-
Durch ein Druckmittel betriebener Servomotor Die Erfindung bezieht
sich auf Servomotoren, insbesondere auf solche, bei deren Betrieb der Bedienungsmann
die Schwankungen in der Größe der Leistung abfühlt, die vom Servomotor auf die von
ihm gesteuerte Vorrichtung übertragen wird.
-
Bekanntlich werden Servomotoren zur Unterstützung des Bedienungsmannes
beim Antrieb und zur Steuerung solcher Vorrichtungen verwendet, die er kaum oder
gar nicht ohne derartige mechanische Hilfsmittel bedienen könnte. Man wird dem Bedienungsmann
oft eine allgemeine Vorstellung von der Größe der Kraft geben wollen, die zum Antrieb
einer Vorrichtung zu irgendeinem bestimmten Zeitpunkt eingesetzt wird. Daher hat
man Servomotoren konstruiert, die von dem Bedienungsmann eine im proportionalen
Verhältnis zu der von dem Servomotor geforderten Leistung stehende Handarbeit erfordern.
Das gibt dem Bedienungsmann das gleiche Gefühl oder dieselbe veränderliche Reaktion,
wie wenn er die Vorrichtung gänzlich von Hand bedienen würde. Unter anderem ist
es ein Ziel der Erfindung, einen Servomotor zu schaffen, der durch Druckflüssigkeit
angetrieben wird, einfach, aber fest gebaut ist und der in Abhängigkeit von den
relativen Abmessungen der Flüssigkeitssteuermittel in der Lage ist, dem Bedienungsmann
das Gefühl für die aufzuwendende Kraft zu geben, die in dem erforderlichen Verhältnis
zu der von dem Servomotor bei der Ausübung seiner Funktionen wirklich ausgeübten
Leistung steht.
Im Sinn der Erfindung sind durch Flüssigkeitsdruck
betätigte Antriebsmittel vorgesehen, die an die durch den. Servomotor gesteuerte
Vorrichtung angeschlossen werden können. Mit diesen Antriebsmitteln werden weitere
Einrichtungen zur Steuerung des Flüssigkeitsdruckes verbunden. Die Steuermittel
sind vorzugsweise so ausgebildet, 'daß der Flüssigkeitsdruck auf sie einwirken kann,
wobei der zur Betätigung der Steuermittel erforderliche Arbeitsaufwand sich relativ
oder. proportional zu dem Flüssigkeitsdruck verhält, der zu irgendeinem gegebenen
Zeitpunkt zur Betätigung -der Antriebsmittel erforderlich ist. Die Steuermittel
sind so mit den Antriebsmitteln verbunden, daß die letzteren sowohl von den Steuermitteln
direkt wie auch von dem durch die Steuermittel geregelten Flüssigkeitsdruck angetrieben
werden können. Die Antriebsmittel bestehen aus einer drehbaren Hülse, an der Flüssigkeitseinla3-
und-auslaßöffnungen angebracht sind. Die Steuermittel weisen ein spindelähnliches
lVkentil auf, das sich schraubenartig bewegend in der Hülse angeordnet ist. Die
Hülse und die Spindel können so .geformt sein, daß der axialen Bewegung der Spindel
in der Hülse .durch den sie steuernden Flüssigkeitsdruck ein Widerstand entgegengestellt
wird; das verlangt eine verstärkte Handarbeit zur Bewegung der Spindel, wenn ein
größerer Flüssigkeitsdruck zur Drehung der Hülse erforderlich ist. In so einem Fall
wird die zum Antrieb der Spindel erforderliche Handarbeit um so größer sein, je
größer die von der Hülse anzutreibende Belastung ist, und daher wird der Bedienungsmann
im wesentlichen dasselbe Gefühl bekommen, wie wenn die Belastung ohne Zuhilfenahme
eines Servomotors ausgeübt würde.
-
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen
dargestellt.
-
Fig. i ist eine Stirnansicht des Servomotors in der Verwendung mit
einer konstanten Volumenpumpe; Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt nach der Linie II-II
in Fig. i ; Fig. 3 ist ein gleicher Schnitt der Linie III-III in Fig. i ; Fig. 4
und 5 sind vertikale Querschnitte nach den Linien IV-IV bzw. V-V in Fig. 3; Fig.
6 und 7 sind Draufsichten von zwei im Innern des Motorgehäuses befindlichen Elementen
(deren Erläuterung an späterer Stelle gegeben wird) ; Fig.8 ist eine verkleinerte
Stirnansicht einer Konstruktionsabänderung, und Fig. 9 ist ein Teil eines der Fig.
3 gleichen Vertikalschnittes einer weiteren Abänderung für die Verwendung mit einer
konstanten Druckpumpe.
-
Fig. 2 und 4 zeigen ein von zwei räumlich getrennten Endteilen i und
2 gebildetes Metallgehäuse. Die Endteile sind durch einen zylindrischen Teil 3 nahe
ihrer Umflächen miteinander verbunden. Die Mittelstücke -der Endteile sind mit in
gleicher Höhe liegenden geflanschten waagerechten Öffnungen versehen, in, denen
ein röhrenförmiger Teil oder Hülse 4 drehbar angeordnet ist. Der mit dem Gehäuse-
mit Hilfe von Bolzen 6 verbundene Block 5 füllt den oberen Teil des zylindrischen
Teils und umfaßt einen erheblichen Teil des Umfanges der Hülse. Dieser Block stellt
einen Teil des Gehäuses dar und bildet sozusagen ein Ganzes mit ihm.
-
Das Gehäuse hat daher eine Kammer ungefähr in der unteren, Hälfte
seines Mittelteils. Diese Kammer wird in zwei kleine Druckkammern 7 und 8 von veränderlicher
Größe durch einen Flügelkolben 9 unterteilt, der starr mit dem Boden der Hülse 4
verbunden ist. Der Flügelkolben und die Hülse bilden die Antriebsmittel, die die
mit dem Servomotor verbundene (nicht dargestellte) Vorrichtung antreiben. Die Hülse
4 steht an den entgegengesetzten Enden des Gehäuses vor. Mit dem hinteren Ende der
Hülse 4 ist ein Antriebsarm io starr verbunden, der mit seinem unteren Ende nach
unten hin vorsteht und dadurch einen Anschluß an die anzutreibende Nforrichtung
bildet.
-
Zur Erleichterung der Drehung der Hülse 4 im Gehäuse wird :den zwei
Kammern 7 und 8 eine Flüssigkeit, wie z. B. Öl, in der Weise zugeführt, daß in der
einen oder anderen Kammer je nach Belieben ein größerer Druck erzeugt werden kann,
wobei der Flügelkolben 9 nach rechts oder links geschwungen wird. Zur Flüssigkeitszufuhr
aus einer konstanten Volumenpumpe ,(nicht dargestellt) ist im oberen Teil der Hülse
4 eine mittlere Öffnung 12 (Fig. 5) angebracht, die sich mit dem durch den angrenzenden
Block 5 und das zylindrische Gehäuseteil 3 hindurchführenden Einlaßkanal 13 deckt.
Das innere Ende des Kanals verläuft zum Teil um die Hülse 4 herum, so daß die Öffnung
1.2 mit ihm in Verbindung bleibt, wenn die Hülse 4 im Gehäuse 2 hin und her gedreht
wird. Die innere Seite der Hülse 4 ist in ihrem unteren. Teil mit den Kammern 7
und 8 durch Öffnungen 14 und 15 verbunden (s. Fig. 3, 4, 5 und 7), die mit den in
die Flüssigkeitsdruckkammern 7 und 8 mündenden Aussparungen 16 bzw. 17 in den angrenzenden
Endwänden des Flügelkolbens 9 in Verbindung stehen. Der obere Teil der Hülse 4 weist
ebenfalls ein Paar Auslaßöffnungen 18 und i9 auf, die mit den unteren Enden der
Aussparungen 2o und 21 in den Seitenwänden. des Blocks 5 in Verbindung stehen (Fig.
3, 4 und 6).Die oberen Enden dieser Aussparungen sind durch eine Aussparung 212
miteinander verbunden, deren Mittelteil mit dem unteren Ende einer Auslaßöffnung
23 in der Gehäusewand in Verbindung steht. Auf diese Weise kann die Flüssigkeit
von der Pumpe ununterbrochen der Hülse 4 zufließen und abfließen, so daß die beiden
Druckkammern. 7 und 8 dauernd gefüllt bleiben.
-
Ein spiridelähnliches Ventil 26 ist drehbar in der Hülse-4 angeordnet;
es hat den Zweck, die Strömung der Druckflüssigkeit in dem Servomotor zu steuern,
um einen Druckunterschied zwischen den Kammern-7 und 8-zu erzeugen. Die Spindel
26 wird durch einen Hebel 27 gedreht (Fig. i und 2), der ein verdicktes Mittelstück
aufweist, das drehbar auf dem vorstehenden Vorderende der Hülse 4 angeordnet ist.
An der Vorderseite des Mittelteils des Hebels 27 ist eine Platte 28 befestigt, die
wiederum durch Schrauben 29 mit dem angrenzenden Ende der
Spindel
26 verbunden ist. Der Hebel 27 hat einen abwärts gerichteten Teil, auf dem verstellbar
ein Gegengewicht 30 angeordnet ist, und einen nach oben gerichteten. Teil
mit einem Handgriff, der in einem Schlitz durch einen Träger 31 hindurchragt, welcher
oben auf dem Gehäuse i befestigt ist. Der Schlitz ist so weit gewählt, daß sich
der Hebel 27 parallel zur Achse der Hülse 4. zu einem noch zu beschreibenden Zweck
bewegen kann.
-
An den entgegengesetzten Seiten der Einlaßöffnung 12 (s. Fig. 2 und
3) ist der Durchmesser im Innern der Hülse 4 verringert, um zwischen den Auslaßöffnungen
ein Paar verkürzter Kanäle 33 und 34 zu bilden, die mit ihren äußeren Enden in auswärts
gerichtete radiale Ventilsitze 35 enden. In der Regel räumlich von diesen Sitzen
getrennt befinden sich einwärts gerichtete radiale Ventilsitze 37 und 38, die auf
der Spindel 26 durch Verringerung .des Durchmessers ihres Mittelteils gebildet
sind. Die Fläche der inneren Enden der Kanäle 33 und 34 ist kleiner als die ihrer
äußeren Enden, und die inneren Enden können von den Ventilsitzflächen 39 und 4o
mehr oder weniger geschlossen werden., .die durch eine schwache Ausweitung des Mittelteils
der Spindel 26 gebildet sind. Diese Sitze haben in der Regel den gleichen Abstand
von .den inneren Enden der Kanäle 33 und 34; ihre Fläche ist aber zweckmäßigerweise
kleiner als die der äußeren Sitze 37 und 38.
-
Die durch den. Servomotor strömende Flüssigkeit wird durch die Bewegung
der Spindel 26 axial in der Hülse 4 gesteuert. Diese Bewegung wird mittels
eines Schneckengetriebes a.2 auf der Spindel erzeugt, das mit einem gleichen Getriebe
43 in einem Block 44 kämmt, der in der Hülse 4 starr um die Spindel 26- herum befestigt
ist. Daher wird sich, wenn der Widerstand der Hülse 4 gegen die Drehbewegung ausreicht,
die Reibung zwischen den Getriebezähnen bei Drehung der Spindel 26 durch den Hebel
27 zu überwinden, (die Spindel 26 in der Hülse 4 drehen, und die Zähne werden wie
Schraubgewinde wirken, um ihre gleichzeitige Längsbewegung zu verursachen.
-
Zum Betrieb des hier veranschaulichten Servomotors wird der Hebel
27 entweder nach links oder nach rechts je nach der Richtung verschwenkt, in der
man den Antriebsarm io zu bewegen wünscht, der mit der anzutreibenden Vorrichtung
oder Last verbunden ist. Bei einer leichten Belastung wird die Reibung zwischen
den schräg verzahnten Getriebezähnen die Drehung der Hülse 4 durch und in Übereinstimmung
mit der Spindel 26 bewirken. In so einem Fall wird die Spindel 26 in der
Hülse 4 in der Mittellage verbleiben, und kein Druckunterschied wird zwischen den
Kammern 7 und 8 erzeugt werden, so daß die Flüssigkeit bei der Drehbewegung der
Hülse 4 unwirksam ist und der Hebel 27 daher im wesentlichen direkt mit dem Antriebsarm
io verbunden ist.
-
Wird aber nun die Belastung so weit vergrößert, daß die Reibung zwischen
den Getriebezähnen überwunden wird, dann wird sich die Spindel 26 in der Hülse 4
drehen, und die Getriebezähne werden auf die Spindel 26 eine schraubenartige Bewegung
übertragen, die sie entweder axial weiter in die Hülse 4 hinein- oder aus der Hülse
,4 herausbewegt, j e nachdem nach welcher Richtung man den Hebel 27 verschwenkt.
Wenn man der Darstellung wegen. annimmt, daß der Hebel 27 (Fig. i) nach rechts
verschwenkt wird, wird sich die Spindel 26 einwärts oder nach rechts «Fig.
2 und 3) bewegen. Die Weite des Schlitzes in dem Träger 31 ermöglicht dem. Hebel
27 eine parallele Bewegung zur Hülsenachse. Die axiale Bewegung der Spindel
26 geht darauf aus, das äußere Ende des Kanals 33 und das innere Ende des:
Kanals 34 in der Hülse 4 zu schließen, während sie die Öffnung des ersten Kanals
und des äußeren Endes des zweiten erweitert. Der Strom der eintretenden Flüssigkeit
wird daher von dem Kanal 34 mehr oder weniger abgesperrt, aber die Flüssigkeit in
der Kammer 7 hat über den zugehörigen Auslaßkana121 freien Austritt. Gleichzeitig
wird der Abfluß aus dem Kanal 33 über den zugehärigen Auslaß 2o im wesentlichen
durch den Ventilsitz 37 verschlossen, aber der Durchlaß zwischen dem Einlaß 12 und
dem Kanal 33 weiter geöffnet. Infolgedessen wird praktisch die gesamte aus der Pumpe
kommende Flüssigkeit durch die Hülsenöffnung 15 hindurch in die Kammer 8 geleitet.
Das erzeugt einen Druckunterschied zwischen. den beiden Kammern, der den Flügelkolben
9 nach links schwingt (F'ig. 4. und 5), und dadurch dreht sich die Hülse nach rechts.
Je größer der Widerstand der Hülse 4 gegen die Drehung ist, desto weiter wird sich
d'ie Spindel 26 axial nach rechts bewegen und desto größer wird der Druckunterschied
sein, der zwischen den beiden Kammern 7 und 8 erzeugt wird, um den Widerstand der
Hülse 4 zu überwinden. Das heißt, je größer der Druckunterschied, desto größer ist
die Kraft, die der Flüssigkeitsdruck zur Drehung der Hülse 4 ausübt.
-
Wenn die Hülse 4 durch den Flüssigkeitsdruck gegen eine Seite des
Flügelkolbens 9 gedreht wird, wird durch die Schneckenzähne 42 und 43 die Spindel
26 axial so lange nach links bewegt, bis die Ventilöffnungen die Einstellung erreichen,
die not= wendig ist, um den Flüssigkeitsdruck auf den Flügelkolben 9 gegenüber der
mit der Hülse 4 verbundenen Last auszugleichen. Bewegt der Servomotor lediglich
die Last in eine neue Lage, in, der sie, bis sie wiederum von dem Servomotor bewegt
wird, verbleiben wird, wird die axiale Linksbewegung der Spindel 26 fortdauern,
bis sie sich in der Mittellage in der Hülse 4 befindet (Fig. 2).
-
Dadurch, daß die Fläche des Ventilsitzes 37 größer ist als jene des
Sitzes 39, ist auch der gegen den Sitz 37 ausgeübte Flüssigkeitsdruck größer als
der gegen den Sitz 39 ausgeübte Flüssigkeitsdruck. Dies bewirkt zusammen mit der
Tatsache, daß sich im wesentlichen keine Druckflüssigkeit in dem Kanal 34 befindet,
daß die Druckflüssigkeit im Kanal 33 die Einwärtsbewegung des Sitzes 37 und der
Spindel 26 hemmt; daher verspürt der Bedienungsmann den Widerstand der Spindel gegen
die Drehung- in der Hülse. Dieses. Gefühl schwankt im proportio aalen Verhältnis
zu dem Flüssigkeitsdruck im
Kanal 33, der, wie oben ausgeführt,
sich in Übereinstimmung mit dem Widerstand der Hülse ¢ gegen die Drehung verändert.
-
Wird der Hebel 27 nach links, anstatt nach rechts verschwenkt,
bewegt sich die Spindel 26 nach links (Fig.2und3), sobald,sie sich gegenüberder
Hülse 4 dreht. Dies bewirkt die Leerung der Kammer 8 und eine Druckzunahme in der
Kammer 7 und dem Kanal 34. Dieser Druck übt einen Widerstand gegen die Einwärtsbewegung
des Spindelventilsitzes 38 aus, der durch den Hebel 27 dem Bedienungsmann sich bemerkbar
macht.
-
D,ieLänge,derArmb.°-,vegung, die derBedienungsmann bei der Schwenkung
des Hebels verrichten muß, kann dadurch verringert werden, daß der Hebel so, wie
in Fig. 8 dargestellt, oder ähnlich angeordnet wird-. Zum Beispiel kann der Hebel
am unteren Ende auf der seitwärts vorstehenden Grundfläche 47 des Motors schwenkbar
angeördnet werden. Ein Hebel 48 ist drehbar mit dem Mittelteil des Hebels q!6 und
dem oberen Ende der Platte 2'8 verbunden, die.starr an dem vorstehenden Ende der
Spindel 26 angeordnet ist. Der den Hebel mit der Platte 28 verbdnd@ende Zäpfen 49
hat eine gleitende Passung -mit dem einen oder anderen dieser Teile, so däß sich
die Spindel 26 ungehindert längs-bewegen kann. Die Hebelanordnung kann aber
auch wunschgemäß mit jedem anderen geeigneten biegsauren Anschluß verwendet werden,
der eine Beeinträchtigung der Längsbewegung -der Spindel 26 verhindert.
-
Die Größe der auf den Handhebel übertragenen manuellen Arbeit, die
zur axialen Bewegung der Spin!del26 bei irgendeiner bestimmten Belastung erforderlich
ist, wird durch den Flächenunterschied der inneren und äußeren Ventilsitze auf der
Spindel in 'Vtrbindung mit der Neigung der Getriebezähne 42 und 43, der Länge des
Handhebels, der Druckfläche des Flügels 9" dem Maximalöldruck, den die Pumpe erzeugen
kann, bestimmt. Dieser Servomotor ist einfach, fest und leicht an vorhandenen Hebelvorrichtungen
anzuschließen. Insbesondere kann er Anwendung finden, wenn keine Arbeitsleistung
erforderlich ist, die Last in der Standlage zu halten, da in diesem Fäll die Pumpe
meistens bei geringem oder gar keinem Druck arbeitet. Der Motor arbeitet ebenfalls
nach dem einfachsten der Flüssigkeitsdrucksysteme, das kein Akkumulatordrucksteuersystem
oder eine verwickelte veränderliche Entladungspumpe erfordert. Die Enden der Hülse
4 und der Spindel 26, mit denen. der Hebel 27 und der Antriebsarm ro verbunden sind,
stehen von den Auslaßkammern innerhalb des Motors vor, weswegen Hochdruckpackungen
überflüssig werden.
-
Der im einzelnen. oben dargestellte Servomotor ist für die Verwendung
mit einer konstanten Volumenpumpe konstruiert; aus diesem Grund ist er nicht gut
geeignet, wenn eine Belastung lange Zeit gehalten werden muß, weil unter diesen
Verhältnissen die konstante Volumenpumpe fortlaufehd bei beträchtlichem Druck zu
arbeiten hat. Fig. 9 zeigt einen Servomotor der gleichen allgemeinen Bauart, der
aber fürdie obenerwähnte Verwendungs-: alt »besser geeignet ist. Diese Bauart kommt
mit einer konstanten Druckpumpe zur Anwendung. Der wesentliche Unterschied zur ersten
Ausführungsform liegt aber darin, daß die radialen Ventilsitze 37ä, 38a, 39a und
40a so. ausgebildet sind, daß sie die beiden Enden der Kanäle 33 und 34 schließen,
wenn sich -die, Spindel 2,6a in der dargestellten Mittellage befindet. In
dieser Lage sind die Einlaß-und Auslaßöffnungen mit den abschließenden Kantender
Ventilsitze geschlossen, und zwar schneiden sie entweder in Linie auf Linie mit
ihnen ab oder, wenn äußerste Genauigkeit nicht erforderlich ist, überschneiden sie
sich ein wenig. Bei dieser Bauart der Servomotoren ist nur ein geringer Leckstromfluß
vorhanden, selbst wenn die Belastung konstant gehalten wird. Der Betrieb dieser
Ausführungsform der Erfindung entspricht. sonst genau der ersten Ausführungsform.
-
Beide Ausführungsformen der Servomotoren, wie sie hier dargestellt
wurden, können so konstruiert wenden, daß bei ihrem Betrieb keine Reaktion auf den
Bedienungsmann, übertragen wird, wenn die Ventilsitze auf der Spindel sämtlich den
gleichen Durchmesser haben. Ein solcher Motor wird immer noch mit einer jedem beliebigen
Servomotor der Zylinderart gleichwertigenEmpfindlichkeit arbeiten.