DE10043451A1 - Einteilige Proportionalregelung - Google Patents
Einteilige ProportionalregelungInfo
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Abstract
Eine Schrägachsen-Hydraulikeinheit mit verstellbarer Verdrängung weist ein Schwenkelement zu schwenkbaren Lagerung eines Zylinderblocks auf, der schwenkbar in einem festen Rahmen der Einheit montiert ist. Ein geschlossener Regelungsmechanismus zur Verstellung der hydraulischen Verdrängung der Einheit und welcher mindestens einen beweglichen Servokolben enthält, ist betrieblich mit dem Schwenkelement verbunden. Der Regelungsmechanismus enthält ein Rückkopplungselement, das betrieblich mit dem Schwenkelement verbunden ist, um so eine Rückkopplung an den Regelungsmechnismus bezüglich der Schwenkstellung des Schwenkelements in Bezug auf den festen Rahmen zu liefern. Der Regelungsmechanismus bewirkt eine Verstellung des Servokolbens, um die Schwenkstellung des Schwenkelements zu verändern. Der Regelungsmechanismus umfaßt eine längliche Bohrung mit einem darin montierten Steuerventil. Das Rückkopplungselement weist eine Hülse abstromseitig von einem verschiebbar in die Bohrung eingebauten Steuerkolben auf, wobei das eine Ende verschiebbar in der Steuerbohrung montiert ist, und das andere Ende aus dem Steuergehäuse hervorsteht. Dieses Ende greift an der Druckrückkopplungshülse an, um an dem Schwenkelement anzugreifen. Zwei in einem Abstand angeordnete Servobohrungen mit darin befindlichen Servokolben in dem Steuergehäuse stehen mit der Bohrung und dem Steuerkolben in hydraulischer Verbindung. Die Kolben sind betrieblich mit dem Schwenkelement verbunden, um dasselbe in einer ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Hydraulikeinheiten in
Schrägachsenbauart. Insbesondere betrifft diese Erfindung ei
ne Schrägachsen-Hydraulikeinheit einer Bauart mit Schwenk
joch.
Schrägachsen-Hydraulikeinheiten sind bereits seit vielen
Jahren bekannt. Die verbreitetste oder übliche von den
Schrägachsenkonstruktionen verwendet einen "Kippblock", wie
er von Foster in dem U.S. Patent Nr. 4,893,549 offenbart
wird. Eine drehbare zylindrische Trommel oder ein Zylinder
blocksatz weist mehrere axiale Kolben darin auf, die auf ei
nem nicht drehbaren Schwenkschlitten auf dessen Rotationsach
se gelagert sind. Der Schwenkschlitten weist eine einer kon
kaven Schwenkschlittenführungsfläche gegenüberliegend ange
ordnete konvexe Endfläche auf. Die Schwenkschlittenführungs
fläche ist Teil des Schwenkschlittengehäuses, welches an dem
Maschinengehäuse mittels einer Flanschverbindung befestigt
ist. Der Zylinderblocksatz und der Schwenkschlitten neigen
oder schwenken sich, um die Verdrängung zu verstellen.
Andere Schrägachseneinheiten nutzen eine "Schwenkjoch"-
Konfiguration. Der Zylinderblocksatz wird von dem Joch getra
gen und schwenkt mit diesem, um die Verdrängung der Einheit
zu verstellen.
Ein Regelungsmechanismus der früheren Anwendungen umfaßt
einen Schrittmotor, ein Regelelement mit länglicher Bohrung,
einen länglichen Hydraulikfluidsteuerkolben, der beweglich in
der Bohrung montiert ist und von den zusammenwirkenden Funk
tionen des Schrittmotors und des Rückkopplungssignals auf den
Steuerkolben positioniert wird, welcher ein Nockenelement auf
einem schwenkbaren Joch abtastet, und zwei Servokolben, die
mechanisch wirksam mit dem Joch verbunden sind und hydrau
lisch mit dem Fluidsteuerkolben verbunden sind.
Die Hauptaufgabe dieser Erfindung besteht in dem Ersatz
des Schrittmotors durch ein Proportional-Magnetfluidventil,
welches betrieblich mit einem Computer verbunden ist.
Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, daß
das eine Ende des Fluidsteuerkolbens von dem Magnetfluidven
til beeinflußt wird, und das andere Ende von einem federbela
steten Rückkopplungssystem beeinflußt wird, das betrieblich
mit dem Joch oder Schwenkelement des Systems verbunden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Schrägachsen-
Hydraulikeinheit mit verstellbarer Verdrängung ein Schwenk
element zur schwenkbaren Lagerung eines Zylinderblocks, der
schwenkbar in einem festen Rahmen der Einheit moniert ist.
Ein geschlossener Regelungsmechanismus zur Verstellung der
hydraulischen Verdrängung der Einheit und welcher mindestens
einen beweglichen Servokolben enthält ist betrieblich mit dem
Schwenkelement verbunden. Der Regelungsmechanismus enthält
ein Rückkopplungselement, das betrieblich mit dem Schwenkele
ment verbunden ist, um so eine Rückkopplung an den Regelungs
mechanismus bezüglich der Schwenkstellung des Schwenkelements
in Bezug auf den festen Rahmen zu liefern. Der Regelungsme
chanismus bewirkt eine Verstellung des Servokolbens, um die
Schwenkstellung des Schwenkelements zu verändern. Der Rege
lungsmechanismus umfaßt eine längliche Bohrung mit einem dar
in montierten Steuerventil. Das Rückkopplungselement weist
eine Hülse abstromseitig von einem verschiebbar in die Boh
rung eingebauten Steuerkolben auf, wobei das eine Ende ver
schiebbar in der Steuerbohrung montiert ist, und das andere
Ende aus dem Steuergehäuse hervorsteht. Dieses Ende greift an
der Druckrückkopplungshülse an, um an dem Schwenkelement an
zugreifen. Zwei in einem Abstand angeordnete Servobohrungen
mit darin befindlichen Servokolben in dem Steuergehäuse ste
hen mit der Bohrung und dem Steuerkolben in hydraulischer
Verbindung. Die Kolben sind betrieblich mit dem Schwenkele
ment verbunden, um dasselbe in einer von zwei Richtungen ge
mäß Festlegung durch die Position des Steuerkolbens in der
Bohrung zu drehen.
Der Steuerkolben wird in Längsrichtung in der einen Rich
tung durch die Verdrängungsrückkopplungshülse betätigt, wäh
rend hydraulischer Druck auf das andere Ende aufgegeben wird.
Der hydraulische Druck wird durch einen Computer vorgegeben,
der mit einem Proportional-Magnetfluidventil verbunden ist,
das von dem Computer gesteuert wird und in einem betriebli
chen Fluidkontakt mit dem einem Ende des Steuerkolbens steht.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Schrägach
sen-Hydraulikeinheit, an welche das Regelungssystem dieser
Erfindung angepaßt werden kann. Abschnitte des Gehäuses wur
den zur Verdeutlichung entfernt, um einige von den Innenkom
ponenten besser zu zeigen.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang einer Linie 2-2
von Fig. 1, in welcher die Gehäuseabschnitte wieder vervoll
ständigt sind;
Fig. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Bereichs
3-3 von Fig. 2, wobei das Magnetfluidventil und der Computer
in schematischer Form dargestellt sind;
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht der Betätigungse
lementstangenanordnung und eines Kugel/Lagerpfannen-Gelenks;
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht der Anordnung von
Fig. 4; und
Fig. 6 ist eine Teilschnittansicht ähnlich der rechten
Seite von Fig. 3, welche eine alternative Konstruktion dar
stellt.
Fig. 1 stellt eine Schrägachsen-Hydraulikeinheit 10 mit
verstellbarer Verdrängung dar. Die Schrägachseneinheit 10
enthält einen Stützrahmen oder ein Gehäuse 12, von dem vieles
für die Erfindung irrelevant ist und deswegen weggeschnitten
wurde, um eine bessere Sicht auf die Innenkomponenten zu er
möglichen. Die Verdrängung der Schrägachseneinheit 10 wird
mittels eines einteiligen Schwenkjochs 14 verstellt, welches
einen herkömmlichen Zylinderblock oder Zylinderblocksatz 16
lagert, der antriebsmäßig mit einer Hauptwelle 104 verbunden
ist, die drehbar im Gehäuse 12 gelagert ist. Das Joch 14 wird
durch eine Regelung 22 (Fig. 1) gezwungen, sich um zwei ge
genüberliegende Schwenkarme 18, 20 zu schwenken oder zu dre
hen. Bevorzugt teilen sich die Arme 18, 20 eine gemeinsame
feste Schwenkachse 24.
Wie es am besten in den Fig. 1, 2, 4 und 5 zu sehen ist,
ist ein universelles Kugel/Lagerpfannen-Gelenk 26 betriebsmä
ßig mit dem Joch 14 bei dem Arm 18 verbunden. Eine langge
streckte Betätigungselementstange 28 weist eine im wesentli
chen äußere sphärische Oberfläche 30 an einem ersten Ende und
einen Servokolben 32 an dem zweiten Ende auf. Wie in Fig. 1
zu sehen, ist eine ähnliche Betätigungselementstange 28 auf
der anderen Seite der Rotationsachse 24 vorgesehen. Die Ser
vokolben 32 sind verschiebbar, dicht und kippbar jeweils in
Servobohrungen 34 und 36 eines einteiligen Steuergehäuses 38
(Fig. 3) aufgenommen. Obwohl viele Anordnungen möglich sind,
weist jede von den Servobohrungen 34, 36 bevorzugt eine zen
trale Achse auf, welche in Bezug auf die der anderen Servo
bohrung geneigt ist. Die Bohrungen 34, 36 müssen nicht zuein
ander parallel sein. Demzufolge können die Mittenachsen der
Servobohrungen 34, 36 eine Vielfalt von Winkeln in Bezug auf
den Arm 18 bilden. Eine Verdrängungssteuerung könnte sowohl
am Arm 20 als auch oder stattdessen am Arm 18 ausgeübt wer
den. Somit kann Kraft mittels der Betätigungselementstange 28
aufgebracht werden, um das Joch 14 um mehr als 90° zu schwen
ken oder zu drehen. Mit anderen Worten, es wird ein Bereich
bis mehr als ±45° aus der Neutral- oder Mittelpunktstellung
bereitgestellt. Die Steuerkräfte auf das Joch 14 können in
mehr als zwei Ebenen liegen.
In Fig. 1 (in welcher das Steuergehäuse 38 entfernt wur
de) sind die verschiedenen Komponenten, die für die Betäti
gung des Schwenkjochs 14 durch die Servokolben erforderlich
sind, dargestellt. Ein Lagerpfannenelement 40 (Fig. 5) ist
zwischen die sphärische Oberfläche 30 der Betätigungsele
mentstange 28 und den Steuerarm 18 auf dem Joch 14 (Fig. 1)
eingefügt.
Die Betätigungselementstange 28 weist im allgemeinen eine
dem Servokolben 32 gegenüberliegendes Kugelende oder eine
sphärische Oberfläche 30 auf. Die Stange 28 besitzt einen
kräftigen Querschnitt und ist aus einem festen Material mit
ausreichender Festigkeit geformt, um den erwarteten Belastun
gen und Beanspruchungen zu widerstehen. Die Betätigungsele
mentstange 28 weist einen hinter dem Kugelende 30 angrenzen
den reduzierten Durchmesserabschnitt 44 (Fig. 5) auf. Ein
sich verjüngender Abschnitt 46 verbindet den reduzierten
Durchmesserabschnitt 48 mit dem Zwischenabschnitt der Betäti
gungselementstange 28.
Der Berührungsabschnitt des Kugel/Lagerpfannen-Gelenks
enthält eine Lagerpfanne 48, welche bevorzugt aus einem
schmiedbaren Material, wie z. B. Messing, aufgebaut ist. Die
Lagerpfanne 48 ist an dem Kugelende 30 der Betätigungsele
mentstange 28 angequetscht oder anderweitig befestigt, so daß
die Lagerpfanne 48 frei um das Kugelende 30 herum schwenkt.
Die Abschnitte mit reduziertem Durchmesser und die Verjüngung
44, 46 tragen zur Bereitstellung eines Freiraums für die Re
lativbewegung der Kugel und der Lagerpfanne bei. Die Lager
pfanne 48 weist im wesentlichen eine zylindrische Außenober
fläche, ein offenes Ende und ein geschlossenes Ende auf.
Die Regelung 22 umfaßt auch ein Proportional-Magnethy
draulikventil 50, das entfernt von einer Steuerbohrung 51,
angeordnet ist, welche zwischen den Servobohrungen 34 und 36
in dem Steuergehäuse 38 (Fig. 3) angeordnet ist. Das Propor
tional-Magnethydraulikventil 50 steht betrieblich mit einem
linear betätigten Hydraulikverdrängungs-Steuerkolben 52 in
Eingriff, welcher die notwendige herkömmliche und geeignete
Kanalführung zur Führung von Öl zu den Servobohrungen 34, 36
auf der Basis von Fluiddruckbefehlen aus dem Computer 102,
welcher das Magnetventil steuert, aufweist.
Der Steuerkolben 52 weist einen flachen Kopf 54 und zwei
beabstandete Flansche 56 und 58 auf. Eine erste Fluidkammer
60 ist zwischen dem Kopf 54 und dem Flansch 56 angeordnet;
ein zweite Fluidkammer 62 ist zwischen den zwei Flanschen 56
und 58 angeordnet. Ein Fluidkanal 64 ist mit der Servobohrung
36 und dem Servokolben 32 verbunden. Ein Fluidkanal 70 ist
mit der Servobohrung 34 und dem Servokolben 33 verbunden.
Fluidkanäle 76 und 78 sind mit einem (nicht dargestellten)
Fluidreservoir verbunden und ein Fluidkanal 80 ist mit einer
(nicht dargestellten) normalerweise unter konstanten Druck
stehenden Hydraulikfluidquelle mit verbunden.
Die Schlaucharmatur 82 (Fig. 3) ist in dem anstromseiti
gen Ende der Bohrung montiert und ist für die Verbindung mit
einer Hydraulikleitung 84 angepaßt, welche wiederum mit dem
Magnetventil 50 verbunden ist. Die Bohrung 86 in der Armatur
83 liefert Druckfluid von dem Ventil 50 auf den flachen Kopf
54 des Steuerkolbens 52. Das vordere Ende 86A der Armatur 82
kann die Rückwärtsbewegung des Steuerkolbens 52 durch das An
stoßen des Steuerkolbenkopfes 54 begrenzen.
Das Ende 87 des Steuerkolbens 52 ist in beliebiger geeig
neter Weise an einer Federführung 88 befestigt, welche ver
schiebbar in einer vergrößerten Bohrung 90 in dem Steuerge
häuse 38 montiert ist. Das Ende 87 ragt in die Bohrung 90
hinein. Eine Verdrängungsrückkopplungshülse 92 ist verschieb
bar in der Bohrung 90 montiert und weist eine äußere hervor
stehende Kontaktoberfläche 94 auf, welche typischerweise mit
der Jochnockenelement 95 (Fig. 2) in Kontakt steht. Die Hülse
92 ist hohl und an ihrem anstromseitigen Ende offen. Eine Fe
der 96 stützt sich zwischen dem inneren Ende 98 der Hülse 92
und einem Flansch 100 auf der Federführung 88 ab.
Fig. 6 stellt eine alternative Konstruktion für die auf
der rechten Seite von Fig. 3 dargestellte Armatur 82 dar. Ein
Stopfen 104 ist in das Ende der Bohrung 51 anstelle der
Schlaucharmatur 82 eingeschraubt. Der Stopfen 104 weist eine
Innenoberfläche 106 auf, welche die Bewegung des Steuerkol
bens 52 in einer Richtung nach rechts in der Bohrung 51 be
grenzt. Der vor dem Stopfen 104 und um den Kopf 54 des Steu
erkolbens 52 vorhandene Raum 108 steht mit dem Kanal 110 in
Verbindung, welcher fluidmäßig mit dem Magnetventil 50 an
stelle des in Fig. 3 dargestellten Fluidschlauchs 84 verbun
den ist.
Im Betrieb steuert der Computer 102 das Ventil 50 bezüg
lich des an das Ende 54 des Steuerkolbens 52 anzulegenden
Drucks. Gleichzeitig erfaßt die Verdrängungsrückkopplungshül
se 92 die Schwenkstellung des Jochs 92 von den Nockenelement
95 und es wird über die Hülse 92, die Feder 96 und den
Flansch 100 auf der Federführung 88 eine Kraft auf das Ende
87 des Steuerkolbens 52 übertragen. Der Steuerkolben 52 fin
det daraufhin seinen Platz in der Bohrung 51 aus den sich aus
auf das Ende 87 ausgeübten resultierenden Längskräften und
dem hydraulischen Fluiddruck auf den Kopf 54 aus dem Magnet
ventil. Das Ventil 50 steuert den Steuerkolben 52 und die
Rückkopplungshülse liefert nur eine Reaktionskraft. Das aus
dem Kanal 86 in die Bohrung 51 eintretende unter Druck ste
hende Hydraulikfluid ermöglicht eine Fluidübertragung zu der
Servobohrung 34, wenn der Steuerkolben in Fig. 2 und 3 nach
links bewegt wird, um die Kammer 62 zu dem Kanal 70 (Fig. 3)
auszurichten. Ebenso bewegt sich das Fluid zu der Bohrung 32,
wenn die sich auf den Steuerkolben 52 ergebenden Längskräfte
die Fluidkammer 62 in eine Fluidverbindung mit dem Kanal 64
bewegen. Die Servokolben 32 und 33 reagieren offensichtlich
auf die Fluidströmung durch die Kanäle 64 bzw. 70, um das
Joch in die von dem Computer 102 geforderte Stellung zu kip
pen.
Claims (5)
1. Schwenkbare Schrägachsen-Hydraulikeinheit mit verstellba
rer Verdrängung aufweisend: ein Gehäuse; ein schwenkbar
in dem Gehäuse montiertes und eine Schwenkachse aufwei
sendes Schwenkelement; einen Regelungsmechanismus mit ge
schlossenem Regelkreis in der Einheit zum Verstellen der
hydraulischen Verdrängung der Einheit; wobei der Rege
lungsmechanismus ein Steuergehäuse mit einer Steuerboh
rung darin und ein in der Bohrung montiertes Steuerventil
enthält, das Steuerventil eine Druckrückkopplungshülse
und einen innerhalb der Bohrung montierten Steuerkolben
umfaßt, wobei ein Ende verschiebbar in der Steuerbohrung
montiert ist und das andere Ende aus dem Steuergehäuse
hervorsteht und an der Druckrückkopplungshülse anliegt,
um an dem Schwenkelement anzuliegen; mindestens eine Ser
vobohrung mit einem Servokolben darin in dem Steuergehäu
se in hydraulischer Verbindung mit der Bohrung und dem
Steuerkolben; wobei der Kolben betrieblich mit dem
Schwenkelement für die Drehung desselben in eine von zwei
Richtungen gemäß Festlegung durch die Stellung des Steu
erkolbens in der Bohrung verbunden ist; einen an dem
Schwenkelement befestigten Hydraulikzylinderblock, ein
fluidmäßig mit dem anderen Ende des Steuerkolbens verbun
denes Proportional-Magnetfluidventil, wobei das Magnet
fluidventil betrieblich mit einem Computer verbunden ist,
wodurch der Computer das Fluidventil steuern kann und so
mit den an das andere Ende des Steuerkolbens angrenzenden
Fluiddruck, und die Verdrängung des Servokolbens, des
Schwenkelements und die Stellung des Zylinderblocks
steuern kann.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Druckrückkopp
lungshülse eine Kompressionsfeder enthält, und deren
Gleiten zu dem vorstehenden Ende des Steuerkolbens zu er
möglichen, wenn die Schwenkung des Schwenkelements gegen
die Hülse drückt, um einen Längsdruck auf den Steuerkol
ben gegen den auf das andere Ende des Steuerkolbens von
dem unter Druck stehenden Fluid aus dem Magnetfluidventil
ausgeübten hydraulischen Druck zu erzeugen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Regelungsmechanis
mus Fluidkanäle in Verbindung mit der Steuerbohrung und
Fluidkammern um den Steuerkolben herum beinhaltet, um dem
Steuerkolben in variierenden Längsstellungen zu ermögli
chen, Hydraulikfluid zur Bewegung des Servokolbens an die
Servobohrung zu führen und dadurch die hydraulische Ver
drängung der Einheit zu verstellen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zwei Servobohrungen
mit Servokolben darin fluidmäßig mit dem Steuerventil
verbunden sind und die Servokolben betrieblich mit dem
Schwenkelement verbunden sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Anschlagelement in
der Steuerbohrung die Bewegung des Steuerkolbens in einer
Richtung von Druckrückkopplungshülse weg begrenzt.
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