DE1183788B

DE1183788B - Multi-stage hydraulic adjusting device

Info

Publication number: DE1183788B
Application number: DEJ18267A
Authority: DE
Inventors: Marshall E Freemann
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1959-06-25
Filing date: 1960-06-11
Publication date: 1964-12-17

Description

Mehrstufige hydraulische Stellvorrichtung Die Erfindung betrifft eine mehrstufige hydraulische Stellvorrichtung zur wahlweisen Einstellung eines Betätigungsorgans in eine von mehreren Lagen, bei der mehrere gleichartige, einzeln über Ventile beaufschlagbare Zylindereinheiten in einem gemeinsamen Zylindergehäuse längsverschieblich in Reihe angeordnet sind, deren letzte auf das Betätigungsorgan wirkt.Multi-stage hydraulic adjusting device The invention relates to a multi-stage hydraulic adjusting device for the optional adjustment of an actuator in one of several positions in which several similar, individually actuated via valves Cylinder units in a common cylinder housing, longitudinally displaceable in series are arranged, the last of which acts on the actuator.

Hydraulisch oder pneumatisch arbeitende Vorrichtungen mit in Reihe geschalteten Kolben bzw. Zylindern, bei denen die Hübe der einzelnen Kolben in verschiedenen Kombinationen addiert werden können, sind bekannt. Bei diesen Vorrichtungen sind die Kolben zwischen zwei festen Anschlägen hin- und herbeweglich, und jeder Kolben ist über eine Kolbenstange mit dem nächsten Zylinder verbunden, so daß sich die Kolbenwege addieren. Durch untereinander unterschiedliche Kolbenwege in den einzelnen Zylindern kann auf diese Weise eine große Anzahl von Kombinationsmöglichkeiten erreicht werden, beispielsweise, wenn die Kolbenwege einer geometrischen Reihe entsprechen. Der letzte Kolben einer solchen Anordnung ist über seine Kolbenstange mit dem einzustellenden Teil verbunden.Hydraulically or pneumatically working devices with in series switched pistons or cylinders, in which the strokes of the individual pistons in different Combinations that can be added are known. These devices are the pistons reciprocate between two fixed stops, and each piston is connected to the next cylinder via a piston rod so that the Add piston travel. Due to different piston paths in the individual In this way, cylinders can achieve a large number of possible combinations for example, if the piston paths correspond to a geometric series. The last piston of such an arrangement is via its piston rod with the one to be set Part connected.

Eine bekannte Vorrichtung dieser herkömmlichen Bauart weist wegen der erforderlichen Mindesthöhe der Kolben im Verhältnis zu ihrem Durchmesser und wegen der Verbindungen zwischen Kolbenstangen und den jeweiligen Nachbarzylindern eine große Baulänge auf und erfordert bei Herstellung und Zusammenbau relativ hohe Genauigkeiten, damit durch das Fluchten der Wirkungslinien der einzelnen Einheiten eine einwandfreie Arbeitsweise gewährleistet ist. Weiterhin ist diese bekannte Vorrichtung aus einer beträchtlichen Anzahl Einzelteilen und Dichtungselementen zusammengesetzt, deren Zusammenbau und Wartung eines unerwünschten Aufwandes bedürfen. Außerdem sind in dieser Vorrichtung die Toleranzen für die Herstellung herkömmlicher Kolben und Zylinder sehr eng, wenn man die ausgewählten Stellungen des einzustellenden Teiles mit einer Genauigkeit von etwa 0,5 mm erreichen will, so daß die Herstellungskosten ungünstig hoch liegen.A known device of this conventional type has because of the required minimum height of the pistons in relation to their diameter and because of the connections between piston rods and the respective neighboring cylinders has a large overall length and requires relatively high during manufacture and assembly Accuracies, thus by aligning the lines of action of the individual units proper functioning is guaranteed. Furthermore, this known device composed of a considerable number of individual parts and sealing elements, the assembly and maintenance of which require an undesirable effort. Also are in this device the tolerances for the manufacture of conventional pistons and Cylinder very tight if you consider the selected positions of the part to be adjusted Wants to achieve with an accuracy of about 0.5 mm, so that the manufacturing cost are unfavorably high.

Diese Nachteile zu beseitigen ist die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe. Erfin.-dungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in jeder der stirnseitig einerseits geschlossenen und andererseits offenen Zylindereinheiten eine als Kolben wirkende Kugel eingesetzt ist, die unter Druckbeaufschlagung abdichtend gegen einen im Gehäuse der Zylindereinheit so bearbeiteten Sitz zur Anlage kommt, daß sie ein vorbestimmtes Maß über die Stirnfläche der offenen Zylinderseite hinausragt.The present invention is based on eliminating these disadvantages lying task. In accordance with the invention this is achieved in that in each of the cylinder units closed on the one hand and open on the other hand a ball acting as a piston is used, which seals under pressure comes to rest against a seat machined in the housing of the cylinder unit, that it protrudes a predetermined amount beyond the face of the open cylinder side.

Es können gemäß einer besonderen Ausführungsform der-:"Erfindung die durch das Hervortreten der Kugeln die wirksame Länge jeder Zylindereinheit vergrößernden Maße untereinander verschieden sein und aufsteigenden Zahlenfolgen entsprechen.According to a particular embodiment of the invention, the increasing the effective length of each cylinder unit by protruding the balls Dimensions differ from one another and correspond to ascending sequences of numbers.

Es sind weiterhin erfindungsgemäß zwei grundsätzlich verschiedene Anordnungen der Zylindereinheiten möglich: Die Zylindereinheiten können mit ihren offenen Enden in Betätigungsrichtung angeordnet sein, und zur Rückstellung der betätigten Zylindereinheiten und deren Kugeln in ihrer Ausgangslage ist der die Einstellbewegung übertragende Betätigungskolben an seiner Rückseite, wie es an sich bekannt ist, mit einer ständig druckbeaufschlagten, durch den Betätigungskolben reduziertenKolbenfläche versehen. Andererseits können die Zylindereinheiten auch mit ihren geschlossenen Enden in Betätigungsrichtung angeordnet werden und zur Rückstellung der betätigten Zylindereinheiten und deren Kugeln in ihre Ausgangslage die an dem in Betätigungsrichtung liegenden Ende des zylindrischen Gehäuses befindliche, mittels einer mit ihr verbundenen Kolbenstange die Einstellbewegungen übertragende Zylindereinheit, wie an sich bekannt, ständig entgegen der Betätigungsrichtung druckbeaufschlagt gehalten werden.According to the invention, there are also two fundamentally different ones Arrangements of the cylinder units possible: The cylinder units can with their be arranged open ends in the direction of actuation, and to reset the actuated The adjustment movement is the cylinder units and their balls in their starting position transmitting actuating piston on its rear side, as is known per se, with a constantly pressurized piston area reduced by the actuating piston Mistake. On the other hand, the cylinder units can also be closed with their Ends are arranged in the direction of actuation and to reset the actuated Cylinder units and their balls in their starting position in the direction of actuation lying end of the cylindrical housing, connected to it by means of a Piston rod, the cylinder unit transmitting the setting movements, as is known per se, are kept constantly pressurized against the direction of actuation.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung befindet sich zur Stoßdämpfung der Rückstellbewegung der Zylindereinheiten und deren Kugeln im der Betätigungsrichtung entgegengesetzten Ende des zylindrischen Gehäuses eine zusätzliche, gleichartige, ständig druckbeaufschlagte Zylindereinheit.According to an advantageous development of the invention is for shock absorption of the return movement of the cylinder units and their balls in the the Direction of actuation opposite end of the cylindrical housing an additional, similar, constantly pressurized cylinder unit.

Eine weitere Ausbildung nach der Erfindung wird darin gesehen, daß, wie es in anderen Vorrichtungen bekannt ist, in den die Rückstelleinrichtung und die Stoßdämpfeinrichtung speisenden Druckleitungen Druckregelventile angeordnet sind.A further embodiment according to the invention is seen in the fact that, as is known in other devices, in which the reset device and the shock absorber feeding pressure lines arranged pressure control valves are.

Der Erfindung sind eine große Anzahl von Vorteilen zu eigen.' Durch die Anordnung einzelner, mit ihren Stirnseiten aneinanderstoßender Zylindereinheiten ist die Baulänge der gesamten Vorrichtung wesentlich verkürzt. Weiterhin bestehen die Zylindereinheiten selbst nur noch aus ganz wenigen Teilen, sodaß die Vorrichtung leicht und billig zusammengesetzt und gewartet werden kann. Außerdem können Kugeln in der geforderten Toleranzgenauigkeit sehr einfach durch Auslesen bei der Massenfertigung für Kugellager beschafft werden, was sich auf die Herstellkosten ebenfalls günstig auswirkt. Schließlich wird mittels der Kugeln im Zusammenwirken mit dem entsprechend ausgedrehten Kugelsitz auf einfachste Weise eine zuverlässige Abdichtung erreicht.The invention has a large number of advantages. By the arrangement of individual cylinder units with their end faces butting against one another the overall length of the entire device is significantly reduced. Persist the cylinder units themselves only consist of very few parts, so that the device can be assembled and maintained easily and cheaply. You can also use bullets with the required tolerance accuracy very simply by reading out during mass production for ball bearings are procured, which is also favorable to the manufacturing costs affects. Finally, by means of the balls in cooperation with the corresponding twisted ball seat achieved a reliable seal in the simplest way.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Es zeigt F i g. 1 im Schnitt eine Stellvorrichtung mit Zylinderreihenschaltung, F i g. 2 schaubildlich und teilweise im Schnitt eine der in der Vorrichtung nach F i g. 1 verwendeten Zylindereinheiten, F i g. 3 eine Darstellung ähnlich F i g. 1 und die Stellvorrichtung in einer Arbeitsstellung, F i g. 4 eine andere Ausführungsform der Stellvorrichtung in der Darstellung ähnlich F i g. 1.The drawing shows an embodiment of the invention. It shows Fig. 1 in section an adjusting device with cylinder series connection, F i G. 2 diagrammatically and partially in section, one of the devices in the device according to FIG G. 1 cylinder units used, F i g. 3 shows a representation similar to FIG. 1 and the adjusting device in a working position, FIG. 4 another embodiment the adjusting device in the representation similar to FIG. 1.

Gemäß den Zeichnungen, insbesondere F i g. 1, besteht die Stellvorrichtung aus einer Mehrzahl von beweglichen Zylindereinheiten 10, einem Betätigungskolben 11 zur übertragung der Gesamtbewegung der Zylindereinheiten 10 und einer schematisch als Zeiger 13 dargestellten Anzegeeinrichtung für die auf der Skala 15 sichtbaren Positionen 14. Zylindereinheiten 10 und Betätigungskolben 11 sind in einem Gehäuse 16 axial beweglich geführt.According to the drawings, in particular FIG. 1, consists of the actuator a plurality of movable cylinder units 10, an actuating piston 11 for transmitting the overall movement of the cylinder units 10 and one schematically Display device shown as a pointer 13 for the visible on the scale 15 Positions 14. Cylinder units 10 and actuating piston 11 are in a housing 16 axially movably guided.

Da die Zylindereinheiten 10 untereinander nahezu gleich sind, wird hier nur eine von ihnen beschrieben. Gemäß F i g. 2 besteht jede Zylindereinheit 10 aus einem Zylinder 23, einer gehärteten Präzisionskugel 24 und einem Deckel 25; der den Zylinder 23 an einem Ende abschließt: Das aridere Ende 26 des Zylinders ist mit einem konischen Sitz 27 versehen, der die Präzisionskugel 24 aufnimmt. Eine @ Kontaktlinie 27L bildet eine erste- Bezugsebene entsprechend einem Kleinkreis der Kugel 24. Der Sitz 27 kann auch kreisförmig sein oder die Form eines Kugelabschnittes haben. Der Abstand »D« von der Kontaktlinie 27L der Kugel 24 und des konischen Sitzes 27 zur Stirnfläche 28 des Zylinders als zweite Bezugsfläche 28 bestimmt die Strecke »X« (F i g. 3), um die die Kugel 24 jeweils aus der Einheit 10 hervorsteht. Gemäß F i g. 1 und 3 sind die Zylindereinheiten 10 bis auf die Strecke »X« identisch. In vorliegendem Beispiel mögen die Strecken »X« einer Zahlenreihe 1, 2, 4 und 5 entsprechen, so daß auf der Skala 15 dreizehn Stellungen 0 bis 12 des Zeigers 13 möglich sind.Since the cylinder units 10 are almost identical to one another, only one of them will be described here. According to FIG. 2, each cylinder unit 10 consists of a cylinder 23, a hardened precision ball 24 and a cover 25; which closes the cylinder 23 at one end: The other end 26 of the cylinder is provided with a conical seat 27 which receives the precision ball 24. A contact line 27L forms a first reference plane corresponding to a small circle of the ball 24. The seat 27 can also be circular or have the shape of a segment of a sphere. The distance "D" from the contact line 27L of the ball 24 and the conical seat 27 to the end face 28 of the cylinder as the second reference surface 28 determines the distance "X" (FIG. 3) by which the ball 24 leaves the unit 10 protrudes. According to FIG. 1 and 3, the cylinder units 10 are identical except for the section "X". In the present example, the distances "X" may correspond to a series of numbers 1, 2, 4 and 5, so that thirteen positions 0 to 12 of the pointer 13 are possible on the scale 15.

Die verschiedenen Maße »X« werden also bei der Herstellung der Zylindereinheiten festgelegt durch entsprechende Wahl des Abstandes »D«: Dabei wird zunächst der konische Sitz 27 gedreht und'dsnn das Ende 26 des Zylinders 23 bearbeitet; bis die Strecke »X«, um die die an der Kontaktfläche anliegende Kugel über die bearbeitete Bezugsfläche 28 hinaus vorsteht, die gewünschte Größe hat.The various dimensions "X" are therefore determined during the manufacture of the cylinder units by appropriate selection of the distance "D": First, the conical seat 27 is rotated and the end 26 of the cylinder 23 is machined; until the distance "X" by which the ball resting on the contact surface protrudes beyond the machined reference surface 28 is of the desired size.

' Gemäß F i g. 1 sind außerdem Mittel vorgesfh, um einen Flüssigkeitsdruck auf jede der Einheittff 1b wahlweise zur Einwirkung zu bringen: Eine Pumpe 31 mit einer Druckleitung 32 und einer Saugleitung 33, die mit Zuführungsöffnungen 34a bis 34d im Gehäuse 16 über vier Dreiweg-Ventile 35a bis 35d (in der Zeichnung schematisch dargestellt) wahlweise im Wechsel verbunden sind. Die Ventile 35 können magnetbetätigt sein, wobei die einzelnen Magnete durch den gewünschten Stellungen 14' des Zeigers 13 entsprechende binär verschlüsselte Signale erregt werden.'According to FIG. 1, means are also provided to bring a liquid pressure to each of the units 1b optionally to act: A pump 31 with a pressure line 32 and a suction line 33, which are connected to feed openings 34a to 34d in the housing 16 via four three-way valves 35a to 35d ( shown schematically in the drawing) are optionally connected alternately. The valves 35 can be magnet-operated, the individual magnets being excited by binary-coded signals corresponding to the desired positions 14 'of the pointer 13.

Weiterhin enthält die Stellvorrichtung eine Einrichtung 37, die die Zylindereinheiten in ihre Ausgangsstellung bewegt. In F i g. 1 ist an dem mit einer Öffnung versehenen Ende des Gehäuses 16 der Betätigungskolben Il sichtbar, auf den über ein entsprechendes, mit der Druckleitung 32 der Pumpe 31 verbundenes Ventil 38 ein konstanter Flüssigkeitsdruck ausgeübt wird. Es können aber auch andere bekannte Mittel zum Erreichen der Zylinderausgangsstellung verwendet werden.The actuating device also contains a device 37 which moves the cylinder units into their starting position. In Fig. 1, at the end of the housing 16 provided with an opening, the actuating piston II can be seen, on which a constant fluid pressure is exerted via a corresponding valve 38 connected to the pressure line 32 of the pump 31. However, other known means for reaching the cylinder starting position can also be used.

Die in F i g. 1 gezeigte Stellvorrichtung kann werter mit einem Stoßdämpfer 39 versehen sein: Dieser besteht aus einer Zylindereinheit 40 ähnlich den Zylindereinheiten 10. Die Einheit 40 steht unter konstantem Druck aus der Druckleitung 32 über ein Ventil 41 und die Öffnung 34 e, wobei die hierdurch ausgeübte Kraft etwas größer als die auf den Betätigungskolben 11 ausgeübte ist; da die wirksame Fläche des letzteren Kolbens geringer ist.The in F i g. 1 can also be provided with a shock absorber 39 : This consists of a cylinder unit 40 similar to the cylinder units 10. The unit 40 is under constant pressure from the pressure line 32 via a valve 41 and the opening 34 e, whereby the force exerted by this is somewhat is greater than that exerted on the actuating piston 11; since the effective area of the latter piston is smaller.

Wenn die Zylindereinheiten 10 in der in F i g. 1 gezeigten Stellung sind, in der die Ventile 35 jede Einheit 10 mit der Rückleitung zur Pumpe 31 bzw. zum Sammelbehälter verbinden, und wenn :ein entsprechender Druck auf die Rückstellungseinrichtung 37 und die Stoßdämpfeinrichtung 39 ausgeübt wird und der den Hub darstellende Zeiger 13 z. B. in die Steillung »7« auf der Skala 15 gebracht werden soZ arbeitet die Vorrichtung in folgender Weise: De Ventile 35 a, 35 b und 35 c werden in die in F i g: 3 gezeigte Stellung gebracht, wodurch die Zylindereinheiten l0 a bis 10c druckbeaufschlagt werden. Die Kugel 24 der Einheit 10 a wird in den konischen Sitz 27 gedrückt und steht über die Bezugsfläche 28 hinaus um das vorbestimmte Maß »X« vor, das dem Abstand zwischen denPositionen 14 auf der Skala 15 entspricht. Ebenso wird die Kugel 24 der Einheit -10b in ihren konischen Sitz 27 gedrückt und ragt über ihre Bezugsfläche 28 vorbei eine Strecke vor, die zwei Skalenteilungen entspricht. Genauso steht die Kugel 24 der Einheit 10 c über ihre Bezugsfläche 28 hinaus eine Strecke vor, die vier Skalenabschnitten entspricht. Die Gesamtverschiebung des Kolbens 11 und des Zeigers 13 entspricht dann der Sumnw der Einzelverschiebungen der Einheiten 10 a bis 10 c. Es kann: also mittels Betätigung der Ventile 35 in verschiedenen Kombinationen jede der zwölf Stellungen auf der Skala 15 erreicht werden: F i g. 4 zeigt eine andere Form der in F i g. 1 gezeigten Stellvorrichtung; gleiche Teile sind darin mit gleichen Bezugsziffern wie in F i g. 1 und 3 bezeichnet. In dem in F i g. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Betätigungskolben 11 nach F i g. 1, der auch die Aufgabe erfüllt, die Zylindereinheiten 10 in ihre Ausgangsstellung zu bewegen und die Summe der Einzelbewegungen der Einheiten 10 zum Zeiger 13 zu übertragen, durch Umkehrung der Lage jeder der Einheiten 10 in bezug auf ihre Lage in F i g. 1 und durch eine geänderte Ausführung der letzten Einheit 10 d ausgeschaltet worden. Gemäß F i g. 4 ist die Einheit 10'd mit einer Kolbenstange 44 versehen, die durch das Gehäuse 16 hindurchgeführt ist. Daher erfüllt die Einheit 10'd gleichzeitig dieselbe Aufgabe wie der Kolben 11, ermöglicht aber eine weitere Verringerung der Baulänge. Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach F i g. 4 gleicht der in F i g. 1 gezeigten.When the cylinder units 10 are in the position shown in FIG. 1, in which the valves 35 connect each unit 10 to the return line to the pump 31 or to the collecting tank, and if: a corresponding pressure is exerted on the resetting device 37 and the shock-absorbing device 39 and the pointer 13 representing the stroke is e.g. B. be brought into the graduation "7" on the scale 15 soZ the device works in the following way: The valves 35 a, 35 b and 35 c are brought into the position shown in Fig: 3, whereby the cylinder units l0 a to 10c are pressurized. The ball 24 of the unit 10 a is pressed into the conical seat 27 and is by the predetermined amount "X" over the reference surface 28 also corresponding to the distance between denPositionen 14 on the scale 15 °. Likewise, the ball 24 of the unit -10b is pressed into its conical seat 27 and protrudes past its reference surface 28 by a distance which corresponds to two scale divisions. In the same way, the ball 24 of the unit 10 c projects beyond its reference surface 28 by a distance that corresponds to four scale sections. The total displacement of the piston 11 and the pointer 13 then corresponds to the sum of the individual displacements of the units 10 a to 10 c. Each of the twelve positions on the scale 15 can thus be reached by actuating the valves 35 in various combinations: FIG. 4 shows another form of the one in FIG. 1 shown adjusting device; the same parts are given the same reference numerals as in FIG. 1 and 3. In the one shown in FIG. The embodiment shown in FIG. 4 is the actuating piston 11 according to FIG. 1, which also fulfills the task of moving the cylinder units 10 into their starting position and transmitting the sum of the individual movements of the units 10 to the pointer 13 by reversing the position of each of the units 10 with respect to their position in FIG. 1 and has been switched off by a modified version of the last unit 10 d. According to FIG. 4, the unit 10'd is provided with a piston rod 44 which is passed through the housing 16. The unit 10'd therefore simultaneously fulfills the same task as the piston 11, but enables the overall length to be further reduced. The mode of operation of the device according to FIG. 4 is similar to that in FIG. 1 shown.

Die in den Ausführungsbeispielen den Hubwegen der einzelnen Zylindereinheiten zugrunde gelegte Zahlenfolge 1, 2, 4, 5 kann natürlich durch jede andere Zahlenfolge, z. B. die geometrische Reihe 1, 2, 4, 8 . . . , ersetzt werden. Ebenso ist die Anzahl der Einheiten nicht auf vier beschränkt, sondern kann innerhalb sinnvoller Grenzen beliebig verändert werden.In the exemplary embodiments, the stroke paths of the individual cylinder units The underlying sequence of numbers 1, 2, 4, 5 can of course be replaced by any other sequence of numbers, z. B. the geometric series 1, 2, 4, 8. . . , be replaced. So is the number The units are not limited to four, but can be used within reasonable limits can be changed at will.

Claims

Claims: 1. Multi-stage hydraulic adjusting device for the optional setting of an actuator in one of several positions, in which several similar cylinder units, which can be acted upon individually via valves, are arranged longitudinally displaceably in a row in a common cylinder housing, the last of which acts on the actuator, characterized in that that a ball (24) acting as a piston is inserted into each of the end-side closed (25) and the other open (26) cylinder units (10) which, when pressurized, seal against a seat so machined in the housing (23) of the cylinder unit (10) comes to the plant that it projects a predetermined amount (X) beyond the end face of the open cylinder side (26).

2. Device according to claim 1, characterized in that by the protrusion of the balls (24) the effective Length of each cylinder unit (10) increasing dimensions (X) are different from one another and correspond to ascending sequences of numbers.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the cylinder units (10) are arranged with their open ends (26) in the actuating direction and to reset the actuated cylinder units (10) and their balls (24) in their starting position of the The actuating piston (11) which transmits the adjustment movement is provided on its rear side in a manner known per se with a piston area which is constantly pressurized and which is reduced by the actuating piston (11).

4. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the cylinder units (10) with their closed Ends (25) are arranged in the direction of actuation and to reset the actuated Cylinder units (10) and their balls (24) in. Their starting position is that of the in The end of the cylindrical housing (16) located in the direction of actuation, transferring the setting movements by means of a piston rod (44) connected to it Cylinder unit (10) in a manner known per se, constantly against the direction of actuation is pressurized.

5. Device according to claims 1, 3 and 4, characterized in that that for shock absorption of the restoring movement of the cylinder units (10) and their Balls (24) in the direction of actuation opposite the end of the cylindrical Housing (16) an additional, similar, constantly pressurized cylinder unit (40) is located.

6. Device according to claims 3 and 4, characterized in that that in which the resetting device (37) and the shock-absorbing device (39) feed Pressure lines (32) arranged in a manner known per se pressure control valves (38, 41) are. Documents considered: French Patent No. 997,709; British Patent No. 786,201; U.S. Patent No. 2,699,757.