DE1814773A1 - Reversibel betreibbares hydraulisches Stellglied mit abgeschlossenem Hydraulikfluessigkeitsumlauf - Google Patents

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Knapp Mikrobydraulik GmbH, 8402 Neutraubling

Reversibel betreibbares hydraulisches Stellglied mit abgeschlossenem Hydraulikflüssigkeitsumlauf.

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Stellglied, wie es als Stellantrieb für die Bereitstellung unmittelbar ausgenutzter Arbeitsbewegungen oder als Servomotor zur Steuerung und Regelung von Maschinen, die ihrerseits die unmittelbar genutzten Arbeitsbewegungen meist mit vielfacher Leistung ausführen, Verwendung findet. Dabei wird eine Umsetzung zwischen der elngangsseitigen und der ausgangsseitigen Energieart oder Bewegungsgrösse vorgenommen, die möglichst verlustarm und linear, zumindest aber.proportional, erfolgen soll. | Eine weitere Forderung besteht ixt der Beibehaltung der jeweils eingefahrenen Stellung unter Last bis zum Eintreffen eines weiteren Steuerbefehls*

Bekannte hydraulische Einrichtungen für derartige Zwecke weisen bereits doppelseitig beaufschlagbare und in beiden Bewegungsrichtungen mit gleichen wirksamen Kolbenflächen versehene Ar- beitszylindereinrichtungen auf, die Waex Wegeventile und Drosseleinrichtungen von einer konstant umlaufenden Pumpe mit Hy _v &0S827/O826

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draulikflüssigkeit versorgt werden. Solche Einrichtungen verlangen grosse Flüssigkeitsmengen und Vorratsbehälter sowie eventuell besondere Kühlanlagen und sind daher auch nur bei grossen, stationären Steuerungsanlagen wirtschaftlich einsetzbar. Weiterhin sind in beiden Drehrichtungen antreibbare und entsprechend in beiden 3?örderrichtungen mit gleichen Leistungen arbeitende Pumpen wie beispielsweise Zahnradpumpen bekannt, mit denen die Betätigung eines solchen, doppelseitig beaufschlagbaren Arbeitszylinders grundsätzlich möglich ist, ohne dass ein Wegeventil eingesetzt werden muss. Pur die Beibehaltung der jeweils eingefahrenen Stellung der Arbeitszylindoreinrichtung ist die Anordnung und Steuerung von entsperrbar en Rückschlagventilen in den Anschlussleitungen an den Zylinderkammern bekannt geworden, die im Ruhezustand der Anlage den Abfluss von Hydraulikflüssigkeit aus beiden Zylinderkamaiern ^: sperren, so dass der Kolben in seiner Jeweiligen Lage hydraulisch gehalten ist. .

Die bekannten hydraulischen Anordnungen die sich der geschilderten Einrichtung bedienen, vermögen Jedoch vielen Anforderungen der modernen Steuerungs- und Regelungstechnik nicht zu genügen, da sie meist nicht klein genug herstellbar.sind, in ihrer Anbringungs- und fransportfäbigkeit nicht genügend > Spielraum bieten und zu ungenau arbeiten, vor allen Dingen deshalb, weil sie mit einem sogenannten offenen Kreislauf der Hydraulikflüssigkeit arbeiten. Die Pumpe saugt dabei die Hydraulikflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter an, in den die-

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ββ ganz -oder teilweise nach Durchlauf der Anlage wieder zurückgelangt. Vielfach gerät dabei Luft in die Flüssigkeit, deren Kompressibilität dadurch ansteigt, was zu Verfälschungen der Abhängigkeit zwischen Eingangs- und Ausgangssignal führt. Sich bildende Lufteinschlüsse grösserer Volumen können den völligen Ausfall des Gerätes nach sich ziehen. Sine mögliche Verschmutzung der Flüssigkeit mit schmirgelnden oder sich festsetzenden Partikeln hat einen raschen Verschleiss und damit wiederum erhöhte üngenauigkeiten oder Betriebsstörun- ^ gen des Gerätes zur Folge. In jedem Falle ist die benötigte ^ Flüssigkeitsmenge bei einem solchen offenen Kreislauf für die Hydraulikflüssigkeit wesentlich höher als die, die für die

eigentliche Druckübertragung und den Rücklauf zwischen der Pumpe und der Arbeitszylindereinrichtung notwendig wäre, was sich im Hinblick auf die Grosse, das Gewicht und den Preis des Gerätes nachteilig auswirkt und insbesondere bei einer Auslaufmöglichkeit der Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter zu erheblichen Beschränkungen der Anbringungsmöglichkeit und Transportfähigkeit des Gerätes führt. |

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein reversibel betreibbares hydraulisches Stellglied zu schaffen, das unter Berücksichtigung der eingangs erhobenen Forderungen als Präzisionselement eine

hohe und dauerhafte Genauigkeit der Abhängigkeit zwischen Stellgrösse und Signal aufweist und bei dem die durch die Verwendung eines offenen Flüssigkeitsumlaufes bedingten Nachteile vermieden sein sollen.

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Dabei soll vorzugsweise besonderer Viert auf ein geringes Lei- ] stungsgewicht und eine möglichst verzögerungsfreie Signal- ^; umsetzung des Stellgliedes gelegt werden, das insbesondere, bei kleinsten Abmessungen als leistungsstarkes_f in sich abgeschlossenes, elektrohydraulisches Servoelement oder Antriebselement für Bewegungsvorgänge, beispielsweise an Prothesen menschlicher Gliedmassen, ausgebildet sein soll.

mk Die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe ist gekennzeichaet durch eine doppelseitig beaufschlagbare Arbeitszylindereinrichtung, die über einen nach aussen hermetisch abgeschlossenen Eydraulikflüssigkeitsumlauf mit einer rotatorisch antreibbaren, für eine reversierbare Förderung ausgebildeten Pumpe verbunden ist, und durch eine Verriegelungseinrichtung in Form zweier Rückschlagventile, deren jeweils eines in einen Zweig des Hydraulikflüssigkeitsumlaufes zwischen den Pumpenanschlüssen und den Anschlüssen der Zylinderkammern eingeschaltet ist und die bei Stillstand des Stellgliedes'geschlossen und bei dessen

™ Betrieb geöffnet sind, wobei für'das öffnen des jeweiligen, dem aufgrund der gewählten Drehrichtung als Sauganschluss dienenden Pumpenanschluss zugeordneten Ventils ein Kolben vorgesehen ist, der mit dem jeweils anderen als Druckanschluss dienenden Pumpenanschluss hydraulisch kraftschlüssig verbunden ist, sowie durch zwei Speicher, deren jeweils einer an einen der Zweige des Hydraulikflüssigkeitsumlaufes zwischen Pumpen- anschluss und zugehörigem Ventil angeschlossen ist.

Durch den nach aussen völlig abgeschlossenen Plüssigkeitsum-

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lauf wird die Plüssigkeitsmenge auf das notwendige Mass beschränkt, das durch die Grössenordnung der auszuführenden Xolbenhubbewegung, die beaufschlagte Kolbenflache, den Querschnitt und die Länge der Zweigleitungen zu der Pumpe und schliesslich die Abmessungen des Pumpenfb'rderraumes und der Kammern der Ventile und Kolben der Verriegelungseinrichtung bestimmt ist. Die Plüssigkeitsmenge wird lediglich um die geringen Volumen zweier kleiner Druckspeicher erhöht, die jeweils mit einem der beiden Pumpenförderanschlüsse verbunden

sind. Diese unter geringem, vorzugsweise einstellbarem bzw. ^ nachstellbarem Druck, stehenden Flüssigkeitsvoiumen dienen der schnellen Öffnung der Rückschlagventile bei Anlauf der Pumpe und sind insbesondere bei sehr kleinen Mengen hoch Inkompressibler Flüssigkeiten in den Leitungen zwischen der Pumpe und den Ventilen notwendig, um den flüssigkeitsumlauf bei Anlauf der Pumpe in Gang zu setzen,, Diese somit vorgegebene Plüssigkeitsmenge ist von der Aussenluft hermetisch abgeschlossen und natürlich auch keinem Schmutzeinfall ausgesetzt. Sie kann sorgfältig gereinigt und in hoch inkompressibier Konsistenz, " f beispielsweise durch Evakuieren, in den Umlauf eingefüllt werden und führt damit su einem reproduzierbaren, streng proportionalen Verhalten zwischen der Steuerfunktion und der Ausgangsbewegungi Der anhaltend hochwertige Zustand der Hydraulikflüssigkeit und deren sehr klein zu haltende Menge bedingen ein gutss dynamisches Verhalten des Stellgliedes, d.h. die Iotzeiten bei Anlauf , Bewegungsumsteuerung und Nachlauf werden klein gehalten? das lachgebem des verriegelten Kolbens bei Anlegen. '· einer äusseren Last ist äusserst gering.

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Wie lange der geschlossene Flüssigkeitsumlauf wartungsfrei ohne Nachfüllen betrieben werden kann, hängt von der erreichten Dichtigkeit aller Leitungsstosssteilen und natürlich besonders den Dichtungen der Kolbenstangen und der Pumpenantriebswelle ab. Während die Abdichtung der Durchtritte sich nicht drehender und langsam bewegender Kolbenstangen sehr gut beherrscht werden kann, treten bei den Pumpenwellenlagerungen immer unvermeidliche Leckagen auf, schon allein deshalb, weil besonders wirksame Dichtungen hier (bei den schnell laufenden Teilen) zu ganz erheblichen Reibungsverlusten führen wurden. Diese Leckagen können störender Weise ungleichmässig sein, z.B. abhängig von der Drehzahl, und beeinträchtigen damit besonders die Signaltreue des Stellgliedes. Bei Pumpsystemen mit abgeschlossenem Hydraulikflüssigkeitsumlauf und nur in einer Forderrichtung betriebener Pumpe ist es bereits bekannt, den Lagerraum, in den die Leckflüssigkeit über die pumpensei- ' tige Wellenlagerung eindringt, an den Sauganschluss der Pumpe anzuschliessen, um somit die Leckflüssigkeit aus dem Lagerraum abzusaugen und in den abgeschlossenen Flüssigkeitsumlauf zurückzuführen. Bei reversibel antreibbaren Pumpen ist ein derartig einfaches Vorgehen aufgrund der wechselnden Funktionen der Pumpenansehlüsse als Saug- und Druckanschluss nicht möglich. Hier wäre es denkbar, eine weitere, kleine, nicht reversierbare Pumpe lediglich für die Entlastung des Lagerraumes vorzusehen oder zwei Rückschlagventile aufweisende Leitungen zwischen dem Lagerraum und den beiden Pumpenanschlüssen der reversierbaren Förderpumpe anzubringen. Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Lösung sieht eine solche Rückführung der

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Leckflüssigkeit in dem abgeschlossenen Umlauf generell vor. ■

Es muss darauf hingewiesen werden, dass es jedoch garnicht wünschenswert ist, auf den Lagerraum einen Sog auszuüben, der zu einer Erhöhung des Leckstromes führt und damit einen Nebenschluss zu dem Arbeitskreis der Pumpe vergrössert, der den ge-

itenviaTirkungsgrad des Stellgliedes verringert. Es -genügt vielmehr ein sehr schwacher Sog, der den Aufbau eines Druckes im Lagerraum und damit einen Abfluss der Flüssigkeit in Richtung des _— Rotationsantriebes zuverlässig verhindert. In einer besonders '~~ bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Stellgliedes wird eine neuartige Drehkolbenpume eingesetzt, die einen U-förmigen Kolben aufweist, der im Zentrum des U-Bogenteiles exzentrisch angetrieben und an den Planken des U-Schenkelteils längsverschiebbar geführt ist. Durch den Exzenterantrieb vollführt der U-Schenkelführungsteil eine Hubbewegung bei gleichzeitig überlagerter Pendelbewegung. Der zwischen der geraden Stirnseite des U-Kolbens und dem Pumpengehäuse gebildete Raum stellt eine zweite Pumpenkammer dar, die mit Hilfe entsprechend j| angeordneter Schlitze baw« Kanäle zwischen dieser zweiten Pumpenkanuner und der eigentlichen Förderkammer mit dieser in Verbindung steht. Dabei dient die überlagerte Hub- und Schwenkbewegung des Kolbenführungsteiles zur Steuerung dieser Verbindungen -nach Art eines 3/2-Wegeventils, so dass die zweite Pumpenkammer laufend durchströmt wird und unabhängig von der Drehrichtung der Pumpe abwechselnde Saug- und Druckhübe ausführt. Diese somit von der reversiblen Antriebsweise unabhängige Pumpvfirkung der zweiten Kammer der Drehkolbenpumpe wird erfindungsgemäss- ·

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leckflüssigkeit aus dem Lagerraum der Pumpen-

welle abzuführen und in den Eörderumlauf zurücksuleiten. Um der Gefahr einer umgekehrten Förderung von flüssigkeit in den Lagerraum hinein abzuhelfen, wird in Sie Verbindung zwischen dem Lagerraum und der zweiten Pumpenkammer ein Rücksehlagven-? til eingeschaltet. Es sei betont» dass die Steuerschlitz bett, Kanäle so schmal ausgeführt werden können-, dass kein grosser Sog auf den Lagerraum ausgeübt wird_} sondern vielmehr lediglieh ein Druckaufbau der Leckflüssigkeit im Lagerraum und somit ein Austreten des Öles an der Sichtung der Welle zur Seite des Antriebsanschlusses hin unterbunden wird«. Zugleich verhindert diese erreichte Durchströmung der zweiten Pumpfmkammer ' den Aufbau eines Druckpolaters in diesem Pumpenratua, gBgGn das die Pumpe sonst unter Energieverlust des Gesamtsystems anarbeiten müsste.

Vorzugsweise wird die Pumpe von einem Elektromotor, insbesondere einem spannungsgesteuerten Gleichstrommotor, angetrieben und dient als elektrohydraulisches Stellglied breiter Anwenöungcniöglichkeit. In praktischen Ausführungen des erfindungsgeinässen Stellgliedes werden durch einen modernen Aufbau in . · Sandwich-Bauweise besonders kleine Abmessungen erreicht. Dabei können verschiedene Arbeitezylindereinrichtungen und Pumpen unterschiedlicher Förderleistung zur Anwendung gelangen, die ias Gerät an die jeweiligen Einsatsbedingungen anpassungsfähig Gestalten. Bei diesen sehr kleinen und doch überraschend starken Stellgliedausführungen kommen vorzugsweise hochtourige Gleichstrommotoren zur Anwendung, so dass die DruckSbösse der

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Drehkolbenpumpe kleine Amplituden aufweisen, die überdies ,noch von den Druckspeiebern gedämpft werden. Insgesamt gesehen zeigen diese Stellgliedausführungen bei ausgezeichneter linearer Signaltreue eine hohe Stellgeschwindigkeit und ein dynamisches Verbalten sehr geringer Hysterese, so dass sie sich besonders gut für Steuerungsaufgaben in Rsglerkreisen eignen. Bei Verwendung eines elektrischen Antriebs,kommen die Vorteile einer unkomplizierten Zusammenarbeit mit elektronischen Datenverarbeitungseinrichtungen hinzu, die eine Arbeitsweise nach ^ digitalen oder analogen Steuerfunktionen ermöglichen; der Ein- "~ satz für proportionale oder integrale Regelaufgaben ist gewährleistet. Insbesondere für digitale Steuerungsaufgaben kommt auch der Einsatz von Schrittmotoren in Präge. Bei Anbau eines. Istwertgebers an die Kolbenstange, z.B. in Gestalt eines Präzisionspotentiometers, dient das Gerät in Zusammenarbeit mit einem Sollwert-Istwert-Auswerter selbst als Regelungsglied. Das lineare Verhalten lässt das Stellglied darüberhinaus besonders gut für die Ausführung von Bewegungen geeignet erscheinen, die aufgrund linearer Eingangssignale erfolgen sollen. So haben f sich Ausführungsformen des erfindungsgemässen Stellgliedes hervorragend als elektrohydraulische Antriebe für Prothesen menschlicher Gliedmassen bewährt, die der Benutzer über seinem Empfinden entsprechende, räumlich und/oder zeitlich"lineare Signale steuern kann. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus . der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele, Es zeigen

Figur 1 ein Symbolschaltbild· einer Ausführungsform des Stell-

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gliedes nach der Erfindung; ·

Figur 2 eine Darstellung des prinzipiellen Aufbaus des Ausführungsbeispieles nach Figur 1;

Figur 3a bis 3c die Seitenansichten dreier verschieden aufgebauter Stellgliedausführüngen nach der Erfindung.

Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Stellgliedes sind alle mit der neuartigen Drehkolbenpumpe ausgerüstet, mit deren zweiter, führungsseitiger Pumpenkammer die Rückführung der Leckflüssigkeit aus dem Lagerraum der Pumpenwelle in den geschlossenen Flüssigkeitsumlauf zwischen der Arbeitszylindereinrichtung und der Pumpe durchgeführt wird. Diese Drehkolbenpumpe ist in Figur 1 in verschiedene Symboldarstellungen auseinandergezogen dargestellt. Dabei ist die eigentliche, reversible Förderpumpe mit 1 bezeichnet. Die zweite, als nicht reversibel betreibbare Pumpe anzusehende Pumpenkammer ist mit 2 gekennzeichnet, und die Schlitzsteuerung zwischen der Förderpumpenkammer und der zweiten Pumpenkammer findet ihre Deutung im Symbol eines zwangsgesteuerten 3/2-Wegeventils 3. Die Pumpe 1,2 wird von einem drehzahl- und drehrichtungsgesteuerten Gleichstrommotor 4 angetrieben. Die vollreversibel betreibbare Pumpe 1 in Form der ersten Pumpenkammer der Drehkolbenpumpe ist in den geschlossenen Umlauf der Hydraulik-ι flüssigkeit - in diesem Falle ein Spezialöl - eingeschaltet, der über die hydraulisch vorgesteuerten Rückschlagventile 5 und 6 mit den Zylinderkammern 7 und 8 eines doppelt beaufschlagbaren GeradlaufZylinders 16 verbunden ist, dessen Kolben 9 mit

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einer "beidseitig aus dem Zylinder 16 herausgeführten Kolbenstan ge 10 versehen ist und somit für beide Eawegungsrichtungen gleich grosse wirksam® Kolbenflächen 11 aufweist. Der Ölumlauf lässt sich in zwei Leitungszweige 12 und 13 aufspalten, . von denen der eine 12 die Verbindung von dem einen Anschluss 14 des reversiblen Pumpeatsilss 1 über das Rückschlagventil 5 su d®r Zvlindsrkammer 7 und der andere 13 die Verbindung von dsm Anschluss 15 des reversiblen Pumpenteiles 1 über das Rückschlagventil β au der Zylinderkammer 8 darstellt. Zur Stützung des Ansaugdruckes der Pumpe und damit auch des dynamisch günstigen Verhaltens des Stellgliedes sind an jeden der Zweige 12 und 13 jeweils swlsohen den Pumpenanschlüssen 14 bsw» 15 uniden Ventilen 5 bsw« β Je ein Druckspeicher 17 und 18 angeschlossen.

Der Pumpenteil 2 steht einerseitä mit seinem Ausgang 19 über ein Rückschlagventil 20 mit dem von Leckflüssigkeit aus der Pumpe beaufschlagten Lagerraum 21 und andererseits über das 3/2-Wegeventil 3 mit den Anschlüssen 14- und 15 des Pumpenteils 1 in Verbindung, so dass der Pumpenteil 2 in einem zwangsläufigen Rhythmus mit den Anschlüssen 14 und 15 gemeinsam oder einzeln verbunden und abgetrennt ist.

Figur 2 zeigt ein Prinzipbild der einzelnen, verwendeten Bauelemente und ihrer Verbindungen untereinander in einer räumlich auseinandergezogenen und zum Teil umgeklappten Lage gegenüber der tatsächlichen räumlichen Zuordnung, wie sie aus den später noch zu beschreibenden. Abbildungen 3a bis 3c hervorgeht.

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Das schraffierte EeId in Figur 2 soll diesen baulichen Zusammenhang der Teile des Stellgliedes charakterisieren, die in den abgeschlossenen 'ölumlauf eingeschlossen, bzw. an diesen angeschlossen sind. Die in den Figuren dargestellten feile gleicher Punktion sind mit gleichbleibenden Bezugszeiohen versehen.

Die insgesamt mit 22 bezeichnete Drehkolbenpumpe ist parallel zu ihrer Bewegungsebene aufgebrochen dargestellt. Sie is,t mit einem U-förmigen Kolben 23 ausgerüstet, deren krelsbogenför«- mige Stirnfläche die eigentliche Förderkammer begrenzt und mit dem umgebenden Pumpengehäus® zusammen den reversibel betreib- ■ baren Pumpenteil 1 bildet. Der Kolben 23 ist an seinen Sciienkelflanken geradlinig verschiebbar in Eührungsstücken 24 und 25 gelagert, die ihrerseits innerhalb des Pumpengehäuses um einen gemeinsamen Drehpunkt verscbwenkbar sind und in denen Aussparungen 26 und 27 ausgebildet sind, die den reversibel betreibbaren Pumpenteil 1 jeweils mit den Pumpenanschlüssen verbinden,an die wiederum die Leitungszweige 12 und 13 des Ölumlaufs angeschlossen sind. Der Kolben 23 ist an einem Zapfen 28 gelagert, der exzentrisch auf der pumpenseitigen Stirnfläche einer Antriebswelle 29 gelagert ist. Die Antriebswelle 29 wird von dem in Figur 2 nicht dargestellten Gleichstrommotor 4 über die Kupplung 40 angetrieben. In die Leitungen 12 und 13 sind die Rückschlagventile 5 und 6 derart eingesetzt, dass sie bei Stillstand der Pumpe ein Ausströmen des Öls aus den Pumpenkammern 7 und 8 verhindern. Der Kolben 9 ist demnach hydraulisch verriegelt und lässt sich aus seiner

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eingenommenen Lags durch eine auss^m an der Kolbenstange -. 10 angreifende Kraft nicht verschieben,, Wie bereits beschrie«» ' best sind Druckspeicher 17 und 18 an beiden Pumpenanschlüssen H und 15 des !»umpentelles 1 angeschlossen,, die mit Membranen 30 Yersehen sind« Duroh eine Yervölbung der Membranen isim ein begrenzter Druck gespeichert bzw«, wieder abgegeben werden. Der Druck kann in hier nicht dargestellter Weise dadurch verändert werden_s dass die Vorspannung der Membrane direkt oder über eine Mengen- oder Druckänderung eines hinter der Membrane befindlichen Gases 31 od. dgl. von aussen vorgenommen wird. Selbstverständlich können auch blasenf5riaig@ un^andere» regelbare Druckspeicher Verwendung finden. Ebenfalls nicht darge- · stellt sind Einfüllventile» die an die Leitungszweige 12 und 13 zwischen d@m Pumpenaaschlüsaen 14 und. 15 und den Ventilen 5 und 6 "angeschlossen sein können, um den geschlossenen Lei™ tungskreislauf mit Öl aufzufüllen_o

Bei Antrieb des Drehkolbens über die Welle 29 und den Exzenterzapfen 28 wird der Pumpenkolben in eine überlagerte Ereis- und Pendelbewegung verssbst, worauf in voa Kreiskolbenpumpen her bekannter Weise eine Pumpwirkung des Pumpenteiles 1 swischen den Pumpenanschlüssen 14 und 15 auftritt, deren Richtung von der Antriebsdrehrichtung des Kolbens abhängt_o Beim Anlaufen der Pumpe muss für die bezweckte Bewegung des Arbeitskolbens -zunächst die Verriegelung durch Öffnen der Rückschlagventile 5 und β aufgehoben werd-en₀ I¹Ur das Öffnen jeweils desjenigen Tentiles» das bei der gewählten Antriebsdrehrichtung in Schliessriehtung beaufschlagt wird, ist in

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bekannter Weise eine Kolbenanordnung in ©iner Verbindung sehen den Zweigen 12 und 13 angeordnet, die sich bei Druckbeaufschlagung des einen Leitungszweiges derart verschiebt, dass das in Schliessrichtung beaufschlagte Ventil in dem jeweiligen Saugzweig geöffnet wird. Um eine möglichst kompakte Bauweise zu ermöglichen, ist in diesem Ausführungsbeispiel der sonst übliche einteilige Doppelkolben in swei Kolben 32 und 33 zerlegt, die in parallel Terlaufenden Yerschieberichtungen nebeneinander angeordnet werden können. Aufgrund des Druckvorrates in dem jeweils an dem Sauganschluss der Pumpe liegenden Druckspeicher« kann die Pumpe sofort zu Beginn ihrer Bewegung über die Verschiebung eines der beiden Kolben 32 und 33 hinaus auch das in der jeweiligen Druckleitung angeordnete Rückschlagventil aufstossen, so dass der Weg für eine Ölförderung und damit eine Bewegung des Kolbens 9 sehr schnell freigegeben wird. Praktische Ausführungen eines derartigen Stellgliedes haben gezeigt, dass die AnlaufVerzögerungen, Ümsteuerverzögerungen und dgl. auf die G-rössenordnung von einigen zehn Millisekunden herabgesetzt werden können. Bei Stillsetzen der Pumpe ist andererseits deren Nachlauf sehr gering, so dass die Ventile 5 und 6 aufgrund ihrer Federbelastung ebenfalls unter nur geringer Verzögerung schliessen können und damit den Kolben in seiner jeweilig eingenommenen Lage wieder verriegeln. ι

Die in .Figur 1 insgesamt mit 5 bezeichnete 3/2-Wegesteuerung ist bei der Pumpe in Figur 2 in Form einer sogenannten Schlitzsteuerung verwirklicht. Zwei Schlitze 34 sind in die untere Bodenwandung des Gehäuses eingebracht und in korrespondieren-

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der Stellung zu zwei in dem Drehkolben angeordneten und mit den Anschlüssen 14 und 15 bzw. dem Pumpenteil 1 verbundenen Bobrungen 35 angeordnet. In der oberen und unteren Totlage (siehe Figur 2) des Drehkolbens sind jeweils durch Abtrennen der Schiitzöffmingen von der Pumpenkammer 2 baw* von den Bohrungen 35 durch des Drehkolben beide Verbindungen zwischen der Pumpe&Scammer 2 und jeweils den Fompenanschlüssen 14 und 15 des Pumpe&teiles 1 unterbrochen» In de*a Zwisshenstellungen etwa bei 90°-Dreiiung aus der Sotlage heraus ist jeweils eine 'M Verbindung von dsr Kammer 2 über einen der Schlitze 34 und die zugehörige Bohrung 35 zu einem der Pumpenanschlüsse 14 und geöffnet, während die Verbindung ssu dem anderen Pumpenanschluss unterbrochen let. Dies© Stellungen entsprechen den wirksamen Saug- bzw» DrackMifeem äes Kolbens besüglich der Pumpenkammer 2. Sie Urviokzuatäuä® In -i.3S? Pampsakammer 2 werden durch den Anschluss 19 in eine Leitung 36 übertragen _s die über das swischengeschaltete Rückschlagventil 20 in den Isckölbeaufschlagten Pumpenraum 21 führtο Tritt in der Leitung 36 ein Druck auf, so schliesst das Rückschlagventil 20, so dass keine Plus- " sigkeit aus der Kaaamer 2 in den Lagerraum 21 einströmen kann. Tritt umgekehrt in der Leitung 36 ein wenn auch nur schwacher Unterdruck auf, so kann durch Öffnen des Ventiles 20 das sich im Lagerraum 21 befindliche Lecköl in die Kammer 2 abfliessen, von der es in den regulären Ölumlauf zurückbefördert wird. Um zu verdeutlichen, auf welchem Wege Lecköl in den Lagerraum 21 gelangt, wurde in die Darstellung der Figur 2 eine gestrichelte Leitung 37 aufgenommen, die sinnbildlich den Durchtritt

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des Lecköles an der Durchführungsetelle der Welle 29 in dem Pumpengehäuse angeben soll. Das öl gelangt ungehindert durch . das Kugellager 38 in den Raum 21« Aufgrund der Absaugung kann:· sich in dem Lagerraum 21 jedoch kein nennenswerter Druck aufbauen, so dass an die Axial-und Radialdichtung, die den Pum- ' penraum 21 gegenüber dem Anschlussende 40 fite den Rotationsantrieb abdichten soll,, keine höheren Anforderungen gestellt werden müssen. Durch die Massnahme der LeokÖlabführung aus dem Lagerraum kann die wartungsfreie Betriebszeit eines derart mit einem abgeschlossenen Ölumlauf ausgerüsteten.Stellgliedes ausserordentlich erhöht werden. Selbetrerständlich kann mit Hilfe der gleichen Pumpe -Lecköl auch aus anderen Lagerräumen von Drefateilen des Stellgliedes oder auch Dichtungsräum@n b®i Kolbenstangen und dgl, abgezogen werden.

In den Figuren Ja bis 3c sind drei Ausführungsformen des erfinäungsgemässen Stellglieds in einer besondere kompakten Bauweise dargestellt. Die einzelnen Bauteile sind in G-ehäusekb'rpern gleicher Querschnittsabmessung untergebracht oder zusammengefasst. Eine Reihe solcher Gehäusekörper mit zusammenzuschaltenden Bauteilen wird dann mit den Stirnflächen aneinanderliegend hintereinander angeordnet zusammengebaut. Diese Sandwich-Bauweise ermöglicht eine billige Bearbeitbarkeit der Einzelteile, eine' bequeme Montage und führt zu kurzen LeitungslängeiVbei grossen Leistungsquerschnitten unter möglichst guter Ausnutzung des umbauten Raumes zwischen den einzelnen Bauteilen. Durch die V/ahl fester Abmasse können ganze Gattungen der erfindungsge-

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■ massen Steilglieder mit nur einer geringen Sah! verschiedener • Bauteiltypen nach dem Baukastenprinzip zusammengesetzt werden.

Pigur 3a zeigt von recht nach links gesehen den Gleichstrommo- · tor 4* der unter Ankupplung an die Welle 29 an das Wellenlagergehäuse 41 angeschraubt ist. Darauf folgt die Pumpe 22, die von dem Exsenterzapfen 28 der Welle 29 angetrieben wird, und darauf wiederum das Gehäuse 42 für die Druckspeicher 17 und 18 und eventuelle Einfüllventile, die an die Pumpenanschlüsse μ H und 15 angeschlossen sind«, Daran schliesst sich die Verriegelungseinrichtung 43 mit den Ventilen 5 und 6 und den zugehörigen Kolben 52 und 33 an, die über die Leitungszweige 12 und 13 mit den Druckspeichern verbunden sind. Auf die Verriegelungseinrichtung folgt schliesslich die Arbeitezylindereinrichtung} deren, beide Kammern an die Yentile 5 und. 6 angeschlossen sind. Im Fall des Beispiels der !figur 3a ist sich in Richtung des Zusammenbaus fortsetzend ein Geradlaufzylinder 44 vorgesehen, dessen Kolbenstange nur an einem Ende von aussen zugänglich ist.Bei derartigen Anordnungen werden bevorzugt ~ kurzhubige Zylinderanordnungen eingesetzt.

Das Beispiel in Figur 3b zeigt mit Ausnahme der Arbeitszylindereinrichtung den gleichen Aufbau wie die Stellgliedausführung in Figur 3a. Statt des GeradlaufZylinders 44 ist hier ein Drehzylinder 45 vorgesehen, an dessen Achszapfen 46 eine Drehbewegung abnehmbar ist, die beispielsweise gegenüber der Drehbewegung an der Pum.penwelle um ein Vielfaches kraftübersetzt ist.

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Figur 3c zeigt wiederum die gleiche Anordnung des Gleichstrommotors 4» des Lagergehäuses 41» der Pumpe 22, des Bruckspeichergehäusee 42 und der Verriegelungseinrichtung 43. In diesem Ausführungsbeispiel ist an die ausgangsseitige Stirnfläche der Verriegelungseinrichtung 43 ein zu den übrigen Elementen des Stellgliedes parallel verlaufender Geradlaufzylinder 16 vorgesehen, dessen Kolbenstange 10 beidendig aus dem Zylinder 16 heraustritt. Bei dieser Bauweise werden vorzugsweise langhubige Zylinder mit grosser Kolbenfläche eingesetzt, so dass zweckmässigerweise eine Pumpe 22 mit grösserer Förderleistung eingesetzt wird. Wie ein Vergleich der Figur 3c mit den Figuren 3a und 3b zeigt, wird eine Förderleistungserhöhung der Pumpe durch eine entsprechend grosser gewählte Axialabmessung des Pumpenraumes erreicht, wobei die dafür notwendige grössere Antriebsleistung durch ein grösseres Volumen des Gleichstrommotors 4 charakterisiert ist.

_Ä Die Erfindung ist nicht auf die nachfolgenden Ansprüche beschränkt. Ihr zugehörig sind sämtliche Merkmale aus der vorstehenden Beschreibung und der Zeichnung, die aufgrund des Standes der Technik ersichtlich erfinderisch sind.

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Claims (15)

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Patent- (Schutz«)Ansprüche

1» Hydraulisches Stellglied, gekennzeichnet dureh die

folgea&er Einriebtungsu und Merkmals,

a) ©ine doppelseitig TbeaufsciilagTbare- Arbeits™ zylindereiftrichtung (I6_s44j45)i .

To) eine rotatorisch antreibbare Pumpe (22) für revereierbare Förderung,

c). eianaeto aiasses, hermetisch abgeschlossener Hyäraniikflüssigkeitsumlauf (12, 13) zwiscbes dsr Pumpe (22) und der ixbeitszylin«= dereim?Ichtu*ö,g (16_S 44a 45)_B

d) eine Verriegelungseinrichtung (43) in Porm Ewei@r Rückschlagventile (5₉ 6)₅ deren jeweils eines in einem Zweig (12, 13) des Kydraulikflüssigkeitsumlaufes zwischen den Pum pensnschlüssen (14? 15) und den Anschlüssen der %linderkammern (7, 8) eingeschaltet ist und' die bei Stillstand des Stellgliedes geschlossen und bei dessen Betrieb geöffnet sind, wobei für das Öffnen des jeweiligen, dem aufgrund der gewählten Drehrichtung als Sauganschluss dienenden Pumpenanschluss zugeordneten Ventils ein Kolben (32, 33) vorgesehen

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ist, der mit dem jeweils anderen, als Druckanschluss dienenden Pumpenanschluss hydraulisch kraftschlüssig verbunden ist,

e) zwei Druckspeicher (17, 18)i deren jeweils einer an einen der Zweige (12, 13) des Hydraulikflüssigkeitsumlaufes zwischen Pumpenanschluss und zugehörigem Ventil angeschlossen ist.

2. Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der über die pumpenseitige Wellenlagerung (38) mit Leck-' flüssigkeit aus der Pumpe (22) beaufschlagte Lagerraum (21) zur Rückführung der Leckflüssigkeit in den Hydraulikflüssigkeit sumlauf (12, 13) mit diesem über eine zwischengeschaltete Saugeinrichtung (2, 20) verbunden ist.

3. Stellglied nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe als Dreh*- kolbenpumpe (22) ausgebildet ist.

4. Stellglied nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite, zwischen der Stirnfläche des Puhrungsteiles des Drehkolbens (23) und dem Gehäuse gebildeten Pumpenkammer (2) der Drehkolbenpumpe (22) über eine Vegeventilsteuerung (3) (Schlitzsteuerung) mit in den Hydraulikflüssigkeit sumlauf einbezogen und über ein Rückschlagventil (20) mit dem Lagerraum (21) der Pumpenwelle (29)

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verbunden ist, so dass nur die in dieser zweiten irreversiblen Pumpenkammer erzeugten Saughiibe auf den Lagerraum durchgreifen·

5· " Stellglied nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Rückschlagventile (5f 6) der Verriegelungseinrichtung (43) ein getrennter Kolben (32, 33) für das öffnen des je nach Pumpendrehrichtung in Schliessrichtung beaufschlagten Ventils zugeordnet ist, wobei die Kolben vorzugsweise in zwei achsparallel ausgebildeten Zylindern geführt sind.

6. Stellglied nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckspeicher als Membrandruckspeicher (17, 18) ausgebildet sind, deren Druck vorzugsweise- einstellbar ist.

7. Stellglied nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Hydraulikflüssigkeitsumlauf j vorzugsweise an beiden Zweigen (12s 13) zwischen den Rückschlagventilen (5, 6) und den Pumpenanschlüssen (44·? 15)* linfüllventile vorgesehen sind«

8. Stellglied nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspruches dadurch gekennzeichnet₉ dass das Lager-

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gehäuse (41) für die Welle (29) zwischen dem Pumpenkolben (23) und dem Rotationsantrieb (4)» der Pumpenkolben mit dem stirnseitigen Pumpengehäusetell (22), die Druckspeicher nebst den Einzelventilen (42) und schliesslich die Yerriegelungseinrichtung (43) jeweils als raumsparend kompakte Baueinheiten gleicher Querschnittsabmessungen aufgebaut und in der genannten Reihenfolge hintereinander angeordnet mit ihren Stirnseiten zusammengebaut sind (Sandwich-Bauweise).

9. Stellglied nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite des Lagergehäuses (4i)>an der das der Pumpe (22) abgewandte Ende (40) der Welle (29) für den Antrieb des Pumpenkolbens (23) angeordnet ist, das rotatorische Antriebsaggregat (4) für die Pumpe angebaut ist.

10. Stellglied nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das rotatorische Antriebsaggregat als Elektromotor, vorzugsweise als Gleichstrommotor (4), ausgebildet ist, für dessen Speisung und Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung insbesondere lediglich ein zweipoliger elektrischer Anschluss vorgesehen ist.

11. Stellglied nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuge der Zusammenbaurichtung an der freien Stirnseite der Yerriegelungseinrichtung

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(43) als Arbeitszylindereinrichtung ein Seradlaufzylinder (44) angeordnet ist, dessen Kolbenstange aus der freien Stirnseite austritt.

12. Stellglied nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem hintereinander angeordneten, übrigen Baueinheiten des Stellgliedes als Arbeitszylindereinrichtung ein Geradlaufzylinder (16) angeordnet ist, dessen Kolbenstange (1O) aus beiden Zylinderstirnseiten austritt.

13. Stellglied nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der freien Stirnseite der Verriegelungseinrichtung (43) als Arbeitszylindereinrichtung ein Drehsylinder (45) angeordnet ist, dessen Kolbenbewegung zu einer entsprechenden Drehbewegung einer durch die Zylinderwandung hindurchtretenden Welle (46) führt.

H. Stellglied nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die doppelseitig beaufschlagbare Arbeitszylindereinrichtung (16, 44, 45) für beide Bewegungsrichtungen gleich grosse wirksame Kolbenflächen (11) aufweist.

15. Stellglied nach^Anspruch 14, dadurch .gekennzeichnet, dass die Bewegungsstrecken des Kolbens der Arbeitszy-

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lindereinrichtung (16, 44, 45) linear von dem elektrischen Steuersignal abhängen.

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