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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Servo-Vorrichtung zur Umwandlung
einer Winkelverschiebung mit kleinem Drehmoment in eine lineare
Verschiebung mit großer
Kraft und insbesondere auf eine hydraulische Servo-Vorrichtung zur
Anwendung bei der Steuerung des Betriebs eines Schaufelrohrs als
ein Geschwindigkeitssteuermechanismus für eine Strömungsmittelkupplung mit variabler
Drehzahl.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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11 zeigt eine Betätigungsvorrichtung
für eine
Wassereinspeisungsvorrichtung zur Lieferung von Wasser zu einem
Boiler mit hoher Kapazität.
Wie in 11 gezeigt wird
die Drehung einer Eingangswelle 121 beschleunigt und durch
ein Zahnrad 122 mit großem Durchmesser und ein Zahnrad 124 mit kleinem
Durchmesser auf eine Antriebswelle 123 übertragen, von der die Drehung
durch eine Strömungsmittelkupplung
C zu einer angetriebenen Welle 125 übertragen wird. Die Drehung
wird dann beschleunigt und von der angetriebenen Welle 125 durch
ein Zahnrad 131 mit großem Durchmesser und ein Zahnrad 133 mit
kleinem Durchmesser zu einer Ausgangswelle 132 übertragen.
Die Strömungsmittelkupplung
C weist ein Laufrad 126 und ein Laufradgehäuse 128 auf,
die auf der Antriebswelle 123 montiert sind, und einen
Läufer 127,
der auf der Antriebswelle 125 montiert ist. Wenn Arbeitsöl in die
Arbeitskammer eingeleitet wird, die in dem Laufradgehäuse 128 definiert
wird, drehen sich das Laufrad 126 und der Läufer 127 in
verriegelter Weise auf Grund der Viskosität des Arbeitsöls, um die
Drehung von der Antriebswelle 123 zur angetriebenen Welle 125 zu übertragen.
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Ein
Schaufelrohr 130 zur Regelung der Rate des Arbeitsöls ist in
der Arbeitskammer angeordnet. Das Drehmoment, welches durch die
Strömungsmittelkupplung
C übertragen
wird, kann gesteuert werden, in dem man das Schaufelrohr 130 in
die Arbeitskammer hinein und aus dieser heraus bewegt. Die Strömungsmittelkupplung
C, die von einfacher Struktur ist, kann kontinuierlich die Drehzahl
der Lastseitenwelle (Ausgangswelle) von einem minimalen Niveau auf
ein maximales Niveau verändern.
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Das
Schaufelrohr muss gegen die Kräfte
Widerstand bieten, die durch das Arbeitsöl aufgebracht werden, um dadurch
genau positioniert zu sein. Eine Bestätigungsvorrichtung für das Schaufelrohr
weist beispielsweise eine hydraulische Servo-Vorrichtung auf, um
eine Verschiebung zu verstärken
und zu übertragen,
die durch eine kleine Kraft durch eine elektrische Betätigungsvorrichtung
erzeugt wurde, wie beispielsweise in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung
Nr. 7-208499. Die offenbarte hydraulische Servo-Vorrichtung hat
einen Kolben, der verschiebbar auf einer Vorsteuerwelle montiert ist,
die in einem Zylinder angeordnet ist, wobei Öldurchlässe in einer Oberfläche der
Vorsteuerwelle und innerhalb des Kolbens definiert sind. Eine Drehung
der Vorsteuerwelle wird in eine Verschiebung des Kolbens umgewandelt,
die aus der hydraulischen Servo-Vorrichtung ausgegeben wird. Das Schaufelrohr
wird bezüglich
seiner Position durch eine Rückkoppelungssteuerung
gesteuert, und zwar basierend auf einem Signal von einem Verschiebungssensor,
der an einer vorbestimmten Position gelegen ist.
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Es
ist nötig,
dass die obige hydraulische Servo-Vorrichtung bezüglich der
Größe für eine allgemeine
Ausgeglichenheit verringert wird, und um eine solche Anforderung
zu erfüllen,
muss die Vorsteuerwelle bezüglich
des Durchmessers reduziert werden. Wenn der Durchmesser der Vorsteuerwelle
reduziert wird, wird jedoch auch die Breite des Kühldurchlasses
reduziert, der als eine Nut in der Oberfläche der Vorsteuerwelle definiert
ist. Wenn die Drehzahl der Vorsteuerwelle gesteigert wird wird der Öldurchlass in
der Oberfläche
der Vorsteuerwelle außer
Ausrichtung in den Öldurchlass
in dem Kolben verschoben, was dazu tendiert, ein Versagen der Steuerung
zu verursachen. Folglich ist die Steuerantwort der hydraulischen
Servo-Vorrichtung begrenzt.
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Weiterhin
sei hingewiesen auf das US-Patent 4245574, welches verwendet wurde,
um den Oberbegriff des Anspruches 1 zu formulieren, und welches
einen Servo-Mechanismus für
eine Umwandlung einer Drehung in eine lineare Bewegung offenbart,
um eine mechanische Drehbewegung mit niedriger Kraft in eine hydraulische
Bewegung umzuwandeln. Der Servo-Mechanismus
für die
Umwandlung einer Drehung in eine lineare Bewegung weist einen Kolben
auf, der linear in einem Ende einer Bohrung bewegbar ist, und ein
Ventil, welches drehbar in dem anderen Ende der Bohrung zur Zusammenarbeit
mit dem Kolben montiert ist, um selektiv Strömungsmittel unter Druck zu
entgegengesetzten Seiten des Kolbens zu liefern, um den Kolben selektiv
in jeder Richtung in der Bohrung zu bewegen.
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Gemäß der Erfindung
werden eine hydraulische Servo-Vorrichtung nach Anspruch 1 und eine Strömungsmittelkupplung
nach Anspruch 11 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden in den
abhängigen
Ansprüchen
offenbart.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine hydraulische
Servo-Vorrichtung
vorzusehen, die die Öldurchlässe in Ausrichtung
miteinander hält,
auch wenn ihre Vorsteuerwelle einen kleinen Durchmesser hat, und
die ein ausreichendes Steueransprechen hat, auch wenn die Gesamtgröße relativ klein
ist.
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Gemäß eines
Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine hydraulische Servo-Vorrichtung
vorgesehen, die einen Zylinder aufweist, weiter eine Vorsteuerwelle,
die in Winkelrichtung bewegbar ist und sich axial in den Zylinder
erstreckt, wobei die Vorsteuerwelle ein Paar von Verbindungsgliedern
besitzt, die in einer Aussenumfangsfläche davon definiert sind, weiter
einen Kolben, der auf der Vorsteuerwelle für eine axiale Bewegung in dem
Zylinder montiert ist, wobei der Kolben ein Paar von Kühldurchlässen besitzt,
die darin definiert sind, und eine Bestätigungsvorrichtung zur Bewegung
der Vorsteuerwelle in Winkelrichtung um ihre eigene Achse, um zumindest
einen der Verbindungsdurchlässe
in Verbindung mit mindestens einem der Öldurchlässe zu bringen, um ein Strömungsmittel
unter Druck auf den Kolben aufzubringen, um den Kolben in dem Zylinder
axial zu bewegen. Die Verbindungsdurchlässe und die Öldurchlässe haben
einen relativ kleinem Durchmesser und eine relativ kleine Breite
und können
in Verbindung miteinander in einem relativ großen Winkelbereich der Vorsteuerwelle
gehalten werden, so dass die hydraulische Servo-Vorrichtung mit
einem guten Ansprechen gesteuert werden kann.
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Die
Verbindungsdurchlässe
und die Öldurchlässe sind
relativ so positioniert, dass die Verbindungsdurchlässe und
die Öldurchlässe in Verbindung
miteinander in unterschiedlichen Winkelbereichen von der Vorsteuerwelle
gebracht werden.
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Jeder
der Verbindungsdurchlässe
ist in Winkelrichtung nicht linear in einer Konfiguration davon.
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Die Öldurchlässe weisen
einen Ölversorgungsdurchlass
auf, um ein Arbeitsöl
unter Druck zu liefern, und einen Ölablaufdurchlass, der mit einem Ablauf
verbunden ist.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine hydraulische
Servo-Vorrichtung vorgesehen, die einen Zylinder aufweist, weiter
eine Vorsteuerwelle, die in Winkelrichtung bewegbar angeordnet ist
und sich axial in dem Zylinder erstreckt, wobei die Vorsteuerwelle
einen Verbindungsdurchlass besitzt, der in einer Aussenumfangsfläche davon
definiert ist, weiter einen Kolben, der bewegbar in der Vorsteuerwelle
zur axialen Bewegung in dem Zylinder montiert ist, wobei der Kolben einem
darin definierten Öldurchlass
besitzt, weiter eine Betätigungsvorrichtung
zur Bewegung der Vorsteuerwelle in Winkelrichtung um ihre eigene
Achse, um den Verbindungsdurchlass in Verbindung mit dem Öldurchlass
zu bringen, um ein Strömungsmittel unter
Druck auf dem Kolben aufzubringen, um den Kolben in dem Zylinder
axial zu bewegen, wobei der Zylinder einen Innenraum hat, der durch
den Kolben aufgeteilt wird in einen ersten Raum, der mit einem Loch
für unter
Druck gesetztes Öl
in Verbindung steht, und einen zweiten Raum, der selektiv in Verbindung
mit dem Öldurchlass
durch den Verbindungsdurchlass gebracht werden kann und nicht in Verbindung
gebracht werden kann, und ein Luftablaufrohr, welches mit einer
oberen Region des Zylinders in Verbindung mit dem zweiten Raum verbunden
ist. Stark kompressible Luft, die in dem zweiten Raum eingeschlossen
worden ist, kann durch das Luftablaufrohr ausgelassen werden, um
dadurch zu gestatten, dass die hydraulische Servo-Vorrichtung ein starkes
Ansprechen hat.
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Das
Luftablaufrohr hat eine Zumessöffnung und
wird dadurch in die Atmosphäre
entlüftet.
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Das
Luftablaufrohr hat ein Rückschlagventil und
wird dadurch in die Atmosphäre
entlüftet.
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Gemäß noch eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine hydraulische
Servo-Vorrichtung vorgesehen, die einen Zylinder aufweist, weiter
eine Vorsteuerwelle, die in Winkelrichtung bewegbar angeordnet ist
und sich axial in dem Zylinder erstreckt, wobei die Vorsteuerwelle
einen Verbindungsdurchlass besitzt, der in einer Aussenumfangsfläche davon
definiert ist, weiter einen Kolben, der bewegbar auf der Vorsteuerwelle
zur axialen Bewegung in den Zylinder montiert ist, wobei der Kolben
einem darin definierten Öldurchlass
besitzt, und eine Betätigungsvorrichtung
zur Bewegung der Vorsteuerwelle um ihre eigene Achse in Winkelrichtung, um
den Verbindungsdurchlass in Verbindung mit dem Öldurchlass zu bringen, um ein
Strömungsmittel unter
Druck auf den Kolben aufzubringen, und zwar zur axialen Bewegung
des Kolbens im Zylinder, wobei der Zylinder einen Innenraum hat,
der durch den Kolben aufgeteilt wird in einen ersten Raum, der mit einem
Loch für
unter Druck gesetztes Öl
in Verbindung steht, und einen zweiten Raum, der selektiv in Verbindung
mit dem Öldurchlass
durch den Verbindungsdurchlass gebracht werden kann und außer Verbindung
mit diesem gebracht werden kann, wobei der Zylinder eine Ausnehmung
besitzt, um Partikel darin zu sammeln, wobei die Ausnehmung an einer unteren
Region einer zylindrischen Innenfläche davon jeweils in dem ersten
Raum und/oder in dem zweiten Raum definiert ist. Da die Partikel,
die von einer Gleitbewegung gegen den Zylinder erzeugt werden, in
der Ausnehmung gesammelt werden, wird verhindert, dass sie zwischen
dem Kolben und dem Zylinder eingeschlossen werden, so dass die hydraulische
Servo-Vorrichtung stabil arbeiten kann.
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Der
Zylinder hat ein Auslassloch, welches in einer zylindrischen Wand
davon definiert ist, um Partikel auszulassen, die in der Ausnehmung
gesammelt wurden.
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Gemäß noch eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine hydraulische
Servo-Vorrichtung vorgesehen, die einen Zylinder aufweist, weiter
eine Vorsteuerwelle, die in Winkelrichtung bewegbar angeordnet ist
und sich axial in den Zylinder erstreckt, wobei die Vorsteuerwelle
einen Verbindungsdurchlass besitzt, der in einer Aussenumfangsfläche davon
definiert ist, einen Kolben, der auf der Vorsteuerwelle zur axialen
Bewegung im Zylinder montiert ist, wobei der Kolben einem darin
definierten Öldurchlass
besitzt, weiter eine Betätigungsvorrichtung
zur Bewegung der Vorsteuerwelle in Winkelrichtung um ihre eigene
Achse, um den Verbindungsdurchlass in Verbindung mit dem Öldurchlass zu
bringen, um ein Strömungsmittel
unter Druck auf den Kolben aufzubringen, um den Kolben in dem Zylinder
axial zu bewegen, wobei der Zylinder einen Innenraum besitzt, der
durch den Kolben aufgeteilt wird in einen ersten Raum, der in Verbindung
mit einem Loch für
unter Druck gesetztes Öl
ist, und einen zweiten Raum, der selektiv in Verbindung mit dem Öldurchlass
durch den Verbindungsdurchlass gebracht werden kann und außer Kontakt
gebracht werden kann, und ein Ölreservoir,
welches in abdeckender Beziehung zu einer Endwand des Zylinders
angeordnet ist, der den ersten Raum definiert.
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Gemäß eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine hydraulische
Servo-Vorrichtung vorgesehen, die einen Zylinder aufweist, weiter
eine Vorsteuerwelle, die in Winkelrichtung bewegbar angeordnet ist
und sich axial in dem Zylinder erstreckt, wobei die Vorsteuerwelle
einen Verbindungsdurchlass besitzt, der in einer Aussenumfangsfläche davon
definiert ist, weiter einen Kolben, der bewegbar an der Vorsteuerwelle
zur axialen Bewegung in dem Zylinder montiert ist, wobei der Kolben einem
darin definierten Öldurchlass
besitzt, und eine Betätigungsvorrichtung
zur Bewegung der Vorsteuerwelle in Winkelrichtung um ihre eigene
Achse, um den Verbindungsdurchlass in Verbindung mit dem Öldurchlass
zu bringen, um ein Strömungsmittel
unter Druck auf den Kolben aufzubringen, um den Kolben in dem Zylinder
axial zu bewegen, wobei der Kolben Eingriffsmittel an einer Endstirnseite
davon aufweist, um mit einer Kolbenentfernungsvorrichtung in Eingriff zu
kommen, um den Kolben aus dem Zylinder herauszuziehen. Der Kolben
kann leicht aus dem Zylinder durch die Kolbenentfernungsvorrichtung
entfernt werden, die mit den Eingriffsmitteln an dem Kolben in Eingriff
stehen. Als eine Folge können
der Zylinder und ein Schaufelrohr, welches an dem Kolben montiert
ist, leicht untersucht werden, es kann ein Service oder eine Instandhaltung
ausgeführt
werden oder es kann leicht ersetzt werden.
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Gemäß noch eines
weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine Strömungsmittelkupplung
vorgesehen, die ein Laufrad und ein Laufradgehäuse aufweist, welches geeignet
ist, um auf einer Antriebswelle montiert zu werden, wobei das Laufradgehäuse eine
Arbeitskammer darin definiert, weiter einen Läufer, der geeignet ist, um
auf einer angetriebenen Welle montiert zu werden, ein Schaufelrohr,
welches zur Bewegung in die Arbeit, hinein und aus ihr heraus angeordnet
ist, um die Rate zu erzeugen, mit der ein Arbeitsöl in die
Arbeitskammer eingeleitet wird, und irgend eine der hydraulische
Servo-Vorrichtungen, die oben beschrieben wurden, um das Schaufelrohr
bezüglich
der Position zu steuern.
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Die
obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich,
wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen werden,
die bevorzugte Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung beispielhaft veranschaulichen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist eine teilweise aufgeschnittene
Perspektivansicht einer hydraulische Servo-Vorrichtung gemäß eines
ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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2A ist eine quer verlaufende
Querschnittsansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einem Öldurchlass
und einem Verbindungsdurchlass zeigt, wenn eine Vorsteuerwelle in
einer Winkelposition ist;
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2B ist eine Querschnittsansicht,
die eine Positionsbeziehung zwischen dem Öldurchlass und dem Verbindungsdurchlass
zeigt, wenn eine Vorsteuerwelle in einer anderen Winkelposition
ist;
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3A ist eine Querschnittsansicht,
die eine Positionsbeziehung zwischen dem Öldurchlass und dem Verbindungsdurchlass
zeigt, wenn eine Vorsteuerwelle in noch einer anderen Winkelposition
ist;
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3B ist eine Querschnittsansicht,
die eine Positionsbeziehung zwischen einem Öldurchlass und einem Verbindungsdurchlass
in einer herkömmlichen
hydraulischen Servo-Vorrichtung zeigt;
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4 ist ein Diagramm, welches
eine zweidimensionale Form des Verbindungsdurchlasses zeigt;
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5 ist eine Kurvendarstellung,
die Winkelbereiche zeigt, in denen die Ölversorgung und die Ablaufdurchlässe und
die Verbindungsdurchlässe miteinander
in Verbindung stehen;
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6 ist eine Querschnittsansicht
in Längsrichtung
einer hydraulischen Servo-Vorrichtung gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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7 ist eine Querschnittsansicht
in Längsrichtung
einer hydraulischen Servo-Vorrichtung gemäß eines dritten Ausführungsbei spiels
der vorliegenden Erfindung;
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8 ist eine Querschnittsansicht
in Längsrichtung
einer hydraulischen Servo-Vorrichtung gemäß eines vierten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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9 ist eine Querschnittsansicht
in Längsrichtung
einer hydraulischen Servo-Vorrichtung gemäß eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung;
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10 ist eine Querschnittsansicht
in Längsrichtung
einer hydraulischen Servo-Vorrichtung gemäß eines sechsten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung;
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11 ist eine Querschnittsansicht
einer Strömungsmittelkupplung
zur Anwendung in Kombination mit einer hydraulischen Servo-Vorrichtung.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Wie
in 1 gezeigt weist eine
hydraulische Servo-Vorrichtung gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung, die typischerweise als eine Betätigungsvorrichtung
für das
Schaufelrohr der in 11 gezeigten
Strömungsmittelkupplung
verwendet wird, einen Zylinder 10 als ein Druckgehäuse auf,
weiter eine Vorsteuerbetätigungsvorrichtung 12,
die an einem vorderen Ende des Zylinders 10 montiert ist
und mit einer (nicht gezeigten) Steuervorrichtung verbunden ist,
eine Vorsteuerwelle 14, die von der Vorsteuerbetätigungsvorrichtung 12 in
den Zylinder vorsteht, und einen Kolben 16, der in einem
Raum angeordnet ist, der zwischen dem Zylinder 10 und der
Vorsteuerwelle 14 definiert ist. Der Kolben 16 ist
verschiebbar axial entlang der Vorsteuerwelle 14 bewegbar,
wird jedoch davon abgehalten, sich um die Vorsteuerwelle 14 herum
zu drehen. Der Kolben 16 weist einen Teil 18 mit
großem
Durchmesser auf, der näher
an dem vorderen Ende des Zylinders 10 ist, und einen Teil 20 mit
kleinem Durchmesser, der näher
an dem hinteren Ende des Zylinders 10 ist. Der Teil 20 mit
kleinem Durchmesser steht axial aus dem Zylinder 10 durch
ein Verschiebungsloch 24 vor, welches in einer Endwand 22 des
hinteren Endes des Zylinders 10 definiert ist.
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Der
Teil 20 mit kleinem Durchmesser trägt auf seinem vorstehenden
Ende einem Befestigungsteil 26, um das Schaufelrohr zu
tragen, welches durch die hydraulische Servo-Vorrichtung zu betätigen ist.
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Der
Kolben 16 teilt den Raum innerhalb des Zylinders 10 auf
in einen ersten Raum 28, der um den Teil 20 mit
kleinem Durchmesser herum definiert ist, und einen zweiten Raum 30,
der in und auf dem freien Ende des Teils 18 mit großem Durchmesser
definiert ist. Ein Durchlassweg 32 für unter Druck gesetztes Öl ist radial
in dem hinteren Ende des Zylinders 10 in Verbindung mit
dem ersten Raum 28 definiert. Der Zylinder 10 hat
eine ringförmige
Stufe 34 auf einer inneren zylindrischen Wand davon, die
als ein Anschlag zur Definition einer Anschlagposition für den Kolben 16 auf
seiner axialen Bewegung zu dem hinteren Ende des Zylinders 10 dient.
Wenn der Zylinder 10 in der Anschlag Position gehalten
wird, wird der erste Raum 28 immer noch in dem hinteren
Ende des Zylinders 10 gehalten, während er in Verbindung mit
dem ersten Raum 28 gehalten wird.
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Wie
ebenfalls in 2A gezeigt,
hat der Teil 20 des Kolbens 16 mit kleineren Durchmesser
ein axiales mittleres Loch 36, welches darin definiert
ist, welches die Vorsteuerwelle 14 verschiebbar darin aufnimmt,
und ein Paar von Ölversorgungsdurchlässen 38a, 38b,
die radial darin nahe dem Teil 18 mit großem Durchmesser
definiert sind und sich von dem ersten Raum 28 in das axial
mittlere Loch 36 erstrecken. Die Ölversorgungsdurchlässe 38a, 38b sind
im wesentlichen symmetrisch mit Bezug zur Mittelachse des Teils 20 mit
kleinem Durchmesser positioniert. Der Teil 20 mit kleinem
Durchmesser hat auch ein Paar von Ölablaufdurchlässen 40a, 40b darin
definiert, und zwar im wesentlichen symmetrisch mit Bezug zu einer
Ebene, die durch die Mittelachse des Teils 20 mit kleinem
Durchmesser parallel zu dem Ölversorgungsdurchlässen 38a, 38b läuft. Die Ölablaufdurchlässe 40a, 40b sind
an dem Anbringungsteil 26 offen. Das axial mittlere Loch 36 und
die Ölablaufdurchlässe 40a, 40b sind
beide mit einem (nicht gezeigten) externen Ablauf verbunden.
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Die
Vorsteuerwelle 14 hat ein Paar von Verbindungsdurchlässen 42a, 42b,
die in einer Aussenumfangsfläche
davon definiert sind, um eine Verbindung zwischen dem Ölversorgungsdurchlässen 38a, 38b und
dem zweiten Raum 30 vorzusehen, und zwar abhängig von
der Winkellage der Vorsteuerwelle 14. Die Verbindungsdurchlässe 42a, 42b sind
im wesentlichen symmetrisch mit Bezug zur Mittelachse der Vorsteuerwelle 14 positioniert.
Jeder der Verbindungsdurchlässe 42a, 42b erstreckt
sich im wesentlichen axial über
eine Länge,
die dem Hub des Kolbens 16 entspricht, und erstreckt sich
auch schraubenförmig
umlaufend über
im wesentlichen die Hälfte des
vollen Umfangs der Vorsteuerwelle 14. In diesem Ausführungsbeispiel
haben die Ölversorgungsdurchlässe 38a, 38b und
die Ölablauldurchlässe 40a, 40b einen
Durchmesser gleich der Breite der Verbindungsdurchlässe 42a, 42b.
In 1 ist einer der Ölversorgungsdurchlässe 38a, 38b als
ein Ölversorgungsdurchlass 38 gezeigt,
einer der Ölablaufdurchlässe 40a, 40b ist
als ein Ölablaufdurchlass 40 gezeigt,
und einer der Verbindungsdurchlässe 42a, 42b ist
als ein Verbindungsdurchlass 42 gezeigt.
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Der
Kolben 16 hat einen drucktragenden Bereich im ersten Raum 28,
der durch die Differenz zwischen dem Querschnitt des Teils 18 mit
großem Durchmesser
und des Querschnitts des Teils 20 mit kleinem Durchmesser
dargestellt wird. Der Kolben 16 hat einen drucktragenden
Bereich im zweiten Raum 30, der durch die Differenz zwischen
dem Querschnitt des Teils 18 mit großem Durchmesser und dem Querschnitt
der Vorsteuerwelle 14 dargestellt wird. Daher ist der drucktragenden
Bereich des Kolbens 16 im zweiten Raum 30 größer als
der drucktragenden Bereich des Kolbens 16 in dem ersten
Raum 28. Wenn ein identischer Arbeitsöldruck sowohl in dem ersten
Raum 28 als auch in dem zweiten Raum 30 von dem
Durchlassweg 32 für
unter Druck gesetztes Öl
wirkt, wenn der Verbindungsdurchlass 42 mit dem Ölversorgungsdurchlässen 38 und
dem zweiten Raum 30 in Verbindung steht, bewegt sich der
Kolben 16 axial zum hinteren Ende des Zylinders 10,
d. h. zu der Vorsteuerbetätigungsvorrichtung 12.
Wenn der Arbeitsöldruck
von dem Durchlassweg 32 für unter Druck gesetztes Öl nur in
dem ersten Raum 28 wirkt, wobei die Verbindungsdurchlässe 42 in
Verbindung mit den Ölab laufdurchlässen 40 und
dem zweiten Raum 30 gehalten werden, bewegt sich der Kolben 16 axial
zum vorderen Ende des Zylinders 10, d. h. zu der Endwand 22.
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Wie
in 4 gezeigt ist jeder
der Verbindungsdurchlässe 42 in
Winkelrichtung nicht linear in seiner Konfiguration, um dadurch
zu gestatten, dass der Kolben 16 sich axial über einen
linearen Hub ansprechend auf eine Winkelverschiebung der Vorsteuerwelle 14 bewegt.
Der Teil 18 mit großem
Durchmesser des Kolbens 16 ist hohl, so dass auch wenn der
Kolben 16 vollständig
axial zum vorderen Ende des Zylinders 10 verschoben wird,
die Verbindungsdurchlässe 42 nicht
durch den Kolben 16 bedeckt werden.
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Wie
in den 2A, 2B und 3A gezeigt sind der Ölversorgungsdurchlass 38a und
der Ölablaufdurchlass 40a benachbart
dazu enger voneinander beabstandet als der Ölversorgungsdurchlass 38b und
der Ölablaufdurchlass 40b benachbart
dazu voneinander beabstandet sind. Diese Winkelpositionsbeziehung
zwischen diesen Durchlässen 38a, 40a und 38b, 40b stellt
sicher, dass wenn die Vorsteuerwelle 14 in Winkelrichtung
um ihre eigene Achse bewegt wird, der Verbindungsdurchlass 42a beginnt, mit
dem Ölversorgungsdurchlass 38a oder
dem Ölablaufdurchlass 40a früher zu überlappen
oder in Verbindung zu stehen als der Verbindungsdurchlass 42b beginnt
mit dem Ölversorgungsdurchlass 38b oder
dem Ölablaufdurchlass 40b zu überlappen
oder eine Verbindung herzustellen. Insbesondere wie in 5 gezeigt, überlappt
der Verbindungsdurchlass 42a mit dem Ölversorgungsdurchlass 38a oder
dem Ölablaufdurchlass 40a oder
steht mit diesen in Verbindung, wenn die Vorsteuerwelle 14 in
Winkelrichtung um ihre eigene Achse über einen Winkelbereich von
2q bewegt wird, wobei q dem Durchmesser der Durchlässe 38a, 38b, 40a, 40b entspricht,
und daher der Breite der Durchlässe 42a, 42b.
Der Winkelbereich 2q, über
den die Vorsteuerwelle 14 in Winkelrichtung um ihre eigene
Achse bewegt wird, wenn der Verbindungsdurchlass 42b mit
dem Ölversorgungsdurchlass 38b oder
dem Ölablaufdurchlass 40b überlappt
oder in Verbindung steht, wird um einen Winkel Alpha α verzögert, der
nicht größer als
der Winkel q ist. Als eine Folge wird der gesamte Winkelbereich, über den
die Vorsteuerwelle 14 in Winkelrichtung um ihre eigene
Achse bewegt wird, wenn die Verbindungsdurchlässe 42a, 42b mit
dem Ölversorgungsdurchlässen 38a, 38b oder
den Ölablaufdurchlässen 40a, 40b überlappen
oder in Verbindung stehen, dargestellt durch (2q + α). Dieser
gesamte Winkelbereich (2q + α)
ist größer als
der Winkelbereich, über
den die Vorsteuerwelle 14 in Winkelrichtung um ihre eigene
Achse bewegt wird, wenn ein Verbindungsdurchlass 42 mit
einem Ölversorgungsdurchlass 38 oder
einem Ölablaufdurchlass 40 in
einer herkömmlichen
hydraulischen Servo-Vorrichtung wie in 3B gezeigt überlappt oder in Verbindung
steht. Folglich wird die Wahrscheinlichkeit verringert, dass beide
Verbindungsdurchlässe 42a, 42b außer Verbindung
mit den Ölversorgungsdurchlässen 38a, 38b oder
den Ölablaufdurchlässen 40a, 40b gebracht werden,
und die hydraulische Servo-Vorrichtung wird weniger wahrscheinlich
unter einem Versagen der Steuerung leiden.
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Der
Betrieb der hydraulischen Servo-Vorrichtung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels
wird unten beschrieben. Wenn die Steuervorrichtung ein Steuersignal
an der Vorsteuerbetätigungsvorrichtung 12 anliegt,
wird die Vorsteuerwelle 14 in Winkelrichtung durch die
Vorsteuerbetätigungsvorrichtung 12 aus
der Position bewegt, wo die Verbindungsdurchlässe 42a, 42b außer Verbindung
mit den Ölversorgungsdurchlässen 38a, 38b oder
den Ölablaufdurchlässen 40a, 40b sind,
wie in 2A gezeigt, und zwar
im Uhrzeigersinn, die durch den Pfeil in 2B gezeigt. Wie in 2B gezeigt beginnt der Verbindungsdurchlass 42a,
sich mit dem Ölversorgungsdurchlass 38a zu
verbinden. Arbeitsöl
beginnt unter Druck vom ersten Raum 28 durch den Ölversorgungsdurchlass 38a und
den Verbindungsdurchlass 42a in den zweiten Raum 30 einzulaufen,
und der Kolben 16 wird axial zu dem hinteren Ende des Zylinders
auf Grund der Druckdifferenz in beiden Richtungen des Kolbens 16 verschoben.
Da der Verbindungsdurchlass 42a mit Bezug auf die Kantenlinie der
Vorsteuerwelle 14 geneigt ist, wenn der Kolben 16 zu
dem hinteren Ende des Zylinders 10 verschoben wird, wird
der Verbindungsdurchlass 42a wiederum außer Verbindung
mit dem Ölversorgungsdurchlass 38 gebracht,
wie in 2A gezeigt, so
dass die axiale Ver schiebung des Kolbens 16 gestoppt wird.
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Wenn
die Vorsteuerwelle 14 weiter in Winkelrichtung in die in 2B gezeigte Position bewegt wird,
wird der Kolben 16 auch axial zum hinteren Ende des Zylinders 10 verschoben.
In dieser Weise wird die Vorsteuerwelle 14 kontinuierlich
in Winkelrichtung unter der Rückkoppelungssteuerung
bewegt, während
die axiale Position des Kolbens 16 detektiert wird, bis
der Kolben 16 zu einer erwünschten axialen Position kommt.
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Wenn
die Last auf dem Kolben 16 so groß ist, dass der Kolben 16 nicht
axial verschoben werden kann, oder wenn die axiale Verschiebung
des Kolbens 16 auch in der in 2B gezeigten Position zu klein ist, dann
gibt die Steuervorrichtung ein Steuersignal an die Vorsteuerbetätigungsvorrichtung 12 aus,
die in Winkelrichtung die Vorsteuerwelle 14 weiter im Uhrzeigersinn
in die in 3A gezeigte
Position bewegt. In dieser Position stehen beide Verbindungsdurchlässe 42a, 42b in
Verbindung mit den Ölversorgungsdurchlässen 38a bzw. 38b,
was gestattet, dass das Arbeitsöl
unter Druck aus dem ersten Raum 28 durch die Ölversorgungsdurchlässe 38a, 38b und
die Verbindungsdurchlässe 42a, 42b in
den zweiten Raum 30 fließen. Der Kolben 16 wird
axial über
eine vergrößerte Arbeitsölflussrate
verschoben, um eine vergrößerte Antriebsleistung
mit gesteigertem Ansprechen zu erzeugen. Auch wenn die Steuervorrichtung
weiter ein Steuersignal an die Vorsteuerbetätigungsvorrichtung 12 anliegt,
ist es weniger wahrscheinlich, dass die Verbindungsdurchlässe 42a, 42b außer Verbindung
mit den Ölversorgungsdurchlässen 38a, 38b gebracht
werden, weil der Winkelbereich der Vorsteuerwelle 14, in
dem die Verbindungsdurchlässe 42a, 42b mit
den Ölversorgungsdurchlässen 38a, 38b in
Verbindung stehen, größer ist,
als wenn nur ein Verbindungsdurchlass 42 und ein Ölversorgungsdurchlass 38 vorgesehen
sind.
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Für die axiale
Bewegung des Kolbens 16 zum vorderen Ende des Zylinders 10 wird
die Vorsteuerwelle 14 in Winkelrichtung aus der in 2A gezeigten Position gegen
den Uhrzeigersinn in der Richtung entgegengesetzt zu der von dem
Pfeil in 2B gezeigten
Richtung bewegt. Der Verbindungsdurchlass 42a beginnt,
sich mit dem Ölablaufdurchlass 40a zu
verbinden, was den zweiten Raum 30 mit dem Ablauf verbindet.
Da der Öldruck
in dem zweiten Raum 30 abfällt, wird der Kolben 16 axial zum
vorderen Ende des Zylinders 10 unter dem Öldruck in
dem ersten Raum 28 verschoben, bis der Verbindungsdurchlass 42a außer Verbindung
mit dem Ölablaufdurchlass 40a gebracht
wird, wie in 2A gezeigt.
Die Vorsteuerwelle 14 wird kontinuierlich in Winkelrichtung
unter der Rückkoppelungssteuerung
bewegt, während
die axiale Position des Kolbens 16 detektiert wird, um
dadurch die axiale Position des Kolbens 16 zu steuern.
Da die Ölablaufdurchlässe 40a, 40b relativ
zueinander in der gleichen Weise positioniert sind, wie die Ölversorgungsdurchlässe 38a, 38b,
wird der Kolben 16 axial zum vorderen Ende des Zylinders 10 mit
einem gesteigerten Ansprechen und ohne die Gefahr verschoben, dass
die Verbindungsdurchlässe 42a, 42b außer Verbindung
mit den Ölablaufdurchlässen 40a, 40b gebracht
werden.
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6 zeigt eine hydraulische
Servo-Vorrichtung gemäß eines
zweiten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung. In 6 ist
ein Luftableitungsrohr 44 an einer oberen Region mit dem
vorderen Ende des Zylinders 10 in Verbindung mit dem zweiten
Raum 30 angeschlossen. Das Luftablaufrohr 44 wird
zur Atmosphäre
durch eine Zumessöffnung 46 entlüftet. Die
Luft, die in dem Arbeitsöl
enthalten ist, welches von dem Durchlassweg 32 für unter Druck
gesetztes Öl
fließt
und in dem zweiten Raum 30 eingeschlossen ist, kann durch
das Luftablaufrohr 44 ausgelassen werden. Daher wird verhindert,
dass das Ansprechen der hydraulischen Servo-Vorrichtung nachteilig durch diese eingeschlossene
Luft beeinflusst wird. Da die Zumessöffnung 46 ein kleines Luftdurchlassloch
hat, kann sie die eingeschlossene Luft auslassen, während sie
den Öldruck
in dem zweiten Raum 30 aufrecht erhält.
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7 zeigt eine hydraulische
Servo-Vorrichtung gemäß eines
dritten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung. Die in 7 gezeigte
hydraulische Servo-Vorrichtung ist eine Verbesserung der in 6 gezeigten hydraulischen
Servo-Vorrichtung. Das Luftablaufrohr 44, welches zur Atmosphäre durch
die Zumessöffnung 46 entlüftet wird,
ist mit der oberen Region des vorderen Endes des Zylinders 10 verbunden,
und das Verschiebungsloch 24 in der Endwand 22 ist
mit einem Ölreservoir 48 bedeckt. Das Ölreservoir 48 wird
durch eine untere Platte 50 und eine Wand 52 definiert,
die an der Endwand 22 angebracht werden. Die Wand 52 hat
ein (nicht gezeigtes) Loch, welches für die durch Führung des Schaufelrohrs
dort hindurch definiert ist, welches durch die hydraulische Servo-Vorrichtung
betätigt wird.
Das Ölreservoir 48 hat
eine Höhe,
die Vorzugsweise die gleiche ist oder größer ist als die Höhe des unteren
Endes des Luftablaufrohrs 44, welches mit dem Zylinder 10 verbunden
ist.
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In
dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel
läuft das
Arbeitsöl
durch den Spalt zwischen dem Teil 20 mit kleinem Durchmesser
des Kolbens 16 und der Endwand 22 wegen dem Druck
des Arbeitsöls
in der zweiten Kammer 30, da das Luftablaufrohr 44 zur
Atmosphäre
durch die Zumessöffnung 46 entlüftet wird,
wenn kein Öldruck
auf den zweiten Raum wirkt, während
die hydraulische Servo-Vorrichtung in Ruhe ist. Daher tendiert die
Luft dazu, aus dem Luftablaufrohr 44 in den zweiten Raum 30 zu fließen. Diese
Luft ist verantwortlich für
einen instabilen Betrieb oder für
ein verringertes Ansprechen der hydraulischen Servo-Vorrichtung,
wenn sie beginnt, das nächste
Mal zu arbeiten. In dem in 7 gezeigten
Ausführungsbeispiel
ist das Ölreservoir 48,
welches das Verschiebungsloch 24 bedeckt, dahingehend wirksam,
dass es verhindert, dass das Arbeitsöl aus dem zweiten Raum 30 durch
den Spalt zwischen dem Teil 20 mit kleinem Durchmesser
und der Endwand 22 leckt, so dass die hydraulische Servo-Vorrichtung
stabil oder mit dem erwünschten
Ansprechen beginnen kann zu arbeiten.
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8 zeigt eine hydraulische
Servo-Vorrichtung gemäß eines
vierten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung. Die in 8 gezeigte
hydraulische Servo-Vorrichtung ist auch eine Verbesserung der in 6 gezeigten hydraulischen
Servo-Vorrichtung. In 8 hat
das Luftablaufrohr 44 ein Rückschlagventil 50,
welches zwischen seinem mit dem Zylinder 10 gekoppelten
Ende und der Zumessöffnung 46 eingeschlossen
ist. Das Rückschlagventil 50 dient
dazu, zu verhindern, dass Luft in den zweiten Raum 30 durch
das Luftablaufrohr 44 fließt, während die hydraulische Servo-Vorrichtung
in Ruhe ist. Das Rückschlagventil 50 kann
durch ein ferngesteuertes oder automatisch betriebenes An/Aus-Ventil
ersetzt werden, welches nur offen ist, wenn es nötig ist.
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9 zeigt eine hydraulische
Servo-Vorrichtung gemäß eines
fünften
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung. In 9 sind
zwei Ausnehmungen 56 in unteren Regionen einer inneren
zylindrischen Oberfläche
des Zylinders 10 jeweils in den ersten und zweiten Räumen 28, 30 nahe
dem hinteren und vorderen Enden des Zylinders 10 definiert. Die
Ausnehmungen 56 dienen dazu, Partikel zu sammeln, die erzeugt
werden, wenn der Kolben 16 gegen die innere zylindrische
Oberfläche
des Zylinders 10 gleitet. Der Zylinder 10 hat
auch zwei Auslasslöcher 58,
die in seiner zylindrischen Wand in Verbindung mit den Unterteilen
der jeweiligen Ausnehmungen 56 definiert sind, um Partikel
P auszulassen, die an dem Boden der jeweiligen Ausnehmungen 56 gesammelt werden.
Die Auslasslöcher 58 sind
normalerweise durch jeweilige druckdichte Stecker 60 verschlossen da
die Partikel, die erzeugt werden, wenn der Kolben 16 gegen
die innere zylindrische Oberfläche
des Zylinders 10 verschoben wird, in der Ausnehmung 56 zusammengezogen
und gesammelt werden, bleiben sie weniger wahrscheinlich auf der
inneren zylindrischen Oberfläche
des Zylinders 10, und daher ist es weniger wahrscheinlich,
dass sie sich zwischen den Kolben 56 und dem Zylinder 10 fangen.
Die gesammelten Partikel P können
ausgelassen werden, wenn die Stecker 10 herausgenommen
werden, und das Innere des Zylinders 10 mit Arbeitsöl gereinigt
wird, beispielsweise während
die hydraulische Servo-Vorrichtung
nicht im Gebrauch ist.
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10 zeigt eine hydraulische
Servo-Vorrichtung gemäß eines
sechsten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung. Die in 10 gezeigte
hydraulische Servo-Vorrichtung ist für eine einfache Instandhaltung
ausgelegt. In 10 hat
der Teil 18 mit großem
Durchmesser des Kolbens 16 Gewindelöcher 64, die an einer
Endstirnseite davon definiert sind, und lang gestreckte Schrauben 62 sind
in die jeweiligen Gewindelöcher 64 eingeschraubt,
und zwar als Kolbenentfernungsvorrichtungen, um den Kolben 16 aus
dem Zylinder 10 zu ziehen. Nachdem das Arbeitsöl aus dem
Zylinder 10 gezogen wurde, wird eine Endwand vom vorderen
Ende des Zylinders 10 abgenommen, und die Vorsteuerwelle 14 wird
entfernt. Danach werden die langgestreckten Schrauben 62 in
die jeweiligen Gewindelöcher 64 geschraubt
und ziehen den Kolben 16 aus dem Zylinder 10 heraus.
Die langgestreckten Schrauben 62 können den Kolben 16 aus
dem Zylinder 10 heraus nehmen, ohne dass man den Zylinder 10 auseinandernehmen
muss, so dass der Arbeiter leicht den Kolben 16, den Zylinder 10 und
das Schaufelrohr, welches an den Kolben 16 montiert ist,
zur Instandhaltung untersuchen und instandhalten kann, oder diese
leicht ersetzen kann.
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Obwohl
gewisse bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung im Detail gezeigt und beschrieben worden
sind, sei bemerkt, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen
daran vorgenommen werden können,
ohne vom Umfang der beigefügten
Ansprüche
abzuweichen.