DE1807335A1 - Pneumatisch gesteuertes Servoventil - Google Patents

Pneumatisch gesteuertes Servoventil

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DE1807335A1 DE19681807335 DE1807335A DE1807335A1 DE 1807335 A1 DE1807335 A1 DE 1807335A1 DE 19681807335 DE19681807335 DE 19681807335 DE 1807335 A DE1807335 A DE 1807335A DE 1807335 A1 DE1807335 A1 DE 1807335A1
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Description

310-14.03OP(H.Ο31Η) 6.11.1968
Patentanwälte
Dipl.-ing. R. Beetz u.
Dipi.-Ing. Lamprecht
München 22, Steingdorfstr. 10
Ste DfOPTIQUE, PRECISION, ELEOTRONIQUE & MEGANIQUE, Paris
Pneumatisch gesteuertes Servoventil ä
Die Erfindung betrifft ein pneumatisch gesteuertes Servoventil»
Wenn man eine Druckflüssigkeit oder ein Druckgas zur Verfugung hat, kann man, um eine Bewegung oder einen Vorgang zu steuern, hydraulische bzw. pneumatische dynamische Verstärker benutzen, welche eine Verstärkung z.B. eines Druckes, einer Menge, einer Frequenz gestatten. Diese Systeme arbeiten mit niedrigem Druck. Ihre durch die Strahlablenkung erhaltenen Werte werden durch die Ausgangsleitungen verstärkt. Die Zeit für den Transport der Flüssigkeit ist also eine unmittelbare Funktion der Länge des Strömungsweges der Flüssigkeit in diesen Geräten» Wenn es sich darum handelt, eine Steuerleistung zu entwickeln, werden diese längen sehr wichtig; und da die Drücke nur schwach bleiben, ist es praktisch nicht mehr möglich, eine genügend starke Wirkung zu erzielen.
Andererseits sind Einrichtungen bekannt, die, um eine Meßgröße zu übertragen, eine Druckdifferenz benutzen. Diese Druckdifferenz läßt sich aber für die Steuerung eines Gerätes von beträchtlicher Leistung nur schwer direkt verwenden.
310-(PoD. 67/88)-BgnGr(7)
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BAD ORIGINAL
Die Erfindung behebt diese Schwierigkeiten und gestattet, eine Druckdifferenz oder eine G-asmenge zu benutzen, um ein Servoventil zu betätigen, das an die zu steuernden Organe eine beträchtliche Leistung abgibto
Die Erfindung betrifft ein pneumatisch gesteuertes Servoventil mit einem Druckflüssigkeits-Verteiler in Form eines Kolbenschiebers, mit einer Einrichtung zur Betätigung dieses Schiebers, die aus zwei einander entgegengerichteten Düsen und einer zwischen ihnen von einer zur anderen hin- und herbeweglichen Platte besteht, ferner mit je einer Druckflüssigkeitsleitung zwischen jeder dieser Düsen und je einer an jedem Ende des Verteiler-Schiebergehäuses angeordneten Kammer, und mit einer Einrichtung zur Steuerung der Bewegungen der Platte· Dieses Servoventil ist dadurch gekennzeichnet, daß diese die Bewegungen der Platte steuernde Einrichtung durch eine mit der Platte starr verbundene Stange und durch zwei beiderseits dieser Stange angeordnete, auf die Stange drückende pneumatische Organe gebildet ist.
In der Zeichnung sind einige besondere Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:
1 ein schematisches Bild einer besonderen Ausführungsart eines erfindungsgemäßen Servoventils;
Fig. 2 eine andere Ausführungsart, die eine pneumatische Abhängigkeit zwischen dem vom Servoventil gesteuerten Motor und diesem Servoventil selbst ergibt;
Fig. 3 eine Hintereinanderschaltung von Düsenverstärkern, die mit erfindungsgemäßen Servoventilen verwendet werden können;
Jig. 4 ein erfindungsgemäßes Servoventil zur Steuerung
■ der, Verschiebung eines Organs, Z0B, eines von einem hydraulischen Stellmotor bewegten Maschinenteils;
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5 eine Einzelheit einer Düse für das in Pig« 4 dargestellte Gerät;
fig· 6 eine weitere Ausführungsart der pneumatischen Steuerung eines erfindungsgemäßen Servoventils;
Fig. 7 den hydraulischen Teil und die mechanische Einrichtung, die in dem in Pig. 6 dargestellten pneumatischen Antrieb verwendet werden können.
Das in Pig. 1 gezeigte Servoventil enthält einen Verteiler 1, in dessen Innenraum ein Steuerschieber 2 mit Steuerkolben 3, 4 und 5 angeordnet ist#
Die Steuerkolben 3 und 5 gleiten in Kammern 6 und 7, die je eine Feder 8 und 9 enthalten, die den Yerteilerschieber in seine Mittelstellung zurückzuführen suchen.
Dieser Verteiler wird mit Druckflüssigkeit gespeist, die von einer sehematisch durch den Pfeil 10 dargestellten Quelle kommt. Die Flüssigkeit kann aus dem Verteiler entlang dem Pfeil 11 entweichen und in den Sammelbehälter 12 zurückfließen.
In seiner Mittelstellung verhindert der Schieber den Eintritt der Flüssigkeit ins Innere des Verteilers und das Entweichen, von Flüssigkeit zum Sammelbehälter 12. Dagegen dringt die von der Quelle 10 kommende Flüssigkeit in den Kanal 13 ein, durchströmt diesen zum Filter 14, fließt von dort durch die Drosseln 15 und strömt zu zwei Düsen 16 und 17, die beiderseits einer Platte 18 angeordnet sind«
Der Flüssigkeitskreislauf ist ebenfalls mit jeder der Kammern 6 und 7 verbunden, und zwar durch Leitungen 19 und 20.
Die Platte 18 ist elastisch aufgehängt, und zwar in einer elastischen Leitung 21, z.B. einem dünnwandigen Metallrohr. Sie
ist auf einer ait dem Rohr 21 verbundenen Stange 22 befestigt.
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BAD ORIGINAL
Das Rohr 21 bildet eine Dichtung zwischen dem die Stange 22 enthaltenden Teil und der Platte 18.
Erfindungsgemäß wird die Stange 22 von beiderseits der Stange angeordneten pneumatischen Organen betätigt«
Im Falle der Fig. 1 sind diese beiden Organe durch Membrandoseh gebildet. Die eine der Dosen ist geschlossen, während die andere mit einer Druckluftquelle 25 verbunden ist.
Da der von der Quelle 25 kommende pneumatische Druok schwankt, verformt sich die Dose 24 gegen den Druck der Dose 23, und die Platte 18 schwingt dank der Elastizität des dichten, elastischen Rohres 21 hin und her«, Infolgedessen bleiben die Abstände zwischen der Platte 18 und den Mündungen der Düsen 16 und 17 nicht einander gleich, und die in den Leitungen 19 herrschenden hydraulischen Drücke werden voneinander verschieden· Da dann auch die in den Kammern 6 und herrschenden Drücke nicht mehr einander gleich sind, bewegt sich der Schieber 2 des Verteilers im einen oder anderen Sinne, und Druckflüssigkeit aus der Quelle 10 dringt in den Ver~ teiler ein und kann durch die eine oder andere der ans Innere des Verteilers angeschlossenen Leitungen 26 und 27 je nach der Bewegungsrichtung des Schiebers entweichen. Der Hub des Schiebers ist proportional dem Druck 1 in der Dose; die Reibung und die Hysteresis sind praktisch Null. Die Durchflußmenge
ist also eine lineare Funktion des in der Dose herrschenden Druckes.
Wenn der Schieber sich nach der linken Seite der Figo 1 bewegt, entweicht die Flüssigkeit durch die Leitung 27 und speist den anzutreibenden Motor in einem bestimmten Sinn. Wenn der Schieber sich nach rechts bewegt, geschieht das Gegenteil; dann wird nämlich die Leitung 26 gespeist«
Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform. Darin findet man dieselben Bauteile, soweit es den Verteiler und die beider-
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BAD ORIGINAL
seits der Platte angeordneten Düsen betrifft; diese Bauteile sind in der gleichen Weise mit Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1·
Der Unterschied gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform besteht darin, daß die Membrandosen 28 und 29» welche die Stange 22 der Platte 18 betätigen, mit je einer von zwei Austrittsleitungen 30 und 31 eines Düsenverstärkers 32 verbunden sind. Dieser ist ein durch die Wirkung · der zweiten Dose geschlossenes System«
Dieser Verstärker enthält einen Lufteinlaß 33, dessen Mündung 34 einen Hauptstrahl gegen zwei öffnungen 35 und 36 der den Druck zu den Membrandosen 28 und 29 führenden Leitungen 30 und 31 richtet·
Beiderseits des Hauptstrahles sind zwei Düsen 37 und 38 angeordnet; sie richten Steuerstrahlen gegen den Hauptstrahl, die diesen gegen die eine oder andere der mit den Membrandosen verbundenen zwei öffnungen 35 und 36 richten.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform betätigt die vom Verteiler kommende Druckflüssigkeit einen hydraulischen Motor 39 im einen oder anderen Sinne, je nach der Bewegung des Verteilerschiebers,-. Dieser hydraulische Motor treibt eine Pumpe 40, welche durch eine Leitung 42 Druckluft zur Mündung 37 schickt«,
Dieser Luftdruck bewirkt die Abhängigkeit der Servosteuerung von den Bewegungen des Motors 39.
Die Steuerung des Servoventils geschieht durch eine Luftzufuhr in die Düse 38.
Diese Luftzufuhr lenkt den aus der Düse 34 kommenden Hauptstrahl ab; die von der Pumpe 40 kommende Luft stellt das Gleichgewicht wieder her und teilt den aus der Mündung kommenden Hauptstrahl zu gleichen Teilen auf die zwei öffnungen 35 und 36 auf, wenn das zu steuernde System nach Befolgung
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BAD ORIGINAL
des dureh die Luftzufuhr zur Düse 38 gegebenen Steuerbefehls seine Gleiohgewichtsstellung eingenommen hat,
Mg; 3 zeigt zwei in Reihe hintereinander geschaltete Düaenstraiilverstärker, die sich für eine Servosteuerung gemäß der Erfindung eignen.
Diese Hintereinanderschaltung zweier Düsenstrahlverstärker 42 und 43 erlaubt, die Verstärkungen des Systems su vergrößern» d^h« mit äußerst schwachen Eintrittsdrüclcen sau arbeiten.»
Wie aus 3?ige 3 ersichtlich, enthält der Verstärker 42 einen aus der Düse 44 austretenden Hamptstrahl? sswei Auffangöffnungen 45 und 46 und zwei Steuerdüsen 47 und 48, die den Hauptstrahl abzulenken vermögen»
Die Auffangöffnungen 45 und 46 führen su Düsen 49 und 50 des Strahlverstärkers 43· Diese erhält einen. Haupt strahl durch eine Düse 51 und speist das Servoventil, wie in Fig« 2 dargestellt, durch öffnungen 52 und 53.
Fig. 4 aeigt eine weitere Ausführungsart ι diese eignet sich zur Steuerung eines hydraulischen Motors,, saB„ eines Stellmotors 54«
Die Bewegung des Stellmotors wird durch einen Druck gesteuert, der aus einer .Druckquelle 55 kommt«
Stillgesetzt wird der Motor durch einen anderen, in einer Leitung 56 herrschenden Druck·
Das Servoventil enthält hier zwei Membrandosen 57 und Die eine von ihnen ist mit der den Steuerdruck aus der Leitung 55 liefernden Leitung, die andere ist mit der leitung"'5~6 verbundene '■'''*
In einer aus der Leitung 55 abzweigenden Leitung 59 ist ein Slektroventil 60 angeordnet, durch das man den Druck in der Leitung 59 beseitigen und diese Leitung stillsetzen*kann.
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BAD ORIGINAL
Wenn das Elektroventil geschlossen ist, wird die brandose 57 mit Druck aufgefüllt? nenn es aber offen ist, entweicht die Druckflüssigkeit aus der Membrandose durch das Elektroventil zum Sammelbehälter 12·
Da3 Servoventil enthält ebenso wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen Düsen 16 und 17 und einen Verteiler, in dem sich ein Schieber 2 und Kolben 3, 4 und 5 befinden·
Dieser Verteiler speist den Stellmotor 54 durch Leitungen 61 und 62·
Der Stellmotor bewegt einen Schlitten 63, der auf einer Bahn 64 gleitet.
Bei der besonderen Ausführungsform nach fig. 4 weist der Schlitten 4 Rampen 65 bis 68 auf, mit denen Düsen 69 bis 72 kombiniert sind.
Jede dieser Düsen ist, wie Fig. 3 zeigt, auf dem Niveau der zugehörigen Rampe angeordnet· Wenn der Schlitten 63 sich so bewegt, daß eine der Rampen vor der zugehörigen Düse ankommt, wird durch diese Rampe die zugehörige Düse praktisch versperrt und dadurch die Bewegung des Schlittens 63 gestoppt.
Jeder der Düsen ist in je einer Leitung angeordnet, die durch ein elektrisch zu betätigendes Absperrventil 73 bis 76 gesperrt werden kann; es können also so viele Haltepunkte wie nötig erzielt werden.
Alle diese Elektroventile sind an eine gemeinsame Leitung 77 angeschlossen, die mit einer Leitung 78 verbunden ist, die mit Druckluft aus derselben Quelle 5 wie die Membrandose 57 gespeist wird.
Das beschriebene Gerät arbeitet wie folgt»
Zu Beginn ist der Schlitten von den Düsen 69 bis 72
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entfernt· Wenn man durch daw Elektroventil 60 die Verbindung zwischen der Leitung 59 und dem Ablauftank 12 sperrt, wird die Membrandose 57 unter Druck gesetzt und die Platte so bewegt, daß die Drücke in den Leitungen 19 und 20 einander ungleich werden und der Schieber des Verteilers 2 sich verschiebt und den Stellmotor 54 mit Drucköl so speist, daß der Schlitten 63 sich den Düsen 69 bis 72 nähert.
Die Düsen sind so angeordnet, daß zuerst die Rampe 68 die ihr zugehörige Düse 72 erreicht. Sobald diese Düse durch W die Rampe 68 praktisch gesperrt ist, ist die Leitung 77, 78 ohne Ablauföffnung, und die Membrandose 58 füllt sich mit gleichem Druck wie die Membrandose 57. Dann befinden sich das System wieder im Gleichgewicht und der Stellmotor 54 in Ruhe.
Um das System eine weitere Operation beginnen zu lassen, betätigt man das Elektroventil 75; dieses öffnet die die Düse 71 speisende Leitung. Da diese Düse, wenn ihr die zugehörige Rampe 67 nicht gegenübersteht, einen Ablauf bietet, befindet sich das System außer Gleichgewicht, und der Stellmotor setzt sich wieder in Bewegung und verschiebt den Schlitten 63. Diese Verschiebung hört, wie vorher, dann auf, wenn t die Rampe 67 vor der Düse 71 ankommt.
Man kann so die einzelnen Operationen nacheinander fort setzen, um den Schlitten 63, der bei Ankunft der Rampe vor der zugehörigen Düse selbsttätig stillgesetzt worden ist, in Bewegung zu setzen; danach steuert man den Schlitten in seine ursprüngliche Stellung zurück.
fig. 6 zeigt noch eine andere Ausführungsform, bei der die pneumatische Steuerung eine Membrandose 79 enthält, die eine« hier «it 2p bezeichneten Innendruck ausgesetzt ist· Die eine der beiden Winde der MeMbrandose 79 ist fest mit einer Platte 80 verbunden, die eine Ringnut 81 aufweist, in die das * Ende 82 der an der Platte 18 befestigten Stange 22 eingreift.
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Das zweite Organ, welches einen Schub auf die Stange 22 ausübt, ist hier nicht durch eine Membrandose, sondern durch eine Reihe von Kolben 83 voneinander verschiedenen Querschnittes gebildet.
Diese Kolben, die übrigens auch durch andere Bauteile wie z.Bo Kugeln ersetzt werden könnten, gleiten in Kammern 84, in deren Innerem ein Druck ρ herrscht,,
Die Platte 80 ist der Wirkung von acht solchen Druckkolben 83, die in entsprechenden Kammern 84 gleiten, ausgesetzt.
Die Querschnitte der Kammern 84 verhalten sich zueinani
ist.
der wie 1»2n, worin η eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 8
Man erhält so ein pneumatisch gesteuertes Servoventil, dessen Verstärker nach einem binären System arbeitet.
Die Speisung der Kammern 84 und der Membrandose 79 kann durch Lochkarten oder mittels logischer Ventile, die mit 11Ja" oder "Nein" arbeiten, erfolgen,.
Man erhält so eine Antwort ähnlich wie bei einem digital gesteuerten Servoventil, ohne Zuhilfenahme elektronischer Geräte.
Die Fig. 6 und 7 zeigen, wie das System für mechanische Verschiebungen des gesteuerten Organs dienstbar gemacht werden kann.
Das untere Ende 85 der Platte 18 ist, im Eingriff mit einem Hebel 86, der fest mit einem Federblatt 87 verbunden ist, das auf einem unbeweglichen Teil 88 des Gerätes befestigt
Der Hebel-86 wird in-der einen-Richtung durch eine Fe*- · der 89 gedrückt; in der anderen !Richtung trägt er eine Stan-.:. ' ge r90 (nur ,teilweise dargestellt- in Fig» S)1 die sich' gegen:;V;
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ORIGINAL INSPECTED
einen Bauteil 91 abstützt, der in Richtung der Pfeile 92 (Fig. 6): längsverschieblich ist ο
Im laufe seiner LängsverSchiebung erlaubt dieser eine Schrägfläohe bildende Bauteil 91 dem Hebel 86, sieh unter der Wirkung der Feder 87 zu verschieben. Daraus ergibt sich eine Stellungsänderung der mit dem Hebel 86 gekuppelten Platte 18 und infolgedessen ein Zusammenhang zwischen der vom Servoventil gesteuerten Verschiebung des Bauteils 91 und der Steuerung dieses Servoventils selbst»
Fig. 7 zeigt mehr schematisch, wie die Steuerung des Bauteils 91 durch das Servoventil geschieht,
Fig. 6 und 7 zeigen die Leitungen 93» welche die Düsen 16 und 17 mit dem !leitungssystem des hydraulischen Verteilers 1 verbinden.
Wie Fig. 7 zeigt, speist dieser hydraulische Verteiler einen doppeltwirkenden Stellmotor 94, der mit zwei Kolben 95 und 96 versehen ist α
Eine Verbindungsleitung zwischen den beiden Kammern 79 und 89 des doppeltwirkenden Stellmotors ist mit einem Verteiler 99 versehen, der, falls Handbetätigung gewünscht wird, diese beiden Kammern miteinander zu verbinden gestattet.
Wenn der Verteiler 99 die Verbindung unterbricht, werden die Kolben des doppeltwirkenden Stellmotors und der mit ihm fest verbundene Bauteil 91 infolge des vom Verteiler 1 verteilten Öldruckes verschoben»
Wie aus Fig, 6 ersichtlich, ist ein Finger 90 in Kontakt mit dem eine Schrägfläche aufweisenden Bauteil 91» Wenn sich dieser Bauteil längsverschiebt, bewegt er gleichzeitig diesen Finger, und dieser steuert mittels der in Fig. 6 gezeigten Organe die Bewegung der Platte 18 zwischen den Düsen 16 und 17» und dies bewirkt die mechanische Verbindung
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zwischen der pneumatischen Steuerung und der mechanischen
Verschiebung des gesteuerten Bauteils 91*
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt! diese könnten vielmehr abgewandelt werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen würde·
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Claims (1)

  1. - 12 Patentansprüche
    1. Pneumatisch gesteuertes Servoventil mit einem Druckflüssigkeits-Yerteiler in Form eines Kolbenschiebers, mit einer Einrichtung zur Betätigung dieses Schiebers, die aus zwei einander entgegengerichteten Düsen und einer zwischen ihnen von einer zur anderen hin- und herbeweglichen Platte besteht, ferner mit je einer Druckflüssigkeitsleitung zwischen jeder dieser Düsen und je einer an jedem Ende des Verteiler-Schiebergehäuses angeordneten Kammer, und mit einer Einrichtung zur Steuerung der Bewegungen der Platte, dadurch gekennzeichnet, daß diese die Bewegungen der Platte (18) steuernde Einrichtung durch eine mit der Platte starr verbundene Stange (22) und durch zwei beiderseits dieser Stange angeordnete, auf die Stange drükkende pneumatische Organe (23, 24; 28, 29; 57, 58; 79, 83/84) gebildet ist (Figo 1, 2, 4, 6)o
    2. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine s der auf die Stange drückenden pneumatischen Organe eine Membrandose (23, 24; 28, 29; 57, 58j 79} ist»
    3. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Stange drückenden pneumatischen Organe Membrandosen sind und daß eine dieser Dosen (23) geschlossen und die andere (24) mit einer Druckgasquelle (25) verbunden ist (Fig. 1).
    4. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Stange drückenden pneumatischen Organe Membrandosen sind, deren jede mit einer Druckgasquelle verbunden ist (Fig. 2, 4).
    5. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Stange drückenden pneumatischen Organe mit den Ausgängen (30, 31) eines dynamischen Strahlverstärkers (32)
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    verbunden sind, der einen Einlaß (33) für Druckgas, zoB. Druckluft, mit einer Düse (34)y, die einen Hauptstrahl gegen zwei Auslaßöffnungen (35, 36) richtet, die mit den auf die Stange drückenden pneumatischen Organen verbuauden sind, sowie zwei Düsen (37, 38) aufweist, die mit Steuergas beaufschlagt werden und beiderseits des Hauptstrahls so angeordnet sind, daß ihre Strahlen den Hauptstrahl zur einen oder anderen der zu den pneumatischen Organen führenden Auslaßöffnungen (35, 36) ablenken (Mg. 2).
    6ο Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Strahlverstärker (42, 43) in Reihe hintereinander geschaltet sind, wobei die AuslaßÖffnungen (45, 46) des ersten Verstärkers mit den Düsen (49, 50) des zweiten Verstärkers verbunden sind (Fig« 3)·
    7» Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der auf die Stange drückenden pneumatischen Organe mit einer Druckgasleitung verbunden ist, ferner daß der Verteiler einen hydraulischen Stellmotor (54) mit Druckflüssigkeit speist, daß ferner der Stellmotor einen Schlitten (63), der eine oder mehrere Rampen (65 bis 68) trägt, bewegt und daß das Druckgas-Leitungssystem eine bzw. mehrere Leitungen aufweist, die bzw« deren jede in einer Düse (69 bis 72) mündet, vor die sich die zugehörige Rampe schiebt (Fig· 4).
    8. Servoventil nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß in jede der in eine Düse (69 bis 72) mündenden Leitungen ein elektrisch betätigtes Absperrventil (73 bis 76) eingeschaltet ist (Fig. 4).
    9v Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der beiden auf die Stange (22) drückenden pneumatischen Organe durch eine Platte (80) gebildet ist, die dem Schub mehrerer Kolben (83) voneinander verschiedenen Querschnittes ausgesetzt ist, welche in Kammern (34) gleiten, die mit einer Druckgasquelle verbunden werden können (Fig· 6)„
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    10» Servoventil nach den. Ansprüchen 1 und 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Kolben sich wie die Paktoren .2n verhaltene
    .11. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Platte (18) ein mechanischer Bauteil (91) wirkt, der durch einen vom Verteiler gespeisten hydraulischen Stellmotor (94) betätigt wird (J?ig. 6 und 7).
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