DE2050882A1 - Hydraulischer Drehmotorantrieb - Google Patents

Description

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Wd/Pu 8.10.70

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7 Stuttgart Hydraulischer Drehmotorantrieb

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Drehmotorantrieb mit einem von einem Impulsgeber gesteuerten, das Eingangsglied bildenden elektrischen oder pneumatischen Schrittmotor, der über ein Servoventil einen das Ausgangsglied bildenden Hydromotor steuert, sowie mit einer Rückführung, die Abweichungen des Synchronlaufs des Ausgangsglieds gegenüber dem Eingangsglied dem Servoventil zwecks Gleichlauf meldet.

Für hydrostatische Antriebe, die einen bestimmten Drehwinkel in Abhängigkeit der Zeit einnehmen sollen, gibt es die Möglichkeit, im offenen oder geschlossenen Regelkreis zu arbeiten.

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Stuttgart

Beim geschlossenen Regelkreis ist der Aufwand für Weg- bzw. Geschwindigkeitsmeßglieder je nach Anforderung relativ groß, so daß man meist den offenen Regelkreis vorzieht. Als Eingangsgröße für den offenen Regelkreis benützt man einen Impulsgenerator sowie elektrische Zähler, Das Umsetzen in mechanische Signale erfolgt durch elektrische Schrittmotoren. Deren Leistung ist jedoch begrenzt.

Für Steuerungen höherer Leistung v/erden elektrische Schrittmotoren mit hydraulischen Drehmoementverstärkern vorgesehen, sog. elektrohydraulische Schrittmotoren, wie sie beispielsweise aus der DT OS 1 601 719 bekannt und eingangs erwähnt sind. Sie haben den Nachteil, daß das System infolge des eingebauten Drehmomentverstärkers mit Drosselregelung einen sehr geringen Wirkungsgrad hat (theoretisch < 38 <fo). Derartige Einrichtungen können infolgedessen nur für kleine Leistungen eingesetzt werden.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Antrieb der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der es erlaubt, einen programmierbaren Geschwindigkeits-Weg-Verlauf beliebig hoher Leistung zu schaffen, und der verlustarm arbeitet.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Hydromotor, wie an sich bekannt, im geschlossenen Kreislauf von einer verstellbaren und umkehrbaren Hydropumpe gespeist wird und daß die zwischen dem Schrittmotor und dem Hydromotor gemessene Winkeldifferenz als Regelgröße zum Verstellen der Hydropumpe dient.

Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, der Zeichnung und den Unteransprüchen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in

Pig. 1 ein Blockschaltbild, in Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen

Antriebs, und in
Fig. 3 eine Einzelheit im Schnitt.

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Der Drehmomentantrieb besteht aus folgenden Haupte lementen: einem Impulsgeber 1, einem Translater 2, einem elektrischen Schrittmotor 3>> e;Lnem Servoventil 4, einem Stellzylinder 5 für eine verstellbare und umkehrbare Hydropumpe, und einem Hydromotor 7, der eine Last 8 antreibt. Diese Elemente sind im Blockschaltbild nach der Fig. 1 schematisch dargestellt.

Der als Programmeingabe vorgesehene Impulsgeber 1 kann ein Impulsgenerator, ein Vor-Rückwärtszähler, ein Magnetspeicher, Lochbandspeicher oder ein elektro-mechanischer Impulsgeber sein, oder er kann aus der Kombination mehrer dieser Geräte bestehen.

Seine Impulse werden über einen sich nach dem Aufbau des Impulsgebers richtenden Translaters 2 (z. B. Relais) dem elektrischen Schrittmotor 5 zugeleitet. Der Schrittmotor treibt ein Zahnrad an, das mit einem Zahnrad 10 kämmt. Die Länge des Zahnrads 9 ist wesentlich großer als die des Zahnrads 10.

Das Zahnrad 10 ist fest mit einer Welle 11 verbunden, die derart drehbar mit dem Servoventil 4 verbunden ist., daß durch Drehen der Welle 11 das Servoventil axial verstellt wird. Eine derartige Konstruktion ist bekannt und deshalb nicht im einzelnen beschrieben (DT AS 1 300 441).

Am Servoventil 4 ist weiterhin ein Schraubenbolzen 12 befestigt, der in das Innengewinde eines Zapfens IJ greift, v/elcher fest mit der durchgehenden Welle 14 des Hydromotors 7 verbunden ist. Dieser treibt die rotierende Last 8 an.

Das Servoventil 4 ist als closed-center-Ventil ausgebildet mit normal symmetrischer Mittelstellung und linearer Charakteristik. Seine Steuerstellungen I, II, III sind stetig ineinander übergehend.

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Die Hydropumpe 6 ist von einem Motor 15 angetrieben, ihr Stellglied .16 wird vom Stellzylinder 5 eingestellt. In diesem ist ein doppeltwirkender Kolben 17 entgegen der Kraft von Federn 18, geführt, die in entgegengesetzter Richtung auf ihn einwirken.

Von der Hydropumpe 6 führen zwei Leitungen 21, 22 im geschlossenen Kreislauf zum Hydromotor 7· An die Hydropurape 6 ist eine aus zwei Einheiten 23, 24 bestehende Tandempumpe angeschlossen. Diese läuft also synchron zur Hydropumpe 6. Die Pumpe 24 fördert über eine Leitung 25 Druckmittel unter niedrigem Druck und eines von zwei Rückschlagventilen 26, 27 in einer Leitung 28 in eine von zwei Leitungen 29, 30. Die Leitung 29 mündet in die Leitung 22, die Leitung 30 in die Leitung 31. Diese Anordnung ist bei in geschlossenem Kreislauf arbeitenden Hydrogetrieben üblich. Beide Leitungen 21,22 bzw. 29, 30 sind durch Druckbegrenzungsventile 31, 32 abgesichert. Beide Pumpen 23, 24 saugen Druckmittel aus einem Behälter 33* wobei die Pumpe 24 als Vorförderpumpe für die Hydropumpe 6 dient.

Von der Pumpe 23 führt eine Leitung 34 zum Servoventil 4, eine Leitung 35 führt von diesem zum Behälter 33. Vom Servoventil führen außerdem zwei Leitungen 36» 37 zu entgegengesetzten Seiten am Stellzylinder. Von der Leitung 36 führt eine Abflußleitung 38, von der Leitung 36 eine Abflußleitung 39 zum Behälter 33. In der Abflußleitung 38 ist eine einstellbare Drossel 40, in der Abflußleitung 39 eine einstellbare Drossel 41 angeordnet.

In der Leitung 37 befindet sich außerdem noch eine als Durchflußmesser ausgebildete feste Drossel 42, von der zwei Leitungen 43, 44 zu entgegengesetzten Seiten eines Hydrozylinders 45 führen, in dem mit Spiel ein Kolben 46 geführt ist. Dieser ist mit einer Stange 47 verbunden, an der die beiden Stellglieder 39' und 40' der Drosseln 39 und 44 befestigt sind.

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Diese zuletzt geschilderte Anordnung bildet ein hydraulisches Netzwerk, während die Konstruktion aus den beiden einstellbaren Drosseln 39, 40 und den drosselnden Übergängen an den Steuerkanten des Servoventils eine Brückenschaltung bilden, bei der der Stellzylinder 5 in der Brücke liegt.

Die Leitungen 29, 30 sind außerdem an ein sogenannten Spülventil 48 angeschlossen, das zur Verbindung des jeweiligen Niederdruekkreises mit dem Behälter dient, und zwar über ein Druckhalteventil 49, das einen gewissen Mindestdruck im Netz 29, 30 aufrecht erhält. Die hydraulische Anlage mit Ausnahme des Servoventils 4 entspricht einem üblichen hydrostatischen Getriebe mit geschlossenem Kreislauf.

Mit dem Impulsgeber 1 wird dem elektrischen Schrittmotor 3 über den Translater 2 der Sollwert eingegeben (WinkelQC,). Der Schrittmotor führt dann entsprechend dem Sollwert die gewünschte Anzahl von Umdrehungen aus, oder Bruchteile von Umdrehungen. Über die Zahnräder 9, 10 wird dem Servoventil der Sollwert übermittelt. Ist dies mit einem Längsschieber ausgerüstet, wird dieser axial verschoben. Von der Druckmittelquelle 23 gefördertes Druckmittel fließt dann über das Servoventil 4 und die Leitung 36, 37 zum Stellzylinder 5. und über die Abflußleitungen 38, 39 zum Behälter 33. Je nach Stellung des Servoventils entsteht ein Druckunterschied in den Leitungen 36, 37, der ein Verschieben des Kolbens 17 im Stellzylinder bewirkt. Der Kolben wird so lange verschoben, bis die Resultierende aus Federkräften und Differenzdruck in den Leitungen 36, 37 im Gleichgewicht stehen. Da jeder Stellung des Servoventils 4 eine bestimmte Stellung des Kolbens zugeordnet ist, liegt ein proportionales Verhalten des Verstellsystems vor. Der Kolben 17 verstellt das Stellglied 16 der Hydropumpe 6 derart, daß dem Hydromotor 7 eine der Dreh- oder Winkelbewegung' des Schrittmotors 3 entsprechende Druckmittelmenge

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zufließt. Durch Ubertragungsfehler (Leckverluste, Reibung, etc.) wird der Schrittmotor um den Istwert (Winkelot-g) verstellt.

Da die Einstellung des Stellglieds 16 der Hydropumpe proportional zur Stellung des Servoventils 4 erfolgt, ist offenbar, daß die Abweichung der Winkelstellung des Hydromotors von der des Schrittmotors bei konstanter Last nur von der Geschwindigkeit, d. h. der Schrittfrequenz des Impulsgebers abhängt.

Der Abweichfehler der Winkelstellung«^, gegenüber qL ~ wird durch die aus Servoventil 4, Zahnrädern 9, 10 und Schraube 12, 13 gebildete Rückführung kompensiert. Die Eingangsgrößen des Servoventils 4 sind also stets der Drehwinke lot, η des Schrittmotors 3 und der Drehwinkeioc ₂ ^des Hydromotors 7· Durch die Rückführung wird zugleich das Regelsystem stabilisiert.

Pur den Fall, daß ein weiteres Stabilisieren des Systems notwendig wird, ist eine zweite Rückführung vorgesehen, die aus den einstellbaren Drosseln 40, 4l und der festen Drossel 42 besteht. Beim Durchströmen der Leitung 37 entsteht an der Drossel 42 ein Differenzdruck, der über die Leitungen 43, 44 am Kolben 46 des Zylinders 45 wirksam wird. Dieser verstellt die beiden Drosseln 40, 4l, welche die Verstellgeschwindigkeit des Kolbens 46 beeinflussen, d. h. dämpfen.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich, einen pro- _v grammierbaren Geschwindigkeits-Zeit-Verlauf zu erzeugen bei gleichzeitiger Drehmomentverstärkung mittels des Hydrogetriebes. Auf diese Weise können auch sehr große Leistungen mit großer Genauigkeit übertragen werden. Erfindungsgemäße Einrichtungen ' eignen sich besonders für programmgesteuerte Antriebe bei Werkzeugmaschinen, für Druckgußmaschinen, Kunststoffspritzmaschinen u. ä.

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Die Pig. 3 zeigt eine mögliche Ausbildungsform des Servoventils

Dieses hat ein Gehäuse 50, in dem die das Zahnrad 10 tragende Welle 11 gelagert ist. Auf dieser Welle sind zwei Bunde 51* 52 angeordnet, die zwischen sich spielfrei den Kopf 53 eines Hebels 54 aufnehmen. Dieser ist um einen gehäusefesten Bolzen 55 schwenkbar gelagert und bildet das Steuerglied des Servoventils. Es hat eine Steuerfläche 65* die zwei Düsen 57* 58 zugewandt ist, deren Achsen einen spitzen Winkel bilden. Die Düse 57 grenzt an einen Druckraum 59» in den zwei Bohrungen 60 und 61 münden. Von der Bohrung 60 führt eine Leitung 36* zum Servozylinder 5· Die Düse 58 grenzt an einen Druckraum 62, in den zwei Bohrungen 63 und

64 münden. Von der Bohrung 64 führt eine Leitung 37' zum Servozylinder. Die Bohrungen 6l und 63 sind mit Leitungen 34^!,34^Μ verbunden, die mit der Pumpe 23 in Verbindung stehen. Die den Hebel aufnehmende Gehäuseausnehmung 64 steht über eine. Bohrung

65 und die Leitung 35 mit dem Behälter in Verbindung.

Je nach Drehwinkel oc ^, OC 2 ^{xm<i damit} Lage der Steuerfläche 56 am Hebel 50 ist der Abstand a zwischen dieser und der Düse größer oder kleiner. Aus der einen Düse fließt dadurch weniger Druckmittel aus als aus der anderen, wodurch der Servozylinder eine entsprechende Lage einnimmt.

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Claims (6)

1. Robert Bosch GmbH R. 9991

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   Ansprüche :

   l.i Hydraulischer Drehmotorantrieb mit einem von einem Impuls-"-geber gesteuerten, das Eingangsglied bildenden elektrischen oder pneumatischen Schrittmotor, der über ein Servoventil einen das Ausgangsglied bildenden Hydromotor steuert, sowie mit einer Rückführung, die Abweichungen des Synchronlaufs des Ausgangsgliedes gegenüber dem Eingangsglied dem Servoventil zwecks Gleichlauf meldet, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydromotor (7), wie an sich bekannt, im geschlossenen Kreislauf von einer verstellbaren und umkehrbaren Hydropumpe (6) gespeist wird und daß die zwischen dem Schrittmotor (3) und dem Hydromotor gemessene Winkeldifferenz als Regelgrüße zum Verstellen der Hydropumpe dient.
2. 2. Drehantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydropumpe (6), wie an sich bekannt, von einem doppelseitig beaufschlagten Stellzylinder (5) einstellbar ist, dessen Stellung vom Servoventil (4) vorgegeben wird.
3. 3- Drehantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Hilfspumpe (23) eine Förderleitung (34) zum Servoventil (4) führt, von dem zwei Steuerleitungen (36, 37) zum Stellzylinder (5) führen.

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4. 4. Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis j5* dadurch gekennzeichnet, daß in eine der vom Servoventil (4) zum Stellzylinder (5) führenden Steuerleitung (57) eine feste Drossel (42) eingebaut ist und daß der an dieser gebildete Differenzdruck auf einen Stellzylinder (45) einwirkt, der zwei einstellbare Drosseln (4o, 4l) steuert, von denen sich jeweils eine in einer Abflußleitung (j58, 39) befindet, die an entgegengesetzen Enden des Stellzylinders münden.
5. 5. Drehantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Servoventil (4) einen um eine feste Achse (55) schwenkbaren Hebel (54) hat, der von der Welle des Schrittmotors und von der Welle des Hydromotors her beeinflußt ist und daß am Hebel eine Steuerfläche (56) ausgebildet ist, die den Ausfluß aus zwei Düsen (57, 58) steuert, welche durch das von der Hilfspumpe geförderte Druckmittel durchflossen sind.
6. 6. Drehantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen Druckleitungen steuern, Vielehe an entgegengesetzten Enden des Stellzylinders (5) münden, f

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