DE1653917C3

DE1653917C3 - Hydraulische Steuerung für einen hydraulischen Arbeitszylinder

Info

Publication number: DE1653917C3
Application number: DE1653917A
Authority: DE
Inventors: Raymon Lee Lafayette Goff; Thomas Isaac West Lafayette Monroe
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1967-04-04
Filing date: 1967-07-04
Publication date: 1974-04-25
Also published as: US3443378A; GB1189207A; DE1653917B2; SE349269B; DE1653917A1; SE322996B

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuerung für einen hydraulischen Arbeitszylinder mit einer Antriebswelle in einem Gehäuse, die mit einem Zahnrad eines Zahnrad-Drehkolbenmotors verbunden ist, der ein außenverzahntes Zahnrad aufweist, das von einem innenverzahnten Zahnrad umgeben ist, dessen Zähnezahl um eins größer ist als diejenige des außenverzahnten Zahnrades, wobei bei einer relativen Drehung zwischen diesen Zahnrädern Kammern gebildet werden, von denen jede während einer vollständigen Relativbewegung von einem kleinsten Volumen zu einem größten Volumen zunimmt und wieder zu einem kleinsten Volumen abnimmt und mit einer Steuerscheibe zur Steuerung der Verbindungskanäle zu diesen Kammern, wobei die Zähne des innenverzahnten Zahnrades mit den Verbindungskanälen als Steuerkanten zusammenarbeiten.

Eine derartige hydraulische Steuerung ist aus der USA.-Patentschrift 3 215 043 bekannt. Bei dieser Vorrichtung dreht sich die Hauptwelle mit einer Drehzahl, die eine Funktion der Drehzahl des innenverzahnten Außenzahnrades ist. Wenn die Vorrichtung als Motor arbeitet, so dreht sich die Welle mit einer verhältnismäßig niedrigen Drehzahl. Dies ist bei dieser Betriebsweise sehr nachteilig. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ansprechbarkeit beim Betrieb als Motor zu erhöhen.

Erfindungsgemäß wird dies du^urch erreicht, daß iie Antriebswelle, das außenverzahnte Zahnrad und tfic Steuerscheibe mittels einer Keilverbindung mitfinander verbunden sind und daß das innenverzahnte fcahnrad eine Außenverzahnung aufweist und in einer Cehäusekammer mit einer Innenverzahnung drehend lind umlaufend angeordnet ist.

In vorteilhafter Weise dreht sich hier die Welle getneinsam mit dem außenverzahnten Zahnrad vind tireht sich somit mit liner Drehzahl, die wesentlich größer ist als die Drehzahl des innenverzahnten äußeren Zahnrades. Eine derartige Betriebsweise ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Vorrichtung als Zündeinrichtung und Pumpe in Servosteuerungen verwendet wird.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß sich die Steuerscheibe gleichzeitig mit dem außenverzahnten Zahnrad und zwar mit der gleichen Drehzahl dreht. Hierdurch kann eine Vereinfachung der Schieberfunktion erzielt werden, ohne daß die Genauigkeit, mit der die zugeordneten öffnungen gesteuert werden, beeinträchtigt wird.

Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Servosteuerungssystems, bei welchem die hydraulische Steuerung verwendet wird,

F i g. 2 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie H-H der Fig. 1,

ao F i g. 3 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie III-III der F i g. 2 und

F i g. 4 eine Schnittansicht, genommen längs der Linie IV-IV der Fig. 2.
Es sei zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen. In

as F i g. 1 ist eine Servosteuerung dargestellt, welche die hydraulische Steuerung 10 aufweist. Die hydraulische Steuerung 10 ist an einer Stelle der Servosteuerung über Leitungen eingeschaltet und an einer anderen Stelle ist eine Pumpe 11 vorgesehen, die von einem Triebwerk angetrieben wird. Die Pumpe 11 weist einen Behälter 12 auf, der mit einer Rückleitung 13 verbunden ist. Die Pumpe 11 weist eine Förderleitung 14 auf. Hydrauliköl, welches unter Druck in die Förderleitung 14 abgegeben wird, wird durch die hy-

draulische Steuerung 10 einem abgeglichenen Zylinder 16 zugeführt. Dieser abgeglichene Zylinder 16 weist einen Kolben 17 auf, der entsprechend dem Druck, der dem Zylinder 16 zu beiden Seiten des Kolbens 17 zugeführt wird, hin- und herbeweglich ist. Zu diesem Zweck ist eine Leitung 19 und eine Leitung 20 vorgesehen und diese Leitungen verbinden den abgeglichenen Zylinder 16 und die hydraulische Steuerung 10. Es sei bemerkt, da3 zu beiden Seiten des Kolbens 17 eine Kolbenstange 21 und eine KoI-benstange 22 angeordnet ist und diese Kolbenstangen können mit dem Steuergestängesystem Jer Räder in einem lenkbaren Fahrzeug verbunden sein.

Es sei nunmehr auf Fig. 2 Bezug genommen. Es sei bemerkt, daß die hydraulische Steuerung ein Gehäuse 23 aufweist. Dieses Gehäuse 23 weist einen Deckel 24 und eine Reihe von Gc läuseringen 26, 27 und 28 auf und diese Teile sind zu einer festen Baugruppe mit einem Schiebergehäuse 29 und einem Endglied 30 verbunden. Dieses Endglied 30 weist

einen plattenartigen Abschnitt auf und eine Nabe 31 mit vermindertem Durchmesser.

Fine Antriebswelle 32 erstreckt sich in das Innere des Gehäuses 23 hinein. Ein F.nde der Antriebswelle 32 steht in Antriebsverbindung mit dem in Fig.!

dargestellten Steuerrad 33. so daß die Welle 32 in beiden Richtungen gedreht wird und zwar entsprechend den Steuerbewegungen des Steuerrades 33.

Am innersten Ende der Antriebswelle 32 ist ein verbreiterter Ansitz. 34 vorgesehen, durch den sich ein Verriegelungszapfen 36 hindurchstreckt. Dieser Zapfen wird von einer entsprechenden öffnung 37 aufgenommen, die in einer rohrförmigen Welle 38 angeordnet ist. Die Welle 38 is' im alicemeinen zy-

lindrisch ausgebildet und weist eine ringförmige Aussparung 39 am Ende auf, welche ein Lager 40 aufnimmt. Dieses Lager 40 ist in einer Aussparung 41 angeordnet, die im Deckel 24 ausgebildet ist. Dadurch werden die Enden der Welle 38 und der Antriebswelle 32 im Gehäuse 23 gelagert.

Die äußere Umfangsoberfläche der Welle 38 weist in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Keilzihne 42 auf und am anderen Ende der Welle 38 ist ein halbkreisförmiger axial vorspringender Abschnitt 43 vorgesehen. Der obere Endteil der Welle 38 weist eine radiale Wandung 44 auf und der axial vorspringende halbkreisförmige Teil weist eine radiale Wandung 46 auf. Es sei bemerkt, daß sich der axial vorspringende Teil übci einen Winkelbogen erstreckt, der etwas kleiner ist als 180°.

Eine zweite rohrförmige Welle ist bei 50 dargestellt und diese weist einen entsprechenden Endabschnitt auf, nämlich einen axial vorspringenden Abschnitt 51, der eine radiale Endfläche 52 hat, die im ixialen Abstand von einer radialen Endfläche 53 angeordnet ist. Die entsprechenden Endflächen 44 und 52 sind ebenso wie die gegenüberliegenden Endflächen 46 und 53 benachbart angeordnet. Durch diese Ausbildung ist eine axiale Überlappung zwischen der Welle 38 und der Welle 50 vorhanden.

Um die Welle 50 im Gehäuse 23 drehbar zu lagern, ;si ein Lager 54 vorgesehen, welches in einer Aussnarung56 sitzt, die im Endglied 30 ausgebildet ist. fm Sprengring57 wird von einer entsprechenden Ausnehmung der Welle 50 aufgenommen und dieser Sprengring liegt gegen eine Seite des Lagers an, während auf der anderen Seite ein Anschlag durch einen Ring 58 gebildet wird, der in seiner Lage durch einen Ring 59 gehalten wird, der in einer Aussparung im Endglied 30 angeordnet ist. Eine Wellendichtung ist zwischen der Nabe 31 und der Welle 50 vorgesehen und diese Wellendichtung ist ganz allgemein bei 60 dargestellt und wird durch einen Halterungsring 61 gehalten, der in der Innenbohrung der Nabe 31 angeordnet ist. Es sei bemerkt, daß alle einzelnen Gehäuseteile die üblichen Aussparungen und Dichtungen werden nur durch O-Ringe gebildet, die allgemein mit 62 bezeichnet sind.

Es sei nunmehr auf die Fig. 2 und 3 Bezug genommen. Es sei bemerkt, daß eine Zahnrad-Drchkolbenmaschine vorgesehen ist, und diese Maschine weist ein innenverzahntes Zahnrad 63 auf. Das innenvciiahnte Zahnrad 63 weist sieben konkave Abschnitte 64 auf, die als ölkammern dienen und ferner weist dieses innenverzahnte Zahnrad 63 sechs konvexe Abschnitte 66 auf. Jeder konvexe Abschnitt 66 ist einem entsprechenden konkaven Hohlraum 64 diametral gegenüberliegend angeordnet.

Es ist ferner ein außenverzahntes Zahnrad 67 vorgesehen. Dieses außenverzahnte Zahm ad weist eine geringere Anzahl von äußeren Zähnen auf, wobei diese äußeren Zähne eine ähnliche Form haben wie die ölkammern. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist das außenverzahnte Zahnrad 67 sechs nach außen sich erstreckende Zähne 68 und sechs konkave Abschnitte 69 auf, die gegenüber den Zähnen 68 alternierend angeordnet sind. Das außenverzahnte Zahnrad und das innenverzahntc Zahnrad kämmen miteinander. Wenn ein Zahn 68 sich in einem Ausschnitt 64 des innenverzahnten Zahnrades 63 befindet, liegt der gegenüberliegende Zahn 68 am Scheitel des konvexen Zahnes 66 des innenverzahnten Zahnrades, der diesem Hohlraum gegenüberliegt. Wenn das außenverzahnte Zahnrad 67 gedreht wird, wird jeder Zahn 68 der Reihe nach aus seinem Ausschnitt 64 heraus zum Scheitel des konvexen Zahnes 66 des innenverzahnten Zahnrades hin bewegt, wobei jeder gegenüberliegende Zahn der Reihe nach in einen Ausschnitt hinein bewegt wird.

Bei der in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellten Ausführungsform wird das außenverzahnte Zahnrad 67

ίο durch die Welle 32 angetrieben und es sei bemerkt, daß das außenverzahnte Zahnrad 67 eine in der Mitte angeordnete öffnung aufweist, in der Keilzähne 70 ausgebildet sind, die mit den Keilzähnen 42 auf der Welle 38 in Eingriff stehen.

Bei der Ausführungsform, die in Fig. 2, 3 und 4 dargestellt ist, ist ein Gehäusering 26 vorgesehen und dieser Gehäusering weist eine kreisförmige Öffnung 71 auf, die einen größeren Durchmesser hat als das innenverzahnte Zahnrad 63. Die Wandung der Öffnung 71, die um den äußeren Umfang des innenverzahnten Zahnrades 63 angeordnet ist, weist Zähne 72 auf. Das innenverzahnte Zahnrad 63 ist an seinem Umfang ebenfalls mit Zähnen 73 versehen, so daß die Zähne 72 und 73 miteinander kämmen können.

Das innenverzahnte Zahnrad 63 ist derart ausgebildet und angeordnet, daß sich dieses sowohl in der Öffnung 71 drehen als auch in einer Umlaufbahn bewegen kann.

Diese Umlauf- und Drehbewegung wird durchgeführt, wenn das außenverzahnte Zahnrad 67 angetrieben wird und zwar durch eine Drehung der WeI-ien 32 und 38 in beiden Richtungen.

Dem außenverzahnten Zahnrad 67 und dem innenverzahnten Zahnrad 63 ist unmittelbar axial benachbart eine Schieberplatte 74 angeordnet.

In einer Seite der Platte 74 ist eine kontinuierlich umlaufende Nut 76 vorgesehen. Eine Anzahl von Kanälen 77 schneiden die Bodenwandung der Nut 76 und diese Kanäle erstrecken sich axial von der Nut 76 zur gegenüberliegenden radialen Fläche der Platte 74. Diese radiale Fläche, die mit 78 bezeichnet ist, wirkt als Steuerfläche.

Eine entsprechende Anzahl von Kanälen erstreckt sich nur auch von der Seite 78 aus und diese Kanäle durchsetzen diese Seite 78, wie es bei 79 gezeigt ist. Diese Kanäle 79 weisen einen radialen Abschnitt 80 auf, der eine Verbindung mit einer Öffnung 81 im Boden einer ringförmigen Aussparung 82 bildet, die in der Umfangskante der Platte 74 an der Vorderseite 83 ausgebildet ist.

Es sei bemerkt, daß das außenverzahnte Zahnrad 67 und das innenverzahnte Zahnrad 63 im axialen Abstand voneinander angeordnete parallele, ladialc Flächen aufweisen. Eine dieser Flächen liegt gegen eine radiale Wandung an. die im Deckel 24 vorgesehen ist. Es sei bemerkt, daß die Fläche 78 der Schieberplatte 74 sich gegenüber dem außenverzahnten Zahnrad 67 radial nach außen erstreckt und gleitbar gegen die benachbarte Seitenfläche des innenver-

bo zahnten Zahnrades 63 anliegt. Dieser Abschnitt der Fläche ist bei 84 dargestellt.

Die Kanäle 77 und 79 sind in einer Umfangsreihe in einem vorbestimmten Abstand in Umfangsrichtung radial außerhalb der konvexen Zähne 66 angeordnet. Dadurch liegen sie in fluchtender Registerlage mit den ölkammern, die durch die konkaven Ausnehmungen 64 gebildet werden. Wenn das innenverzahnte Zahnrad 63 umläuft, so wirkt dieses nach Art

eines Schiebers, da das relative Gleiten der Steuerflächen 78 und 84 nacheinander die Kanäle 77 und 79 öffnet und schließt und dadurch wird der Eintritt und der Austritt von Öl in die ölkammern 64 und aus diesen heraus geregelt.

Der Gehäusering 28 weist eine Bohrung 86 auf, die ^rriit der ringförmigen Aussparung 82 in Verbindung steht und weiterhin weist der Gchäuserinji 86 eine Bohrung 87 süf, die mit der Nut 76 in Verbindung steht. Der Sehiebergchäuseabschnitt 29 des Gehäuses 23 weist einen Kanal 87 auf. der mit der Bohrung 86 fluchtet, um die rmgloimige Aussparung 82 mit einer Schiebet aussparung 88 711 verbinden, die sicli in Umlangsrichtung innerhalb einer Bohrungswandung 89 im Gehäuse 29 erstreckt. Das Schiebergehäuse 29 weist ferner einer Kanal 90 auf. der die Bohrung 87 und den Ringkanal 76 mit einer zweiten ringförmigen Aussparung 91 verbindet, die sich in Umfangsrichtung in der Bohrungswandung 89 des Gehäuses 29 errtrecki.

Die Bohrungswandung 89 weist eine 'usätzliehe Reihe von ringförmigen Aussparungen auf und zu diesen gehören die Aussparungen 92 und 93. die hydraulisch mit dem Zylinder 16 verbunden werden können, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um die Aussparung mit dem Zylinder 16 über die Leitung 20 711 verbinden, und wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um die Aussparung 9j mit dem Zylinder 16 über die Leitung 19 zu verbinden.

Eine bei 94 dargestellte ringförmige Aussparung kann mit dem Vorratsbehälter 12 über die Leitung 13 verbunden werden. Die beiden anderen Aussparungen 96 und 97 können mit der Pumpe 11 über die Leitung 14 verbunden werden.

Um die Erläuterung der hydraulischen Schaltung zu vereinfachen, ist in F i g. 1 der Anschluß, der zum Pumpenausgang führt, mit P bezeichnet, und der Anschluß, der zum Vorratsbehälter führt, mit R bezeichnet. Ferner sind die Verbindungen zum Zylinder 16 mit Γ und C₁ gekennzeichnet. Die entsprechenden Kennzeichnungen werden auch in F i g 2 verwendet. Der Buchstabe P wird für die Aussparungen 96 und 97 venvendet und der Buchstabe R für die Aussparung 94 und Buchstabe C für die Aussparung 92 und das Kennzeichen C₁ für die Aussparung 93. Um diese zusätzliche Kennzeichnung zu vervollständigen, ist die Aussparung 88 mit dem Buchstaben M gekennzeichnet, und die Aussparung 91 ist mit dem Kennzeichen M₁ versehen.

Die Aussparungen in der Bohrungswandung 89 des Schiebergehäuses 29 sind im axialen Abstand voneinander angeordnet und dadurch werden entsprechende Schieberkanten 98 zwischen den entsprechenden Aussparungen gebildet.

In der Schieberbohrung 89 des Schiebergehäuses 29 ist gleitbar und drehbar ein Schieberkolben gelagert, der eine Schieberhülse 100 aufweist. Diese Schieberhülse 100 weist einen inneren Keilabschnitt 101 auf, der in die Keilzähne 42 der Welle 38 eingreift. Dadurch können sich diese Teile gemeinsam drehen. Die Schieberhülse 100 ist ganz allgemein als rohrförmiger Zylinder ausgebildet und weist eine Innenbohrung 102 auf, welche die Welle 50 aufnimmt.

Die äußere Umfangsfläche der SchieberhüKe 100 weist eine Anzahl von in Umfangsrichtung verlaufenden, kontinuierlichen, ringförmigen Aussparungen 103. 104, 106 und 107 auf, die alternativ mit Schieberkanten 108 abwechseln. Die Schieberkanten 108 arbeiten mit den Schieberkanten 98 zusammen, um bei einer relativen axialen Bewegung zwischen dem Schiebergehäuse 29 und der Schieberhülse 100 eine Schieberfunktion auszuüben.

j In der Aussparung 104 weist die Schieberhülse 100 eine Anzahl von radialen Echrungen 109 auf, welche den hohlen Innenraum der Schieberhülse 100 mit der Aussparung 104 verbinden.

Es ist ein radial nach innen sich erstreckender Zapfen voigesehen. der mit Preßsitz in einer Bohrung in der Schieberhülse 100 sitzt. Dieser Zapfen erstreckt sich radial nach innen und liegt gegen die Wandungen einer schraubenförmigen Nut an. die in der Umfangsoberflüche der Welle ausgebildet ist. Diese schraubenförmige Nut erstreckt sich sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung, so daß eine relative Wiiikdverdrehung /wischen der Welle 50 und der Schiebet hülse 100 eine relative axiale Verschiebung zur Folge hat. Die Schieberhülse 100 ist in F i g. 2 in einei Einstcllage dargestellt, in der alle Schieberkanten 108 der Schieberhülse 100 sich gegenüber der entsprechenden Aussparung in einer Registerstellung befinden, so daß die Aussparungen 96, 92. 93, 97 und 94 geschlossen sind.

Im Betrieb erlaubt es die Schieberhülse 100, daß der Fahrer die Stpimungsnchiung des Öles, die Stromungsrate und den Druck des Öles steuern kann und zwar in der Weise, wie es zur Steuerung des Fahrzeuge? erforderlich ist.

Wenn sich die Schieberhülsc 100 in der zentralen oder neutralen Stellung befindet, so strömt die Hydraulikflüssigkeit von der Pumpe 11 durch das Steuerschiebergehäusc 29 direkt zurück zum Vorratsbehälter 12 und /war mit einem Dnick, der lediglich ausreicht, um die Reibung in den Schieberkanälen und Leitungen zu überwinden. Kein von der Pumpe geliefertes Hydrauliköl wird zur manuellen Pumpe gefördert oder tritt in den Zylinder 16 ein und wird vom Zylinder 16 abgegeben.

Der entsprechende Öldruck an den Steuerschiebern zu den Zyünderöffnungcn C und C₁ ist ensprechend niedrig und die Drucke sind gleich, und im Zylinder werden keine wirksamen Kräfte ausgebildet.

Eine Steuerbewegung des Steuerrades 33 führt zu einer entsprechenden Betätigung der Zahnräder 67 und 63. Da der Schieber zwischen dem Handrad 33 und der Pumpe angeordnet ist und von dem auf ein Drehmoment ansprechenden schraubenförmigen Antrieb betätigt wird, welcher das Fehlersignal oder den Drehwinkelunterschied zwischen dem Handrad 33 und der Pumpe in eine axiale Verschiebung des Schieberkolbcns 100 umwandelt, findet eine axiale Verschiebung des Schieberkolbens 100 statt, die eine Funktion dieser Differentialdrehung ist.

Der hydraulische Druck, der von der Pumpe 11 erzeugt wird, wird, wenn die Strömung durch eine Verschiebung des Schieberkolbens 100 gedrosselt wird, in den Zahnradsatz eingeleitet und bewirkt eine Drehung der Zahnräder 63 und 67. Dieser Mecha-

^b° nismus zur Erzeugung einer positiven Verdrängung wirkt bei normalen Steuerbewegungen mehr als Motor denn als Pumpe und wirkt insbesondere als Zun-seßcinrichtung. die in Serie mit dem Arbeitszylinder 16 geschaltet ist.

^5 Ein Teil des Öles oder das gesamte öl, welches von der Pumpell kommt, wird von einem Ende des Steuerschiebers dieser Zündeinrichtung zugeführt und wird durch diese Zündeinrichtung hindurchge-

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führt und gelangt über die Kanäle 87 und 90 zum anderen Ende des Schiebers zurück und wird dann in ein Ende des Zylinders 16 eingeführt. Das öl vom anderen Ende des Zylinders 16 strömt durch den Steuerschieber zurück und wird in den Vorratsbehälter 12 geleitet. Der Teil des Öles, der nicht durch die

Zumeßzahnrädcr 63, 67 hindurchgeführt wird, lauf lediglich durch den Steuerschieber 100 hindurch un dann zum Vorratsbehälter 12 zurück. Während de manuellen Steuerung erhöht die vom Fahrer ausge übte Kraft den hydraulischen Druck am Steuerzy linderkolben, um die gesteuerten Räder zu drehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Hydraulische Steuerung für einen hydraulischen Arbeitszylinder, mit einer Antriebswelle in einem Gehäuse, die mit einem Zahnrad eines Zahnrad-Drehkolbenmotors verbunden ist, der ein außenverzahntes Zahnrad aufweist, das von einem innenverzahnten Zahn rad umgeben ist, dessen Zähnezahl um eins größer ist als diejenige des außenverzahnten Zahnrader, wobei bei einer Relativbewegung zwischen diesen Zahnrädern Kammern gebildet werden, von denen jede während einer vollständigen Relativbewegung von einem kleinsten Volumen zu einem größten Volumen zunimmt und wieder zu einem kleinsten Volumen abnimmt und mit einer Steuerscheibe zur Steuerung der Verbindungskanäle zu diesen Kammern, wobei die Zähne des innenverzahnten Zahnrades mit den Verbindungskanälen als Steuerkanten zusammenarbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (32, 38), das außenverzahnte Zahnrad (67) und die Steuerscheibe (74) mittels einer Keilverbindung (42) miteinander verbunden sind, und daß das innenverzahnle Zahnrad (63) eine Außenverzahnung (73) aufweist und in einer Gehäusekammer (71) mit einer Innenverzahnung (72) drehend und umlaufend angeordnet ist.