DE1092771B - Hydraulischer Servomotor - Google Patents

Description

In der Regeltechnik liegt oft die Aufgabe vor, eine Kraftquelle durch einen Elektromagneten zu steuern, die mit großer Kraft Ventile und ähnliche Arbeitsorgane verstellt. Es ist in solchen Fällen bekannt, einen Servomotor zwischen dem Arbeitsorgan und dem elektromagnetischen Steuerorgan anzuordnen, um die benötigte elektrische Steuerleistung klein zu halten. Ein solcher Servomotor besteht üblicherweise aus einem in einem Zylinder beweglichen Arbeitskolben, der von einem Druckmittel beaufschlagt wird, bei welchem Servomotor zwei im wesentlichen gleich große Kolbenflächen vom Druckmittel beaufschlagt und die vom Kolben getrennten zwei Zylinderräume durch je einen Kanal mit erheblichem Strömungswiderstand mit der Druckmittelquelle verbunden sind und die Stellung des Kolbens im Zylinder von dem einen Steuerorgan bestimmt ist, das in der Ruhestellung des Kolbens zwei axial versetzte und durch je einen Kanal mit je einem der beiden Zylinderräume verbundene radiale Bohrungen gleichmäßig und bei einer Verschiebung jeweils je nach der Bewegungsrichtung die eine oder die andere Bohrung stärker drosselt. Bei einem bekannten Servomotor wird ein von dem Arbeitskolben umschlossener Steuerschieber mit entgegengesetzten kleinen Kolbenflächen verwendet, welcher Steuerschieber zwei axial versetzte radiale Bohrungen in dem Arbeitskolben drosselt. Der von einem Zylinder umschlossene Arbeitskolben und der von diesem Arbeitskolben umschlossene Steuerschieber ergeben aber eine ziemlich komplizierte Konstruktion, unter anderem durch die Anordnung mehrerer innerhalb des Arbeitsko.lbens liegender Kanäle und Bohrungen. Ein bedeutender Nachteil des Servomotors dieser Art ist, daß der Arbeitskolben auf das Steuerorgan oder den Steuerschieber mit einer gewissen Kraft zurückwirkt. Das heißt, wenn der Arbeitskolben eine Verschiebung in die eine oder andere Richtung erhält, nimmt die Strömung im Bereich der einen kleinen Kolbenfläche des Steuerschiebers zu und bei Strömung im Bereich der anderen kleinen Kolbenfläche des Steuerschiebers ab, wodurch der Gleichgewichtszustand aufgehoben wird, so daß die die kleinen Kolbenflächen des Steuerschiebers beaufschlagenden Kräfte nur einen Gleichgewichtszustand erreichen können, wenn die Bohrungen wieder im gleichen Maße abgedrosselt sind. Es wäre also deshalb wünschenswert, die obengenannten beaufschlagenden Kräfte zu eleminieren, um einen empfindlichen Servomotor zu schaffen, der mit kleinem Effekt gesteuert werden könnte.

Es ist auch bekannt, das Steuerorgan als Hülse auszubilden, die einen Teil der außerhalb des Zylinders herausragenden Kolbenstange umschließt und mehrere in derselben Ebene liegende Hydraulischer Servomotor

Anmelder:

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget, Västeräs (Schweden)

ίο Vertreter: Dipl.-Ing. H. Missling, Patentanwalt,
Gießen, Bismarckstr. 43

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 8. März 1955

Erik Persson und Henning Schiott,

Västeräs (Schweden),
sind als Erfinder genannt worden

radiale Bohrungen in der genannten Kolbenstange drosselt.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Servomotor, bei dem die Rückwirkung des Arbeitskolbens auf das Steuerorgan praktisch eliminiert ist, ebenso auch die Druck- und Temperaturabhängigkeit, und bei dem die »offene« und unkomplizierte Konstruktion der obengenannten außerhalb des Zylinders liegenden Hülse verwendet wird.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden axial gegeneinander versetzten Bohrungen in dem außerhalb des Zylinders liegenden Teil der Kolbenstange angebracht und durch je einen axialen Kanal in der Kolbenstange mit je einem der beiden Zylinderräume verbunden sind und daß das Steuerorgan, das den Ausflußquerschnitt der beiden Bohrungen und damit den Druck in den beiden Zylinderräumen steuert und durch eine die Kolbenstange in an sich bekannter Weise umschließende Steuerhülse gebildet wird, an seinen beiden Kanten messerförmig zugeschnitten ist.

Gemäß der Erfindung strömt das Druckmittel längs der Kanten der Hülse aus der radialen Bohrung heraus und beaufschlagt die Hülse mit einer Axialkraft, deren Größe zwar nie ganz eliminiert, aber dadurch sehr vermindert werden kann, daß man die Kanäle schmal und messerförmig macht. Dadurch aber, daß die Hülse von zwei solchen einander entgegenwirkenden Axialkräften beaufschlagt wird, kann die resultierende Axialkraft auf die Hülse vernachlässigt wer-

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den, und obwohl jede der genannten Axialkräfte druck- und temperaturabhängig ist, wird die Kraft, mit der der Servomotor auf die Hülse zurückwirkt, praktisch konstant und gleich Null.

Der Erfindungsgegenstand ist auch gegenüber den bekannten Konstruktionen wirtschaftlicher, und der Unterhalt ist wesentlich einfacher, weil es sich hier um eine »offene« Konstruktion des Steuerorgans handelt, während bei den bisher bekannten Konstruktionen das Steuerorgan in einem umschließenden Zylinder oder einem umschließenden Arbeitskolben angeordnet ist.

Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben, sie unterscheiden sich lediglich in der Art der Zuführung des Druckmittels zum Arbeitskolben.

In Fig. 1 bezeichnet 2 einen Arbeitskolben, der in einem Zylinder 1 verschiebbar ist. Der Arbeitskolben 2 ist doppeltwirkend, die beiden gegenüberliegenden Kolbenflächen 6 und 7 werden in den Räumen 4 bzw. 5 von einem Druckmittel beaufschlagt. Die Räume 4 und 5 stehen mit der Druckmittelquelle 10 durch je einen eine Drosselstelle aufweisenden Kanal 8 bzw. 9 in Verbindung, sie sind weiter durch axiale Kanäle 12 und 13 und radiale Bohrungen der Kolbenstange 11 mit je einer Gruppe von öffnungen 14, 15 in der Mantelfläche der Kolbenstange 11 verbunden. Eine ringförmige Hülse 3 umschließt mit kleinem Spiel die Kolbenstange 11, sie ist über einen Bügel 17 an einer Stange 18 befestigt. An dieser sitzt eine Spule 22, die im Feld eines Magneten 23 liegt. Die Stange 18 ist an Federn 19, die bei 21 befestigt sind, aufgehängt. Die öffnungen 14, 15 in der Mantelfläche der Stange 11 sind so angeordnet, daß die ringförmige Hülse 3 gleichzeitig die öffnungen 14 und die öffnungen 15 zur Hälfte abdrosseln kann.

Wenn die Hülse 3 die öffnungen 14 und die öffnungen 15 gleichmäßig abdrosselt, werden die Drücke in den Räumen 4 und 5 gleich groß, weil die Drosselungen 8 und 9 gleich große Strömungswiderstände haben. Der beiden Räumen gemeinsame Druck ist etwas kleiner als der Druck der Druckmittelquelle 10, vorzugsweise ungefähr um die Hälfte kleiner. Die zwei entgegenwirkenden Kolbenflächen 6 und 7 des Arbeitskolbens sind gleich groß, und der Arbeitskolben wird deshalb in diesem Falle von keiner resultierenden Kraft beaufschlagt.

Wird jetzt der Spule 22 ein Strom mit einer solchen Richtung zugeführt, daß die Spule sich entgegen der Federkraft 19 bewegt, so bewegt sich die Hülse 3 vom Zylinder 1 fort. Dadurch werden die öffnungen 15 weniger und die öffnungen 14 stärker als zuvor gedrosselt, so daß der Druck im Raum 5 ab- und im Raum 4 zunimmt. Der Arbeitskolben 2 wird jetzt von einer resultierenden Kraft beaufschlagt, die proportional der Druckdifferenz in den Räumen 4 und 5 ist und in der gleichen Richtung wirkt, in der die Hülse 3 bewegt wurde. Der Arbeitskolben 2 folgt deshalb der Hülse 3 und hält erst an, wenn ein neuer Gleichgewichtszustand eintritt, d. h. wenn die OfF-nungen 14 und 15 wieder im gleichen Maße abgedrosselt sind.

Wenn der Arbeitskolben 2 belastet wird, wird er in eine neue Gleichgewichtslage gebracht, in der die öffnungen 14 und 15 in verschiedenem Maße so abgedrosselt sind, daß das Druckmittel den Arbeitskolben 2 mit einer Kraft beaufschlagt, die gleich der Belastung und dieser entgegengerichtet ist. Diese Änderung der Gleichgewichtslage bei einer Belastung entspricht einer gewissen Elastizität des Servomotors.

Wenn das Druckmittel aus einer öffnung 14 oder 15 heraus längs einer Kante der Hülse 3 strömt, beaufschlagt es die Hülse mit einer Axialkraft, deren Größe zwar nie ganz eliminiert, aber dadurch vermindert werden kann, daß man die Kante schmal und messerförmig macht. Dadurch, daß die Hülse 3 aber von zwei solchen einander entgegenwirkenden Axialkräften, eine an den öffnungen 14 und eine an den öffnungen 15, beaufschlagt wird, kann die resultierende Axialkraft auf die Hülse vernachlässigt werden. Trotzdem jede der genannten Axialkräfte druck- und temperaturabhängig ist, wird also die Kraft, mit der der Servomotor auf die Hülse zurückwirkt, praktisch konstant und gleich Null.

Die Kanäle 8 und 9 können identisch ausgeführt werden, und ihre Strömungswiderstände werden deshalb nicht nur gleich groß, sondern erhalten auch die gleiche Druck- und Temperaturabhängigkeit. Ähnliches gilt für die öffnungen 14 und 15 mit den drosselnden Kanten an der Hülse 3. Diese Symmetrie bewirkt, daß eine von einer Temperatur- oder Druckänderung bei der Druckmittelquelle 10 verursachte Änderung des Druckes im Raum 4 immer von einer gleichen Druckänderung im Raum 5 kompensiert wird. Die resultierende Kraft auf den Arbeitskolben 2 und die Lage des Arbeitskolbens im Verhältnis zur Hülse 3 wird so von Druck und Temperatur unabhängig.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die sich von der in Fig. 1 gezeigten nur in der Anordnung der gedrosselten Kanäle 8 und 9 unterscheidet. Der Arbeitskolben 2 ist in Fig. 2 mit einer Aussparung zwischen den Kolbenflächen 6 und 7 versehen, so daß hier ein Raum 20 gebildet wird, der direkt mit der Druckmittelquelle 10 verbunden ist. Die gedrosselten Kanäle sind im Arbeitskolben selbst angeordnet und verbinden die Räume 4 und 5 mit dem Raum 20. Diese Ausführungsform hat gewisse arbeitstechnische Vorteile vor der in Fig. 1 gezeigten, aber was die Wirkungsweise betrifft, sind die beiden Ausführungsformen gleich.

Die öffnungen 14 und 15 sind symmetrisch zur Achse der Stange 11 angeordnet, so daß keine resultierende Radialkraft die Hülse beaufschlagt, die eine Reibung zwischen der Hülse 3 und der Stange 11 verursachen kann. Um eine solche Reibung ganz zu eliminieren, kann man symmetrisch zur Innenfläche der Hülse 3 angeordnete öffnungen anordnen und, wie bekannt, diese öffnungen durch gedrosselte Kanäle mit einem der Räume 4 oder 5 oder besser mit dem Raum 20 in Fig. 2 verbinden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hydraulischer Servomotor, bei dem die beiden im wesentlichen gleich großen Kolbenflächen vom Druckmittel beaufschlagt und die vom Kolben getrennten beiden Zylinderräume durch je einen Kanal mit erheblichem Strömungswiderstand mit der Druckmittelquelle verbunden sind und die Stellung des Kolbens im Zylinder von der eines Steuerorgans bestimmt ist, das in der Ruhestellung des Kolbens zwei axial versetzte und durch je einen Kanal mit je einem der beiden Zylinderräume verbundene radiale Bohrungen gleichmäßig und bei einer Verschiebung jeweils je nach der Bewegungsrichtung die eine oder die andere Bohrung stärker drosselt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden axial gegeneinander versetzten radialen Bohrungen (14,15) in dem außerhalb des Zylinders (1) liegenden Teil der Kolbenstange (2) angebracht und durch je einen axialen

   Kanal (12,13) in der Kolbenstange mit je einem der beiden Zylinderräume (4, 5) verbunden sind und daß das Steuerorgan, das den Ausflußquerschnitt der beiden Bohrungen und damit den Druck in den beiden Zylinderräumen steuert und durch eine die Kolbenstange in an sich bekannter Weise umschließende Steuerhülse (3) gebildet wird, an

   seinen beiden Kanten messerförmig zugeschnitten ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 550 473, 933 597; britische Patentschrift Nr. 188 680; USA.-Patentschriften Nr. 2 599899, 2615 466.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen