DE19522768A1 - Elektrohydraulische Steuerungseinrichtung für einen Rotations-Hydromotor - Google Patents
Elektrohydraulische Steuerungseinrichtung für einen Rotations-HydromotorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Steue
rungseinrichtung für einen Rotations-Hydromotor, bei
dem der Rotor zwei einander über lagerte Drehbewegungen
ausführt, deren eine exzentrisch zur zentralen Längs
achse des Stators erfolgt, und deren andere eine Rota
tion um die rotorfeste, parallel zur Längsachse des
Stators verlaufende, zentrale Rotorlängsachse ist, die
dadurch ihrerseits eine Umlaufbewegung um die zentrale
Längsachse des Stators entlang einer Kreisbahn aus
führt, und die Umsetzung der Drehbewegungen des Rotors
in eine uniaxiale Drehbewegung der Abtriebswelle des
Motors mittels einer die Abtriebswelle mit dem Rotor
koppelnden Gelenkwelle erfolgt, sowie ein mit variabler
Positions-Sollwert-Vorgabe arbeitender Lage-Regelkreis
vorgesehen ist, bei dem zur Erfassung des Positions-
Istwertes ein mit dem Rotor spielfrei bewegungsgekop
peltes uniaxial rotatorisch angetriebenes mechanisches
Sensorelement vorgesehen ist.
Eine derartige Steuerungseinrichtung ist durch das
deutsche Gebrauchsmuster G 93 08 025 in Verbindung mit
einem nach dem Gerotor-Prinzip arbeitenden Hydromotor
bekannt.
Ein solcher Hydromotor hat einen ringförmigen Stator,
der an seiner Innenseite mit Längsnuten versehen ist,
die axialsymmetrisch bezüglich der zentralen Längsachse
des Stators gruppiert sind und durch Rippen mit kreis
bogenförmiger Kontur gegeneinander abgesetzt sind. Der
Rotor ist als der Grundform nach sternförmige Scheibe
ausgebildet, deren Dicke derjenigen des Stator-Rings
entspricht. Die Sternzacken des Rotors haben eine kon
vexe Wölbung und schließen üblicherweise mit glatter
Krümmung an flach-konkave Konturenbereiche an, die zwi
schen je zwei radial vorspringenden Köpfen des Rotors
verlaufen. Die Innenkontur des Stators und die Außen
kontur des Rotors sind dahingehend aufeinander abge
stimmt, daß der Rotor in jeder seiner möglichen Dreh-
Stellungen, die er bei einer 360°-Umdrehung einnehmen
kann, Linienberührung mit jeder der sich in axialer
Richtung erstreckenden Rippen des Stators hat. Die Mul
tiplizität der Axialsymmetrie des Stators ist um 1 hö
her als die Multiplizität (Zähligkeit) der Axialsymme
trie des Rotors, die in praktischen Fällen mindestens 4
beträgt. Die bei einer solchen Konfiguration des Rotors
und des Stators durch diese in radialer sowie azimuta
ler Richtung und durch Gehäuseplatten in axialer Rich
tung druckdicht begrenzten Kammern, deren Anzahl derje
nigen der Nuten des Stators entspricht, haben in einer
beliebigen azimutalen Position des Rotors unterschied
liche Volumina, die sich bei einer kontinuierlichen
Drehbewegung des Rotors kontinuierlich ändern, so daß
durch ventilgesteuerte Druckbeaufschlagung derjenigen
Kammern, die sich, gesehen in der beabsichtigten Dreh
richtung des Motors vergrößern und Druckentlastung der
jenigen Kammern, die sich bei derselben Drehrichtung
verkleinern, der Rotor in der erwünschten Drehrichtung
angetrieben wird. Diese Art der Antriebssteuerung, die
eine außeraxiale Lagerung des Rotors bezüglich der zen
tralen Längsachse des Stators erfordert, hat zur Folge,
daß die zur zentralen Längsachse des Stators parallele
Drehachse des Rotors eine der Zahl seiner vorspringen
den Zacken entsprechende Anzahl von Kreisbewegungen um
die zentrale Längsachse des Rotors ausführt, wenn der
Rotor eine 360°-Umdrehung ausführt, wobei der Drehsinn
dieser Kreisbewegung der Drehachse des Rotors gegensin
nig zu der Drehbewegung des Rotors selbst erfolgt.
Um die aus regelungstechnischen Gründen erwünschte
Spielfreiheit der Antriebskopplung der Abtriebswelle
des Hydromotors mit dessen die einander über lagerten
Drehbewegungen ausführenden Rotor zu erzielen, sind
Gewinde-Endabschnitte einer Gelenkwelle, mit denen die
se jeweils mit einer Innenzahnung des Rohres und einer
Innenzahnung der Abtriebswelle in kämmendem Eingriff
steht, geteilt und gegeneinander torsions-verspannt,
wobei die Gewindeendabschnitte ballig gewölbte Zähne
haben, um einen axialen Versatz, der durch Taumelbewe
gungen der Gelenkwelle zustande kommt, ausgleichen zu
können. Die bei einer Nutzung des bekannten Rotations-
Hydromotors als Stellantrieb erforderliche Istwert-Er
fassung der Position eines mittels des Motors z. B. ro
tatorisch bewegten Teils kann auf bekannte Weise mit
tels eines elektronischen oder elektromechanischen
Drehstellungs-Geber-Systems erfolgen, das eine Kodie
rung der Drehstellung der Abtriebswelle in dafür cha
rakteristische elektrische Signale ermöglicht, die zu
einem Soll-Istwert-Vergleich einer elektronischen Steu
ereinheit des Antriebes zuführbar sind, aus deren ver
gleichender Verarbeitung mit sollwert-charakteristi
schen Vorgabe-Signalen diese elektronische Steuerein
heit Ansteuersignale für die Ventilsteuerung des Motors
erzeugt.
Ungeachtet der grundsätzlichen Eignung der bekannten
Steuerungseinrichtung für einen genauen Positionier-
Betrieb, ist diese dennoch mit zumindest den folgenden
Nachteilen behaftet:
Da die Positions-Istwert-Erfassung durch eine Überwa
chung der azimutalen Position der Abtriebswelle er
folgt, muß die Kennkreisfrequenz des Regelungssystems
gegenüber der Eigenfrequenz des durch die Last und de
ren Ankopplung an die Abtriebswelle gebildeten Feder-
Massensystems deutlich herabgesetzt werden, um im Falle
einer rasch anwachsenden Abweichung von Soll- und Ist
position eine zu "heftige" Gegenreaktion der Regelung
auszuschließen, was ansonsten zu einer Anfachung von
Schwingungen und im Extremfall zu einer Beschädigung
des Antriebsstranges führen könnte.
In Einsatzfällen, in denen ein solcher Hydromotor als
Antriebseinheit eines Linearantriebes, z. B. eines Spin
deltriebes ausgenutzt wird und beispielsweise zwei sol
cher Linearantriebe vorgesehen sind, um eine entlang
einer Bahnkurve verlaufende Bewegung eines Werkstückes
oder Werkzeuges durch Überlagerung der Linearbewegungen
in zwei zueinander senkrechten Koordinatenrichtungen zu
erzielen, muß - wegen der geringen nutzbaren Regel
kreisverstärkung - eine relativ geringe Bahngeschwindig
keit eingesteuert werden, damit die Bahn mit hinrei
chender Genauigkeit, d. h. hinnehmbaren Abweichungen von
ihrem idealen Verlauf, verfolgt werden kann. Die Folge
hiervon ist eine insgesamt geringe Bahnverfolgungsge
schwindigkeit, die aus produktionstechnischen Gründen
natürlich unerwünscht ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Steuerungsein
richtung der eingangs genannten Art dahingehend zu ver
bessern, daß ein zur Antriebssteuerung des Hydromotors
vorgesehener Regelkreis mit hoher Kreisverstärkung be
trieben werden kann und gleichwohl die Gefahr einer
Beschädigung des Antriebsstranges weitgehend ausge
schlossen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
das zur Positions-Istwert-Erfassung genutzte Sensorele
ment mit dem Rotor mittels eines eigenen, zusätzlich zu
dem durch den Rotor, die Gelenkwelle und die Abtriebs
welle gebildeten Antriebsstrang, über den ein überwie
gender Teil des Motor-Drehmoments als Nutzmoment glei
tet, vorgesehenen Sensor-Antriebsstranges, der
spielfrei ist, bewegungsgekoppelt ist.
Hiernach wird die Ist-Position, die als azimutale Aus
lenkung - Drehung - des Rotors gegenüber einer Bezugs
ebene erfaßbar ist, die die zentrale, gehäusefeste
Drehachse des Rotors enthält, zum Vergleich mit einer
mittels eines Sollwert-Vorgabeantriebes, der elektrisch
steuerbar ist, herangezogen. Die vorteilhafte Folge
hiervon ist, daß abtriebsseitige "Weichheiten" des An
triebsstranges, insbesondere eine Torsions-Verformung
der Gelenkwelle, die den Rotor mit der Abtriebswelle
koppelt, sich auf die Istwert-Information, wie immer
diese auch gewonnen wird, z. B. mittels eines elektroni
schen oder elektromechanischen Drehstellungs-Sensors,
nicht auswirken können, so daß der für die Positions-
Regelung des Rotors genutzte Positions-Regelkreis mit
einer hohen Steifigkeit behaftet ist und demgemäß die
Kreisverstärkung Kv dieses Regelkreises, die allgemein
durch die Beziehung
gegeben ist, in der mit C die Steifigkeit und mit m die
Masse des Massen-Federsystems des Regelkreises bezeich
net sind, entsprechend hoch sein kann, wobei die Stei
figkeit c im wesentlichen durch die - geringe - Kompres
sibilität der im Positions-Regelkreis vorhandenen Öl
säule gegeben ist und die Masse m im wesentlichen durch
die Masse des Rotors bestimmt ist.
Durch die Regelung der Rotorposition mit hoher Kreis
verstärkung wird im Ergebnis eine rasche Steuerung der
Position des mittels des Hydromotors angetriebenen Ele
ments erzielt.
Ein zur Umsetzung der über lagerten Rotationsbewegungen
des Rotors in auf einfache Weise überwachbare uniaxiale
Drehbewegungen des mechanischen Sensorelements der Po
sitions-Istwert-Erfassungseinrichtung geeignetes Ge
triebe, das auch mit einfachen Mitteln dem Erfordernis
der Spielfreiheit genügend realisierbar ist, ist ein
Trochoidengetriebe, das mit geringen axialen und radia
len Abmessungen realisierbar ist.
Bevorzugt ist hierbei eine Gestaltung als Hypotrochoi
den-Getriebe, das aus einem Hohlrad mit Innenzahnung
und einem mit dessen Zahnung in kämmendem Eingriff ste
henden Ritzel besteht, dessen Teilkreisdurchmesser d
kleiner ist als der Teilkreisdurchmesser D der Hohlrad-
Zahnung, wobei der Unterschiedsbetrag e dem Durchmesser
des Kreises entspricht, auf dem die rotorfeste Drehach
se des Rotors um die statorfeste Drehachse des Motors
rotiert. Ist hierbei das Hohlrad in koaxialer Anordnung
seiner Innenzahnung mit der rotorfesten Drehachse und
das Ritzel in koaxialer Anordnung mit der statorfesten
zentralen Achse drehfest mit dem mechanischen Sensor
element der Positions-Istwert-Erfassungseinrichtung
vorgesehen, so ergibt sich gleicher Drehsinn des Rotors
und des über das Hypotrochoidengetriebe angetriebenen
Istwert-Fassungselements, während bei drehfester Anord
nung des Ritzels am Rotor und Anordnung des Hohlrades
am angetriebenen mechanischen Sensorelement der Posi
tions-Istwert-Erfassungseinrichtung sich gegensinniger
Drehsinn von Rotor und Istwert-Erfassungselement er
gibt.
Wenn das über das weitere Getriebe uniaxial rotatorisch
antreibbare Rückmeldeelement Funktionselement der me
chanischen Istwert-Rückmeldeeinrichtung eines zur Bewe
gungs- und Positions-Steuerung des Rotations-Hydromo
tors vorgesehenen Nachlauf-Regelventils ist, das mit
elektrisch steuerbarer Sollwert-Vorgabe arbeitet, so
ist es besonders vorteilhaft, wenn dieses Nachlauf-Re
gelventil als Drehschieber-Ventil mit rotatorisch an
treibbaren Kolben- und Gehäuseelementen ausgebildet
ist, deren azimutale Auslenkung gegeneinander anschlag
begrenzt ist.
Sowohl in derjenigen Konfiguration des Nachlauf-Regel
ventils, bei dem der zentral angeordnete Ventilkolben
mit einem Ritzel versehen ist, das mit dem Hohlrad des
Rotors in kämmendem Eingriff steht und das Gehäuse des
Nachlauf-Regelventils mittels des Sollwert-Vorgabe-Mo
tors des Ventils antreibbar ist, als auch in derjeni
gen, in der der zentral angeordnete Ventilkolben mit
tels des Sollwert-Vorgabemotors antreibbar ist und das
Ventilgehäuse mit dem mit dem Ritzel des Rotors des
Hydromotors kämmenden Hohlrad versehen ist, ist das
Nachlaufregelventil konstruktiv auf einfache Weise da
durch realisierbar, daß sein Gehäuse als Ventilbuchse
ausgebildet ist, die ihrerseits in einer zentral durch
gehenden Bohrung eines mit dem Motorgehäuse fest ver
bundenen Ventilgehäuseblocks mit dichtendem Gleitsitz
drehbar angeordnet ist. Die erforderliche Spielfreiheit
des Rückmeldeantriebes ist dann auf einfache Weise da
durch realisierbar, daß eine Ventilfederanordnung vor
gesehen ist, die ein zwischen der Ventilbuchse und dem
Kolben des Nachlauf-Regelventils permanent wirksames
Drehmoment erzeugt, das dem Betrage nach kleiner ist
als das Haltemoment des Sollwert-Vorgabe-Motors in des
sen stromlosem Zustand und auch kleiner als das Halte
moment des Rotations-Hydromotors bei abgeschalteter
Druckversorgung.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1 eine elektrohydraulische Antriebseinheit mit
einem Gerotor-Hydromotor als Leistungsantrieb
und einem mittels eines Schrittmotors elek
trisch sollwert-gesteuerten, als Drehschieber
ventil ausgebildeten Nachlauf-Regelventil, das
mit mechanischer Positions-Istwert-Rückmeldung
über ein Rückmeldegetriebe arbeitet, in schema
tisch vereinfachter Längsschnitt-Darstellung,
Fig. 1a und 1b weitere Funktionsstellungen des Nach
lauf-Regelventils gemäß Fig. 1 in dieser ent
sprechender Darstellung;
Fig. 1c ein Diagramm zur Erläuterung der Funktion des
Nachlauf-Regelventils der Antriebseinheit gemäß
Fig. 1,
Fig. 2 den Gerotor-Motor der Antriebseinheit gemäß
Fig. 1, im Schnitt längs der Linie II-II der
Fig. 1,
Fig. 3 Einzelheiten des bei der Antriebseinheit gemäß
Fig. 1 einsetzbaren Nachlauf-Regelventils in
einer der Fig. 1 entsprechenden Längsschnitt-
Darstellung,
Fig. 3a einen Schnitt längs der Linie IIIa-IIIa der
Fig. 3,
Fig. 3b einen Schnitt längs der Linie IIIb-IIIb, je
weils bei sperrender, dem Stillstand des Hydro
motors der Antriebseinheit zugeordneter Mittel
stellung des Nachlauf-Regelventils,
Fig. 3d und 3e den Darstellungen der Fig. 3b und 3c entspre
chende Schnittdarstellungen zur Erläuterung
einer der beiden Durchfluß-Stellungen des Nach
lauf-Regelventils der Antriebseinheit gemäß
Fig. 1,
Fig. 3f und 3g den Fig. 3d und 3e entsprechende Schnittdar
stellungen zur Erläuterung der zweiten Durch
flußstellung des Nachlauf-Regelventils und
Fig. 3h einen Schnitt längs der Linie IIIh-IIIh der
Fig. 3 zur Erläuterung einer Spielfreiheit des
Rückmeldegetriebes der Steuerungseinrichtung
gemäß Fig. 3 vermittelnden Verspann-Einrich
tung.
Die in der Fig. 1 insgesamt mit 10 bezeichnete elektro
hydraulische Antriebseinheit umfaßt als Leistungsan
trieb einen als Gerotor ausgebildeten Rotations-Hydro
motor 11 sowie eine insgesamt mit 12 bezeichnete elek
trohydraulische Steuerungseinrichtung, die mit dem Hy
dromotor 11 zu einer kompakten Baueinheit 13 zusammen
gefaßt ist.
Der Gerotor-Motor 11, zu dessen Erläuterung auch auf
die Fig. 2 bezug genommen sei, hat einen der Grundform
nach sternförmigen Rotor 14, der bezüglich einer zen
tralen Rotorachse 16 mehrzählig, beim dargestellten,
speziellen Ausführungsbeispiel vierzählig-drehsymme
trisch ist, sowie einen den Rotor 16 umgebenden,
ringförmigen Stator 17, der die Grundform eines Zahn
kranzes mit einer Innenzahnung hat, die die radial äu
ßere Begrenzung eines den Rotor 14 aufnehmenden Stator-
Innenraumes 18 bildet, der seinerseits bezüglich der
zentralen Längsachse 19 des Motors 11 und der Antriebs
einheit 10 insgesamt drehsymmetrisch ausgebildet ist,
wobei die Multiplizität der Stator-Symmetrie um 1 höher
ist als diejenige des Rotors 14 und beim dargestellten,
speziellen Ausführungsbeispiel somit 5-zählig ist.
Die radial nach innen ragenden Zähne 21 des Stators 17
sind als sich parallel zur zentralen Längsachse 19 er
streckende konvexe Rippen mit kreisbogenförmig gekrümm
ten Mantelflächen 22 ausgebildet.
Auch die Zacken 23, d. h. die radial am weitesten vorsprin
genden Bereiche des sternförmigen Rotors 14, sind mit ei
nem Krümmungsradius, der kleiner ist als derjenige der
Rippen 21 des Stators 17, konvex gewölbt und schließen
mit glatter Krümmung an flach konkav gewölbte, zwischen
den Zacken 23 vermittelnde Mantelbereiche 24 des Rotors
14 an, deren Krümmungsradius größer ist als derjenige
der Mantelflächen 22 der Rippen 21 des Stators 17.
Der Rotor 14 und der Stator 17 des Gerotors 11 haben
dieselbe axiale Dicke und sind zwischen Ringscheiben 26
und 27 des insgesamt mit 28 bezeichneten Motorgehäuses
angeordnet, welche die gehäusefesten, axialen Begren
zungen der insgesamt fünf Antriebskammern 18₁ bis 18₅
des Gerotors 11 bilden, die radial außen gehäusefest
durch den Stator 17 und radial innen beweglich durch
den Rotor 14 begrenzt sind, dessen abwechselnd konvexer
und konkaver Mantel-Konturenverlauf auf denjenigen des
Stators 17 dahingehend abgestimmt ist, daß der Rotor 14
in sämtlichen möglichen azimutalen Positionen bezügli
cher einer seine zentrale Achse 16 enthaltenden Bezugs
ebene, deren Orientierung willkürlich wählbar ist, mit
jeder der Zahnrippen 21 des Stators entlang einer Man
tellinie 29 in Berührung steht, die parallel zu den
zentralen Längsachsen 16 und 19 des Rotors 14 und des
Stators 17 verlaufen, wobei entlang dieser Berührungs
linien 29 je zwei in Umfangsrichtung gesehen einander
benachbarte Antriebskammern dicht gegeneinander abge
grenzt sind.
Durch periodisch alternierende Druckbeaufschlagung und
Entlastung der Antriebskammern 18₁ bis 18₅ ist der Ro
tor 14 zur Ausführung von Drehungen um seine zentrale
Achse 16 ansteuerbar, die hierbei, wenn sich der Rotor
14 in dem durch den Pfeil 31 repräsentierten Uhrzei
gersinn dreht, im Gegenuhrzeigersinn erfolgende Umlauf
bewegungen um die zentrale Achse 19 des Stators aus
führt, wobei die Zahl der Umläufe der zentralen Achse
16 des Rotors um die zentrale Achse 19 des Stators 14
gegenüber der Anzahl der Umdrehungen des Rotors 14 um
seine zentrale Achse 16 um die Multiplizität der Rotor-
Symmetrie, beim dargestellten, speziellen Ausführungs
beispiel somit vier mal, höher ist als die Zahl der Um
drehungen des Rotors um seine zentrale Achse 16.
Die drehsinngerechte Druck-Beaufschlagung und Entla
stung der Antriebskammern 18₁ bis 18₅, derart, daß je
weils diejenigen Antriebskammern mit Druck beaufschlagt
werden, die sich erweitern können und diejenigen Kam
mern zum drucklosen Vorratsbehälter des - nicht darge
stellten - Druckversorgungsaggregats hin entspannt wer
den, deren Volumen bei der momentanen Drehrichtung des
Rotors 14 abnimmt, vermittelt ein mit dem Rotor 14 me
chanisch synchronisiertes, in der Fig. 1 lediglich
schematisch angedeutetes Drehschieberventil 32, dessen
Kolben 33 mit dem Rotor 14 des Gerotors 11 über eine
Gelenkwelle 34 rotatorisch bewegungsgekoppelt ist,
durch die die einander überlagerten, epizykloidalen Be
wegungen des Rotors 14 des Gerotors 11, nämlich die Ro
tation des Rotors 14 um seine zentrale Längsachse 16
und deren epizykloidale Bewegung um die zentrale Längs
achse 19 des Stators 17 des Gerotors 11, in eine uni
axiale rotatorische Bewegung des Ventilkolbens 33 des
Drehschieberventils 32 um die zentrale Längsachse 19
der Antriebseinheit 10 umgesetzt werden. Mittels dieser
Gelenkrolle 34 wird auch die uniaxial-rotatorische Be
wegung der Abtriebswelle 36 des Gerotors 11 erzielt,
die drehfest mit dem Ventilkolben 33 verbunden und
hierzu in zweckmäßiger Gestaltung einstückig mit dem
Ventilkolben 33 des Drehschieberventils 32 ausgeführt
ist.
Die Drehrichtung des Rotors 14 ist dadurch bestimmt,
über welchen seiner Steueranschlüsse 37 oder 38 unter
Druck stehendes Hydraulikmedium dem Gerotor-Motor 11
zugeführt wird und zum drucklosen Vorratsbehälter des
Druckversorgungsaggregats hin abfließen kann, wobei die
Drehzahl des Rotors 14 durch die Einstellung - Steue
rung - der Menge des den Gerotor 11 in der Zeiteinheit
durchströmenden Hydraulikmediums gesteuert wird.
Die hierzu erforderlichen Steuerungsfunktionen werden
durch die elektrohydraulische Steuerungseinrichtung 12
vermittelt, die als Positions-Regelkreis für die Posi
tionierung des Rotors 14 des Gerotor-Motors 11 ausge
bildet ist und mit elektrisch steuerbarer Positions-
Sollwert-Vorgabe und mechanischer Positions-Istwert-
Rückmeldung arbeitet.
Die elektrohydraulische Steuerungseinrichtung umfaßt
ein insgesamt mit 39 bezeichnetes Nachlauf-Regelventil,
das die Funktion eines 4/3-Wege-Proportionalventils
vermittelt, das durch Ansteuerung eines elektrischen
Schrittmotors 41 in alternativen Drehrichtungen in al
ternative Funktionsstellungen I (Fig. 1) und II (Fig.
1a) steuerbar ist, denen wiederum alternative Drehrich
tungen des Gerotor-Motors 11 entsprechen. In der erst
genannten, schematisch in der Fig. 1 dargestellten,
Funktionsstellung I des Nachlauf-Regelventils 39 sind
dessen Hochdruck(P)-Versorgungsschluß 42 mit dem A-
Steueranschluß 37 des Gerotor-Motors 11 und dessen B-
Steueranschluß 38 mit dem drucklosen Tank(T)-Versor
gungsanschluß 43 des Nachlauf-Regelventils 39 verbun
den, was einem Betriebszustand des Gerotor-Motors 11
entsprechen möge, in dem sich dessen Rotor 14, gesehen
in Richtung des Pfeils 44 der Fig. 1, d. h. vom Schritt
motor 41 aus in Richtung der zentralen Längsachse 19
des Gerotor-Motors 11 in den durch den Pfeil 31 der
Fig. 2 repräsentierten Uhrzeigersinn dreht.
Wird der Schrittmotor 41 in der entgegengesetzten Dreh
richtung angetrieben, so gelangt das Nachlauf-Regelven
til 39 in seine zur erstgenannten alternative Funktions
stellung II (Fig. 1a), in welcher der B-Steueranschluß
38 des Gerotor-Motors 11 mit dem P-Versorgungsanschluß
42 des Nachlauf-Regelventils 39 und dessen A-Steueran
schluß 37 mit dem T-Versorgungsanschluß 43 des Nachlauf-
Regelventils verbunden sind und dadurch der Gerotor-
Motor 11, gesehen in der Darstellung der Fig. 2, zur
Ausführung von Drehbewegungen in Richtung des Pfeils
46, d. h. im Gegenuhrzeigersinn angetrieben ist.
Das Nachlauf-Regelventil 39 ist, entsprechend seiner
Funktion als 4/3-Wege-Ventil, so ausgebildet, daß, wann
immer das Nachlauf-Regelventil aus einer seiner beiden
alternativen Funktionsstellungen I und II, die Antriebs
funktionen des Gerotor-Motors 11 in alternativen Dreh
richtungen zugeordnet sind, in die der anderen Drehrich
tung zugeordnete Funktionsstellung umgeschaltet wird,
diese Umschaltung über eine Zwischenstellung 0 (Fig.
1b) führt, in der sowohl der A-Steueranschluß 37 als
auch der B-Steueranschluß 38 des Gerotor-Motors 11 ge
gen den P-Versorgungsanschluß 42 und den T-Versorgungs
anschluß 43 des Nachlauf-Regelventils 39 abgesperrt
sind.
Das Nachlauf-Regelventil 39 ist, entsprechend seiner
Funktion als Proportional-Ventil, so ausgebildet, daß
zwischen Aussteuer-Positionen ϕ₁ und ϕ₃ (Fig. 1c) die
jeweils maximalen Durchflußquerschnitte Qmax der in den
Funktionsstellungen I und II freigegebenen Durchfluß
pfade des Nachlauf-Regelventils entsprechen, und der
Sperrstellung 0, die der Zwischenstellung ϕ₂ ent
spricht, die Durchflußquerschnitte dieser Durchflußpfa
de 47 und 48 bzw. 49 und 51 zwischen dem Maximalwert
Qmax und dem Wert 0 monoton variieren.
Das Nachlauf-Regelventil 39 ist an der der Abtriebswel
le 36 des Gerotor-Motors 11 abgewandten Seite desselben
an dessen Gehäuse 28 anmontiert. Es umfaßt ein mit dem
Gehäuse 28 des Gerotor-Motors 11 fest verbundenes Ge
häuse 52, das eine durchgehende, zentrale, mit der zen
tralen Längsachse 19 des Gerotor-Motors 11 koaxiale
Bohrung 53 hat, in der, gegen die Gehäusebohrung 53
abgedichtet, eine zylindrisch-rohrförmige Ventilbuchse
54 drehbar angeordnet ist, die mittels des Schrittmo
tors 41 rotatorisch antreibbar ist, der seinerseits -
statorfest - an das Gehäuse 52 des Nachlauf-Regelven
tils anmontiert ist.
In der durchgehenden zentralen Bohrung 56 der Ventil
buchse 54 ist, gegen diese abgedichtet, ein der Grund
form nach zylindrischer Ventilkolben 57 um die zentrale
Achse 19 des Gerotors 11 drehbar angeordnet, wobei der
Ventilkolben 37 mittels eines - spielfreien - insgesamt
mit 58 bezeichneten Rückmeldegetriebes mit dem Rotor 14
des Gerotor-Motors 11 rotatorisch bewegungsgekoppelt
ist.
Mittels dieses Rückmeldegetriebes 58 wird der Ventil
kolben 57 des Nachlauf-Regelventils 39 jeweils in der
selben Drehrichtung angetrieben, in der die Ventilbuch
se zur Positions-Sollwert-Vorgabe 54 durch den Schritt
motor 41 angetrieben ist.
In einem stationären Betriebszustand der Steuerungsein
richtung 12, dem eine zeitlich konstante Änderungsrate
der Positions-Sollwertvorgabe und eine konstante Win
kelgeschwindigkeit des Rotors 14 um die Momentanposi
tion seiner Drehachse 16 entspricht, eilt der zentrale
Ventilkolben der zylindrischen Ventilbuchse 54 um einen
- azimutalen - Nachlauffehler Δϕ nach, durch den im
Ergebnis der Öffnungsquerschnitt der in der jeweiligen
Funktionsstellung I oder II des Nachlauf-Regelventils
39 vorgegebenen Strömungspfade 47 und 48 bzw. 49 und 51
bestimmt ist, über die das dem Gerotor-Motor 11 zuge
führte und von diesem wieder zum drucklosen Vorratsbe
hälter des Druckversorgungsaggregats zurückgeleitete
Druckmedium - Hydrauliköl - unter dem sich unter Last
einstellenden Betriebsdruck in der für die Einhaltung
der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 14 erforderli
chen Durchflußmenge strömen kann. Wird die durch An
steuerung des Schrittmotors 41 mit Positions-Sollwert-
Vorgabeimpulsen erfolgende Positions-Sollwertvorgabe
beendet, mit der Folge, daß die Ventilbuchse 54 in ih
rer bis dahin erreichten Position stehenbleibt, so
führt die weitere Drehung des Rotors 14 in dem zuvor
eingesteuerten Drehsinn dazu, daß das Nachlauf-Regel
ventil 39, nachdem sein zentraler Ventilkolben 57 um
den azimutalen Nachlaufweg Δϕ weitergedreht worden
ist, in seine Sperrstellung 0 (Fig. 1b) gelangt, in der
Gleichheit von Ist-Position und Soll-Position des Ro
tors 14 des Gerotor-Motors 11 gegeben ist, und, falls
dieser über die Soll-Position hinausgedreht werden -
überschwingen - sollte, dazu, daß das Nachlauf-Regel
ventil 39 in die der entgegengesetzten Drehrichtung
zugeordnete Funktionsstellung gelangt, mit der Folge,
daß der Gerotor-Motor 11 selbsttätig in der zu seiner
ursprünglichen Drehrichtung entgegengesetzten Drehrich
tung angesteuert wird und dadurch schließlich in die
angesteuerte Soll-Position als Ist-Position gelangt.
Wird die Antriebseinheit 10 zur Positionierung eines
Werkstückes oder eines Maschinenelements eingesetzt,
wobei dessen Antriebskopplung mit dem Gerotor-Motor 11
durch einen - nicht dargestellten - Zahnstangentrieb
realisiert sein kann, der ein mit dem zu positionieren
den Element fest verbundene Zahnstange und ein mit die
ser kämmendes, mit der Abtriebswelle 36 des Gerotor-
Motors 11 drehfest verbundenes Ritzel umfaßt, so ist,
unter Berücksichtigung der Übersetzungsverhältnisse
dieses Zahnstangentriebes sowie des Rückmeldegetriebes
in jedem Moment des Betriebes der Antriebseinheit 10
der Positions-Sollwert durch die algebraische Summe der
bis zu diesem Moment dem Schrittmotor 41 von einer elek
tronischen Steuereinheit 59 zugeleiteten Schritt-Steu
erimpulse gegeben, durch die der Schrittmotor 51 und
damit auch der Gerotor-Motor 11 in alternativen Dreh
richtungen ansteuerbar ist, wobei vorausgesetzt ist,
daß der Rotor des Schrittmotors durch jeden dieser An
steuerimpulse zur Ausführung einer inkrementalen Dre
hung um jeweils denselben Winkelbetrag δϕ angesteuert
wird und die zur Ansteuerung des Schrittmotors 41 in
entgegengesetzter Drehrichtung ausgenutzten Ausgang
simpulse der elektronischen Steuereinheit 59, die dem
Schrittmotor an verschiedenen Steuereingängen 61 und 62
zugeleitet werden, mit entgegengesetztem Vorzeichen
"gezählt", algebraisch summiert werden.
Wird, andererseits, die Antriebseinheit 10 als Drehan
trieb für ein während einer Bearbeitung rotatorisch
angetriebenes Werkstück oder Maschinenelement benutzt,
das direkt oder über ein Getriebe rotatorisch mit der
Abtriebswelle 36 des Gerotor-Motors 11 des Antriebs
gekoppelt ist, wobei es im wesentlichen auf die Rota
tionsgeschwindigkeit ankommt, so ist der diesbezügliche
Geschwindigkeits-Sollwert im wesentlichen, d. h. wiede
rum abgesehen von Getriebe-Übersetzungsverhältnissen,
durch die Frequenz bestimmt, mit der die Ansteuerimpul
se für den Schrittmotor 41 von der elektronischen Steu
ereinheit 59 ausgegeben werden.
Für beide Betriebsarten ist es im Sinne einer feinfüh
ligen Steuerbarkeit des Gerotor-Motors 11 günstig, wenn
die mit jedem Ansteuerimpuls verknüpfte - inkrementale
- Positions-Änderung des Rotors des Schrittmotors 41
und damit auch der Ventilbuchse 54 des Nachlaufregel
ventils 39 klein gegen den maximal zulässigen Nachlauf
fehler Δϕmax ist, um den die Ist-Position des zentralen
Ventilkolbens 57 der azimutalen Position der Ventil
buchse 54 nacheilt, mit deren Position der jeweils ein
gesteuerte Positions-Sollwert verknüpft ist.
In einer typischen Auslegung des Nachlauf-Regelventils
39 der Antriebseinheit 10 haben, bezogen auf diejenige
Position (ϕ₂) der Ventilbuchse 54 und des zentralen
Ventilkolbens 57 zueinander, in der das Nachlauf-Regel
ventil 39 seine Sperrstellung 0 einnimmt, die Winkel,
um die die Ventilbuchse 54 und der Ventilkolben 57 im
Sinne einer Aussteuerung des Nachlauf-Regelventils 39
im Sinne der Einnahme ihrer alternativen, jeweils maxi
malem Durchflußquerschnitt entsprechenden Funktions
stellung I und II gegeneinander verdrehbar sind, einen
typischen Betrag von 30°, wobei dieser Aussteuerbereich
durch Anschlagwirkung zwischen der Ventilbuchse 54 und
dem Ventilkolben 57 begrenzt ist; der inkrementale
Drehwinkel δϕ hingegen, um den sich der Rotor des
Schrittmotors 51 bei dessen Ansteuerung mit einem Soll
wert-Vorgabeimpuls der elektronischen Steuereinheit 59
dreht, hat einen typischen Wert von 1/10 Grad und ist
daher mit etwa 1/300 des maximalen "einseitigen" Aus
steuerwinkels klein gegen diesen. Bei dieser Auslegung
des Nachlauf-Regelventils 39 hat der maximal zulässige
- azimutale - Nachlauffehler Δϕmax, bei dessen Ausnut
zung sich noch ein gutes Ansprechverhalten der Steu
erungseinrichtung 12 erzielen läßt, einen typischen
Betrag um 20°, was 2/3 des maximal möglichen Aussteuer
winkels des Nachlauf-Regelventils 39 entspricht.
Das die rotatorische Kopplung des zentralen Ventilkol
bens 57 des Nachlauf-Regelventils 39 mit dem Rotor 14
des Gerotor-Motors 11 vermittelnde Rückmeldegetriebe
58, zu dessen Erläuterung auch auf die Fig. 2 bezug
genommen sei, umfaßt bei dem in der Fig. 1 dargestell
ten Ausführungsbeispiel ein Hohlrad 63, das in koaxia
ler Anordnung mit der gemeinsamen zentralen Längsachse
19 des Gerotor-Motors 11 und des Nachlauf-Regelventils
12 drehfest mit dem zentralen Ventilkolben 57 verbunden
und an dessen dem Gerotor-Motor 11 zugewandter Seite
angeordnet ist, sowie ein drehfest mit dem Rotor 14 des
Gerotor-Motors 11 verbundenes Ritzel 64, das mit seiner
Außenzahnung 66 in kämmendem Eingriff mit der Innenzah
nung 67 des Hohlrades 63 steht und bezüglich der zen
tralen, rotorfesten Längsachse 16 desselben koaxial und
daher bezüglich der gemeinsamen zentralen Längsachse 19
des Gerotor-Motors 11 und des Nachlauf-Regelventils
außeraxial angeordnet ist.
Die Zähnezahl z1 des Ritzels ist deutlich kleiner als
die Zähnezahl z2 der Innenzahnung 67 des Hohlrades 63
und entspricht etwa deren halbem Wert. Für das zur Er
läuterung gewählte Ausführungsbeispiel sei vorausge
setzt, daß die Zähnezahl z1 des Ritzels 16 beträgt und
die Zähnezahl z2 des Hohlrades 63 den Wert 30 hat.
Zur Erläuterung der Funktion des in dieser Weise ausge
legten Rückmeldegetriebes 58 sei der Betriebszustand
des Gerotor-Motors 11 angenommen, in dem dessen Rotor 14
sich, gesehen in Richtung des Pfeils 44 der Fig. 1, im
Uhrzeigersinn, d. h. in Richtung des Pfeils 31 der Fig.
2, dreht.
Ausgehend von der in der Fig. 2 dargestellten, bezüg
lich der vertikalen Symmetrieebene 68 des Stators 17
des Gerotor-Motors 11 insgesamt symmetrischen Konfigu
ration desselben, in der die zentrale Längsachse 16 des
Rotors 14 unterhalb der zentralen Längsachse 19 des
Stators 17 des Gerotor-Motors 11 verläuft und das Volu
men der tiefstgelegenen Antriebskammer 18₁ minimalem
Wert entspricht, beschreibt die zentrale Längsachse 16
des Rotors 14, wann immer dieser sich um 90° im Uhrzei
gersinn dreht, eine vollständige Kreisbahn um die zen
trale Längsachse 19 des Stators 17 des Gerotors im Ge
genuhrzeigersinn. Das Ritzel 64 führt somit, während es
eine 360°-Umdrehung im Uhrzeigersinn erfährt, vier Um
drehungen im Gegenuhrzeigersinn um die zentrale Längs
achse 19 des Stators 17 des Gerotor-Motors 11 aus, wo
bei allgemein gilt, daß bei N-zähliger Symmetrie des
Rotors 14 dessen zentrale Längsachse N Umläufe um die
zentrale Längsachse 19 des Stators 17 ausführt, während
der Rotor 14 eine 360°-Umdrehung erfährt.
Das Gesamt-Übersetzungsverhältnis Ig, mit dem Umdrehun
gen des Rotors in Umdrehungen des zentralen Ventilkol
bens 57 des Nachlauf-Regelventils 39 umgesetzt werden,
ist bei der geschilderten Kinematik durch die Beziehung
Ig = N - (N + 1)z₁/z₂ (1)
gegeben.
Für das zur Erläuterung gewählte Ausführungsbeispiel
mit 4-zähliger Symmetrie des Rotors 14 des Gerotor-
Motors 11 und dem Verhältnis z₁/z₂ der Zähnezahlen z₁
und z₂ des Ritzels 64 und des mit diesem kämmenden Hohl
rades 63 des zentralen Ventilkolbens 57 von 16/30
ergibt sich für das Gesamt-Übersetzungsverhältnis Ig
ein Wert von 4/3, wobei die Kinematik des Rückmeldege
triebes 58 dazu führt, daß der zentrale Ventilkolben 57
sich gegensinnig zum Rotor 14 des Gerotor-Motors 11
dreht. Zur Steuerung einer im Uhrzeigersinn erfolgenden
Drehbewegung der Abtriebswelle 36 des Gerotor-Motors 11
muß somit die Ventilbuchse 54 des Nachlauf-Regelventils
39 mittels des Schrittmotors 41 im Gegenuhrzeigersinn
angetrieben werden und mit einer Winkelgeschwindigkeit,
die um 1/3 höher ist als die gewünschte Drehgeschwin
digkeit der Abtriebswelle 36.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1d unterscheidet
sich von dem anhand der Fig. 1 geschilderten hinsicht
lich der Ausbildung des Rückmeldegetriebes 58′ dadurch,
daß das Hohlrad 63′ am Rotor 14 des Gerotor-Motors 11
und das Ritzel 64′ an dem zentralen Ventilkolben 57 des
Nachlauf-Regelventils 39 angeordnet sind, die ansonsten
mit derselben Auslegung hinsichtlich ihrer Zähnezahlen
z₁ und z₂ vorausgesetzt sind.
Das Rückmeldegetriebe 58′ gemäß Fig. 1d ergibt unter
denselben Betriebsbedingungen, wie zur Erläuterung des
Getriebes 58 gemäß Fig. 1 vorausgesetzt, einen mit dem
Drehsinn des Rotors 14 des Gerotor-Motors 11 gleichsin
nigen rotatorischen Antrieb des zentralen Ventilkolbens
57, wobei nunmehr die Gesamtübersetzung Ig′ durch die
Beziehung
Ig′ = N(z₂/z₁ - 1) + z₂/z₁ (2)
gegeben ist, in der mit N wiederum die Multiplizität
der Drehsymmetrie des Rotors 14 des Gerotor-Motors 11,
mit z₁ die Zähnezahl des Ritzels 64′ und mit z₂ die Zäh
nezahl der Innenverzahnung des Hohlrades 63′ bezeichnet
sind. Demgemäß hat dieses Übersetzungsverhältnis Ig′,
dieselbe Dimensionierung des Hohlrades 63′ und des Rit
zels 64′, wie für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1
vorausgesetzt, den Wert 5,375.
Ein funktionell dem Rückmeldegetriebe 58 gemäß Fig. 1
entsprechendes Rückmeldegetriebe ist auch dadurch rea
lisierbar, daß das Hohlrad durch einen motorseitigen,
innenverzahnten Endabschnitt der Ventilbuchse 54 gebil
det ist und statt dieser der zentrale Ventilkolben 57
mittels des Schrittmotors 41 antreibbar ist.
Das in den Fig. 1 sowie 1a und 1b zur Erläuterung sei
ner Funktion lediglich schematisch dargestellte Nach
lauf-Regelventil 39 hat mehr im einzelnen den aus der
Längsschnittdarstellung der Fig. 3 und den Querschnitts
darstellungen der Fig. 3a bis 3g, auf die nachfolgend
Bezug genommen sei, entnehmbaren Aufbau:
Das Gehäuse 52 des Nachlauf-Regelventils 39 ist mit
insgesamt vier zu seiner zentralen Bohrung 53 hin offe
nen Ringnuten 71 bis 74 versehen, mit denen radial äu
ßere, flache Ringnuten 76 bis 79 der im wesentlichen
rohrförmigen Ventilbuchse 54 in ständig kommunizieren
der Verbindung stehen. Die Ringnuten 71 bis 74 des Ge
häuses 52 des Nachlauf-Regelventils 39 und die mit die
sen kommunizierenden Ringnuten 76 bis 79 der Ventil
buchse 54 des Nachlauf-Regelventils sind, entlang der
zentralen Längsachse 19 desselben gesehen, in gleichen
Abständen voneinander angeordnet, wobei die dem Gero
tor-Motor 11 nächstgelegene Innennut 71 des Nachlauf-
Regelventil-Gehäuses 52 und die von dem Gerotor-Motor
11 am weitesten entfernt angeordnete Innennut 74 des
Nachlauf-Regelventil-Gehäuses 52, je einzeln, mit einem
der Versorgungsanschlüsse 42 und 43 des Nachlauf-Regel
ventils 39 kommunizierend verbunden sind, wie auch der
schematischen Darstellung der Fig. 1 entnehmbar.
Bei dem zur Erläuterung gewählten Ausführungsbeispiel
sind es die dem Rotor 14 nächstgelegenen Innen- und
Außennuten 71 und 76 des Gehäuses 52 und der Ventil
buchse 54 des Nachlauf-Regelventils 39, die in ständig-
kommunizierender Verbindung mit dem Hochdruck(P)-Ver
sorgungsanschluß 42 des Nachlauf-Regelventils 39 ste
hen, während die im größten axialen Abstand von dem
Gerotor-Motor angeordneten Ringnuten 74 und 79 des Ge
häuses 52 und der Ventilbuchse 54 des Nachlauf-Regel
ventils 39 in ständig-kommunizierender Verbindung mit
dem T-Versorgungsanschluß 43 des Nachlauf-Regelventils
gehalten sind, der seinerseits mit dem drucklosen Vor
ratsbehälter des - nicht dargestellten - Druckversor
gungsaggregats in kommunizierender Verbindung steht.
Die der P-Versorgungsnut 71 des Nachlauf-Regelventil-
Gehäuses 52 benachbarte Innennut 72 desselben ist beim
dargestellten Ausführungsbeispiel über einen insgesamt
mit 81 bezeichneten Anschlußkanal (Fig. 1) des Ventil
gehäuses 52 mit dem A-Steueranschluß 37 des Gerotor-
Motors 11 verbunden. Die der T-Versorgungsnut 74 des
Gehäuses 52 des Nachlauf-Regelventils 39 benachbarte
Innennut 73 seines Gehäuses 52 ist über einen insgesamt
mit 82 bezeichneten B-Anschlußkanal des Ventilgehäuses
52 des Nachlauf-Regelventils 39 mit dem B-Steueran
schluß 38 des Gerotor-Motors 11 kommunizierend verbun
den, wie der schematischen Darstellung der Fig. 1 ent
nehmbar.
Der zentrale Ventilkolben 57 ist mit einer mit der P-
Versorgungsnut 71 sowie der radial äußeren P-Ringnut 76
der Ventilbuchse 54 koaxialen P-Umfangsnut versehen,
die über radiale Querbohrungen 84 der Ventilbuchse 54
mit deren P-Ringnut 76 und damit auch mit der P-Versor
gungsnut 71 des Gehäuses 52 in ständig kommunizierender
Verbindung steht.
Des weiteren ist der zentrale Ventilkolben 57 mit einer
mit der T-Versorgungsnut 74 des Gehäuses sowie der ra
dial äußeren T-Ringnut 79 der Ventilbuchse 54 koaxialen
T-Umfangsnut 86 versehen, die wiederum über radiale
Querbohrungen 87 der Ventilbuchse 54 mit deren T-Ring
nut 79 und damit auch mit der T-Versorgungsnut 74 des
Gehäuses 52 in ständig kommunizierender Verbindung
steht (Fig. 3b).
Von der P-Umfangsnut 83 des zentralen Ventilkolbens 54
gehen zwei einander diametral gegenüberliegend angeord
nete, sich in Längsrichtung erstreckende P-Steuernuten
88 und 89 aus, die in einem axialen Abstand von der T-
Umfangsnut 86 des zentralen Ventilkörpers 57 enden,
wobei die axiale Ausdehnung dieser P-Steuernuten 88 und
89 so gewählt ist, daß - in axialer Richtung - Überlap
pung dieser Steuernuten mit der B-Ringnut 78 der Ven
tilbuchse 54 und damit auch mit der B-Ringnut des Ven
tilgehäuses 52 besteht.
Auch von der T-Umfangsnut 86 des zentralen Ventilkörpers
57 gehen zwei einander diametral gegenüberliegend ange
ordnete, sich in Längsrichtung zu der P-Umfangsnut 83
des zentralen Ventilkörpers 57 hin erstreckende T-Steu
ernuten 91 und 92 aus, die in einem axialen Abstand von
der P-Umfangsnut 83 des zentralen Ventilkörpers 57 en
den, wobei auch die axiale Ausdehnung dieser T-Steuer
nuten 91 und 92 wiederum so gewählt ist, daß in axialer
Richtung Überlappung dieser T-Steuernuten 91 und 92 mit
der A-Ringnut 77 der Ventilbuchse 54 und damit auch mit
der A-Ringnut 71 des Ventilgehäuses 52 besteht. Die
gemeinsame Längsmittelebene 93 der P-Steuernuten 88 und
89 und die gemeinsame Längsmittelebene 94 der T-Steuer
nuten 91 und 92 des zentralen Ventilkolbens 57 verlau
fen rechtwinklig zueinander und schneiden sich entlang
der zentralen Längsachse 19 des Nachlauf-Regelventils
39.
Die P-Steuernuten 88 und 89 und die T-Steuernuten 91
und 92 haben, in Umfangsrichtung des zentralen Ventil
kolbens 57 gesehen, dieselbe azimutale Weite α von
40°.
Die Ventilbuchse 54 ist mit zwei miteinander fluchten
den, ihren Mantel radial durchsetzenden A-Steuerkanä
len 96 und 97 versehen, die radial außen in die mit der
A-Ringnut 72 des Gehäuses 52 in ständig kommunizieren
der Verbindung befindliche A-Ringnut 77 der Ventilbuch
se 54 münden.
Diese A-Steuerkanäle 96 und 97 sind durch je eine radi
ale Bohrung 98 mit kreisrundem Querschnitt und von die
ser ausgehende, in Umfangsrichtung verlaufende Erwei
terungsschlitze 99 und 101 gebildet, deren in axialer
Richtung gemessene lichte Weite kleiner ist als der
Durchmesser der zentralen, radialen Bohrung 98, und
deren in Umfangsrichtung gemessene azimutale Tiefe so
bemessen ist, daß die am Umfang des zentralen Ventil
kolbens 57 gemessene azimutale Weite β dieser A-Steu
erkanäle 96 und 97 dem azimutalen Abstand der P-Steuer
nuten 88 und 89 von den T-Steuernuten 91 und 92 ent
spricht, d. h. beim zur Erläuterung gewählten Ausfüh
rungsbeispiel den Wert von 50° hat. Der Durchmesser der
zentralen Bohrungen 98 der A-Steuerkanäle 96 und 97 ist
etwas kleiner als die in axialer Richtung gemessene
lichte Weite der P-Steuernuten 88 und 89 sowie der T-
Steuernuten 91 und 92, die ihrerseits wiederum gering
fügig kleiner ist als die in axialer Richtung gemessene
lichte Weite der A-Ringnut 72 des Gehäuses 52 des Nach
lauf-Regelventils 39.
Des weiteren ist die Ventilbuchse 54 mit zwei, ihrer
Ausbildung nach den A-Steuerkanälen 96 und 97 entspre
chenden, den Mantel der Ventilbuchse 94 radial durch
setzenden B-Steuerkanälen (Fig. 3c) versehen, die ra
dial außen in die mit der B-Ringnut 72 des Gehäuses 52
in ständig kommunizierender Verbindung befindliche B-
Ringnut 78 der Ventilbuchse 54 münden.
Die gemeinsame zentrale Längsachse 104 der B-Steuerka
näle 102 und 103 der Ventilbuchse 54 ist gegenüber der
gemeinsamen zentralen Längsachse 106 der A-Steuerkanäle
96 und 97 (Fig. 3b) in azimutaler Richtung um 90° ver
setzt.
Der A-Anschlußkanal 81 des Nachlauf-Regelventils 39 ist
durch eine rechtwinklig zu seiner zentralen Längsachse
19 und in radialem Abstand von dieser verlaufende Quer
bohrung 107, die mit der A-Ringnut 72 des Gehäuses 52
des Nachlauf-Regelventils 39 in kommunizierender Ver
bindung steht, und eine mit der Querbohrung 107 in kom
munizierender Verbindung stehende, radial außerhalb der
A-Ringnut 72 des Gehäuses 52 verlaufende Längsbohrungen
108 des Ventilgehäuses 52 gebildet, die mit dem A-Steu
eranschluß 37 des Gerotor-Motors 11 bzw. seines Dreh
richtungs-Steuerventils 32 in kommunizierender Verbin
dung steht.
Auf analoge Weise ist der B-Anschlußkanal 82 des Nach
lauf-Regelventils 39 durch eine rechtwinklig zu seiner
zentralen Längsachse 19 und in radialem Abstand von
dieser verlaufende Querbohrungen 109, die mit der B-
Ringnut 73 des Gehäuses 52 des Nachlauf-Regelventils 39
in kommunizierender Verbindung steht, und eine mit der
Querbohrung 109 in kommunizierender Verbindung stehen
de, radial außerhalb der B-Ringnut 73 des Gehäuses 52
verlaufende Längsbohrung 111 des Ventilgehäuses 52 ge
bildet, die mit dem B-Steueranschluß 38 des Gerotor-
Motors 11 bzw. seines Drehrichtungs-Steuerventils 32 in
kommunizierender Verbindung steht.
Die jeweils einen Abschnitt des A-Anschlußkanals 81 und
des B-Anschlußkanals 82 des Nachlauf-Regelventils bil
denden Querbohrungen 107 und 109, für die von den Au
ßenseiten des Ventilgehäuses 52 her in dieses einge
bracht sind, sind an diesen Außenseiten druckdicht ab
gestopft.
Die in den Fig. 3b und 3c dargestellte Konfiguration
des Nachlauf-Regelventils 39 entspricht, unabhängig von
der in der Darstellung willkürlich gewählten Orientie
rung der Längsmittelebenen 93 und 94 der P-Steuernuten
88 und 89 sowie der T-Steuernuten 91 und 92, der sche
matisch in der Fig. 1b dargestellten Sperrstellung 0
des Nachlauf-Regelventils 39, in der keinerlei Über
deckung - positive Überlappung - der A-Steuerkanäle 96
und 97 und der B-Steuerkanäle 102 und 103 der Ventil
buchse 54 mit den P-Steuernuten 88 und 89 und den T-
Steuernuten 91 und 92 des zentralen Ventilkolbens 57
gegeben ist und damit auch - jedenfalls im zeitlichen
Mittel - der A-Anschlußkanal 81 und der B-Anschlußkanal
82 des Gehäuses 52 des Nachlauf-Regelventils 39 gegen
die P-Steuernuten 88 und 89 und die T-Steuernuten 91
und 92 des zentralen Ventilkolbens 57 abgesperrt sind.
Dieser Konfiguration des Nachlauf-Regelventils ent
spricht Gleichheit von Soll- und Ist-Wert der azimuta
len Position des Rotors 14 des Gerotor-Motors 11. Sie
wird - gleichsam zwangsläufig - am Ende eines Positio
nierungs-Vorganges erreicht und bildet daher auch die
Ausgangsposition für einen nachfolgenden Positionie
rungs-Vorgang, der stets aus der in den Fig. 3b und 3c
dargestellten Position des Nachlauf-Regelventils 39
heraus beginnt.
Wird, ausgehend von der in den Fig. 3b und 3c darge
stellten Sperrstellung 0 des Nachlauf-Regelventils 39
dessen Ventilbuchse 54 durch Ansteuerung des Schrittmo
tors 41 in Richtung des Pfeils 112 der Fig. 3b, d. h.
gemäß der Darstellung dieser Figur, im Uhrzeigersinn
relativ zu dem zentralen Ventilkolben 57 gedreht, so
gelangen die A-Steuerkanäle 96 und 97 der Ventilbuchse
54 in positive Überlappung ihrer Strömungsquerschnitte
mit den P-Steuernuten 88 und 89 des zentralen Ventil
kolbens 57 (Fig. 3d), während die B-Steuerkanäle 102
und 103 der Ventilbuchse 54 des Nachlauf-Regelventils
39 in positive Überlappung ihrer Steuerungsquerschnitte
mit den T-Steuernuten 91 und 92 des zentralen Ventil
kolbens 57 des Nachlauf-Regelventils 39 gelangen (Fig.
3e), das dadurch seine in der Fig. 1 schematisch darge
stellte Funktionsstellung I einnimmt, in welcher der
Gerotor-Motor 11, je nach der Gestaltung des Rückmelde
getriebes 58 oder 58′ gegensinnig zur Drehrichtung der
Ventilbuchse 54 oder mit zu deren Drehrichtung gleich
sinniger Drehrichtung angetrieben ist.
Wird, andererseits, ausgehend von der in den Fig. 3b
und 3c dargestellten Ausgangsstellung der Ventilbuchse
54 diese durch die Ansteuerung des Schrittmotors 41 in
der entgegengesetzten Drehrichtung, d. h. in Drehrich
tung des Pfeils 113 der Fig. 3f und 3g angetrieben, so
gelangen die A-Steuerkanäle 96 und 97 der Ventilbuchse
54 in positive Überlappung ihrer Durchflußquerschnitte
mit den T-Steuernuten 91 und 92 des zentralen Ventil
kolbens 57 (Fig. 3f) und die B-Steuerkanäle 102 und 103
der Ventilbuchse 54 in positive Überlappung mit den
Querschnitten der P-Steuernuten 88 und 89 des zentralen
Ventilkolbens 57 des Nachlauf-Regelventils 39 (Fig.
3g), das dadurch in seine in der Fig. 1a schematisch
dargestellte Funktionsstellung II gelangt, in der der
Rotor 14 des Gerotors 11 in dem zu dem Drehsinn, den
das Nachlauf-Regelventil 39 in seiner Funktionsstellung
I vermittelt, entgegengesetzten Drehsinn angetrieben
ist, wiederum in Abhängigkeit davon, wie das Rückmelde
getriebe 58 oder 58′ der Antriebseinheit 10 gestaltet
ist.
Um die für eine präzise Funktion der Antriebseinheit 10
geeignete Spielfreiheit des Rückmeldegetriebes 58 zu
erzielen, ist eine die Funktion einer Torsionsfeder
vermittelnde, insgesamt mit 114 bezeichnete Verspann-
Einrichtung vorgesehen, die auf den zentralen Ventil
kolben 57 ein an der Ventilbuchse 54, die drehfest mit
der Abtriebswelle des Schrittmotors 41 verbunden ist,
azimutal abgestütztes Drehmoment ausübt, aufgrund
dessen die Innenzahnung 67 des mit dem zentralen Ven
tilkolben 57 drehfest verbundenen Hohlrades zuverlässig
in einseitiger Anlage mit den in Eingriff mit ihm be
findlichen Zähnen des Ritzels 64 gehalten ist, das
drehfest mit dem Rotor 14 des Gerotor-Motors verbunden
ist.
Diese Verspann-Einrichtung 114 umfaßt eine unter Zug-
Vorspannung stehende Wendelfeder 116, die auf einem
etwa 300° umspannenden azimutalen Bereich von einer
äußeren, konkaven Rille 117 eines in axialer Richtung
nur wenig ausgedehnten, aus der zentralen Gehäuseboh
rung 53 getriebeseitig herausragenden Endabschnitts 118
der Ventilbuchse 54 aufgenommen ist. Der Krümmungsra
dius der Rille ist geringfügig größer ist als derjenige
der Feder-Wendeln, die mit einem radial inneren 180°-
Bereich von dieser konkaven Rille 117 aufgenommen und
an deren Grund abgestützt sind. Der kurze Endabschnitt
118 der Ventilbuchse 54 durchsetzt eine gegenüber der
zentralen Bohrung 53, in der die Ventilbuchse auf Ab
schnitten ihrer Länge druckdicht gleitend drehbar ange
ordnet ist, erweiterte Bohrungsstufe 119, deren Durch
messer geringfügig größer ist als der Außendurchmesser
der Wendelfeder 116, wobei die radiale lichte Weite des
zwischen der Bohrungsstufe 119 und der äußeren Mantel
fläche des die Wendelfeder 116 tragenden Endabschnitts
118 der Ventilbuchse 54 verbleibenden Ringspaltes 121
kleiner ist als der Durchmesser der einzelnen Feder-
Wendeln, der bei einer Federdrahtdicke um 0,2 mm ca.
2 mm beträgt. Dadurch ist die Wendelfeder 116 gegen ein
axiales Ausrücken aus dem Ringspalt 121 hinreichend
gesichert.
In den zentralen Ventilkolben 57 ist in dessen von dem
Endabschnitt 118 der Ventilbuchse 54 auf dem azimutalen
Bereich von 300° koaxial umschlossenen, aus der zentra
len Gehäusebohrung 53 getriebeseitig austretenden Be
reich 57′ ein Anschlagstift 122 fest eingesetzt, der
einseitig radial in den "freien" Ringspaltbereich 121′
hineinragt, dessen azimutale Weite ⌀ durch den azimu
talen Abstand der radialen Endstirnflächen 123 und 124
bestimmt ist, die sich in axialer Richtung über die
Tiefe des die Wendelfeder 116 tragenden Endabschnitts
118 der Ventilbuchse 54 erstecken.
Dieser Anschlagstift 122 ist so orientiert, daß die
seine zentrale Längsachse 126 und die zentrale Längs
achse 19 des Nachlauf-Regelventils 39 enthaltende Ra
dialebene den Winkel halbiert, den die Radialebene,
welche die gemeinsame zentrale Längsachse 106 der A-
Steuerkanäle 96 und 97 enthält und die Radialebene,
welche die gemeinsame zentrale Längsachse 104 der B-
Steuerkanäle 102 und 103 enthält, miteinander ein
schließen. Bei dieser Orientierung der zentralen Längs
achse 126 des Anschlagstiftes 122 hat dieser in der -
sperrenden - Mittelstellung des Nachlauf-Regelventils
39 von den beiden radialen Endstirnflächen 123 und 124
des die Wendelfeder 116 tragenden Endabschnitts 118 der
Ventilbuchse 54 jeweils denselben azimutalen Abstand,
so daß, ausgehend von dieser Mittelstellung, für die
Aussteuerung des Nachlauf-Regelventils in dessen alter
native Durchflußstellung I und II dem Betrage nach
gleiche Aussteuerwinkel zur Verfügung stehen.
Das eine Ende 127 der Wendelfeder 116 ist an dem freien
Endabschnitt 122′ des Anschlagstiftes 122 befestigt,
während das andere Ende 128 an dem in Verlaufsrichtung
der Feder gesehen ca. 300° entfernten Bereich des 300°
sektorförmigen Mantelabschnitts 118 der Ventilbuchse 54
festgelegt ist.
Die Wendelfeder 116 ist hinsichtlich ihrer Dimensionie
rung und ihrer Vorspannung auf das Haltemoment des
Schrittmotors 41 in dessen stromlosem Zustand sowie das
Haltemoment des Gerotor-Motors 11 bei abgeschalteter
Druckversorgung dahingehend abgestimmt, daß das zwi
schen der Ventilbuchse 54 und dem zentralen Ventilkol
ben 57 - im Ergebnis zwischen dem Rotor des Schrittmo
tors 41 und dem Rotor 14 des Gerotormotors - aufgrund
der Federvorspannung permanent wirksame Drehmoment bei
weitem nicht ausreicht, diese in eine Stillstandsphase
der Antriebseinheit gegeneinander zu verdrehen. Das
Nachlaufregelventil 39 kann daher, nachdem der Gerotor-
Motor 11 stillgesetzt ist und er seine sperrende Mittel
stellung erreicht hat, nicht gleichsam selbsttätig in
eine seiner alternativen Durchflußstellungen I oder II
gelangen. Die das Nachlauf-Regelventil 39 "tendenziell"
in eine dieser Funktionsstellungen I oder II drängende
Vorspannung der Wendelfeder 116 der Verspann-Einrich
tung 114 ist lediglich dafür hinreichend bemessen, daß
die für die exakte Istwert-Rückmeldung der Position des
Rotors 14 der Gerotor-Motors 11 erforderliche Spiel
freiheit des jeweiligen Rückmeldegetriebes 58 oder 58′
gewährleistet ist.
Claims (10)
1. Elektrohydraulische Steuerungseinrichtung für einen
Rotationshydromotor, bei dem der Rotor zwei einan
der überlagerte Drehbewegungen ausführt, deren eine
exzentrisch zur zentralen Längsachse des Stators
erfolgt, und deren andere eine Rotation um die ro
torfeste, parallel zur Längsachse des Stators ver
laufende zentrale Rotorlängsachse ist, die dadurch
ihrerseits eine Umlaufbewegung um die zentrale
Längsachse des Stators entlang einer Kreisbahn aus
führt, und die Umsetzung der Drehbewegungen des Ro
tors in eine uniaxiale Drehbewegung der Abtriebs
welle des Motors mittels einer die Abtriebswelle
mit dem Rotor koppelnden Gelenkwelle erfolgt, sowie
ein mit variabler Positions-Sollwert-Vorgabe arbei
tender Regelkreis vorgesehen ist, bei dem zur Er
fassung des Positions-Istwertes ein mit dem Rotor
spielfrei bewegungsgekoppeltes, uniaxial rotato
risch angetriebenes, mechanisches Sensorelement
vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zur
Positions-Istwert-Erfassung genutzte Sensorelement
(57) mit dem Rotor mittels eines eigenen, zusätz
lich zu dem durch den Rotor (14), die Gelenkwelle
(34) und die Abtriebswelle (36) gebildeten An
triebsstrang, über den ein überwiegender Teil des
Motordrehmoments als Nutzmoment geleitet ist, vor
gesehenen Sensor-Antriebsstranges (58; 58′) bewe
gungsgekoppelt ist.
2. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Getriebe (58), das die Umset
zung der Rotorbewegungen in die überwachbaren uni
axialen Drehbewegungen des mechanischen Sensorele
ments (57) der Positions-Istwert-Erfassungseinrich
tung vermittelt, als Trochoiden-Getriebe ausgebil
det ist.
3. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß das die Umsetzung der Rotations
bewegungen des Rotors (14) des Rotations-Hydromo
tors (11) in die überwachbaren uniaxialen Drehbewe
gungen des mechanischen Sensorelements der Posi
tions-Istwert-Erfassungseinrichtung vermittelnde
zusätzliche Getriebe als Hypotrochoiden-Getriebe
(58′) ausgebildet ist, dessen Hohlrad (63′) mit dem
Rotor (14) des Hydromotors (11) drehfest verbunden
ist.
4. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das die Umsetzung der Rotations
bewegungen des Rotors (14) des Rotationshydromotors
(11) in die überwachbaren uniaxialen Drehbewegungen
des mechanischen Sensorelements (57) der Positions-
Istwert-Erfassungseinrichtung vermittelnde Getriebe
als Hypotrochoiden-Getriebe ausgebildet ist, dessen
Hohlrad (63) mit dem uniaxial rotierenden Sensor
element (57) der Positions-Istwert-Erfassungsein
richtung drehfest verbunden ist.
5. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das über das
weitere Getriebe (58; 58′) uniaxial rotatorisch an
treibbare Element (57) der Rückmeldeeinrichtung
Funktionselement der mechanischen Istwert-Rückmel
deeinrichtung eines zur Bewegungs- und Positions-
Steuerung des Rotations-Hydromotors (11) vorgesehe
nen Nachlaufregelventils (39) ist, das mit elek
trisch steuerbarer Sollwert-Vorgabe mittels eines
Schritt- oder eines AC-Motors (41) arbeitet.
6. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Nachlauf-Regelventil (39) als
Drehschieber-Ventil mit rotatorisch antreibbaren
Kolben- und Gehäuseelementen (54, 57) ausgebildet
ist, deren azimutale Auslenkung gegeneinander an
schlagbegrenzt ist.
7. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 6 in Kombina
tion mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der zentral angeordnete Ventilkolben (57) des Nach
laufregelventils (39) mit einem Ritzel (64′) verse
hen ist, das mit dem Hohlrad (63′) des Rotors (14)
in kämmendem Eingriff steht, und das Gehäuse (54)
des Nachlauf-Regelventils (39) mittels des Sollwert-
Vorgabe-Elektromotors antreibbar ist.
8. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 6 in Kombina
tion mit Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der zentral angeordnete Ventilkolben (57) mittels
des Sollwert-Vorgabe-Motors (41) antreibbar ist und
das Ventilgehäuse (54) mit dem mit dem Ritzel (64)
des Rotors (14) des Hydromotors (11) kämmenden
Hohlrad (63) versehen ist.
9. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch
8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des
Nachlauf-Regelventils (39) als Ventilbuchse (54)
ausgebildet ist, die ihrerseits in einer zentral
durchgehenden Bohrung (53) eines mit dem Motorge
häuse (28) fest verbundenen Ventilgehäuseblocks
(52) des Nachlaufregelventils (39) mit dichtendem
Gleitsitz drehbar angeordnet ist.
10. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verspann-
Einrichtung (114) vorgesehen ist, die ein zwischen
der Ventilbuchse (54) und dem Kolben (57) des Nach
laufregelventils (39) permanent wirksames Drehmo
ment erzeugt, das dem Betrage nach kleiner ist als
das Haltemoment des Sollwert-Vorgabe-Motors (41) in
dessen stromlosem Zustand und auch kleiner als das
Haltemoment des Rotations-Hydromotors bei abge
schalteter Druckversorgung.
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