EP0393345A2 - Hydraulic control device - Google Patents

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EP0393345A2
EP0393345A2 EP90104632A EP90104632A EP0393345A2 EP 0393345 A2 EP0393345 A2 EP 0393345A2 EP 90104632 A EP90104632 A EP 90104632A EP 90104632 A EP90104632 A EP 90104632A EP 0393345 A2 EP0393345 A2 EP 0393345A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
control device
bore
control
pressure medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP90104632A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0393345A3 (en
Inventor
Werner Kuttruf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BW Hydraulik GmbH
Original Assignee
BW Hydraulik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BW Hydraulik GmbH filed Critical BW Hydraulik GmbH
Publication of EP0393345A2 publication Critical patent/EP0393345A2/en
Publication of EP0393345A3 publication Critical patent/EP0393345A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
    • F15B9/14—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with rotary servomotors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/86493—Multi-way valve unit
    • Y10T137/86574—Supply and exhaust
    • Y10T137/86638—Rotary valve
    • Y10T137/86646—Plug type
    • Y10T137/86654—For plural lines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8593—Systems
    • Y10T137/86493—Multi-way valve unit
    • Y10T137/86574—Supply and exhaust
    • Y10T137/86638—Rotary valve
    • Y10T137/86646—Plug type
    • Y10T137/86662—Axial and radial flow

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic control device for a working element, such as e.g. a hydraulic motor, hydraulic cylinder or the like, which can be used with a set value, e.g. by means of a stepper motor and mechanical actual value feedback, the pressure medium flow supplied to the working element from a pressure medium source and flowing back from the latter to the tank being adjustable in terms of direction and quantity by means of valve elements.
  • a working element such as e.g. a hydraulic motor, hydraulic cylinder or the like
  • a set value e.g. by means of a stepper motor and mechanical actual value feedback
  • the pressure medium flow supplied to the working element from a pressure medium source and flowing back from the latter to the tank being adjustable in terms of direction and quantity by means of valve elements.
  • Control valves in various configurations are used to set up control loops for controlling hydraulic working elements.
  • target value specification and actual value feedback are often rotating elements.
  • the difference between the rotating elements, which represent the setpoint and actual value is converted by mechanical components (thread, spindle, toothed racks, etc.) into a linear movement, which actuates the actual control valve.
  • this control valve is designed as a longitudinal slide, and in another known device, the control valve is composed of four individually arranged seat valves. While the first solution allows a relatively compact design of the control valve, the second solution can only be done with one realize great expense of functional parts.
  • both solutions are the disadvantage that mechanical elements are necessary for converting a rotating movement into a linear movement twice. These mechanical elements inevitably have a certain manufacturing play, which is undesirably added up when connected in series. In addition, both solutions require additional devices which, in the sense of overload protection, cause an automatic shutdown in the event of the danger of the adjustment path being exceeded.
  • the object of the invention is to provide a hydraulic control device of the type mentioned at the outset, which makes it possible to compare the rotary movements of the setpoint and actual value directly with one another, by means of which a considerably higher accuracy in terms of statics and dynamics can be achieved, which works reliably against overload and constructed much simpler and is therefore also less expensive to implement than the known control devices of this type.
  • an essential idea of the invention is that the actual control valve is composed of two concentric valve elements in the form of a hollow cylinder and a central piston, which are rotatable in the bore of a housing, but axially are immovable.
  • the control edges are formed by axially extending grooves which are located in the outer surface of two control pistons of the central piston. If there is a relative movement between the center piston and the hollow cylinder, this leads to a displacement on one of the four control edges, which releases the pressure medium and thus activates the working element.
  • the associated mechanical actual value feedback causes a corresponding "control response".
  • a further advantageous embodiment consists in that the wall at the closed end of the axial grooves of the control piston touches the wall of the associated through bore of the hollow piston or protrudes therefrom.
  • connections (P and T) and (A and B) are interchangeable.
  • the housing (1) of the hydraulic control device is indicated in FIG. 1 by outlines. Furthermore, a stepping motor (2) for specifying the desired value is shown on one end of the housing (1) and a hydraulic motor (3) as a working element on the opposite end.
  • the housing (1) contains a cylindrical bore (18) in which a hollow piston (4) is rotatably, but axially immovably, liquid-tight.
  • a hollow piston (4) is rotatably, but axially immovably, liquid-tight.
  • a central piston (6) is rotatably, but axially immovably, liquid-tight, the design of which is described below.
  • the center piston (6) is connected to the stepping motor (2) in a rotationally locking manner via suitable gear elements (7).
  • An electrically operated motor in a commercially available design can be used as the stepping motor (2).
  • the hollow piston (4) contains five aligned through bores (8 to 12) in five planes with the same spacing axially one after the other.
  • the individual levels are referred to in the further description as the first to fifth levels corresponding to the drawing in FIG. 1 from right to left.
  • the through bores (8 to 12) open into a circumferential groove (13 to 17) in the wall of the bore (18) of the housing (1).
  • the circumferential grooves (13 to 17) are connected to external connections of the housing (1) via internal connecting channels.
  • the circumferential groove (15) is connected to the outer connection (P) in the middle level, while the circumferential grooves (13, 17) are connected to the outer connection (T) in the first and fifth levels.
  • the circumferential groove (14) leads to the external connection (B) and the circumferential groove (16) leads to the external connection (A).
  • the center piston (6) contains four individual pistons lying axially one behind the other, which are rigidly connected to one another by rod sections (19).
  • the two central pistons (20 and 21) are the actual control pistons, while the end pistons represent end pistons (22 and 23).
  • the control pistons (20 and 21) are symmetrical in the second and fourth bore plane.
  • the end pistons (22 and 23) are each so far away from the adjacent control piston that the mouths of the bores (8 and 12) between them are exposed.
  • the preferably circular rod sections (19) have a smaller cross section than the pistons of the central piston (6). Free annular spaces (24) for the flow of the pressure medium are thus present between two adjacent pistons.
  • control pistons (20 and 21) each have four axially extending grooves on their cylindrical outer surface, the diametrically opposite grooves forming a pair of grooves (20a and 20b) on the one hand and (21a and 21b) on the other.
  • the grooves of each pair begin on opposite end faces of the respective control piston and extend in the axial direction over a large part of the axial length of the control piston, but end at some distance in front of the opposite end face.
  • the axial length of the grooves (20a, 20b or 21a, 21b) is such that the wall at the closed end just clears the mouth of the associated through hole (9 or 11).
  • FIGS. 2 and 3 show the central piston (6) in the central position. Thereafter, the actual control edges (20k or 21k) affect the associated through holes (9 or 11) for each pair of grooves.
  • the width of the grooves of the control piston (20 or 21) is adapted to the clear width of the through bores (9 or 11).
  • connection (L) is shown on the housing (1), which is connected via an inner channel to the interior of the hollow piston (4) delimited by the central piston (6).
  • the connection (L) is used to connect a line leading to the tank for discharging any leakage losses on the sealing surfaces of the functional parts.
  • Hollow pistons (4) and central pistons (6) are rotated against each other by an angle (x).
  • the pressure medium flows from (P) over the exposed cross section between the axially extending grooves (20b) of the control piston (20) and the through bores (9) to (B) and further from (A) over the exposed cross section of the axially extending grooves (21b ) of the control piston (21) and the through holes (11) according to (T).
  • a defined oil flow corresponding to the free cross section thus flows to the hydraulic motor (3) and back.
  • the center piston (6) and the hollow piston (4) rotate at the same rotational speed so that the flow rate once set remains constant.
  • the power and / or speed of the hydraulic motor (3) can be finely varied by changing the setpoint value on the stepper motor (2).
  • Hollow piston (4) and middle piston (6) are rotated against each other by an angle (y).
  • the pressure medium flows from (P) over the exposed cross section between the axially extending grooves (21a) of the control piston (21) and the through bores (11) to (A) and further from (B) over the exposed cross section of the axially extending grooves (20a ) and the through holes (9) according to (T).
  • a defined oil flow corresponding to the free cross section thus flows through the hydraulic motor (3), which now rotates in the opposite direction to the switching state described above.

Abstract

Für den Aufbau von Regelkreisen zum Steuern von hydraulischen Arbeitselementen wie z.B. ein Hydromotor, Hydraulikzylinder oder dergleichen, wird eine neuartige hydraulische Steuereinrichtung beschrieben, die mit Soll-Wert-Vorgabe, z.B. mittels Schrittmotor, und mechanischer Ist-Wert-Rückmeldung arbeitet. Die Funktionsteile, die dazu dienen, den von einer Druckmittelquelle dem Arbeitselement zugeführten und von diesem zum Tank zurückfließenden Druckmittelstrom hinsichtlich Richtung und Menge feinfühlig zu regeln, sind als ineinanderliegende, gegenseitig verdrehbare Drehkolben (4, 6) ausgebildet. Dabei ist der eine Drehkolben (6) mit der Soll-Wert-Vorgabe (2) und der andere Drehkolben (4) mit dem Arbeitselement (3) zur mechanischen Ist-Wert-Rückmeldung drehschlüssig verbunden. Auf diese Weise können anders als bei den bekannten Steuereinrichtungen, bei denen über eine Längsbewegung Schieber oder Sitzventile betätigt werden, die Drehbewegungen von Soll- und Ist-Wert direkt miteinander verglichen werden. Hierdurch ist eine erheblich höhere Genauigkeit sowohl statisch (Positioniergenauigkeit, Rundlauf) als auch dynamisch (Folgetreue, Bahnabweichung) erreichbar. Außerdem ist die Steuereinrichtung überlastsicher, einfacher aufgebaut und preisgünstiger realisierbar.For setting up control loops for controlling hydraulic work elements such as a hydraulic motor, hydraulic cylinder or the like, a new type of hydraulic control device is described which can be used with a setpoint value, e.g. using a stepper motor and mechanical actual value feedback. The functional parts, which are used to sensitively regulate the direction and quantity of the pressure medium flow supplied to the working element from a pressure medium source and flowing back to the tank, are designed as mutually rotatable rotary pistons (4, 6) which can be rotated in relation to one another. One rotary piston (6) is connected to the setpoint value (2) and the other rotary piston (4) to the working element (3) for mechanical actual value feedback. In this way, in contrast to the known control devices in which slides or seat valves are actuated via a longitudinal movement, the rotational movements of the setpoint and actual value can be compared directly with one another. As a result, significantly higher accuracy can be achieved both statically (positioning accuracy, concentricity) and dynamically (follow-up accuracy, path deviation). In addition, the control device is overload-proof, simpler in construction and less expensive to implement.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuereinrichtung für ein Arbeitselement, wie z.B. ein Hydromotor, Hydraulikzylinder oder dergleichen, die mit Soll-Wert-Vorgabe, z.B. mittels Schrittmotor, und mechanischer Ist-Wert-Rückmeldung arbeitet, wobei der von einer Druckmittelquelle dem Arbeitselement zugeführte und von diesem zum Tank zurückfließende Druckmittelstrom mittels Ventilelementen hinsichtlich Richtung und Menge regelbar ist.The invention relates to a hydraulic control device for a working element, such as e.g. a hydraulic motor, hydraulic cylinder or the like, which can be used with a set value, e.g. by means of a stepper motor and mechanical actual value feedback, the pressure medium flow supplied to the working element from a pressure medium source and flowing back from the latter to the tank being adjustable in terms of direction and quantity by means of valve elements.

Für den Aufbau von Regelkreisen zum Steuern von hydraulischen Arbeitselementen werden Steuerventile in unterschiedlicher Ausgestaltung eingesetzt. Bei solchen Regelkreisen sind Soll-Wert-Vorgabe und Ist-Wert-Rückmeldung häufig drehende Elemente. Bei den bekannten Einrichtungen wird die Differenz zwischen den sich drehenden Elementen, die Soll- und Ist-Wert repräsentieren, durch mechanische Bauelemente (Gewinde, Spindel, Zahnstangen usw.) in eine geradlinige Bewegung umgesetzt, die das eigentliche Steuerventil betätigt. So ist bei einer bekannten Einrichtung dieses Steuerventil als Längsschieber ausgebildet, und bei einer anderen bekannten Einrichtung setzt sich das Steuerventil aus vier einzeln angeordneten Sitzventilen zusammen. Während die erstgenannte Lösung eine relativ kompakte Bauweise des Steuerventils ermöglicht, läßt sich die zweite Lösung nur mit einem verhältnismäßig großen Aufwand von Funktionsteilen verwirklichen. Beiden Lösungen gemeinsam ist jedoch der Nachteil, daß mechanische Elemente zur zweimaligen Umwandlung einer sich drehenden in eine lineare Bewegung notwendig sind. Diese mechanischen Elemente haben zwangsläufig ein gewisses Fertigungsspiel, welches durch Hintereinanderschaltung eine unerwünschte Summierung erfährt. Hinzu kommt, daß bei beiden Lösungen zusätzliche Einrichtungen erforderlich sind, die im Sinne einer Überlastsicherung im Falle der Gefahr der Überschreitung des Verstellweges eine selbsttätige Abschaltung bewirken.Control valves in various configurations are used to set up control loops for controlling hydraulic working elements. In such control loops, target value specification and actual value feedback are often rotating elements. In the known devices, the difference between the rotating elements, which represent the setpoint and actual value, is converted by mechanical components (thread, spindle, toothed racks, etc.) into a linear movement, which actuates the actual control valve. In a known device, this control valve is designed as a longitudinal slide, and in another known device, the control valve is composed of four individually arranged seat valves. While the first solution allows a relatively compact design of the control valve, the second solution can only be done with one realize great expense of functional parts. Common to both solutions, however, is the disadvantage that mechanical elements are necessary for converting a rotating movement into a linear movement twice. These mechanical elements inevitably have a certain manufacturing play, which is undesirably added up when connected in series. In addition, both solutions require additional devices which, in the sense of overload protection, cause an automatic shutdown in the event of the danger of the adjustment path being exceeded.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Steuereinrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die es ermöglicht, die Drehbewegungen von Soll- und Ist-Wert direkt miteinander zu vergleichen, mittels der eine erheblich höhere Genauigkeit in statischer und dynamischer Hinsicht erzielbar ist, die überlastsicher arbeitet und wesentlich einfacher aufgebaut und damit auch preisgünstiger realisierbar ist als die bekannten Steuereinrichtungen dieser Art.The object of the invention is to provide a hydraulic control device of the type mentioned at the outset, which makes it possible to compare the rotary movements of the setpoint and actual value directly with one another, by means of which a considerably higher accuracy in terms of statics and dynamics can be achieved, which works reliably against overload and constructed much simpler and is therefore also less expensive to implement than the known control devices of this type.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of claim 1.

Hiernach ist ein wesentlicher Gedanke der Erfindung darin zu sehen, daß das eigentliche Regelventil sich aus zwei konzentrischen Ventilelementen in Form eines Hohlzylinders und eines Mittelkolbens zusammensetzt, die in der Bohrung eines Gehäuses drehbar, jedoch axial unbeweglich gelagert sind. Die Steuerkanten sind hierbei durch axial verlaufende Nuten gebildet, die sich in der Mantelfläche von zwei Steuerkolben des Mittelkolbens befinden. Findet eine Relativbewegung zwischen Mittelkolben und Hohlzylinder statt, so führt dies zu einer Verschiebung an einer der insgesamt vier Steuerkanten, die eine Freigabe des Druckmittels und damit eine Betätigung des Arbeitselements zur Folge hat. Die hiermit verbundene mechanische Ist-Wert-Rückmeldung bewirkt eine entsprechende "Regelantwort".According to this, an essential idea of the invention is that the actual control valve is composed of two concentric valve elements in the form of a hollow cylinder and a central piston, which are rotatable in the bore of a housing, but axially are immovable. The control edges are formed by axially extending grooves which are located in the outer surface of two control pistons of the central piston. If there is a relative movement between the center piston and the hollow cylinder, this leads to a displacement on one of the four control edges, which releases the pressure medium and thus activates the working element. The associated mechanical actual value feedback causes a corresponding "control response".

Der prinzipielle Unterschied gegenüber den bekannten Steuereinrichtungen dieser Art besteht darin, daß die Drehbewegungen von Soll- und Ist-Wert direkt miteinander verglichen werden. Dies heißt, der Umweg über die (zweimalige) Umwandlung in eine geradlinige Bewegung mit Hilfe mechanischer Bauelemente und den dadurch bedingten Nachteilen wird bei der Erfindung vermieden. Eine solche Steuereinrichtung ist überlastsicher, da Hohlzylinder und Mittelkolben endlos gegeneinander verstellbar sind.The basic difference compared to the known control devices of this type is that the rotary movements of the target and actual values are compared directly with one another. This means that the detour via the (twice) conversion into a straight-line movement with the aid of mechanical components and the disadvantages caused thereby are avoided in the invention. Such a control device is overload-proof since the hollow cylinder and center piston are endlessly adjustable against each other.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous further developments of the invention are described in the subclaims.

Je nach den vorliegenden Anforderungen kann es zweckmäßig sein, im Hohlkolben in jeder Bohrungsebene zwei oder mehr als zwei fluchtende Bohrungen und dementsprechend auch im Steuerkolben eine doppelte Anzahl von axialen Nuten anzuordnen. Dabei ist es vorteilhaft, die Breite der axialen Nuten der Steuerkolben der lichten Weite der Durchgangsbohrungen anzupassen.Depending on the requirements at hand, it may be expedient to arrange two or more than two aligned bores in the hollow piston in each bore plane and accordingly also to arrange a double number of axial grooves in the control piston. It is advantageous to adjust the width of the axial grooves of the control piston to the inside width of the through holes.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß die Wandung am geschlossenen Ende der axialen Nuten der Steuerkolben die Wandung der zugehörigen Durchgangsbohrung des Hohlkolbens tangiert oder gegenüber dieser vorsteht.A further advantageous embodiment consists in that the wall at the closed end of the axial grooves of the control piston touches the wall of the associated through bore of the hollow piston or protrudes therefrom.

Hinsichtlich der Anschlüsse für die von außen kommenden Leitungen sind am Gehäuse folgende Anschlüsse vorgesehen:

  • a) dritte (mittlere) Ebene - Leitung (P) von der Druckmittelquelle,
  • b) erste und fünfte Ebene - Leitung (T) zum Tank und
  • c) zweite und vierte Ebene - Leitungen (A u. B) zum Arbeitselement.
With regard to the connections for the lines coming from the outside, the following connections are provided on the housing:
  • a) third (middle) level - line (P) from the pressure medium source,
  • b) first and fifth levels - line (T) to the tank and
  • c) second and fourth level - lines (A and B) to the working element.

Die Anschlüsse (P und T) sowie (A und B) sind gegeneinander tauschbar.The connections (P and T) and (A and B) are interchangeable.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

  • Fig. 1 einen Axialschnitt einer hydraulischen Steuereinrichtung gemäß der Erfindung,
  • Fig. 2 u. 3 Querschnitte der Funktionsteile der hydraulischen Steuereinrichtung in den Ebenen II-II und IV-IV der Fig. 1 für den Schaltzustand "ausgeregelte Mittellage",
  • Fig. 4 das dem Schaltzustand der Fig. 2 u. 3 entsprechende Hydrauliksymbol,
  • Fig. 5 u. 6 Querschnitte in den Ebenen II-II und IV-IV der Fig. 1 für den Schaltzustand "Drehbewegung nach rechts",
  • Fig. 7 das dem Schaltzustand der Fig. 5 u. 6 entsprechende Hydrauliksymbol,
  • Fig. 8 u. 9 Querschnitte in den Ebenen II-II und IV-IV der Fig. 1 für den Schaltzustand "Drehbewegung nach links" und
  • Fig. 10 das dem Schaltzustand der Fig. 8 u. 9 entsprechende Hydrauliksymbol.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment which is shown schematically in the drawing. It shows:
  • 1 is an axial section of a hydraulic control device according to the invention,
  • Fig. 2 u. 3 cross sections of the functional parts of the hydraulic control device in planes II-II and IV-IV of FIG. 1 for the switching state "regulated central position",
  • Fig. 4 that the switching state of Fig. 2 u. 3 corresponding hydraulic symbols,
  • Fig. 5 u. 6 cross sections in planes II-II and IV-IV of FIG. 1 for the switching state "rotary movement to the right",
  • Fig. 7 that the switching state of Fig. 5 u. 6 corresponding hydraulic symbol,
  • Fig. 8 u. 9 cross sections in planes II-II and IV-IV of Fig. 1 for the switching state "rotary movement to the left" and
  • Fig. 10 that the switching state of Fig. 8 u. 9 corresponding hydraulic symbol.

Das Gehäuse (1) der hydraulischen Steuereinrichtung ist in Fig. 1 durch Umrißlinien angedeutet. Weiter sind an einer Stirnseite des Gehäuses (1) ein Schrittmotor (2) für die Soll-Wert-Vorgabe und an der entgegengesetzten Stirnseite ein Hydromotor (3) als Arbeitselement dargestellt.The housing (1) of the hydraulic control device is indicated in FIG. 1 by outlines. Furthermore, a stepping motor (2) for specifying the desired value is shown on one end of the housing (1) and a hydraulic motor (3) as a working element on the opposite end.

Das Gehäuse (1) enthält eine zylindrische Bohrung (18), in der ein Hohlkolben (4) drehbar, jedoch axial unbeweglich flüssigkeitsdicht gehalten ist. Für die mechanische Ist-Wert-Rückmeldung besteht über geeignete Getriebeelemente (5) zwischen Hydromotor (3) und Hohlkolben (4) eine drehschlüssige Verbindung gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes.The housing (1) contains a cylindrical bore (18) in which a hollow piston (4) is rotatably, but axially immovably, liquid-tight. For the Mechanical actual value feedback exists via suitable gear elements (5) between the hydraulic motor (3) and the hollow piston (4), a rotational connection, possibly with the interposition of a reduction gear.

In der zylindrischen Bohrung des Hohlkolbens (4) ist ein Mittelkolben (6) drehbar, jedoch axial unverschiebbar flüssigkeitsdicht gelagert, dessen Gestaltung nachfolgend noch beschrieben wird. An seinem freien Ende ist der Mittelkolben (6) über geeignete Getriebelemente (7) drehschlüssig mit dem Schrittmotor (2) verbunden. Als Schrittmotor (2) kann ein elektrisch betriebener Motor in handelsüblicher Ausführung eingesetzt werden.In the cylindrical bore of the hollow piston (4), a central piston (6) is rotatably, but axially immovably, liquid-tight, the design of which is described below. At its free end, the center piston (6) is connected to the stepping motor (2) in a rotationally locking manner via suitable gear elements (7). An electrically operated motor in a commercially available design can be used as the stepping motor (2).

Der Hohlkolben (4) enthält in fünf mit gleichem Abstand axial aufeinanderfolgenden Ebenen in jeder Ebene je zwei fluchtende Durchgangsbohrungen (8 bis 12). Die einzelnen Ebenen werden in der weiteren Beschreibung als erste bis fünfte Ebene entsprechend der zeichnerischen Darstellung in Fig. 1 von rechts nach links bezeichnet.The hollow piston (4) contains five aligned through bores (8 to 12) in five planes with the same spacing axially one after the other. The individual levels are referred to in the further description as the first to fifth levels corresponding to the drawing in FIG. 1 from right to left.

Außen münden die Durchgangsbohrungen (8 bis 12) in je eine umlaufende Nut (13 bis 17) in der Wandung der Bohrung (18) des Gehäuses (1). Die umlaufenden Nuten (13 bis 17) stehen über innere Verbindungskanäle mit Außenanschlüssen des Gehäuses (1) in Verbindung. Dabei ist die umlaufende Nut (15) in der mittleren Ebene mit dem Außenanschluß (P) verbunden, während die umlaufenden Nuten (13, 17) in der ersten und fünften Ebene mit dem Außenanschluß (T) verbunden sind. Die umlaufende Nut (14) führt zum Außenanschluß (B) und die umlaufende Nut (16) zum Außenanschluß (A).Outside, the through bores (8 to 12) open into a circumferential groove (13 to 17) in the wall of the bore (18) of the housing (1). The circumferential grooves (13 to 17) are connected to external connections of the housing (1) via internal connecting channels. The circumferential groove (15) is connected to the outer connection (P) in the middle level, while the circumferential grooves (13, 17) are connected to the outer connection (T) in the first and fifth levels. The circumferential groove (14) leads to the external connection (B) and the circumferential groove (16) leads to the external connection (A).

Der Mittelkolben (6) enthält vier axial hintereinander liegende Einzelkolben, die durch Stangenabschnitte (19) starr miteinander verbunden sind. Die beiden mittigen Kolben (20 u. 21) sind die eigentlichen Steuerkolben, während die endseitigen Kolben Abschlußkolben (22 u. 23) darstellen. Die Steuerkolben (20 u. 21) liegen symmetrisch in der zweiten und vierten Bohrungsebene. Die Abschlußkolben (22 u. 23) haben jeweils einen solchen Abstand vom benachbarten Steuerkolben, daß die Mündungen der zwischen ihnen liegenden Bohrungen (8 bzw. 12) freiliegen.The center piston (6) contains four individual pistons lying axially one behind the other, which are rigidly connected to one another by rod sections (19). The two central pistons (20 and 21) are the actual control pistons, while the end pistons represent end pistons (22 and 23). The control pistons (20 and 21) are symmetrical in the second and fourth bore plane. The end pistons (22 and 23) are each so far away from the adjacent control piston that the mouths of the bores (8 and 12) between them are exposed.

Die vorzugsweise kreisrunden Stangenabschnitte (19) haben einen kleineren Querschnitt als die Kolben des Mittelkolbens (6). Somit sind zwischen je zwei benachbarten Kolben freie Ringräume (24) für den Durchfluß des Druckmittels vorhanden.The preferably circular rod sections (19) have a smaller cross section than the pistons of the central piston (6). Free annular spaces (24) for the flow of the pressure medium are thus present between two adjacent pistons.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthalten die Steuerkolben (20 u. 21) an ihrer zylindrischen Mantelfläche je vier axial verlaufende Nuten, wobei die jeweils diametral einander gegenüberliegenden Nuten ein Nutenpaar (20a bzw. 20b) einerseits und (21a bzw. 21b) andererseits bilden. Die Nuten jedes Paares beginnen auf entgegengesetzten Stirnseiten des jeweiligen Steuerkolbens und verlaufen in axialer Richtung über einen großen Teil der axialen Länge des Steuerkolbens, wobei sie jedoch in einigem Abstand vor der jeweils entgegengesetzten Stirnfläche enden. Die axiale Länge der Nuten (20a, 20b bzw. 21a, 21b) ist so bemessen, daß die Wandung am geschlossenen Ende die Mündung der zugehörigen Durchgangsbohrung (9 bzw. 11) gerade freigibt.In the illustrated embodiment, the control pistons (20 and 21) each have four axially extending grooves on their cylindrical outer surface, the diametrically opposite grooves forming a pair of grooves (20a and 20b) on the one hand and (21a and 21b) on the other. The grooves of each pair begin on opposite end faces of the respective control piston and extend in the axial direction over a large part of the axial length of the control piston, but end at some distance in front of the opposite end face. The axial length of the grooves (20a, 20b or 21a, 21b) is such that the wall at the closed end just clears the mouth of the associated through hole (9 or 11).

Die räumliche Anordnung der Nuten auf den Steuerkolben (20 u. 21) in der Umfangsrichtung ergibt sich aus den Querschnittsansichten der Fig. 2 und 3, die den Mittelkolben (6) in der Mittelstellung zeigen. Danach tangieren bei jedem Nutenpaar die eigentlichen Steuerkanten (20k bzw. 21k) die zugehörigen Durchgangsbohrungen (9 bzw. 11). Die Breite der Nuten der Steuerkolben (20 bzw. 21) ist der lichten Weite der Durchgangsbohrungen (9 bzw. 11) angepaßt.The spatial arrangement of the grooves on the control piston (20 and 21) in the circumferential direction results from the cross-sectional views of FIGS. 2 and 3, which show the central piston (6) in the central position. Thereafter, the actual control edges (20k or 21k) affect the associated through holes (9 or 11) for each pair of grooves. The width of the grooves of the control piston (20 or 21) is adapted to the clear width of the through bores (9 or 11).

In Fig. 1 ist am Gehäuse (1) noch ein Anschluß (L) dargestellt, der über einen inneren Kanal mit dem vom Mittelkolben (6) begrenzten Innenraum des Hohlkolbens (4) verbunden ist. Der Anschluß (L) dient zum Anschluß einer zum Tank führenden Leitung für das Ableiten von eventuellen Leckverlusten an den Dichtflächen der Funktionsteile.In Fig. 1, a connection (L) is shown on the housing (1), which is connected via an inner channel to the interior of the hollow piston (4) delimited by the central piston (6). The connection (L) is used to connect a line leading to the tank for discharging any leakage losses on the sealing surfaces of the functional parts.

Nachfolgend werden die möglichen Schaltzustände der hydraulischen Steuereinrichtung erläutert.The possible switching states of the hydraulic control device are explained below.

1 . Schaltzustand "ausgeregelte Mittellage" (Fig. 2 u. 3).1 . Switching state "adjusted middle position" (Fig. 2 and 3).

Bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Stellung der drehbaren Funktionsteile wie Hohlkolben (4) und Mittelkolben (6) sind alle äußeren Anschlüsse (P u. T) einerseits und (A u. B) andererseits durch die Steuerkolben (20, 21) gesperrt. Der Hydraulikmotor (3) steht beiderseitig unter dem Druck des Mediums (Vorspannung) und nimmt somit seine "ausgeregelte Mittellage" ein.In the position of the rotatable functional parts such as hollow piston (4) and central piston (6) shown in FIGS. 2 and 3, all external connections (P and T) on the one hand and (A and B) on the other hand by the control pistons (20, 21 ) blocked. The hydraulic motor (3) is under pressure from both sides of the medium (preload) and thus assumes its "regulated middle position".

2. Schaltzustand "Drehbewegung nach rechts" (Fig. 5, 6 u. 7)2. Switching state "rotation to the right" (Fig. 5, 6 and 7)

Hohlkolben (4) und Mittelkolben (6) sind um einen Winkel (x) gegeneinander verdreht. Das Druckmittel strömt von (P) über den freiliegenden Querschnitt zwischen den axial verlaufenden Nuten (20b) des Steuerkolbens (20) und den Durchgangsbohrungen (9) nach (B) und ferner von (A) über den freiliegenden Querschnitt der axial verlaufenden Nuten (21b) des Steuerkolbens (21) und den Durchgangsbohrungen (11) nach (T). Damit fließt ein dem freien Querschnitt entsprechender definierter Ölstrom zum Hydraulikmotor (3) und zurück.Hollow pistons (4) and central pistons (6) are rotated against each other by an angle (x). The pressure medium flows from (P) over the exposed cross section between the axially extending grooves (20b) of the control piston (20) and the through bores (9) to (B) and further from (A) over the exposed cross section of the axially extending grooves (21b ) of the control piston (21) and the through holes (11) according to (T). A defined oil flow corresponding to the free cross section thus flows to the hydraulic motor (3) and back.

Wird der Mittelkolben (6) weiter nach rechts bewegt, erhöht sich die Durchflußmenge zum Hydraulikmotor (3) und umgekehrt.If the center piston (6) is moved further to the right, the flow rate to the hydraulic motor (3) increases and vice versa.

Entspricht die eingestellte Strömungsmenge der geforderten Antriebsleistung des Hydraulikmotors, drehen sich Mittelkolben (6) und Hohlkolben (4) mit gleicher Drehgeschwindigkeit, so daß die einmal eingestellte Durchflußmenge konstant bleibt. Leistung und/oder Drehzahl des Hydraulikmotors (3) sind durch Änderung der Soll-Wert-Vorgabe am Schrittmotor (2) feinfühlig variierbar.If the set flow rate corresponds to the required drive power of the hydraulic motor, the center piston (6) and the hollow piston (4) rotate at the same rotational speed so that the flow rate once set remains constant. The power and / or speed of the hydraulic motor (3) can be finely varied by changing the setpoint value on the stepper motor (2).

3. Schaltzustand "Drehbewegung nach links" (Fig. 8, 9 u. 10)3. Switching state "rotation to the left" (Fig. 8, 9 and 10)

Hohlkolben (4) und Mittelkolben (6) sind um einen Winkel (y) gegeneinander verdreht. Das Druckmittel strömt von (P) über den freiliegenden Querschnitt zwischen den axial verlaufenden Nuten (21a) des Steuerkolbens (21) und den Durchgangsbohrungen (11) nach (A) und ferner von (B) über den freiliegenden Querschnitt der axial verlaufenden Nuten (20a) und den Durchgangsbohrungen (9) nach (T). Damit fließt ein dem freien Querschnitt entsprechender definierter Ölstrom durch den Hydraulikmotor (3), der sich nun in entgegengesetzter Richtung wie beim vorstehend beschriebenen Schaltzustand dreht.Hollow piston (4) and middle piston (6) are rotated against each other by an angle (y). The pressure medium flows from (P) over the exposed cross section between the axially extending grooves (21a) of the control piston (21) and the through bores (11) to (A) and further from (B) over the exposed cross section of the axially extending grooves (20a ) and the through holes (9) according to (T). A defined oil flow corresponding to the free cross section thus flows through the hydraulic motor (3), which now rotates in the opposite direction to the switching state described above.

Wird der Mittelkolben (6) weiter nach links bewegt, erhöht sich die Duchflußmenge zum Hydraulikmotor (3) und umgekehrt.If the center piston (6) is moved further to the left, the flow rate to the hydraulic motor (3) increases and vice versa.

Claims (5)

1 . Hydraulische Steuereinrichtung für ein Arbeitselement wie z.B. ein Hydromotor, Hydraulikzylinder oder dergleichen, die mit Soll-Wert-Vorgabe, z.B. mittels Schrittmotor, und mechanischer Ist-Wert-Rückmeldung arbeitet, wobei der von einer Druckmittelquelle dem Arbeitselement zugeführte und von diesem zum Tank zurückfließende Druckmittelstrom mittels Ventilelementen hinsichtlich Richtung und Menge regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung gebildet ist aus einem Gehäuse (1) mit einer Bohrung (18), einem in der Bohrung (18) drehbar, jedoch axial unbeweglich gelagerten Hohlkolben (4), der in fünf axial aufeinanderfolgenden Ebenen in jeder Ebene wenigstens eine mittig zur Kolbenachse verlaufende Durchgangsbohrung (8 bis 12) aufweist, wobei die Bohrung in jeder Ebene in je eine umlaufende Nut (13 bis 17) in der Bohrungswandung des Gehäuses (1) mündet, wobei an die umlaufenden Nuten (13 bis 17) die Leitungen (P bzw. T) von Druckmittelquelle und Tank einerseits und die Leitungen (A, B) des Arbeitselements (3) andererseits angeschlossen sind, wobei die Steuereinrichtung ferner gebildet ist aus einem im Hohlkolben (4) drehbar, jedoch axial unbeweglich gelagerten Mittelkolben (6), bei dem vier Einzelkolben (20 bis 23) mit gegenseitigem Abstand voneinander durch Stangenabschnitte (19) starr miteinander verbunden sind und die beiden mittigen Kolben (Steuerkolben 20, 21) je mittig zu den Ebenen der zweiten und vierten Bohrungsgruppe des Hohlkolbens (4) liegen, während jeder endseitige Kolben (Abschlußkolben 22, 23) vom benachbarten Steuerkolben (20 bzw. 21) einen solchen Abstand hat, daß die Mündung der jeweils zwischen ihnen liegenden Bohrung (8 bzw. 12) freiliegt, wobei die Steuerkolben (20, 21) an ihrer zylindrischen Mantelfläche je wenigstens zwei axial verlaufende, jeweils von den entgegengesetzten Stirnseiten ausgehende und vor der jeweils anderen Stirnseite endende Nuten (20a, 20b bzw. 21a, 21b) aufweisen, die so angeordnet sind, daß sie in der Mittelstellung der Steuereinrichtung mit ihren einander zugewandten axialen Kanten (Steuerkanten 20k bzw. 21k) die zugehörige Durchgangsbohrung (9 bzw. 11) des Hohlkolbens (4) tangieren, und daß Hohlkolben (4) und Mittelkolben (6) einzeln mit Soll-Wert-Vorgabe und Ist-Wert-Rückmeldung gegebenenfalls über ein Unter- oder Übersetzungsgetriebe drehschlüssig verbindbar sind.1 . Hydraulic control device for a working element, such as a hydraulic motor, hydraulic cylinder or the like, which works with a setpoint value, for example by means of a stepping motor, and mechanical actual value feedback, the pressure medium flow supplied to the working element from a pressure medium source and flowing back from it to the tank Direction and quantity can be regulated by means of valve elements, characterized in that the control device is formed from a housing (1) with a bore (18), a hollow piston (4) which is rotatably but axially immovably mounted in the bore (18) five axially successive levels in each level has at least one through bore (8 to 12) running centrally to the piston axis, the bore in each level opening into a circumferential groove (13 to 17) in the bore wall of the housing (1) circumferential grooves (13 to 17) the lines (P and T) of the pressure medium source and tank on the one hand and di e lines (A, B) of the working element (3) are connected on the other hand, the control device also being formed from a central piston (6) which is rotatably but axially immovably mounted in the hollow piston (4) and in which four individual pistons (20 to 23) mutual distance from each other by rod sections (19) rigidly connected to each other and the two central pistons (control pistons 20, 21) are each centered on the planes of the second and fourth bore groups of the hollow piston (4), while each end-side piston (End piston 22, 23) from the adjacent control piston (20 or 21) has such a distance that the mouth of the respective bore (8 or 12) between them is exposed, the control piston (20, 21) on its cylindrical outer surface have at least two axially extending grooves (20a, 20b or 21a, 21b), each proceeding from the opposite end faces and ending in front of the other end face, which are arranged so that in the central position of the control device with their mutually facing axial edges ( Control edges 20k or 21k) affect the associated through-bore (9 or 11) of the hollow piston (4), and that the hollow piston (4) and the middle piston (6) individually with setpoint specification and actual value feedback, if necessary via a sub - Or transmission gear can be connected in a rotationally locking manner. 2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkolben (4) in jeder Bohrungsebene wenigstens zwei fluchtende Bohrungen (8 bis 12) und die Steuerkolben (20, 21) dementsprechend wenigstens vier axiale Nuten (20a, 20b, bzw. 21a, 21b) enthalten.2. Control device according to claim 1, characterized in that the hollow piston (4) in each bore plane at least two aligned bores (8 to 12) and the control piston (20, 21) accordingly at least four axial grooves (20a, 20b, or 21a, 21b) included. 3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der axialen Nuten (20a, 20b bzw. 21a, 21b) der Steuerkolben (20, 21) der lichten Weite der Durchgangsbohrungen (9 bzw. 11) entspricht.3. Control device according to claim 1 or 2, characterized in that the width of the axial grooves (20a, 20b or 21a, 21b) of the control piston (20, 21) corresponds to the clear width of the through bores (9 or 11). 4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung am geschlossenen Ende der axialen Nuten (20a, 20b bzw. 21a, 21b) der Steuerkolben (20, 21) die Wandung der zugehörigen Durchgangsbohrung (9 bzw. 11) des Hohlkolbens (4) tangiert oder gegenüber dieser vorsteht.4. Control device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the wall at the closed end of the axial grooves (20a, 20b or 21a, 21b) of the control piston (20, 21) the wall of the associated through hole (9 or 11th ) of the hollow piston (4) tangent or protrudes from this. 5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufenden Nuten (13 bis 17) des Gehäuses (1) durch innere Kanäle mit folgenden Außenanschlüssen verbunden sind: a) dritte (mittlere) Ebene: Anschluß (P) für die Leitung von der Druckmittelquelle, b) erste und fünfte Ebene: Anschluß (T) für die Leitung zum Tank und c) zweite und vierte Ebene: Anschlüsse (A, B) für die Leitungen zum Arbeitselement (3). 5. Control device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the circumferential grooves (13 to 17) of the housing (1) are connected by inner channels to the following outer connections: a) third (middle) level: connection (P) for the line from the pressure medium source, b) first and fifth levels: connection (T) for the line to the tank and c) second and fourth levels: connections (A, B) for the lines to the working element (3).
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