DE68906711T2 - Hydraulisches hilfskraftverstellmotor-system. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiete der Hilfskraftverstellvorrichtungen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine hydraulische Hilfskraftverstellvorrichtung vernderlichen Hubes.
• Herkmmliche hydraulische Servomotoren sind bekannt, bei denen ein Drehzylinder eine in einer Umfangsreihe angeordnete Mehrzahl von Axialbohrungen begrenzt, von denen eine jede einen aus einer gleichen Mehrzahl von Kolbenelementen hin- und hergehend aufnimmt. Die Kolbenelemente werden so angetrieben, daß sie in den Bohrungen auf Grund ihres Zusammenwirkens mit einer veränderlich angewinkelten Taumelscheibe bei Drehung des Zylinders hin- und hergehen. Durch Veränderung der Winkellage der Taumelscheibe kann der Hub des hydraulischen Servomotors verändert werden.
• Auf dem Gebiete der Raum- und Luftfahrttechnik ist es herkömmlich, eine Bewegung aerodynamischer Steuerflächen durch Verwendung hydraulischer Hilfskraftversteller mit festem Hube auszuführen. Der Hub dieser Motoren wird derart gewählt, daß er den Anforderungen des Anzugdrehmomentes unter maximalen aerodynamischen oder Spitzenlastbedingungen entspricht. Während des Betriebes unter geringerer als der Spitzenlast bedeutet der Strömungsbedarf des Stellers mit festem Hub einen Überschuß gegenüber dem, was durch die aerodynamische Belastung erforderlich ist. Somit wird dem Hydrauliksystem des Luftfahrzeuges eine unnötige Bürde hinsichtlich der Zufuhr eines Volumens an Druckfluid auferlegt.
• Während bisher erkannt wurde, daß hydraulische Hilfskraftversteller mit variablem Hub die Vorteile eines verminderten Verbrauches an unter Druck stehendem Hydraulikfluid während den Zeitperioden eines unter der Spitze liegenden Betriebes bieten, so ist ihre Verwendung bisher auf Grund von Mängeln der herkömmlichen Steuerlehren mit Servomotoren im Hinblick auf die Anwendung im Bereiche der Raum- und Luftfahrttechnik ausgeschlossen worden. Mit anderen Worten verlangt der Anwendungsbereich für die Raum- und Luftfahrttechnik einen hydraulischen Servomotor und ein System, das im wesentlichen vom veränderlichen Druck unbeeinträchtigt ist, dem ein Hydraulikreservoir eines Luftfahrzeuges ausgesetzt ist. Auch stellen gewisse von den aerodynamischen Steuerflächen eines Luftfahrzeuges ein einmalig herausforderndes Problem an den Konstrukteur eines hydraulischen Servosystems mit veränderlichem Hub dar. Und zwar kann die Steuerfläche eines Luftfahrzeuges, oder das Lastglied für das Servosystem, eine Last gleichmäßigen oder veränderlichen Widerstandes darstellen. Die Last kann während einiger Steuerbewegungen oder unter gewissen Manöverbedingungen eines Flugzeugfluges vom Widerstand bis zur Unterstützung und umgekehrt wechseln. Unter all diesen variierenden Bedingungen muß der Hub des Servomotors gesteuert werden, um die Bewegung der Widerstand leistenden Lasten mit gewünschter Geschwindigkeit bei minimalem Fluidverbrauch durchzuführen. Der Hub des Servomotors muß so gesteuert werden, daß die Erfordernisse des Anzugdrehmomentes der verschieden widerstehenden Last ohne überschüssigen Verbrauches an Fluidvolumen gegenüber demjenigen erfüllt werden, der für das Bewegen der Last erforderlich ist. Auch dürfen keine Bedingungen unterstützender Last gestattet werden, um nicht eine Weglaufbewegung der Steuerfläche zu verursachen. Unter diesen Bedingungen einer unterstützenden Last muß der Servomotor als Pumpe funktionieren, um wie eine Bremse zu wirken und dabei die Bewegung der Steuerfläche zu kontrollieren. Die Bremswirkung darf jedoch nicht übermäßig oder unkontrolliert in ihrer Wirkung sein. Der Übergang vom Antreiben einer Widerstand bietenden Last zum Bremsen einer unterstützenden Last darf nicht so langsam sein, daß er eine Weglaufbewegung der Steuerfläche gestattet, oder so plötzlich, daß er ein schlagartiges Bremsen ergibt.
• Alle obigen Überlegungen haben bisher gegen die Anwendung von hydraulischen Servomotoren mit veränderlichem Hub gesprochen, um eine Bewegung der Flugsteuerflächen eines Luftfahrzeuges zu bewirken.
• Die GB-A-2117932 offenbart eine Antriebseinheit. die beispielsweise dazu geeignet ist, einen Schubumkehrer eines Flugtriebwerkes zu betreiben. Ein hydraulischer Drehmotor besitzt eine Anzahl von Kolben und wird von einer Taumelscheibe gesteuert, die selbst mit einem Steuerarm verbunden und über eine Kugelverbindung durch einen Kolben bewegt wird. Der Kolben ist dem hydraulischen Druck von einem solenoidbetriebenen Servoventil ausgesetzt und wird durch ein Signaladdiernetz gesteuert. Die die Eingangsbefehle anzeigenden Signale, die Lage der Ausgangswelle des Motors, die Geschwindigkeit der Ausgangswelle und die Lage der Taumelscheibe werden vom Signaladdiernetz addiert, so daß der Hub des Motors der an die Antriebseinheit angelegten Last entspricht.
• Die vorliegende Erfindung schafft eine hydraulische Servovorrichtung veränderlichen Hubes, bei der das Hubsteuerelement des Motors nachgiebig in eine Lage minimalen Hubes belastet ist. Ein Paar gegensinnig wirkender Kolben wirken auf das Hubsteuerelement ein. Die Kolben stehen unter der Steuerung eines auf eine Druckdifferenz ansprechenden Wechselventiles und eines auf eine Druckdifferenz ansprechenden Dosierventiles, die mit den Motormündungen verbunden sind, so daß die Fluiddruckdifferenz am Motor zu einem entsprechenden Steuerdruck führt, der dahingehend wirkt, das Hubsteuerelement gegen die Lage maximalen Hubes zu drücken. Dies erfolgt, gleichgültig ob der Motor eine Widerstand bietende Last antreibt oder als Pumpe von einer unterstützenden Last getrieben wird. Die Richtung des Motorbetriebes steht ausschließlich unter der Steuerung eines Richtungssteuerventiles. Das Paar Kolben befindet sich ebenfalls im Gleichgewicht, da beide dem inneren Gehäusedruck des Motors ausgesetzt sind, so daß Veränderungen des Gehäusedruckes keinen Wechsel der Hubsteuerfunktion des Motors verursachen. Veränderungen des Motorgehäusedruckes können aus Veränderungen des Druckes im Reservoir des Hydrauliksystemes herrühren, wenn sich die Flughöhe verändert.
• Das Hilfskraftsystem weist eine Strömungssteuereinrichtung auf, die auf die Rückleitung vom Motor einwirkt, um die Rückströmung des Fluides in Abhängigkeit von dem Volumenstromratenniveau dieser Strömung zu drosseln. Der Fluidrückfluß vom Motor wird nach und nach so lange gedrosselt, als sich seine Volumenstromrate unterhalb eines gewählten Niveaus befindet. Sobald die Volumenstromrate des rückgeführten Fluides das gewählte Niveau erreicht, was anzeigt, daß der Servomotor von einer unterstützenden Last getrieben wird, wird der Strom mit einer rasch ansteigenden Funktion des Fluidströmungsvolumens gedrosselt. Somit wirkt eine sehr effektive Lastbremsfunktion auf das Rückflußvolumen des das gewählte Niveau erreichenden Fluides ein.
• Während des Betriebes des Hilfskraftsystemes mit einer unterstützenden Last funktioniert der Servomotor als Pumpe, die die Fluidrückleitung unter Druck setzt, die von der Strömungssteuereinrichtung gedrosselt wird. Die Hubsteuerfunktion des Servomotors bleibt für das Hubsteuerelement gegen die Minimalhubstellung hin belastet. Falls jedoch kein ausreichendes Bremsdrehmoment durch den Servomotor geliefert wird, wird die Hubsteuerfunktion wirksam, um den Motorhub zu vergrößern und so das Bremsdrehmoment zu erhöhen.
• Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Servomotor vom Taumelscheibentyp mit Axialkolben und weist ein Paar von Fluidströmungsmündungen auf. Die Taumelscheibe, oder das Hubsteuerelement, wird nachgiebig gegen eine Minimalhublage hin belastet. Ein erstes Kolbenelement ist an einer Seite dem inneren Drucke des Motorgehäuses ausgesetzt und an der anderen Seite einem höheren, dosierten Steuerdruck von einem Dosierventil. Der erste Kolben drückt die Taumelscheibe entgegen der nachgiebigen Belastung daran gegen eine Lage vergrößerten oder maximalen Hubes. Ein zweiter Kolben bewirkt ebenfalls eine Bewegung der Taumelscheibe und ist dem inneren Drucke des Motorgehäuses und dem niedrigeren oder Fluidrückflußdruck vom Motor ausgesetzt. Der zweite Kolben ist so angeordnet, daß er die nachgiebige Belastung beim Drücken der Taumelscheibe gegen die Minimalhublage unterstützt. Ein auf eine Druckdifferenz ansprechender Ventilspulenkörper schafft eine Verbindung des höheren oder Zustromdruckes und des niedrigeren oder Fluidrückflußdruckes zum Dosierventil bzw. dem zweiten Kolben, wie oben beschrieben. Das auf eine Druckdifferenz ansprechende Dosierventil steuert die Strömung des Eingangsdruckfluides zum ersten Kolben, so daß ein Paar unwirksamer Hubsteuerbereiche zu beiden Seiten eines Proportionalsteuerbereiches geschaffen wird. Im Proportionalsteuerbereich geht der Motorhub zunehmend zwischen den Minimal- und Maximalwerten über. Ein Richtungssteuerventil ist dazu vorgesehen, um die Drehrichtung des Motors zu wählen, indem Druckfluid einer Motormündung zugeführt und Rückflußfluid von der anderen Motormündung empfangen wird. Eine Strömungssteuereinrichtung ist in der Fluidrückflußleitung dazu vorgesehen, um während des Betriebes des Hilfskraftmotorsystems mit unterstützender Last eine Motorbremsfunktion zu schaffen.
• Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines hydraulischen Hilfskraftverstellmotor-Systemes, das während des Betriebes mit von der Spitzenlast abweichender Belastung beträchtlich weniger hydraulisches Druckfluid verbraucht, als es ein Servomotor mit festem Hube und demselben Anzugdrehmomente täte.
• Ein zusätzlicher Vorteil ist die Schaffung eines hydraulischen Hilfskraftverstellmotors, der während des Betriebes mit Spitzenlast dazu fähig ist, ein Anzugdrehmoment zu schaffen, das in günstiger Weise jenem eines Servomotors mit festem Hube vergleichbar ist.
• Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist die Schaffung eines hydraulischen Hilfskraftverstellmotor-Systemes, bei dem die Bewegung der Last durch den Servomotor mit automatischem Übergange zwischen Lastantrieb und Lastbremsung erfolgt, wie es zur Steuerung der Lastgeschwindigkeit erforderlich ist.
• Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines hydraulischen Hilfskraftverstellmotor- Systemes, bei dem die Betriebsrichtung des Servomotors unter der ausschließlichen Steuerung eines einfachen Richtungssteuerventiles steht, wobei die Hubsteuerung und der Funktionsübergang zwischen Lastantrieb und Lastbremsung automatisch durch das Servosystem erfolgt.
• Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung eines einzigen bevorzugten Ausführungsbeispieles zusammen mit den beigefügten Zeichnungsfiguren ersichtlich, worin:
• FIG. 1 schematisch ein die vorliegende Erfindung beinhaltendes Hilfskraftsystem zeigt, wovon Komponententeile zum leichteren Verständnis teilweise im Querschnitt oder symbolisch dargestellt sind;
• FIG. 2 eine Längsschnittansicht eines Servomotorteiles des Hilfskraftsystemes der FIG. 1 zeigt, wobei Teile desselben zum leichteren Verständnis ebenfalls schematisch dargestellt sind;
• FIG. 3 eine fragmentarische Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 der FIG. 2 zeigt; und
• FIG. 4 eine graphische Darstellung einer Strömungs/Druckabfallcharakteristik einer Komponente des in FIG. 1 abgebildeten Hilfskraftsystemes zeigt.
• FIG. 1 zeigt schematisch ein hydraulisches Hilfskraftverstellmotor-System (10) mit veränderlichem Hube, das die vorliegende Erfindung beinhaltet. Das System (10) weist einen hydraulischen Zweirichtungsmotor (12) mit veränderlichem Hube auf, der vom Taumelscheibentyp ist. Der Motor (12) besitzt eine Drehwelle (14), durch welche das Ausgangs- und Bremsdrehmoment des Motors mit einem beweglichen Lastorgan (nicht dargestellt) verbunden werden kann. Es ist wichtig, zu verstehen, daß das Lastorgan, an das die Welle (14) angeschlossen ist, entweder ihrer Bewegung durch das hydraulische Hilfskraftverstellmotor- System (10) widerstehen oder sie unterstützen kann. Ein Zylinderorgan (16) wird an der Welle (14) getragen und ist mit ihr für einen Antrieb verbunden. Das Zylinderorgan (16) begrenzt eine Mehrzahl von in einer Umfangslinie angeordneten und sich axial erstreckenden Bohrungen (18) (bei Betrachtung der FIG. 1 nicht sichtbar). Eine Mehrzahl von Kolbenelementen (20) werden in der Mehrzahl von Bohrungen (18) des Zylinderorganes (16) unter Abdichtung hin- und hergehend aufgenommen. Die Kolbenelemente (20) erstrecken sich aus dem Zylinderorgan (16), um an einem winkelveränderlich angeordneten Taumelscheibenorgan (22) beweglich anzuliegen. Als Ergebnis der Winkelanordnung des Taumelscheibenorganes (22) werden die Kolbenelemente so angetrieben, daß sie in den Bohrungen (18) in Abhängigkeit von der Drehung der Welle (14) und des Zylinderorganes (16) hin- und hergehen. Das Taumelscheibenorgan (22) wird vom Motor (12) zur Bewegung um eine, allgemein mit der Ziffer (24) bezeichneten Schwenkachse schwenkbar getragen. Es sei bemerkt, daß die Länge der Hin- und Herbewegung der Mehrzahl von Kolben elementen (20) und der Hub des Motors (10) bei der Drehung des Zylinderorganes (16) durch die schwenkbare Neueinstellung der Winkellage des Taumelscheibenorganes (22) wahlweise veränderlich ist.
• Ferner ist es verständlich, daß sich die Mehrzahl von Bohrungen (18) an ihrem dem Taumelscheibenorgan (22) entgegengesetzten Ende einer herkömmlichen (nicht dargestellten) Umschalteinrichtung für die Fluidströmung öffnet, so daß die Fluidströmung zu und von der Mehrzahl von Bohrungen (18) in einem Paar von Leitungen (26) und (28) in jeder dieser Leitungen in einer Richtung verläuft und von der Drehrichtung der Welle (14 und des Zylinders (16) abhängt. Die Leitungen (26) und (28) öffnen sich jeweils an Mündungen (30) und (32) an der Pumpe (12).
• Um eine Fluidströmung zum Motor (12) zu schaffen und von diesem das rückfließende Fluid aufzunehmen, weist das Servosystem (10) eine Quelle (34) mit einer Pumpe (36) auf, die das Fluid aus einem Reservoir (38) erhält und dieses Fluid unter Druck über eine Leitung (40) liefert. Die Quelle (34) ist auch dazu ausgebildet, durch die sich in das Reservoir (38) öffnenden Leitungen (42) und (44) rückgeleitetes Fluid aufzunehmen. Das Reservoir (38) wird auf einem relativ geringen Überdruck gegenüber der Umgebung gehalten. Dieser Reservoirdruck liegt beträchtlich unterhalb des durch die Pumpe (36) gelieferten Systemdruckes.
• Das Servosystem (10) weist auch ein allgemein mit der Ziffer (46) bezeichnetes Richtungssteuerventil auf. Das Steuerventil (46) besitzt ein eine Bohrung (50) begrenzendes Gehäuse (48), worin ein Ventilspulenkörper (52) gleitbar und abgedichtet aufgenommen ist. Die Leitung (40) steht mit einer Ringkammer (54) rund um den Ventilspulenkörper (52) an einem mittig vorstehenden Teil (56) desselben in Verbindung. In einem Abstande von der Ringkammer (54) und dem vorstehenden Teil (56) befindet sich an einander gegenüberliegenden Seiten desselben ein Paar von Ringkammern (58) und (60), die jeweils mit den Mündungen (30) und (32) und den Leitungen (26) und (28) über ein jeweiliges Paar von Rückschlagventilen (62) und (64) und ein Paar von Strömungssteuereinrichtungen (66) und (68) in Verbindung stehen. Jede der Strömungssteuereinrichtungen (66) und (68) weist auch jeweilige Rückschlagventile (70) und (72) auf. Vom mittigen vorspringenden Teil (56) in einem weiteren Abstand weist das Strömungssteuerventil (52) ein Paar von Endvorsprüngen (74) bzw. (76) auf, die auf ein Paar von Ringkammern (78) und (80) ausgerichtet sind. Jede der Ringkammern (78) und (80) steht mit der Rückflußleitung (44) in Verbindung, die sich zum Reservoir (38) hin öffnet.
• Um unter Druck stehendes Fluid aus der Quelle (34) über die Leitung (40) einer der Leitungen (26) und (28) des Motors (12) zur Verfügung zu stellen, ist der Ventilspulenkörper (52) des Richtungssteuerventiles (46) aus der dargestellten Mittelposition durch einen Hebel (82) nach rechts oder nach links bewegbar. Wenn beispielshalber der Spulenventilkörper (52) aus seiner dargestellten Mittelposition nach rechts bewegt wird, wird die Leitung (40) über die Kammern (54) und (60) und das Rückschlagventil (64) mit der Leitung (28) verbunden. Daher muß das vom Motor (12) über die Leitung (26) rückfließende Fluid auf seinem Wege zur Kammer (58) durch das Rückschlagventil (70) und durch die Strömungssteuereinrichtung (66) fließen. Als Ergebnis des ebenfalls nach rechts bewegten Vorsprunges (74) wird die Kammer (58) mit der Kammer (78) verbunden, und das Fluid kann von da zur Rückflußleitung (44) und sodann zum Reservoir (38) strömen.
• Es ist ersichtlich, daß der Motor (12) auch ein Paar von entgegengesetzt wirkenden Kolbenelementen (84) und (86) besitzt, die in jeweiligen, vom Gehäuse (92) des Motors (12) begrenzten Bohrungen (88) und (90) abgedichtet und hin- und hergehend aufgenommen sind. Eine Schraubendruckfeder (94) erstreckt sich zwischen dem Gehäuse der Pumpe (12) und einem vom Kolben (84) getragenen Federanschlag (96), um das Taumelscheibenelement (22) nachgiebig gegen eine Position minimalen Hubes hin zu belasten. Jeder der Kolben (84) und (86) spricht auf den Fluiddruck an, dem er in einer jeweiligen Kammer an seinem rechten Ende ausgesetzt ist, in welcher ein aufnehmbarer Fluiddruck herrscht, und demjenigen, dem er an seinem linken Ende innerhalb eines Hohlraumes (98) innerhalb des Motors (12) ausgesetzt ist. Die Leitung (42) verbindet den Hohlraum (98) mit dem Reservoir (38).
• Das Hilfskraftverstellmotor-System (10) weist auch eine allgemein mit der Ziffer (100) bezeichnete bistabile Ventileinrichtung auf. Die Ventileinrichtung (100) besitzt ein Gehäuse (102), das darin eine längliche Bohrung (104) begrenzt. Innerhalb der Bohrung (104) ist ein längliches Spulenventilglied (106) gleitbar und abgedichtet aufgenommen. Das Spulenventil wirkt mit dem Gehäuse (102) zur Begrenzung eines Paares von Kammern (108) und (110) veränderlichen Volumens an einander gegenüberliegenden Enden des Spulenventilgliedes zusammen. Ein Zweigdurchlaß (112) von der Leitung (26) verbindet mit der Kammer (108), wogegen ein Zweigdurchlaß (114) von der Leitung (28) mit der Kammer (110) verbindet. Somit ist verständlich, daß das Spulenventilglied (106) zwischen je einer von zwei möglichen Positionen an einander gegenüberliegenden Enden der Bohrung (104), je nach der Richtung der zwischen den Leitungen (26) und (28) des Motors (12) existierenden Fluiddruckdifferenz bewegbar ist. Beispielshalber ist das Spulenventilglied (106) in seiner linken Position abgebildet, in der die Leitung (26) einen niedrigeren Fluiddruck hat als die Leitung (28). Daher verbindet der allgemein mit der Ziffer (116) bezeichnete Strömungsweg die Leitung (26) über den Durchlaß (112) mit einer mit dem Kolbenelement (84) verbundenen Leitung (118). Anderseits ist die Leitung (28) höheren Druckes über den Durchlaß (114) und den Strömungsweg (116) des bistabilen Ventiles (100) mit einem Durchlaß (120) verbunden, der zu einem auf eine Druckdifferenz ansprechenden Dosierventil (122) und danach zum Kolben (86) des Motororganes (12) führt. Wenn sich die Richtung der Druckdifferenz zwischen den Leitungen (26) und (28) umkehrt, wird sich das Ventilglied (106) nach rechts verschieben, so daß der niedrigere Druck noch dem Kolben (84) mitgeteilt wird, wogegen der höhere Druck mit dem Dosierventil (122) und dem Kolben (86) in Verbindung steht.
• Das im Durchlasse (120) zwischen dem bistabilen Ventil (100) und dem Kolben (86) des Motors (12) angeordnete Dosierventil (122) weist ein eine abgestufte Bohrung (126) darin begrenzendes Gehäuse (124) auf, in der ein abgestuftes Ventilglied (128) aufgenommen ist. Eine Feder (130) belastet das Ventilglied (128) in eine erste Lage, in der die Verbindung zwischen dem stromaufwärts gelegenen, vom bistabilen Ventil (100) wegführenden Abschnitt des Durchlasses (120) und dem stromabwärts gelegenen, zum Kolbenelement (86) führenden Abschnitt des Durchlasses (120) geschlossen ist. Das auf eine Druckdifferenz ansprechende Dosierventil (122) hat über einen Durchlaß (132) auch Verbindung mit dem Durchlasse (118), so daß der Abschnitt (134) größeren Durchmessers der abgestuften Bohrung (126) mit dem niedrigeren der an den Leitungen (26) und (28) existierenden Fluiddrücke verbunden ist.
• Nachdem nun in einem Überblick die Konstruktion des Servo-Systems (10) beobachtet wurde, kann nun die Aufmerksamkeit ihrem Betrieb zugewandt werden. Während des Betriebes des Servo-Systemes (10) zieht die Pumpe (36) Fluid aus dem Reservoir (38) ab und liefert dieses Fluid, nachdem es unter Druck gesetzt ist, an die Leitung (40). Die Richtung des Betriebes des Servomotors (12) ist durch Bewegen des Hebels (82) zum Verschieben des Spulenventilkörpers (52) aus seiner in FIG. 1 abgebildeten Mittellage entweder nach rechts oder nach links wählbar. Beispielshalber kann der Spulenventilkörper (52) aus seiner Mittellage, wie abgebildet, nach rechts verschoben werden, so daß die Leitung (40) mit der Mündung (32) und der Leitung (28) des Servomotors (12) verbunden ist, um dadurch Druckfluid den Bohrungen (18) innerhalb des Zylinderorganes (16) zuzuführen. Diese Zufuhr an Druckfluid führt zu einer Drehung des Zylinderorganes (16) und der Welle (14) in einer gewählten Drehrichtung und zu einem Rückflusse des Fluides relativ niedrigen Druckes über die Leitung (26) zum Richtungssteuerventil (46). Der Fluidrückfluß wird auf seinem Wege zum Reservoir (38) über die Leitung (44) durch das Rückschlagventil (70) und die Strömungssteuereinrichtung (66) laufen.
• Falls der Servomotor (12) eine Widerstand bietende Last antreibt, wird das von der Pumpe (36) und der Leitung (28) gelieferte Fluid einen höheren Druck besitzen als das rückfließende Fluid in der Leitung (26). Es wird nämlich über den Servomotor (12) eine Druckdifferenz existieren. Daher wird sich das Wechselventil (100) in seiner Linken Stellung, wie in FIG. 1 abgebildet, befinden. Es ist ersichtlich, daß in der dargestellten Lage des Wechselventiles (100) die Leitung (26) mit dem Durchlasse (118) und dem Kolbenelement (84) in Verbindung steht. Daher unterstützt der auf das Kolbenelement (84) wirkende relativ niedrigere Druck des rückfließenden Fluides die Feder (94) beim Belasten des Taumelscheibenorganes (22) gegen ihre Lage geringeren Hubes hin.
• So lange das zum Antreiben des Lastgliedes erforderliche Widerstandsdrehmoment unterhalb eines gewissen Wertes liegt, bleibt die Druckdifferenz zwischen den Leitungen (26) und (28) unterhalb eines gewählten Niveaus. Im Falle, daß das Widerstandsdrehmoment den gewissen Wert jedoch überschreitet, wird die Druckdifferenz über den Servomotor (12), wie sie an den Leitungen (26) und (28) auftritt, den gewissen Wert erreichen und vielleicht sogar überschreiten. Diese Fluiddruckdifferenz über den Servomotor (12) wird durch seine Verbindung im Durchlasse (120) und die Verbindung des Bohrungsabschnittes (134) größeren Durchmessers mit der Leitung (118) über den Zweigdurchlaß (132) auch an das auf den Differenzdruck ansprechende Dosierventil (122) gelegt. Wenn daher der Differenzdruck über den Servomotor (12) den gewissen Wert erreicht, wird das abgestufte Ventilglied (128) des auf eine Druckdifferenz ansprechenden Dosierventiles (122) abwärts gedrückt, um die Verbindung durch den Durchlaß (120) zum Kolbenelement (86) zu öffnen.
• Die Verbindung des relativ höheren Fluiddruckes mit dem Kolbenelement (86) veranlaßt diesen Kolben, das Taumelscheibenorgan gegen eine Lage größerer Anwinkelung bezüglich der Welle (14) und des Zylinders (16) zu treiben, um dadurch den Hub pro Umdrehung des Servomotors (12) zu vergrößern. Diese Neueinstellung des Winkels des Taumelscheibenorganes (22) findet entgegen der durch die Feder (94) vorgesehenen Belastung und dem durch das Kolbenelement (84) in Abhängigkeit von dem ihm mitgeteilten relativ niedrigeren Fluiddruck ausgeübten Drucke statt. Der vergrößerte Hub des Servomotors (12) veranlaßt ihn, ein erhöhtes Antriebsdrehmoment zur Belieferung der Last zu erzeugen. Der Hub des Servomotors (12) wird fortschreitend, wie oben beschrieben, in Abhängigkeit von einer sich vergrößernden Druckdifferenz über ihn vergrößert, bis eine Stellung maximalen Hubes für das Taumelscheibenorgan (22) erreicht ist.
• Im Falle, daß anderseits die mit der Welle (14) verbundene Last zu einer unterstützenden Last wird, so wird diese unterstützende Last den Servomotor (12) als Pumpe antreiben und dazu führen, daß das Fluiddruckniveau an der Rückflußleitung (26) das der Leitung (28) von der Quelle (34) zugeführte Fluiddruckniveau erst erreicht und dann übersteigt. Als Erinnerung an den Leser, daß der Servomotor (12) auch als Pumpe funktionieren kann, wird er hier nachher gelegentlich als Motorpumpeinheit bezeichnet werden. Als Ergebnis wird das Fluid, das in der Leitung (26) durch die Motorpumpeinheit (12) und über die Leitung (26) zurück zur Quelle (34) strömt, bei diesem Kreislauf nun sowohl von der Pumpe (36), als auch von der als Pumpe arbeitenden Motorpumpeinheit (12) hindurchgetrieben. Das Ergebnis ist eine größere Fluidströmung als sich bei einem Motorbetrieb der Motorpumpeinheit (12) ergeben würde. Diese Erhöhung des Fluidströmungsvolumens wird von der Strömungssteuereinrichtung (66) abgefühlt. Im Falle, daß die Fluidströmung durch die Einrichtung (66) ein bestimmtes Niveau erreicht, schafft diese Einrichtung eine scharf ansteigende Drosselung der Fluidströmung, die mit sich vergrößernder Fluidstromungsgeschwindigkeit progressiv ist.
• Die FIG. 4, der sich nun die Aufmerksamkeit zuwendet, veranschaulicht graphisch diese progressive Drosselung der rückfließenden Fluidströmung durch die Strömungssteuereinrichtung (66). FIG. 4 zeigt, daß es eine zugehörige, graduell ansteigende Drosselung der rückfließenden Fluidströmung in dem Maße gibt, als die Strömungsgeschwindigkeit von Null an der linken Seite des Randes (Linie A) der graphischen Abbildung der FIG. 4 an wächst. Diese zugehörige Drosselung der rückfliessenden Fluidströmung ist das Ergebnis der natürlichen Rohrleitungsreibung mit sich vergrößerndem Fluidströmungsvolumen und -geschwindigkeit. Bei Erreichung einer Strömungsgeschwindigkeit, die an der Linie B der graphischen Abbildung der FIG. 4 dargestellt ist, beginnt eine strömungsabhängige Drosselungsfunktion wirksam zu werden, so daß der über die Motorpumpeinheit (12) zugelassene Druckabfall in dem Maße wächst, in dem die Strömungsgeschwindigkeit ansteigt. Im Falle, daß die Fluidströmungsgeschwindigkeit weiter ansteigt (was anzeigt, daß eine unterstützende Last weiterhin die Motorpumpeinheit (12) als Pumpe beschleunigt und antreibt), so daß eine Strömungsgeschwindigkeit oberhalb der an der Linie B angezeigten erreicht wird, ist eine scharf ansteigende Drosselwirkung vorgesehen. Bei Strömungsgeschwindigkeiten am und oberhalb des durch die Linie B angegebenen Niveaus im Diagramm der FIG. 4 wird der über die Motorpumpeinheit (12) zugelassene Druckabfall stark erhöht. Diese Drosselung der rückfließenden Fluidströmung veranlaßt die Motorpumpeinheit (12), als hydraulische Bremse auf die Last zu wirken und die Beschleunigung und die Lastgeschwindigkeit der unterstützenden Last zu steuern.
• Im Falle, daß es erwünscht ist, die Motorpumpeinheit in der zur oben beschriebenen entgegengesetzten Richtung zu betreiben, ist es ersichtlich, daß der Spulenventilkörper (52) in der Bohrung (50) in Abhängigkeit von einer Bewegung des Hebels (82) nach links verschoben werden kann. Die Motorpumpeinheit (12) wird somit, wie oben beschrieben, arbeiten, jedoch mit einer entgegengesetzten Drehrichtung und einer entgegengesetzten Richtung der Lastbewegung.
• Wenn man die Aufmerksamkeit nun auf die FIG. 2 und 3 gemeinsam lenkt, so wird sich die besondere Konstruktion der Motorpumpeinheit (12) enthüllen. Die in FIG. 1 verwendeten Bezugsziffern sind auf die FIG. 2 und 3 übertragen. Betrachtet man die FIG. 2 und 3, so wird man beobachten, daß das Gehäuse (92) des Servomotors (12) in der Tat Abschnitte (102) und (124) desselben aufweist, die das bistabile Spulenventil (106) und das auf einen Differenzdruck ansprechende Dosierventil (122) beinhalten. Der Servomotor (12) besitzt ein Tellerelement (136), das dem Zylinder (16) abgedichtet zugeordnet ist und eine Fluidströmungsverbindung zwischen den Bohrungen (18) des letzteren und den Durchlässen (26) und (28) schafft. Der Motor (12) weist auch ein Buchsenelement (138) auf, das nach außen hin die Bohrung (134) abschließt und einen relativ bewegbaren Federsitz (140) unter Abdichtung aufnimmt. Der Federsitz (140) trägt die Feder (130) und ist durch Drehung eines mit dem Buchsenelement in Schraubeingriff stehenden Einstellgliedes (142) zur Einstellung bewegbar. Das Einstellen der Vorspannung der Feder (130) durch Drehen des Einstellgliedes (142) gestattet die externe Justierung des Schwellwertes des Differenzdruckes über den Motor (12), wobei eine Hubvergrößerung eingeleitet wird. Es wird erinnerlich sein, daß diese Hubvergrößerung durch Dosierung des Druckfluides zum Kolben (86) über das Ventil (122) erfolgt.
• Bei Betrachtung der FIG. 3 wird auch ersichtlich, daß das Gehäuse (92) eine abgestufte Bohrung (144) begrenzt, in welche sich die Durchlässe (112), (114), (120) und (132) öffnen. Ein Hülsenorgan (146) ist in der Bohrung (144) abgedichtet aufgenommen und begrenzt Kammern (148), (150), (152) und (154), die voneinander mit Ausnahme ihrer Verbindung über das Hülsenorgan (146) abgedichtet separiert sind. Die Kammern (148-154) stehen mit den Durchlässen (112), (132), (120) und (114) jeweils in Verbindung. Das Hülsenorgan (146) begrenzt die Bohrung (104), in der das Spulenventilglied (106) gleitbar aufgenommen ist. Es ist ersichtlich, daß eine Zwischenscheibe (156) und ein Stöpselelement (158) das Hülsenorgan (146) und das Spulenventilglied (106) abgedichtet innerhalb der Bohrung (144) zurückhalten. Das Zwischenscheibenglied (156) begrenzt sich radial erstreckende Schlitze (160), die die Kammern (148) und (108) untereinander verbinden.
• Das Spulenventilglied (106) weist vier sich axial erstreckende Verdickungsabschnitte (162-168) auf, die mit dem Hülsenorgan (146) unter Abdichtung zusammenwirken. Zwischen den Verdickungsabschnitten begrenzt das Hülsenorgan drei Nutenabschnitte (170-174). Der Strömungsweg (116) weist einen ersten, durch das Spulenventilglied (106) begrenzten Durchlaß (176) auf, der die Kammer (110) mit den Nuten (170) und (172) verbindet. Das Spulenventilglied (106) begrenzt auch einen zweiten Durchlaß (178), der die Kammer (108) mit der Nut (172) verbindet.
• Im Hinblick auf das Obige wird man sich bewußt sein, daß eine der beiden stabilen Lagen für das Spulenventilglied (106), wie abgebildet, bei der die Kammer (108) den höheren Fluiddruck aufweist, dieser Druck über den Durchlaß (178), die Nut (172) und eine sich zur Kammer (152) hin öffnende Mündung (180) im Hülsenorgan (146) dem Durchlasse (120) mitgeteilt wird. In ähnlicher Weise wird der niedrigere Fluiddruck aus der Kammer (110) über den Durchlaß (176), die Nut (170) und eine Mündung (182) im Hülsenorgan (146) der Kammer (150) und dem Durchlasse (132) mitgeteilt.
• Sollte die Kammer (110) anderseits den höheren Fluiddruck aufweisen, so ist das Spulenventilglied (106) in der Bohrung (104) nach links in eine Lage am gegenüberliegenden Ende derselben verschiebbar. In dieser zweiten Lage des Spulenventilgliedes ist die Kammer (110) über den Durchlaß (176), die Nut (174), die Mündung (180) und die Kammer (152) mit dem Durchlasse (120) verbunden. In ähnlicher Weise ist die Kammer (108) über den Durchlaß (178), die Nut (172), die Mündung (182) und die Kammer (150) mit dem Durchlasse (132) verbunden.

Claims (6)

1. Hydraulische Servovorrichtung (10), welche aufweist:

eine Quellenanordnung (34) für ein Druckfluid zum Liefern eines Stromes von unter Druck gesetztem Fluid und zur Aufnahme des rückfließenden Fluides;

eine hydraulische Zweirichtungsmotoranordnung (12) veränderlichen Hubes mit einem Paar von Fluideinlaß- bzw. -rückflußmündungen (30,32);

eine doppelt wirkende, auf den Fluiddruck ansprechende Betätigungseinrichtung (22) zum Verändern des Hubes der Motoranordnung in Abhängigkeit von einer an ein Paar von einander gegenüberliegend angeordneten, auf den Fluiddruck ansprechenden Flächen derselben angelegte Fluiddruckdifferenz;

eine Richtungssteuereinrichtung (46) zum Richten des Stromes von unter Druck gesetztem Fluid zu einem von dem Paar von Motormündungen (30,32) und zum Richten des rückfließenden Fluides vom anderen des Paares von Mündungen zur Fluidquellenanordnung (34);

Strömungssteuereinrichtungen (66,70; 68,72), die zwischen den anderen des Paares von Mündungen und der Quellenanordnung (34) zum Drosseln des rückfließenden Fluides nur bei und oberhalb einer vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit desselben zwischengeschaltet sind, wobei sich das Drosseln des rückfließenden Fluides mit der Fluidströmungsgeschwindigkeit oberhalb dieser vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit vergrößert;

ein druckabhängige, bistabile Ventileinrichtung (100), die mit dem Paar von Motormündungen (30,32) zur Verschiebung zwischen zwei alternativen Lagen in Verbindung steht, wobei die eine Lage eine Verbindung zwischen der einen aus dem Paar von Motormündungen mit dem niedrigeren Fluiddruck und der einen von dem Paar von einander gegenüberliegend angeordneten Flächen der Betätigungseinrichtung (22) schafft und eine Verringerung des Motorhubes bewirkt, und die andere Lage eine Verbindung zwischen der einen aus dem Paar von Motormündungen mit dem höheren Fluiddruck und der anderen von dem Paar von einander gegenüberliegend angeordneten Flächen der Betätigungseinrichtung schafft und eine Vergrößerung des Motorhubes bewirkt, und

ein auf eine Druckdifferenz ansprechende Dosierventileinrichtung (122), welche die Verbindung zwischen der bistabilen Ventileinrichtung (100) und der doppeltwirkenden Betätigungseinrichtung (22) schließt, welche Dosierventileinrichtung auf eine gewählte Druckdifferenz zwischen dem Paar von Motormündungen (30,32) anspricht, um die Verbindung des höheren Fluiddruckes zur anderen auf Druck ansprechenden Fläche der Betätigungseinrichtung zu öffnen, um daran eine Fluiddruckdifferenz zu bewirken, und wobei das Dosierventil den höheren Fluiddruck bei Druckdifferenzen oberhalb des gewählten Niveaus anteilig der Betätigungseinrichtung zudosiert, um den Hub der Motoranordnung zu vergrößern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Motoranordnung (12) ein Hubsteuerglied (22) aufweist, das zwischen einer ersten Lage und einer zweiten Lage bewegbar ist, um jeweils den Fluidhub der Motoranordnung pro Umdrehung einer Ausgangswelle (24) derselben zu verringern bzw. zu vergrößern, wobei die Motoranordnung ein einen inneren Hohlraum (98) begrenzendes Gehäuse (92) aufweist, Einrichtungen, die eine Verbindung zwischen dem inneren Hohlraum und der Druckfluidquelle (34) schaffen, um in dem Hohlraum (98) einen gewählten, relativ niedrigen Druck aufrechtzuerhalten, einander entgegengesetzt angeordnete Flächen, die durch ein Paar von Kolbenelementen (84,86) vorgesehen sind, welche im Motorgehäuse hin- und herbewegbar sind und von denen ein jeder an einem seiner Enden dem inneren Hohlraum (98) ausgesetzt und an seinem anderen Ende jeweils eine aus dem Paar von einander entgegengesetzt angeordneten Flächen definiert, wobei das Paar von Kolbenelementen (84,86) getrieblich dem Hubsteuerglied (22) zugeordnet ist, um das letztere zwischen seiner ersten und zweiten Lage zu bewegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (12) veränderlichen Hubes vom Taumelscheibentypus mit axialem Kolben ist, mit einer das Hubsteuerglied (22) bildenden Taumelscheibe, und der hydraulische Motor ein Gehäuse (92) besitzt, das einen inneren, die Taumelscheibe enthaltenden Hohlraum (98) begrenzt, wobei sich ein Paar von Bohrungen (88, 90) in den Hohlraum öffnet, mit einem Paar von funktionell einander entgegengerichteten Kolbenelementen (84, 86), von denen ein jeder in einer jeweiligen Bohrung hin- und herbewegbar ist und von denen ein Kolbenelement (84) der Taumelscheibe (22) betrieblich zugeordnet und so angeordnet ist, daß es die letztere gegen ihre Lage geringeren Hubes hin belastet, wogegen das andere Kolbenelement (86) der Taumelscheibe (22) betrieblich zugeordnet und so angeordnet ist, daß es die letztere gegen ihre Lage größeren Hubes hin belastet, und wobei die Fluidquelle (34) ein auf einem vergleichsweise geringen Druck gehaltenes Reservoir (38) aufweist sowie eine Leitungsanordnung (42), die eine Verbindung zwischen dem Hohlraum (98) und dem Reservoir (38) schafft.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabile Ventileinrichtung (100) ein längliches Spulenventilglied (106) aufweist, das in einer Gehäusebohrung (104) hin- und herbewegbar aufgenommen ist, ferner Einrichtungen (26, 112, 108; 28, 114, 110), die eine Verbindung zwischen dem Paar von Motormündungen und jeweils einander entgegengesetzten Enden des Spulenventilgliedes schaffen, wobei das Spulenventilglied (106) zwischen einer ersten Lage an einem Ende der Bohrung und einer zweiten Lage am gegenüberliegenden Ende der Bohrung in Abhängigkeit von einer Fluiddruckdifferenz zwischen dem Paar von Motormündungen frei bewegbar ist und drei Umfangsnuten (170, 172, 174) begrenzt, die gleichmäßig über seine Länge beabstandet sind, wobei ferner ein Paar von Mündungen (180, 182) sich in die Bohrung in einem Abstande voneinander öffnen, der dem Abstande von einander benachbarten Nuten an dem Spulenventilglied entspricht, von welchem Paare von Mündungen eine jede mit einer jeweiligen der einander entgegengesetzt angeordneten Flächen der Betätigungseinrichtung in Verbindung steht, wobei das Spulenventilglied einen ersten sich der Länge nach erstreckenden Durchlaß (178) begrenzt, der die mittleren Nuten (172) mit einem Ende (180) des Spulenventilgliedes verbindet, sowie einen zweiten sich der Länge nach erstreckenden Durchlaß (176), der das gegenüberliegende Ende (106) des Spulenventilgliedes mit den äußeren beiden Nuten (170, 174) verbindet, und wobei die mittlere Nut (172) sich in jeder der ersten und zweiten Lagen des Spulenventilgliedes jeweils mit einer von dem Paare von Mündungen (180, 182) in Deckung befindet, wogegen eine der beiden äußeren Nuten (170, 172) sich mit dem anderen aus dem Paare von Mündungen deckt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf eine Druckdifferenz ansprechende Dosierventileinrichtung (122) eine abgestufte Bohrung (126) in einem Motorgehäuse (92) rund um die hydraulische Motoranordnung (12) aufweist, von welcher Bohrung (126) ein Ende geringeren Durchmessers mit der anderen Motormündung in Verbindung steht und ein Abschnitt größeren Durchmessers davon mit der einen Motormündung verbunden ist, wobei sich ein Durchlaß (120) in den Bohrungsabschnitt geringeren Durchmessers öffnet und mit der anderen auf Druck ansprechenden Fläche der Betätigungseinrichtung verbunden ist, wobei ferner ein abgestuftes Ventilglied (128) in den Abschnitten geringeren und größeren Durchmessers der abgestuften Bohrung (126) abgedichtet und hin- und herbeweglich aufgenommen ist und eine elastische Einrichtung (130) das abgestufte Ventilglied nachgiebig gegen Verbindung zwischen der anderen Motormündung und der einen auf Druck ansprechenden Fläche der Betätigungseinrichtung zu schließen, und sich das abgestufte Ventilglied in Abhängigkeit von der gewählten Fluiddruckdifferenz zwischen den Motormündungen entgegen der elastischen Einrichtung gegen den Bohrungsabschnitt größeren Durchmessers bewegt, um eine Fluiddosierverbindung zwischen der anderen Motormündung und der anderen auf Druck ansprechenden Fläche der Betätigungseinrichtung zu öffnen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Richtungssteuerventil (46) ein eine längliche Bohrung (50) darin begrenzendes Gehäuse (48) aufweist, in welcher Bohrung ein länglicher Spulenventilkörper (52) zwischen einer ersten geschlossenen Mittellage und einem Paar von axial einander entgegengesetzten Motorbetriebslagen hin- und herbewegbar aufgenommen ist, welcher Spulenventilkörper (52) einen mittleren Vorsprung (56) und ein Paar von voneinander beabstandeten Endvorsprüngen (74, 76) sowie ein Paar von Umfangsnuten bildet, von denen eine jede zwischen dem mittleren Vorsprung und einem jeweiligen Endvorsprung liegt, wobei eine Fluidzufuhrmündung (54) sich in der geschlossenen Mittellage in Deckung mit dem mittleren Vorsprung gegen die Bohrung hin öffnet und mit dem Druckfluid aus der Quelle (34) in Verbindung steht, wogegen ein Paar von Rückflußmündungen (78, 80) sich in der geschlossenen Mittellage jeweils in Dekkung mit dem Paar von Endvorsprüngen gegen die Bohrung hin öffnet und mit der Quelle (34) zum Rückführen des Fluides an diese verbunden ist, während ein Paar von Mündungen (58, 60) sich jeweils in Deckung mit einer der Umfangsnuten gegen die Bohrung hin öffnet und mit einer jeweiligen aus dem Paare von Motormündungen (30, 32) in Verbindung steht, wobei der Spulenventilkörper (52) axial in jeder Richtung aus der geschlossenen Mittellage in eine der Motorbetriebslagen bewegbar ist, um Druckfluid einer aus dem Paare von Motormündungen zuzuteilen, und die andere aus dem Paare von Motormündungen mit der Quelle zwecks Rückflusses von Fluid zu ihr zu verbinden.