DE2601999B2 - Anordnung zur Beeinflussung der Arbeitsmenge eines Servomotors - Google Patents

Anordnung zur Beeinflussung der Arbeitsmenge eines Servomotors

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Beeinflussung der Arbeitsmenge eines Servomotors, der zwei Mctoranschlußleitungen aufweist, die über ein Umschaltorgan (Steuerventil) wahlweise mit einer an eine Druckmittelquelle angeschlossene Zuflußleitung bzw. mit einem Rücklauf verbindbar sind, wobei für den Rückfluß vom Motor ein einstellbares erstes Drosselorgan und davor ein druckabhängig gesteuertes Reduzierventil wirksam sind, dessen Stellglied in der einen Richtung durch einen in einer erster Druckkammer herrschenden, zwischen Reduzierventil und
in erstem Drosselorgan abgenommenen Pilotdruck und in der anderen Richtung durch eine Sollwertfeder und einen in einer zweiten Druckkammer herrschenden Druck belastet ist.
Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (DE-
AS 1922073) sind das Drosselorgan und das vorgeschaltete Reduzierventil in einer der Motoranschlußleitungen angeordnet und von einem in Zuflußrichtung öffnenden Rückschlagventil überbrückt. Das Stellglied des Reduzierventils ist außer von der SoIl wertfeder vom Druck vor und hinter dem Drosselor gan beaufschlagt. Das Reduzierventil hält den Druckabfall am Drosselorgan, damit die Durchflußmenge und im Endeffekt die Geschwindigkeit, mit der der Servomotor sich bewegt, konstant. Die Bewegungsge schwindigkeit wird auch konstant gehalten, wenn auf den Servomotor eine äußere Kraft ausgeübt wird. Wenn eine solche mit Drosselung verbundene Regelung im Rücklauf wirksam ist, ergibt sich ein Druckabfall, aufgrund dessen das Druckniveau des Servo-
i't motors hoch liegt. Der Servomotor ist daher im Betrieb ständig mit hohem Druck belastet; entsprechend groß sind auch die Leckverluste.
Es ist ferner bekannt (DE-AS 1650315), das einstellbare Drosselorgan mit einem den Druckabfall an
Γι ihm konstanthaltenden Regelventil in der Zuflußleitung anzuordnen. Dann aber führt eine am Servomotor angreifende äußere Kraft zu Änderungen der Bewegungsgeschwindigkeit und gegebenenfalls zu Kavitationserscheinungen.
)" Sodann ist es bekannt (DE-AS 1206610), bei einem Mengenteiler, der in beiden Durchflußrichtungen benutzt werden kann, je ein Reduzierventil vor und hinter einem Drosselorgan in jedem Zwei des Mengenteilers anzuordnen. Hierbei wird zwar das jeweils
r. nachgeschaltete Reduzierventil unwirksam gemacht, indem die Sollwertfeder durch einen höheren Druck unterstützt wird. Diese Schaltung arbeitet aber durchflußrichtungsabhängig und nicht in Abhängigkeit von einer äußeren Belastung auf den Servomotor.
ίο Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile eines in der RUckleitung angeordneten Drosselorgans mit Reduzierventil mit den Vorteilen eines in der Zuflußleitung angeordneten Drosselorgans zu vereinen.
r> Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Zuflußleitung ein einstellbares, mit dem ersten Drosselorgan gekuppeltes zweites Drosselorgan angeordnet ist und daß der Druck in der zweiten Druckkammer zwischen zweitem Drosselor-
hii gan und Servomotor abgenommen ist.
Bei dieser Schaltung wird das Reduzierventil im Normalbetrieb in die Offenstellung gebracht, so daß der an ihm auftretende Druckabfall sehr gering ist. Denn die Sollwertfeder wird durch einen Druck un-
h; terstützt, der verhältnismäßig groß ist und in der Regel dem zuflußseitigen Arbeitsdruck des Servomotors entspricht. Wenn jedoch in Arbeitsrichtung eine äußere Belastung auf den Servomotor wirkt und dadurch
der Druck in der Zuflußleitung absinkt, geht das Reduzierventil in eine Drosselstellung, die ein zu rasches Abströmen der Rückflußmenge verhindert. Dies gilt insbesondere, wenn zuflußseitig so gefährlich niedrige Drücke auftreten, daß eine Kavitation zu befürchten ist Es ergibt sich daher eine automatische Umschaltung. Im Normalbetrieb, also bei den üblichen hohen Drücken, wird der Druck im Servomotor nicht durch einen Druckabidll am Reduzierventil erhöht, im Störfall dagegen, also beim Auftreten einer äußeren Belastung, geht dieses Reduzierventil sofort in die erforderliche Drosselstellung.
Günstig ist ferner ein m it dem zweiten Drosselorgan in Reihe geschaltetes Regelventil, das den Druckabfall am zweiten Drosselorgan konstant hält. Auf diese Weise wird die Arbeitsmenge des Servomotors auch dann konstant gehalten, wenn das im Rückfluß wirksame Reduzierventil während des Normalbetriebs voll aufgesteuert ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß umschaltbare Schaltwege vorgesehen sind, die in jeder Arbeitsstellung die zweite Druckkammer mit dem Druck zwischen zweitem Drosselorgan und Servomotor versorgen. In diesem FaI! kann man nämlich das Reduzierventil auch noch auf eine andere Art unwirksam machen, nämlich derart, daß es, wenn es in der Zuflußleitung liegt, dauernd geöffnet bleibt. Zu diesem Zweck wird die zweite Druckkammer des Reduzierventils, wenn dieses in der Zuflußleitung liegt, mit demselben Druck wie die erste Druckkammer beaufschlagt. Das Reduzierventil geht dann unter dem Einfluß der Sollwertfeder in die Offenstellung.
Wenn eine negative Last in beiden Bewegungsrichtungen des Motors wirken kann, z. B. bei einem Steuerruder, kann auch in beiden Motoranschlußleitungen je ein Reduzierventil vorgesehen sein.
Beide Drosselorgane nehmen zweckmäßigerweise jeweils etwa den gleichen Öffnungsquerschnitt ein. Dies gibt eindeutige Verhältnisse und erlaubt auch einen Austausch der ersten und zweiten Drosselorgane beim Reversierbetrieb.
Es ist auch zweckmäßig, das Reduzierventil so auszulegen, daß der von ihm beeinflußte Druckabfall am ersten Drosselorgan höchstens gleich dem vom Regelventil bestimmten Druckabfall am zweiten Drosselorgan ist. Bei dieser Bemessung ist sichergestellt, daß der Druck zwischen erstem Drosselorgan und Servomotor niemals unter den Tankdruck absinkt, also keine Kavitationserscheinungen auftreten können. Denn es wird verhindert, daß bei negativer Last mehr Druckflüssigkeit aus dem Servomotor abströmt als zu ihm hinströmt. Derselbe Vorteil läßt sich auch bei unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten der beiden Drosselorgane erzielen, wenn die Druckabfälle entsprechend umgerechnet werden.
Insbesondere können das erste und das zweite Drosselorgan zu einem 4-Wege-Ventil mit drosselnden Zwischenstellungen vereinigt sein. Bei einem solchen Ventil ist der Gleichlauf der Öffnungsquerschnitte auf einfache Weise gewährleistet.
Ferner kann das 4-Wege-Ventil als Umschaltorgan dienen und die umschaltbaren Schaltwege aufweisen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargesiel'ter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Schaltung für einen doppelt wirkenden Servomotor, bei dem die negative Last nur in einer Richtung Einfluß haben kann, und
Fig. 2 einen abgewandelten Teil der Fig. 3 mit einem doppelt wirkenden Servomotor, bei dem die negative Last in beiden Richtungen Einfluß nehmen ' kann.
Beider Ausführungsform nach Fig. 1 ist ein Servomotor 32 vorhanden, der einen Zylinder 33 und einen Kolben 34 aufweist, welcher durch eine äußere Last L belastet werden kann. Demzufolge sind auch zwei
Motoranschlußleitungen 35 und 36 vorhanden, die beide über je ein Sicherheitsventil 37 und 38 mit einer Tankleitung 23 in Verbindung stehen. Zum Nachfüllen ist die Motoranschlußleitung 36 über ein Rückschlagventil 39 mit der Tankleitung 23 verbunden. Die Motoranschlußleitung 35 steht über ein Reduzierventil 9 mit einem Anschluß 40, die Motoranschlußleitung 36 direkt mit einem Anschluß 41 eines 4-Wege-Umsteuerventils 42 in Verbindung, das mittels eines Handhebels 43 verstellbar ist. Für jede Betriebsrich-
-o tung gibt es ein erstes Drosselorgvv. 10 bzw. 10' für den Rückfluß und ein zweites Drossehrgan 44 bzw. 44'für den Zufluß. Beide Drosselorgane sind gemeinsam verstellbar. Sie haben für die Arbeitsstellung b (Stellweg x) und die Arbeitsteilung c (Stellweg y)
α paarweise gleichen Öffnungsquerschnitt. Außerdem ist eine Neutralstellung α vorhanden. Als Druckmittelquelle dient eine Pumpe 6 mit dem Pumpendruck ρ , der ein Sicherheitsventil 29 zugeordnet ist. Dieses öffnet, wenn ein vorgegebener Pumpendruck über-
iii schritten wird. Die Pumpe fördert aus einem Tank 11 Druckflüssigkeit über eine Zuflußleitung 7 zum 4-Wege-Umsteuerventil 42. In der Zuflußleitung ist ein Regelventil 21 vorgesehen, das einerseits vom Druck pr in der Zuflußleitung 7 und andererseits von
i'i einer Sollwertfeder 28 und dem Druck in einer Leitung 24 beaufschlagt wird. Das Reduzierventil 9 in der einen Motoranschlußleitung 35 weist einen ersten Druckraum 15 auf, der mit einem Punkt 16 zv< ischen dem Reduzierventil 9 und dem die Drosselorgane 10
'» bzw. 10' enthaltenden Umsteuerventil 42 verbunden ist, ^owie eine zweite Druckkammer 17, die mit der Leitung 24 verbunden ist und deren Druck gleichsinnig mit einer Sollwertfeder 18 wirkt. Druckkammer 17 und Leitung 24 sind in der Neutralstellung α über
■»> Schaltwege 25 im Umsteuerventil 42 mit der den Tankdruck p, führenden Tankleitung 23, und in jeder der beiden Arbeitsstellungen b und c über einen Schaltweg 26 mit einem den Druck p, führenden Punkt 27 hinter der Drossel 44 bzw. 44 verbunden. κ Hierbei ergibt sich die folgende Betriebsweise:
Wenn das Umsteuerventil 42 um einen Stellweg χ in. die Arbeitsstellung b verschoben wird, strömt Druckflüssigkeit von der Pumpe 6 über das Regelventil 21, das zweite Drosselorgan 44' und das Reduzier-
">■> ventil 9 auf die linke Seite des Servomotors 32. Gleichzeitig fließt Druckmittel über das erste Drosselorgan 10' zum Tank. Über den Schaltweg 26 wird der Druck pd an die Druckkammer 17 und die Leitung 24 gelegt. Demzulolge wird das Reduzierventil 9 von
trn der Sollwertfeder 18 vollständig geöffnet. Das Regelventil 21 hält den Druckabfall am Umsteuervsntil 42 konstant. Die zufließende Menge ist datier durch den Stellweg χ und die entsprechende Drosselöffnung im Drosselorgan 44' bestimmt.
h> Wird das Umsteuervemil 42 um einen Stellweg y in die Arbeitsstellung c verlagert, strömt zufließende Druckflüssigkeit über das Drosselorgan 44 direkt zur rechten Seite des Servomotors 32. Gleichzeitig wird
die Druckkammer 17 des Reduzierventils 9 wiederum mit dem Druck p4 versorgt, während der Druck ps am Punkt 16 durch das Reduzierventil 9 geregelt wird. Die rückfließende DruckflUssigkeitsmenge durchströmt das nunmehr geregelte Reduzierventil 9 und anschließend das einstellbare Drosselorgan 10. Wenn keine negative Last L vorhanden ist, ist der Druck pt nn der Druckkammer 17 wesentlich größer als der Druck p, in der Druckkammer 15, so daß das Reduzierventil 9 vollständig geöffnet ist und die Steuerung der Arbeitsmenge allein durch das Drosselorgan 44 erfolgt. Wenn jedoch die negative Last L größer wird, sinkt der Druck pd, bis schließlich der Druck P1 so groß wird, daß das Reduzierventil 9 in Schließrichtung bewegt wird. Dies ergibt eine Drosselung der Rück- \ flußmenge, so daß der Steuerbetrieb der Zuflußleitung noch aufrechterhalten werden kann. Wenn jedoch der Druck in der Motoranschlußleitung 36 aufgrund der negativen Last L so klein wird, dab auf der Zuflußseite keine Steuerung mehr möglich ist, ist : auch der Druck in der Druckkammer 17 so klein, daß der Druck P1 vom Reduzierventil 9 konstant gehalten werden kann und nunmehr die Steuerung der Durchflußmenge vom Drosselorgan 10 bewirkt wird.
Die Wirkungsweise läßt nachstehendes Berech- ι nungsbeispiel noch genauer erkennen. Es sei vorausgesetzt, daß der Druckabfall über die Drosselorgane 44 bzw. 44' mittels des Regelventils 21 auf 4 bar konstant gehalten wird, daß die Last L einem Druck von 200 bar entspricht, daß der Querschnitt des Zylinders ι links doppelt so groß ist wie rechts, daß die Sollwertfeder 18 einen Druck von 3 bar ausübt und daß die Drosselorgane 10, 44 bzw. 10', 44' paarweise die gleiche Öffnung haben. Ferner soll die Einstellung so vorgenommen sein, daß das Drosselorgan 44' von 5 1 pro Zeiteinheit durchströmt ist.
a) Wird das Umsteuerventil 42 in die Arbeitsstellung b verschoben, so läßt sich der Druckabfall am Drosselorgan 10' auf 1 bar berechnen. Wenn der Tankdruck gleich 0 bar ist, ergibt sich der Druck p, zu 201 bar und der Pumpendruck zu 204 bar.
b) Wird das Umsteuerventil 42 in die Arbeitsstel lung c verschoben, läßt sich der Druckabfall im Drosselorgan 10auf 16 barberechnen. Da dieser Druck gleich dem Druck pd in der Zuleitung plus einem konstanten Druck, der von der Feder 18 herrührt, ist, berechnet sich dieser Druck pd zu 13 bar und damit der Pumpendruck pf zu 17 bar. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist lediglich der jenseits des Umsteuerventils 42' liegende Teil der Schaltung veranschaulicht. Diesmal sind beide Anschlußleitungen 35 und 36 mit den zugehörigen Anschlüssen 40 und 41 über je ein Reduzierventil 9 bzw. 9' verbunden. Beide sind je von einem zum Motor 32 hin öffnenden Rückschlagventil 45,45' überbrückt. Die Druckkammer is steht mit dem Punkt iö, die Druckkammer 15' mit dem Punkt 16' in Verbindung. Die Druckkammer 17 steht mit einem Punkt 46 am Anschluß 41 bzw. an der Anschlußleitung 36 und die Druckkammer 17' mit einem Punkt 46' an der Anschlußleitung 35 bzw. am Anschluß 40 in Verbindung. Wenn der Anschluß 41 Zuflußdruck führt, wird der Servomotor 32 über das Rückschlagventil 45' gespeist. Das Reduzierventil 9 geht in die Offenstellung, so daß die Druckflüssigkeit ungestört abfließen kann. Lediglich wenn die Last L zu groß ist, und der Druck in dem Anschluß 41 sinkt, wirkt das Reduzierventil 9 drosselnd in der beschriebenen Weise. Dasselbe gilt auch für eine Verstellung des Motors 32 in der umgekehrten Richtung bei entsprechend umgekehrt wirkender äußerer Belastung.
Statt der Rückschlagventile 45, 45' können auch Reduzierventile 9, 9' verwendet werden, die nach Art des Reduzierventils 9 der Fig. 1 über das Umsteuerventil 42 angesteuert werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Anordnung zur Beeinflussung der Arbeitsmenge eines Servomotors, der zwei Motoranschlußleitungen aufweist, die über ein Umschaltorgan (Steuerventil) wahlweise mit einer an eine Druckmittelquelle angeschlossene Zuflußleitung bzw. mit einem Rücklauf verbindbar sind, wobei für den Rückfluß vom Motor ein einstellbares erstes Drosselorgan und davor ein druckabhängig gesteuertes Reduzierventil wirksam sind, dessen Stellglied in der einen Richtung durch einen in einer ersten Druckkammer herrschenden, zwischen Reduzierventil und erstem Drosselorgan abgenommenen Pilotdruck und in der anderen Richtung durch eine Sollwertfeder und einen in einer zweiten Druckkammer herrschenden Druck belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuflußleitomg ein einstellbares, mit dem ersten Drosselorgan (10,10') gekuppeltes zweites Drosselorgan (44, 44') angeordnet ist und daß der Druck (ρ,,) in der zweiten Druckkammer (17) zwischen zweitem Drosselorgan und Servomotor (32) abgenommen ist.
2. Anordnung nach Ansprach 1, gekennzeichnet durch ein mit dem zweiten Drosselorgan (44) in Reihe geschaltetes Regelventil (21), das den Druckabfall am zweiten Drosselorgan konstant hält.
3. Anordung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Reduzierventil in einer Motoranschlußleitung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß umschaltbare Schaltwege (26) vergesehen sind, die in jeder Arbeitsstellung (b, c) die zweite Druckkammer (17) mit dem Druck (pd) zwischen zweitem Drosselorgan (44,44') und Servormotor (32) versorgen.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Motoranschlußleitungen (35,36) je ein Reduzierventil (9,9') vorgesehen ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Drosselorgane (10, 44; 10', 44') jeweils etwa den gleichen Offnungsquerschnitt einnehmen.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduzierventil (9) so ausgelegt ist, daß der von ihm beeinflußte Druckabfall am ersten Drosselorgan (10, 10') höchstens gleich dem vom Regelventil (21) bestimmten Druckabfall am zweiten Drosselorgan (44, 44') ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (10,10') und das zweite (44, 44') Drosselorgan zu einem 4-Wege-Ventil (42, 42') mit drosselnden Zwischenstellungen vereinigt sind.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das 4-Wege-Ventil (42) als Umschaltorgan (10, 44; 10', 44') dient und die umschaltbaren Schaltwege (26) aufweist.
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