DE1450831A1

DE1450831A1 - Hydraulisches Spindelventil

Info

Publication number: DE1450831A1
Application number: DE19641450831
Authority: DE
Inventors: Ronald Walters
Original assignee: Sperry Rand Ltd
Current assignee: Unisys Group Services Ltd
Priority date: 1963-07-05
Filing date: 1964-07-03
Publication date: 1969-03-27
Also published as: DE1450831B2; GB1105451A; DE1450831C3; BE650065A; CH439985A; US3277790A

Description

Die Erfindung betrifft hydraulische Vorrichtungen.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Servomechanismus ait einen umkehrbaren hydraulischen Motor, dessen Arbeitsweise durch ein Ventil geregelt wird und der u.a. dafür geeignet ist, einen ungleichmässigen Antrieb den Abnehmern einer Textilkämmaschine mitzuteilen* Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Ventils, das zur Verwendung in einem solchen Servomechanismus geeignet ist.

Bei einer Textilkämmaschine müssen die Abnehmer in ungleichmässiger Weise angetrieben werden, welche als Summe einer gleichmäseigen Drehung und einer periodischen Schwingungsbewegung betrachtet werden kann. Ein solcher Antrieb muß so geregelt werden, daß der Vorschub während jeder Schwingungsperiode genau wiederholbar ist, und

909813/0119

U50831

wurde bisher durch eine Kombination von Elektromotoren mit Kurvenelementen und Kurvenfolgeorganen erzeugt, wobei die Bewegung der Kurvenfolgeorgane mit einer kontinuierlichen Drehbewegung mittels ■ Differentialrädern kombiniert wurden.

Da die für einen solchen Antrieb erforderliche Leistung beträchtlich ist und beispielsweise etwa 5 PS beträgt, hatten die Kurvenelemente und die Differentialräder eine beträchtliche Grosse und ein beträchtliches Gewicht, so daß ein weiteres Ziel der.Erfindung darin besteht, einen Antrieb von gedrängterer Bauform für eine Textilkämmaschine zu schaffen*

Erfindungsgemäß wird für den beabsichtigten Zweck ein hydraulisches Regelventil verwendet, welches die Druckmittelzufuhr zu einem hydraulischen Motor entsprechend der Summe von zwei Eingangssignalen regelt. Sei der Anwendung auf eine Textilkämmaschine stellt das eine Eingangssjgial eine kontinuierliche Drehung dar, während das andere die erforderliche schwingende Bewegung darstellt. Ein solches Ventil jedoch, das eine Abtriebshewegung aus der Summe von zwei Eingangsbeiregungen erzeugen kann, kann auch in anderen Fällen als für Textilkämmaschinen verwendet werden. · ^; .

Gemäß einem Merkmal der Erfindung weist ein hydraulisches Spindelventil eine Ventilspindel auf, welche mit eineM von zwei Gewindeelementen gekuppelt ist, die ineinander arbeiten, beispielsweise mit

9098 13/0118 .

einem Gewindestüok, das in einer Mutter arbeitet, wobei Mittel vorgesehen sind, duroh welche dem anderen Gewindeelement eine axiale Bewegung mitgeteilt werden kann und durch welche jedem der beiden Gewindeelemente eine Drehbewegung mitgeteilt werden kann, so daß die Bewegung der Spindel die algebraische Summe der axialen Bewegungen i«t_y welche durch die drei Bewegungen erzeugt werden.

In einer drehbaren Hülse, die mit dem anderen Gewindeelement sur Drehung mittels einer Kupplung verbunden ist, die eine relative axiale Bewegung ermöglicht, sind Ventilöffnungen vorgesehen.

Bei der Anwendung dieses Ventils auf einen Servomechanismus ist das Ventil so verbunden, daß es die Zufuhr von hydraulischem Druckmittel su einem umkehrbaren hydraulischen Motor regelt, wobei die Abtriebswelle des Motors so gekuppelt ist, daß sie eine Drehung entweder der Mutter oder des Gewindestücks verursacht, während das andere dieser beiden Elemente zur Drehung angetrieben wird, um dem Mechanismus einen Antrieb mitzuteilen. Der zweite Antrieb ist so angeordnet, daß eine relative Axialbewegung entweder der Hülse mit Bezug auf die Mutter oder des Gewindestüoks mit Bezug auf die Spindel mitgeteilt wird.

Zur Erläuterung der normalen Arbeitsweise dieser Anordnung sei angenommen, daß der Motor durch ein Getriebe für den Drehantrieb der Mutter durch die Hülse verbunden ist und daß eine relative Axialbe-

9 0 9 8 13/0118

wegung der Hülse und der Mutter durch einen Elektromotor erzeugt wird· Wenn das Gewindestuck bzw. der Gewindesapfen durch die Spindel gedreht wird» wird er in die Mutter geschraubt, und wenn keine axiale Bewegung durch den Drehmomentmotor erseugt wird, bewegt sich die Spindel in der Hülse und gibt die Öffnungen oder Kanäle frei, so daß Druckmittel dem Motor zugeführt wird. Hierauf wird der Motor in Betrieb gesetzt, so daß er die Hülse über das Getriebe dreht, wodurch die Mutter gedreht wird, bis die Spindel und die Hülse in ihre neutralst el lung zurückkehren» wodurch die Öffnungen bzw. Kanäle geschlossen und die Druckmittelzufuhr zum Motor abgeschaltet wird. Eine Drehung der Antriebswelle in der entgegengesetzten Richtung hat zur Folge, daß sich der Motor in der entgegengesetzten Richtung dreht und zwar ebenfalls bis die Druckmittelzufuhr durch das in seine Heutraletellung zurückkehrende Tentil abgeschaltet wird.

Wenn dem Drehmomentmotor aueserdem ein elektrischer Eingang zugeführt wird, so hat dies eine axiale Verlagerung der Spindel mit Bezug auf die Hülse zur Folge, die sieh zu der addiert, welohe durch das Arbeiten des Gewindezapfens in der Butter rerursacht wird, so daß sich der Motor um einen Betrag dreht, der additir τοη den beiden Eingängen abhängt.

Eine Anordnung dieser Art kann beispielsweise zum Bewegen einer Steuerfläche eines Flugzeugs» wobei die Drehung der Welle entsprechend der Bewegung Aer Steuerorgane duroh den Piloten oder einem Signal

ORIGINAL INSPECTED

909813/0118

M50831

Selbststeuergerät erzeugt wird, renrendet werden, während die axiale Bewegung Signale τοη einem Autostabilisator oder Trennsignale darstellen kann·

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann das Axialverlagerungasignal aus dem Dreheingangesignal beispielsweise mittels eines mit dem sich drehenden feil gekuppelten Kurrenelements, abgeleitet werden. Diese Anordnung ist in den Fällen Torteilhaft, in welchen eine ungleichmassige Drehung einer Abtriebswelle aus einer gleichmässigen Drehung einer Antriebswelle erzeugt werden soll«

Ein Mechanismus für den Antrieb der Abnehmer einer Textilkämmasohine kann umfassen einen umkehrbaren hydraulischen Motor und ein Tentil zur Regelung der Druckmittelzufuhr zum Motor zur Torwarts- oder Rückwärtsdrehung entsprechend der Summe aus dem ersten eine kontinuierliche Drehung darstellenden Eingangssignal, einem zweiten Eingangssignal, das eine wiederholte periodische Schwingung darstellt, und einem Eückkopplungssignal, welohes die Bewegung der Abnehmer darstellt. Das Tentil kann τοη der Torangehend beschriebenen Art sein.

Kachfolgend wird die Erfindung beispielsweise in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben und zwar zeigern

yig. 1 in sohematischer Darstellung die Anordnung des Ventile und des Motors in einem Serromeohanismus der beschriebenen Art}

909813/0118

Fig. 2 eine Ansicht im axialen Schnitt durch eine Ausführungsfonn des Ventils und

Fig. 3 und 4 Insichten im Aufriß und im axialen Schnitt durch eine

andere Ausführungsform des Ventils, das zur Verwendung in dem in Fig. 1 gezeigten Mechanismus geeignet ist.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung wird der Antrieb Ton einem Servosystem abgeleitet» das einen umkehrbaren hydraulischen Motor 1 aufweist^ welcher durch ein Ventil 2 geregelt wird» wobei die Abtriebswelle des Motors 1 durch Zahnräder 3» 4 mit einer Hülse 5 des Ventils 2 gekuppelt ist und das Ventil ferner mit einer Antriebswelle 6 versehen ist, um eine Drehung der Ventilspindel innerhalb der Hülse 5 zu erzeugen. -.-■-..

Im Betrieb verursacht eine kontinuierliche Drehung der Antriebswelle 6, daß das Ventil 2 die Zufuhr von hydraulischem Druckmittel zum Motor 1 so regelt, daß die Abtriebswelle des Motors eine Drehung ausführt» die zur Drehung der Welle 6 proportional ist» zusammen mit einer sinusförmigen Bewegungskomponente, die durch ein Kurrenelement innerhalb des Ventils 2 erzeugt wird, wie nachfolgend in Verbindung mit Fig· 2 beschrieben wird. . - ~ „ "

Das in Fig. 2 gezeigte Ventil 2 besitzt ein Ventilkörper-Gußstück 7, in welohem eine Einlaßöffnung 8 für die Zufuhr eines hydraulischen

9098 13/0118 . .original inspected

ν ■· ■

H50831

-7-

Bruokmittels und ein AuslsJ 9 sor Ableitung τοη hydraulischem Druckmittel «u einem Behälter aowie Anschlüsse Io und 11 für den umkehrbaren Motor vorgesehen sind·

Sie Hülse 5 kenn eich frei in der Bohrung de· Tentilkörpere 7 drehen und ist ait Kanälen 12 und 15 Tereehen, welche Bit Stegen 14» 15 en der Tentiltpindel 16 sur Regelung der Zufuhr τοη hydraulischem Druckmittel cua Motor zusammenwirken. Die Tentilepindel 16 ist mit der Antriebswelle 6 durch einen But- und Federmechanismus 17 gekuppelt» so daß sieh die Spindel axial bewegen kann» ohne daß die Welle 6 eine Axialbewegung ausführt.

Sas dem lut-und federmechanismus 17 abgekehrte Ende der Spindel 16 tragt einen &ewindesapfen 18 und einen Stift 19» der ein Kurrenelement 2o durch eine genutete Welle 21 antreibt· Das Kurrenelement 2o kann daher auf einer Auflagefläche 22 ohne axiale Bewegung der Spindel gleiten.

• '- "It
■ "1·

Mit dem Oewindesapfen 18 steht eine Mutter 23 in Singriff» die so gekuppelt ist, daß sie sich mit der Hülse 5 mittels eines weiteren But- und Federmechanismus 24 dreht. line Feder 25 belastet die Mutter 23 gegen die Bücke site des Xurrsnelements 2o und eine weitere Feder 26 swi s ο heu dem Kurrenelement 2o und dem Qewindesapfen 18 dient sur Spielaufnahme swisehen den Gewindegängen des Oewindesapfens 18 und der Mut« ter 23.

909813/0118

Im normalen Betrieb wird die Antriebswelle 6 ständig mit einer gleichmassigen Drehzahl angetrieben. Dies hat zur Folge, daß der Gewindezapfen 18 längs der Mutter 23 geschraubt wird und auch das Kurvenelement 2o zur Drehung angetrieben wird. Durch die kombinierte Wirkung dieser Bewegungen wird die Spindel 16 axial verschoben, so daß hydraulisches Druckmittel zum Motor gelangen kann. Hierdurch wird der Motor zur Drehung angetrieben, so daß sich die Hülse 5 und die Mutter 23 in einer Sichtung drehen, welche die Rückführung der Ventilspindel in ihre Neutralstellung mit Bezug auf die Kanäle in der Hülse 5 zur Folgert. Der Motor führt daher eine Bewegung aus, die zur Summe der axialen Bewegung infolge des auf dem Auflager 22 gleitenden Kurvenelements 2o und derjenigen infolge der Schraubbewegung des Gewindezapfens 18 in die oder aus der Mutter 23 proportional ist. Der Motor bewirkt daher eine Drehung der Hülse 5, welche die Summe der gleichmäseigen Drehung der Antriebswelle 6 und einer Sohwingungskomponente ist, die durch die Form der Fläche des Kurvenelementβ 2o bestimmt wird.

Bei einer Anwendungsform der vorangehend beschriebenen Vorrichtung auf eine Textilkämmaschine war die Antriebswelle für eine Drehzahl von 83 1/2 U/Min, bestimmt, hatten die Zahnräder 3 und 4 116 bzw. 128 Zähne, betrug die Steigung des Gewindes zwischen dem Gewindezapfen 18 und der Mutter 23 1,27 um (o,o5 ") und war das Kurvenelement 2o an seinem Umfang für drei vollständige Anhebe- und Absenkhübe mit einem Gesamthub von 3,18 mm (1/8 ") ausgebildet. Das Ventil und der Motor waren für den Betrieb von einer hydraulischen Pumpe aus gebaut, die einen Druck von 211 kg/om (3ooo psi) lieferte, wobei die mittlere Abtriebsleistung

909813/0118

COPY

des Motors 5 PS betrug.

Eine andere Ausführungsform dee Ventils ist in Tig· 3 und 4 dargestellt.

Das in den letztgenannten Figuren dargestellte Ventil hat im wesentlichen die gleiche Anordnung wie das Ventil nach Fig« 2, jedoch sind das Kurrenelement und das Kurvenfolgeorgan ausserhall) am Antriehsende des Yentils zur einfachen Nachstellung und Auswechslung angeordnet. Das Ventil besteht aus einem Ventilkörper 3o, in dem sioh eine Hülse und eine Spindel befinden» welche den in Fig. 2 dargestellten Elementen im wesentlichen ähnlioh sind. Aus dem einen Ende des Ventilkörpers ragen die drehbaren Enden einer Hülse Jl und eines Gliedes 32 heraus, das mit der Ventilspindel zur Drehung gekuppelt ist. Diese Kupplung ist eine Nut- und Federkupplung 33» wie in Fig. 4 gezeigt.

Auf der Hülse 31 ist ein Kurvenelement 34 angeordnet, gegen dessen Kurvenfläche ein Kurvenfolgeorgan 35 anliegt. Die Bewegungsübertragung geschieht über einen Arm 36 auf einen Hebel 37» welcher mittels einer Welle 38 einen Kurbelarm 39 (Fig. 4) innerhalb des Ventils betätigt, um die erforderliche Axialbewegung der Mutter herbeizuführen.

Die Hülse und die Spindel des Ventils sind in ihrer Anordnung den vorangehend in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen ähnlioh mit Ausnahme des Oewindezapfens 40, der mit der Spindel gekuppelt ist und in einer Mutter 41 arbeitet, welohe mit der Hülse durch eine Nut- und Federverbindung

909813/0118

-logekuppelt ist und sich mittels eines Rollendrucklager· gegen ein Endstück 42 abstützt. Dieses Endetück ist duroh ein Lager am Ende des Kurbelarms 39 verbunden und gegen Drehung durch einen Stift 43 gesichert·

Im Betrieb dieser Ausführungsform des Ventils wird eine gleiohaässige Drehbewegung der Hülse 31 und damit dem Kurvenelement 34 sowie der Mutter 41 mitgeteilt. Wenn sich das Kurvenelement dreht, wird über den Arm bzw. das Glied 36_t den Hebel 37t die Welle 38 und den Kurbelara 39 dem Endstück 42 und damit auch der Ventilspindel über die Mutter 41 eine schwingende Bewegung mitgeteilt. Der Motor ist mit der Welle 32 gekuppelt, so daß die Spindel und damit auch der Gewindezapfen 4o zur Drehung angetrieben werden, wodurch die Ventilspindel in ihre Heutralstellung zurückgeführt wird, was zur Folge hat, daß der Motor eine Bewegung ausführt, welche die Summe aus der Bewegung, die duroh die der Hülse 31 mitgeteilte gleichmässige Drehung bestimmt wird, und der schwingenden Bewegung ist, welche duroh di» Fläche des Kurvenelements 34 erzeugt wird·

Patentansprücheι

90981370118

Claims

Pit i'n t tnsprgohe i

1·) fydrauUsehes spindelTentil, dadurch gekenaseienact, daß die Ventilspindel mit de« einen von »wel Gewindeelcaenten gekuppelt iet_t Al· Ineinander arbeiten_t und Mittel vorgesehen sind» durch weiche dam anderen Ccwiadceleaeat eine Axialbewegung mitgeteilt und jedes der beiden Oewindeeleaente sur Drehung angetrieben werden« so dafl die Bewegung der Ventilspindel die algebraieohe Summe aus den durch die drei Bewegungen verursachten axialen Yerlagerungen ist»

2· Tentil mach mepruoh 1« daduroh gekennselchnett daß eines der Oewlndeeleaonte ein Cewinde«apfen Ißt, der nit der Ventilspindel ge* kuppelt tat und in einer Mutter arbeiten kann.

3· Tentil nach Anspruch 2« dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkanäle^n einer drehbaren Hülse vorgeeehen sind« die sur Drehung sit der Mutter durch eine Kupplung verbunden ist« welche eine Axialbewegung «uläüt.

4· Tentil nach den vorangehende» Ansprüchen» gekennseiohnet durch Mit· tel sur Ableitung einer wiederholten s/klisehen Axialbewegung des einen Ccvindeeleaents aus seiner Drehung·

909813/0118

· Servomechanismus »ur Kreeugung einer Abtrlebabeweguflg in additiver Abhängigkeit von swei Eingangeeignalen, gekennzeichnet dureh ein fentil nach den vorangehenden Ansprüchen _t das zur Regelung der Zufuhr eines hydraul!sehen Druck«!ttele su einem umkehrbaren hydraulischen Motor dient» dessen Abtriebswelle für den Drehantrieb des einen der Gewindeelenente gekuppelt ist, während das andere Gewindeelement but Drehung für die Abgabe dee einen Eingangssignal» an den Mechanismus angeordnet let·

6· In einer Textilk&ameschine Mittel für den Antrieb der Abnehmer, kenntelehnet dureh einen umkehrbaren hydraulischen Motor und ein Ventil» das sur Regelung der Druckmittelzufuhr sum Motor für eine Vorwärts- oder Bückwärtsdrehung entsprechend der Suoae aus einem ersten eine kontinuierliche Drehung darstellenden Eingangssignal, einem weiten Bingangselenalt das eine wiederholte periodisch· Schwingung dar« ■teilt und aus einem Rüekkopplungeeignal dient» welche» dl« Bewegung der Abnehmer darstellt.

BAD ORIGlNM-909813/0118

H50831

Patent ansprechet fassung b)

1· ijydraulieche* npindelventilt dadurch ^ekonnseiehnet» daß di· ventilspindel Mit de* einen von »wei (Jewindeelementen gekuppelt let«, die ineinander arbeiten, χ·Β· «it einem Gewindesepien» der in einer üutter arbeitet, und Mittel vorgesehen sind» dureh «el* ehe de« anderen Oevindeelement eine axiale Bewegung: mitgeteilt wird und dureh welohe Jedes &·τ beiden Oevindeeleacnte air Dreh* one angetrieben wird, so daß die Bewegung der Spindel die alge«· teaieohe Summ· der axialen Verlotjorunccn ist« wolohe dureh die drei Bewegungen bewirkt werden·

2m TentU nach Anspruch l sor Reeelune der Iruekzoittelsufuhr au eines umkehrbaren laydrauliechen .Motor sor Sraeu^unu eines ungleiehaäsai· gen Antriebe» beiepiele«olee für eine ^extilkämaaeohine» daduroh gekennjielohnett daß der Motor mit dem einen Gewindeeleaent gekuppelt ist en«.Mittel vorgesehen eind₉ dureh welohe dem anderen Oe- «imfteelement eine komtinuierliohe Drehung susammea mit einer wieder« holtee periodischen Axialbewe^ang mitgeteilt wird» die von dem •ioh kontinuierlich drehendem Element mittels eines Kurveneleaente abgeleitet «erden kann·

9 0 9 813/0118 ^8AD °R»GiNAL