DE1453601C - Druckmittelbetriebener Servo motor mit hin und hergehendem Antriebsglied - Google Patents

Description

Mit der Erfindung erzielt man den Vorteil kleiner Steuerbewegungen für den Einlaß und Auslaß der Druckflüssigkeit von oder zu der Antriebskammer des Servomotors bei trotzdem äußerst geräumigen Durchflußkamälen. Die Kraft, die zum Umschalten der Bewegung erforderlich ist, wird dadurch gering, daß die Bewegung der Umschaltung in zwei Schritten ausgeführt wird. Der in der Arbeitskammer vorhandene Überdruck wird im ersten Schritt in den Ringraum auf der gegenüberliegenden Seite des Ventiltellers des Auslaßventils eingeführt. Dieser Ringraum ist rund um den zugehörigen Durchflußkanal, der in dieser Lage noch geschlossen ist, angeordnet. Als Ergebnis des Druckausgleiches zwischen der vorderen und hinteren Seite des Ventiltellers braucht dann das hin- und hergehende Antriebsglied des Servomotors lediglich eine verhältnismäßig geringe Kraft auf die Ventilstange auszuüben, um das Ventil mit seinem Dichtungsbund außerhalb des Dichtungsbereichs im Durchflußkanal zu bewegen. Damit wird der ganze Querschnitt des Durchflußkanals für die aus dem Arbeitsraum über den Ringraum in den Ausflußkanal fließende Druckflüssigkeit frei. Infolge der geringen Kräfte ist der Mechanismus zum Einlassen und Auslassen der Druckflüssigkeit aus der Arbeitskammer einem äußerst geringen Verschleiß unterworfen.

In der anschließenden Beschreibung ist in Verbindung mit der Zeichnung die Ausbildung und die Arbeitsweise einer Ausführungsform des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Servomotors näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch den Servomotor, der hin- und hergehende Bewegungen erzeugt und mit einem Ventilmechanismus entsprechend der Erfindung ausgebildet ist.

Der Servomotor 22 besitzt ein Gehäuse 36, das einen hin- und hergehenden Stößel 23 umschließt, der an einer Membran 37 mittels eines Membrantellers 38 und einer Membranmutter 39 befestigt ist. Eine Feder 40 drückt die Membran ständig in der Zeichnung gesehen nach rechts. Eine Arbeitskammer 41 ist auf der gegenüberliegenden Seite der Membran 37 zur Aufnahme von Druckflüssigkeit vorgesehen. Das eine Ende des Stößels 23 ist als innere Kammer oder Bohrung 42 für eine Ventilstange 43 ausgebildet und ragt in die Arbeitskammer 41 hinein. Die Ventilstange 43, die axial verschiebbar in der Bohrung 42 angeordnet ist, trägt einen Ventilteller 44, der an einem Anschlag 45 anliegt. Der Ventilteller 44, der als Auslaßventil dient, arbeitet mit einem Ventilsitz zusammen, der mit Durchflußöffnungen 46, die mit einer Auslaßöffnung 47 in Verbindung stehen, verbunden ist. Eine Distanzbüchse 48 ist auf der Ventilstange 43 angeordnet, um zwischen dem Auslaßventilteller 44 und einem Einlaßventilteller 49, der mit einem den Durchflußkanal 50 umgebenden Ventilsitz zusammenarbeitet, einen konstanten Abstand einzuhalten. Wenn dieser Durchflußkanal 50 geöffnet ist, kann Druckflüssigkeit von einer nicht dargestellten Druckflüssigkeitsquelle durch einen Einlaß 51 in die Arbeitskammer 41 fließen. Eine Mutter 52 ist auf die Ventilstange 43 geschraubt, um die Ventilteller 44 und 49 auf der Ventilstange 43 zu befestigen. Der Auslaßventilteller 44 ist größer ausgebildet als der Einlaßventilteller 49.

Die Ventilteller 44 und 49 sind mit Schultern 53 und 54 versehen, die jeweils in entsprechenden Öffnungen verschiebbar angeordnet sind, so daß ringförmige Hohlräume 55, 56 rund um den Teil der Öffnungen zwischen den Ventiltellern 44,49 und ihren Sitzen gebildet sind, wenn die Ventilteller auf ihren Ventilsitzen aufliegen. Diese ringförmigen Hohlräume 55, 56 sind derart ausgebildet, daß bei einer begrenzten Bewegung der Ventilteller 44, 49 von ihren Ventilsitzen weg diese Hohlräume 55, 56 mit der Arbeitskammer 41 bzw. dem Einlaß 51, d. h. also mit den Räumen außerhalb der Ventilteller 44, 49 verbunden sind, während die entsprechende Schulter 53 bzw. 54 noch den Durchflußkanal durch das Ventil verschließt.

ίο Außerhalb des Ventiltellers 44 erstreckt sich die Ventilstange 43 in die Bohrung 42 des hin- und hergehenden Stößels 23 hinein. Zwei Buchsen 57 und 58 sind axial verschiebbar auf der Ventilstange 43 angeordnet. Eine Druckfeder 59 ist zwischen diesen Buchsen 57 und 58 montiert. Die an den Ventilteller 44 angrenzende Buchse 57 ist länger als die andere Buchse 58 und liegt an dem Ventilteller 44 an, wenn das Auslaßventil geschlossen ist. Eine Begrenzung 60 an der öffnung der Bohrung 42 ist für den am Ende der Buchse 57 gegenüber dem Ventilteller 44 angebrachten Flansch vorgesehen. Eine innere Schulter 62 der Bohrung 42 dient als Anschlag für die zweite Buchse 58. Das Ende der Ventilstange 43 ist als Kopf 61 ausgebildet, der in verschiedenen Stellungen der Ventilstange 43 mit der kürzeren Buchse 58 zusammenarbeitet.

Der Servomotor mit seinem einstellbaren Ventilmechanismus arbeitet in der folgenden Weise:

Die Membran 37, die beispielsweise auch durch einen hin- und hergehenden Kolben oder dergleichen ersetzt werden kann, dient dazu, eine Lage einzunehmen, die durch eine Federkraft, wie z.B. durch die von der Feder 40 erzeugte Kraft, festgelegt ist. In dieser Lage ist das Auslaßventil 44 geschlossen. Die Membran und ihr hin- und hergehender Arbeitsstößel 23 sind in dem Gehäuse 36 gelagert. Die Druckflüssigkeit zur Bewegung der Membran 37 entgegen der Kraft der Feder 40 strömt durch die Einflußöffnung 51 ein und gelangt durch die Durchflußöffnung 50 des Einlaßventils 49 in die Arbeitskammer 41 auf der Rückseite der Membran 37 und bewegt die Membran in der Zeichnung gesehen nach links entgegen der Kraft der Feder 40 infolge des in der Arbeitskammer 41 aufgebauten Überdruckes. Während dieser Bewegung wird der Ventilteller 44 des Auslaßventils einmal durch die Kraft der Feder 59 zwischen den Buchsen 57 und 58 auf der Ventilstange 43 und zum anderen durch den überdruck, der auf den Ventilteller 44 wirkt, dessen andere Seite lediglich unter atmosphärem Druck steht, auf seinem Ventilsitz dichtend festgehalten. Während der Bewegung der Membran 37 und des Stößels 23 bewegt sich die kürzere oder innere Buchse 58 zwangsläufig mit dem Stößel 23 mit, da sie gegen die Schulter 62 durch die zwischen den beiden Buchsen 57 und 58 befindliche Druckfeder 59 gedrückt wird. Nachdem sich der Stößel 23 eine bestimmte Strecke nach links bewegt hat, schlägt die Begrenzung 60 am Ende der Bohrung 42 an den Flansch der längeren oder äußeren Buchse 57 an. In dieser Stellung übt die Feder 59 ihren Druck nicht mehr auf die Buchse 57 und folglich auch nicht mehr auf den Ventilteller 44 aus, so daß der Ventilteller nunmehr nur noch durch den Überdruck der Flüssigkeit in der Arbeitskammer 41 an seinem Platz gehalten wird. Bei einer weiteren Bewegung des Stößels 23 nach links bewegt die Begrenzung 60 die äußere Buchse 57 entlang der Ventilstange 43 und spannt gleichzeitig die Druckfeder 59 zwischen den beiden Buchsen 57 und 58, so-

bald die innere Buchse 58 auf den Kopf 61 der Ventilstange 43 auftrifft. Kurz vor dem Ende des auswärtsgerichteten Hubes des Stößels 23 kommt die äußere Buchse 57 in Berührung mit dem freien Ende der anliegenden inneren Buchse 58. In dieser Stellung berühren sich die Buchsen 57, 58 und die Buchse 58 den Kopf 61, so daß ein Stoß auf die Ventilstange ausgeübt und dadurch der Auslaßventilteller 44 von seinem Sitz abgehoben wird, wodurch die Druckflüssigkeit aus der Arbeitskammer 41 in den ringförmigen Hohlraum auf der Rückseite des Ventiltellers 44 strömt.

Entsprechend des oben beschriebenen gleitenden Zusammenwirkens der Schulter 53 mit der Durchfluß-Öffnung 46 ist die letztere bei der begrenzten Bewegung noch geschlossen, wodurch eine wesentliche Herabsetzung der auf den Ventilteller 44 wirkenden Schließkraft entsprechend dem Druckausgleich auf beiden Seiten des Ventiltellers erfolgt.

Da die Ventilteller 44 und 49 als eine Einheit auf der Ventilstange 43 und im konstanten Abstand voneinander montiert sind, bewegt sich der Ventilteller 49 des Einlaßventils um den gleichen Betrag auf seinen Ventilsitz zu, wobei er die Fläche der Durchflußöffnung 50 durch das Einlaßventil verringert.

In der gerade beschriebenen Stellung der Buchsen 57, 58 und der Ventilstange 43 ist ein Zwischenraum zwischen der Schulter 62, der Bohrung 42 und dem inneren Ende der inneren Buchse 58 vorhanden. Entsprechend der Verminderung der Kraft, die auf den Ventilteller 44 ausgeübt wird, ist die Druckfeder 59 zwischen den Buchsen 57 und 58 in der Lage, sich etwas auszudehnen und dabei die Ventilstange 43, die in Berührung mit der inneren Buchse 58 durch ihren Kopf 61 steht, vom Sitz des Auslaßventils wegzubewegen. Dabei wird der Ventilteller 44 des Auslaßventils lediglich von seinem Sitz abgehoben und die Arbeitskammer 41 in Verbindung mit dem ringförmige Hohlraum 55 gebracht, wodurch die Flüssigkeit a der Arbeitskammer 41 durch den Auslaß 47 ausfl: ßen kann. Die Arbeitskammer 41 wird dadurch ve Überdruck befreit und steht wieder unter atmosphä. schem Druck. Zur gleichen Zeit erreicht der Ventiltt ler 49 des Einlaßventils seinen Sitz und schließt darr für die Druckflüssigkeit die Verbindung zu der A beitskammer 41 vollständig.

ίο Entsprechend dieser Druckabsenkung in der A beitskammer 41 kann die Feder 40 des Servomotors e neut die Membran 37 und den Stößel 23 in der Zeic. nung gesehen nach rechts treiben.

Bei der Bewegung des hin- und hergehenden Stc ßels 23 nach innen dehnt sich die zwischen den Bucl sen 57 und 58 befindliche Feder 59 aus, während sie die äußere Buchse 57 relativ zur Ventilstange 43 i Richtung des Ventiltellers 44 bewegt. Sobald die ir nere Buchse 58 auf die innere Schulter 62 der Bo?

rung 42 auftrifft, wird die zwischengeschaltete Fede 59 erneut zusammengedrückt und der Ventilteller 4 des Auslaßventils in zwei Schritten, nämlich durch di Kraft der Druckfeder 59 und durch die mechanisch Berührung zwischen den Buchsen 57, 58 untereinar der und mit dem Stößel 23 geschlossen.

Bei dem ersten dieser Schritte wird das Einlaßvent. 49 aus der Schließstellung von seinem Sitz abgehober während seine Schulter 54 noch die öffnung dura das Ventil verschlossen hält und die Schulter 53 de Auslaßventiltellers 44 den Querschnitt des Auslasse 47 verringert. Beim zweiten Schritt öffnet der Ventil teller 49 des Einlaßventils den Kanal durch diese Ventil, während sich das Auslaßventil durch Beruh rung des Tellers 44 mit dem Sitz schließt. Dadurch ge langt neue Druckflüssigkeit in die Arbeitskammer 41 und der Hub des Stößels 23 beginnt erneut.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Druckmittelbetriebener Servomotor mit einem hin- und hergehenden Antriebsglied und einem Doppelventil, das einen jeweils durch einen Ventilteller wechselweise abzudichtenden Einlaß und Auslaß aufweist, wobei jeder Ventilteller mit einem in den abzudichtenden Querschnitt eines Ventilkörpers hineinragenden Schließstück versehen ist und mit seiner Tellerfläche auf einem ebenen Ventilsitz aufliegt, dadurch gekennzeichnet,· daß jeweils zwischen einem Schließstück (Ansatz 53 bzw. 54) und dem Ventilkörper einen Ringraum (Spalt 55 bzw. 56) vorgesehen ist, daß das Schließstück (Ansatz 53 bzw. 54) eine solche Länge aufweist, daß es während eines ersten Abhebens des Ventiltellers (44 bzw. 49) vom Ventilsitz noch schließt und daß durch dieses erste Abheben des Ventiltellers (44 bzw. 49) der Ringraum (Spalt 55 bzw. 56) mit den Räumen (41, 51) außerhalb der Ventilteller (44, 49) in Verbindung gebracht wird.

2. Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ventilteller (44, 49) in einem festliegenden Abstand auf einer in axialer Richtung beweglichen Ventilstange (43) befestigt sind und daß die Bewegung der Ventilstange (43) in jeweils einer Richtung durch das Aufliegen eines Ventiltellers (44 bzw. 49) auf seinem Ventilsitz begrenzt ist.

.3. Servomotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Antriebsglied (23) des Servomotors dienende Achse an der dem Doppelventil zugewandten Seite eine Bohrung (42) aufweist, in der zur Betätigung der Ventilstange (43) auf dieser verschiebbare Buchsen (57, 58) und Anschläge (Begrenzung 60, Stangenkopf 61, Schulter 62) angeordnet sind.

4. Servomotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des ersten Abhebens oder Aufsetzens eines Ventiltellers (44 bzw. 49) von seinem bzw. auf seinen Ventilsitz eine Feder (59) vorgespannt wird, die auf die Ventilstänge (23) im Sinne einer Unterstützung der Schließkraft des jeweils auf seinem Ventilsitz aufsitzenden Ventiltellers (44 bzw. 49) wirkt.

5. Servomotor nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die als Antriebsglied (23) dienende Achse nur im Bereich ihrer Endlagen ihre Bewegung auf die Ventilstange (43) überträgt und däß'in dem zwischen diesen Bereichen" liegenden mittleren Bewegungsbereich ,die Feder (59) im wesentlichen entspannt ist.

6. Servomotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bohrung (42) zwei in entgegengesetzter Richtung wirksame Anschläge (Begrenzung 60, Schulter 62) vorgesehen sind, daß im Bereich dieser Anschläge auf der Ventilstange (23) zwei Buchsen (57, 58) verschiebbar angeordnet sind und daß die Feder (59) als Schraubenfeder ausgeführt ist, auf einer dieser' Buchsen (58) sitzt und beide Buchsen (57, 58) immer dann gegeneinander verspannt, wenn diese aufeinander zugeschoben werden.

Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetriebenen Servomotor mit einem hin- und hergehenden Antriebsglied und einem Doppelventil, das einen jeweils durch einen Ventilteller wechselweise abzudichtender Einlaß und Auslaß aufweist, wobei jeder Ventilteller mit einem in den abzudichtenden Querschnitt eines Ventilkörpers hineinragenden Schließstück versehen ist und mit semer Tellerfläche auf einem ebenen Ventilsitz aufliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch besondere Ausbildung der Ventile die Umsteuerung mit geringer.Betätigungskraft und möglichst kleinem Betätigungshub zu erreichen, wobei die Ventildurchflußkanäle aber möglichst groß sein sollen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils zwischen einem Schließstück und dem Ventilkörper ein Ringraum vorgesehen ist, daß das Schließstück eine solche Länge aufweist, daß es wähqend eines ersten Abhebens des Ventiltellers vom Ventilsitz noch schließt und daß durch dieses erste Abheben des Ventiltellers der Ringraum mit den Räumen außerhalb der Ventilteller in Verbindung gebracht wird. In dem Ringraum entsteht durch das Aufsetzen des Ventiltellers auf seinem Ventilsitz bei bereits geschlossener Ventilöffnung ein abgeschlossenes Druckvolumen, das im Sinne eines Wiederabhebens des Ventildeckels diesen beaufschlagt. Hierdurch wird ein Teil des auf den Ventilteller in Schließrichtung wirkenden, vom Druckmedium erzeugten Druckes wieder aufgehoben, wenn das betreffende Ventil seinen Strömungsquerschnitt erst einmal geschlossen hat. Diese Wirkung ist bei beiden Ventiltellern gleich. Im Stand der Technik ist eine Anregung dahingehend, daß zwischen dem Schließstück eines Ventiltellers und dem Ventilkörper eine Art »Gegendruckkammer« vorgesehen sein sollen, nicht zu entnehmen.

Zweckmäßigerweise sind beide Ventilteller in einem festliegenden Abstand auf einer in axialer Richtung beweglichen Ventilstange befestigt, wobei die Bewegung der Ventilstange in jeweils einer Richtung durch das Aufliegen eines Ventiltellers auf seinem Ventilsitz begrenzt ist. Hierbei kann eine als Antriebsglied des Servomotors dienende Achse an der dem Doppelventil zugewandten Seite eine Bohrung aufweisen, in der zur Betätigung der Ventilstange auf dieser verschiebbare Buchsen und Anschläge angeordnet sind. Besonders bei dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn während des ersten Abhebens oder Aufsetzens eines Ventiltellers von seinem bzw. auf seinen Ventilsitz eine Feder vorgespannt wird, die auf die Ventilstange im Sinne einer Unterstützung der Schließkraft des jeweils auf seinem Ventilsitz aufsitzenden Ventiitellers wirkt. ...

In weherer Ausgestaltung der Erfindung kann die als Antriebsglied dienendo Achse nur im Bereich ihrer Endlagen ihre Bewegung auf die Ventilstange übertragen, wobei in dem zwischen diesen Bereichen liegenden mittleren Bewegungsbereich die Feder im wesentlichen entspannt ist. Es ist weiter vorgeschlagen, daß in der Bohrung zwei in entgegengesetzter Richtung wirksame Anschläge vorgesehen sind, daß im Bereich dieser Anschläge auf der Ventilstange zwei Buchsen verschiebbar angeordnet sind und daß die Feder als Schraubenfeder ausgeführt ist, auf einer dieser Buchsen sitzt und beide Buchsen immer dann gegeneinander verspannt, wenn diese aufeinander zugeschoben werden.