DE4141737C1

DE4141737C1 - Rotary hydraulic drive motor - has four single-acting cylinders in cruciform arrangement and pulse width modulation of oil supply

Info

Publication number: DE4141737C1
Application number: DE19914141737
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 3004 Isernhagen De Goettling; Wolfgang Dipl.-Ing. 3000 Hannover De Brandes
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1993-05-06
Anticipated expiration: 2011-12-14

Abstract

The pulse width modulated rotary hydraulic drive has four cylinders (11 to 14) at right angles to each other extending radially from a chamber (10) containing an eccentric spindle (20) coupled to a driven ring (19). The positions of two pistons (15,18) in two (11,14) of the cylinders at right angles are monitored by (4,5) position sensors (4,5) in the walls of the two cylinders, for supplying signals to the modulated pulse width control system. The sensors are connected to respective control units (1,2) with further inputs for a common control unit (3) and outputs for eight control valves (21 to 28) with input and output connections for the pressure medium supply and discharge connections (P.R). ADVANTAGE - Even torque is ensured.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines druckmittelbetriebenen Drehantriebs gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen druckmittelbetriebenen Drehantrieb gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 5 zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for operating a fluid operated rotary actuator according to the preamble of Claim 1 and a pressure medium operated rotary drive according to the preamble of claim 5 for performing the Procedure.

Druckmittelbetriebene Drehantriebe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 5 angegebenen Art sind aus der US 37 83 742 und der DE 24 07 886 A1 bekannt. Bei dem in der DE 24 07 886 A1 als Hydraulikmotor bezeichneten druckmittelbetriebenen Drehantrieb sind mehrere Arbeitszylinder mit dazugehörigen Kolben radial um eine Welle angeordnet. Die Kolben sind über Kolbenstangen mit einem Exzenter verbunden, der seinerseits mit einer darüber drehangetriebenen Welle verbunden ist. Die Arbeitszylinder sind jeweils über ein Wegeventil mit einer gemeinsamen Druckmittelquelle verbindbar. Eine der Schaltstellungen jedes Ventils stellt einen druckmittelschlüssigen Durchgang zwischen Druckmittelquelle und dem jeweiligen Arbeitszylinder her, wobei die zweite Schaltstellung jedes Wegeventils den Durchgang zu einer Druckmittelsenke freigibt. Eine entsprechend koordinierte periodische Abfolge des Durchschaltens der einzelnen Ventile führt zu einer entsprechend periodischen Abfolge von Druckmittelbeaufschlagungen der einzelnen Zylinder. Dies bewirkt eine Drehung des Exzenters und damit der Welle des Hydraulikmotors. Die Ventile sind als reine Schaltventile ausgestaltet uund verfügen praktisch nur über die Möglichkeit den Druckmittelweg entweder voll durchzuschalten oder voll zu sperren. Dies bewirkt im Betrieb, besonders bei höherer Belastung, einen durch schwankenden Drehmomentverlauf unrunden Lauf des Hydraulikmotors. Bei diesem bekannten Hydraulikmotor wird zwar versucht, diesen Mangel durch die Anordnung von Dämpfungsmitteln in den Druckmittelleitungen der Arbeitszylinder zu kompensieren, doch besonders im langsam laufenden Betrieb ist diese Kompensation praktisch wirkungslos.Fluid operated rotary actuators which in the preamble of Claim 5 specified type are from US 37 83 742 and DE 24 07 886 A1. In the case of DE 24 07 886 A1 referred to as hydraulic motor pressure medium operated Rotary drives are several working cylinders with associated ones Pistons arranged radially around a shaft. The pistons are over Piston rods connected to an eccentric, which in turn is connected to a shaft driven above it. The Working cylinders are each with a directional control valve common pressure medium source connectable. One of the switch positions each valve provides a pressure-tight passage between the pressure medium source and the respective working cylinder forth, the second switching position of each directional control valve Free passage to a pressure fluid sink. A corresponding one coordinated periodic sequence of switching the leads to individual valves a corresponding periodic sequence of pressurization of the individual cylinders. This causes a rotation of the eccentric and thus the shaft of the hydraulic motor. The valves are as pure Switching valves designed and practically only have the Possibility to switch the pressure medium path through either fully or fully to lock. In operation, especially at higher loads, this causes a run of the Hydraulic motor. In this known hydraulic motor tries to overcome this shortcoming by placing damping devices in the Compensating pressure medium lines of the working cylinders, but especially this compensation is practical in slow-running operation ineffective.

Für den Fall einen solchen druckmittelbetriebenen Motor bzw. Drehantrieb für die Verwendung von Druckluft als Druckmittel vorzusehen, treten die oben genannten Mängel noch stärker auf. Bei solchen Antrieben läßt sich ein langsamer runder und möglichst drehmomentkonstanter Lauf praktisch nur mit einem Zwischengetriebe erreichen.In the event of such a pressure medium operated motor or To provide a rotary drive for the use of compressed air as pressure medium, the shortcomings mentioned above occur even more. With such drives can a slow round and torque constant run as possible practically only with an intermediate gear.

Für einen weiteren Fall, in dem gefordert wird, mit einem solchen Motor bzw. Drehantrieb ein bestimmtes Geschwindigkeitsprofil abzufahren, ist dies durch die Anordnung reiner Schaltventile beim Einsatz von Druckluft nicht möglich.For another case where the request is made with such an engine or rotary drive to run a certain speed profile this by arranging pure switching valves when using compressed air not possible.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren der genannten Art zum Betrieb eines druckmittelbetriebenen Drehantriebes, sowie einen druckmittelbetriebenen Drehantrieb zur Durchführung des Verfahrens selbst zu schaffen, mit dem es möglich ist, einen ruhigen und weitgehend drehmomentkonstanten Lauf zu erhalten. The invention therefore has as its object a method of the type mentioned for operation a pressure medium operated rotary drive, as well as a pressurized rotary drive to carry out the process itself with which it it is possible to run smoothly and largely with constant torque receive.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 und bei einem druckmittelbetriebenen Drehantrieb gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 5 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.The task is given in a method according to the generic term of claim 1 and in a fluid operated rotary drive according to the preamble of claim 5 according to the invention by the Characteristic features of claims 1 and 5 solved. Advantageous embodiments of the invention are in the subclaims shown.

Die Erfindung erreicht bei einem druckmittelbetriebenen Drehantrieb selbst im langsam laufenden Betriebszustand und der Verwendung von Druckluft als Druckmittel einen ruhigen Rundlauf mit hohem Drehmoment und hoher Drehmomentkonstanz. Des weiteren ist in vorteilhafter Weise eine genaue Drehpositionierbarkeit des Drehantriebes ermöglicht. Diese Vorteile basieren im wesentlichen auf der Tatsache, daß die Positionen der Arbeitskolben direkt gemessen werden, und nicht, wie allgemein üblich, die Stellung der Welle des Drehantriebes selbst. Diese gemessenen Positionen der Arbeitskolben, die dann einer Regeleinrichtung als Positions-Ist-Werte zugeführt und mit jeweils von dem Produkt aus Winkelgeschwindigkeit und Zeit (w · t) sinusförmig abhängigen Positionssollwerten verglichen werden und aus deren Abweichungen die Stellsignale zur Druckmittelbeaufschlagung gebildet werden, regeln somit die Kolbenbewegung direkt und nicht erst die Bewegung der Welle. Damit ist es möglich, die Arbeitszylinder zum optimalen Zeitpunkt mit Druckmittel zu beaufschlagen. Bei der sonst üblichen Erfassung der Drehpositionen der Welle ist das Meßergebnis zwar bezogen auf die Stellung der Welle genau, jedoch kann daraus die Kolbenstellung besonders wegen möglicher Lagerspiele nicht genau genug bestimmt werden.The invention achieves with a pressure-driven rotary drive even when operating slowly and using Compressed air as a pressure medium ensures smooth concentricity with high torque and high torque consistency. Furthermore, it is advantageous enables precise rotary positioning of the rotary drive. These Advantages are based essentially on the fact that the positions of the working piston are measured directly and not, as is generally the case usual, the position of the shaft of the rotary drive itself. These measured Positions of the working pistons, which then as a control device Position actual values supplied and with each of the product Angular velocity and time (w · t) depend sinusoidally Position setpoints are compared and from their deviations the Control signals for pressurization are formed, regulate the piston movement directly and not just the movement of the shaft. In order to it is possible to use the working cylinder at the optimal time To apply pressure medium. In the otherwise usual recording of Rotation positions of the shaft is the measurement result related to the Position of the shaft exactly, however, the piston position not determined precisely enough, especially because of possible bearing play will.

Wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, daß die Messung der Arbeitskolbenpositionen direkt und eine entsprechend darauf aufgebaute Druckmittelregelung einen erheblich drehmomentkonstanteren und ruhigeren Lauf des Drehantriebes ermöglicht. Die so gemessenen Kolbenpositionen einem entsprechend sinusförmigen Sollwertverlauf durch entsprechend geregelte Druckmittelbeaufschlagung der Arbeitszylinder nachzuregeln, ist aus der Tatsache hergeleitet, daß ein Kolben im drehzahlkonstanten Lauf bei der Auf- und Abwärtsbewegung einen von der Zeit t sinusförmig abhängigen Positionsverlauf folgt.A major advantage of the invention is that the measurement of Working piston positions directly and a correspondingly built on it Pressure medium control a much more constant torque and quieter Rotary drive run enabled. The piston positions measured in this way a correspondingly sinusoidal setpoint curve by means of to regulate the pressure medium applied to the working cylinders, is derived from the fact that a piston has a constant speed Run up and down one sinusoidal from time t dependent position course follows.

Über die Einflußnahmemöglichkeit auf den Positionssollwertverlauf läßt sich hierbei jedes Geschwindigkeitsprofil mit der entsprechenden Maßgabe des ruhigen und möglichst drehmomentkonstanten Laufes einfach ermöglichen. Bei variablen, während des Laufes geänderten Winkelgeschwindigkeiten berücksichtigt das Produkt aus Winkelgeschwindigkeit und Zeit (w · t) diese Änderung; die Abhängigkeit des Positionssollwertes ist somit proportional sin(w · t). Das heißt, lediglich die Frequenz des Sinus ändert sich, so daß diese abschnittsweise höher oder ggf. niedriger sein kann.About the possibility of influencing the position setpoint curve each speed profile with the corresponding stipulation the smooth and torque-constant running is easy enable. With variable, changed during the run The product takes angular velocities into account Angular velocity and time (w · t) this change; the dependence the position setpoint is therefore proportional to sin (w · t). This means, only the frequency of the sine changes, so that this can be higher or lower if necessary.

Daß die Ventile pulsbreitenmoduliert angesteuert werden, hat gegenüber dem o. g. Stand der Technik den Vorteil, daß die Druckmittelbeaufschlagung entsprechend feinfühlig vorgenommen werden kann. Das heißt, bei einer Abweichung aus der Soll-Lage wird die Dauer der Druckmittelbeaufschlagung proportional zum Betrag der Abweichung gewählt. Die Druckmittelbeaufschlagung erfolgt dabei in Pulsen getaktet, wobei die Dauer eines jeden einzelnen Pulses proportional zum Betrag der momentanen Abweichung gewählt ist. Dies bedeutet, wenn der Kolben mit einem großen Betrag von der Soll-Lage abweicht, wird das entsprechende Ventil so lange im Dauerzustand geöffnet, bis der Kolben in die Nähe seines Soll-Wertes kommt. Erreicht er dann die Nähe einer gewissen Soll-Lage-Toleranz, wird die Druckmittelbeaufschlagung kurz unterbrochen, wodurch sich die Annäherung an die Soll-Lage verlangsamt. Die Abweichung von der Soll-Lage ist nun vom Betrag her kleiner geworden, so daß der darauf folgende Puls der Druckmittelbeaufschlagung in seiner Dauer auch entsprechend kürzer ist. Die Annäherung an die Soll-Lage wird somit durch eine sukzessiv getaktete und bezüglich der Pulsbreite sukzessiv abnehmende Druckmittelbeaufschlagung bis zum Erreichen der Soll-Lage erreicht. Dies ist mit der pulsbreitenmodulierten Ansteuerung gemeint. Die Vorteile einer solchen Ansteuerung liegen im wesentlichen darin, daß die Soll-Lage nicht wie in üblichen Regelsystemen nach einem oder mehreren Überschwingvorgängen erreicht wird, sondern daß die Soll-Lage mechanisch überschwingfrei erreicht werden kann. Die Schalttakte können dabei so kurz sein und so schnell aufeinander folgen, daß man von einer quasi stetigen Ansteuerung spricht, die aber realiter immer noch diskret sind, jedoch einer stetigen Ansteuerung sehr nahe kommen. Der Vorteil ist jedoch, daß die Sollage überschwingfrei erreicht wird, was für den ruhigen Lauf des Drehantriebes zwingend ist.The fact that the valves are controlled with pulse width modulation has the opposite the above Prior art has the advantage that the Applying pressure medium must be carried out with great care can. This means that if there is a deviation from the target position, the duration the pressure medium pressure proportional to the amount of the deviation chosen. The pressure medium is applied in pulses, where the duration of each individual pulse is proportional to the amount of current deviation is selected. This means if the piston is with a large amount deviates from the target position, the corresponding The valve is continuously open until the piston is close of its target value. Then he gets close to a certain one Target position tolerance, the pressure medium is short interrupted, which slows the approach to the target position. The amount of the deviation from the target position is now smaller become, so that the subsequent pulse of pressure medium is correspondingly shorter in its duration. Approaching the The target position is thus clocked successively and with respect to the Pulse width gradually decreasing pressure medium pressure up to The target position has been reached. This is with the Pulse width modulated control meant. The advantages Such control is essentially that the Target position not like in conventional control systems according to one or more Overshoot is achieved, but that the target position is mechanical can be reached without overshoot. The switching clocks can do so be short and follow each other so quickly that you can almost continuous control speaks, but which are still more discrete, however, come very close to a constant control. The advantage is however, that the target position is reached without overshoot, which for the smooth running of the rotary drive is mandatory.

Bei der Anordnung von vier Arbeitszylindern von denen jeweils zwei Arbeitskolben auf einer gemeinsamen Bewegungslinie gegenüberliegend angeordnet sind und die Position von jeweils nur einem Arbeitskolben pro Achse gemessen wird, erfüllt alle o. g. Bedingungen in baulich einfacher und vorteilhafter Weise. Die Tatsache, daß jeweils zwei Arbeitszylinder bzw. zwei Arbeitskolben somit komplementär zusammenwirken, unterstützt den o. g. vorteilhaften Gleichlauf des Antriebes. Da jeweils zwei Arbeitskolben komplementär zueinander wirken, braucht auch nur einer der beiden Arbeitskolben positionsmäßig erfaßt zu werden. Dabei wird die gemessene Position nur eines der jeweils beiden sich gegenüberliegenden Arbeitskolben in der jeweiligen Regeleinrichtung zu zwei, den beiden auf einer Achse liegenden Arbeitszylindern zugeordneten Ventilen, zueinander invertierten Stellsignalen umgerechnet. Invertierte Stellsignale bedeutet dabei, daß, wenn der eine Arbeitszylinder einer Achse zur Entlüftung angesteuert wird, muß der entsprechend andere Arbeitszylinder derselben Achse zur Belüftung betätigt werden. Mit Invertierung ist also hiermit gemeint, daß während der eine Arbeitszylinder zur Entlüftung betätigt wird, der entsprechend andere Arbeitszylinder zur Belüftung betätigt wird. Dies führt dann zu der oben bereits beschriebenen Komplementarität der beiden auf einer Achse zusammenwirkenden Arbeitszylindern.With the arrangement of four working cylinders of which two each Working pistons opposite on a common line of motion are arranged and the position of only one working piston per Axis is measured, fulfills all of the above. Conditions in structurally simpler and advantageously. The fact that there are two cylinders or two working pistons thus work together in a complementary manner the above advantageous synchronism of the drive. Because two each Only one of the working pistons needs to be complementary to each other position of both working pistons. The measured position of only one of the two opposite one another Working pistons in the respective control device for two, the two valves assigned to working cylinders lying on one axis, converted inverted control signals. Inverters Actuating signals mean that if one of the working cylinders If the axis to be vented is activated, the other one must Working cylinders of the same axis can be operated for ventilation. With Inversion is thus meant to mean that during one Working cylinder for ventilation is actuated, the other accordingly Working cylinder is operated for ventilation. This then leads to the Complementarity of the two on one axis already described above interacting working cylinders.

Bei der weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Drehantriebes, bei dem die Kolben auf einen Exzenterring einwirken, an dem sie nur lose anliegen, ist stets ein guter Gleichlauf dadurch bewirkt, da es keine starren Kopplungen zwischen Exzenter und Kolben gibt. Somit sind Unwuchten durch Lagerspiele ausgeschaltet.In the further embodiment of the rotary drive according to the invention, at where the pistons act on an eccentric ring on which they are only loose good synchronization is always achieved because there is none rigid couplings between the eccentric and piston there. So are Imbalance switched off due to bearing play.

Da die sich jeweils direkt gegenüberliegenden Arbeitszylinder komplementär zusammenwirken, und in einer vorteilhaften Ausgestaltung vier Arbeitszylinder auf zwei um 90° zueinander versetzten Achsen angeordnet sind, von denen die Kolben jeweils einer Achse miteinander gekoppelt sind, ergibt sich eine vorteilhafte Aufteilung in jeweils einen Regler pro Achse. Ein hierarchisch über beiden Reglern angeordneter zentraler Regler stimmt das Regelverhalten beider zunächst unabhängigen Regler aufeinander ab und koppelt diese regelungstechnisch. Die Tatsache, daß die beiden Achsen zunächst voneinander getrennt betrachtet werden, und die beiden Regler erst durch einen übergeordneten Regler aufeinander abgestimmt werden, führt in der Anwendung dieser Erfindung zu den genannten Vorteilen des Gleichlaufes sowie der besonders vorteilhaften Möglichkeit ein beliebiges Geschwindigkeitsprofil abfahren zu können und zudem eine drehpositionsgenaue Beeinflussung der Drehung der Welle zu erreichen.Because the directly opposite working cylinders interact complementarily, and in an advantageous embodiment four working cylinders on two axes offset by 90 ° to each other are arranged, of which the pistons each have an axis with one another coupled, there is an advantageous division into each one controller per axis. A hierarchical one above both controllers arranged central controller initially adjusts the control behavior of both independent controllers on each other and couples them in terms of control technology. The fact that the two axes are initially separate be considered, and the two controllers only by a parent Controllers are matched to each other, leads to the application of these Invention to the mentioned advantages of synchronism and any particularly advantageous possibility To be able to run speed profile and also a to influence the rotation of the shaft in a precise position.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden näher erläutert. The invention is shown in the drawing and in the following explained in more detail.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 Erläuterung zur pulsbreitenmodulierten Ansteuerung der Ventile in Abhängigkeit zum Betriebsverfahren Fig. 1 Explanation of pulse width modulated control of the valves depending on the operating method

Fig. 2 Anordnung der Achsen, der Ventile und der Regler. Fig. 2 arrangement of the axes, the valves and the controller.

Fig. 1 erläutert die verfahrensmäßig vorgeschlagene Ausgestaltungsmöglichkeit der pulsbreitenmodulierten Ansteuerung der Ventile der Arbeitszylinder des druckmittelbetriebenen Drehantriebes. Hieran wird der Begriff der pulsbreitenmodulierten Ansteuerung der Ventile klar. Läßt man zunächst einmal das eigentlich vorgeschlagene Verfahren außer Betracht und widmet sich nur der Ausgestaltung der pulbsbreitenmodulierten Ansteuerung eines der Arbeitszylinder des Drehantriebes für sich, so ergibt sich das in Fig. 1 dargestellte Schema. Die obere Bildhälfte zeigt in Abhängigkeit der Schaltzustände die Durchflüsse der einzelnen Ventile. Im mittleren Teil des Bildes sind die Schaltzustände der Ventile in Abhängigkeit von der Sollwertabweichung des Arbeitskolbens dargestellt. Ist nun der Arbeitskolben außerhalb der vorgegebenen Toleranzbreite, die hier als Sollwertfenster dargestellt ist, z. B. im Bereich der linken Bildhälfte, so wird das entsprechende Ventil über einen zunächst großen Taktbereich angesteuert, wodurch ein großer Durchfluß gegeben ist. Der Arbeitskolben verfährt nun in Richtung der Sollage. Eine weitere Überprüfung der Abweichung vom Sollwert bzw. von der Sollage ergibt nun einen weiteren Schaltpuls, der jedoch schon kürzer ist als der vorherige, da die Abweichung vom Sollwert auch entsprechend kleiner geworden ist. Nach Beendigung dieses zweiten Schaltpulses erfolgt wieder ein kurzes Aussetzen des Druckmitteldurchflusses, worauf ein weiterer Schaltpuls folgt, der nun aufgrund der noch kleiner gewordenen Sollwertabweichung auch kürzer als der vorherige ist. Je näher der Arbeitskolben seiner Sollage bzw. der Toleranzbreite um die Sollage kommt, werden die Schaltpulse sukzessive kürzer und die dazwischen liegenden Pausen werden sukzessive größer. Die Schaltfrequenz ist dabei so angelegt, daß der Arbeitskolben beim geregelten Anfahren in die Sollage quasi kontinuierlich und stetig verfährt. Wesentlich ist dabei, daß die Schaltfrequenz so hoch, d. h. größer als jedwede Resonanzfrequenz ist, daß die mechanischen Elemente des Drehantriebes zu träge sind um dadurch ein Vibrieren des Antriebes zu verursachen. Fig. 1 explains the procedural proposed design option of pulse-width-modulated control of the valves of the working cylinder of the pressure medium-operated rotary drive. The term pulse-width modulated control of the valves becomes clear here. If the method actually proposed is initially disregarded and only the configuration of the powder-width-modulated control of one of the working cylinders of the rotary drive is dedicated, the diagram shown in FIG. 1 results. The upper half of the figure shows the flow of the individual valves depending on the switching states. In the middle part of the picture, the switching states of the valves are shown depending on the setpoint deviation of the working piston. If the working piston is now outside the specified tolerance range, which is shown here as the setpoint window, e.g. B. in the area of the left half of the figure, the corresponding valve is actuated over an initially large cycle range, whereby a large flow is given. The working piston now moves in the direction of the target position. A further check of the deviation from the target value or from the target position now results in a further switching pulse, which, however, is already shorter than the previous one, since the deviation from the target value has also become correspondingly smaller. After this second switching pulse has ended, there is again a brief interruption of the pressure medium flow, which is followed by a further switching pulse, which is now also shorter than the previous one due to the still smaller setpoint deviation. The closer the working piston comes to its target position or the tolerance range around the target position, the switching pulses gradually become shorter and the pauses in between successively increase. The switching frequency is designed so that the working piston moves almost continuously and steadily during the controlled approach to the target position. It is essential that the switching frequency is so high, ie greater than any resonance frequency, that the mechanical elements of the rotary drive are too slow to cause the drive to vibrate.

Die technischen Maßnahmen zum Erstellen einer geeigneten Regelstrecke, die zu einer Ansteuerung der Ventile gemäß Fig. 1 führen, sind durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren gegeben. Dabei werden die Arbeitskolbenpositionen selbst gemessen und einer Regeleinrichtung als Positions-Ist-Werte zugeführt. Die Messung der Arbeitskolbenposition selbst macht den Zeitpunkt zu dem der Arbeitsflächen mit Druckmittel zu beaufschlagen bzw. vom Druckmittel zu entlüften ist, optimaler bestimmbar. Die bisher bekannte Verfahrensweise erfaßte die Drehposition der Welle, wodurch jedoch beispielsweise durch Lagerspiele die genaue Arbeitskolbenposition nicht bestimmbar war. Beim vorliegenden erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren werden die Positions-Ist-Werte der Arbeitskolben selbst erfaßt und mit jeweils einem vom Produkt aus Winkelgeschwindigkeit und Zeit sinusförmig abhängigen Positions-Soll-Wert verglichen. Hierbei wird in vorteilhafter Weise ausgenutzt, daß die Projektion der Drehbewegung der Welle des Drehantriebes auf die Kolbenbewegung eine von der Zeit sinusförmig abhängige Auf- und Abbewegung des Arbeitskolbens ergibt. Über den Vergleich des Istwertverlaufes mit dem sinusförmigen Sollwertverlauf lassen sich aus der Abweichung jeweils die Stellsignale bilden und dem jeweiligen Ventil zur Regelung des Druckmittelflusses in der in Fig. 1 dargestellten Weise zuführen. The technical measures for creating a suitable controlled system, which lead to activation of the valves according to FIG. 1, are provided by the method proposed according to the invention. The working piston positions are measured themselves and fed to a control device as actual position values. The measurement of the working piston position itself makes it easier to determine the point in time at which pressure is to be applied to the working surfaces or to be vented from the pressure medium. The previously known procedure recorded the rotational position of the shaft, whereby, however, the precise working piston position could not be determined, for example, by bearing play. In the present method proposed according to the invention, the actual position values of the working pistons themselves are recorded and compared with a nominal position value depending on the product of angular velocity and time. In this case, use is advantageously made of the fact that the projection of the rotary movement of the shaft of the rotary drive onto the piston movement results in an up and down movement of the working piston which is sinusoidal over time. By comparing the actual value curve with the sinusoidal setpoint curve, the control signals can be formed from the deviation and fed to the respective valve for regulating the pressure medium flow in the manner shown in FIG. 1.

Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Drehantrieb 10 in einer Ausgestaltungsmöglichkeit, bei dem vier Arbeitszylinder 11, 12, 13, 14 derart angeordnet sind, daß sich zwei aufeinander senkrecht orientierte Bewegungsachsen a und b ergeben. Die sich jeweils direkt auf einer Achse fluchtend gegenüberliegenden Arbeitskolben sind sowohl mechanisch als auch regelungstechnisch gekoppelt. Daraus folgt dann, daß die verfahrensmäßig geforderte Maßgabe erfüllt werden kann, bei dem die Ist-Lage einer der Arbeitskolben pro Achse gemessen werden muß, wobei dann auf die Bewegung des damit gekoppelten, gegenüberliegenden Arbeitskolbens geschlossen werden kann. Die beiden, mit Positionsgebern 4, 5 versehenen Arbeitszylinder 11, 14 sind zunächst mit jeweils einer separaten Regeleinrichtung 1 und 2 versehen. Der Positionsgeber 4 des Arbeitszylinders 11 ist mit der Regeleinrichtung 1 verschaltet, wobei dann auch auf die Lage des Arbeitskolbens 17 im Arbeitszylinder 13 geschlossen wird. Die Ansteuerung der Arbeitszylinder 11 und 13 erfolgt jedoch über die Regeleinrichtung 2. Da jedoch beiden Regeleinrichtungen 1 und 2 eine Regeleinrichtung 3 hierarchisch übergeordnet ist, erfolgt zwischen den Regeleinrichtungen 1 und 2 der Informationsaustausch der Positions-Ist-Wert beider Positionsgeber 4 und 5. Die Regeleinrichtung 3 übernimmt die zeitliche Koordinierung, bei der die Regeleinrichtungen 1 und 2 entsprechende Wegeventile ansteuern. Dies erfolgt dabei so, daß eine entsprechend sauber und gut koordinierte Drehbewegung an der Welle resultiert. An der Regeleinrichtung 1 sind zwei elektrische Ausgänge 6, 7 zur Ansteuerung der Wegeventile 25 bis 28 angeordnet, wobei von jeweils einem Ausgang parallel zwei Ventile angesteuert werden, von denen eines beispielsweise zur Druckbeaufschlagung des jeweiligen Arbeitszylinders angesteuert wird und gleichzeitig das andere zur Entlüftung des gegenüberliegenden Arbeitszylinders angesteuert wird. Diese Stellsignale sind also zueinander invertiert, da die jeweils einer Achse zugeordneten Arbeitszylinder komplementär zueinander arbeiten. Dies aus dem Grund, weil bei den beiden miteinander gekoppelten Arbeitszylindern immer einer der Arbeitszylinder in der Arbeitshubphase und der entsprechend andere in der Entlüftungsphase ist. Fig. 2 shows the inventively proposed rotary drive 10 in a possible embodiment, are arranged at the four working cylinders 11, 12, 13, 14 such that two successive vertically-oriented motion axes a and b yield. The working pistons, which are directly aligned on one axis, are coupled both mechanically and in terms of control technology. It then follows that the procedural requirement can be met, in which the actual position of one of the working pistons per axis must be measured, it then being possible to conclude the movement of the opposing working piston coupled therewith. The two working cylinders 11, 14 provided with position transmitters 4, 5 are initially each provided with a separate control device 1 and 2 . The position sensor 4 of the working cylinder 11 is connected to the control device 1 , the position of the working piston 17 in the working cylinder 13 then being concluded. The actuation of the working cylinders 11 and 13 takes place via the control device 2 . However, since two control devices is a control device 3 hierarchically superordinate 1 and 2, carried out between the control devices 1 and 2, the exchange of information of the position actual value of the two position sensors 4 and 5. FIG. The control device 3 takes over the time coordination, in which the control devices 1 and 2 control corresponding directional valves. This is done in such a way that a correspondingly clean and well-coordinated rotary movement on the shaft results. On the control device 1 , two electrical outputs 6, 7 are arranged for controlling the directional control valves 25 to 28 , two valves being controlled in parallel from one output, one of which is controlled, for example, to pressurize the respective working cylinder and at the same time the other for venting the opposite one Working cylinder is controlled. These actuating signals are therefore inverted with respect to one another, since the working cylinders each assigned to an axis work complementarily to one another. This is because in the case of the two working cylinders coupled to one another, one of the working cylinders is always in the working stroke phase and the corresponding other one is in the venting phase.

Über die elektrischen Ausgänge 6, 7 der Regeleinrichtung 1 werden die Ventile 25 bis 28 angesteuert. Ist nun der Ausgang 6 der Regeleinrichtung 1 elektrisch signalführend, so werden die Ventile 26 und 28 betätigt. Dadurch wird der Druckmittelanschluß P über das Ventil 26 zu dem Zylinder 14 durchgeschaltet und mit Druckmittel beaufschlagt. Gleichzeitig erfolgt über die Betätigung des Ventils 28 eine Entlüftung des Arbeitszylinders 12, der auf der Bewegungsachse a dem Zylinder 14 gegenüberliegend angeordnet ist. Die Regeleinrichtung 2 verfügt über die beiden elektrischen Ausgänge 8 und 9 über die die Ventile 21 und 24 ansteuerbar sind. Über diese Ventile 21 bis 24 sind die beiden Arbeitszylinder 11 und 13 mit Druckmittel beaufschlagbar. Ist der Ausgang 8 der Regeleinrichtung 2 signalführend, so werden die Ventile 21 und 23 betätigt. Über das Ventil 23 erfolgt dann im betätigten Zustand das Durchschalten des Druckmittelanschlusses P in den Arbeitszylinder 13. Dementsprechend erfolgt über das betätigte Ventil 21 die Entlüftung des Arbeitszylinders 11, der auf der Bewegungsachse b dem Zylinder 13 gegenüberliegend angeordnet ist. Um nun die Arbeitszylinder in einer entsprechenden Abfolge anzusteuern, so daß sich eine Drehbewegung am Exzenter 19 bzw. an der damit gekoppelten Welle 20 ergibt, müssen die beiden Regeleinrichtungen 1 und 2 auch in entsprechend zeitlicher Abfolge zueinander angesteuert werden. Hierzu ist die hierarchisch übergeordnete Regeleinrichtung 3 so angeordnet, daß sie das Auslösen der Regelvorgänge in den Regeleinrichtungen 1 und 2 zeitlich koordiniert. Hierbei ist wesentlich, daß die beiden Achsen entsprechend der sinusförmigen Abhängigkeit vom Produkt aus Winkelgeschwindigkeit w und Zeit t angesteuert werden. Zum Ziele der kreisperiodischen Abfolge der Ansteuerung der Ventile müssen die Regeleinrichtungen 1 und 2 um pi/2 phasenversetzt angesteuert werden. Aus der Konstruktion, daß die Bewegungsachsen a und b senkrecht, d. h. 90 Grad zueinander angeordnet sind, ergibt eine Phasenversetzung bezüglich der Ansteuerung von pi/2. The valves 25 to 28 are controlled via the electrical outputs 6, 7 of the control device 1 . If output 6 of control device 1 is now electrically signal-carrying, valves 26 and 28 are actuated. As a result, the pressure medium connection P is switched through the valve 26 to the cylinder 14 and pressurized with pressure medium. At the same time, actuation of the valve 28 causes the working cylinder 12 to be vented , which is arranged on the movement axis a opposite the cylinder 14 . The control device 2 has the two electrical outputs 8 and 9 via which the valves 21 and 24 can be controlled. The two working cylinders 11 and 13 can be acted upon with pressure medium via these valves 21 to 24 . If the output 8 of the control device 2 carries the signal, the valves 21 and 23 are actuated. Via the valve 23 , the pressure medium connection P is then switched into the working cylinder 13 in the actuated state. Accordingly, via the actuated valve 21, the working cylinder 11 is vented , which is arranged on the movement axis b opposite the cylinder 13 . In order to control the working cylinders in a corresponding sequence so that there is a rotary movement on the eccentric 19 or on the shaft 20 coupled to it, the two control devices 1 and 2 must also be activated in a corresponding chronological sequence to one another. For this purpose, the hierarchically higher-level control device 3 is arranged such that it coordinates the triggering of the control processes in the control devices 1 and 2 . It is essential here that the two axes are controlled according to the sinusoidal dependence on the product of the angular velocity w and time t. To aim for the cycle-periodic sequence of the actuation of the valves, the control devices 1 and 2 have to be actuated with a phase offset of pi / 2. The construction that the movement axes a and b are arranged perpendicularly, ie 90 degrees to each other, results in a phase shift with respect to the control of pi / 2.

Diese zeitliche Koordination übernimmt die Regeleinrichtung 3. Das hießt, die Ansteuerung der Regeleinrichtung 1 erfolgt abhängig von sin(w·t) und die Ansteuerung der Regeleinrichtung 2 entsprechend abhängig von sin(w·t+pi/2). Der Ausdruck sin(w·t+pi/2) ist dabei identisch mit cos(w·t). Soll man vom Drehantrieb ein entsprechendes Geschwindigkeitsprofil abgefahren werden, d. h., daß die Geschwindigkeit bis zum Erreichen der entsprechenden Drehposition nicht konstant ist, so wird von der Regeleinrichtung 3 die entsprechende Ansteuerung für Regeleinrichtungen 1 und 2 vorgegeben und entsprechend zueinander koordiniert.This timing coordination is carried out by the control device 3 . This means that the control device 1 is controlled as a function of sin (w · t) and the control device 2 is controlled as a function of sin (w · t + pi / 2). The expression sin (w · t + pi / 2) is identical to cos (w · t). If a corresponding speed profile is to be traversed by the rotary drive, ie that the speed is not constant until the corresponding rotational position is reached, the corresponding control for control devices 1 and 2 is predetermined by the control device 3 and coordinated with one another accordingly.

Eine solche, von den Positionen der Kolben direkt abhängige Regelung führt zu einem optimaleren, dem entsprechenden Zustand des Kolbens, d. h., Arbeits- oder Entlüftungsphase besser koordinierten Ansteuerung. Mit anderen Worten, es wird so vermieden, daß ein Arbeitszylinder beispielsweise schon vor Erreichen des Umkehrpunktes zwischen Entlüftungs- und Arbeitsphase schon mit Druckmittel beaufschlagt wird und somit Schläge in der Kontinuität des Bewegungsablaufes entstehen.Such a regulation, which is directly dependent on the positions of the pistons leads to a more optimal, the corresponding state of the piston, d. i.e., work or ventilation phase better coordinated control. In other words, it prevents a working cylinder for example, before the reversal point between Venting and work phase is already pressurized and thus strikes occur in the continuity of the movement.

Alternativlösungen unter Verwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens und Drehantriebes sind in der Form möglich, daß beispielsweise die Kolben axial orientiert sind und auf eine Taumelscheibe einwirken. Eine weitere Möglichkeit wäre, die ganze Zylinderanordnung nach dem Prinzip eines Reihenmotors oder eines Kurbeltriebes aufzubauen. Bei einer weiteren Möglichkeit des Einsatzes einer Kurvenscheibe wäre diese gegen den Exzenter des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Drehantriebes zu tauschen. Wichtig ist bei allen Lösungen, daß die Zylinder so wirken, daß die Totpunkte, die bei jedem einzelnen Zylinder bzw. Arbeitskolben entstehen, durch das Zusammenwirken aller Arbeitszylinder überwunden werden und die Zylinder dementsprechend in geeigneter Form an der Taumelscheibe der Kurbel oder der Kurvenscheibe angreifen.Alternative solutions using the proposed according to the invention Process and rotary drive are possible in the form that for example, the pistons are axially oriented and on a Work in swashplate. Another option would be the whole Cylinder arrangement according to the principle of an in-line engine or one Build crank drive. With another possibility of use a cam would be against the eccentric of the invention to replace the proposed rotary drive. It is important for everyone Solutions that the cylinders act so that the dead centers at each individual cylinders or working pistons are created by the Interaction of all working cylinders and cylinders are overcome accordingly in a suitable form on the swashplate of the crank or attack the cam.

Claims

1. A method for operating a pressure medium-operated rotary drive with a shaft that is operatively connected to working cylinders, in which the working cylinders are pressurized with pressure medium via directional valves in a cycle-cycle sequence in the working stroke phase and vented in the reset phase, characterized in that the positions of the working pistons ( 15, 16, 17, 18 ) measured by at least two of the working cylinders ( 11, 12, 13, 14 ), fed to a control device ( 1, 2, 3 ) as actual position values and each with a sinusoidal dependence on the product of the angular velocity and time Position target value are compared and that from the deviation of the respective actual position value from the target position value, a control signal is formed and fed to the respective directional control valve for regulating the pressure medium flow.

2. A method of operating a pressure medium-operated rotary drive according to claim 1, characterized in that the directional control valves ( 21-24 and 25-28 ) to be controlled in a circular-periodic sequence are controlled in a pulse-width-modulated manner.

3. A method of operating a pressure medium-operated rotary drive according to claims 1 and 2, characterized in that in the arrangement of four working cylinders ( 11, 12, 13, 14 ), with two opposing each other on a common axis and acting opposite to each other, the Position of only one working piston ( 15, 18 ) per axis is measured.

4. A method for operating a pressure medium-operated rotary drive according to claim 3, characterized in that from the position measured by a working piston ( 15, 18 ) per axis in the control device ( 1, 2, 3 ) mutually inverse control signals for two, the two Directional valves ( 21-24 or 25-28 ) assigned to working cylinders ( 11, 13 or 12, 14 ) lying on an axis can be determined.

5. Pressure medium-operated rotary actuator for performing the method according to claim 1, with radially arranged around a shaft, with this via an eccentric working cylinders, each of which can be acted upon by at least one directional control valve per working cylinder in a periodic sequence with pressure medium and in a corresponding phase-shifted sequence from the pressure medium can be relieved,
that four working cylinders ( 11, 12, 13, 14 ) are arranged in such a way that two each face each other in alignment on a common axis (a or b) and one axis (a) is rotated by 90 ° to the other axis (b) is
that one working cylinder ( 11, 14 ) per axis is provided with a position sensor ( 4, 5 ) measuring the piston movement,
that the working cylinders of each axis (a, b) are assigned their own control device ( 1, 2 ) for controlling the associated directional control valves ( 21-24 or 25-28 ) and that both control devices ( 1, 2 ) by a hierarchically higher control device ( 3 ) can be controlled in a phase-shifted sequence.

6. Pressure medium operated rotary drive according to claim 5, characterized in that the opposing working pistons ( 15, 17 or 16, 18 ) of an axis (a, b) are mechanically coupled to one another.

7. Pressure medium operated rotary drive according to one of claims 5 or 6, characterized in that the eccentric ( 19 ) consists of a support ring on which the working piston ( 15-18 ) of the working cylinder ( 11-14 ) lie loosely and that the shaft ( 20th ) of the support ring rotating eccentrically about the same via correspondingly interlocking toothing means.

8. Pressure medium-operated rotary drive according to one of claims 5 to 7, characterized in that for each working cylinder ( 11-14 ) in each case one directional control valve ( 22, 23, 26, 27 ) for pressurizing the pressure medium and in each case one directional control valve ( 21, 24, connected on the output side) 25, 28 ) is provided for pressure medium ventilation.

9. Pressure medium-operated rotary drive according to one of claims 5 to 8, characterized in that the directional control valves ( 21-28 ) are designed as continuous valves in the form of two / two-way valves with magnetic control.

10. Pressure medium-operated rotary drive according to claim 9, characterized in that each control device ( 1, 2 ) for controlling the directional control valves ( 21-28 ) is provided with two control outputs ( 6, 7 and 8, 9 ), via each of which a pressure medium is applied and, in parallel, a directional control valve which switches to pressure medium venting can be actuated.