EP0749535B1 - Hydraulic drive unit - Google Patents
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- EP0749535B1 EP0749535B1 EP95913076A EP95913076A EP0749535B1 EP 0749535 B1 EP0749535 B1 EP 0749535B1 EP 95913076 A EP95913076 A EP 95913076A EP 95913076 A EP95913076 A EP 95913076A EP 0749535 B1 EP0749535 B1 EP 0749535B1
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- European Patent Office
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- control valve
- piston
- main control
- drive
- valve
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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
- F15B9/02—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 servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
- F15B9/08—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 servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor
- F15B9/12—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 servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor in which both the controlling element and the servomotor control the same member influencing a fluid passage and are connected to that member by means of a differential gearing
Definitions
- the invention relates to a hydraulic drive unit one for high drive power and accordingly - if necessary - High throughput of hydraulic oil designed Hydromotor as a power drive, a main control valve, by means of which an inflow of high pressure Hydraulic oil to the power drive as well as the drain at least part of the hydraulic oil supplied to the power drive, e.g.
- the overflow control valve has one in one central axial through bore of the piston
- Main control valve can be moved in a pressure-tight, elongated manner rod-shaped piston, which, seen in the axial direction, drive pressure chambers arranged on both sides of the main control valve piston enforced, by means of the overrun control valve controllable alternative pressurization and relief the servo drive of the main control valve piston is achieved, the piston of the follower control valve also in the case of the axial limits fixed to the housing two end pressure walls of the housing forming drive pressure spaces of the main control valve can be moved in a pressure-tight manner have to be.
- One end of the follower control valve piston protrudes from the housing of the main control valve out and is firmly connected to a rack at this end, with a pinion of the electromechanical position setpoint specification and actual value feedback combs that is drivable by means of a differential gear, which the phase comparison required for the overrun control mediated between setpoint specification and actual value setting.
- the known drive unit is due to that described structure with at least the following disadvantages afflicted:
- the manufacture of the through the main control valve and the follower control valve formed assembly is in the for one reliable function required precision extremely complex, since the respective end sections of the piston of the follow-up control valve receiving holes in the housing of the Main control valve and the central bore of its valve piston with the required, exactly aligned arrangement are very difficult to manufacture, and also the exact arrangement of control edges of the piston of the follower control valve to control edges of the piston of the main control valve, if so this one in the locked position of the follow-up control valve should have an exact 0-overlap as possible, is very complex, with the result that the known drive unit with high manufacturing costs.
- Another disadvantage is that the large areas the drive pressure chambers of the servo drive for the piston of the Main control valve, each through one of the ring faces of the piston itself are necessarily too large Amounts of tax oil flows, which leads to a highly dynamic operation of the servo motor disadvantageous is because then a lot of energy is required for the servo circuit becomes.
- the object of the invention is therefore to provide a drive unit improve the type mentioned in that a precise configuration on the valve piston side and on the housing side Control edges of the overrun control valve with significantly reduced Effort is realizable and the need for hydraulic Tax energy is significantly reduced.
- the overrun control valve has two from one to the parallel to the central longitudinal axis of the main control valve piston, through bore of the main control valve piston Piston elements, this bore in radial Distance from the central longitudinal axis of the main control valve is arranged; is the axial distance of these piston elements for setting a defined overlap on the piston side Control edges and housing-side, within the continuous Bores of the piston of the main control valve arranged Control edges of the follow-up control valve, in particular to set the for a sensitive control operation suitable 0-coverage of such control edges, adjustable.
- the piston elements by adjusting them can be perfectly balanced and a manufacturing technique possible the costly committee and high Manufacturing expenses largely excluded.
- the piston of the main control valve is one central, axial through hole provided through the one with the output shaft of the setpoint input motor coupled, but axially with respect to this and the piston displaceable setpoint specification element passes through.
- This Setpoint specification element stands with an actual value feedback element, through the moving part of the power hydromotor in a positive correlation with its - rotational or translational - movements with the same sense of rotation how the setpoint specification element can be driven in rotation, however axially immovable on the housing of the main control valve is stored in the manner of a spindle nut drive in backlash-free thread engagement.
- the setpoint default element thereby experiences axial deflections in relation to one with the Locked position of the overrun control valve linked middle position of the piston elements, these deflections with the difference between the target and actual position of the movable Part of the power hydraulic motor are directly correlated; these displacements mediate through actuators that rotationally decoupled from the setpoint specification element are, however, perform its axial movements with the Opening and closing operations of the overrun control valve.
- the hydraulic drive unit according to the invention is both for volumetrically controlled rotary hydraulic motors such as e.g. Axial piston motors as well as for precise control hydraulic linear motors, regardless of the speed at which they are operated and is therefore very suitable as a positioning drive.
- volumetrically controlled rotary hydraulic motors such as e.g. Axial piston motors
- precise control hydraulic linear motors regardless of the speed at which they are operated and is therefore very suitable as a positioning drive.
- Drive unit can by a according Claim 2 provided and its basic structure significantly improved after the outlined fine control valve be in the design provided according to claim 3 with two in an axially continuous bore of the valve piston of the main control valve arranged so that it can be displaced in a pressure-tight manner Piston elements in an axially continuous bore the valve piston of the main control valve are, can be easily integrated into these, wherein those for setting a specific one, in the basic position 0 desired small positive overlap of the fine control valve the same required adjustability of their axial Distance in a preferred design by the features of claim 4 is guaranteed.
- the fine control valve is by means of the two piston elements in a quasi-resolved construction, as provided according to claim 5, as two 2/3-way valves that can be operated together formed, which is preferred in the piston of the main control valve with the arrangement specified in the feature of claim 6 diametrically opposite the overflow control valve are provided.
- the piston of the main control valve as per Claim 9 provided with two of the opposite End faces of the main control valve piston forth in this is provided blind holes in which to limit one of its drive chambers relative to the bottom side of which is arranged so as to be displaceable in a pressure-tight manner a piston the one on the housing of the main control valve fixed, optionally axially adjustable stop pin is axially supported, these pistons as Free piston, i.e. without a return element in these holes be used.
- the design of the actuating cylinder provided according to claim 13 or a possibly several pairs of bores and pistons comprehensive actuating cylinder arrangement as a differential cylinder unit or combination has the advantage that this too its / its control provided overrun control valve designed as a 3/3-way valve that is easy to construct can be, in turn, dissolved construction Can be implemented using two 2/3-way valves that can be operated simultaneously is.
- the design of the piston provided according to claim 15 The main control valve is then special in terms of production technology favorable if the overflow control valve in the main control valve piston the fine control valve and also the actuating cylinder are largely integrated and possibly also elements the feedback device and the setpoint specification device received by a central bore of the central piston part are, which also means the hydraulic Rigidity of the oil columns that determine the drive unit and achieve high loop gain values to let.
- Position sensors can be used for both the adjustment of the main control valve and the fine control valve and the overrun control valve. and in the operation of the drive unit also for continuous Detection of the overtravel of the control elements, i.e. for a continuous determination of the loop gain of the control loop can be used.
- each designated 10 hydraulic Drive unit consists of an on unfoldability high driving forces and high driving power designed hydraulic motor 11 and a drive control thereof provided, designated a total of 12 electrohydraulic control unit, which in a in the Fig. 1 as firmly connected to the housing 13 of the hydraulic motor 11 Frame 14 shown housing is arranged, which is the geometric Basis for the arrangement of a main control valve 16, a fine control valve 17 of a hydraulic actuator 18 and a follow-up control valve 19 forms which the electro-hydraulic control unit 12 constructed is.
- the drive unit 10 is intended for use cases where there is high driving force and high driving power arrives where there are correspondingly high hydraulic oil flows occur and be controlled as precisely as possible have to. Possible uses of the drive unit 10 are e.g.
- the hydraulic motor 11 provided as a power drive is at illustrated embodiment as a double-acting linear cylinder with piston rod emerging from the housing on one side 21 trained.
- the hydraulic cylinder 11 is connected as a differential cylinder, the pressure on both the rod side Drive chamber 22 of the hydraulic cylinder 11 and the opposite this is delimited by the piston 23 in a pressure-tight manner bottom-side drive chamber 24 with the outlet pressure of the pressure supply unit 26 executes the outward stroke and only the rod side when pressurized Drive chamber 22 and pressure relief of the bottom Drive chamber 24 the pull-in stroke of piston rod 21 executes.
- Differential operating mode of the hydraulic cylinder 11 is this only by pressurizing and relieving it bottom driven chamber 24 controlled while the rod side Drive chamber 22 permanently with the outlet pressure of the pressure supply unit is acted upon.
- the ratio F 1 / F 2 of the piston piston surface F 1 on the bottom to the annular piston rod surface F 2 of the drive piston 23 of the hydraulic cylinder 11 is in the exemplary embodiment shown, in which the same feed forces can be developed in both alternative directions of movement of the piston 23 should 2/1.
- the ratio f 1 / f 2 of the surface f 1 of its piston 32, which movably delimits the bottom-side drive chamber 33 of the actuating cylinder 18, to the annular surface f 2 of its piston 32, which defines the unilaterally movable delimitation of its rod-side drive chamber 34 forms, into which the high output pressure of the pressure supply unit 26 is permanently coupled, 2/1, so that the deployable in the two alternative directions of movement of the actuating cylinder piston 32, which can be exerted on the movable elements of the main control valve 16 and the fine control valve 17, by pressurization and relief of the bottom control chamber 33 of the actuating cylinder 18 are controllable, have the same amount.
- That for the related motion control of the actuator 18 provided overrun control valve 19 works with electrical, e.g. pulsed control of a rotationally driven Stepper motor 36, controllable specification of the target position of the piston 23 of the power hydraulic cylinder 11 and mechanical feedback of the actual position of the drive cylinder piston 23, on the one hand, and mechanical feedback from the Position of the piston 32 of the actuating cylinder 18, on the other hand, which is achieved in that in the illustrated embodiment also the housing 37 of the follow-up control valve 19 rigidly coupled in motion to the piston rod 28 of the actuating cylinder 18 and accordingly along another, parallel to the central longitudinal axis 29 of the actuator 18 extending central longitudinal axis 38 of the follower control valve 19 can be pushed back and forth, along which two Valve bodies 39 and 41 are displaceable relative to the valve housing 37 at which the position setpoint specification as well as the total intended for feedback of actual position value with 42 designated actuator of the follow-up control valve 19 attacks.
- electrical e.g. pulsed control of a rotationally driven Stepper motor 36,
- the actuating device 42 of the overrun control valve 19 comprises in a coaxial arrangement with respect to a common one central longitudinal axis 43, which is also the axis of rotation of the output shaft 44 of the one, as shown in the Fig. 1 right housing wall 46 arranged stepper motor and the axis of rotation of one on the opposite "left" housing wall 47 rotatable but axially immovable Threaded spindle 48 marked, one as a position setpoint specification element Serving hollow shaft 49 on its stepper motor side End with a parallel toothing of the output shaft 44 of the stepping motor 36 is in meshing engagement and can thus be driven in rotation by means of the stepping motor 36 is. At its opposite end is the hollow shaft 49 provided with an internal thread 51, via which they in meshing engagement with the thread 52 of the threaded spindle 48 stands.
- the threaded spindle 48 is by means of a total of 53 designated toothed belt drive, which is assumed to be free of play is drivable in alternative directions of rotation.
- Timing belt 54 is self-contained and runs over a with the threaded spindle 48 non-rotatably connected toothed roller 56 and via a further toothed roller 57, which is parallel to one extending to the axis of rotation 43 of the threaded spindle 48, fixed to the housing Axis 58 is rotatably mounted, the direction of which central longitudinal axis 59 of the power drive Linear cylinder 11 measured distance from the axis of rotation 43 of the threaded spindle 48 is significantly larger than the maximum Stroke that the piston 23 of the drive cylinder 11 between can carry out its possible end positions.
- the toothed belt drive 53 has a to the central longitudinal axis 59 of the linear cylinder 11 run exactly parallel 61, by means of a mechanically rigid connecting element 62 with the piston 23 of the drive cylinder 11 coupled in motion and experiences the same deflections as this one.
- a mechanically rigid connecting element 62 with the piston 23 of the drive cylinder 11 coupled in motion and experiences the same deflections as this one.
- the overrun control valve for its further explanation 2 is also his Function according to a 3/3-way valve that, as it were, dissolved Design realized by two 2/3 way valves 19 ', 19' ' is formed as a piston valve body 39 and 41, each represented by the valve symbol in FIG. 1 are in a through bore 63 of the valve housing 37 are slidably guided in a pressure-tight manner.
- the two valve bodies 39 and 41 of the follow-up control valve 19 are pushed apart by a centrally arranged spring 64 and clamped between set screws 66 and 67, which in threads from radial to the central longitudinal axis 43 of the Actuating device 42 extending operating arms 68 and 69 are screwed, each with a ball bearing 71 or 72 axially displaceable with the hollow shaft 49 connected, but decoupled from their rotational movements are.
- the two valve bodies 39, 41 of the two sub-valves 19 ', 19 '' of the follow-up control valve 19 are by means of the adjusting screws 66.67 adjustable so that the axial distance of control edges 73, 74 of the valve body as shown 1 and 2 "right" sub-valve 19 'and “Left” partial valve 19 '' of the follow-up control valve 19 equal to the axial distance from the control edges 76, 77 of the valve housing 37 of the follow-up control valve 19 is by their Relative movements in alternate directions either Flow path 78 (FIG.
- the main control valve 16 is the one chosen for explanation Embodiment in which the power drive cylinder 11 is operated as a differential cylinder, the rod-side drive chamber 22 permanently with the outlet pressure of the pressure supply unit 26 is acted upon as 3/3-way slide valve formed, the housing 86 fixed is connected to the housing 13 of the drive cylinder 11.
- connection channel 96 connects via the hydraulic oil in the inflow bottom drive chamber 24 of the drive cylinder and can flow out of it again.
- the control channel 96 of the housing 86 of the main control valve 16 starts from an inner annular groove 97 of the valve housing 86, the between an annular groove 98 of the housing 86, which with the P-connection 83 is permanently in communicating connection and an annular groove 99 of the valve housing 86 is arranged, those with the T-connection channel 91 in permanent communication Connection is established, is arranged.
- the piston 87 of the main control valve 16 has a first one outer annular groove 101 provided within the possible Sliding range of the valve piston 87 always in communicating Connection to the P-groove 98 of the valve housing 86 remains and for coupling pressure into the bottom Drive chamber 24 of the drive cylinder 11 by displacement of the valve body 87 as shown in FIG. 2 to the left in overlap with the cross-sectional area of the central annular groove 97 of the housing 86 of the main control valve can be brought, whereby the main control valve in the functional position I arrives in which the T-slot 99 against the control connection channel 94 of the main control valve 16 is cordoned off.
- the piston 87 with a second outer annular groove 102 provided within the possible Sliding range of the valve piston 87 always in communicating Connection with the T-groove 99 of the valve housing 86 of the main control valve remains and by axial displacement of the valve piston 87, as shown in FIG. 2 to the right, also in cross-section overlap with the central annular groove 97 of the valve housing 86 can be brought, whereby hydraulic oil from the bottom drive chamber 24 of the drive cylinder 11 to the reservoir 92 of the pressure supply unit 26 can flow.
- this functional position II of the main control valve 16 is the T-groove 94 against blocked the control channel 94 of the main control valve 16.
- Portive overlap here means that the valve piston 87, starting from the home position 0 of the main control valve 16 first by the amount e of the surplus in axial direction must be shifted before, depending on the shift direction, in the respective functional position I or II flow path 112 or 113 to be released opening begins and with increasing displacement releases an increasing cross-section.
- the piston 23 of the drive cylinder 11 starting from a starting position that can be assumed to be known, e.g. of the shown in Fig. 3 the fully retracted State of the piston 23 corresponding end position execute an extension stroke h defined amount, so must for this purpose the bottom-side control chamber 24 of the drive cylinder 11 are pressurized, i.e. the main control valve 16 so long in its functional position shown in FIG. 2 I be brought up to the execution of the Hubes h corresponding target position is reached and with the Reaching this position again in its shown in FIG. 3 Home position.
- To the main control valve 16 in this functional position is required in accordance the representations of FIGS. 1 to 3 of a shift the valve piston 87 to the left, i.e.
- the actuating cylinder 18 is thereby in Meaning a reduction in the previously released cross-section the flow path 112 of the main control valve 16 driven, which on the one hand the inflow of hydraulic oil in the bottom drive chamber 24 of the drive cylinder 11 is reduced so that its extension speed decreases and on the other hand the housing 37 of the follow-up control valve moved again in that direction - to the right in which the flow path 78 of the sub-valve 19 'of the follow-up control valve 19 is blocked again and the Inflow of hydraulic oil into the bottom drive chamber 33 of the actuating cylinder 18 is interrupted.
- the piston 32 the actuating cylinder 18 then remains in a reduced one Flow cross section of the still released Flow paths 112 of the main control valve 16 corresponding Stand with the lower movement speed v of the drive piston 23 of the hydraulic cylinder 11 linked is.
- stepper motor controlled Position and speed setpoint specification is the Stroke that the piston 23 of the drive cylinder 11 in total should perform in the number of electrical control pulses encoded with which the stepper motor 36 to complete Execution of the piston stroke must be controlled, the speed, with which the piston executes this stroke, in the frequency of the control pulses and the direction of rotation in which the stepper motor rotates, e.g. by the polarity of its Control pulses or the phase relationship of two or more Control pulse sequences to each other with which excitation windings of the stepper motor can be controlled in a typical designed to make a 360 ° rotation of its drive shaft 44 is driven with 400 step pulses each lead to a rotation of the output shaft 44 by 0.9 °.
- Hydraulic drive unit 10 includes hereafter two coupled together via the overrun control valve 19 Control loops, one of which acts as a follow-up control loop for the Actuator 18 and its second as a follow-up control loop are to be understood for the drive cylinder 11.
- a typical value for the loop gain K v of the power control loop is, for example, a value of 10 s -1 .
- fine control valve 17 is now also on the cross-sectional representation 4, which shows the arrangement of the continuous Bore 63 of the follow-up control valve 19, a continuous Valve bore 117 of the fine control valve 17 and two chamber bores 118 of the hydraulic actuator 18 within of the piston 87 of the main control valve 16, the in turn from the through bore 88 of the housing 86 of the main control valve 16 is added.
- the central longitudinal axis 38 of the bore 63, the central Longitudinal axes 119 of the two bores 118 for the actuator 18 and the central longitudinal axis 121 of the continuous Bore 117 of the housing for the overflow control valve 19 and the piston 87 of the main control valve forming the fine control valve 17 16 lie on one with the central longitudinal axis 43 a the hollow shaft 49 of the actuating device 42 of the follower valve receiving, with this, apart of a small clearance of longitudinal bore with the same diameter 122 concentric circle of holes and are along the same arranged at equal azimuthal intervals of 90 °, with holes 63 and 117 for the overflow control valve 19 or the fine control valve 17 with respect to the central Longitudinal axis 43 of the central receiving the hollow shaft 49 Bore 122 arranged diametrically opposite one another are likewise the bores 118 for the actuator 18.
- Purpose of hydraulically parallel to the main control valve 16 switched fine control valve 17 is a high positioning accuracy of the power drive hydraulic motor 11 also then enable if the piston-side control edges 107 and 108 of the piston 87 and the housing-side control edges 109 and 111 of the main control valve 16, as seen in its basic position, a relatively large positive coverage e have, as explained above with reference to FIGS. 2 and 3 and shown on an enlarged scale in FIG. 5a, to which additional reference is made.
- Such an inaccuracy with the piston 23 of the power hydraulic motor 11 avoidable positions to avoid the fine control valve 17 is designed such that it one functionally the flow path 112 of the main control valve 116 corresponding flow path 112 ', via which the Output pressure of the pressure supply unit 26 in the bottom Drive chamber 24 of the power hydraulic motor 11 can be coupled or functionally flow path 113 flow path 113 'corresponding to the main control valve 16 already releases when the main control valve 16 for acceptance its functional position I or its functional position II is controlled.
- control edges 124 and 126 and control edges 127 and 128 on the housing of the fine control valve 17, by the relative movements of either one flow path 112 'or the other flow path 113' of the fine control valve 17 with a variable flow cross section can be released in the basic position of the fine control valve 17 must have coverage 0 or one of 0 at most, slightly different - positive - coverage may have, and that the basic positions 0 of both the fine control valve 17 and the main control valve 16 exactly, i.e. have to agree as much as possible.
- the fine control valve 17 is analogous to the overrun control valve 19 as from two sub-valves 17 'and 17 '' formed, each one according to the basic shape have cylindrical pistons 129 and 131, respectively, of the continuous Bore 117 of the piston 87 of the main control valve 16 formed "housing" of the fine control valve 17th are included.
- pistons 129 and 131 each have an annular groove 132 and 133, their spaced radial groove cheeks over the piston side Control edges 124 and 126 to the cylinder jacket surfaces connect the pressure-tight sliding from the Through hole 117 of the housing of the fine control valve forming piston part of the main control valve piston 87 are.
- the pistons 129 and 131 of the two fine control valve elements 17 'and 17 are provided by a pre-stressed, centrally arranged preloaded spring 134 against one stop pin each 136 or 137, coaxial with the central longitudinal axis 121 of the through bore 117 of the piston 87 of the Main control valve are arranged, the housing of the Fine control valve 17 forms.
- These stop pins 131 and 137 are as in threaded bores of the housing 86 of the main control valve screw-guided set screws designed, by means of which the positions of the piston-side control edges 124 and 126 of pistons 129 and 131 of the fine control valve with respect to the housing 86 of the main control valve 16 are adjustable.
- the fine control valve 17 can therefore, with the piston held 87 of the main control valve 16, always adjusted accordingly be that the coverage of its piston-side control edges 124 and 126 with its housing-side control edges 127 and 128 is 0 or any desired - small - Value corresponds when the fine control valve 17 is in its Home position.
- the one Home position 0 of the main control valve 16 corresponds in the the control edges 107 and 108 of its valve piston 87 with the relevant control edges for the main control valve 109 or 111 same - positive - coverage have the same amount and thereby the fine control valve 17th to the stated position of its valve piston elements 129 and 131 to set.
- the standstill position of the piston 23 of the drive hydraulic motor 11 always one precisely defined position of the piston 87 of the main control valve 16 and the housing of the fine control valve 17 linked is due to the housing-fixed arrangement of its valve pistons 129 and 131 can be specified.
- the hydraulic Drive unit 10 is therefore a very precise and sensitive Maintaining a predetermined position of the piston 23 of the Hydraulic motor 11 possible with only low control energy by means of the stepping motor 36 and the overrun control valve 19, as already explained in detail, is taxable.
- Piston 87 is in two parts for manufacturing reasons trained and includes an outer, thick-walled jacket-shaped Piston part 87 ', that with the piston-side P and T grooves 101 and 102 is provided, and an inner, cylindrical-block-shaped Piston part 87 '' with the central from the hollow shaft 49 of the actuating device 42 of the follow-up control valve 19 penetrated through hole 122, the Through hole 63 of the follow-up control valve 19, the Through bore 117 of the fine control valve 17 and the chamber bores 118 is provided for the actuator 18.
- the chamber bores designated 118 in FIGS. 2, 3 and 4 are designed as blind holes, which according to 2 and 3 from the right front side of the inner piston part 87 '' are introduced into this.
- blind bores 138 are in the inner piston part 87 'of the piston 87 of the main control valve 16 also from the left end face blind holes 118 ', into which one cylindrical piston 138 'each relative to the piston element 87 '' is used so that it can be moved in a pressure-tight manner on a along the central longitudinal axis 121 of the respective bore 118 'extending housing-fixed stop pin 139 'is axially supported.
- a particularly space-saving design of the electrohydraulic control part of the drive unit 10 is achieved as a whole by the described engineering of the follow-up control valve 19, the fine control valve 17 and the actuator 18 formed by two pairs of pistons and bores in the piston 87 of the main control valve Lengths of the hydraulic oil flow paths also result in high hydraulic rigidity and thereby contribute to high values of the achievable loop gain K v
- the drive unit 10 is only schematic with one electronic position sensor 141 shown, whose output signal is an exact measure of deflections the actuating device 42 of the overrun control valve 19 in the direction of the central longitudinal axis 43 of the actuating device 42 are.
- the position sensor 141 is through a firmly mounted on the housing 86 of the main control valve 16 Magnetic field sensor realizes the field strength of a on one of the actuating arms 68 or 69 of the follower valve 19 permanently attached permanent magnet 142 detects the is arranged so that under the occurring axial displacements the actuator 42 the field strength on Location of the magnetic field sensor linearly in a very good approximation varies so that the output signal of the magnetic field sensor 141 directly the deflection stroke of the actuating device 42, e.g. the hollow shaft 49 is proportional.
- the position sensor 141 can be easily recorded its path / output signal level characteristic and approach the basic positions of the follow-up control valve 19 and Fine control valve 17 or the main control valve 16 calibrated and for a continuous determination of the overtravel s be used.
- a position transmitter can also be provided be the deflections of the valve piston 87 of the Main control valve 16 is detected relative to its housing 86.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Antriebseinheit mit einem auf hohe Antriebsleistung und dementsprechend - bedarfsweise - hohen Durchsatz von Hydrauliköl ausgelegten Hydromotor als Leistungsantrieb, einem Hauptsteuerventil, mittels dessen ein Zustrom von unter hohem Druck stehendem Hydrauliköl zu dem Leistungsantrieb sowie der Abfluß mindestens eines Teils des dem Leistungsantrieb zugeführten Hydrauliköls, z.B. zum drucklosen Vorratsbehälter des Druckversorgungsaggregates hin, steuerbar ist, einem als doppelt wirkender Linearzylinder ausgebildeten hydraulischen Servo-Antrieb für die Betätigung des Hauptsteuerventils und mit einem zur Ansteuerung des Servo-Antriebes vorgesehenen, mit elektromotorisch gesteuerter Vorgabe des Sollwertes der Position sowie der Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Elements des Leistungs-Hydromotors und mechanischer Rückmeldung der entsprechenden Ist-Werte arbeitenden Nachlauf-Regelventil, das bei Gleichheit von Soll- und Ist-Wert der eingesteuerten Position eine - dem Stillstand des Leistungsantriebes entsprechende - Sperrstellung einnimmt, das durch die Positions-Sollwert-Vorgabe zur Einnahme den alternativen Antriebsrichtungen des Leistungs-Hydromotors zugeordneter alternativer Durchflußstellungen ansteuerbar ist, in denen der jeweils wirksame Durchflußquerschnitt mit dem Betrag der Auslenkung des Ventils monoton variiert, und das durch die Positions-Ist-Wert-Rückmeldung im Sinne der Einnahme der Sperrstellung ansteuerbar ist, wobei das Nachlauf-Regelventil und das Hauptsteuerventil als durch axiale Relativ-Verschiebungen ihrer Ventilkolben und -gehäuseelemente, die entlang zueinander paralleler Achsen erfolgen, betätigbare Kolben-Schieb-Ventile ausgebildet sind und der Kolben des Hauptsteuerventils das Gehäuse des Nachlauf-Regelventils bildet.The invention relates to a hydraulic drive unit one for high drive power and accordingly - if necessary - High throughput of hydraulic oil designed Hydromotor as a power drive, a main control valve, by means of which an inflow of high pressure Hydraulic oil to the power drive as well as the drain at least part of the hydraulic oil supplied to the power drive, e.g. to the pressureless reservoir of the pressure supply unit is controllable, one as double Acting linear cylinder trained hydraulic servo drive for the actuation of the main control valve and with one intended for controlling the servo drive, with Electromotively controlled specification of the setpoint of the position as well as the speed of movement of the movable Elements of the power hydromotor and mechanical feedback the corresponding actual control valve, that if the target and actual values are the same controlled position one - the standstill of the power drive Corresponding - blocked position, which by the position setpoint specification for taking the alternative Driving directions of the power hydraulic motor assigned alternative flow positions can be controlled in which the respective effective flow cross-section with the amount of Deflection of the valve varies monotonously, and that by Position actual value feedback in the sense of taking the Lock position can be controlled, the overrun control valve and the main control valve as by axial relative displacements of their valve pistons and housing elements, the take place along mutually parallel axes, operable Piston slide valves are designed and the piston of the Main control valve, the housing of the follow-up control valve forms.
Bei einer bekannten hydraulischen Antriebseinheit dieser Art (US-PS 4,161,905) hat das Nachlauf-Regelventil einen in einer zentralen axial durchgehenden Bohrung des Kolbens des Hauptsteuerventils druckdicht verschiebbaren, langgestreckten stabförmigen Kolben, der, in axialer Richtung gesehen, beidseits des Hauptsteuerventilkolbens angeordnete Antriebsdruckräume durchsetzt, durch deren mittels des Nachlauf-Regelventils steuerbare alternative Druck-Beaufschlagung und-entlastung der Servo-Antrieb des Hauptsteuer-Ventilkolbens erzielt wird, wobei der Kolben des Nachlauf-Regelventils auch in den die gehäusefesten axialen Begrenzungen dieser beiden Antriebsdruckräume bildenden Endstirnwänden des Gehäuses des Hauptsteuerventils druckdicht verschiebbar geführt sein muß. Das eine Ende des Kolbens des Nachlauf-Regelventils ragt aus dem Gehäuse des Hauptsteuerventils heraus und ist an diesem Ende mit einer Zahnstange fest verbunden, mit der ein Ritzel der elektromechanischen Positions-Sollwert-Vorgabe und -Ist-Wert-Rückmeldung kämmt, das mittels eines Differentialgetriebes antreibbar ist, welches den für die Nachlaufregelung erforderlichen Phasenvergleich zwischen Sollwert-Vorgabe und Istwert-Einstellung vermittelt.In a known hydraulic drive unit of this type (US-PS 4,161,905) the overflow control valve has one in one central axial through bore of the piston Main control valve can be moved in a pressure-tight, elongated manner rod-shaped piston, which, seen in the axial direction, drive pressure chambers arranged on both sides of the main control valve piston enforced, by means of the overrun control valve controllable alternative pressurization and relief the servo drive of the main control valve piston is achieved, the piston of the follower control valve also in the case of the axial limits fixed to the housing two end pressure walls of the housing forming drive pressure spaces of the main control valve can be moved in a pressure-tight manner have to be. One end of the follower control valve piston protrudes from the housing of the main control valve out and is firmly connected to a rack at this end, with a pinion of the electromechanical position setpoint specification and actual value feedback combs that is drivable by means of a differential gear, which the phase comparison required for the overrun control mediated between setpoint specification and actual value setting.
Die bekannte Antriebseinheit ist aufgrund ihres insoweit geschilderten Aufbaues mit zumindest den folgenden Nachteilen behaftet:The known drive unit is due to that described structure with at least the following disadvantages afflicted:
Die Fertigung der durch das Hauptsteuerventil und das Nachlauf-Regelventil gebildeten Baugruppe ist in der für eine zuverlässige Funktion erforderlichen Präzision außerst aufwendig, da die jeweils Endabschnitte des Kolbens des Nachlauf-Regelventils aufnehmenden Bohrungen des Gehäuses des Hauptsteuerventils und die zentrale Bohrung seines Ventilkolbens mit der erforderlichen, exakt fluchtenden Anordnung sehr schwierig herstellbar sind, und auch die genaue Anordnung von Steuerkanten des Kolbens des Nachlauf-Regelventils zu Steuerkanten des Kolbens des Hauptsteuerventils, soweit diese in der Sperrstellung des Nachlauf-Regelventils eine möglichst exakte 0-Überdeckung haben sollten, ist sehr aufwendig, mit der Folge, daß die bekannte Antriebseinheit mit hohen Herstellungskosten behaftet ist.The manufacture of the through the main control valve and the follower control valve formed assembly is in the for one reliable function required precision extremely complex, since the respective end sections of the piston of the follow-up control valve receiving holes in the housing of the Main control valve and the central bore of its valve piston with the required, exactly aligned arrangement are very difficult to manufacture, and also the exact arrangement of control edges of the piston of the follower control valve to control edges of the piston of the main control valve, if so this one in the locked position of the follow-up control valve should have an exact 0-overlap as possible, is very complex, with the result that the known drive unit with high manufacturing costs.
Nachteilig ist weiter, daß die großflächigen Begrenzungen der Antriebsdruckräume des Servoantriebes für den Kolben des Hauptsteuerventils, die durch jeweils eine der Ringstirnflächen des Kolbens selbst gebildet sind, zwangsläufig zu großen Beträgen der Steuer-Ölströme führt, was insbesondere bei einem hochdynamischen Betrieb des Servomotors nachteilig ist, da dann sehr viel Energie für den Servokreis benötigt wird.Another disadvantage is that the large areas the drive pressure chambers of the servo drive for the piston of the Main control valve, each through one of the ring faces of the piston itself are necessarily too large Amounts of tax oil flows, which leads to a highly dynamic operation of the servo motor disadvantageous is because then a lot of energy is required for the servo circuit becomes.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Antriebseinheit der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine präzise Konfiguration ventilkolbenseitiger und gehäuseseitiger Steuerkanten des Nachlauf-Regelventils mit deutlich vermindertem Aufwand realisierbar ist und der Bedarf an hydraulischer Steuerenergie erheblich reduziert ist.The object of the invention is therefore to provide a drive unit improve the type mentioned in that a precise configuration on the valve piston side and on the housing side Control edges of the overrun control valve with significantly reduced Effort is realizable and the need for hydraulic Tax energy is significantly reduced.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing Features of claim 1 solved.
Hiernach hat das Nachlauf-Regelventil zwei von einer zur zentralen Längsachse des Hauptsteuerventilkolbens parallelen, durchgehenden Bohrung des Hauptsteuerventilkolbens aufgenommene Kolbenelemente, wobei diese Bohrung in radialem Abstand von der zentralen Längsachse des Hauptsteuerventil angeordnet ist; der axiale Abstand dieser Kolbenelemente ist zur Einstellung einer definierten Überdeckung von kolbenseitigen Steuerkanten und gehäuseseitigen, innerhalb der durchgehenden Bohrungen des Kolbens des Hauptsteuerventils angeordneten Steuerkanten des Nachlauf-Regelventils, insbesondere zur Einstellung der für einen empfindlichen Regelbetrieb geeigneten 0-Überdeckung solcher Steuerkanten, einstellbar. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln erreicht, daß Fertigungstoleranzen der Kolbenelemente durch deren Justierung perfekt ausgeglichen werden können und eine Herstellungstechnik möglich, die kostenträchtigen Ausschuß und hohen Fertigungsaufwand weitgehend ausschließt.According to this, the overrun control valve has two from one to the parallel to the central longitudinal axis of the main control valve piston, through bore of the main control valve piston Piston elements, this bore in radial Distance from the central longitudinal axis of the main control valve is arranged; is the axial distance of these piston elements for setting a defined overlap on the piston side Control edges and housing-side, within the continuous Bores of the piston of the main control valve arranged Control edges of the follow-up control valve, in particular to set the for a sensitive control operation suitable 0-coverage of such control edges, adjustable. In this way it is achieved with simple means that manufacturing tolerances the piston elements by adjusting them can be perfectly balanced and a manufacturing technique possible the costly committee and high Manufacturing expenses largely excluded.
Des weiteren ist der Kolben des Hauptsteuerventils mit einer zentralen, axialen Durchgangsbohrung versehen, durch die ein mit der Abtriebswelle des Sollwert-Vorgabemotors drehfest gekoppeltes, gegenüber dieser und dem Kolben jedoch axial verschiebbares Sollwert-Vorgabeelement hindurchtritt. Dieses Sollwert-Vorgabeelement steht mit einem Istwert-Rückmeldeelement, das durch das bewegliche Teil des Leistungshydromotors in formschlüssiger Korrelation mit dessen - rotatorischen oder translatorischen - Bewegungen mit gleichem Drehsinn wie das Sollwert-Vorgabeelement rotatorisch antreibbar, jedoch axial unverschiebbar am Gehäuse des Hauptsteuerventils gelagert ist, in der Art eines Spindel-Muttertriebes in spielfreiem Gewindeeingriff. Das Sollwert-Vorgabeelement erfährt dadurch axiale Auslenkungen gegenüber einer mit der Sperrstellung des Nachlauf-Regelventils verknüpften Mittelstellung der Kolbenelemente, wobei diese Auslenkungen mit dem Unterschied zwischen Soll- und Ist-Position des beweglichen Teils des Leistungs-Hydromotors direkt korreliert sind; diese Auslenkungen vermitteln über Betätigungselemente, die rotatorisch gegenüber dem Sollwert-Vorgabeelement entkoppelt sind, dessen axiale Bewegungen jedoch mit ausführen, die Öffnungs- und Schließbetätigungen des Nachlauf-Regelventils.Furthermore, the piston of the main control valve is one central, axial through hole provided through the one with the output shaft of the setpoint input motor coupled, but axially with respect to this and the piston displaceable setpoint specification element passes through. This Setpoint specification element stands with an actual value feedback element, through the moving part of the power hydromotor in a positive correlation with its - rotational or translational - movements with the same sense of rotation how the setpoint specification element can be driven in rotation, however axially immovable on the housing of the main control valve is stored in the manner of a spindle nut drive in backlash-free thread engagement. The setpoint default element thereby experiences axial deflections in relation to one with the Locked position of the overrun control valve linked middle position of the piston elements, these deflections with the difference between the target and actual position of the movable Part of the power hydraulic motor are directly correlated; these displacements mediate through actuators that rotationally decoupled from the setpoint specification element are, however, perform its axial movements with the Opening and closing operations of the overrun control valve.
Bei dieser Bauweise ist eine Zentrierung relativ zueinander verschiebbarer Bauelemente jeweils nur bezüglich eines einstückig herstellbaren Teils erforderlich, wodurch ansonsten erforderlicher, erheblicher, Fertigungsaufwand entfällt. Dies gilt auch hinsichtlich des zur Betätigung des Hauptsteuerventils vorgesehenen Servoantriebs, dessen Antriebsdruckräume durch in radialem Abstand von der zentralen axialen Durchgangsbohrung des Kolbens angeordnete, zu dieser parallele Sackbohrungen des Hauptsteuerventilkolbens und von diesen aufgenommene, am Gehäuse des Hauptsteuerventils axial abgestützte Kolben begrenzt sind, die weder exakt miteinander fluchtend ausgerichtet noch fest mit dem Gehäuse verbunden sein müssen, sondern lediglich an diesem axial fest abstützbar sein müssen. Die solchermaßen innerhalb der Wanddicke des Hauptsteuerventilkolbens realisierten Antriebszylinder, die zusammen mit ihrem axial abgestützten Kolben je einen einfach wirkenden Hydrozylinder bilden und als Zylinderpaar einen doppelt wirkenden Hydrozylinder ergeben, sind mit relativ kleinen Steueröl-Volumina zur Ausführung der erforderlichen Auslenkungshübe des Hauptsteuerventilkolbens ansteuerbar und können unter Ausnützung des Betriebsdruckes der Versorgungsquelle ohne weiteres die für einen hochdynamischen Betrieb des Hauptsteuerventils erforderlichen Stellkräfte entfalten.With this design, centering is relative to one another Slidable components only in one piece manufacturable part required, which otherwise required, considerable, manufacturing effort is eliminated. This also applies to the actuation of the main control valve provided servo drive, its drive pressure spaces by at a radial distance from the central axial Through bore of the piston arranged to this parallel blind bores of the main control valve piston and this received, axially on the housing of the main control valve supported pistons are limited, which are neither exactly with each other aligned aligned still firmly connected to the housing must be, but only axially fixed to this must be supportable. The so within the wall thickness of the main control valve piston realized drive cylinder, which together with their axially supported pistons form a single-acting hydraulic cylinder and as a pair of cylinders result in a double-acting hydraulic cylinder with relatively small control oil volumes for executing the required deflection strokes of the main control valve piston controllable and can take advantage of the operating pressure the supply source easily for a highly dynamic Operation of the main control valve required actuating forces unfold.
Die erfindungsgemäße hydraulische Antriebseinheit ist sowohl für volumetrisch gesteuerte rotatorische Hydromotoren wie z.B. Axialkolbenmotoren als auch für eine präzise Steuerung hydraulischer Linearmotoren geeignet, dies unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der diese betrieben werden, und ist daher auch als Positionierungsantrieb sehr gut geeignet.The hydraulic drive unit according to the invention is both for volumetrically controlled rotary hydraulic motors such as e.g. Axial piston motors as well as for precise control hydraulic linear motors, regardless of the speed at which they are operated and is therefore very suitable as a positioning drive.
Die diesbezüglich vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Antriebseinheit können durch ein gemäß Anspruch 2 vorgesehenes und seinem grundsätzlichen Aufbau nach umrissenes Feinsteuerventil noch deutlich verbessert werden, das in der gemäß Anspruch 3 vorgesehene Getaltung mit zwei in einer axial durchgehenden Bohrung des Ventilkolbens des Hauptsteuerventils druckdicht verschiebbar angeordneten Kolbenelementen, die in einer axial durchgehenden Bohrung des Ventilkolbens des Hauptsteuerventils angeordnet sind, auf einfache Weise in diesen integrierbar ist, wobei die zur Einstellung einer bestimmten, in der Grundstellung 0 des Feinsteuerventils erwünschten geringen positiven Überdeckung desselben erforderliche Einstellbarkeit ihres axialen Abstandes in bevorzugter Gestaltung durch die Merkmale des Anspruchs 4 gewährleistet ist.The advantageous properties of the invention in this regard Drive unit can by a according Claim 2 provided and its basic structure significantly improved after the outlined fine control valve be in the design provided according to claim 3 with two in an axially continuous bore of the valve piston of the main control valve arranged so that it can be displaced in a pressure-tight manner Piston elements in an axially continuous bore the valve piston of the main control valve are, can be easily integrated into these, wherein those for setting a specific one, in the basic position 0 desired small positive overlap of the fine control valve the same required adjustability of their axial Distance in a preferred design by the features of claim 4 is guaranteed.
Das Feinsteuerventil ist mittels der beiden Kolbenelemente in gleichsam aufgelöster Bauweise, wie gemäß Anspruch 5 vorgesehen, als zwei gemeinsam betätigbare 2/3-Wege-Ventile ausgebildet, die in dem Kolben des Hauptsteuerventils bevorzugt mit der dem Merkmal des Anspruchs 6 angegebenen Anordnung dem Nachlauf-Regelventil diametral gegenüberliegend vorgesehen sind.The fine control valve is by means of the two piston elements in a quasi-resolved construction, as provided according to claim 5, as two 2/3-way valves that can be operated together formed, which is preferred in the piston of the main control valve with the arrangement specified in the feature of claim 6 diametrically opposite the overflow control valve are provided.
Durch die Merkmale des Anspruchs 7 ist eine Bauweise des zur Betätigung sowohl des Hauptsteuerventils als auch des Fein-steuerventils vorgesehenen Stellzylinders angegeben, mit der dieser, wie durch die Merkmale des Anspruchs 8 angegeben, wiederum in den Kolben des Hauptsteuerventils integrierbar ist.Due to the features of claim 7, a construction of the Actuation of both the main control valve and the fine control valve provided intended actuator, with the this, as indicated by the features of claim 8, again integrable into the piston of the main control valve is.
Wenn hierbei der Kolben des Hauptsteuerventils, wie gemäß Anspruch 9 vorgesehen, mit zwei von den einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Hauptsteuerventilkolbens her in diesen eingebrachten Sackbohrungen versehen ist, in denen zur Begrenzung je einer seiner Antriebskammern relativ zu deren Bodenseite druckdicht verschiebbar je ein Kolben angeordnet ist, der an einem am Gehäuse des Hauptsteuerventils fest angeordneten, gegebenenfalls axial verstellbaren Anschlagstift axial abstützbar ist, so können diese Kolben als Freikolben, d.h. ohne Rückstellelement in diese Bohrungen eingesetzt sein.When doing this, the piston of the main control valve, as per Claim 9 provided with two of the opposite End faces of the main control valve piston forth in this is provided blind holes in which to limit one of its drive chambers relative to the bottom side of which is arranged so as to be displaceable in a pressure-tight manner a piston the one on the housing of the main control valve fixed, optionally axially adjustable stop pin is axially supported, these pistons as Free piston, i.e. without a return element in these holes be used.
Soweit mit einem nur ein einziges Bohrungs- und Kolbenpaar
umfassenden Stellzylinder die erforderlichen Stellkräfte zur
Betätigung des Hauptsteuerventils nicht erzielbar sind, kann
der Stellzylinder auch wie durch die Merkmale des Anspruchs
11 angegeben, mit zwei Bohrungs- und Kolbenpaaren realisiert
sein, wobei es wiederum zweckmäßig ist, diese gemäß Anspruch
12 so anzuordnen, daß sich ein Ausgleich der Stellkraft-Momente
ergibt, der, allgemein, durch eine axialsymmetrische
Gruppierung der Bohrungs- und Kolbenpaare um die zentrale
Längsachse des Hauptsteuerventilkolbens erzielbar ist.So far with just a single pair of bores and pistons
comprehensive actuating cylinder the required actuating forces
Actuation of the main control valve cannot be achieved
the actuating cylinder also as by the features of the
Die gemäß Anspruch 13 vorgesehene Gestaltung des Stellzylinders
bzw. einer gegebenenfalls mehrere Bohrungs- und Kolbenpaare
umfassenden Stellzylinderanordnung als Differentialzylindereinheit
oder -kombination hat den Vorteil, daß das zu
dessen/ deren Ansteuerung vorgesehene Nachlauf-Regelventil
als konstruktiv einfach realisierbares 3/3-Wege-Ventil ausgebildet
sein kann, das in wiederum aufgelöster Bauweise
durch zwei gleichzeitig betätigbare 2/3-Wege-Ventile realisierbar
ist.The design of the actuating cylinder provided according to
Die Auslegung des Differentialzylinders mit einem Flächenverhältnis von 2/1 seiner größeren und seiner kleineren wirksamen Kolbenfläche ergibt in beiden Betätigungsrichtungen dieselbe Betätigungskraft.The design of the differential cylinder with an area ratio of 2/1 of its larger and smaller ones effective piston area results in both directions of actuation the same actuation force.
Die gemäß Anspruch 15 vorgesehene Gestaltung des Kolbens des Hauptsteuerventils ist fertigungstechnisch dann besonders günstig, wenn in den Hauptsteuerventilkolben das Nachlaufregelventil, das Feinsteuerventil und auch der Stellzylinder weitgehend integriert sind und gegebenenfalls auch Elemente der Rückmeldeeinrichtung und der Sollwert-Vorgabeeinrichtung von einer zentralen Bohrung des zentralen Kolbenteils aufgenommen sind, wodurch sich auch geringe Längen der die hydraulische Steifigkeit der Antriebseinheit bestimmenden Ölsäulen und hohe Werte der Regelkreisverstärkung erzielen lassen.The design of the piston provided according to claim 15 The main control valve is then special in terms of production technology favorable if the overflow control valve in the main control valve piston the fine control valve and also the actuating cylinder are largely integrated and possibly also elements the feedback device and the setpoint specification device received by a central bore of the central piston part are, which also means the hydraulic Rigidity of the oil columns that determine the drive unit and achieve high loop gain values to let.
Gemäß den Ansprüchen 16 bis 18 vorgesehene und gestaltete
Positionssensoren können sowohl für die Justage des Hauptsteuerventils
und des Feinsteuerventil sowie des Nachlaufregelventils.und
im Betrieb der Antriebseinheit auch zur fortlaufenden
Erfassung des Nachlaufweges der Stellelemente,
d.h. zu einer fortlaufenden Ermittelung der Kreisverstärkung
des Regelkreises ausgenutzt werden.Provided and designed according to
Weitere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Antriebseinheit ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:
- Fig. 1
- ein hydraulisches Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit mit einem als Differentialzylinder ausgebildeten, doppelt wirkenden linearen Hydrozylinder als Leistungsantrieb, einem Hauptsteuerventil und einem Feinsteuerventil, die mittels eines ebenfalls als doppelt wirkender Differentialzylinder ausgebildeten Stellantriebs betätigbar sind und mit einem mit elektromotorisch gesteuerter Sollwert-Vorgabe und mechanischer Istwert-Rückmeldung der Position des Antriebskolbens des Leistungsantriebes arbeitenden Nachlaufregelventil,
- Fig. 2
- eine Längsschnittdarstellung des Hauptsteuerventils und des in dieses integrierten Nachlaufregelventils sowie des Stellzylinders in zwei zueinander rechtwinkligen Ebenen längs der Spurenlinie B-B der Fig. 4 sowie des Leistungs-Antriebs in einer dessen zentrale Längsachse sowie die zentrale Längsachse des Hauptsteuerventils enthaltenden Schnittebene,
- Fig. 3
- eine zur Darstellung der Fig. 2 analoge Längsschnittdarstellung, die die zentrale Längsachse des Fein-steuerventils enthält, längs der Spurenlinie C-C der Fig. 4,
- Fig. 4
- die Anordnung von zur Aufnahme von Kolben und Betätigungselementen der Ventile der Antriebseinheit gemäß den Fig. 2 und 3 vorgesehenen Bohrungen des Kolbens des Hauptsteuerventils bezüglich der zentralen Längsachse des Hauptsteuerventils in einer zu dieser rechtwinkligen Schnittebene längs der Linie A-A der Fig. 2 und
- Fig. 5a und 5b
- Details der Anordnung und Ausbildung von Steuerkanten des Hauptsteuerventils der Antriebseinheit gemäß den Fig. 1 bis 4 in einer stark vergrößerten Schnittdarstellung längs einer die zentrale Achse des Hauptsteuerventils und die zentrale Achse des Leistungsantriebes enthaltenden Radialebene des Hauptsteuerventils.
- Fig. 1
- a hydraulic equivalent circuit diagram of a drive unit according to the invention with a double-acting linear hydraulic cylinder designed as a differential cylinder as a power drive, a main control valve and a fine control valve, which can be actuated by means of an actuator also designed as a double-acting differential cylinder and with an electromotive-controlled setpoint specification and mechanical actual value. Feedback of the position of the drive piston of the power control working overrun control valve,
- Fig. 2
- 4 shows a longitudinal sectional illustration of the main control valve and the integrated follow-up control valve and the actuating cylinder in two mutually perpendicular planes along the trace line BB of FIG. 4 and the power drive in a sectional plane containing its central longitudinal axis and the central longitudinal axis of the main control valve,
- Fig. 3
- 2 shows a longitudinal sectional view analogous to FIG. 2, which contains the central longitudinal axis of the fine control valve, along the trace line CC of FIG. 4,
- Fig. 4
- the arrangement of holes for receiving pistons and actuators of the valves of the drive unit according to FIGS. 2 and 3 of the piston of the main control valve with respect to the central longitudinal axis of the main control valve in a section plane perpendicular to this along the line AA of FIGS. 2 and
- 5a and 5b
- Details of the arrangement and design of control edges of the main control valve of the drive unit according to FIGS. 1 to 4 in a greatly enlarged sectional view along a radial plane of the main control valve containing the central axis of the main control valve and the central axis of the power drive.
Die in den Fig. 1, 2 und 3 jeweils mit 10 bezeichnete hydraulische
Antriebseinheit besteht aus einem auf die Entfaltbarkeit
hoher Antriebskräfte und einer hohen Antriebsleistung
ausgelegten Hydromotor 11 und einer zu dessen Antriebssteuerung
vorgesehenen, insgesamt mit 12 bezeichneten
elektrohydraulischen Steuereinheit, die in einem in der Fig.
1 als mit dem Gehäuse 13 des Hydromotors 11 fest verbundenen
Rahmen 14 dargestellten Gehäuse angeordnet ist, das die geometrische
Basis für die Anordnung eines Hauptsteuerventils
16, eines Feinsteuerventils 17 eines hydraulischen Stellantriebes
18 und eines Nachlauf-Regelventils 19 bildet, aus
denen die elektrohydraulische Steuereinheit 12 aufgebaut
ist. Die Antriebseinheit 10 ist für Einsatzfälle gedacht,
bei denen es auf hohe Antriebskräfte und hohe Antriebsleistungen
ankommt, bei denen auch entsprechend hohe Hydrauliköl-Ströme
auftreten und möglichst präzise steuerbar sein
müssen. Diesbezügliche Einsatzmöglichkeiten der Antriebseinheit
10 sind z.B. der Antrieb von Stanz-, Preß- und/oder
Prägewerkzeugen sowie die Positionierung und Verschiebung
von schweren Werkstücken bezüglich einer Bearbeitungsstation
eines Bearbeitungszentrums, an der eine z.B. spanabhebende
Bearbeitung des Werkstückes unter Verschiebung desselben
relativ zu einem maschinenfest angeordneten Werkzeug erfolgt.1, 2 and 3 each designated 10 hydraulic
Drive unit consists of an on unfoldability
high driving forces and high driving power
designed
Der als Leistungsantrieb vorgesehene Hydromotor 11 ist beim
dargestellten Ausführungsbeispiel als doppeltwirkender Linearzylinder
mit einseitig aus dem Gehäuse austretender Kolbenstange
21 ausgebildet.The
Der Hydrozylinder 11 ist als Differentialzylinder geschaltet,
der bei Druckbeaufschlagung sowohl der stangenseitigen
Antriebskammer 22 des Hydrozylinders 11 als auch der gegenüber
dieser durch den Kolben 23 druckdicht beweglich abgegrenzten
bodenseitigen Antriebskammer 24 mit dem Ausgangsdruck
des Druckversorgungsaggregats 26 den Auswärtshub ausführt
und bei Druckbeaufschlagung lediglich der stangenseitigen
Antriebskammer 22 und Druckentlastung der bodenseitigen
Antriebskammer 24 den Einzugshub der Kolbenstange 21
ausführt.The
Entsprechend dem bei der Antriebseinheit 10 vorgesehenen
Differentialbetriebsmodus des Hydrozylinders 11 wird dieser
lediglich durch Druckbeaufschlagung und -entlastung seiner
bodenseitigen Antriebskammer 24 gesteuert, während die stangenseitige
Antriebskammer 22 permanent mit dem Ausgangsdruck
des Druckversorgungsaggregats beaufschlagt ist.Corresponding to that provided for the
Das Verhältnis F1/F2 der bodenseitigen, mit Druck beaufschlagbaren
Kolbenfläche F1 zu der ringförmigen, stangenseitigen
Kolbenfläche F2 des Antriebskolbens 23 des Hydrozylinders
11 beträgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel, bei
dem in beiden alternativen Bewegungsrichtungen des Kolbens
23 gleiche Vorschub-Kräfte entfaltbar sein sollen, 2/1.The ratio F 1 / F 2 of the piston piston surface F 1 on the bottom to the annular piston rod surface F 2 of the
Die Druckbeaufschlagung und -entlastung der stangenseitigen
Antriebskammer 24 des Hydrozylinders 11 erfolgt mittels des
Hauptsteuerventils 16 und des Fein-Steuerventils 17, die
hydraulisch parallel geschaltet sind und gemeinsam mittels
des hydraulischen Stellantriebes 18 betätigbar sind, der
seinerseits als doppeltwirkender linearer Differentialzylinder
ausgebildet ist, dessen einseitig aus seinem Gehäuse 27
austretende Kolbenstange 28 starr mit den beweglichen Ventilelementen
des Hauptsteuerventils 16 und des Feinsteuerventils
17 verbunden ist, die somit gemeinsam entlang paralleler
Achsen 29 und 31 hin- und herverschiebbar sind.The pressurization and relief of the rod
Auch bei dem Stellzylinder 18 beträgt das Verhältnis f1/f2
der Fläche f1 seines Kolbens 32, die die bodenseitige Antriebskammer
33 des Stellzylinders 18 beweglich begrenzt, zu
der Ringfläche f2 seines Kolbens 32, die die einseitig bewegliche
Abgrenzung seiner stangenseitigen Antriebskammer 34
bildet, in die permanent der hohe Ausgangsdruck des Druckversorgungsaggregats
26 eingekoppelt ist, 2/1, so daß auch
die in den beiden alternativen Bewegungsrichtungen des Stellzylinderkolbens
32 entfaltbaren, auf die beweglichen Elemente
des Hauptsteuerventils 16 und des Feinsteuerventils 17
ausübbaren Stellkräfte, die durch Druckbeaufschlagung und
-entlastung der bodenseitigen Steuerkammer 33 des Stellzylinders
18 steuerbar sind, denselben Betrag haben. Also in the actuating
Das zur diesbezüglichen Bewegungssteuerung des Stellantriebs
18 vorgesehene Nachlaufregelventil 19 arbeitet mit elektrisch,
z.B. gepulster Ansteuerung eines rotatorisch antreibbaren
Schrittmotors 36, steuerbarer Vorgabe der Soll-Position
des Kolbens 23 des Leistungs-Hydrozylinders 11 und
mechanischer Rückmeldung der Ist-Position des Antriebszylinderkolbens
23, einerseits, und mechanischer Rückmeldung der
Position des Kolbens 32 des Stellzylinders 18, andererseits,
die dadurch erzielt wird, daß beim dargestellten Ausführungsbeispiel
auch das Gehäuse 37 des Nachlaufregelventils
19 starr mit der Kolbenstange 28 des Stellzylinders 18 bewegungsgekoppelt
ist und demgemäß entlang einer weiteren,
zur zentralen Längsachse 29 des Stellantriebes 18 parallel
verlaufenden zentralen Längsachse 38 des Nachlaufregelventils
19 hin- und herverschiebbar ist, entlang derer zwei
Ventilkörper 39 und 41 relativ zu dem Ventilgehäuse 37 verschiebbar
sind, an denen die zur Positions-Sollwert-Vorgabe
sowie zur Positions-Istwert-Rückmeldung vorgesehene, insgesamt
mit 42 bezeichnete Betätigungseinrichtung des Nachlauf-regelventils
19 angreift.That for the related motion control of the
Die Betätigungseinrichtung 42 des Nachlauf-Regelventils 19
umfaßt in koaxialer Anordnung bezüglich einer gemeinsamen
zentralen Längsachse 43, die auch die Drehachse der Abtriebswelle
44 des an der einen, gemäß der Darstellung der
Fig. 1 rechten Gehäusewand 46 angeordneten Schrittmotors und
die Drehachse einer an der gegenüberliegenden "linken" Gehäusewand
47 drehbar jedoch axial unverrückbar gelagerten
Gewindespindel 48 markiert, eine als Positions-Sollwert-Vorgabeelement
dienende Hohlwelle 49, die an ihrem schrittmotorseitigen
Ende mit einer Parallelverzahnung der Abtriebswelle
44 des Schrittmotors 36 in kämmendem Eingriff steht
und dadurch mittels des Schrittmotors 36 rotatorisch antreibbar
ist. An ihrem gegenüberliegenden Ende ist die Hohlwelle
49 mit einem Innengewinde 51 versehen, über das sie in
kämmendem Eingriff mit dem Gewinde 52 der Gewindespindel 48
steht.The
Die Gewindespindel 48 ist mittels eines insgesamt mit 53
bezeichneten Zahnriementriebes, der als spielfrei vorausgesetzt
ist, in alternativen Drehrichtungen antreibbar. Der
Zahnriemen 54 ist in sich geschlossen und läuft über eine
mit der Gewindespindel 48 drehfest verbundene Zahnrolle 56
sowie über eine weitere Zahnrolle 57, die um eine parallel
zur Drehachse 43 der Gewindespindel 48 verlaufende, gehäusefeste
Achse 58 drehbar gelagert ist, deren in Richtung der
zentralen Längsachse 59 des als Leistungsantrieb vorgesehenen
Linearzylinders 11 gemessener Abstand von der Drehachse
43 der Gewindespindel 48 deutlich größer ist als der maximale
Hub, den der Kolben 23 des Antriebszylinders 11 zwischen
seinen möglichen Endstellungen ausführen kann.The threaded
Der Zahnriementrieb 53 hat ein zu der zentralen Längsachse
59 des Linearzylinders 11 exakt parallel verlaufendes Trum
61, das mittels eines mechanisch starren Verbindungselements
62 mit dem Kolben 23 des Antriebszylinders 11 bewegungsgekoppelt
ist und dieselben Auslenkungen erfährt wie dieser.
Durch diesen Zahnriementrieb 53 werden somit die axialen
Bewegungen des Kolbens 23 in rotatorische Rückmelde-Bewegungen
der Gewindespindel 48 umgesetzt. Der Drehsinn der rotatorischen
Positions-Sollwert-Vorgabe-Bewegungen der Hohlwelle
49, durch die eine bestimmte Verschiebe-Geschwindigkeit
des Kolbens 21,23 des Antriebszylinders 11 in vorgegebener
Richtung erzielt werden soll und der Drehsinn der durch die
Rückmeldung des Positions-Istwertes des Antriebszylinderkolbens
21,23 resultierenden Drehungen der Rückmeldespindel 48
sind so gewählt, daß bei Gleichheit von Soll- und Istwert
keinerlei Verschiebung der Hohlwelle 49 gegenüber der Gewindespindel
48 auftritt, wohingegen sowohl am Beginn der Einsteuerung
eines Positions-Sollwertes, mit der eine Vergrößerung
der Differenz zwischen Soll- und Istwert einhergeht,
als auch mit Beendigung einer Änderung der Sollwert-Vorgabe,
womit eine Verringerung der Differenz zwischen Soll- und
Istwert einhergeht, jeweils gegensinnige Relativbewegungen
der Hohlwelle 49 und der Gewindespindel 48 verknüpft sind,
derart, daß die Hohlwelle 49 axiale Verschiebungen in den
beiden alternativen Richtungen erfährt.The
Das Nachlauf-Regelventil, zu dessen weiterer Erläuterung
ergänzend auch auf die Fig. 2 verwiesen sei, ist seiner
Funktion nach ein 3/3-Wege-Ventil, das in gleichsam aufgelöster
Bauweise durch zwei 2/3-Wege-Ventile 19',19'' realisiert
ist, deren als Kolben ausgebildete Ventilkörper 39 und
41, die in der Fig. 1 jeweils durch das Ventil-Symbol repräsentiert
sind, in einer durchgehenden Bohrung 63 des Ventilgehäuses
37 druckdicht verschiebbar geführt sind.The overrun control valve, for its further explanation
2 is also his
Function according to a 3/3-way valve that, as it were, dissolved
Design realized by two 2/3 way valves 19 ', 19' '
is formed as a
Die beiden Ventilkörper 39 und 41 des Nachlauf-Regelventils
19 sind durch eine zentral angeordnete Feder 64 auseinandergedrängt
und zwischen Stellschrauben 66 und 67 eingespannt,
die in Gewinden von radial zur zentralen Längsachse 43 der
Betätigungseinrichtung 42 verlaufenden Betätigungsarmen 68
und 69 schraubbar geführt sind, welche über je ein Kugellager
71 bzw. 72 axial verschiebefest mit der Hohlwelle 49
verbunden, gegenüber deren Drehbewegungen jedoch entkoppelt
sind.The two
Die beiden Ventilkörper 39,41 der beiden Teilventile 19',
19'' des Nachlauf-Regelventils 19 sind mittels der Stellschrauben
66,67 derart justierbar, daß der axiale Abstand
von Steuerkanten 73,74 der Ventilkörper des gemäß der Darstellung
der Fig. 1 und 2 "rechten" Teilventils 19' und des
"linken" Teilventils 19'' des Nachlauf-Regelventils 19
gleich dem axialen Abstand von Steuerkanten 76,77 des Ventilgehäuses
37 des Nachlauf-Regelventils 19 ist, durch deren
Relativbewegungen in alternativen Richtungen entweder ein
Strömungspfad 78 (Fig. 1) des "rechten" Teilventils 19'
freigegeben wird, über den der mit der bodenseitigen Antriebskammer
33 des Stellzylinders 18 verbundene Steuerausgang
79 des Nachlauf-regelventils 19 mit dem Druck (P)-Ausgang
81 des Druckversorgungsaggregats 26 verbunden ist oder
ein Durchflußpfad 82 des "linken" Teilventils 19'' des Nachlauf-Regelventils
19 freigegeben ist, über den der - drucklose
- Tankanschluß 83 des Druckversorgungsaggregats 26 mit
dem Steueranschluß 79 des Nachlauf-Regelventils 19 verbunden
ist, der über den Steuerpfad 84 in permanent-kommunizierender
Verbindung mit der bodenseitigen Antriebskammer 33 des
hydraulischen Stellantriebs 18 gehalten ist. Diesen Durchflußstellungen
I der beiden Teilventile 19',19'' des Nachlauf-Regelventils
19 entspricht eine absolute Sperrstellung
II des jeweils anderen Teilventils 19'' bzw. 19', so daß
diese beiden Teilventile 19',19'', nachdem ihre Ventilkörper
auf Gleichheit des Abstandes ihrer Steuerkanten 73,74 mit
dem Abstand der Steuerkanten 76,77 des gemeinsamen Ventilgehäuses
37 eingestellt sind, die Funktion eines 3/3-Wege-Ventils
vermitteln, das aus seiner Grundstellung 0 heraus, die
einem Wert 0 der Überdeckung der Steuerkanten 73 und 74 der
Ventilkörper 39,41 mit den Steuerkanten 76,77 des Ventilgehäuses
37 entspricht, wobei in dieser Grundstellung 0 sowohl
der Hochdruckausgang 81 des Druckversorgungsaggregats 26 als
auch dessen Tank-Anschluß 83 gegen den Steueranschluß 79 des
Nachlauf-Regelventils 19 abgesperrt sind, durch eine Verschiebung
beider Ventilkörper 39,41 relativ zu dem Gehäuse
37 des Nachlauf-Regelventils 19 nach rechts in eine Funktionsstellung
bringbar ist, in welcher die bodenseitige Antriebskammer
33 des Stellzylinders 18 mit dem hohen Ausgangsdruck
des Druckversorgungsaggregats 26 beaufschlagt ist
und gegen den drucklosen Tankanschluß 83 des Druckversorgungsaggregats
26 abgesperrt ist und durch eine Verschiebung
relativ zu dem Ventilgehäuse 37 nach links in eine Funktionsstellung
bringbar ist, in welcher die bodenseitige Antriebskammer
33 des Stellzylinders 18 mit dem drucklosen
Tankanschluß 83 des Druckversorgungsaggregats 26 verbunden
und gegen den Hochdruckausgang 81 des Druckversorgungsaggregats
26 abgesperrt ist.The two
Das Hauptsteuerventil 16 ist bei dem zur Erläuterung gewählten
Ausführungsbeispiel, bei dem der Leistungs-Antriebszylinder
11 als Differentialzylinder betrieben wird, dessen
stangenseitige Antriebskammer 22 permanent mit dem Ausgangsdruck
des Druckversorgungsaggregats 26 beaufschlagt ist, als
3/3-Wege-Schieberventil ausgebildet, dessen Gehäuse 86 fest
mit dem Gehäuse 13 des Antriebszylinders 11 verbunden ist.
Der Kolben 87 des Hauptsteuerventils 16, der in der Fig. 1
durch das 3/3-Wege-Ventilsymbol repräsentiert ist und in der
Fig. 2 sowie in der Fig. 3, auf deren Einzelheiten ergänzend
ebenfalls verwiesen sei, in einer technisch realistischen
Konfiguration des Hauptsteuerventils 16 sowie des Nachlauf-regelventils
19 (Fig. 2) und des Feinsteuerventils 17 (Fig.
3) dargestellt ist, ist in einer Gehäusebohrung 88 druckdicht
verschiebbar geführt, in die radial der P-Anschlußkanal
89 für die Druckmittelzufuhr vom Druckversorgungsaggregat
26 und der T-Anschlußkanal 91, an dem die zum Vorratsbehälter
92 des Druckversorgungsaggregats 26 führende Rücklaufleitung
93 angeschlossen ist, münden. Der Steuerausgang
94 des Hauptsteuerventils 16 ist durch einen radialen Gehäusekanal
gebildet, der unmittelbar an den mit ihm fluchtenden
Anschlußkanal 96 anschließt, über den Hydrauliköl in die
bodenseitige Antriebskammer 24 des Antriebszylinders einströmen
und aus dieser wieder abfließen kann.The
Der Steuerkanal 96 des Gehäuses 86 des Hauptsteuerventils 16
geht von einer inneren Ringnut 97 des Ventilgehäuses 86 aus,
die zwischen einer Ringnut 98 des Gehäuses 86, die mit dem
P-Anschluß 83 permanent in kommunizierender Verbindung steht
und einer Ringnut 99 des Ventilgehäuses 86 angeordnet ist,
die mit dem T-Anschlußkanal 91 in permanent kommunizierender
Verbindung steht, angeordnet ist.The
Der Kolben 87 des Hauptsteuerventils 16 ist mit einer ersten
äußeren Ringnut 101 versehen, die innerhalb des möglichen
Verschiebebereiches des Ventilkolbens 87 stets in kommunizierender
Verbindung mit der P-Nut 98 des Ventilgehäuses 86
bleibt und zur Einkopplung von Druck in die bodenseitige
Antriebskammer 24 des Antriebszylinders 11 durch Verschiebung
des Ventilkörpers 87 gemäß der Darstellung der Fig. 2
nach links in Überlappung mit dem Querschnittsbereich der
zentralen Ringnut 97 des Gehäuses 86 des Hauptsteuerventils
bringbar ist, wodurch das Hauptsteuerventil in die Funktionsstellung
I gelangt, in der gleichzeitig die T-Nut 99
gegen den Steueranschlußkanal 94 des Hauptsteuerventils 16
abgesperrt ist. Desweiteren ist der Kolben 87 mit einer
zweiten äußeren Ringnut 102 versehen, die innerhalb des möglichen
Verschiebebereichs des Ventilkolbens 87 stets in kommunizierender
Verbindung mit der T-Nut 99 des Ventilgehäuses
86 des Hauptsteuerventils bleibt und durch axiale Verschiebung
des Ventilkolbens 87, gemäß der Darstellung der Fig. 2
nach rechts, ebenfalls in Querschnitts-Überlappung mit der
zentralen Ringnut 97 des Ventilgehäuses 86 bringbar ist,
wodurch Hydrauliköl aus der bodenseitigen Antriebskammer 24
des Antriebszylinders 11 zum Vorratsbehälter 92 des Druckversorgungsaggregats
26 abströmen kann. In dieser Funktionsstellung
II des Hauptsteuerventils 16 ist die T-Nut 94 gegen
den Steuerkanal 94 des Hauptsteuerventils 16 abgesperrt.The
In der als Grundstellung 0 genutzten Zwischenstellung des
Ventilkolbens 87 zwischen seinen Funktionsstellungen I und
II ist sowohl der P-Anschlußkanal 89 als auch der T-Anschlußkanal
91 des Hauptsteuerventils 16 gegen dessen Steuerausgang
94 abgesperrt, wobei in dieser Grundstellung 0 die
Ringnut 97 des Ventilgehäuses 86 durch die zwischen den beiden
Außennuten 101,102 des Ventilkolbens 87 verbleibende
Ringrippe 103 vollständig verschlossen ist und durch deren
radiale Wangen 104 und 106 gebildete kolbenseitige Steuerkanten
107 und 108 zu gehäuseseitigen Steuerkanten 109 und
111 (Fig. 3, 5a und 5b), die durch die kreisförmigen Übergangskanten
gebildet sind, mit denen die radialen Nutwangen
110 und 115 der zentralen Gehäusenut 97 an die zentrale Bohrung
88 des Ventilgehäuses 86 anschließen, in positiver und
dem Betrage nach etwa gleicher Überdeckung e stehen.In the intermediate position of the
"Positive Überdeckung" bedeutet hierbei, daß der Ventilkolben
87, ausgehend von der Grundstellung 0 des Hauptsteuerventils
16 erst einmal um dem Betrag e der Überdeckung in
axialer Richtung verschoben werden muß, bevor, je nach Verschieberichtung,
der in der jeweiligen Funktionsstellung I
oder II freizugebende Durchflußpfad 112 bzw. 113 sich zu
öffnen beginnt und mit zunehmender weiterer Verschiebung
einen zunehmenden Überströmquerschnitt freigibt."Positive overlap" here means that the
Bevor nachfolgend weitere bauliche und funktionelle Einzelheiten
der Antriebseinheit 10 erläutert werden, sei zunächst
auf die Funktion der bislang erweiterten Funktionselemente
der Antriebseinheit 10 eingegangen:Before following further structural and functional details
the
Soll der Kolben 23 des Antriebszylinders 11, ausgehend von
einer als bekannt voraussetzbaren Ausgangsposition, z.B. der
in der Fig. 3 dargestellten dem vollständig eingefahrenen
Zustand des Kolbens 23 entsprechenden Endstellung heraus
einen Ausfahr-Hub h definierten Betrages ausführen, so muß
hierzu die bodenseitige Steuerkammer 24 des Antriebszylinders
11 mit Druck beaufschlagt werden, d.h. das Hauptsteuerventil
16 so lange in seine in der Fig. 2 dargestellte Funktionsstellung
I gebracht werden, bis die der Ausführung des
Hubes h entsprechende Soll-Position erreicht ist und mit dem
Erreichen dieser Position wieder in seine in der Fig. 3 dargestellte
Grundstellung gelangt sein. Um das Hauptsteuerventil
16 in diese Funktionsstellung zu bringen, bedarf es gemäß
den Darstellungen der Fig. 1 bis 3 einer Verschiebung
des Ventilkolbens 87 nach links, d.h. einer Druckentlastung
der bodenseitigen Antriebskammer 33 des Stellzylinders 18,
die ihrerseits eine - einleitende - Verschiebung der Kolben
39 und 41 des Nachlaufregelventils 19 nach links erfordert,
so daß das Teilventil 19'' des Nachlauf-Regelventils 19 den
die Verbindung der bodenseitigen Antriebskammer 33 des Stellzylinders
18 mit dem drucklosen Vorratsbehälter 92 des Druckversorgungsaggregats
vermittelnden Durchflußpfad 82 freigibt.
Die dargestellte Gestaltung der Gewindespindel 48 mit Rechtsgewinde
vorausgesetzt, wird die erforderliche Verschiebung
der Ventilkolben 39 und 41 des Nachlauf-Regelventils 19 dadurch
erreicht, daß der Schrittmotor 36, gesehen in Richtung
des Pfeils 114 der Fig. 2 zu einer Rotation im Uhrzeigersinn
angesteuert wird, in dem sich auch die Hohlwelle 49 dreht
und dadurch wegen Ihres Gewindeeingriffes mit der Gewindespindel
48 eine Verrückung nach links erfährt, die die Ventilkolben
39 und 41 des Nachlaufregelventils 19 mit ausführen.
Durch die hieraus resultierende Freigabe des Strömungspfades
82 des Nachlaufregelventils 19, über den nunmehr Hydrauliköl
aus der bodenseitigen Antriebskammer 33 des Stellzylinders
18 abfließen kann, erfährt dessen Kolben 32 eine
Verschiebung nach links, die von dem Kolben 87 des Hauptsteuerventils
16 mit ausgeführt wird, welches dadurch in
seine Funktionsstellung I gelangt. Diese Verschiebung wird
auch von dem Gehäuse 37 des Nachlaufregelventils mit ausgeführt,
wodurch dieses gleichsam wieder in die Grunstellungen
0 seiner Teilventile 19' und 19'' zurückgeführt wird, mit
der Folge, daß der Abfluß von Hydrauliköl aus der bodenseitigen
Antriebskammer 33 des Stellzylinders 18 wieder unterbrochen
wird, wodurch der Kolben 32 des Stellzylinders 18 in
einer mit einem bestimmten Öffnungsquerschnitt des freigegebenen
Strömungspfades 112 des Hauptsteuerventils verknüpften
Position stehenbleibt und mit diesem auch das Gehäuse 37 des
Nachlaufregelventils 19. Mit dem Einsetzen der Auswärtsbewegung
des Kolbens 23 des Antriebszylinders 11 wird über den
Zahnriementrieb 53 auch die Gewindespindel 48, in Richtung
des Pfeils 116 der Fig. 1 bis 3 gesehen, im Gegenuhrzeigersinn
rotatorisch angetrieben. Dadurch wird die in der einleitenden
Phase der Sollwert-Einsteuerung nach links verrückte
Hohlwelle 49 nunmehr nach rechts gedrängt, wodurch
auch die Kolben 39 und 41 des Nachlaufregelventils 19 relativ
zu dessen Gehäuse 37 nach rechts geschoben werden, mit
der Folge, daß der Durchflußpfad 78 des Teilventils 19' des
Nachlaufregelventils 19 geöffnet und dadurch wieder Hydrauliköl
in die bodenseitige Antriebskammer 33 des Stellzylinders
18 verdrängt wird. Der Stellzylinder 18 wird dadurch im
Sinne einer Verringerung des zuvor freigegebenen Querschnitts
des Durchflußpfades 112 des Hauptsteuerventils 16
angetrieben, wodurch einerseits der Zustrom von Hydrauliköl
in die bodenseitige Antriebskammer 24 des Antriebszylinders
11 verringert wird, so daß dessen Ausfahrgeschwindigkeit
abnimmt und andererseits das Gehäuse 37 des Nachlaufregelventils
wieder in diejenige Richtung - nach rechts - verschoben
wird, in der der Durchflußpfad 78 des Teilventils
19' des Nachlaufregelventils 19 wieder gesperrt ist und der
Zustrom von Hydrauliköl in die bodenseitige Antriebskammer
33 des Stellzylinders 18 unterbrochen wird. Der Kolben 32
des Stellzylinders 18 bleibt danach in einer einem verringerten
Durchflußquerschnitt des weiterhin freigegebenen
Strömungspfades 112 des Hauptsteuerventils 16 entsprechenden
Position stehen, mit der die geringere Bewegungsgeschwindigkeit
v des Antriebskolbens 23 des Hydrozylinders 11 verknüpft
ist.If the
Die Folge hiervon ist, daß auch die Gewindespindel 48 über
den Zahnriementrieb 53 nunmehr mit einer geringeren Rotationsgeschwindigkeit
angetrieben wird, wobei sich, eine einer
konstanten Bewegungsgeschwindigkeit v des Antriebskolbens
23 des Antriebszylinders 11 entsprechende Sollwert-Einsteuerung
durch den Schrittmotor 36 mit konstanter Änderungsrate
des Positions-Sollwertes vorausgesetzt, schließlich
nach wenigen Regelspielen der geschilderten Art ein
"eingeschwungener" Gleichgewichtszustand ergibt, in dem sich
die Hohwelle 49 und die mit deren Gewinde 51 in kämmendem
Eingriff stehende Gewindespindel 48 mit gleicher Winkelgeschwindigkeit
drehen, mit der Folge, daß die Kolben 39 und
41 der beiden Teilventile 19' und 19'' des Nachlaufregelventils
19 in den den Grunstellungen 0 dieser Teilventile 19'
und 19'' entsprechenden Positionen verharren bzw. nur geringfügige
alternierende Auslenkungen gegenüber diesen Positionen
ausführer und der in der Grundstellung I des Hauptsteuerventils
freigegebene Durchflußpfad 112 auf einen Öffnungsquerschnitt
eingestellt ist, bei dem unter dem herrschenden
Betriebsdruck diejenige Hydraulikölmenge in die
bodenseitige Antriebskammer 24 des Antriebszylinders 11 einströmen
- und aus dessen stangenseitiger Antriebskammer 22
verdrängt werden - kann, die dem erwünschten Soll-Wert dieser
Geschwindigkeit entspricht.The consequence of this is that the threaded
Bei der vorausgesetzten Art der schrittmotor-gesteuerten
Positions- und Geschwindigkeits-Sollwert-Vorgabe ist der
Hub, den der Kolben 23 des Antriebszylinders 11 insgesamt
ausführen soll, in die Anzahl der elektrischen Steuerimpulse
codiert, mit denen der Schrittmotor 36 bis zur vollständigen
Ausführung des Kolbenhubes angesteuert werden muß, die Geschwindigkeit,
mit der der Kolben diesen Hub ausführt, in
die Frequenz der Ansteuerimpulse und der Drehsinn, in dem
der Schrittmotor rotiert, z.B. durch die Polarität seiner
Ansteuerimpulse oder die Phasenlage zweier oder mehrerer
Ansteuerimpulsfolgen zueinander, mit denen Erregerwicklungen
des Schrittmotors angesteuert werden, der in einer typischen
auslegung zur Ausführung einer 360° Umdrehung seiner Antriebswelle
44 mit 400 Schrittimpulsen angesteuert wird, die
jeweils zu einer Drehung der Abtriebswelle 44 um 0,9° führen.With the presupposed type of stepper motor controlled
Position and speed setpoint specification is the
Stroke that the
Die insoweit nach Aufbau und Funktion zusammenfassend erläuterte
hydraulische Antriebseinheit 10 beinhaltet hiernach
zwei über das Nachlaufregelventil 19 miteinander gekoppelte
Regelkreise, deren einer als Nachlauf-Regelkreis für den
Stellantrieb 18 und deren zweiter als Nachlauf-Regelkreis
für den Antriebszylinder 11 aufzufassen sind.The so far summarized according to structure and function
Der auf den Antriebszylinder 11 wirkende Regelkreis hat
hierbei eine Regelkreisverstärkung Kv, die durch die Beziehung
Aus Gründen einer guten Stabilität der Regelung sollte die
der Beziehung (1) entsprechende Kreisverstärkung unter Berücksichtigung
einer stets vorhandenen Dämpfung nicht größer
sein als die für den fiktiven dämpfungsfreien Fall anzunehmende
Eigenfrequenz f0, die durch die Beziehung
Hierdurch ist es möglich, mit sollwertseitig geringer Eingangsleistung
- im wesentlichen der elektrischen Antriebsleistung
des Sollwert-Vorgabe-Motors 36 hohe hydraulische
Nutzleistungen zu steuern.This makes it possible with a low input power on the setpoint side
- essentially the electrical drive power
of the
Zur Erläuterung des in der Fig. 1 schematisch und in der
Fig. 3 in baulichen Einzelheiten wiedergegebenen Feinsteuerventils
17 sei nunmehr auch auf die Querschnittsdarstellung
der Fig. 4 verwiesen, die die Anordnung der durchgehenden
Bohrung 63 des Nachlaufregelventils 19, einer durchgehenden
Ventilbohrung 117 des Feinsteuerventils 17 sowie zweier Kammerbohrungen
118 des hydraulischen Stellantriebes 18 innerhalb
des Kolbens 87 des Hauptsteuerventils 16 zeigt, der
seinerseits von der durchgehenden Bohrung 88 des Gehäuses 86
des Hauptsteuerventils 16 aufgenommen ist. To explain the schematic in Fig. 1 and in the
Fig. 3 in structural details reproduced
Die zentrale Längsachse 38 der Bohrung 63, die zentralen
Längsachsen 119 der beiden Bohrungen 118 für den Stellantrieb
18 und die zentrale Längsachse 121 der durchgehenden
Bohrung 117 des das Gehäuse für das Nachlaufregelventil 19
und das Feinsteuerventil 17 bildenden Kolbens 87 des Hauptsteuerventils
16 liegen auf einem mit der zentralen Längsachse
43 einer die Hohlwelle 49 der Betätigungseinrichtung
42 des Nachlaufregelventils aufnehmenden, mit dieser, abgesehen
von einem kleinen Spiel durchmessergleichen Längsbohrung
122 konzentrischen Bohrungskreis und sind entlang desselben
in gleichen azimutalen Abständen von 90° angeordnet,
wobei die Bohrungen 63 und 117 für das Nachlaufregelventil
19 bzw. das Feinsteuerventil 17 bezüglich der zentralen
Längsachse 43 der die Hohlwelle 49 aufnehmenden zentralen
Bohrung 122 einander diametral gegenüberliegend angeordnet
sind, desgleichen die Bohrungen 118 für den Stellantrieb 18.The central
Zweck des zu dem Hauptsteuerventil 16 hydraulisch parallel
geschalteten Feinsteuerventils 17 ist es, eine hohe Positioniergenauigkeit
des Leistungsantriebs-Hydromotors 11 auch
dann zu ermöglichen, wenn die kolbenseitigen Steuerkanten
107 und 108 des Kolbens 87 und die gehäuseseitigen Steuerkanten
109 und 111 des Hauptsteuerventils 16, gesehen in
dessen Grundstellung, eine relativ große positive Überdeckung
e haben, wie anhand der Fig. 2 und 3 vorstehend erläutert
und in vergrößertem Maßstab in der Fig. 5a dargestellt,
auf die ergänzend verwiesen sei.Purpose of hydraulically parallel to the
Wird, ausgehend von dieser Grundstellung 0 des Hauptsteuerventils
16 dessen Kolben 87 als Folge seiner Ansteuerung
über das Nachlauf-Regelventil 19 gesteuerten Betätigung in
Richtung des Pfeils 114' verschoben, d.h. gemäß Fig. 5a nach
links, so setzt eine zunehmende Freigabe des Strömungspfades
112 des Hauptsteuerventils 116 erst dann ein, wenn sein Kolben
87 die in der Fig. 5b, auf die ebenfalls ergänzend verwiesen
sei, gestrichelt dargestellte Position erreicht hat,
d.h. seine eine - rechte - kolbenseitige Steuerkante 108 und
die rechte gehäuseseitige Steuerkante 109 einander mit der
Überlappung 0 gegenüberstehend angeordnet sind. Erst durch
weitere Verschiebung des Ventilkolbens 87 des Hauptsteuerventils
16 wird mit zunehmendem Öffnungsquerschnitt der
Strömungspfad 112 des Hauptsteuerventils, d.h. dessen Funktionsstellung
I freigegeben. Eine hiermit verknüpfte Auswärtsbewegung
des Kolbens 23 des Leistungsantriebs-Hydromotors
11 setzt daher in praxi erst zu demjenigen Moment ein,
zu dem die Überlappung dieser beider Steuerkanten 108 und
109 negativ zu werden beginnt.Starting from this basic position it becomes 0 of the
Wird, nachdem sich zwischenzeitlich durch die erläuterte
Nachlaufregelung eine konstante Vorschubgeschwindigkeit des
Kolbens 23 des Leistungs-Hydromotors 11 eingestellt hat, die
der in der Fig. 5b in ausgezogenen Linien dargestellten Position
des Ventilkolbens 87 des Hauptsteuerventils 16 relativ
zu seinem Gehäuse 86 entspricht, die Ansteuerung des
Schrittmotors 16 mit Positions-Sollwert-Vorgabeimpulsen beendet,
so führt dies zu einer in Richtung des Pfeils 116'
gerichteten Verschiebung des Kolbens 87 des Hauptsteuerventils
16 relativ zu seinem Ventilgehäuse 86 und damit schon
dann zu einer Sperrung des in der Funktionsstellung I des
Hauptsteuerventils 16 freigegebenen Strömungspfades 112,
wenn die kolbenseitige Steuerkante 108 und die gehäuseseitige
Steuerkante 109 wieder in die der Überdeckung 0 entsprechende,
in der Fig. 5b gestrichelt eingezeichnete Position
gelangt sind, mit der Folge, daß ab Erreichen dieser Position
durch eine Bewegung des Kolbens 87 in Richtung des
Pfeils 116' der Antriebskolben 23 des Leistungs-Hydromotors
11 stehen bleibt, d.h. bevor das Hauptsteuerventil 16 wieder
in seine in der Fig. 5a dargestellte Grundstellung 0 gelangt
ist. Will, after being explained in the meantime by the
Overrun control a constant feed rate of
Die hierdurch bedingte Hysterese des Hauptsteuerventils 16
gegenüber den Funktionsstellungen 0 und I bzw. 0 und II der
Teilventile 19' und 19'' des Nachlaufregelventils 19 würde
hinsichtlich der Endpositionen des Antriebskolbens 23 des
Leistungs-Hydromotors 11 zu einer Ungenauigkeit führen, die
umso größer wäre, je größer die positive Überdeckung der
kolbenseitigen Steuerkanten 107 und 108 mit den gehäuseseitigen
Steuerkanten 111 und 109 in der Grundstellung des
Hauptsteuerventils 16 ist.The hysteresis of the
Um eine derartige Ungenauigkeit mit dem Kolben 23 des Leistungs-Hydromotors
11 anfahrbarer Positionen zu vermeiden,
ist das Feinsteuerventil 17 dahingehend ausgebildet, daß es
einen funktionell dem Durchflußpfad 112 des Hauptsteuerventils
116 entsprechenden Durchflußpfad 112', über den der
Ausgangsdruck des Druckversorgungsaggregats 26 in die bodenseitige
Antriebskammer 24 des Leistungs-Hydromotors 11 einkoppelbar
ist, oder einen funktionell dem Durchflußpfad 113
des Hauptsteuerventils 16 entsprechenden Durchflußpfad 113'
schon dann freigibt, wenn das Hauptsteuerventil 16 zur Annahme
seiner Funktionsstellung I oder seiner Funktionsstellung
II angesteuert wird.Such an inaccuracy with the
Dies bedeutet, daß ventilkörperseitige Steuerkanten 124 und
126 und gehäuseseitige Steuerkanten 127 und 128 des Fein-steuerventils
17, durch deren Relativbewegungen entweder der
eine Durchflußpfad 112' oder der andere Durchflußpfad 113'
des Feinsteuerventils 17 mit veränderbarem Strömungsquerschnitt
freigebbar sind, in der Grundstellung des Feinsteuerventils
17 die Überdeckung 0 haben müssen oder eine von 0
allenfalls geringfügig verschiedene - positive - Überdeckung
haben dürfen, und daß die Grundstellungen 0 sowohl des Fein-steuerventils
17 als auch des Hauptsteuerventils 16 exakt,
d.h. in einem weitestmöglichen Maß übereinstimmen müssen. This means that control edges 124 and
126 and control
Zu diesem Zweck ist das Feinsteuerventil 17 in Analogie zu
dem Nachlaufregelventil 19 als aus zwei Teilventilen 17' und
17'' bestehend ausgebildet, die je einen der Grundform nach
zylindrischen Kolben 129 bzw. 131 haben, die von der durchgehenden
Bohrung 117 des durch den Kolben 87 des Hauptsteuerventils
16 gebildeten "Gehäuses" des Feinsteuerventils 17
aufgenommen sind.For this purpose, the
Diese Kolben 129 und 131 haben je eine Ringnut 132 bzw. 133,
deren voneinander entfernte radiale Nutwangen über die kolbenseitigen
Steuerkanten 124 und 126 an die Zylindermantelflächen
anschließen, die druckdicht-gleitfähig von der
Durchgangsbohrung 117 des das Gehäuse des Feinsteuerventils
bildenden Kolbenteils des Hauptsteuer-Ventilkolbens 87 aufgenommen
sind.These
Die Kolben 129 und 131 der beiden Feinsteuer-Ventilelemente
17' und 17" werden durch eine vorgespannte, zentral angeordnete,
vorgespannte Feder 134 gegen je einen Anschlagstift
136 bzw. 137 gedrängt, die koaxial mit der zentralen Längsachse
121 der durchgehenden Bohrung 117 des Kolbens 87 des
Hauptsteuerventils angeordnet sind, der das Gehäuse des
Feinsteuerventils 17 bildet. Diese Anschlagstifte 131 und
137 sind als in Gewindebohrungen des Gehäuses 86 des Hauptsteuerventils
schraubbar geführte Stellschrauben ausgebildet,
mittels derer die Positionen der kolbenseitigen Steuerkanten
124 und 126 der Kolben 129 und 131 des Feinsteuerventils
bezüglich des Gehäuses 86 des Hauptsteuerventils 16
einstellbar sind. Dadurch ist es möglich, den entlang der
zentralen Achse 121 der Durchgangsbohrung 117 des Kolbens 87
des Hauptsteuerventils 16 gemessenen Abstand der Steuerkanten
124 und 126 der Ventilkörper 129 und 131 der Teilventile
17' und 17'' des Feinsteuerventils 17 exakt auf denjenigen
Abstand einzustellen, den dessen gehäuseseitige - am beweglichen
Kolben 87 des Hauptsteuerventils 16 angeordnete Steuerkanten
127 und 128 - konstruktiv bedingt voneinander haben.The
Das Feinsteuerventil 17 kann daher, bei festgehaltenem Kolben
87 des Hauptsteuerventils 16, stets dahingehend justiert
werden, daß die Überdeckung seiner kolbenseitigen Steuerkanten
124 und 126 mit seinen gehäuseseitigen Steuerkanten 127
und 128 0 ist oder einem beliebigen gewünschten - kleinen -
Wert entspricht, wenn sich das Feinsteuerventil 17 in seiner
Grundstellung befindet.The
Schon allein hierdurch ist es möglich, gleichsam experimentell,
d.h. durch Versuche, eine Position der Kolbenelemente
129 und 131 des Feinsteuerventils 17 zu ermitteln, der eine
Grundstellung 0 des Hauptsteuerventils 16 entspricht, in der
die Steuerkanten 107 und 108 seines Ventilkolbens 87 mit den
für das Hauptsteuerventil maßgeblichen gehäuseseitigen Steuerkanten
109 bzw. 111 dieselbe - positive - Überdeckung
gleichen Betrages haben und dadurch das Feinsteuerventil 17
auf die genannte Position seiner Ventilkolben-Elemente 129
und 131 einzustellen.This alone makes it possible, as it were experimental,
i.e. through attempts to position the piston elements
To determine 129 and 131 of the
Durch diese Justierbarkeit der Kolben 129 und 131 der das
Feinsteuerventil 17 bildenden Teilventile 17' und 17'', die
ihrer Funktion nach gemeinsam gesteuerte 2/3-Wegeventile mit
einer der Überdeckung 0 oder einer sehr kleinen - positiven
- Überdeckung ihrer Steuerkanten 124 und 127 bzw. 126 und
128 entsprechenden Grundstellung 0, einer Durchflußstellung
I und einer Sperrstellung II sind, wobei das eine Teilvenil
17' oder 17'' jeweils in seine Sperrstellung II gelangt,
wenn das andere Teilventil 17'' bzw. 17' in seine Durchflußstellung
I gelangt, wird erreicht, daß mit jeder Auslenkung
des Ventilkolbens 87 des Hauptsteuerventils 16 und der mit
dieser einhergehenden Verschiebung des durch diesen Kolben
87 gebildeten Gehäuses des Feinsteuerventils 17 eine definierte
Veränderung des wirksamen Durchflußquerschnittes verknüpft
ist, unter den Hydrauliköl in die bodenseitige Antriebskammer
24 des Antriebshydromotors 11 hinein verdrängbar
ist oder aus diesem abströmen kann, und daß mit der
Sperrung dieses Strömungspfades, d.h. der Stillstands-Position
des Kolbens 23 des Antriebs-Hydromotors 11 stets eine
genau definierte Position des Kolbens 87 des Hauptsteuerventils
16 sowie des Gehäuses des Feinsteuerventils 17 verknüpft
ist, die durch die gehäusefeste Anordnung seiner Ventilkolben
129 und 131 vorgebbar ist. Mit der hydraulischen
Antriebseinheit 10 ist daher ein sehr genaues und feinfühliges
Einhalten einer vorgegebenen Position des Kolbens 23 des
Hydromotors 11 mit nur geringer Steuerenergie möglich, die
mittels des Schrittmotors 36 und das Nachlaufregelventil 19,
wie im einzelnen schon erläutert, einsteuerbar ist.Due to this adjustability of the
Der in dem Gehäuse 86 hin- und herverschiebbar gelagerte
Kolben 87 ist aus fertigungstechnischen Gründen zweiteilig
ausgebildet und umfaßt ein äußeres, dickwandig-mantelförmiges
Kolbenteil 87', das mit den kolbenseitigen P- und T-Nuten
101 und 102 versehen ist, und ein inneres, zylindrisch-blockförmiges
Kolbenteil 87'', das mit der zentralen,
von der Hohlwelle 49 der Betätigungseinrichtung 42 des Nachlaufregelventils
19 durchsetzten Durchgangsbohrung 122, der
Durchgangsbohrung 63 des Nachlauf-Regelventils 19, der
Durchgangsbohrung 117 des Feinsteuerventils 17 und den Kammerbohrungen
118 für den Stellantrieb 18 versehen ist.The one that can be slid back and forth in the
Die in den Fig. 2, 3 und 4 jeweils mit 118 bezeichneten Kammerbohrungen
sind als Sackbohrungen ausgebildet, die gemäß
den Darstellungen der Fig. 2 und 3 von der rechten Stirnseite
des inneren Kolbenteils 87'' in dieses eingebracht sind.
In diese Bohrungen 118 ist je ein zylindrischer Kolben 138,
relativ zu dem Kolbenelement 87'' des Hauptsteuerventilkolbens
87 druckdicht beweglich eingesetzt, der an einem sich
entlang der zentralen Längsachse 119 der jeweiligen Bohrung
118 erstreckenden, gehäusefesten schlanken Anschlagstift 139
axial abgestützt ist.The chamber bores designated 118 in FIGS. 2, 3 and 4
are designed as blind holes, which according to
2 and 3 from the right front side
of the
Die durch die beiden Sackbohrungen 118 und die beiden Kolben
138 begrenzten Kammern, die über radiale Kanäle des inneren
Kolbenelements 87'' und des äußeren Kolbenelements 87' in
kommunizierender Verbindung mit dessen äußerer P-Nut 101
stehen, bilden insgesamt die im Betrieb der Antriebseinheit
permanent unter dem Ausgangsdruck P des Druckversorgungsaggregats
gehaltene Antriebskammer 34 des Stellantriebes 18,
die in der Fig. 1 als stangenseitige Kammer des doppelt wirkenden
Stell-Antriebszylinders 18 dargestellt ist.The through the two
In koaxialer Anordnung mit der zentralen Längsachse 119 der
Sackbohrungen 138 sind in das innere Kolbenteil 87' des Kolbens
87 des Hauptsteuerventils 16 auch von der linken Stirnseite
her eingebrachte Sackbohrungen 118' angebracht, in die
je ein zylindrischer Kolben 138' relativ zu dem Kolbenelement
87'' druckdicht verschiebbar eingesetzt ist, der wiederum
an einem sich entlang der zentralen Längsachse 121 der
jeweiligen Bohrung 118' erstreckenden gehäusefesten Anschlagstift
139' axial abgestützt ist.In a coaxial arrangement with the central
Diese beiden Sackbohrungen 118' und die beiden Kolben 138',
deren Querschnittfläche jeweils um den Faktor 2 größer ist
als diejenige der durch die axial gegenüberliegend angeordneten
Sackbohrungen 118 und Kolben 138, begrenzten Kammern,
die über das Nachlauf-Regelventil 19 alternativ mit dem
drucklosen Vorratsbehälter 92 des Druckversorgungsaggregats
oder dessen Hochdruckausgang 81 verbindbar sind, bilden insgesamt
die in der Fig. 1 als bodenseitige Antriebskammer 33
des Stellantriebs 18 dargestellte Antriebskammer desselben.These two blind bores 118 'and the two pistons 138',
whose cross-sectional area is larger by a factor of 2
than that arranged axially opposite
Blind bores 118 and
Durch die geschilderte Ingetration des Nachlauf-Regelventils
19, des Feinsteuerventils 17 und des insgesamt durch zwei
Kolben- und -Bohrungspaare gebildeten Stellantriebes 18 in
den Kolben 87 des Hauptsteuerventils wird eine besonders
raumsparende Bauweise des elektrohydraulischen Steuerteils
der Antriebseinheit 10 insgesamt erzielt, die wegen der geringen
Längen der Hydrauliköl-Strömungspfade auch eine hohe
hydraulische Steifigkeit ergibt und dadurch zu hohen Werten
der erreichbaren Kreisverstärkung Kv beiträgt.A particularly space-saving design of the electrohydraulic control part of the
Die Antriebseinheit 10 ist mit einem lediglich schematisch
dargestellten elektronischen Positionssensor 141 ausgerüstet,
dessen Ausgangssignal ein genaues Maß für Auslenkungen
der Betätigungseinrichtung 42 des Nachlauf-Regelventils 19
in Richtung der zentralen Längsachse 43 der Betätigungseinrichtung
42 sind.The
In spezieller Gestaltung ist der Positionssensor 141 durch
einen fest am Gehäuse 86 des Hauptsteuerventils 16 montierten
Magnetfeld-Sensor realisiert, der die Feldstärke eines
an einem der Betätigungsarme 68 oder 69 des Nachlaufregelventils
19 fest montierten Permantmagneten 142 erfaßt, der
so angeordnet ist, daß unter den auftretenden axialen Verrückungen
der Betätigungseinrichtung 42 die Feldstärke am
Ort des Magnetfeld-Sensors in sehr guter Näherung linear
variiert, so daß das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors
141 direkt dem Auslenkungshub der Betätigungseinrichtung 42,
z.B. deren Hohlwelle 49 proportional ist.In a special design, the
Der Positionssensor 141 kann auf einfache Weise durch Aufnahme
seiner Weg/Ausgangssignalpegel-Kennlinie und Anfahren
der Grundstellungen des Nachlauf-Regelventils 19 und des
Feinsteuerventils 17 bzw. des Hauptsteuerventils 16 geeicht
und zu einer fortlaufenden Bestimmung des Nachlaufweges s
genutzt werden.The
Alternativ oder zusätzlich zu dem die Position der Hohlwelle
49 der Betätigungseinrichtung 42 erfassenden Positionssensor
141 kann auch ein nicht dargestellter Positionsgeber vorgesehen
sein, der die Auslenkungen des Ventilkolbens 87 des
Hauptsteuerventils 16 relativ zu dessen Gehäuse 86 erfaßt.Alternatively or in addition to the position of the
In den Fig. 1 bis 5b sind bau- funktionsgleiche oder -analoge Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen belegt. Soweit in den Figuren 1-5b Bezugszeichen für Elemente angegeben sind, die bei der Erläuterung der jeweiligen Fig. nicht erwähnt, sondern anhand einer anderen Fig. beschrieben worden sind, soll dies den Verweis auf den diesbezüglichen Beschreibungsteil beinhalten.1 to 5b are structurally identical or analogous Elements with the same reference numerals. So far in Figures 1-5b reference numerals for elements are, which are not in the explanation of the respective Fig mentioned, but has been described with reference to another Fig are, this is the reference to the relevant part of the description include.
Claims (18)
- Hydraulic drive unit comprisinga) a hydraulic motor as a power drive designed for a high driving power and if necessary a corresponding high throughput of hydraulic oil;b) a main control valve (16) by means of which an afflux of hydraulic oil at high pressure to the power drive and the efflux of at least a part of the hydraulic oil supplied to the power drive, for example to the zero-pressure supply container of the pressure supply assembly, can be controlled;c) a hydraulic servo drive (18) designed as a doubleacting linear cylinder for actuating the main control valve; and withd) a follow-up control valve (19) provided to control the servo drive, with a setting, controlled by an electric motor, of the desired values of the positions and therefore also of the speed of movement of the movable element of the power hydraulic motor and mechanical feedback of the corresponding actual values, said control valve, when the desired value and the actual value of the controlled position are equal assumes a blocking position corresponding to stoppage of the power drive, said valve being controllable by the position desired value setting to assume the alternative through-flow positions associated with the alternative driving directions of the power hydraulic motor, in which positions the respective effective through flow cross section varies monotonically with the degree of deflection of the valve from the blocking position and being controlled by the position actual value feedback so as to assume the blocking position;e) the follow-up control valve (19) and the main control valve being designed as piston slide valves operable by relative axial displacements of their valve pistons and housing elements that occur along mutually parallel axes, and the piston (87) of the main control valve forming the housing of the follow-up control valve (19);f) the follow-up control valve (19) has two piston elements (39, 41) located within a through-bore (63) of the main control valve piston (67), said bore extending parallel to the central longitudinal axis (43) of the main control valve piston (87) but at a radial distance from said axis, with the axial spacing of said elements (39, 41) being adjustable for adjustment of a defined overlap of piston-side control edges (73, 74) and housing-side control edges (76, 77) of the follow-up control valve (19) located inside the through bore (63) of the piston (87) of the main control valve (16);g) the piston (87) of the main control valve (16) is provided with a central axial through bore (122) through which passes a desired value setting element (49) nonrotatably coupled with the driven shaft (44) of a desired value setting motor (36) but axially displaceable with respect to the drive shaft and to the piston (87), said element (49) being in zero-play threaded engagement with an actual value feedback element (48) rotationally drivable by the movable part (23) of the power hydraulic motor (11) in a positive correlation with the rotational or translational movements of the movable part (23) and having the same direction of rotation as the desired value setting element (49) but being axially nondisplaceable, thereby the desired value setting element (49) being subjected to axial deflections relative to a central position correlated with the blocking position (O) of the follow-up control valve (19), said deflections being directly correlated with the difference between the desired and actual positions of the movable part (23) of the power hydraulic motor (11) and enabling the opening and closing actuations of the follow-up control valve (19) by actuating elements (68, 69) which are decoupled rotationally with respect to the desired value setting element (49) but following its axial movements;h) the driving pressure chambers (33, 34) of the servo drive (18) provided to actuate the main control valve (16) are delimited by blind holes (118, 118') of the piston (87) of the main control valve (16), said holes extending parallel to the central through-bore (122) and being arranged at a radial distance from the central axial through bore (122) of piston (87), and by pistons (138, 138') that are received by the blind holes and are supported in a fixed position on the housing (86) of the main control valve (16).
- Drive unit according to Claim 1, characterized in that a fine control valve (17) is provided, connected hydraulically in parallel with main control valve (16) and controllably operable together with the latter from its basic position 0 into its alternative functioning positions (I and II), said fine control valve likewise being designed as a piston slide valve, whose housing-side and piston-side control edges (124, 126 and 127, 128), by the relative movements of which the through-flow paths (112', 113') effective in the alternative functional positions, can be opened with a flow cross section that is proportional to the deflection of its piston elements from the basic position, are adjustable to a -preferably positive- overlap which is present in its basic position, and which is much smaller and corresponds to only 1/20 to 1/5 of the also positive overlap of functionally corresponding control edges (107, 108, 109, 111) of the main control valve (16) in its basic position.
- Drive unit according to Claim 2, characterized in that the piston arrangement (129, 131) of the fine control valve (17) comprises two piston elements (129 and 131) displaceably mounted in an axial through bore (117) of the piston (87) of the main control valve (16) in a pressure-tight manner, the position of said elements being adjustable with respect to the housing (86) of the main control valve (16).
- Drive unit according to Claim 3, characterized in that, a - slightly - pretensioned spring (134) is located between the two piston elements (129 and 131) of fine control valve (17), said spring urging each of the piston elements (129, 131) against a respective axial stop pin (136, 137) whose position is variably adjustable in the axial direction.
- Drive unit according to Claim 3 or Claim 4, characterized in that the two piston elements (129 and 131) and the sections of the bore (117) of the piston (87) of the main control valve (16) provided to receive the fine control valve (17), each form a 2/3-way valve (17' and 17"), one of which assumes its blocking position when the other assumes its through flow position and to which correspond, respectively, equal amounts of positive and negative overlaps of their control edges (124, 127 and 126, 128).
- Drive unit according to one of Claims 3 to 5, characterized in that the bore (117) of the piston (87) of the main control valve (16) that receives piston elements (129, 131) of the fine control valve (17), and a through bore (63) of the main control valve piston (87) receiving the piston-shaped valve bodies (39 and 41) of the follow-up control valve (19), are arranged diametrically opposed relative to the central longitudinal axis (43) of the piston (87).
- Drive unit according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the hydraulic positioning drive (18) has a housing axially displaceable so as to reciprocate by alternative exposure to pressure and release of pressure in at least one drive chamber (33).
- Drive unit according to Claim 7, characterized in that the housing of the positioning drive (18) is formed by a part of the piston (87) of the main control valve (16).
- Drive unit according to Claim 8, characterized in that the piston (87) of main control valve (16) is provided with at least two blind holes (118, 118'), provided at two mutually opposed faces of the piston (87), in each of which holes, for delimiting a respective drive chamber (33 and 34), a piston (138 and 138') is located, which piston is axially supportable on a stop pin (139 or 139') rigidly affixed to the housing (86) of the main control valve (16).
- Drive unit according to Claim 9, characterized in that the two pistons (138 and 138') of positioning drive (18) are designed as free pistons.
- Drive unit according to Claim 9 or 10, characterized in that two bore and piston pairs (118, 118', 138, 138') are provided, preferably of the same design, each of which is arranged coaxially with respect to a common central axis (119, 119').
- Drive unit according to Claim 11, characterized in that the two bore axes (119, 119') of the bores (118, 118'), each of which receives a piston pair (138, 138') of the positioning drive (18) of the piston (87) of the main control valve (16), are arranged diametrically opposed to one another with respect to the central longitudinal axis (43) of said valve (16).
- Drive unit according to one of Claims 7 to 12, characterized in that the hydraulic positioning drive (18) is designed as a differential cylinder with driving pressure chambers (33 and 34) having different effective cross-sectional areas, with the drive chamber(s) (34), having the smaller effective cross sectional area, being permanently exposed to the high output pressure of the pressure supply assembly (26, 92) during the operation of the drive element (10).
- Drive unit according to Claim 13, characterized in that the ratio f1/f2 of the effective cross-sectional areas f1 of the drive chamber(s) (33), alternatively exposable to high pressure and relievable of pressure, to the area f2 of the drive chamber(s) (34) of the positioning drive (18) permanently exposed to the high output pressure of the pressure supply assembly, has a value of 2.
- Drive unit according to one of Claims 1 to 14, characterized in that the piston (87) of the main control valve (16) consists of two parts with an outer sleeve-shaped piston part (87') provided with external annular grooves (102 and 101) forming control edges (107, 108) on the piston side and with a core (87") which is block-shaped, fitted firmly into the sleeve-shaped piston part (87') in a pressure-tight manner, and is circularly cylindrical in basic shape, in which core the axial through bores (63 and/or 117) are provided for the follow-up control valve (19) and/or the fine control valve (17) and, if provided the blind holes for the drive chambers (33 and 34) of the positioning cylinder (18), and a central through bore (122) is provided to receive the actuating device (42) of the follow-up control valve (19).
- Drive unit according to one of Claims 1 to 15, characterized by an electronic or electromechanical position sensor (141, 142), said sensor generating an electrical output signal that characteristic of at least the central position of main control valve (16).
- Drive unit according to one of Claims 1 to 16, characterized by a position sensor (141, 142) which generates an output signal that is characteristic of the position of the actuating element (49, 68, 69) of the follow-up control valve (19), said signal varying in a preferably monotonic relationship with the position of the actuating member, and/or a position sensor which generates an electrical output signal that is characteristic of the position of the piston (87) of the main control valve (16) and varies in a unique correlation with said position.
- Drive unit according to Claim 16 or 17, characterized in that the position sensor is designed as a magnetic field sensor (141) in locally fixed arrangement, which detects the magnetic field change that results from the movement of a permanent magnet (142) permanently connected with the position-monitored element.
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