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PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Stützung der Gewindespindel (9) eines Linearverstärkers, der eine leistungsschwache Drehbewegung eines Steuerorgans in eine gradlinige Stellbewegung einer in einem Zylinder (3) angeordneten Kolbenstange (6) eines Arbeitskolbens 5) umwandelt, wobei das Steuerorgan mit einer Gewindespindel (9) verbunden ist, deren freies Ende in eine Axialbohrung (25) der Kolbenstange (6) ragt und in eine im Arbeitskolben (5) vorgesehene Spindelmutter (13) eingreift, gekennzeichnet durch eine verschiebbare, die Gewindespindel (9) mindestens teilweise umgreifende Lagerhülse (10) mit einer vorderen Lagerbüchse (11), die bei ganz oder teilweise eingefahrener Kolbenstange (6) die Gewindespindel (9) auf die Kolbenstange (6) abstützt und die über einen Verbindungssteg (16) mit einer hinteren Lagerbüchse (12) verbunden ist,
die bei ganz oder teilweise ausgefahrener Kolbenstange (6) die Gewindespindel (9) auf den Zylinder (3) abstützt.
2. Linearverstärker mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungssteg (16) als Hohlzylinder mit zwei Längsnuten (14, 15) ausgebildet ist, und die im Verbindungssteg (16) verschiebbar geführte Spindelmutter (13) über zwei durch die Längsnuten (14, 15) hindurchführende Nocken (17, 18) mit dem Arbeitskolben (5) fest verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Bohrungen (23, 24) der Lagerbüchsen (11, 12) sich zur Mitte hin verjüngen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hintere Lagerbüchse (12) mindestens eine im wesentlichen in axialer Richtung verlaufende Öffnung (22) für den Durchfluss von Druckflüssigkeit aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den beiden Lagerbüchsen (11, 12) etwa gleich der halben Länge der Gewindespindel (9) ist.
Linearverstärker sind leistungsfähige hydraulische Antriebseinheiten für präzise, geradlinige Stellbewegungen.
Die Ansteuerung erfolgt über ein Steuerorgan, das ein Schrittmotor oder ein Gleichstrommotor sein kann, welches über eine drehsteife und axialelastische Kupplung mit einem Steuerkolben verbunden ist, der wiederum mit einer Gewindespindel gekoppelt ist. Durch Drehung des Steuerorgans schraubt sich die Gewindespindel je nach Drehsinn entweder in eine im Arbeitskolben drehfest angeordnete Spindelmutter hinein oder aus ihr heraus und bewirkt eine Axialauslenkung des Steuerkolbens.
Ein freigegebener Ölstrom bewirkt eine Stellbewegung des in einem Hydrozylinder axial verschiebbar angeordneten Arbeitskolbens. Bekannte Linearverstärker besitzen Hydrozylinder, die nicht wesentlich länger als 1500 mm sind. Die Begrenzung ist durch die Gewindespindel gegeben, deren erste kritische Drehzahl bei einer Länge von 1500 mm und einem Durchmesser von etwa 11 mm bei 500 Umdrehungen pro Minute liegt. Für viele Anwendungen sind jedoch höhere Drehgeschwindigkeiten und längere Hydrozylinder, beispielsweise bis etwa 3000 mm, erforderlich.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zu schaffen, die ermöglicht, Linearverstärker mit längeren Hydrozylindern bei erhöhter nichtkritischer Drehzahl der Gewindespindel zu bauen.
Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht eine Vergrösserung der Hublänge und/oder eine Verkleinerung der Gewindespindel- und Zylinderdurchmesser. Damit verbunden sind eine Verkleinerung des Massenträgheitsmomentes der Spindel und eine Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit sowie kürzere Stellzeiten.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Hydrozylinder mit vollständig eingefahrener Kolbenstange,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Hydrozylinder entlang der Linie Il-II der Fig. 1,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Hydrozylinder mit teilweise ausgefahrener Kolbenstange, und
Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Hydrozylinder mit vollständig ausgefahrener Kolbenstange.
Der Hydrozylinder 1 gemäss Fig. 1 weist einen Zylinder 3 auf, der an einem Ende mit einem Zylinderdeckel 7 verschlossen und am anderen Ende mit einem Ventilgehäuse 2 verbunden ist. In der Zylinderbohrung 4 ist ein in nicht näher dargestellter Weise gegen Drehung gesicherter Arbeitskolben 5 vorgesehen, der am Innenende einer durch den Zylinderdeckel 7 hindurchgeführten Kolbenstange 6 angeordnet ist. Die Kolbenstange 6 besitzt eine axiale Bohrung 25, in der die vordere Lagerbüchse 11 und der Verbindungssteg 16 einer Lagerhülse 10 verschiebbar geführt sind. Eine mit der vorderen Lagerbüchse 11 über den Verbindungssteg 16 fest verbundene hintere Lagerbüchse 12 ist in der axialen Bohrung 4 des Zylinders 3 geführt. Beide Lagerbüchsen 11 und 12 besitzen axiale Bohrungen 23 und 24, die sich zur Mitte hin verjüngen.
Von einer nicht dargestellten Druckölquelle kann der vorderen Druckkammer 26 durch eine Öffnung 21 im Zylinder Drucköl zugeführt und für den Arbeitshub abgeführt werden.
Durch einen Kanal 8 im Ventilgehäuse 2 und durch die axialen Bohrungen 22 und 22' in der hinteren Lagerbüchse 12 ist die hintere Druckkammer 30 (Fig. 3) mit der Druckölquelle verbindbar. Das vordere Ende der Gewindespindel wird durch ein Endlager 20 auf die Kolbenstange 6 abgestützt.
Die Fig. 1 zeigt einen Hydrozylinder 1 mit vollständig eingefahrener Kolbenstange 6. Durch den Anschlag der hinteren Lagerbüchse 12 am Ventilgehäuse 2 und an der Rückfläche des Arbeitskolbens 5, ist die Lagerhülse 10 in ihrer Lage fixiert. Die vordere Lagerbüchse 11 stützt die Gewindespindel 9 im Bereich zwischen Spindelmutter 13 und Endlager 20.
Die Spindelstützweite kann in dieser Endlage durch entsprechende Länge des Verbindungssteges 16 halbiert werden.
Durchflussöffnungen 22 und 22' in der hinteren Lagerbüchse 12 ermöglichen, dass auch in dieser Position die Rückfläche 27 des Arbeitskolbens 5 mit Drucköl beaufschlagbar ist.
Wie Fig. 2 zeigt, ist der Verbindungssteg 16 als Hohlzylinder ausgebildet, der zwei diametral gegenüberliegende Längsnuten 14 und 15 aufweist. Die Spindelmutter 13, in welche die Gewindespindel 9 eingeschraubt ist, ist über zwei durch die Längsnuten 14 und 15 führende Nocken 17, 18 mit dem Arbeitskolben 5 fest verbunden.
Die Fig. 3 zeigt einen Hydrozylinder 1 mit teilweise ausgefahrener Kolbenstange 6. Die Lagerhülse 10 nimmt eine beliebige Position zwischen den Anschlägen der vorderen Lagerbüchse 11 oder der hinteren Lagerbüchse 12 ein. In jeder Position sind die Spindelstützweiten gleich oder kürzer als in den Endpositionen.
Die Fig. 4 zeigt einen Hydrozylinder 1 mit ganz ausgefahrener Kolbenstange 6. Die Lagerhülse 1u nimmt zwangsläufig die rechte Endposition ein. Die hintere Lagerbüchse 12 stützt die Gewindespindel 9 in einem Bereich zwischen Ventilgehäuse 2 und Rückseite 27 des Arbeitskolbens 5.
Bei ganz ausgefahrenen Kolben 6 ist die Lage der Lagerhülse 10 bedingt durch den Anschlag der vorderen Lagerbüchse 11 am Endlager 20 und an der Spindelmutter 13 fixiert. Die hintere Lagerbüchse 12 stützt die Gewindespindel 9 in einem Bereich zwischen Ventilgehäuse 2 und Rückseite 27 des Arbeitskolbens 5.
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PATENT CLAIMS
1. Device for supporting the threaded spindle (9) of a linear amplifier, which converts a low-power rotary movement of a control member into a straight-line actuating movement of a piston rod (6) of a working piston 5) arranged in a cylinder (3), the control member having a threaded spindle (9) is connected, the free end of which projects into an axial bore (25) of the piston rod (6) and engages in a spindle nut (13) provided in the working piston (5), characterized by a displaceable bearing sleeve (10) which at least partially encompasses the threaded spindle (9). with a front bearing bush (11) which supports the threaded spindle (9) on the piston rod (6) when the piston rod (6) is fully or partially retracted and which is connected to a rear bearing bush (12) via a connecting bar (16),
which supports the threaded spindle (9) on the cylinder (3) when the piston rod (6) is fully or partially extended.
2. Linear amplifier with a device according to claim 1.
3. Device according to claim 1, characterized in that the connecting web (16) is designed as a hollow cylinder with two longitudinal grooves (14, 15), and the spindle nut (13) slidably guided in the connecting web (16) via two through the longitudinal grooves (14, 15) leading cams (17, 18) is firmly connected to the working piston (5).
4. The device according to claim 1, characterized in that the axial bores (23, 24) of the bearing bushes (11, 12) taper towards the center.
5. The device according to claim 1, characterized in that the rear bearing bush (12) has at least one substantially axial opening (22) for the flow of hydraulic fluid.
6. The device according to claim 1, characterized in that the distance between the two bearing bushes (11, 12) is approximately equal to half the length of the threaded spindle (9).
Linear amplifiers are powerful hydraulic drive units for precise, linear actuating movements.
The control takes place via a control element, which can be a stepper motor or a DC motor, which is connected via a torsionally rigid and axially elastic coupling to a control piston, which in turn is coupled to a threaded spindle. By rotating the control element, the threaded spindle either screwed into or out of a spindle nut arranged in a rotationally fixed manner in the working piston, depending on the direction of rotation, and causes an axial deflection of the control piston.
A released oil flow causes an adjusting movement of the working piston which is axially displaceable in a hydraulic cylinder. Known linear amplifiers have hydraulic cylinders that are not significantly longer than 1500 mm. The limitation is given by the threaded spindle, the first critical speed of which is 1500 mm in length and approximately 11 mm in diameter at 500 revolutions per minute. For many applications, however, higher rotational speeds and longer hydraulic cylinders, for example up to approximately 3000 mm, are required.
It is therefore an object of the invention to provide a device which makes it possible to build linear amplifiers with longer hydraulic cylinders at an increased non-critical speed of the threaded spindle.
The object is achieved by the features listed in the characterizing part of patent claim 1. Further advantageous designs result from the dependent claims.
The device according to the invention enables the stroke length to be increased and / or the threaded spindle and cylinder diameter to be reduced. This is associated with a reduction in the moment of inertia of the spindle and an increase in the feed rate as well as shorter operating times.
An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. Show it:
1 shows a longitudinal section through a hydraulic cylinder with the piston rod fully retracted,
2 shows a cross section through the hydraulic cylinder along the line II-II of FIG. 1,
Fig. 3 shows a longitudinal section through a hydraulic cylinder with the piston rod partially extended, and
Fig. 4 shows a longitudinal section through a hydraulic cylinder with the piston rod fully extended.
The hydraulic cylinder 1 according to FIG. 1 has a cylinder 3, which is closed at one end with a cylinder cover 7 and connected to a valve housing 2 at the other end. In the cylinder bore 4, a working piston 5, which is secured against rotation in a manner not shown, is provided, which is arranged at the inner end of a piston rod 6 passed through the cylinder cover 7. The piston rod 6 has an axial bore 25 in which the front bearing bush 11 and the connecting web 16 of a bearing sleeve 10 are slidably guided. A rear bearing bush 12, which is firmly connected to the front bearing bush 11 via the connecting web 16, is guided in the axial bore 4 of the cylinder 3. Both bearing bushes 11 and 12 have axial bores 23 and 24 which taper towards the center.
From a pressure oil source, not shown, the front pressure chamber 26 can be supplied with pressure oil through an opening 21 in the cylinder and discharged for the working stroke.
The rear pressure chamber 30 (FIG. 3) can be connected to the pressure oil source through a channel 8 in the valve housing 2 and through the axial bores 22 and 22 'in the rear bearing bush 12. The front end of the threaded spindle is supported on the piston rod 6 by a final bearing 20.
1 shows a hydraulic cylinder 1 with the piston rod 6 completely retracted. The bearing sleeve 10 is fixed in its position by the stop of the rear bearing bush 12 on the valve housing 2 and on the rear surface of the working piston 5. The front bearing bush 11 supports the threaded spindle 9 in the area between the spindle nut 13 and the final bearing 20.
The spindle support width can be halved in this end position by a corresponding length of the connecting web 16.
Flow openings 22 and 22 'in the rear bearing bush 12 enable the rear surface 27 of the working piston 5 to be acted upon with pressure oil even in this position.
2 shows, the connecting web 16 is designed as a hollow cylinder which has two diametrically opposed longitudinal grooves 14 and 15. The spindle nut 13, into which the threaded spindle 9 is screwed, is firmly connected to the working piston 5 via two cams 17, 18 leading through the longitudinal grooves 14 and 15.
3 shows a hydraulic cylinder 1 with the piston rod 6 partially extended. The bearing sleeve 10 assumes any position between the stops of the front bearing bush 11 or the rear bearing bush 12. In each position, the spindle spans are the same or shorter than in the end positions.
4 shows a hydraulic cylinder 1 with the piston rod 6 fully extended. The bearing sleeve 1u inevitably assumes the right end position. The rear bearing bush 12 supports the threaded spindle 9 in a region between the valve housing 2 and the rear side 27 of the working piston 5.
When the piston 6 is fully extended, the position of the bearing sleeve 10 is fixed due to the stop of the front bearing bush 11 on the end bearing 20 and on the spindle nut 13. The rear bearing bush 12 supports the threaded spindle 9 in a region between the valve housing 2 and the rear side 27 of the working piston 5.