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Die Erfindung betrifft eine mehrstufige hydraulische Stellvorrichtung
mit konzentrisch ineinander verschiebbaren, gleichzeitig als Kolben wirkenden Zylindern,
deren Innenräume jeweils an einem Zylinderende mit Zuführungskanälen verbunden sind,
und mit einer die Zylinder durchdringenden Stellstange, die eine als Kolben dienende,
in den innersten Zylinder passende Schulter aufweist.
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Bei bekannten Stellvorrichtungen der erwähnten Art nach der USA.-Patentschrift
2 831464 sind die als Kolben wirkenden Zylinder auf einer Seite durch Schraubenfedern
vorgespannt. Diese Schraubenfedern beanspruchen einen verhältnismäßig großen Raum,
was die Bauabmessungen erhöht. Ein zur Auslenkung verwendetes Druckfluid muß entsprechend
der Charakteristik der die Gegenkraft ausübenden Schraubenfeder mit stetig wachsendem
Druck zugeführt werden.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer demgegenüber
verbesserten Stellvorrichtung, welche bei geringen Bauabmessungen zur Auslenkung
ein lediglich konstanten Druck aufweisendes Druckfluid benötigt.
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Erreicht wird dies dadurch, daß die Zylinder jeweils an beiden Enden
durch Stirnwände geschlossen sind, welche die Stellstange druckdicht durchdringt,
und daß die Innenräume jeweils auch am anderen Zylinderende mit Zuführungskanälen
versehen sind.
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Wegen des Fehlens von Druckfedern läßt sich auf diese Weise gegenüber
bekannten Stellvorrichtungen eine Verkürzung der axialen Baulänge erzielen. Schon
bei einem geringen überdruck in einer Verdrängungskammer eines bestimmten Zylinders
wird dieser entgegen dem konstanten Druck von dessen anderer Verdrängungskammer
in die Endstellung ausgelenkt.
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Die Erfindung ist nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer mehrstufigen hydraulischen Stellvorrichtung
gemäß der Erfindung in Stirnansicht sowie in aufgebrochener Darstellung, F i g.
2 einen Schnitt nach Linie 2-2 von F i g. 1, wobei die Vorrichtung in voll zurückgeschobener
Lage dargestellt ist, F i g. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 von F i g. 2, F i g.
4 einen Schnitt ähnlich F i g. 2, wobei die Vorrichtung in teilweise vorgeschobener
Lage dargestellt ist.
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Gemäß der Zeichnung ist eine Stehstange 10 in einen Zylinder 14 hinein
und aus diesem heraus verschiebbar. Der Zylinder 14 weist zwei durch Schrauben 20,
21 verbundene Stirnwände 16 und 18 auf. Diese Stirnwände weisen Bohrungen 22 bzw.
24 auf, so daß Durchgänge für die Stellstange 10 geschaffen sind, gegen die dort
Abdichtungen 26, 28 anliegen, um das Innere des Zylinders 14 gegen die äußere Atmosphäre
abzudichten. Innerhalb des Zylinders 14 und konzentrisch sowohl zu diesem als auch
zu der Stellstange 10 sind fünf konzentrische, gleichzeitig als Kolben wirkende
Zylinder 40, 42, 44, 46, 48 vorgesehen, welche je zwei Stirnwände 50, 68 bzw. 52,
66 bzw. 54, 64 bzw. 56, 62 bzw. 58, 60 aufweisen, die mit den Zylindern durch Schrauben
70, 80, 72, 82, 74, 84, 76, 86, 78 bzw. 88 verbunden sind. Die Stirnwände haben
im wesentlichen in ihrer Mitte je eine Bohrung 90, welche von der Stellstange 10
durchsetzt wird, wobei die Stellstange gegen die Bohrungen durch Abdichtungen 92
abgedichtet ist. Der äußerste Zylinder 40 dieser Gruppe ist innerhalb des
Zylinders 14 verschiebbar angeordnet, und die anderen Zylinder 42, 44, 46, 48 sind
jeweils ineinander verschiebbar vorgesehen. Alle weisen zur Abdichtung gegeneinander
Abdichtungen 94 auf, die in Nuten 96 ihrer äußeren Zylinderflächen angeordnet sind.
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Die einzelnen Stirnwände haben konzentrische Anschläge 98, 100, 102,
104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118 und 120, die der Innenseite des betreffenden
Zylinders zu gerichtet sind. Die gesamte Länge des Zylinders 40 ist willkürlich
gewählt und in dem dargestellten Beispiel um einen Abstand a kürzer als der Raum
zwischen den Anschlägen 98 und 120 an den Stirnwänden des Zylinders 14. Die Gesamtlänge
des Zylinders 42 ist willkürlich gewählt und in dem dargestellten Beispiel um einen
Abstand b kürzer als der Raum zwischen den Anschlägen 100 und 118 des Zylinders
40, wobei b doppelt so groß wie a ist.
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Die einzelnen, aufeinanderfolgenden konzentrischen Zylinder haben
in der gleichen Weise einen maximalen Hub innerhalb des sie jeweils unmittelbar
umgebenden Zylinders, der doppelt so groß wie der maximale Hub dieses Zylinders
ist. Außer den bereits erwähnten Hüben a und b ergeben sich also noch
Hübe c, d und e (F i g. 2). Mit der Stellstange 10 ist eine als doppeltwirkender
Kolben ausgebildete Schulter 11 einstückig ausgebildet, die innerhalb des Zylinders
48 hin und her verschiebbar ist und einen maximalen Hub f aufweist, der doppelt
so groß wie der Hub eist.
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An dem Zylinder 14 ist eine Vielzahl von Anschlußleitungen 122, 124,
126, 128, 130, 132 vorgesehen, die in Verbindung mit Rückzugskammern 134, 136, 138,
140, 142 und 143 stehen, um so die Stellstange gemäß F i g. 2 nach rechts zu drücken.
Die Anschlußleitung 122 führt direkt zu der Rückzugskammer 134 über einen Kanal
144. Die Anschlußleitung 124 führt zu der Rückzugskammer 136 über einen Kanal 146,
der mit einer Ringnut 148 an der äußeren Fläche des Zylinders 40 verbunden ist.
Die Ringnut 148 ihrerseits steht mit der Rückzugskammer 136 über mindestens einen
Kanal 150 in Verbindung. Die Anschlußleitung 126 führt zu der Rückzugskammer
138 über einen Kanal 152, der mit einer Ringnut 154 an der äußeren Fläche des Zylinders
40 verbunden ist, über einen Kanal 156, der mit einer Ringnut 158 an der äußeren
Fläche des Zylinders 42 verbunden ist, sowie über einen Kanal 160. Die Anschlußleitung
128 steht in Verbindung mit der Rückzugskammer 140 über einen Kanal 162, eine Ringnut
164, einen Kanal 166, eine Ringnut 168, einen Kanal 170, eine Ringnut 172 und einen
Kanal 174.
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In der gleichen Weise ist die Anschlußleitung 130 mit der Rückzugskammer
142 über einen Kanal 176, eine Ringnut 178, einen Kanal 180, eine Ringnut 182, einen
Kanal 184, eine Ringnut 186, einen Kanal 188, eine Ringnut 190 und einen Kanal 192
in Verbindung. Die Anschlußleitung 132 ist mit der Rückzugskammer 143 über einen
Kanal 177, eine Ringnut 179, einen Kanal 181, eine Ringnut 183, einen Kanal 185,
eine Ringnut 187, einen Kanal 189, eine Ringnut 191, einen Kanal 193, eine Ringnut
195 und einen Kanal 197 verbunden, der zur Rückzugskammer 143 führt.
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Den Rückzugskammern 134, 136, 138, 140, 142 und 143 wird im Betrieb
ein Druckfiuid zugeführt, wodurch die rechten Stirnwände der Zylinder sowie
die
Schulter 11, wie in F i g. 2 dargestellt, zur Anlage gegen die Anschläge 120, 118,
116, 114, 112 und 110 kommen. Hierdurch entstehen ringförmige Vorschubkammern 204,
206, 208, 210, 212 und 214. In dem Zylinder 14 ist ferner eine Gruppe von weiteren
Anschlußleitungen 194, 196, 198, 200, 202 und 203 vorgesehen, um wahlweise die Vorschubkammern
mit einem Druckfluid über Kanäle 216, 218, 222, 224, 228, 232, 234, 238, 242, 246,
248, 252, 256, 260, 264, 266, 270, 274, 278, 282, 286 und Ringnuten 220,
226, 230, 236, 240, 244, 250, 254, 258, 262, 268, 272, 276, 280, 284 zu verbinden.
Die Anschlußleitungen werden paarweise gesteuert. Wenn beispielsweise ein Druckfluid
in die Vorschubkamrner 204 über die Anschlußleitung 194 eingeführt wird, so wird
Druckfluid über die Anschlußleitung 122 aus der Rückzugskammer 134 herausgedrückt.
In gleicher Weise werden die Anschlußleitungen 196 und 124, 198 und 126, 200 und
128, 202 und 130, 203 und 132 wahlweise gemeinsam gesteuert, um so die Stellstange
10 linear in einem bestimmten Maß gegenüber dem äußeren Zylinder 14 entsprechend
der beaufschlagten Zylinderstufe bzw. den beaufschlagten Zylinderstufen zu bewegen.
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Die Stellung der Vorrichtung gemäß F i g. 2 entspricht einer Binärzahl
000000. Wenn beispielsweise ein Druckfluid den Vorschubkammern 208 und 214 zugeführt
wird, wobei zu gleicher Zeit Druckfluid aus den Rückzugskammern 138 und 143 ausströmt,
so nimmt die Vorrichtung die Stellung gemäß F i g. 4 ein. Der Zylinder 44 hat sich
nach links um den Abstand c bewegt, bis seine Stirnwand 54 gegen den Anschlag 102
unter der Wirkung des Druckfluids anliegt, das der Vorschubkammer 208 zugeführt
wurde, wodurch ein Druck auf die Stirnwand 54 ausgeübt wird. Zu gleicher Zeit hat
der Zylinder 44 die in ihm angeordneten Zylinder mitgenommen, d. h. die Zylinder
46, 48 und die Schulter 11, welche sich damit um den gleichen Abstand c wie der
Zylinder 44 bewegen. In ähnlicher Weise wurde die Schulter 11 um den Abstand f durch
das der Vorschubkammer 214 zugeführte Druckfluid so weit nach links bewegt, bis
sie gegen den Anschlag 108 anliegt. Die Stellstange hat sich damit um einen Abstand
c -i-- f verschoben und nimmt nun eine Stellung ein, die einem Analogwert
36 bzw. einer Binärzahl 100100 entspricht.
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Wenn die Stellstange 10 auf einen Analogwert 53 bzw. eine Binärzahl
110101 einzustellen ist, so muß die Bewegung der Summe der Hübe a, c, e und
f entsprechen. Damit wird das Druckfluid den Vorschubkammern 204, 208, 212 und 214
zugeführt, und die Rückzugskammern 134, 138, 142, 143 werden entleert.
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Mit der dargestellten Zahl von Zylindern kann die Stellstange 64 unterschiedliche
Stellungen zwischen Null (Binärzahl 000000) und 63 (Binärzahl 111111) einnehmen.
Wenn ein Zylinder weggelassen wird, so beträgt die Zahl der möglichen Stellungen
der Stellstange 32; bei einem zusätzlichen Zylinder würde sie 128 betragen.
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Es können selbstverständlich beliebig viele Zylinder verwendet werden.
Obgleich in der Zeichnung der Zylinder 14 ortsfest und die Stehstange beweglich
dargestellt sind, kann diese Anordnung jedoch auch umgekehrt werden. Die volumetrische
Kapazität der einzelnen Kammern kann im wesentlichen für alle Zylinder gleich sein
oder gleich gemacht werden. Dies ergibt sich bei dem Ausführungsbeispiel daraus,
daß die Durchmesser der Kammern aufeinanderfolgender Zylinder mit der Zunahme der
Hübe abnehmen. Das Volumen des Druckfluids, das entleert oder zugeführt werden muß,
bleibt damit im wesentlichen konstant. Die zur Verschiebung der Stellstange notwendige
Zeit ist damit praktisch die gleiche, ob die Stellstange nun in die Stellung entsprechend
dem Hub a, in eine Stellung entsprechend der Summe der Hübe a-i-b-I-c-I-d-I-e+f
oder in irgendeine beliebige Stellung einer anderen Kombination bewegt wird. In
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht die Auslenkung der Schulter 11
der höchsten Ziffernstelle, während die Auslenkung des Zylinders 40 der niedrigsten
Ziffernstelle zugeordnet ist. Diese Anordnung kann jedoch auch umgekehrt werden.
Es kann auch irgendeine andere Progression oder Beziehung der Hübe der verschiedenen
Zylinder zueinander verwendet werden.