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Steuereinrichtung für einen hydraulischen SteRmotor Die Erfindung
bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für einen hydraulischen Stellmotor mit einem
Steuerschieber, der durch den Druckunterschied in an seinen beiden Enden angeordneten
Kammern verschiebbar ist, wobei beide Kammern je ein eigenes Auslaßsteuerorgan
haben und je einen dauernden Druckflüssigkeitsstrom zum Auslaß hindurchlassen.
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Bei einer bekannten Steuereinrichtung dieser Art werden die beiden
Auslaßsteuerorgane auf elektromagnetischem Wege abwechselnd geöffnet und geschlossen.
Sie lassen daher den Steuerschieber hin und her laufen. Dieser steuert den Zufluß
und Abfluß zu den Enden eines Zylinders in der Weise, daß ein darin befindlicher
Kolben hin und her bewegt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuereinrichturig so
auszugestalten, daß man mit ihrer Hilfe den Zustand einer durch den Flüssigkeitsmotor
verstellbaren Einrichtung auf einen Sollweit bringen kann, der sich durch einen
Sollwerteinsteller willkürlich vorschreiben läßt.
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Erfindungsgemäß ist die Lösung dieser Aufgabe gekennzeichnet durch
einen Sollwerteinsteller, der einen Zustand einer durch den Flüssigkeitsmotor verstellbaren
Einrichtung vorschreibt und mit dem einen der beiden die Kammerauslässe steuernden
Organe gekuppelt ist, und durch ein in Abhängigkeit von dem Zustand stehendes Rückführorgan,
das mit dem anderen der beiden Auslaßsteuerorgane gekuppelt ist.
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Durch diese Ausgestaltung der Steuereinrichtung ist erreicht, daß
jede Verstellung des Sollwerteinstellers in eine neue Lage den Flüssigkeitsmotor
in einer solchen Richtung und so lange laufen läßt, bis die durch ihn verstellte
Einrichtung den durch den Sollwerteinsteller vorgeschriebenen neuen Zustand herbeigeführt
hat. Auf diesen neuen Zustand spricht dann das Rückführorgan in der Weise an, daß
es den Motor wieder stillsetzt und dadurch den erreichten Zustand aufrechterhält.
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Vorzugsweise ist das mit dem Sollwerteinsteller gekuppelte Kammerauslaßsteuerorgan
eine an sich bekannte Flüssigkeitsdrosseleinrichtung. Dabei kann das mit dem Rückführorgan
gekuppelte Kammerauslaßsteuerorgan eine an sich bekannte Flüssigkeitsdrosseleinrichtung
oder eine an sich bekannte Verdrängerpumpe sein.
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Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung.
Es zeigt F i g. 1 schematisch eine Steuereinrichtung nach der Erfindung für
das an einem lenkbaren Fahrzeug vorgesehene Steuerruder, wobei der eingestellte
Zustand die Lage dieses Ruders ist, F i g. 2 eine Steuereinrichtung nach
der Erfindung für das an einem Fahrzeug vorgesehene Steuerruder, wobei der eingestellte
Zustand die Lage des Fahrzeugs ist, und F! g. 3 eine Steuereinrichtung nach
der Erfindung für eine Brennkraftmaschine, bei der der eingestellte Zustand die
Drehzahl ist.
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Die in Fig. 1 veranschaulichte Steuereinrichtung enthält einen
Steuerschieber 10, der durch den Unterschied der Drücke verschiebbar ist,
die in den an seinen Enden angeordneten Kammern 13 und 14 herrschen. Diese
Drücke werden durch Hilfsventile 11 und 12 und durch Auslaßsteuerorgane
29 und 30
bestimmt. Die beiden Kammern 13 und 14 haben
je
ein eigenes Auslaßsteuerorgan und lassen je einen dauernden Druckflüssigkeitsstrorn
zum Auslaß 35
hindurch.
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Die Steuereinrichtung ist mit einem Sollwerteinsteller 17 versehen,
der die Lage eines durch den Flüssigkeitsmotor 15 verstellbaren Steuerruders
16
vorschreibt. Der Steuervorgang wird dadurch ausgelöst, daß das Hilfsventil
11, in Abhängigkeit von der Bewegung des Sellwertgebers 17 mittels
einer Elektromagnetwicklung 18 und eines für diese vorgesehenen Steuerstromkreises
verstellt wird. Eine Rückführsteuergröße wirkt mittels eines mechanischen Gestänges
auf das Hilfsventil 12, das durch
dieses Gestänge mit dem Ruder
16 verbunden ist, um dessen Verstellungen zu folgen.
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Das Gehäuse 20 des Hauptsteuerschiebers 10 kann mit dem Gehäuse
21 des Flüssigkeitsmotors 15 starr verbunden sein. Das Gehäuse 20 ist mit
einem Einlaß 22 für den Zustrom der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit versehen.
Die Einlässe für die Druckflüssigkeit sind auch mit P bezeichnet und mit einem einwärts
gerichteten Pfeil versehen. Die unter niedrigem Druck stehenden Abflußleitungen,
die dem Zweck dienen, die Flüssigkeit zu einem Sammelbehälter zurückzuführen, sind
mit S bezeichnet und mit einem auswärts gerichteten Pfeil versehen. DerSammelbehälterunddieEinrichtungen,welchedie
Druckflüssigkeit liefem, sind nicht näher dargestellt. Sie können in der üblichen
Weise ausgestaltet sein.
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An den Einlaß 22 schließt sich im Gehäuse 20 ein Druckkanal an, der
zu Steueröffnungen 23 und 24 des Gehäuses des Steuerschiebers 10 führt.
Von den Steueröffnungen 23, 24 aus gelangt die Druckflüssigkeit durch Kapillarkanäle
25 und 26 zu den betreffenden Kammern 13 und 14. Die Bohrung
des Steuerschiebers 10, die zur Aufnahme des Steuerkolbens 28 bestimmt
ist, ist bei 27 ausgebuchst und in ihr ist der Steuerkolben 28 des
Steuerschiebers 10
gleitend geführt. Die Kapillarkanäle 25 und
26 werden einerseits durch entsprechende Abschnitte der Buchse
27 und andererseits durch die Abschnitte 29
und 30 des Kolbens
28 begrenzt. Diese Kolbenabschnitte haben also einen etwas kleineren Durchmesser
als die Bohrung der Buchse.
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Wird der Druck in den Kammern 13 und 14 verschieden groß, so
wird dadurch der Steuerkolben 28
verschoben. Das führt dazu, daß der eine
Drosselkanal 25 bzw. 26 verlängert und der andere verkürzt wird. Wird
beispielsweise der in der Kammer 13
herrschende Druck größer als der Druck
in der Kammer 14, so verschiebt sich der Steuerkolben 28
nach rechts und verlängert
den Drosselkanal 25, aber verkürzt den Drosselkanal 26. Das führt
aber dazu, daß der Kanal 25 den Zufluß der Druckflüssigkeit zur Steuerkammer
13 stärker drosselt, während der Kanal 26 den Zufluß zur Kammer 14
weniger drosselt. Dadurch wird ein Druckabfall in der Kammer 13 und ein Druckanstieg
in der Kammer 14 herbeigeführt. Diese Druckänderung führt schließlich dazu, daß
die Drücke in den beiden Kammern wieder gleich groß werden und daher der Steuerkolben
28
in verstellter Lage zur Ruhe kommt.
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Im übrigen ist der Steuerschieber 10 zwischen den an den Enden
des Kolbens 28 befindlichen Abschnitten 29 und 30 so ausgeführt,
wie es bei Umsteuerschiebem üblich ist. Dementsprechend hat der Steuerkolben einen
mittleren Kolbenabschnitt 33 und zwei äußere Kolbenabschnitte 31 und
32. Der mittlere Abschnitt 33 dient zur Steuerung einer Steueröffnung
34 der Buchse, die an einen Abflußkanal 35
angeschlossen ist. Die Kolbenabschnitte
31, 32 und 33 steuern daher den Zufluß und Abfluß der Druckflüssigkeit
gegenüber den zum Motor führenden Kanälen 36 und 37, wodurch der Antrieb
des Kolbens 38 des Flüssigkeitsmotors 15 bestimmt wird.
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Der Kolben 38 ist durch seine Kolbenstange 39
mit einem
Arm 40 schwenkbar verbunden, der das Ruder 16 verstellt. Die Verstellbewegung
des Ruders 16 wird auf den Steuerkolben 44 des Hilfsventils 12 mittels eines
Gestänges übertragen, das aus einer Stange 41, einem Winkelhebel 42 und einer Stange
43 besteht und der Rückführung des Steuerschiebers 10 dient.
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Die Zylinderbohrung des als Steuerschieber ausgebildeten Hilfsventils
12 hat eine Steueröffnung, die durch einen Kanal 45 mit der Druckkammer 14 verbunden
ist. Der Steuerkolben 44 hat einen Abschnitt 46 von kleinerem Durchmesser, der mit
der Bohrung des Schiebergehäuses einen Drosselkanal für den Druckflüssigkeitsstrom
bildet, der durch eine Steueröffnung47 austritt. In entsprechender Weise ist das
Hilfsventil 11 als Steuerschieber ausgebildet, dessen Bohrung eine Steueröffnung
hat, die durch einen Kanal 48 mit der Druckkammer 13 verbunden ist. Der Steuerschieber
49 des Hilfsventils 11 hat einen Abschnitt 50 verringerten Durchmesser,
der mit der Bohrung des Steuerschiebers einen Drosseikanal für den Druckmittelstrom
bildet. der durch eine Steueröffnung 51 abfließt. Die Stellung des Steuerkolbens
49 des Hilfssteuerschiebers 11 wird dadurch bestimmt, daß die Magnetspule
18 mehr oder weniger stark erregt wird. Die Erregung der Magnetwicklung erfolgt
durch eine Batterie 52, an die ein Potentiometer 53 angeschlossen
ist. Eine mehr oder weniger große Spannung wird auf dem Potentiometer durch einen
Gleitkontakt abgegriffen, der durch den Sollwertgeber 17 verstellbar ist,
und der Magnetwicklung 18 zugeleitet. Der Elektromagnet ist so ausgebildet,
daß, wenn die Erregung seiner Wicklung 18
durch Verstellen des Sollwertgebers
17 verändert wird, dadurch der Steuerkolben49 des Hilfssteuerschiebers
11 in eine Lage verstellt wird, durch welche sich die Länge des Drosselkanals
zwischen dem Kolbenabschnitt 50 und der Bohrung des Steuerschiebers an der
Steueröffnung 51 ändert. Infolgedessen ändert sich der Strom der Druckflüssigkeit,
der durch die Kammer 13 fließt. Dadurch wird das Gleichgewicht der in den
Kammern 13 und 14 herrschenden Flüssigkeitsdrücke gestört und infolgedessen
der Steuerschieber 10 verstellt, der dann den Motor 15 in Gang setzt
und das Ruder 16 entsprechend verstellt. Wie oben beschrieben, führt aber
die Verstellung des Ruders 16 zu einer Verschiebung des Rückführorgans in
Gestalt des Steuerkolbens 44 des Hilfssteuerschiebers 12. Diese Verschiebung erfolgt
in einer solchen Richtung, daß dadurch das Gleichgewicht zwischen den in den Kammern
13 und 14 herrschenden Drücken wieder hergestellt wird und der Steuerschieber10
in die gezeigte Mittellage zurückkehrt, in welcher der Flüssigkeitsmotor zum Stillstand
kommt, worauf keine weitere Verstellung des Ruders 16 erfolgt.
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Ein Beispiel mag das näher erläutern: Verschiebt sich der Steuerkolben
49 nach links, um den in die Steueröffnung 51 mündenden Drosselkanal zu verkürzen,
so wird der Abfluß der Druckflüssigkeit aus der Kammer 13 verstärkt und daher
ein Druckabfall in dieser Kammer hervorgerufen. Der Druck in der Kammer
13 wird also kleiner als derjenige in der Kammer 14, so daß der Hauptsteuerkolben
28 nach links geht und die Flüssigkeit unter Druck über die Steueröffnung
23 und den Kanal 36 zur linken Seite des Flüssigkeitsmotors
15 leitet. Der Kolben 38 dieses Motors verschiebt sich daher nach
rechts und schwenkt das Ruder 16 im Uhrzeigersinn. Das führt aber zu einer
Verschiebung des das Rückführorgan bildenden Steuerkolbens 44 des Hilfssteuerschiebers
12 nach rechts. Dadurch wiederum wird der in die Steueröffnung 47 mündende Drosselkanal
bei 46 verkürzt.
Infolgedessen wird der Abfluß der Druckflüssigkeit
aus der Kammer 14 verstärkt, bis die Drücke in den Kammern 13 und 14 sich
wieder ausgleichen. Dieser Ausgleich bewirkt die Rückkehr des Hauptsteuerkolbens
28 in die Mittellage, so daß keine weitere Verstellung des Ruders erfolgt.
Es ergibt sich also, daß für jede gegebene Stellung des Sollwertgebers
17 das System eine entsprechende neue Stellung des Ruders 16 herbeiführt,
die dann selbsttätig beibehalten wird. Obgleich bei dem Ausführungsbeispiel der
Sollwertgeber 17 von Hand verstellbar ist, um die Einstellung des Ruders
16 vorzuschreiben, ist es doch klar, daß die Erregung der Magnetwicklung
18 sich auch durch einen selbsttätig verstellbaren Sollwertgeber steuern
läßt.
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Natürlich könnte man auch den Steuerkolben 49 des Hilfssteuerschiebers
11 zur Einstellung des Sollwertes von Hand verstellen. Das ist bei dem in
F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall. Dort ist der Steuerkolben
49a des Hilfssteuerschiebers 11 a durch den Sollwertgeber
17 a mittels der Kolbenstange 55 verstellbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel
erfolgt die Verstellung des Rückführsteuerkolbens 44a des rechts gelegenen Hilfssteuerschiebers
12a auf elektromagnetischem Wege durch eine Magnetspule 18a, die durch einen das
Fahrzeug stabilisierenden Apparat erregt wird. Dieser Apparat kann in bekannter
Weise einen Kreisel und einen elektrischen Verstärker enthalten, der die Steuergröße
für die Stabilisierung des Fahrzeugs liefert, das durch das System gesteuert wird.
In diesem Falle stellt der Sollwert die Lage des Fahrzeugs dar. F i g. 2
erläutert daher insbesondere, wie es die Erfindung ermöglicht, zwei Steuergrößen
gemischt zu verwenden, nämlich die durch den Hebel 17 a von Hand eingeführte
Steuergröße und die elektrische Rückführgröße, die durch den Stabilisierungsapparat
56 geliefert wird. Das gesamte Gehäuse 20 des Steuerschiebers samt dem starr
daran sitzenden Gehäuse 21 a des Flüssigkeitsmotors 15 a
ist verschiebbar und macht die Bewegung des Motors 15a mit. Zu diesem Zweck ist
der Kolben 38a des Flüssigkeitsmotors 15a ortsfest angeordnet, indem er durch seine
Kolbenstange 57 gelenkig am Rahmen des lenkbaren Fahrzeugs 58 angeschlossen
ist. Der Kolben 38 a ist also fest am Fahrzeug angeordnet, während sich der
Zylinder 21 a beim Antrieb des Flüssigkeitsmotors 15a verschiebt. Diese Verschiebung
wird durch die Kuppelstange 39 a auf das Ruder 16 a über dessen
Arm 40a übertragen. Da nun das Gehäuse 20 des Steuerschiebers sich zusammen mit
dem Zylinder 21a des Flüssigkeitsmotors 15a verschiebt und gleichzeitig das Gehäuse
des Hilfssteuerschiebers lla bildet, bewirkt eine Verschiebung des Gehäuses, die
durch anfängliche Verstellung des Steuerhebels 17a ausgelöst wird, daß das Gehäuse
dem Steuerschieber 49 a nachläuft. Hat das Fahrzeug infolge der Verstellung des
Ruders 16a seine Sollstellung erreicht, dann spricht darauf die Spule
18 a an und bewirkt die Rückführung des Ruders.
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Gewünschtenfalls können entweder auf der einen Seite oder auch auf
beiden Seiten des Steuersystems nach der Erfindung andere Einrichtungen als Ventilelemente
zur Steuerung des Stromes verwendet werden. Bei dem in F i g. 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel ist der Hilfssteuerschieber 12 durch eine kleine Verdrängerpumpe
72 ersetzt, die einen schwachen Flüssigkeitsstrom erzeugt. Diese Pumpe
72 dient dazu, eine Geschwindigkeitssteuergröße einzuführen. Der von ihr
geförderte Strom entspricht nämlich der Drehzahl der Brennkraftmaschine 64, die
durch eine Welle 65 mit der Pumpe 72 gekuppelt ist. Man kann daher
den Sollwertgeber 17a so einstellen, daß er den Steuerkolben 49 a des Hilfssteuerschiebers
in eine Lage bringt, die der gewünschten Drehzahl der Brennkraftmaschine 64 entspricht.
Die Wirkung beruht darauf, daß der Flüssigkeitsmotor 15 eine Brennstoffeinspritzpumpe
69 einstellt, welche die der Brennkraftmaschine in der Zeiteinheit zugeführte
Brennstoffmenge bestimmt. Durch Verstellung der Pumpe 69 wird daher die Drehzahl
der Maschine 64 bis auf den Sollwert geändert. Bei dessen Erreichen entspricht der
durch die Pumpe 72 geförderte Flüssigkeitsstrom dem durch den Steuerschieber
11 a bestimmten Flüssigkeitsstrom, und daher sind die Drücke in den
Kammern 13 und 14 ausgeglichen.
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Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 könnte man auf beiden
Seiten des Systems Pumpen anordnen, die der Pumpe 72 entsprechen, und das
System könnte dann dazu dienen, die gleichen Drehzahlen zweier Maschinen anzugleichen.
Die Drehzahl der Maschine 64 würde dann durch das Ventil 69 derart geregelt
werden, daß sie Änderungen der Drehzahl der anderen Maschine mitmacht, die dann
eine der Pumpe 72
ähnliche Pumpe zur Steuerung des Druckes in der Kammer
13 antreiben würde.