DE2153506A1 - Hydraulikmotor mit nachlaufsteuerung - Google Patents

Description

• Hydraulikmotor mit Nachlaursteuerung Die Erfindung betrifft einen Hydraulikmotor mit Nachlaufs teuerung mit einer in einem Gehäuse axial verschiebbar gelagerten Meßspindel, die zur axialen Verschiebung mit der Motorwelle gekuppelt ist und bei ihrer Verschiebung die Druckmittelbeaufschlagung des Motors steuert. Ein bekannter Motor dieser Art ist als elektrohydraulischer Impulsmotor ausgebildet, der aus einem elektrischen Impulsmotor, einem Drehschaltventil und einem hydraulischen Motor besteht. Dabei wird die Drehung des Motors durch Befehlsimpulse gesteuert, die von einem Rechner oder einer numerischen Steuereinheit gesandt werden, die Drehwinkel sind direkt proportional der Anzahl der Befehlsimpulse und die Dreh-.
• geschwindigkeit des Motors ist von der Impulsfrequenz der Befehlsimpulse abhängig. Man kann mit solchen Motoren die am Geber eingegebenen Drehwinkel bzw. Drehgeschwindigkeiten kraftverstärkt weitergeben. Das Drehschaltventil bei der bekannten Ausführungsform ist als Kolbenschieber mit Steuerkanten ausgebildet. Ein wirklich exakter Nachlauf des Motors entsprechend den Impulsen des Gebers ist damit nicht möglich, da Schieberkolben nicht leckölfrei arbeiten können und damit die Temperatur, die Viskosität und dergl. des Druckmittels die Arbeitsgenauigkeit beeinflussen. Eine spielfreie Regelung ist ausgeschlossen, weil sich im Bereich der Kanten Ungenauigkeiten bei den Bewegungsübergängen einstellen. Insbesondere sind die Steuerkanten starr und unverstellbar. Eine brauchbare Ausführung erfordert größte Herstellungsgenauigkeiten. Belastungsänderungen in an der Motorwelle führen zu Schwankungen der Nachlåufgenauigkeit, so daß Drehgeschwindigkeit und Drehwinkel Differenzen gegenüber den eingegebenen Werten aufweisen eine Abschaltung bei Überlastungen ist nicht vorgesehen.
• Unter Vermeidung dieser Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hydraulikmotor zu schaffen, bei dem- sich die eingegebenen Werte exakt übertragen lassen, eine Einstelimöglichkeit gegeben ist und trotzdem mit geringen Fertigungstoleranzen ausgekommen werden kann.
• Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die MeBspindel mit einem Schaltglied verbunden ist und im Steuergehäuse einen Ventilsitz aufweisende, vom Schaltglied betätigbare Steuerventile angeordnet sind, von denen jeweils eines in der Druckmittelzuführleitung zum Motor und eines in der;Dr'uckmittelrückführleitung vom Motor angeordnet ist. Auf diese Weise wird einfach ein hermetisch dichter AbschluB erreicht, trotz geringer Fertigungsgenauigkeit gibt es keine Schwankungen in der genauen Übertragung durch Lecköleinflüsse. Die Anordnung läßt eine Elementenbauweise zu, was Herstellung, Montage, Wartung und Ersatz wesentlich vereinfacht. Zweckmäßigerweise besteht das Schaltglied aus einer auf der Meßspindel sitzenden Scheibe, die unverdrehbar zwischen Drucklagern auf der relativ zu ihr drehbaren Meßspindel gelagert sein kann.
• Für den Vorwärts- und Rückwärtslauf des Motors sind vier Steuerventile angeordnet, von denen jeweils zwei in der Druckmittelzurührleitung und zwei in der Druckmittelrückführleitung angeordnet sind und deren Betätigungsstifte entsprechend der Bewegung des Schaltgliedes mitgenommen werden. Eine ganz besonders vorteilhafte-Anordnung ergibt sich dadurch, daß die Steuerventile symmetrisch zur Achse der Meßspindel und symmetrisch zur Mittelfläche des Schaltgliedes angeordnet sind. Nach der Erfindung sind sie austauschbar in das Steuergehäuse eingesetzt und können insbesondere in ihrer Stellung zum Schaltglied von außen einfach eingestellt werden.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die unter sich im wesentlichen gleichen Steuerventile eine Hülse auf, in die ein den Ventilsitz abgebender, über einesSchraube fixierter Einsatz eingesetzt ist. In dem Einsatz ist ein federbelasteter Steuerkörper geführt, der einen mit dem Ventilsitz zusammenarbeitenden Kegel trägt. Der Betätigungsstift ist zwischen dem Schaltglied und dem Steuerkörper angeordnet und in der Schraube geführt. Die Achsen des Betätigungsstiftes und des Steuerkörpers fallen zusammen, beide Achsen liegen parallel zur Achse der Meßspindel. Im Einsatz, in der Hülse und im Steuerkörper befinden sich entsprechende Bohrungen bzw. Ringnuten, um an die Druckmittelleitungen anschließbar zu sein. Bei der Einschiebbarkeit der Hülsenin das Gehause wird das Dichtproblem dadurch vereinfacht, dass die Hülsen verschiedene, nach außen zunehmende Durchmesser aufweisen. Zur Einstellung läßt sich diese Hülse durch eine Stellschraube, die durch einen Abschlußdeckel dringt, in ihrer Bohrung im Steuergehäuse verschieben, so daß über ihre Lageänderung die Öffnung des Ventils durch das Schaltglied beeinflußt werden kann. Die Steuerventile sind hydraulisch entlastet ausgebildet, die Steuerkörper tragen dazu auf der dem Kegel gegenüberliegenden Seite einen im Einsatz gleitfähigen Kolbenteil.
• Durch eine koaxial im Steuerkolben verlaufende Bohrung wird für den Steuerkolben ein Druckausgleich erzielt, so daß lediglich Stellkräfte benötigt werden, die der Schließfederkraft entsprechen. Ein besonders ruckfroier Lauf läßt sich dadurch erreichen, daß die Steuerkörper der Steuerventile, die mit der Druckmittelrückführleitung verbuAden sind, einen zweiten Kolbenteil zwischen dem "ersten Kolbenteil und dem Kegel tragen, in den am Umfang eine Kerbe eingebracht ist, deren freier Öffnungsquerschnitt zur drucklosen Seite hin abnimmt.
• Um bei Überlastungen Zerstörungen zu vermeiden und Schaltfehler auszuschließen, sind im Steuergehäuse Endschalter angeordnet, die bei vorgegebenen Wegstrecken des Schaltgliedes zur Abschaltung der Druckmittelzufuhr bzw. der Axialbewegung der Ueißspindel in der einen Richtung führen.
• Nach der Erfindung- bleiben Belastungsänderungen der Motorwelle ohne Einfluß auf die Nachlaufgenauigkeit, wenn jeweils dem in der Druckmittelrückführleitung liegenden Steuerventil eine Druckwaage vorgeschaltet ist.
• In besonders vorteilhafter Weise ist diese Druckwaage so aufgebaut, daß sie einen federbelasteten kolbenartigen Ventilkörper aufweist, der über das zugeführte Druckmittel gegen die Wirkung der Feder gegen eine Dichtfläche unter Abschluß der Druckmittelzufuhr drückbar ist.
• Der Druck im Druckraum vor dem Ventilsitz der Steuerventile liegt gegenüber dem Druck im Raum nach dem Ventilsitz um die mechanische Größe der Feder in der Druckwaage höher, man hat damit,: ein konstantes Druckgefälle vor und nach dem Ventilsitz in den Steuerventilen, so daß bei gleichen Bewegungen des Steuerkörpers immer gleiche Durchflußmengen gegeben sind.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, Einzelheiten sind anhand der Zeichnung die eine beispielsweise AusSührungSform in einem Längsschnitt durch die Steuervorrichtung darstellt, näher erläutert.
• Während die eigentlichen Teile des Hydraulikmotors im wesentllchen schematisch'dar,estellt sind, ist die Nachlauf-Steuervorrichtung im DetaiL wiedergegeben. In einem Steuergehäuse 1 ist eine Meßspindel 2 in Nadellagern 3,4 drehbar und axial verschiebbar gelagert. Am einen aus dem Gehäuse 1 herausragenden Ende kann ein elektrischer Impulsmotor, ein Stellmotor, ein Gleichstromantrieb mit Impulszähler oder dergl. angreifen, selbstverstandlich ist auch eine Verstellung von Hand möglich.
• Die Angriffsmöglichkeit ist durch einen Schlitz 5 angedeutet. Am anderen Ende trägt die Meßspindel 2 ein Schraubgewinde 6, das auf einer fest mit einer Motorwelle 7 verbundenen Schraubspindel 8 läuft. Etwa in der Mitte ist auf der Meßspindel 2 ein Schaltglied 9 in Form einer Scheibe 10 zwischen Drucklagern 11,12 drehbar gelagert, an einer Drehbewegung aber durch einen Bolzen 13 gehindert, der in einen Schlitz 14 in der Scheibe 10 eingreift. Die Scheibe 10 kann sich also mit der Meßspindel 2 axial hin- und herbewegen, aber nicht um die Achse 15 der Meßspindel 2 drehen.
• Im Steuergehäuse 1 sitzen vier Steuerventile 16 bis 19, wovon zwei mit einer Druckmittelzuführleitung 20 und zwei mit einer Druckmittelrückführleitung 21 verbunden sind. Die mit der Druckmittelzuführleitung 20 verbundenen Ventile 16,17 sind identisch ausgebildet, sie sind bezüglich einer Mittelfläche 22 des Schaltgliedes 9 symmetrisch angeordnet, iAre Achse 23 liegt parallel zur Achse 15 der Meßspindel 2. Das gleiche gilt für die Steuerventile 18,19, die mit der Druckmittelrückführleitung 21 verbunden sind. Der Druckausgleich der Bteuerkolben 27 erfolgt über bohrungen 82.
• Die Ventile 16 bis 19 bestehen im wesentlichen aus einer Hülse 24, einem Einsatz 25, einer Schraube 26, einem Steuerkörper 27 und einer Feder 28. Der Umfang der Hülse 24 ist in drei Außendurchmesser 29 bis 31 abgestuft, die Wandung trägt innen und außen umlaufende Nuten 32,33', die Nuten 32,33 sind durch Zwischenbohrungen 34 miteinander verbunden. Der Einsatz 25 wird mit einer Schulter 35 über die Schraube 26 in der Innenbohrung der Hülse 24 festgelegt. In einer Bohrung 36 kann ein Kolbenteil 37 des Steuerkörpers 27 gleiten. Dem Kolbenteil 37 liegt gegenüber ein Kegel 38, der mit dem Ventilsitz 39, der vom Einsatz 25 gebildet wird, zusammenarbeitet. Der Kegel 38 wird gegen den Ventilsitz 39 durch die Feder 28 ang1erüct. Index Schraube 26 ist ein Betätigungsstift 40 axial geführt, der sich mit seinem einen Ende gegen den Boden des Kolbenteiles 37 und mit seinem anderen Ende gegen eine der Stirnseiten 41,42 der Scheibe 10 legt.
• Die Steuerventile 16 bis 19 sind in das Steuergehäuse 1 von außen her licht einsetzbar. Dazu besteht das Steuergehäuse 1 aus zwei Gehäuseteilen 43,44, die über einen Verbindungsteil 45 miteinander verbunden und stirnseitig durch Abschlußdeckel 46,47 abgeschlossen sind. Nach dem Abnehmen dieser Deckel 46,47 sind Bohrungen 48 zugänglich, in die die Steuerventile 16 bis 19 von außen eingeschoben werden können. Die Abschlußdeckel 46,47 werden von Stellschrauben 49 durchdrungen, über die die axiale Lage der Steuerventile 16 bis 19 eingestellt werden kann. Kontermuttern 50 verhindern eine ungewollte Verstellung. Die Steuerventile 18,19 in der Druckmittelrückführleitung 21 unterscheiden sich von den beiden anderen Ventilen 16,17 lediglich dadurch, daß die Steuerkörper 27 mit einem zweiten Kolbenteil 51 versehen sind, der ebenfalls in der Bohrung 36 läuft. Dieser zweite Kolbenteil 51 trägt eine Kerbe 52, deren freier Querschnitt zur drucklosen Seite des Ventils hin abnimmt.
• Der yerbindungsteil 45 wird von zwei Betätigungsgliedern 53>54 durchdrungen, derensauXenliegende Enden mit Endschaltern 55,56 zusammenarbeiten. Gegen die innen liegenden Enden kann das Schaltglied 9 mit schrägen Flächen 57,58 anlaufen.
• Den Steuerventilen 18,19, die mit der Druckmittelrückfuhrleitung 21 verbunden sind, sind Druckwaagen 5g vorgeschaltet. Diese können außerhalb des Steuergehäuses 1 als besondere Elemente angeordnet sein. Die Druckwaage 59 besteht aus einem Waågenkörper 60, in den eine Hülse 61 eingesetzt ist, die einerseits durch einen Ring 62 und andererseits durch eine Schraube 63 axial fixiert ist. In der Hülse 61 ist ein Ventilkörper 64 axial- verschiedlich geführt, er wird durch eine Feder 65 von der Dichtfläche66 weggedrückt. Der Ventilkörper 64 ist kolbenartig gehalten, im-Waagenkörper 60 und in der Hülse 61 sind Durchbrüche 67,68 vorgesehen, die über eine Leitung 69 einen Raum 70 vor der Dichtfläche 66 mit einem Raum 71 hinter der Dichtfläche66 verbinden.
• In der Neutralstellung befinden sich die Meßspindel 2 mit dem Schaltglied 9 und die Steuerventile 16 bis 19 in der in der Darstellung gezeigten Stellung. Die Ventile sind geschlossen, tMotorwelle 7 steht still.
• Wird nun die Meßspindel 2 über einen Schrittmotor oder dergl. von außen her gedreht, so bewegt sie sich durch das Schraubgewinde 6 bzw. die Schraubspindel 8 axial, z.B. in der Zeichnung nach rechts. Dadurch werden über die Scheibe 10 die Betätigungsstifte 40 der Steuerventile 17 und 19 nach innen gedrückt: die Kegel 38 heben von ihren Ventilsitzen 39 ab und das von der Zuführleitung 20 kommende Druckmittel kann über Durchbrüche 72, die Ventilsitzöffnung und die Bohrungen 73,74 in eine Leitung 75 und damit zur Druckseite des Motors und zur Druckwaage 76 gelangen. Dami't'1'beginnt sich die Motor-Felle 7 zu drehen und mit ihr die Schraubspindel 8, so daß die Axialverschiebung der Meßspindel 2 über das Schraubgewinde- 6 bzw. die Schraubspindel 8 kompensiert wird. Die Meßspindel 2 und die Motorwelle 7 laufen vollständig synchron zueinander, wobei aber die Motorwelle 7 wie erwünscht ein vielfach so großes Drehmoment übertragen kann wie die Meßspindel 2. Das über die Leitung 75 zur Druckwaage 76 gelangende Druckmittel ist ohne Einfluß, aa das Steuerventil 18 geschlossen ist, ebenso ist der Teil der Leitung 77 stillgesetzt, der zum Steuerventil 16 führt, da dieses ebenfalls geschlossen ist. Der andere Teil der Leitung 77 führt zu einem Durchlass 78 der Druckwaage 59. Das vom Motor abströmende Druckmittel fließt über den Durchbruch 68 und die Leitung 69 einmal über eine Leitung 79 zur Druckseite des Steuerventiles 19 und einmal über den Durchbruch 67 hinter den Kolben des Ventilkörpers 64 in den Raum 70. Dadurch wird der Ventilkörper 64 gegen die Feder 65 an die Dicht-XflEche 66 gedrückt, so daß der Durchfluß gestoppt ist.
• In den Leitungen 69,79 und damit im Druckraum 80 des Ventiles 19 kann sich damit lediglich ein Druck aufbauen, der durch die Kraft der Feder 65 bestimmt ist, so daß die Druckdifferenz zwischen dem Druckraum 80 und dem drucklosen Raum (Leitung 81) des Steuerventils 19 konstant ist.
• Durch die konstante Öffnung der Kerbe 52 bei konstanter Eingangsdrehzahl und bei Belaytungswechsel am Abtrieb des ölmotors bedarf es keiner Nachregelung bei Änderungen des Drehmomentes am Ölmotor: die Druckwaage 'kompensiert die Druckunterschiede.
• Das Druckmedium fließt schließlich über die Druckmittelrückführleitung 21 z.B.- zu einem Tank. Durch die Vorschaltung der Druckwaagen 59,76 können also Druckänderungen durch Belastungen an der Motorwelle 7 in den Leitungen 75,77 an den Steuerventilen 18,19 keinen Einfluß ausüben, da das Druckgefälle vor und nach dem Ventilsitz 39 konstant,ist,und z.B. 3 bar beträgt.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die an der Meßspindel eingegebenen Größen völlig exakt übertragen werden, ohne daß sich z.B. Temperatur und Viskosität des Druckmittels oder Änderungen in den Belastungszuständen auswirken könnten.
• Dabei ist der Motor mit seiner Steuerung von überaus einfachem Aufbau, die Herstellung erlaubt große Fertigungstoleranzen, die Montage ist einfach, die Steuerventile sind leicht austauschbar und insbesondere einstellbar, so daß der Motor z.B. vorgespannt laufen kann und keinerlei Totwege auftreten.

Claims (18)

Patentansprüche

1. Hydraulikmotor mit Nachlaufsteuerung mit einer in einen Steuergehäuse axial verschiebbar gelagerten Meßspindel, die zur axialen Verschiebung mit der Motorwelle gekuppelt ist und bei ihrer Verschiebung die Druckmittelbeaufschlagung des Motors steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspindel' (2) mit einem Schaltglied (9) verbunden ist und im Steuergehäuse (1) einen Ventilsitz (39) aufweisende, vom Schaltglied (9) betätigbare Steuerventile (16 bis 19) angeordnet sind, von denen eines in der Druckmittelzuführleitung (20) zum Motor und eines in der Druckmielrückruhrleitung (21) vom Motor angeordnet ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltglied (9) aus einer auf der Meßspindel (2) sitzenden Scheibe (10) besteht.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (10) undrehbar zwischen Drucklagern (11,12) auf der relativ zu,, ihr drehbaren Meßspindel (2) gelagert ist.

4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (10) am Umfang einen Schlitz (14) trägt, in den ein mit dem Steuergehäuse (1) verbundener Bolzen (13) hineinragt.

5. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet> daß die Stirnseiten (41,42) der Scheibe (20) an parallel zur Meßspindel (2) liegenden Betätigungsstiften (4Q) ur die Steuerventile (16 bis 19) zur Anlage kommen.

6. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Steuerventile (16 bis 19) symmetrisch zur Achse (15)' der Meßspindel (2)'und symmetrisch zur Mittelfläche (22) des Schaltgliedes (9) vorgesehen sind.

7. Mot-or nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Steuerventile (16 bis 19) austauschbar in das Steuergehäuse (1) eingesetzt sind.

8. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile (16 bis 19) in ihrer Stellung - zum Schaltglied (9) einstellbar angeordnet sind.

9. Motor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (16 bi5;i!9) eine Hülse (24) aufweist, in die ein den Ventilsitz (39) abgebender, über eine Schraube (26) fixierter Sinsatz (25) eingesetzt ist und in dem Einsatz (25) ein federbelasteter Steuerkörper (27) geführt ist, der einen mit dem Ventilsitz (39) zusammenarbeitenden Kegel (38) trägt und zwischen dem Schaltglied (9) und dem Steuerkörper (27) ein in der Schraube (26) geführter Betätigungsstift (40) angeordnet ist.

10. Motor nach Anspruch 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (24) verschiedene Außendurchmesser (29,30,31) aufweist und von der dem Schaltglied (9) abgewandten Seite her in das Steuergehäuse (1) einschiebbar ist.

11. Motor nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (24) über eine durch einen Abschlußdeckel (46,47) dringende Stellschraube (49) in ihrer Bohrung (48) im Steuergehäuse (1) verschiebbar ist.

12. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkörper (27) auS der dem Kegel (38) gegenüberliegenden Seite einen im Einsatz (.25) gleitfähigen Kolbenteil (37) trägt.

13. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß aie Steuerkörper (27) der Steuerventile (18,19), die mit der D'ruckmittelrückführleitung (21) verbunden sind, einen zweiten Kolbenteil (51) zwischen dem ersten Kolbenteil (37) und dem Kegel (38) tragen, in den am Umfang eine Kerbe (52) eingebracht ist, deren freier Öffnungsquerschnitt zum drucklosen Raum (81) hin zunimmt.

14. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuergehäuse (1) Betätigungsglieder (53,54) für Endschalter (55,56) angeordnet sind, die bei vorgegebenen Wegstrecken des Schaltgliedes (9) zur Abschaltung führen.

15. Motor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsglieder (53,54) aus zwei axial verschiebbaren, senkrecht zur Achse (15) der Meßspindel (2) liegenden, das Steuergehäuse (1) durchdringenden.

Stiften bestehen, an deren einen Enden das Schaltglied (9) mit schrägen Flächen (97,58) aufläuft und deren andere Enden die auf der Gehäuseaußenseite angeordneten Endschalter (55,56) betätigen.

16. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, aaß das Steuergehäuse (1) aus zwei die Steuerventile (16 bis 19) aufnehmenden Gehäuseteilen (43,44) besteht, die miteinander über einen Verbindungsteil (45), zu dem sie symmetrisch liegen und der.die Drehsicherung für das Schaltglied (9) enthält, verbunden sind und an ihren äußeren Stirnseiten durch Abschlußdeckel (46,47) mit den Stellschrauben (49) abgeschlossen sind.

17. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem in der Druckmittelrückführleitung (21.) liegenden Steuerventil (18,19) eine Druckwaage (59,76) vorgeschaltet ist.

18. Motor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwaage (59,76) einen federbelasteten, kolbenartigen Ventilkörper (64) aufweist, der über das zugeführte Druckmittel gegen die Wirkung der Feder (65) in eine Führung (Dichtfläche 66) drückbar ist.

Leerseite