DE1928709C - Steuereinrichtung für hydraulische Antriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für In dem Verfahren nach der französischen Patonthydroulisch angetriebene Motoren bzw. Zylinder mit schrift 464 836 ist insofern noch eine Erweiterung wechselnder Arbeitsrichtung und intermittierender enthalten, daß über die Purnpenfürüerung hinaus Beaufschlagung durch einen einen rotierenden Innen- noch eine Drehzahlerhöhung eines Hydromotors bei teil aufweisenden Steuerschieber mit pulsartiger ÖIT- 5 sinkendom Drehmoment erfolgt,
nungscharnkteristik. In beiden Folien wird dabei das Impulszeiiverfah-

Sio ist anwendbar insbesondere für Flossenstabili- ren in der Weise benutzt, daß der Arbeitsdruck der satoren, Ruder-und Steuerantriebe od. dgl. Pumpe bzw. des Hydromotors im Takt der PuIs-

Es wird bei derartigen Anlagen, die in den meisten frequenz vom Arbeitsniveau auf das Niveau der Füllen in ihrem Bewegungsablauf einem vorgcgebe- io Saugleitung bzw. der RUcklaufleitung schwingt. Diese neu Signalwert folgen, sei es als Endstufe eines extremen Druckschwankungen sind aber bei den der-Stcuervorganges oder als Stellglied einer regelung»- zeit üblichen Arbeitsdrücken bis zu mehreren hundert technischen Einrichtung, im allgemeinen gefordert, Atmosphären wegen der hohen Schwingungsbeandaß die Stromrichtung der Druckölmenge des An- spruchung der Bauteil und der auftretenden Getriebes umkehrbar isl; und daß die Druckölmenge 15 rüusehbildung nicht praktikabel,
selbst ihrer Größe nach von Null bis auf einen Weiter sind durch die deutsche Patentschrift

Höchstwert möglichst stufenlos veränderbar sein soll. 1130 610 Durchflußmengenbegrenzer bekanntge-

Dabei wird der vom Signalwert gesteuerte Druck- worden, bei welchen ein rotierendes Umsteuerventil ölstrom je nach der Art der gewünschten Bewegung in schneller Folge nacheinander mehrere Dosierentweder einem Hydraulikzylinder oder einem Dreh- 20 kolben (Freiflugkolben) beaufschlagt, deren Hub flügelantrieb oder einem umlaufenden Hydromotor und dementsprechend deren Ausschubmenge durch zugeleitet. verstellbare Anschläge von einem Maximalwert auf

Es ist bekannt, zur Erfüllung derartiger technischer Null verkleinert werden kann.

Forderungen, insbesondere bei Anlagen mit größerer Auch ist die Anordnung von Speicherkapazitäten

Leistung, umsteuerbare und in ihrer Fördermenge 25 in hydraulischen Steuersystemen bereits durch die verstellbare, hydraulische Axialkolbenpumpen, Ra- deutsche Patentschrift 1144 114 und die deutsche dialkolbenpumpen oder Flügelzellenpumpen zu ver- Auslegcschrift 1 087 454 vorgeschlagen worden,
wenden. Bei Anlagen mit kleinerer Leistung ist es Diese bekannten Verfahren mit rotierenden und

bekannt, elcktrohydraulische Servoventile zu be- pulsierenden Ventileinrichtungen lassen einen Richnutzen, wie sie beispielsweise in dem im Krauskopf- 30 tungswechsel des Hin- und Rücköls nicht zu. Da-Verlag erschienenen Buch von Himmler, »Elektro- neben erfordern die vielen buchsenartigen, kegeligen, hydraulische Steuersysteme«, beschrieben worden ineinandergesteckten Ventilteile wie auch die lappensind, artigen Verzahnungen bezüglich Herstellung und

Gleichfalls ist die Anwendung des Impulszeit- Paßgenauigkeit einen außerordentlich großen Aufverfahrens auf dem Gebiet der Hydraulik bekannt. 35 wand. Des weiteren sind nicht nur die bereits be-Hierbei können Förderströme durch anhaltendes, schriebenen zusätzlichen Aufwendungen für den pulsartig-schnelles öffnen und Schließen von Steuer- Ausgleich der auf die Verstellteile wirkenden Moorganen und durch stufenloses Ändern der Impuls- mente erforderlich, sondern es besteht gleichzeitig dauer mengenmäßig beeinflußt werden. die Notwendigkeit des Auffangens von Axialkräften.

So wurde beispielsweise durch die deutsche Patent- 40 Auch die rotierenden Durchflußmengenbegrenzer schrift 271 184 ein Verfahren zur Änderung der weisen herstellungsmäßig gegenüber den ähnlichen Fördermenge von Umlaufpumpen geschützt, welches Axialkolbenpumpen keinerlei Vorteile auf. Hydraueine rotierende Ventileinrichtung benutzt, kombiniert lische Antriebe, welche umsteuerbare Hydropumpen mit einem Rückschlagventil und einem Sammler. verwenden, benötigen verhältnismäßig große Pumpen-Dabci läuft ein rotierender, kegelförmiger Innenteil 45 verstellkräfte und einen Antriebsmotor, der bezügin einem doppelkegelförmigen Mantel, der aus zwei Hch seiner Leistung der Spitzenbelastung bei größter Hülsen mit zahnartigen, wechselnd ineinander- Fördermenge und maximalem Arbeitsdruck entgesteckten Lappen gebildet wird und wiederum sprechen muß.

drehbeweglich in einem Gehäuse gelagert ist. Durch Scrvoschieber schließlich, deren Steuereffekt auf

gegenläufiges Verdrehen der beiden Hülsen weiden 50 veränderlicher Drosselung beruht, benötigen zum Erdie Spalträume zwischen den Lappen in Umlauf- zielen einer guten Linearität der Durchflußsteigerung richtung verkürzt oder verlängert und als Folge als Funktion der Aufsteuerung ein nennenswertes davon die Impulszeiten entsprechend geändert. Die Druckgefälle. Das beschränkt aber ihre Verwendbar-Zwischenräume zwischen den Lappen wirken dabei keit wegen des hohen Wärmeanfalls lediglich auf wie Arbeitskammern eines Fliigelmotors. Das hat zur 55 kleine Leistungen.

Folge, daß große Momente auf die Verstellorganc Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die'

einwirken, welche dann durch aufwendige Ent- voibeschricbencn Mangel zu vermeiden, indem sie lastungsüinrichtungcn wieder ausgeglichen werden eine Steuereinrichtung für hydraulische Antriebe müssen. schafft, bei welcher das aus einem Hydrospeicher zu

Das Verfahren nach der deutschen Patentschrift 60 entnehmende Drucköl mit Hilfe geringer Verstell-271 184 wurde mit geringfügigen Abweichungen kräfte nach Richtung und Menge zu steuern ist und auch durch die französische Patentschrift 464 836 wobei der angetriebene Hydromotor (Längs-, geschützt. Schwenk- oder Rotationsmotor) nur geringen pro-

Die bekannte Anordnung einer rotierenden Ventil- zentuaicn Druckschwankungen durch das dabei becinrichtung nach der deutschen Patentschrift 7.71 184 65 nutzte Impulszeitverfahren unterworfen ist. Dabei gestattet es, die Leistung einer Pumpe mit konstan- ist es nicht erforderlich, daß eine Pumpe mit kontern Fördervolumcn an einen ölverbraucher bis auf stantcr Leistung, welche den Hydrospeicher in bcclen Wert Null zu verringern. kanntcr Weise auf dem vorgeschriebenen Arbeits-

[3 ⁴

Bknlveau halten muß, mich der maximalen ge- sehwindigkcit erfolgt ⁿ»^ T^aß^roficrendc -

inerten Durchflußmengc entspricht. gestaltung der Erfindung doaurcn, uuj. ,_{srotori nuf}

Weiter sollen die bekannten rotierenden und die Innenteil des V«ewegewnlet»rs, u , _busarligc„

".._-!.._ ,l^nnmHnn V»ntl1r.inri..ht„nn_nn '».ι ««lift Γ O llirfll CIC SCitliCH ZWCI UM» . „«.„.,

Ilen cue DCKanmen rouerenuen unu uie nmumun uun y"·""«»., , " »ι «us rhombusarug«"

ι steuernden Ventileinrichtungen zu seiner Oberfläche seitlich zwei auj ,_e,_chmUBlgcr

einem aucn die Stromrichtung steuernden Vierwege- 5 Verliefungen beslehonce.Reue u b _durch.

Scr erweitert und, soweit es ihren Aufbau und Tci ung und «wtaclwn dlc^oh«run _wmm

ihren llcrstollaufwand angeht, verbessert werden. laufendes, im Stator gieitenu ui

Diese Aufgabe wird crnndungsgemHß dadurch ge- aufweist. MmrUhruiiRsbcispiel der Erfin-

losV dall der Steuerschieber als Vierwegeschieber ^Bei.^emem„^an _I ^del?" iS ,vÄebbar angeordnet,

ausgebildet ist und ein Stellorgan aufweist, um den i. dung st der Pul··»«»' JjJJ^S darin, daß der

Srcnden Innenteil zur Steuerung von Stromrich- H er besteht das ErflndungemerKm ^^

Zi u"d Strommenge von der Mittelstellung aus V.erwegesch.eber c J ⁰⁰J⁰J?, *^l _rlempulsrotor zur

beidseitig axial zu verschieben, daß als Druckmittel- um den Stator bei stationUr geiaj _lor.

Sie in an sich bekannter Weise ein Hydrospcicher Steuerung von Stromr chtung um ^ ^^

,it Stromblende dient und in die Leitungen zwischen \$ slonsgesichert von ucr

" „ i.:„k«h ,.»,ι An™ uninr iv«i/ ^r/i/iinrii»r nxial zu verschieden.

mit Stromblende dient und in die Leitungen zwischen 13 slonsges

Pumpe als Druckölquelle wird bei der Anwendung ao verlaufende, e^lelciTv_orlauf-Drossellöcher aufweist, J Tmpulszeitverfahrens der Verbraucher bei allen Statorbohrungen^ Vorlag D^r°_mbusartigen Verticeinstellbaren Impulslängen kurzzeitig immer mit dem durch ^he Jaji Hmol ™ _{ffdlkr langt}. vollen ölstrom der Pumpe beaufschlagt. fangen ^„"'SrcMührung des Steuervorganges

Um den gleichen Effekt auch bei einem als Druck- Zur weiterer^u«^rc _d Merkmal der Stator des

ö'quelle benutzten Hydrospeicher zu erzielen-wenn ₂₅ weist nach einem »"°^e«J J^_chi_agung des Ölmotors dta Unputatröme dem maximalen ölstrom bei voller Vier«^hjben »ur^utehi g B ^ _R._n&_ Aufsteuerung entsprechen sollen, setzt das e.n an- Verbindlungskana.e, Ka _{cincn Arbcitskamme}r

nähernd gleichbleibendes Druckgcfälle des ganzen banale au «^SJ»» _{d das Rück}öl ungepu1st ölweges voraus -, müssen an die Leitungen hinter de «motOT mute ^e; ^ _{mcr abzuleite}n oder dem Vierwegeschieber kleine trägheitsarme Speicher- 30 aus der anderen

kapazitäten in an sich bekannter Anordnung ange- umgekehrt _staUung erfährt die Steuerschlossen werden. Dabei ist die Aufnahmekapazitat Eine ^weit"^ £" ^B. _{ß d} ^ö _{über e}i_ne Mehrkeil-

0 St, daß der auf den Ölmotor wirksame Druck emnchtung dadurch^aB de^ _{verschiebbare} p_ul während der gesperrten Zeiten zwischen den jewel- ^ ^ndVVastiSs Kupplungselement zum lau ligen Impulsen nur um 5 bis 10·/. des Arbeitsdrucks 35 ™gge_n AnpS von Stator und Pulsrotor auf-

^a Se''auslegungsmäßig dafür entscheidende Auf- ^wej^st· _7eichnunß ist die Erfindung beispielsweise

Steuerstellung des Vierwegeschiebers ist die Ein- In der Aeicnnui g

stellung der halben maximalen Durchlaßmenge, weil dargestellt. _schematischer Darstellung e.n

sich hier rechnerisch der größte Kapazitatsbedarf er- 4° AbMg^ Verwendung eines V.er-

gibt. Die rechnerische Funktion des Bedarfs verlauft A*^^ verschiebbarem Pulsrotor;

parabelförmig. Abb 2 zeigt in der gleichen Weise eir»Austun

Bei einer Aufsteuerung S = 0 ist der Bedarf _rungsbei_spiei unter Verwendung ein«.1 V,eimg^

_{Vc = 0 bei} S=, ^Smox ist Vc = max (Scheitel- 45 Schiebers mit verschiebbarem Stator

; der Parabel) und bei S-S-* ist *%&*££**

_dH. _L._tun ri^^^^

Bei höheren Pulsfrequenzen und kleinen Leistun- ^AD?\V ^B

gen stellt die Kompressibilität des eingeschlossenen 50 der-A.DD.^ _{dessen Aufladung} über eine

Hydrauliköls und die Dehnbarkeit eventuell zwischen- g"^H|^d^5_{nzt wird}, drückt Druckol über duj

geschalteter Schlauchleitungen bereits eine aus- Leitung 2S erg _{Ri kana}, 4 des Stators 5, we -

reichende Speicherkapazität zur Verhinderung gro- ^blende ^ _{6 angeordnet IS}, h.ne fes

_{net IS}, h f altene und.i * Jj^^fG!.^

_{2 M|}

"u machen. Bleibt das Drehmoment des Ölmotors te 60 P,d,ribo mnt _{dcs p n} „ _{uter dic}

geringer Aufsteuerung beispielsweise dem Momen voη de·" «^c erstreckenden durchlaufenden

bei maximaler Aufsteuerung nicht gleich so sorgt ga υ»η ^^ _{schHc(k ch beidc}r-

dic Stromblendc durch Drosselung des ans e.genden M1 teneid _fc ^. ^ _{eine gl h}

ö-stromes für eine auch in diesem Falle gute Em- ^seg »^a _{ümf verte};itcn rhombusart.gen Vcr-

d- ο h «*», - - a>c Ve_rtie_tUn₈e .0

außen sind die Relieffelder durch die Statorübe:rdeckung zusätzlich abgedichtet. Eine Verschiebung des Stators 5 aus der Mittelstellung (A b b. 3) in Richtung der rhombusartigen Vertiefungen 10 läßt das Drucköl über den Ringkanal 4, die Radialbohrungen 7 und die Vorlauf-Drossellöcher 8 in die Vertiefungen 10 des Pulsrotors 28 gelangen. Von hier strömt das Drucköl über den Verbindungskanal 38, über weitere Radialbohrungen 12, einen Ringkanal 13 und die Leitung 14 in die Arbeitskammer

15 eines Ölmotors 16. Das Rücköl aus der Arbeitskammer 17 wird über die Leitung 18, den Ringkanal 19, Radialbohrungen 20 und einen Verbindungskanal 21 in die rhombusartigen Vertiefungen 11 des anderen Relieffeldes gedrückt und strömt von hier unmittelbar in das umgebende ölbad im Behälter 22. Eine Leitung 23 führt es von hier wiederum der Versorgeistation zu. Eine Verschiebung des Stators 5 von der Mitte aus in Richtung des anderen aus den Vertiefungen 11 bestehenden Relieffeldes hat eine entgegengesetzte Stromrichtung und damit auch eine entgegengesetzte Drehrichtung des Ölmotors 16 zur Folge.

Beim Ausführungsbeispiel der Abb. 1 wird an Stelle des Stators 5 der Pulsrotor 28 verschoben. Dieser muß, um die gleiche Stromrichtung des Drucköls und damit die gleiche Drehrichtung des Ölmotors

16 wie bei dem Beispiel nach Abb. 3 zu erhalten, von der Mittellage aus in Richtung der rhombusartigen Vertiefungen 11 verschoben werden, also in umgekehrter Richtung wie der Stator 5.

Die Steuerkanten 24 und 25 der rhombusartigen Vertiefungen 10, 11 sorgen dafür, daß sich bei Anwendung des Impulszeitverfahrens die Impulszeiten in Abhängigkeit von den Verschiebungswegen vergrößern oder verkleinern. Dabei wird in Kauf genommen, daß in unmittelbarer Nähe der Mittelstellung ein geringfügiger Totgang und ein kurzer Bereich mit erhöhtem Drosselanteil vorhanden sind. Die Form der Steuerkanten 24, 25 kann entsprechend der geforderten Steuercharakteristik beispielsweise nach Art einer Schraubenlinie oder nach einer anderen, beliebig gekrümmten Linie verlaufen. Der äußere, dem durch die Kanten 24, 25 gebildeten Teil gegenüberliegende symmetrische Teil der Vertiefungen 10. 11 ist nur zum Zwecke einer größeren Abdichtungsfiäche in der in Abb. 3 gezeigten Form ausgeführt. Die schrägen Kanten haben hier keinerlei Wirkung, da sie durch die Verbindungskanäle 38 bzw. 21 überbrückt werden.

Die an den Druckölleitungen 14, 18 angeordneten kleinen Speicherkapazitäten 26, 27 verhindern in den Sperrzeiten zwischen den einzelnen Impulsen ein Absinken des Arbeitsdruckes in den Arbeitskammern 15, 17 bis unterhalb etwa 90% seines Druckniveaus. Dem Dämpfen von Druckschwankungen dienen auch die Vorlauf-Drossclbohrungcn 8, durch welche bereits kurz vor jedem Eintritt eines ölstromimpulscs begonnen wird, das geringfügig abgesunkene Druckniveau in den Leitungen 14, 18 wieder aufzufüllen, und welche damit wesentlich dazu beitragen, eine möglich5t große Geräuschdämpfung der Steuereinrichtung zu erzielen.

Im Ausführungsbeispiel der Abb. 1 erfolgt der Antrieb des Pulsrotors 28 durch einen Hilfsmotor 29 über die Welle 30, das elastische Kupplungselement 31 und eine nur angedeutete, übliche, leicht verschiebbare und formsclilüssige Mehrkeilverbindung

32. Die axiale Steuerverstellung erfolgt dabei elektrohydraulisch-servogesteuert oder von Hand jeweils über ein Stellorgan 33.

Im Ausführungsbeispiel der A b b. 2 wird die Verschiebbarkeit des Stators 5 durch elastische Schlauchleitungen 34 gewährleistet. Zum Schutz der Schlauchleitungen 43 gegen eine Torsionsbeanspruchung sind an den Endpunkten 35 in der Zeichnung nicht dargestellte, handelsübliche Drehverschraubungen vorgesehen. Bei diesem Beispiel ist das Stellorgan 36 mit in der Zeichnung nicht dargestellten Einrichtungen versehen, welche ein Mitdrehen des Stators 5 mit dem Pulsrotor 28 verhindern.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere in der Kombination einer Steuereinrichtung für intermittierend arbeitende hydraulische Antriebe mit Druckspeichern.

Mit Hilfe von Energiespeichern können maximale Bewegungsgeschwindigkeiten gefahren werden, welche die Leistung der Versorgerpumpstation um ein Mehrfaches übertreffen.

So kann beispielsweise eine Versorgerstation auch die Hydrospeicher mehrerer Steuereinrichtungen versorgen.

Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung liegt darin, daß die Umsteuereigenschaften zügig und ruckfrei sind. Auch ist die bei Verwendung der Steuereinrichtung als Stellgliedantrieb für Regelungen sehr wichtige Totzeit, bezogen auf die steuerbare Leistung, besonders kurz.

Bei Anwendung des Impulszeitverfahrens wird dieses mit Hilfe der Steuereinrichtung derart benutzt, daß weder an versorgenden Pumpen noch an gesteuerten Hydroantrieben nennenswerte Druckschwankungen oder Stöße auftreten.

Weiterhin stellt der erfindungsgemäße Vierwegeschieber zusammen mit irgendeiner üblichen elektrohydraulischen Stelleingabe und unter der Voraussetzung eines nur ungefähren Angleichs von Speicherdruc' und Verbraucherbedarf einen nach heutigen Begriffen sogenannten Servoschieber dar, der nicht auf Basis von Drosselungen arbeitet und deshalb auf Grund seines guten Wirkungsgrades, der geringen Verlustwärmeerzeugung, der guten Einhaltung einer vorgegebenen Durchflußcharakteristik und der leichten Verstellbarkeit den bekannten Bauarten überlegen ist.

Die Vorteile bezüglich der Herstellung dieses

Steuerschiebers ergeben sich aus der billigen Ferti gung einfacher zylindrischer Teile und dem Fehlen jeglicher Druckausgleichshilfsmittel. Auch sind du Anforderungen an die Hcrstellungsgenauigkcit der Form der rhombusartigen Vertiefungen nur goring.

Ein weiterer Vorteil bei der Anwendung der crfin dungsgemäßen Steuereinrichtung besteht schließlich noch darin, daß durch die elastische, laufmäßige Anpassung von Pulsrotor und Stator nur eine sehr ge ringe gleitende Reibung und damit ein dementspre

chend geringfügiger Materialvcrschlciß eintritt, was zur Folge hat, daß auch nur geringe Verstellkrh'fte erforderlich werden.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   V Steuereinrichtung für hydraulisch angetriebene Motoren bzw. Zylinder mit wechselndci Arbeitsrichtung und intermittierender Bcauf

   QOQ Π Γ\

   7 no

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   schlagung durch einen einen rotierenden Innenteil aufweisenden Steuerschieber mit pulsartiger Öffnungscharakteristik, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber als Vierwegeschieber ausgebildet ist, der ein Stellorgan (33) aufweist, um den rotierenden Innenteil (28) zur " Steuerung von Stromrichtung und Strommenge von der Mittelstellung aus beidseitig axial zu verschieben, daß als Druckmittelquelle in an sich bekannter Weise ein Hydrospeicher (1) mit Stromblende (3) dient und in die Leitungen zwischen dem Steuerschieber und dem Motor bzw. Zylinder in an sich bekannter Weise Speicherkapazitäten (26, 27) eingeschaltet sind.
2. 2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Innenteil des Vierwegeschiebers (6), der Pulsrotor (28), auf seiner Oberfläche seitlich zwei aus rhombusartigen Vertiefungen (10, 11) bestehende Relieffelder gleichmäßiger Teilung und zwischen diesen ein rundherum durchlaufendes, im Stator (S) gleitend dichtendes Mittelfeld (9) aufweist.
3. 3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vierwegeschieber (6) ein Stellorgan (36) aufweist, um den Stator (5) bei stationär gelagertem Pulsrotor (28)

   zur Steuerung von Stromrichtung und Strommenge torsionsgesichert von der Mittelstellung aus beidseitig axial zu verschieben.
4. 4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (5) des Vierwegeschiebers (6) radial verlaufende, gleichmäßig über den Umfang verteilte Statorbohrungen (7) und Vorlauf-Drossellöcher (8) aufweist, durch welche das Hinöl in die rhombusartigen Vertiefungen (10, 11) jeweils eines der Relieffelder gelangt.
5. 5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (5) des Vierwegeschiebers (6) zur Beaufschlagung des Ölmotors (16) Verbindungskanäle (21, 38), Radialbohrungen (12, 20) und Ringkanäle (13, 19) aufweist, um das Hinöl der Arbeitskammer (15) des Ölmotors (16) zuzuleiten und das Rücköl ungepulst aus der Arbeitskammer (17) abzuleiten oder umgekehrt.
6. 6. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der über eine Mehrkeilverbindung (32) angetriebene, axial verschiebbare Pulsrotor (28) ein elastisches Kupplungselement (31) zum laufmäßigen Anpassen von Stator (5) und Pulsrotor (28) aufweist.
7. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen