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Druckmittelbetätigter Servomotor, mit einem sich hin- und herbewegenden Betätigungsglied
Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetätigten Servomotor mit einem sich hin-und herbewegenden Betätigungsglied, z. B. für die Betätigung von Vorschubklinken einer Vorrichtung, die eine umkehrbare Drehbewegung ausführt.
Die gegenständliche Erfindung hat im einzelnen auf den Ventilmechanismus der genannten, nach Art eines Servomotors beschaffenen, Antriebsmaschine Bezug. Dabei wird von einer Bauweise mit einem Doppelventil, dessen beide Ventilteller unter dem Einfluss des Betätigungsgliedes für den Zulauf und Ablauf des Druckmittels wechselweise auf ihre Sitze gebracht werden, ausgegangen.
Bei dieser Bauweise kennzeichnet sich die Erfindung dadurch, dass die Ventilteller mit Ansätzen versehen sind, die dichtend in dem Ventildurchlauf gleiten. dass ferner ringförmige Spalte zwischen den Ventiltellern und ihren Sitzen ausgebildet sind, welche Spalte, bei einer begrenzten Bewegung der Ventilteller von ihren Sitzen weg, mit den Räumen ausserhalb der Ventilteller in Verbindung gesetzt werden, ohne dass die Durchläufe des Ventils dem Durchfluss des Druckmittels freigegeben werden, und dass die Ventilspindel des Doppelventils mit einem an sich bekannten Anschlag für das Zusammenwirken mit einem entsprechenden Anschlag des Betätigungsgliedes versehen ist, so dass das Betätigungsglied bei seiner Bewegung die Ventilspindel und ihre Ventilteller verschieben kann,
um die letzteren aus einer Stellung in eine andere Stellung umzusteuern.
Die Erfindung schafft, besonders in ihrer noch zu beschreibenden Ausgestaltung, den Vorteil, dass kleine Regelbewegungen ausreichen, um Druckmittel dem Arbeitsraum des Servomotors zuzuführen oder aus diesem abzuleiten, wozu sehr geräumige Durchflussquerschnitte zur Verfügung stehen. Die Einstellbewegung der Ventile wird in zwei Schritten ausgeführt. Der in der Arbeitskammer herrschende Überdruck wird im erstenSchritt an die gegenüberliegende Seite des Auslassventiltellers geführt, u. zw. in den Ringraum, der um den eigentlichen Durchflussquerschnitt, der in dieser Lage noch geschlossen ist, gebildet wird.
Als Ergebnis dieser DrucKangleichung zwischen der Vorder- und der Hinterseite des Ventils braucht das hin-und hergehende Glied des Servomotors auf die Ventilstange nur mit einer vergleichsweise geringen Kraft einzuwirken, nur um das Ventil mit seiner Absetzung ausser Eingriff mit dem Durchströmquerschnitt zu bringen und die ganze Fläche des Durchflussquerschnittes, der von dem Ringraum zu einer Auslassleitung führt, dem Druckmittel darzubieten. Der Betätigungsmechanismus der dazu dient, Druckmittel aus der Arbeitskammer zu liefern und aus dieser abzuleiten, ist als Folge der kleinen darauf wirkenden Kräfte einer überaus geringen Abnutzung unterworfen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei auf die Zeichnung verwiesen, in der im Querschnitt ein Ausführungsbeispiel des gegenständlichen Servomotors dargestellt ist, u. zw. zur Ausführung einer hinund hergehenden Bewegung.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung zeigt einen hin-und hergehende Bewegungen erzeugenden Servomotor 22, der sich zur Verwendung in einer Vorrichtung eignet, die einer Ventilspindel eine Drehbewegung erteilt, wozu Vorschubklinken mit einem Klinkenrad zusammenarbeiten. Es kann jedoch die erfindungsgemässe Ventileinrichtung in jedem andern durch Druckflüssigkeit getriebenen Motor von entsprechender Art angewendet werden.
Der Servomotor 22 umfasst ein Gehäuse 36, das eine hin-und hergehende Stange 23 einschliesst, die
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an einer Membran 37 mittels geeigneter Elemente 38, 39 angreift. Eine Feder 40 drückt die Membran dauernd bei der in der Zeichnung dargestellten Lage nach rechts. Eine Arbeitskammer 41, die zur Aufnahme des Arbeitsmittels bestimmt ist, ist an der gegenüberliegenden Seite der Membran 37 vorgesehen.
Ein Endteil der hin-und hergehenden Stange 23, die eine Innenkammer oder Bohrung 42 für eine Ven- tilstange 43 aufweist, erstreckt sich in diese Arbeitskammer. Die Ventilstange 43 ist in dieser Kammer 42 axial verstellbar und trägt eine Ventilplatte oder Ventilteller 44, die sich gegen eine Schulter 45 anlegt.
Der Ventilteller 44, der als Auslassventil wirkt, arbeitet mit einem Ventilsitz zusammen, der mit Durchlassöffnungen 46versehenist, dieinVerbindungmiteinerAuslassöffnung 47 stehen. Auf d er Ventilstange 43 ist eine Abstandhülse 48 vorgesehen, um den Abstand zwischen dem Auslassventil 44 und dem Einlassventilteller 49, der mit einem Ventilsitz zusammenarbeitet, der um eine Durchflussöffnung 50 ausgebildet ist, festzulegen.
Durchdiesen Durchlass 50 kann, wenn er geöffnet ist, Druckmittel in die Arbeitskammer 41 aus einem Einlass 51, der an eine nicht gezeichnete Druckmittelquelle angeschlossen zu denken ist, eintreten. Auf die Ventilstange 43 ist eine Mutter 52 aufgeschraubt, um die Ventilplatten 44 und 49 auf dieser Ventilstange 43 zu si- chern. Man beachte, dass die Auslassventilplatte 44 grösser ist als die Einlassventilplatte 49.
Die Ventilplatte 44 und 49 sind mit Absetzungen 53 und 54 versehen, die gleitend je in einen entsprechenden Teil 50 bzw. 46 der Fliessöffnungen passen, so dass ringförmige Räume um diese Teile der Öffnungen herum zwischen den Ventilplatten 44,49 und ihren Sitzen begrenzt sind, wenn die Ventilplatten sich auf ihre Sitze setzen. Die Ringräume 55,56 sind so beschaffen, dass sie bei einer beschränkten Bewegung der Ventilplatte 44,49 in einer Richtung von ihren Sitzen weg die Räume 55,56 mit den ausserhalb der Ventilplatte 44,49 befindlichen Räumen 41 und 51 verbunden sind, während die bezüglichen Absetzungen 53 oder 54 noch den Durchgang durch das Ventil sperren.
Ausserhalb der Ventilplatte 44 erstreckt sich die Ventilstange 43 in die Kammer 42, die in dem Ende der hin-und hergehenden Stange 23 ausgeführt ist. Ein Paar Hülsen 57 und 58 ist axial auf der Ventilstange 43 gleitbar. Eine Druckfeder 59 ist zwischen den Hülsen 57 und 58 vorgesehen. Die Hülse 57, die an die Ventilplatte 44 anschliesst, ist länger als die andere Hülse 58 und drückt gegen die Ventilplatte 44, wenn das Auslassventil geschlossen ist. Ein Sicherungsglied 60 ist in der Öffnung der Bohrung 42 vorgesehen, um mit einem Flansch in Eingriff zu geraten, der auf dem Ende der Hülse 57 gegenüber der Ventilplatte 44 vorgesehen ist. Eine innere Absetzung 62 der Bohrung 42 wirkt als Anschlag für die andere Hülse 58.
Das Ende der Ventilstange 43 ist mit einem Kopf 61 versehen, der in bestimmten Lagen der Ventilstange 43 mit der kürzeren Hülse 58 zusammenwirkt.
Der Servomotor und sein Ventileinstellmechanismus arbeiten auf folgende Weise :
Die Membran 37, die offensichtlich auch durch einen Kolben oder jedes andere Element das sich hinund herbewegen kann, ersetzt werden könnte, nehme angenommenerweise eine Lage ein, die durch eine nachgiebige Kraft, wie sie durch die Feder 40 erzeugt werden kann, bestimmt ist und in welcher Lage das Auslassventil 44 geschlossen ist. Die Membran 37 und die hin-und hergehende Kolbenstange 23 sind in einem Gehäuse 36 untergebracht.
Durch die Einlassöffnung 51 wird Druckmittel eingelassen, um die Membran 37, entgegen der Wirkung der Feder 40 zu verstellen, und strömt durch die Durchflussöffnung 50 des Einlassventils 49 in die Arbeitskammer 41, die an der Hinterseite derMembran 37 gebildet ist, und bewegt diese bei der in der Zeichnung dargestellten Lage nach links entgegen der Wirkung der Feder 40. indem in derArbeitskammer 41 ein Überdruck aufgebaut wird. Während dieser Bewegung wird der Auslassventilteller 44 geschlossen gehalten, u. zw. einerseits durch die Wirkung der Feder 59, die zwischen den Hülsen 57 und 58 gelagert ist und über die Hülse 57 auf den. Ventilteller 44wirkt und anderseits durch den Überdruck der auf dem Ventilteller 44 lastet, dessen entgegengesetzte Seite nur dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist.
Während der Bewegung der Membran 37 mit ihrer Stange 23 wird die kürzere oder innere Hülse 58 veranlasst, sich mit der Stange 23 zu bewegen, während sie sich unter der Wirkung der zwischen den Hülsen 57 und 58 befindlichen Druckfeder 59 gegen die Schulter 62 anlegt. Nachdem sie sich um einen vorbestimmten Weg verstellt hat, wirkt der in der Bohrung 42 befindliche, an dem Ende der Stange 23 ausgebildete Anschlag 60 mit einem Flansch zusammen, der an einem Ende der längeren oder äusseren Hülse 57 vorgesehen ist. In dieser Lage übt die Feder 59 keine Kraft auf die Hülse 57 mehr und demnach aui den Ventilteller 44 aus, so dass der letztere nur durch den in der Arbeitskammer 41 herrschenden Überdruck des Arbeitsmittels an seinem Platz gehalten wird.
Wenn sich die Stange 23 bei der in der Zeichnung dargestellten Lage des Gerätes weiter nach links bewegt, so bewegt der Anschlag 60 die äussere Hülse 57 längs der Ventilstange 43 unter Spannung der zwischen den Hülsen 57 und 58 befindlichen Druckfeder, sobald die Innenhülse 58 mit dem Kopf 61 der Ventilstange 43 in Berührung tritt. Nahe dem Ende des nach aussen gerichteten Hubes der Stange 23 kommt die Innenhülse 58 in Kontakt mit der Innenkante der benachbarten Aussenhülse 57.
Zufolge der Tatsache, dass in dieser Lage die Hülsen 57, 58 und del
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Kopf 61 sich miteinander in einem mechanischen Kontakt befinden, wird der Ventilstange 43 ein Stoss erteilt und als Folge davon wird der Auslassventilteller 44 um einen Betrag von seinem Sitz wegbewegt und das in der Arbeitskammer 41 befindliche Druckmittel strömt in den Ringraum 55, der an der Hinterseite des Ventiltellers 44 gebildet ist.
Zufolge des oben angegebenen gleitenden Zusammenwirkens der Absetzung 53 mit der ArbeitsmittelDurchtrittsöffnung 46 wird letztere während der genannten beschränkten Bewegung noch geschlossen sein, was zufolge des Ausgleiches des zu beiden Seiten des Ventiltellers 44 herrschenden Druckes zu einer erheblichen Verminderung der auf den Ventilteller 44 wirkenden Kräfte führt.
Da die Ventilteller 44 und 49 als eine Einheit auf der Ventilstange 43 angeordnet sind und sich voneinander in einer gleichbleibenden Entfernung befinden, wird sich der Eingangsventilteller 49 gleichzeitig um eine entsprechende Länge in einer Richtung gegen seinen Ventilsitz bewegen, wodurch der Flüssigkeitsdurchtrittsquerschnitt 50 des Einlassventils vermindert wird.
In der eben erläuterten Lage der Hülsen 57,58 und der Ventilstange 43, ist zwischen der Absetzung 62 der Bohrung 42 und der Kante der Innenhülse 58 ein Spiel vorhanden. Vermöge der Verminderung der Kraft die auf den Auslassventilteller 44 wirkt, ist die zwischen den Hülsen befindliche zusammengedrückte Feder 59 imstande, sich etwas zu entspannen und dadurch die Ventilstange 43, die mit der Innenhülse 58 durch ihren Kopf 61 in Berührung steht, in Richtung von dem Auslassventilsitz weg zu bewegen. Dadurch wird der Auslassventilteller 44 noch weiter von seinem Sitz abgehoben und die Arbeitskammer 41 kommt in freie Verbindung mit der Arbeitsmittel-Durchtrittsöffnung 46, was es der in der Arbeitskammer 41 befindlichen Flüssigkeit erlaubt, zum Auslass 47 zu strömen, wodurch die genannte Arbeitskammer 41 von Flüssigkeitsdruck entlastet wird und Atmosphärendruck annimmt.
Gleichzeitig kommt der Einlassventilteller 49 auf seinen Sitz und schliesst die Druckmittelverbindung zur Arbeitskammer endgültig.
Zufolge dieses Druckabfalles in der Arbeitskammer 41 kann die Feder 40 des Servomotors neuerlich die Membran 37 unter Druck setzen und die hin-und hergehendeStange 23 nachrechts (s. Zeichnung) verstellen.
Als Folge der Verstellung der hin-und hergehenden Stange nach innen kann die zwischen den Hülsen 57 und 58 befindliche Feder 59 sich dehnen, wogegen sich die äussere Hülse 57 relativ zur Ventilstange 43 gegen die Ventilplatte 44 bewegt. Sobald die Innenhülse 58 die Innenschulter 62 der Bohrung 42 berührt, wird die Zwischenfeder 59 zusammengedrückt, und die Auslassventilplatte 44 neuerlich in zwei Schritten unter der Wirkung der genannten Druckfeder, 59 und dem mechanischen, zwischen den Hülsen 57.
58 und der Stange 23 bestehenden Kontakt geschlossen.
In dem ersten der genannten Schritte wird das Einlassventil 49 ausser Berührung mit seinem Sitz gebracht, während seine Absetzung 54 noch den Durchgang durch das Ventil sperrt und die Schulter oder Absetzung 53 des Auslassventiltellers 44 den Durchflussquerschnitt zum Auslass 47 vermindert. In dem andern Schritt öffnet der Eingangsventilteller 49 gänzlich den Durchgang durch das genannte Ventil, während der Auslassventilteller 44 mit seinem Sitz zusammenwirkt. Dadurch wird frisches Arbeitsmittel in die Arbeitskammer 41 geliefert und die Wirkung der hin-und hergehenden Stange 23 umgekehrt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. DruckmittelgetriebenerServomotor, mit einemsich hin-und herbewegendenBetätigungsglied. z. B.
EMI3.1
bracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilteller (44, 49) mit Ansätzen (53, 54) versehen sind, die dichtend in dem Ventildurchlauf (46, 50) gleiten, dass ferner ringförmige Spalte (55,56) zwischen den Ventiltellern (44,49) und ihren Sitzen ausgebildet sind, welche Spalte, bei einer begrenzten Bewegung der Ventilteller, von ihren Sitzen weg, mit den Räumen (41,51) ausserhalb der Ventilteller in Verbindung gesetzt werden ohne dass die Durchläufe (46, 50) des Ventils dem Durchfluss des Druckmittels freigegeben werden, und dass die Ventilspindel (43) des Doppelventils mit einem an sich bekannten Anschlag (61) für das Zusammenwirken mit einem entsprechenden Anschlag des Betätigungsgliedes (23)
versehen ist, so dass durch die Bewegung des Betätigungsgliedes die Ventilspindel (43) und ihreVentiltel- ler (44,49) verschiebbar sind, um die letzteren aus einer Stellung in eine andere Stellung umzusteuern.