DE1927649A1

DE1927649A1 - Hauptsteuerungsvorrichtung fuer hydraulische Servomotoren

Info

Publication number: DE1927649A1
Application number: DE19691927649
Authority: DE
Inventors: Petrus Blok; Viersma Taco Jan
Original assignee: VIERSMA TACO JAN
Current assignee: VIERSMA TACO JAN
Priority date: 1968-05-31
Filing date: 1969-05-30
Publication date: 1969-12-04
Also published as: GB1266233A; US3598020A; SE350102B; AT306473B; BE733484A; FR2009711A1; CH493033A; DE1927649B2; DE1927649C3; NL6807776A

Description

Vi/

1. Petrus Blök
Moerkapelle/Niederlanfte
Coymansstraat 7

2. Taco Jan Viersma
Pijnacker/lTie d e r lande
Julianalaan 26

Patentanmeldung

Hauptsteuerungsvorrichtung für hydraulische ,_■·' Servomotoren.

Die Erfindung bezieht sich auf eine. Hauptsteuerungsvorrichtung für einen hydraulischen Servomotor, die eine Zuführungsleitung" für Hochdruckflüssigkeit nahezu konstanten Drucks hat, we<lche Leitung über eine regelbare Eingangsöffnung mit eiliem Zylinderraum des Servomotors verbindbar ist, sowie eine Abführungsleitung nach einem Tiefdruckbehälter enthält, die über eine regelbare Ausgangsöffnung ebenfalls mit dem genannten Zylinderraum verbindbar ist, wobei zur Regelung der G-rösse der Eingangs öffnung und der Aus— gangsöffnung ein verschiebbares Element vorhanden ist, dessen Lage mit Hilfe einer Steuervorrichtung regelbar ist, während der Druck im Zylinderraum derart auf das verschiebbare Element einwirkt, dass bei steigendem Druck die Eingangsöffnung grosser und die Ausgangsöffnung kleiner wird und umgekehrt.

Eine Hauptsteuerungsvorrichtung der oben genannten Art ist in der Dissertation-von Dr.Ir. T.J. Viersma "Investigations into the accuracy of hydraulic servomotors" Technische Hochschule Delft, 1961, Seite 48, beschrieben.

Bei dieser bekannten Vorrichtung ist das verschiebbare Element durch einen in einem Gehäuse bewegbaren Regelschiebe'r gebildet, der bei Verschiebung der Ein- und Ausgangsöffnung mehr oder weniger freigibt. Die Rückwirkung des Drucks im Zylinderraum wird dabei dadurch erhalten, dass man diesen Druck auf eine Membran, mit welcher der Regelschieber verbunden ist, einwirken lässt. Ein Nachteil dieser Vorrichtung ist ihre komplizierte Bauart und die Tatsache, dass der Regelschieber eine verhältnismässig grosse Masse hat, was zu einer Verringerung der Regelgeschwindigkeit führt.

Die Erfindung bezweckt, eine Hauptsteuerungsvorrichtuhg der eingangs erwähnten Art zu schaffen, deren Bauart einfach, robust und sehr gedrängt ist, wobei die Masse des verschiebbaren Elementes gering ist, so dass die Regelgeschwindigkeit sehr gross ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass die Vorrichtung einen geschlossene! Zylinderraum enthält, in dem eine kreisförmige Membran mit einem Durchmesser, der dem des Zylinderraums wenigstens nahezu entspricht, vorgesehen ist, welche Membran auf einem Durchmesser, der kleiner ist als ihr Umfangsdurchmesser, zwischen zwei kreisförmigen, abdichtend an den Endwändeh des Zylinderraums und an der Membran anliegenden Konstruktionsteilen angeordnet ist, so dass auf beiden Seiten der Membran ein ringförmiger und ein zentraler Raum vorhanden ist, wobei jeder der ringförmigen Räume mit einer zwei Steuerdrücke liefernden Vorsteuerungsvorrichtung verbindbar ist, und der eine zentrale Raum mit dem genannten Zylinderraum des Servormotors und der andere zentrale Raum mit der Abführungsleitung verbindbar ist, und wobei in dem mit dem > Zylinderraum verbindbaren Raum die Zuführungsleitung für Hochdruckflüssigkeit über eine zur Mitte der Membran gerichtete Ausströmungsöffnung mündet und in dem mit der Abführungsleitung ] verbindbaren Raum ein mit seiner Ausströmungsöffnung zur Mitte j der Membran gerichtetes Ausströmstück vorhanden ist, das mit

seiner anderen Seite an den genannten Zylinderraum des Servomotors anschliessbar ist.

Auf diese Weise wird eine Hauptsteuerklappe einer sehr gedrängten Bauart erhalten, die sich durchaus zum Einbau in den Kolben des Servomotors eignet, was zu einer grösseren Gedrängtheit des Servomotors führt. Durch die geringe Masse der sich bewegenden Llembran ist die Empfindlichkeit und die Regelgeschwindigkeit gross. V/eiter lässt sich die Hauptsteuerklappe durch, eine hydraulische oder pneumatische Vorsteuerklappe steuern.

Bei"einer weiteren günstigen Auoführungsform der Erfindung ist jeder der zur Auflage der Membran dienenden Konstruktions- | teile durch die Kombination einer Anzahl in einem ringförmi- ! gen Käfig angeordneter Kugeln gebildet, wobei mit an einer oder beiden Seiten des Käfigs ein O-Ring zur Abdichtung vor- j

i gesehen ist. !

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt. , |

Es zeigen-in schemaxischer, nicht maisstabgerechter Darstellung:

Pi_:j.· 1 eine :ait einer Vorsteuerungsvorrichtung zusammenwirkende Haurtsteuerimgsvorrichtung für einen Servomotor;

Fig. 2 eine andere Ausfülirun_r-sform der Hauptsteuerungsvor-.. richtung nuch Fig. 1j ■

Fig. -j eine Aus^ührungsform eines Servomotors, bei dem eine Kaup-ssteueruiigsvorrichtung in dem Kolben des Servomotors angeordnet ist.

Ir: Fi₁;. 1 ist ζΐΐ' ί eine Hauptsteuerungsvorrichtung angedeutet. Diese umfarssx ein sylinderföriaig ausgebildetes geschlossenes Gehäuse· 2, in v.elchem eine kreisförmige Membran 3 angeordnet ist, aeren-Durehnesser' dem des Gehäuses 2 nahezu ent-

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BAD ORIGINAL

spricht. Die Membran 3 iwt auf einem Durchmesser, der kleiner ist als ihr Umfangsdurchmesser, lose zwischen zwei messerartigen kreisförmigen Auflagerändern 4 und 5 angeordnet. Die Ränder 4, 5 liegen abdichtend an der Membran 3 an und sind weiter mit den Wänden des Gehäuses 2 fest verbunden, so dass zwei ringförmige Räume 6 und 7/zwei zentrale Räume 8 und 9 gebildet sind. Zentral in jeder· der Endwände des Gehäuses 2 ist ein Ausströmstück 1o bzw. 11 angeordnet, deren Ausstrpmungsöffnungen 12 bzw. 13 der Membran 3 zugewandt sind. Das Ausströmstück 1o ist über eine Zuführungsleitung 14 mit dem in der Zeichnung linken Zylinderraum 15 eines Servomotors 16 verbunden. Der Raum 15 ist über eine Leitung 17 mit einer nicht dargestellten Pumpvorrichtung, die Hochdruckflüssigkeit nahezu' konstanten Drucks zuführt,verbunden. Der zentrale Raum 8, in dem die Zuführungsleitung 14 über die AusströmungsÖffnung 12 mündet, ist durch eine leitung 18 mit dem in der Zeichnung rechten Zylinderraum 19 des Servomotors 16 verbunden. Der Raum 19 ist weiter über einen Abführungskanal 2o mit einem Ausström-Btück 3o verbunden, das über seine Ausströmungsöffnung 13 in den zentralen Raum 9 mündet, der über eine Öffnung 21 mit einem nicht dargestellten Sammelbehälter in offener Verbindung steht. Weiter ist eine Vorsteuerungsvorrichtung 22 vorhanden, die je nach einem Eingangssignal zwei Steuerdrücke P.. und P₂ liefert, die über Leitungen 23 und 24 den Räumen 6 und 7 zügeführt werden. ........

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Die Wirkungsweise ist folgende: im Gleichgewichtszustand (Ruhezustand des Kolbens 25 des" Servomotors) sind die von der Vorsteuerungsvorrichtung 22 gelieferten Drücke P. und Pp einander gleich und die Membran 3 nimmt eine Lage ein, bei \veleher der Flüssigkeitsstrom, der über die Zuführungsleitung 12, den Raum 8 und die Leitung 18 in-den Raum 19 hineinfliesst, dem Flüssigkeitsstrom, der über den Kanal 2o,'die Ausströmungsöffnung 13, den Raum 9 und die Öffnung 21 den Raum 19 verlässt, entspricht, Der Druck ρ im Raum 19 übt

auf den Kolben 25 eine Kraft nach links aus, die der vom Druck'

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BAD ORiQiNAL

p„ im Raum 15 und von der Belastung nach rechts auf den KoI-ben ausgeübten Kraft gerade entspricht. Wenn nun die Vorsteuerungsvorrichtung 22 ein Eingangssignal zugeführt bekommt, derart, dass der gelieferte Steuerdruck P₁ steigt und ■ P₂ sinkt, wird auch der Druck im Raum 6 steigen und der im Raum 7 sinken. Dadurch wird die Membran 3 eine in der Zeichnung strichlierte Lage einnehmen. Dabei wird der Abstand zwischen der Membran und dem Ausströmstück 1o kleiner und der zwischen der Membran und dem Ausströmstück 11 grosser. Dadurch wird der Flüssigkeitsstrom aus dem Zuführungskanal 14 in den Raum 8 und somit in den Raum 19 kleiner, während andererseits der Flüssigkeitsstrom aus dem Raum 19 über den Kanal 2o und die Ausströmöffnung 13 grosser wird. Dies hat zur Folge, dass sich der Kolben nach rechts bewegen wird.

Erhält dagegen die Vorsteuerungsvorrichtung 22 ein Signal, derart, dass de.r Steuerdruck p₂ in der Leitung 24 und dem Raum 7 steigt und der Steuerdruck P₁ in der Leitung 23 und dem Raum 6 sinkt, so nimmt die Membran 3 eine in der Zeichnung strichpunktierte Lage ein, wobei der Abstand zwischen der Membran und der Ausströmöffnung 12 grosser und der Abstand zwischen der Membran und der Ausströmungsöffnung 13 kleiner wird. Dadurch wird der Flüssigkeitsstrom in dem Raum 19 grosser und der Flüssigkeitsstrom aus dem Raum 19 kleiner, so dass sich der Kolben 25 nach links bewegt.

Wenn auf den Kolben 25 eine äussere Kraft, beispielsweise nach rechts gerichtet, ausgeübt wird, hat dies zur Folge, dass der Druck ρ im Raum 19 steigt. Da der Raum 8 mit dem. Raum in offener Verbindung stehtj*. wird auch darin eine Drucksteigung auftreten. Dies hat zur Folge, dass die Membran 3 nach. rechts gedrückt wird. Dadurch wird der Ausströmungswiderstand der Ausströmungsöffnung 12 kleiner, während gleichzeitig der Ausströmungwiderstand der Ausströmungsöffnung 13 grosser wird, mit der Folge, dass trotz des Steigens von p_n die Sin- und aus- »fliessenden Flüssigkeitsströme einander gleichbleiben, und. der

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Kolben 25 sich nicht nach rechts bewegt. Dasselbe, aber dann im entgegengesetzten Sinne, tritt auf, wenn auf den Kolben 25 eine äussere, nach links gerichtete Kraft ausgeübt wird. Die Steuervorrichtung sorgt für einen sehr guten Belastungsausgleich, wobei der kolben praktisch keine Verschiebung infolge der Belastung erfährt.

In Fig. 2 ist eine etwas andere Ausführungsfofm der Hauptsteuerungsvorrichtung nach Fig. 1 dargestellt. Dabei sind die Auflageränder 4 und 5 durch je eine Anzahl in einem "kreisförmigen Käfig 3o angeordneter Kugeln 31 ersetzt, wobei auf beiden Seiten derselben ein O-Ring 32 und 33 zur Abdichtung vorgesehen ist. Dies bietet den Vorteil, dass die Membran 3 nicht zwischen ihren Auflagern eingeklemmt wird, was eine Hemmung der Verformung derselben verursachen kann. Durch die Auflagerung auf Kugeln ist gewährleistet, dass die Membran bei ihrer Verformung sich zwischen den Kugeln etwas verschieben kann. Da der Druck im Raum 9 immer niedriger ist als der im Raum 7 kann gegebenenfalls der O-Ring 33 im Raum 9 fortgelassen werden, ohne dass dies die Dichtung beeinträchtigen würde.

In Fig. 3 ist schematisch ein Servomotor dargestellt, bei dem die Hauptsteuerungsvorrichtung in den Kolben des Servomotors eingebaut ist. Teile die sowohl in der Vorrichtung nach Fig. 1 als auch in der Vorrichtung nach Fig. 3 vorhanden sind, sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.

Der Servomotor 16 enthält einen Zylinder 27, der über eine fest angeordnete Führung 28 bewegbar ist. Mit dieser Führung ist eine Kolbenstange 29 fest verbunden. Die Kolbenstange 29 ist mit dem Kolben 25 verbunden. Im Kolben 25 ist eine Hauptsteuerungsvorrichtung, wie diese in Fig. 1 beschrieben 1st, angeordnet. Hierzu ist der Kolben 25 mit einem zylinderförmigen Baum versehen, in dem die Membran 3, unterstützt von kreisförmigen Auflagerändern 4 und 5» angeordnet ist.

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Dadurch werden wieder Räume 6,7, 8 und 9 gebildet. Zentral in der Stirnfläche des Kolbens 25 ist ein Ausströmstück 11 angeordnet, dessen Ausströmungsöffnung 13 der Membran 3 zugewandt.ist, und andererseits; mit dem Zylinderraum 19, in dem ein Druck ρ herrscht, in offener Verbindung steht. An der anderen Seite der Membran ist ein Ausströmungsstück 1o angeordnet, das ebenfalls mit seiner Ausströmungsöffnung 12 der Membran zugewandt ist, und mit seiner anderen Seite über den Kanal 14 mit dem Zylinderraum 15, in dem ein konstanter Druck ρ herrscht, verbunden ist. Der Raum 15 ist über eine Leitung 17 mit einer nicht dargestellten Pumpvorrichtung verbunden, die Flüssigkeit nahezu konstanten Druckes liefert. Der Raum 8· ist über einen Kanal. 18 mit- dem Raum 19 verbunden, während der Raum 3 über einen Kanal 21 mit- einem nicht dargestellten Tiefdruckbehälter in Verbindung steht.

Die Vorrichtung enthält, weiter eine Vorsteuerungsvorrichtung 22. Diese umfasst ein H-förmiges Joch 4o, das einen Taster 41 trägt, der mit einer Lehre 42 zusammenwirkt. Zwischen den Schenkeln des Joches 4o sind zwei Ausströmstücke 43 ^und 44 angeordnet. Das AuöStrömstück 43 hat seine Ausströmun^söffnung 45 nach links gerichtet und ist an seiner anderen Seite üur<;h eine bewegbare Kugel 46 mit einem etwas grösseren Durchmesser als der der Ausströmungsoffnung abgedichtet. Der Raum 47 im Ausströmt;tück 43 ist Über eine Begrenzung 48 mit dem Kanal 49 verbunden, der sich an die Leitung 17 anschliesst, in der ein nahezu konstanter Jflüssigkeitscruck herrscht. Das AusstrL"rastück- 44 ist mit seiner Ausströmungsöffnung 5o nach rechts gerichtet und an seiner anderen Seite durch eine bewegbare Kugel 51 mit einem etwas _t:rösseren Durchmesser als der der Ausströmungsoffnung abgedichtet. Der Raum 52 im Ausströmstück Δ Λ ist über eine Begrenzung 53 ebenfalls mit dem Kanal 49 verbunden. Die beiden Aucstrcmstücke 43 und 44 sind in einen mit dein Zylinder 27 fest verbundenen Konstruktionsteil 55 au"%;enoLuaen. Das Joch 4o ist auf zwei Blattfedern 56 und 57 angeordnet;, die am Zylinder 27 befestigt sind.

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■ Der Raum 47 im AusStromstuck 43 steht über eine Leitung 23 mit einem Raum 6 in Verbindung, während der Raum 52 im Ausströmstück 44 über die Leitung 24 mit dem Raum 7 verbunden ist. . -.

Die Wirkungsweise ist folgende: Wird der Taster 41 nach rechts bewegt, so bewegt sich daö Joch 4o mit und der Ausströmungswiderstand des Ausströmstückes 43 steigt, während der des Aus_ Strömstückes 44 sinkt. Das bedeutet, dass der Druck p.. im ; Raum 47 steigt und der Druck pp im Raum 52 sinkt. Diese Drücke treten auch in dem Räumen 6 und 7 auf. Dadurch wird die Membran 3 derart verformt, dass sie der Ausströmungsöffhung 12 näher zu liegen kommt. Dies hat zur Folge, dass der Flüssigkeitsstrom über die Ausströmungsöffnung 12, den Raum und den Kanal 18 in dem Raum 19 kleiner wird, und der Flüssigkeitsstrom aus dem Raum 19 durch die Ausstromungsoffnung 13, den Raum 9 und den Kanal 21 in den Behälter grosser wird. Dadurch bewegt sich der Zylinder 27 nach rechts und folgt somit der Tasterbewegung. Mit dem Zylinder 27 bewegen sich der Konstruktionsteil 55 und die Ausströmstücke sowie die Blattfedern 56 und 57. Diese Bewegung geht solange weiter, bis wieder eine Gleichgewichtslage p. = p„ erreicht ist. Beim Bewegen des Tasters 41 nach links geschieht selbstverständlich dasselbe, jedoch in entgegengesetztem Sinne.

Erfährt der am Zylinder 27 befestigte Meissel 6o eine äussere, beispielsweise nach rechts gerichtete Kraft, so wird dadurch der Druck ρ im Raum 19 steigen. Diese Drucksteigung tritt dann auch im Raum 8 auf, was zur Folge hat, dass die Membran 3 etwas nach links gedrückt wird. Dadurch wird der Ausströmungswiderstand der Ausstromungsoffnung kleiner, während gleichzeitig der Ausströmungswiderstand der Ausstromungsoffnung 13 grosser wird. Dies hat zur Folge, dass trotz des Steigens von ρ die ein- und ausfliessenden Flüssigkeitsströme einander gleichbleiben, und es wird also keine Verschiebung des Kolbens 25 infolge der äusseren Belastung¹ auftreten. _o

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Aus- der vorstehenden Erläuterung- geht hervor, dass die Erfindung eine sehr gedrängt gebaute Hauptsteuerungsvorrichtung für Servomotoren schafft, wobei äussere Belastungen völlig ausgeglichen sind. . ...

Patentansprüche:

- 10·-

Claims

- 1o - Patentansprüche

1. Hauptsteuerungsvorrichtung für einen hydraulischen Servo-V__^/motor, die eine Zuführungsleitung für Hochdruckflüssigkeit nahezu konstanten Drucks hat, we'lche Leitung über eine regelbare EingangsÖffnung mit einem Zylinderraum des Servo- : motors verbindbar ist, sowie eine Abführungsleitung nach i einem Tiefdruckbehälter enthält, die über eine regelbare ! Ausgangsöffnung ebenfalls mit dem Zylinderraum des Servo- - [ motors verbindbar ist, wobei zur Regelung der G-rösse der j genannten Ein- und AusgangsÖffnung ein verschiebbares I Element vorhanden ist, dessen Lage mit Hilfe einer Steuerj Vorrichtung regelbar ist, während der Druck im Zylinderraum derart auf das verschiebbare Element einwirkt, dass bei steigendem Druck die EingangsÖffnung grosser und die Ausgangsöffnung kleiner wird und umgekehrt, dadurch gekennj zeichnet, dass die Vorrichtung (1) einen geschlossenen Zylinderraum (2) enthält, in dem eine kreisförmige Membran ', (3) mit einem Durchmesser, der dem des Zylinderraums (2) I wenigstens nqhezu entspricht, vorgesehen ist, welche Membran

(3) auf einem Durchmesser, der kleiner ist als ihr Umfängs- [ durchmesser zwischen zwei kreisförmigen, an den Endwänden i des Zylinderraums (2) und an der Membran (3) anliegenden ' Konstruktionsteilen (4,5) angeordnet ist, so dass auf beiden j Seiten der Membran (3) ein ringförmiger Raum (6, 7) und ein ! zentraler Raum (8, 9) vorhanden ist, wobei jeder der ringförmigen Räume (6, 7) mit einer zwei Steuerdrücke liefernden Vorsteuerungsvorrichtung (22) verbindbar ist, und der eine zentrale. Raum (8) mit dem Zylinderraum (19) des Servomotors und der andere zentrale Raum (9) mit der Abführungsleitung (21) verbindbar ist, und wobei in dem mit dem j Zylinderraum (19) verbindbaren Raum (8) die Zuführungsleitung (14) für Hochdruckflüssigkeit über eine zur Mitte der Membran (3) gerichtete Ausströmungsöffnung (12) mündet und in dem mit der Abführungsleitung (21) verbindbaren Baum (9) ein mit seiner zur Mitte der Membran (3) gerichtetes

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Ausströmstück (11, 13) angeordnet ist, das mit seiner anderen Seite an den Zylinderraum (19) des Servomotors anschliessbar ist.

2. Hauptsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der zur Auflage der Membran (3) dienenden Konstruktionsteile durch die Kombination einer Anzahl in einem ringförmigen Käfig (3o) angeordneter Kugeln (31) gebildet ist, wobei an einer oder an beiden Seiten des Käfigs (3o) ein O-Ring (32, 33) vorgesehen ist.

Der Patentanwalt

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