Drucke sind gleich, und im Zylinder werden keine wirksamen Kräfte ausgebildet.

Eine Steuerbewegung des Steuerrades 33 führt zu einer entsprechenden Betätigung der Zahnräder 67 und 63. Da der Schieber zwischen dem Handrad 33 und der Pumpe angeordnet ist und von dem auf ein Drehmoment ansprechenden schraubenförmigen Antrieb betätigt wird, welcher das Fehlersignal oder den Drefiwinkelunterschied zwischen dem Handrad 33 und der Pumpe in eine axiale Verschiebung des Schieberkolbens 100 umwandelt, findet eine axiale Verschiebung des Schieberkolbens 100 statt, die eine Funktion dieser Differentialdrehung ist

Der hydraulische Druck, der von der Pumpe 11 erzeugt wird, wird, wenn die Strömung durch eine Verschiebung des Schieberkolbens 100 gedrosselt wird, in den Zarmradsaiz eingeleitet und bewirkt eine Drehung der Zahnräder 63 und 67. Dieser Mechanismus zur Ei zgg einer positiven Verdrängung wirkt bei normalen Steuerbewegungen mehr als Motor denn als Pumpe und wirkt insbesondere als Zumeßeinrichtung, die m Serie mit dem Arbeitszylinder 16 geschaltet ist.

Ein Teil des Öles oder das gesamte öl, welches von der Pumpe 11 kommt, wird von einem Ende des Steuerschiebers dieser Zumeßeinrichtung zugeführt und wird durch diese ZumeBeinrichrang hindurchge-

fül an eir an Su tei

führt und gelangt über die Kanäle 87 und 90 zum anderen Ende de.i Schiebers zurück und wird dann in ein Ende des Zylinders 16 eingeführt. Das öl vom anderen Ende des Zylinders 1(5 strömt durch den Steuerschieber zurück und wird in den Vorratsbehälter 12 geleitet. Der Teil des Öles, der nicht durch die

Zumeßzahnräder 63, 67 hindurchgeführt wird, läuft lediglich durch den Steuerschieber 100 hindurch und dann zum Vorratsbehälter 12 zurück. Während der manuellen Steuerung erhöht die vom Fahrer ausgeübte Kraft den hydraulischen Druck am Steuerzylinderkolben, um die gesteuerten Räder zu drehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309538/m

Claims

Patentanspruch:

Hydraulische Steuerung für einen hydraulischen Arbeitszylinder, mit einer Antriebswelle in einem Gehäuse, die mit einem Zahnrad eines Zahnrad-Drehkolbenmotors verbunden ist, der ein außenverzahntes Zahnrad aufweist, das von einem innenverzahnten Zahnrad umgeben ist, dessen Zähnezahl um eins größer ist als diejenige des außenverzahnten Zahnrades, wobei bei einer Relativbewegung zwischen diesen Zahnrädern Kammern gebildet werden, von denen jede während einer vollständigen Relativbewegung von einem kleinsten Volumen zu einem größten Volumen zunimmt und wieder zu einem kleinsten Volumen abnimmt und nut einer Steuerscheibe zur Steuerung der Verbindungskanäle zu diesen Kammern, wobei die Zähne des innenverzahnten Zahnrades mit den Verbindungskanälen als Steuerkanten zusammenarbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (32. 38). das außenverzahntc Zahnrad (67) und die Steuerscheibe (74) mittels einer Keilverbindung (42) miteinander verbunden sind, und daß das innenverzahnte Zahnrad (63) eine Außenverzahnung (73) aufweist und in einer Gehäusekammer (71) mit einer Innenverzahnung (72) drehend und umlaufend an geordnet ist.