DE1915810A1 - Digitalstellsystem - Google Patents

Description

"Digitalstellsystem"

Die Erfindung betrifft Stell- bzw. Schaltkörper mit zwei zueinander bewegbaren Elementen, welche gestreckte und eingezogene Lagen zueinander einnehmen. Insbesondere betrifft die Erfindung Digitalstellkörper bzw. Dxgitalsehaltkörper, bei welchen ein Digitaleingangsimpuls in eine körperliche, d.h. mechanische Bewegung umgesetzt wird. Diese Bewegung ist dabei proportional dem Realwert des Eingangsimpulses.

Es ist erhöhter Bedarf für mit großer Genauigkeit arbeitende Digitalstellkörper vorhanden_s welche eine den Ausgang darstellende, mechanische Bewegung nach Maßgabe eines Digitaleinganges durchführen. Dabei sollen die Vorrichtungen der genannten Art nicht zu teuer sein, nicht zu komplex im Aufbau und dennoch geeignet für genaue Leistung und lange Lebensdauer nach den Erfordernissen moderner Steuerungssyst©me. Zu diesem Zweck werden bei Schalt- bzw. Stellkörpern bekannter Ausführungsform mehrere koaxial angeordnete und aneinander angrenzende Kolben-Addiereinheiten verwendet, welche als Abschnitte eines Stspels vorgesehen sind und je zwei zueinander bewegbare

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

Elemente von geringer Masse aufweisen. Diese sind durch Federn in bestimmtem Abstand voneinander gespannt, kämen jedoch nach Maßgabe eines Digitalimpulses auf elektromagnetische Weise eine bestimmte Entfernung zusammengezogen werden.

Beim Zusammenziehen eines oder mehrerer der Abschnitte wird eine Nachführfeder wirksam, welche entsprechend den Stapel zusammenzieht ; auf diese Weise wird die Masse der Last in einer Richtung bewegt und zwar um eine Strecke, welche der Summe der einzelnen, zusammengezogenen Abschnitte entspricht. Bei darauffolgender Expansion bzw. Streckung dehnt sich die Nachführfeder nach Maßgabe der Federwirkung der expandierten Einheiten, um die Verlängerung des Stapels zu ermöglichen; dabei wird die Last in der entgegengesetzten Richtung verlagert. Obwohl die Bewegung der Lastmasse gedämpft wurde, um eine zu große Beschleunigung und Verzögerung zu vermeiden, wurden die einzelnen Abschnitte des Stapels mit großer und nahezu unsteuerbarer Geschwindigkeit gestreckt bzw. zusammengezogen. Dies geschah innerhalb der durch die einander gegenüberliegenden Flächen gegebenen Grenzen, wenn die genannten Flächen am Ende der Streckungs- und Verkürzungstakte aneinander anliegen.

Mit der vorliegenden Erfindung soll deshalb der Arbeitsablauf der Stell- bzw. Schaltkörper der genannten Art verbessert werden, was durch innere Steuerungsvorrichtungen geschehen soll, um die größte Geschwindigkeit der Streckung und Verkürzung eines oder mehrerer der Addierabschnitte zu steuern. Insbesondere soll die Verzögerung der Elemente am Ende der Streckungs· und Kürzungstakte steuerbar sein, um zu große Stöße und ein mögliches "Überschiessen" der jeweiligen Lage sowohl während der Streckung als auch während der Kürzung der einzelnen Abschnitte zu vermeiden.

Nach der vorliegenden Erfindung bilden die int Abstand zueinander vorgesehenen Elemente jeden steuerbaren Abschnittes eine Spaltkammer zur Speicherung von Druckmittel. Eine Ge-

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schwindigkeits-Steuerungsleitung bzw. Öffnung befindet sich in einen der Elemente, um Druckmittel mit steuerbarer Geschwindigkeit und unter bestimmten Kraft durch die Öffnung zu leiten, wodurch die größte, zu erreichende Geschwindigkeit bestiaabar ist. Ub die Verzögerung der Elemente zu steuern bildet ein pit dem anderen Element bewegbarer Flächenbereich bzw. Anlagebereich eine Begrenzung, welche progressiv den Durchflußbereich beschränkt bzw. drosselt, während sich die Elemente einander am Ende eines Arbeitstaktes nähern. Dabei werden die Elemente nach Maßgabe ihrer Annäherung allmählich verzögert.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind zwei Steuerungskammern mit wenigstens je einer Geschwindigkeitssteuerungsleitung und mit einer Begrenzungsfläche vorgesehen, welche in jeder Bewegungsrichtung wirksam sind. Auf diese Weise sind sowohl der Streckungstakt als auch der Verkürzungstakt steuerbar. In Kombination mit den Geschwindigkeits-Steuerungsleitungen sind Ventile vorgesehen, um Druckmittel in die Steuerungskammern so einzuleiten, daß die Abschnitte schnell ansprechen, wenn der existierende Zustand zu verändern ist, obwohl die Gesehwindigkeits-Steuerungsleitungen durch die Begrenzungeflächen eng verschlossen werden.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.

Figur 1 ist eine Längsschnittansicht eines Digitalstell-

körpers nach der vorliegenden Erfindung; die Ansicht ist teilweise in zwei senkrecht zueinander stehenden Ebenen dargestellt.

Figur 2 ist eine der Figur 1 entsprechende Ansicht des Stell- bzw. Schaltkörpers mit bewegten Teilen.

Figur 3 ist eine wesentlich vergrösserte Teilansicht innerhalb des in Figur 2 dargestellten Bezugskreises, wobei die Stellung dargestellt ist, wenn ein Addieräbschnitt in seine verkürzte Lage bewegt wird.

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Figur 4 ist eine Teil-Schnittansicht von Linie 4-4 in Figur 2; und

Figur 5 ist eine Teilschnittansicht von Linie 5-5 in Figur 2.

Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, ist die Erfindung in einem elektromagnetisch arbeitenden Digital-Stellkörper verwirklieht. Der Stell- bzw. Schaltkörper weist eine Ausgangswelle IO auf, welche durch eine Anzahl in Serie geschalteter, Kolben-Addiereinheiten 11, 12, 13 und 14 in Längsrichtung verschiebbar ist. Die Welle kann dabei mehrere Endlagen einnehmen. Die Addiereinheiten stellen die Digitalgrößen "i", "2^W, "4" und "8" dar, wie in Figur 1 der Zeichnungen an den Digital-Eingängen bzw. Befehlstellen 15, 17, 18 und 19- dargestellt ist. Jede eineine Einheit ist axial zusammenzieh- und dehnbar, um eine stufenweise Verschiebung der gegenüberliegenden Enden der Einheit zu erreichen. Diese Verschiebung ist dem Realwert der Digitaleingangsgröße proportional, so daß die Ausgangswelle 10 mit Hilfe des Stapels absatzweise ausgefahren bzw, zurückgezogen werden. Die Welle nimmt dabei mehrere Stellungen ein, welche die verschiedenen Kombinationen der Digitalgrößen "l", «2», "4" und "8^B wiedergeben.

Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung weist der Stell- bzw. Schaltkörper einen zylindrischen Block 20 auf, welcher.eine längliche, zylindrische Bohrung 21 in einer Büchse

22 bildet. Die Büchse ist an einem Ende, d.h. in Figur 1 und

2 der Zeichnungen am linken Ende mit Hilfe eines Kappenkörpers

23 geschlossen. Die Kappe besteht aus einem zylindrisch geformten Stutzen 24, welcher bei 25 in der Buchse abgedichtet ist. Das andere Ende der Buchse ist in eine ringförmige Öffnung 27 in einer Seite einer hohlen Kappe 28 einge~ schoben und bildet dag rechte Ende des Blockes, Die Addier-« einleiten 11-14 sind/expandiertem Zustand Ende an Ende in

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der Bohrung 21 eingepasst und füllen diese von der Kappe am linken Ende bis zur Ausgangswelle 10 am rechten Ende ausτ Die einzelnen Addiereinheiten sind durch Scheiben 25, 27, und 29 voneinander getrennt. Letztere befindet sich zwischen der rechts gelegenen Addiereinheit 11 und dem linken Ende der Ausgangswelle.

Die Ausgangswelle 10 erstreckt sich quer durch eine Kammer 30 in der hohlen Kappe 28; die Welle tritt durch eine abgedichtete Öffnung 31 aus der Kappe aus und wird elastisch durch eine Feder 32 nach links gedrückt. Die Feder 32 ist zwischen der Endwand 33 der Kappe und einem Ring 34 eingepasst, welcher auf die Welle aufgeschoben ist und sich an eine Ringschulter 35 der Welle anlegt. Die Rückführfeder hat.somit die Tendenz, ™ den Stapel aus Addiereinheiten 11-14 zusammenzudrücken, um entsprechend die Welle nach links zu verschieben nach Maßgabe der Zusammenziehung einer oder mehrerer der Addiereinheiten. Bei Expansion einer beliebigen Addiereinheit, wodurch eine Längenzunahme des Stapels hervorgerufen wird, ist die Feder elastisch zusammendrückbar.

Gewöhnlich weist jede Addiereinheit li-14 zwei zylindrische Elemente aus Magnetmaterial auf. Die Addiereinheiten sind Ende an Ende innerhalb der Bohrung 21 angeordnet, wobei Federelemente die Einheiten voneinander abdrucken und sie axial in bestimmtem Abstand zueinander halten. Der Spalt i stellt die mögliche Ausgangs-Verlagerung dar und zwar proportional zum Digitaleingang der jeweiligen Einheit. Obwohl alle Einheiten im wesentlichen den gleichen Aufbau aufweisen können, sind nur die "!"-und "^"-Einheiten 11 und 12 einander gleich. Jede der Einheiten weist zwei zylindrische

auf Kolbenbuchsen 37 und 38 aus Magnetmaterial^ welche an ihren angrenzenden Enden durch einen Spalt 39, 40 voneinander getrennt sind. Die Einheiten weisen auch ©inen Kolben bzw. Plunger 41 auf, welcher in der linken Kolbenbuchse 38 angeordnet ist und einen hohlen, zylindrischem Teil 42

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von reduziertem Durchmesser aufweist. Dieser erstreckt sich nach rechts über den Spalt hinweg und liegt am linken Ende der anderen Buchse 37 an. Ein nach außen sich erstreckender Flansch 43 des Plungers, welcher aus nichtmagnetischen Material besteht, liegt an einem Innenflansch 44 der Buchse 38 an, um die Bewegung des Plungers nach rechts zu begrenzen. Das Federelernent dieser beiden Einheiten besteht aus zwei Schraubenfedern 45 und 47, welche zwischen das linke Ende des Plungers 41 und ein Paar von Haltescheiben am linken Ende der Buchse eingepasst sind. Auf diese Weise halten die Federn normalerweise den Plunger in seiner ausgefahrenen Lage, in welcher der im Durchmesser reduzierte Plungerteil 42 die Buchsen axial im Abstand zueinander hält, ins die Einheit 11, 12, im expandierten Zustand zu halten. Die Federn sind jedoch elastisch verformbar, um das Verschieben des Plungers bezüglich der Buchse 38 während der Kontraktion der Einheit zu ermögliche^.

Die "4"- und "8^W-Einheiten 13 und 14 sind gewöhnlich , einander gleich. Jede der Einheiten weist eine Kolbenbuchse 48 mit einem koaxial dazu angeordneten, nichtmagnetischen Plunger 49 auf, welcher darin bewegbar ist. Einander gegenüberliegende Flanschkörper 50 und 51 auf der Buchse und auf dem Plunger begrenzen die Streckbewegung eines im Durgfc*?" messer reduzierten Teiles 52 des Kolbens über dem zugehörig gen Spalt 53» 54 hinweg. Eine Feder 55 ist zwischen Plunger und Haltescheiben an der Buchse eingepasst, um den Plunger elastisch in ausgefahrener Lage zu halten, welche die Breite des Spaltes wiedergibt. Das zweite Magnetelement der «4«_Einheit 13 besteht aus dem Stutzen 24 auf der Kappe 23 _f welcher auf diese Weise in der Bohrung 21 am linken Ende der Buchse 48 befestigt ist. Das zweite Element der ' "8"-Einheit 14 besteht aus einem Zylinder 57, welcher vexw schiebbar in der Bohrung an der rechten Seite der. Buchse 48 , vorgesehen ist. Die beiden Plunger 49 dieser zra. Einheiten erstrecken sich somit in ihrer ausgefahrenen Lage bezüglich

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der beiden Buchsen in entgegengesetzter Richtung.

Jede Addiereinheit 11-14 wird von einer Elektromagnetspule 6l, 62, 63 und 64t umgehen, um ein im wesentlichen axial sich erstreckendes, konzentriertes Hagnetfeld zu erzeugen, welches sich durch die voneinander getrennten Magnetelemente der'Addieranordnung erstreckt, um die Trennkraft der Federn zu überwinden und um die Magnetelemente aufeinander zu zu ziehen. Die Spulen sind einander im wesentlichen gleich ■it Ausnahme von Einzelheiten in der Ausgestaltung, welche auf die verschiedene Spaltgröße der verschiedenen Einheiten bezogen sind. Die Spulen sind lose um die Buchse 22 gelegt und sind koaxial mit dieser in ringförmigen Schlitzen befestigt, welche durch Spulenringe 65 gebildet werden. Die * Spulenringe werden durch axial im Abstand zueinander ange- ™ ordnete Magnet-Abstandskörper 67 gehalten. Die genannten Körper weisen Flansche 68 auf, welche die Buchse umgeben und an diese angepasst sind, wobei sie sich an die Außenseite dieser Buchse anlegen. Eine passende Abdeckung 69 umgibt die Spulen zwischen den zwei Kappen 23 und 28.

Venn alle Spulen 61-64 entregt werden, werden die Addiereinheiten 11-14 mit Hilfe der darin befindlichen Federn in axial expandierte« Zustand gehalten. Die Federn halten die Plunger 41 und 49 über den Spalten 39» 40, 53 und 54 gestreckt, um die Magnetelemente in geeignetem Abstand zueinander zu halten. Die Nachführfeder 32 hält die Ausgangs- (| welle 10 gegen den Abstandskörper 29 am rechten Ende des expandierten .Stapels und zwar in der in Figur 1 der Zeichnungen dargestellten Lage. Venn eine oder mehrere der ' Elektromagnetspulen erregt werden, werden die Magnetelemente der zugehörigen Einheit (oder Einheiten) aufeinander zu gezogen, um den jeweiligen Spalt (oder Spalte) zu schliessen, wodurch die Summe der Axiallänge der Addiereinheiten um den Beitrag der geschlossenen Spalte reduziert wird. Da die Mag-

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netelemente jeder Einheit eine verhältnismässig geringe Hasse 'aufweisen, verglichen mit der Gesamtmasse des Stapels, der Ausgangswelle und der Last, können die einzelnen Einheiten sehr schnell nach Maßgabe der Digital-Eingangssignale bzw. Impulse zusammengezogen werden. Die Längenänderung des Stapels wird dabei durch die Feder 32 herbeigeführt. Bei Entregung einer Spule werden die Magnetelemente der Wirkung der Feder innerhalb der jeweiligen Einheit freigegeben; diese wird somit gegen die geringere Druckkraft der Nachführfeder expandiert.

Die Elektromagnetspulen 61-64 werden nur verwendet, um die zugehörigen, einzelnen Einheiten 11-14 zusammenzuziehen, während die Federn die größere Arbeit vollziehen, indem sie die Masse der Last und den Stapel bewegen. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Magnetelemente jeder Addiereinheit ist somit nur durch das Verhältnis der bewegten Massen und die Größe des angelegten Magnetfeldes begrenzt. Beides, sowohl die maximale Geschwindigkeit als auch die Verzögerung bzw. Abbremsung der Elemente am Ende der Dehnungs- und Verkürzungsbewegung waren bislang ohne genaue Steuencg. Die einzelnen Arbeitstakte der Einheiten können natürlich sehr schnell vor sich gehen, beispielsweise.von 25 Millisekunden für die "i"- und ^"-Einheiten bis 80 Millisekunden für die "8"-Einheit.

Nach der vorliegenden Erfindung werden die maximale Relativgeschwindigkeit der Magnetelemente einer oder mehrerer der Einheiten ^L-14 als auch das Verzögerungsmaß der Elemente am Ende des Arbeitstaktes auf neuartige und sehr wirksame Weise gesteuert, um nachteilige Wirkungen zu vermeiden, welche durch zu große Stöße auftreten könnten. Einer der genannten Nachteile besteht darin, daß die Elemente zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer Richtung zu weit bewegt

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werden. Die Steuerung von Geschwindigkeit und Verzögerung bzw. Abbremsung der Elemente kann sowohl während der Expansion als auch während der Einziehung der Einheiten erfolgen, um eine glatte und steuerbare Bewegung in beiden Richtungen herbeizuführen.

Um diese Steuerung zu erreichen wirken die zwei bewegbaren Elemente jeder Einheit 11-14 mit der Bohrung 21 zusammen und bilden eine Spaltkammer zwischen den Elementen, um darin Druckmittel wie gewöhnliches Hydrauliköl zu speichern. Wenigstens eine Steuerungsöffnung für die Geschwindigkeit befindet sich in einem der Elemente, um bei einer bestimmten Höchstgeschwindigkeit Öl aus der Spaltkammer abführen zu können. Auf diese Weise wird die größte Schließbewegung der Elemente während ihrer Verkürzung gesteuert. Am anderen Element befindet sich eine Blockierfläche, welche in Richtung der Geschwindigkeits-Steuerungsöffnung bewegbar ist, wenn sich die Elemente einander nähern. Diese Fläche bildet eine Begrenzung, welche progressiv den Strömungsbereich der Öffnung begrenzt, wenn sich die Blockierfläehe in Richtung der genannten Öffnung nähert. Diese progressiv wirkende Einschnürung des Flächenbereiches bewirkt eine zunehmende bzw. progressiv wirkende Beschränkung im Ablaß des Öles aus der Spaltkammer, um die Elemente automatisch zu beschleunigen und zwar nach Maßgabe ihrer zunehmenden Nähe.

Eine zweite Kammer befindet sich in jeder der steuerbaren Verzögerungseinheiten 11, 12, welche verkürzt,werden, wenn die Einheiten expandieren. Die zweite Kammer ist auf vergleichbare Weise mit einer Geschwindigkeits-Steuerungs-* . öffnung und einer Blockierfläehe versehen, um graduell den Strömungsbereich der Öffnung einzuschnüren, wenn sich die Elemente ihrer expandierten Lage nähern. Auf diese Weise wird die gewünschte Verzögerung in beiden Arbeitsrichtungen

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erzielt. Es ist außerdem eine Vorrichtung vorgesehen, um die Steuerungsöffnungen zu umgehen, wenn diese geschlossen sind, und um die Druckmittel in die Steuerungskanmem einzuleiten, wenn diese expandieren. Auf diese Weise wird eine Verzögerung in der Ansprechzeit der Addiereinheiten, bedingt durch Blockierung der Steuerungsöffnungen, vermieden.

Die Bohrung 21 und die Kammer 30 im Spalt 28 sind mit Öl gefüllt, welches durch einen Federspeicher 70 an der Oberseite der Kappe unter leichtem Druck gehalten wird. Das Öl tritt in die Bohrung durch eine Nut 71 in der Welle 10 und ein mittig angeordnetes Loch 72 in der Abstandsscheibe 29 ein. Das Öl strömt entlang der gesamten Bohrungslänge durch den Mittelpunkt der jeweiligen Addiereinheiten 11-14.

Die Verzögerungssteuerung ist nur an den "lⁿ- und ^W2^B— Einheiten 11 und 12 wirksam, während die Geschwindigkeitssteuerung an allen vier Einheiten wirksam ist. Wie sich unter Bezugnahme auf die "!"-Einheit ergibt, welche der ⁿ2ⁿ-Einheit im wesentlichen entspricht, ist zu ersehen, daß eine einzelne Geschwindigkeits-Steuerungsleitung 73 (Figur 4) am äußeren Umfangebereich der rechten Magnetbuchse 37 vorgesehen ist. Der Kanal läuft dabei durch einen ringförmigen Bereich 74 am linken Ende der Buchse in die Spaltkammer 39 zwischen den, zwei Buchsen 37 und 38, wenn die Einheit 11 in gestreckter, »- Lage ist. Der erweiterte rechte Endbereich 75 des Kanals mündet in den Mittelteil der Buchse am rechten Ende der . Einheit. Das linke Ende des Kanals stellt die Steuerungsöffnung dar. Die Öffnung weist einen Strömungsbereich auf ^, welcher die größte Strömungsgeschwindigkeit aus der Strömungskammer 39 bestimmt, wenn die Einheit Ii unter der Wirkung des durch die Elektromagnetspule 6l erzeugten Fei— ' des und gegen die durch die Streckfedern 45 und 47 ausgeübte Kraft zusammengezogen wird.

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Der im Durchmesser reduzierte Bereich 42 des Kolbens 4i liegt an der Endfläche der rechten Kolbenbuchse 37 und zwar innerhalb der Gesehwindigkeits-Steuerungsleitung 73 an. Der Bereich bzw. Körper 42 ist dabei innerhalb des Innenflansches 44 der Buchse 38 eingepasst, um mit der Bohrung 21 und den Magnetbuchsen die Spaltkammer 39 zu bilden. Diese ist ein Ringraum, welcher den Plungerkörper 42 umgibt. Die Kammer ist im Wesentlichen abgedichtet, mit Ausnahme der Gesehwindigkeits-Steuerungsleitung 73· Geringfügige LeckageVerluste an den verschiedenen Teilen können vernachlässigt werden, was die Betriebsbereitschaft der Einheit während der Streck- und Verktirzungsbewegung angeht.

In der rechten Nagnetbuchse 37 der Einheit 11 sind zwei Einwegventile angeordnet, die bei 77 (Figur 4) zu sehen sind. In Figur 1 und 2 der Zeichnungen ist nur eines dieser Ventile, bedingt durch die Winkellage der Einbauebenen, dargestellt. Die Ventile weisen Kugeln 78 aus nichtmagnetischem Material auf, beispielsweise aus Nylon. Die Kugeln befinden sich in axial ausgerichteten Einschnitten 79 mit konischen Sitzkörpern 80. Diese sind nach rechts abgeschrägt und verlaufen in Strömungskanäle 81. Die Kanäle 81 erstrecken sich durch die Buchse 37 und stehen mit der Spaltkammer 39 an den erweiterten, linken Enden der Kugeleinschnitte 79. und mit dem ölgefüllten Zwischenraum 82 innerhalb des rechten Endteiles der Buchse in Verbindung. Ein Bolzen 83 ist quer zu dem erweiterten Enden der KugelVertiefungen in die Buchse gepresst, um die Kugein nahe zu ihren Sitzkörpern zu halten. Während der Yerkürxung der Einheit 11 hält der größere Druck innerhalb der Spaltkammer 39 die EinwegeventiIe 77 geschlossen, so daß der einzige Ausweg für das Druckmittel durch die begrenzte bzw, eingeengte Geschwindigkeits-Steuerungaleitung 73 verläuft.

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Venn die Elektromagnetspule 61 erregt ist, um die Buchsen 37 und 38 aufeinander zu zu ziehen, baut das Magnetfeld genügend Kraft auf, um die Wirkung der Federn 45 und 47 zu überwinden. Dabei werden.die Buchsen aufeinander zu gezogen, während Druckmittel aus der Kammer durch die Leitung 73 gedrückt wird. Zunächst ergibt sich eine geringe Begrenzung der Geschwindigkeit, wenn die Magnetelemente aufeinander zu beschleunigt werden. Mit zunehmender Geschwindigkeit wird jedoch die Strömungsgeschwindigkeit durch die Steuerungsleitung 73 gesteigert, bis ein Druckgefälle über der Leitung erzielt wird. Wenn dies der Fall ist, wird eine dem Magnetfeld entgegenwirkende Kraft erzeugt; die Geschwindigkeit erreicht einen Gleichgewichtszustand, welcher aufrechterhalten wird, bis die Elemente nahe aneinander sind. Es sollte jedoch daran erinnert werden, daß die gesamte Schließbewegung innerhalb von 25 Millisekunden oder innerhalb kürzerer Zeit durchgeführt werden kann, so daß die genanten -Abläufe sehr schnell und nahezu momentan geschehen.

Direkt gegenüber der Öffnung am linken Ende der Geschwindigkeits-Steuerungsleitung 73 befindet sich eine Blockierfläche 84 zur Steuerung der Verzögerung der Magnetelenente· Die Blockierfläche ist lediglich ein Teil des flachen rechten Endes der linken Kolbenbuchse 38 in Fluchtung mit dem Bereich 74 am linken Ende der rechten Buchse 37» wie in Figur 1-3 der Zeichnungen zu ersehen ist. Wenn die Kolbenbuchsen um den Spalt 39 voneinander getrennt sind befindet sich die Blockierfläche 84 axial iia Abstand vom Buchsenbereich 74 und zwar tun eine Strecke, welche im wesentlichen größer ist als ein Viertel des Öffnungsdurchnessers. Auf diese Weise ist der anfänglichen Strömungskapazität der Leitung keine Begrenzung auferlegt. Wenn sich die Blockierfläche mehr als i/4 des Leitungsdurchaessers des Bereich 74 nähert wird der Strömungebereich progressiv reduziert,und zwar von der

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ursprünglichen Öffnungsweite, wenn die Blockierfläche etwa ein Viertel des Durchmessers vom Bereich Ik getrennt ist, bis zu einem Strömungsbereich von Null, wenn die Fläche flach am Bereich bzw. an der Auflage 74t anliegt. Auf diese Weise wird eine automatische Sperrwirkung erzielt, um die Verzögerung nach Maßgabe der Stellung der beiden Magnetelemente während der Verkürzung der Addiereinheit 11 zu steuern.

Wenn der effektive Strömungsbereich eingeengt ist, wie

zu
in Figur 3 der Zeichnungen/sehen ist, wird ein höherer Druck innerhalb der Spaltkammer 39 erzeugt. Das ruft eine Verlangsamung der Magnetelemente 37» 38 hervor, wenn sich diese einander nähern. Schliesslich kommt die Blockierfläche Qk in Berührung mit der Anlagefläche bzw. dem Bereich 7k der Buchse 37, wenn die letzte Ölmenge aus der Spaltkammer herausgedrückt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die Strömungsbegrenzung am größten, um den Verschlußstoß der beiden Buchsen wirksam zu dämpfen.

Die Einweg ventile 77 ermöglichen, daß sich die beiden Buchsen 37, 38 während der Streckung der Addiereinheit 11 schnell voneinander trennen, da bei Öffnung Druckmittel in die Kammer 39 eingeleitet wird, sobald die Federn k5 und Λ7 beginnen, die Elemente zu trennen, was nach der Entregung der ElektromqGnetspule 6l geschieht. Die Blockierfläche 84 würde sonst das Eindringen des Druckmittels in die Kammer verhindern und eine schnelle Trennung der Buchsen aus dem in Figur 2 dargestellten, zusammengezogenen Zustand verhindern.

Die zweite Kammer zur Steuerung der Maximalgeschwindigkeit während der Streckbewegung der Addiereinheit 11 ist zwischen dem Plunger kl und der linken Kolbenbuchse 38 durch den Außenflansch k3 des Plungers, welcher einen engen Gleitsitz innerhalb der Buchse aufweist, und durch den inne-

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ren Buchsenflansch 44 gebildet, welcher eng as in DurchHesser reduzierten Körper 42 des Plungers angepasst ist. Ein Paar Geschwindigkeits-Steuerungsöffnungen 85 (Figur 5)i «it der Leitung 73 vergleichbar, steht durch den Flansch 43 Bit der Kammer und mit dem ölgefüllten Zwischenraum 87 in der Bohrung 21 an der linken Seite der Einheit 11 in Verbindung. Die Blockierfläche 88 für diese Leitung stellt das Ende einer Anlagefläche 89 an der linken Seite des Innenflansches 44 der Kolbenbuchse dar. Es sind auch zwei Einwegventile (Figur 5) in Plungerflansch 45 vorgesehen. Diese Ventile weisen aus Nylon bestehende Kugeln 91 in konischen Sitzkörpern 92 auf. Die Sitzkörper sind nach links abgeschrägt und münden in Durchführungen bzw. Leitungen 93, welche durch den Flansch offen liegen. Die Kugeln sind lose in den Sitzkörpern vorgesehen.

Wenn die Einheit 11 und die Spaltkammer 39 auf bereits beschriebene Weise verkürzt bzw. zusammengezogen werden, expandiert die zweite Kammer, da die Kugeln 91 das Eindringen von Medium durch den Flansch ermöglichen» Wenn die Elektromagnetspule 6i entregt ist und wenn die Federn 45 und 47 beginnen, die Einheit zu strecken, beginnt jedoch die zweite Kammer sich zusammenzuziehen. Das damit verbundene Anwachsen des Druckes bewirkt, daß die Kugeln in die Sitzkörper 92 gedrängt werden, um die Einwegventile 90 zu schliessen. Damit verbleibt die Geseriwindigkeits-Steuerungsleitung 85 als einzige Öffnungsleitung für das Druckmittel in der Kammer. Wie bereits beschrieben wurde wird die anfängliche Beschleunigung der Teile nicht wesentlich beeinflusst. Die zunehmende Ausströmung aus der Kammer jedoch erzeugt möglicherweise ein Druckgefälle über der Steuerungsleitung, wodurch eine Gegenkraft erzielt wird, welche der Kraft der Federn 45 und 47 entgegenwirkt und somit die größte Verschlußgeschwindigkeit steuert. Wie bereits beschrieben wurde begrenzt die Blockierfläche 88 zunehmend die Geschwindigkeits-Steuerungsöffnung am linken Ende der Leitung, um die Teile zu verlangsamen und um den Versehlußstoß zu dämpfen.

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Es sollte erwähnt werden, daß beliebige Geschwindigkeits-Steuerungsleitungen bzw. Durchführungen Verwendung finden können, um den gewünschten Strömungsquerschnitt zu erreichen. Je kleiner die Öffnungen jedoch sind desto näher müssen die beiden Magnetetaaente einander näher kommen, bevor eine gesteuerte Verzögerung beginnt. Unter der Annahme, daß die Leitung 85 denselben Flächenbereich aufweist wie die beiden Leitungen 81 beginnt die Verzögerung mit Hilfe der einzelnen Leitung dann, wenn die Elemente in größerem Abstand zueinander liegen.

Dieselbe Wirkung könnte in den *4^W- und "8"-Einheiten erzielt werden, indem einfach die "i"- und ⁿ2ⁿ-Einheiten verdoppelt würden. Die längeren Zeitintervalle für die Betätigung der "4"- und ^"-Einheiten nacht jedoch eine derartige Steuerung unnötig, zumindest für gewi'&se Anwendungsbereiche. Die genannten Einheiten sind deshalb nur mit einer modifizierten Geschwindigkeitssteuerung ausgestattet und nicht mit einer Verzögerungssteuerung.

Zu diesem Zweck ist der Zylinder 57 der "8ⁿ-Einheit i4 mit einer in der Mitte befindlichen Gewindebohrung 94 ausgestattet, in welcher ein Zapfen 95 eingeschraubt ist, wie sich aus Figur 1 und 2 der Zeichnungen ergibt. Der Zapfen weist eine GeschwUigkeits-Steuerungsleitung 97 von bestimmtem Strömungsquerschnitt auf, um die Strömung aus der Spaltkammer 94 zwischen den Magnetelementen 48 und 57 zu begrenzen, wodurch die größte Geschwindigkeit des Zylinders nach links dadurch begrenzt bzw. beschränkt wird, indem ein gegawirkendes Druckgefälle aufgebaut wird, nachdem die gewünschte Maximalgeschwindigkeit erzielt ist. Der im Durchmesser reduzierte Körper 52 des Plungers 49 ist mit radialen Durchlässen 98 ausgestattet, um das Druckmittel in die Mitte des Plungers einzuleiten, so daß sich die Buchse 48 zunächst nach rechts gegen den Zylinder 57 schliesst. Wenn das Druckmittel durch die Steuerungsleitung 97 nach außen strömt wird

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die Einheit durch die Nachführfeder 32 nach links bewegt. IJm die Geschwindigkeitseigenschaften zu ändern kann ein Zapfen mit anderer Öffnungsweite in den Zylinder 57 eingeführt werden.

Die Strömung aus der Spaltkammer 53 der '^"-Einheit 13 zwischen dem Zapfen 24 und der Kolbenbuchse 48 der Einheit geschieht durch radiale Durchlässe 99 im Körper 52 des Plungers 49, von dort zur Mitte des Plungers und durch die Haltescheiben zum Abstandhalter 25, welcher diese Einheit von der "8"~ Einheit trennt. Die in der Mitte befindliche Höhlung bzw. Bohrung 100 dieses Abstandshalters weist bestimmten Durchmesser auf, welcher klein genug ist, um für diese Einheit eine Geschwindigkeits-Steuerungsöffnung mit Drosselwirkung darzustellen. Venn zunächst die Buchse 48 nach links gegen den Zapfen 24 bewegt wird,wird das Öl in der Spaltkammer durch die Durchlaßöffnungen 99 verlagert; die Buchse trennt sich momentan vom Abstandshalter 25. Der Abstandshalter wird ' dann unter Wirkung der Nachführfeder nach links bewegt. Dies geschieht mit einer Geschwindigkeit, welche durch die Strömungsgeschwindigkeit durch die Öffnung 100 bestimmt wird.

Aus der Beschreibung ist zu entnehmen, daß mit dem Digital-Schaltkörper bzw. Stellglied nach der vorliegenden Erfindung alle Arbeitsbewegungen bislang bekannter Ausführungsformen durchführbar sind. Zusätzlich ist eine innere Geschwindigkeitssteuerung für die Einheiten 11 und 12 und auch eine aodifzierte Geschwindigkeitssteuerung in den üblichen Einheiten vorgesehen. Die miteinander wirkenden Elemente der Einheiten 11 und 12 ermöglichen zudem eine steuerbare Verzögerung der zwei Magnetelemente jeder Einheit, üb harte Stösse zwischen den Elementen während deren Zusammenziehung und auch während der Expansion zu vermeiden. Auf diese Weise werden die Arbeite- bzw. Funktionseigenschaften wesentlich verbessert. Diese innere Steuerung geschieht auf verhältnismässig einfache Weise mit einfach aufgebauten Steuerungselementen , welche je nach Vomrts- und

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Rückwärtsbewegung der Magnetelemente automatisch betätigbar sind. Sie sprechen direkt auf die Relativlage bzw. Nähe der einander gegenüberliegenden Flächen der Elemente an.

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Claims (12)

1. PATENTANWÄLTE Dipl.-lng. M ARTI N L I CHT

   PATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRiAANN lfi Df. R E I N H O L D SCHMIDT

   8 MÖNCHEN 2 · THE RES I ENSTRASSE 33 -/Ο·

   Dipl.-Wirisch.-Ing. AXEL HANSMANN Dipl.-Phys. SEBASTIAN HERRMANN

   SERVO LABS, INC. München, den 27. März 1969 Van Nuys, Kalifornien"
   Arminia Street 14744
   V. St. A. Ihr Zeichen Unser Zeichen
   /De 1915810

   Patentanmeldung; "Digitalstellsystem"

   PATENTANSPRÜCHE

   i. Digitalstellsystem mit einer Kolbenaddiervorrichtung, in welcher erste und zweite Elemente zwischen gestreckter und eingezogener Lage aufeinander zu und voneinander abgerichtet bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Elemente (37, 38) in gestrecktem Zustand durch einen Spalt (39) voneinander getrennt sind, daß die Elemente mittels einer ersten Vorrichtung (45, 47) auseinandergedrückt und elastisch in der gestreckten Lage gehalten werden, daß mittels einer zweiten Vorrichtung (61-64) die Wirkung der ersten Vorrichtung überwindbar ist, um d^e Elemente über den Spalt in ihre eingezogene Lage zu bewegen, dass Druckmittel in einer Kammer vorhanden ist, um das Druckmittel dem Spalt und dem Zwischenraum zwischen den Elementen zuzuführen, wenn sich diese in ihrer gestreckten Lage befinden, daß wenigstens eine Geschwindigkeits-Steuerungsleitung (73) mit der Kammer (39) durch eines der Elemente (37) in Verbindung steht, daß die Kammer mit Ausnahme der Leitung während der Relativbewegung der Elemente aufeinander zu abgedichtet ist, daß die Leitung einen bestimmten Querschnittsbereich für die Strömung des Druckmittels aus dem Spalt aufweist, wenn die Elemente in ihre eingezogene Lage aufeinander zu bewegt werden, um die größte Verschlußbewegung der Elemente zu steuern. Patentanwälte Dipl.-lng. Martin Licht, Dipr-WirrscR.-ing. ÄxeiHanlmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

   8 MÖNCHEN 2, TH E RES I ENSTRASS E 33 · Telefon: 281202 · Telegramm-Adresse: LipaHi /München Bayer. Vereinsbank München, Zweigst. Oskar-von-Miller-Ring, Kto.-Nr. 882495 · Postscheck-Konto: München Nr. 163397

   Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT
2. 2. Digitalstellsystem nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Geechwindigkeits-=-Steuex*iEiigsleitung (73) eine Öffnung von bestimmten! Querschnittsbereich aufweist, welche sich von einem Element (37) zum anderen (38) erstreckt, daß das andere Element eine zur Öffnung (73) ausgerichtete Blockierfläche (8k) aufweist, welche sich während der Zusammenziehung der Einheit der Öffnung nähert, um zunächst den wirksamen Strömungsbereich fortschreitend einzuschnüren, wenn sich die Elemente innerhalb eines bestimmten Abstandes nähern, und um daraufhin die Öffnung abzudecken, so daß die Verzögerung der Elemente während ihrer Zusammenziehung steuerbar ist.
3. 3. Digitalstellsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Elementen eine zweite Kammer gebildet ist, welche sich mit den Elementen (57, 3S) zusammenzieht und expandiert, daß eine zweite Geschwindigkeits-Steuerungsleitung (85) an einem der Elemente vorgesehen ist und eine Öffnung aufweist, welche alt der zweiten Kammer verbunden ist, um von dieser Druckmittel mit bestimmter Geschwindigkeit einzuführen, und daß eine Blockierfläche (88) in Richtung der Öffnung bewegbar ist, um diese einzuschnüren und daraufhin abzudecken, wenn die zweite Leitung eingezogen wird, so daß die Verzögerung der Elemente während der Strekkung der Einheit steuerbar ist.
4. 4. Digitalstellsystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß Einwegventile (77) vorgesehen sind, um Druckmittel in jede der Kammern einzuleiten, was während deren Expansion geschieht, daß jedoch während der Zusammenziehung das Ausströmen des Druckmittels aus den Kammern, außer durch die Leitungen,vermieden wird.

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5. 5. Digitalstellsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitssteuerungsleitung Druckmittel durch das eine Element mit bestimmter Geschwindigkeit leitet, was während der Bewegung der Elemente aufeinander zu gerichtet in eine ihrer Stellungen geschieht, daß ein Blockierkörper (84) mit dem anderen der Elemente bewegbar ist und fortschreitend den wirksamen Strömungsbereich der Leitung einschnürt, wenn sieh die Elemente der einen Stellung nähern, und daß fortschreitend die Geschwindigkeit der Relativbewegung der Elemente reduzierbar ist, um die Näherungsbewegung der Elemente in die eine Stellung zu dämpfen.
6. 6. Digitalstellsystem nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeits-Steuerungsleitung in dem einen Element (37) vorgesehen ist und mit der Kammer in Verbindung steht, um Druckmittel aus der Kammer abzuleiten, wenn sich die Elemente einander nähern, und daß der Blockierkörper am . anderen Element angeordnet ist, um zunächst die Leitung einzuschnüren und üb daraufhin diese abzudecken, wenn sich die Elemente aufeinander zu bewegen.
7. 7. Digitalstellsystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Strömungsvorrichtung in dem einen Element, um Druckmittel durch das Element der Kamer unabhängig von der Geschwindigkeits-Steuerungsleitung zuzuleiten, wenn sich die Elemente in voneinander abgewandter Lage befinden.
8. 8. Digitalstellsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsvorrichtung wenigstens ein Einwegeventil in dem einen Element aufweist, welche die Strömung zur Kammer durch das Ventil ernöglicht, welche jedoch die Rückströmung von der Kammer durch das Ventil verhindert.
9. 9· Digitalstellsystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, welche eine zweite Kammer bildet, wenn sich die Elemente in ihrer eingezogenen Lage befinden, daß eine Strömungsvorrichtung vorgesehen ist, um Druckmittel der

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   zweiten Kammer zuzufühim, wenn die Elemente auieinanäer zu gerichtet in ihre eingezogene Lage bewegt werden, daß eine zweite Geschwindigkeits-Steuerungsleitung im ersten Element vorgesehen ist, um Druckmittel aus der zweiten Kammer abzuleiten, wenn die Elemente in voneinander abgewandter Richtung in ihre gestreckte Lage bewegt werden, und daß ein,zweiter Blockier körper mit dem zweiten Element bewegbar ist um zunächst die zweite Leitung einzuschnüren und um daraufhin diese abzudecken, wenn sich die Elemente in ihre gestreckte Lage bewegen.
10. 10. Digitalstellsystem nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsvorrichtung wenigstens ein Einwegventil im ersten Element aufweist, durch welches Druckmittel der zweiten Kammer durch das Ventil zuführbar ist, wobei jedoch die Rückströmung von der zweiten Kammer durch das Ventil vermieden wird.
11. 11. Digitalstellsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Block mit einer Bohrung vorgesehen ist, in welcher sich ein Stellkörperstapel befindet, welcher aus koaxial aneinander angrenzenden Stellkörperabschnitten besteht, daß jeder der Abschnitte wahlweise streckbar und zusammenziehbar ist, daß für jeden der Abschnitte eine Vorrichtung vorgesehen, ist, um den Abschnitt in seiner gestreckten Lage zu halten, daß eine zweite Vorrichtung für jeden der Abschnitte vorgesehen ist, um wahlweise die Wirkung der ersten Vorrichtung zu überwinden, um dadurch den Abschnitt in seine eingezogene Stellung zu verlagern, daß erste und zweite Elemente mit ersten und zweiten Buchsen in der Bohrung angeordnet sind, daß die ersten und zweiten Elemente in ihre eingezogene und ihre gestreckte Lage aufeinander zu und voneinander ab gerichtet bewegbar sind, daß die gegenüberliegenden Seiten der Buchsen die erste Kammer in der Bohrung zwischen den Buchsen bilden, wenn sieh der Abschnitt in seiner gestreckten Lage befindet, daß ein Ausgangskörper an ein Ende der Stellkörpersäule angeschlossen ist, daß mittels einer Vorrichtung ein Druckmittel in der Bohrung um den Stapel gehalten wird,

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    daß ein Plunger in die zweite Buchse eingeführt und darin bewegbar ist, wobei sich ein Endbereich des Plungers quer zur Kammer erstreckt und an der ersten Buchse anliegt, daß die erstgenannte Vorrichtung eine Feder aufweist, welche zwischen der ersten Kammer und der Bohrung an einer Seite des einen Abschnittes durch die zweite Buchse wirksam ist, um Druckmittel aufzunehmen, wenn der eine Abschnitt und die erste Kammer eingezogen werden, so daß die Geschwindigkeit der Relativbewegung der Buchsen steuerbar ist, daß eine Vorrichtung an der zweiten Buchse und am Plunger eine zweite Kammer zwischen den beiden bildet, daß die zweite Kammer in ihrem Volumen zunimmt, wenn der Plunger zurückgezogen ist, α während das Volumen der zweiten Kammer abnimmt, wenn der V Plunger ausgefahren wird, daß eine zweite Geschwindigkeits-Steuerungsleitung die Verbindung zwischen der zweiten Kammer und der Bohruig an der anderen Seite des einen Abschnittes durch den Plunger herstellt, um Druckmittel von der zweiten Kammer abzuleiten, wenn der eine Abschnitt gestreckt und die zweite Kammer eingezogen wird, daß eine Blockiervorrichtung an den Buchsen an die Leitungen heranführbar ist, wenn sich die Buchsen aufeinander zu bewegen, daß die Blockiervorrichtung in von den Leitungen abgewandter Richtung bewegbar ist, wenn sich die Buchsen trennen, daß die Blockiervorrichtung fortschreitend die erste Geschwindigkeits-Steuerungsleitung einschnürt, wenn die Buchsen einander während der Einziehung W des einen Abschnittes aufeinander zu bewegen, daß die Blockiervorrichtung fortschreitend die zweite Geschwindigkeits-Steuerungsleitung einschnürt, wenn die zweite Kammer zusammengezogen wird und der eine Abschnitt seine gestreckte Lage einnimmt, so daß die größte Geschwindigkeit und Verzögerung der Buchsen in beliebiger Richtung steuerbar ist.
12. 12. Digitalstellsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiervorrichtung Anlageflächen an der zweiten Buchse aufweist, welche an die zweiten Leitungen anlegbar ist, um den Querschnittsbereich der Leitungen einzu—

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    !S-

    schnüren und um die Leitungen daraufhin zu schliessen, und daß Einwegventile vorgesehen sind, um Druckmittel in jede der Kammern unabhängig von der zugehörigen Leitung einzuleiten, was während der Streckung der Kammer und während der Bewegung der zugehörigen Blockierfläche in von der Leitung abgewandter Richtung geschieht.

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