DE1965536C - Meßzylinder - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Positionsanzeigesysteme mit volu metrischen Meßzylindern und insbesondere auf die Konstruktion eines in einem solchen System verwendeten Meßkonfiguration erzielt wird. Diese Konfiguration erhält man im Falle eines Metallstab mit rechteckigem Querschnitt durch einfaches Verdrillen. Die Spindel kann am einen Ende im entsprechenden Zylinderende

oder Kalibrierzylinders. Derartige Anzeigesysleme 5 über einen Lagerzapfen drehbar gelagert sein, wan-

werden in hydraulisch betätigten Systemen verwendet, um eine Anzeig; der Stellung des beweglichen mecha-· nischen Elements zu geben, welches durch das hydraulische fluide Medium des Systems betätigt

rend das andere Ende so gehaltert sein kann, daß es sich geringfügig seitlich bewegen kann. Dadurch wird ein Festfressen des Kolbens auch im Falle einer leichten Verformung oder Beschädigung der Spindel

wird. Der Einfachheit halber soll im folgenden ledig- io verhindert, da hierdurch die Spindel beider Bewegung

lieh von Hydraulikflüssigkeiten gesprochen werden, des Kolbens seitlich nachgeben kann,

doch könnte an Stelle einer derartigen Flüssigkeit An Hand der in den Figuren schematisch darge-

auch ein Druckgas verwendet werden. Derartige stellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung

Systeme sind insbesondere zur Anzeige der Stellung nachstehend mit weiteren Merkmalen näher erläutert

ferngesteuerter hydraulisch betätigter Ventile geeignet, 15 werden. Dabei zeigt

wie z. B. von Flügelventilcn. Fig. I einen axial versetzten Schnitt längs der

Der Meßzylinder eines derartigen Systems besitzt Schnittlinie C-C in F i g. 3 durch einen Meßzylinder,

einen Kolben, der durch die das mechanische Element wobei in verkleinertem Maßstab schematisch auch

steuernde Hydraulikflüssigkeit betätigt wird, so daß die übrigen Teile eines Hydrauliksystems eingezeich-

die Siellun» des Kolbens zur Anzeige der Stellung 20 net sind,

Fig. 2 einen axialen Schnitt längs der Linie B-B in F ig. 3,

Fig. 3 einen Schnitt Λ-Λ senkrecht zur Kolbcnachse in Fi g. 2 und

Fig. 4 einen axialen Schnitt durch den oberen Abschnitt einer abgewandelten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist der Meßzylinder mit 1 bezeichnet und in Reihe mit einem doppeltwirkenden Hydraulikzylinder 4 und einem durch diesen Zylinder betätigten Ventil 6 geschaltet. Da der Hydraulikzylinder seiest in bekannter Weise ausgebildet ist, ist er lediglich in einem verkleinerten Maßstab schematisch angedeutet, während er in Wirklichkeit exakt das gleiche Volumen aufweist wie der Meßzylinder.

Der Meßzylinder 1 enthält einen Kolben 3 mit in die Zylinderwandung eingreifenden Dichtungsringen 7, der mit Öffnungen versehen ist, in denen fcderbelastete Entlastungsventile 8 und 10 untergebracht sind. Diese Ventile enthalten durch Schrau-

dieses Elements verwendet werden kann. Zu diesem Zweck ist der Kolben normalerweise mit einer Kolbenstange versehen, die sich an einem Ende aus dem Zylinder heraus erstreckt, um eine Anzeigevorrichtung, wie z. B. einen über eine Skala bewegten Zeiger, zu betätigen. Wegen der Gefahr eines Austreten?, von Hydraulikflüssigkeit längs der Kolben stange an d<_. Ausirittsstange dieser Stelle aus dem Zylindergehäusc müssen dice Zylinder sehr robust aufgebaut sein.

Die vorliegende Erfindung iat sich nun die Aufgabe gestellt, eine Anordnung zu schaffen, deren
Teile einfacher und billiger herzustellen und zu betreiben sind, als die bislang bekannten Vorrichtungen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Meßzylinder für 35
eine Stcllungsanzeigevorrichtung mit einem geschlossenen, an beiden Enden mit Verbindungsstutzen
für ein fluides Druckmedium (Druckflüssigkeit) versehenen Zylinder, in welchem ein durch dieses Druckmedium betätigter Kolben untergebracht ist, gemäß 40 benfedern 14 vorgespannte Kugeln 12, um einen der Erfindung gekennzeichnet durch einen im Zylin- Flüssigkeitsstrom in der einen oder anderen Richtung der unter der Wirkung des Flüssigkeitsdrucks beweg- zu ermöglichen, wenn der Druck auf den Kolben liehen, nicht drehbaren Kolben, eine sich längs des einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Zylinders erstreckende außen schraubenförmig ge- Der Kolben 3 wirkt mit einer Spindel 2 zusammen,

staltete Spindel, die dicht durch eine entsprechend 45 die aus einem Stab rechteckigen Querschnitts durch geformte Öffnung des Kolbens geführt ist, so daß die Verdrillen gebildet ist, so daß eine Wendel- bzw. lineare Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung Schraubenlinie entsteht, mit einem Verdrehungsder Spindel umgesetzt wird und eine äußere Anzeige- winkel von etwa 360° zwischen den Spindelenden, vorrichtung, die entsprechend der Spindel bewegung Die Spindel 2 durchsetzt dicht eine entsprechend gcverdreht wird. Da keine Kolbenstange aus dem Zvlin- 50 formte Öffnung des Kolbens 3, um das Durchtreten der heraus geführt zu sein braucht, ist der Aufbau von Flüssigkeit von einer Seite des Kolbens auf die

andere durch diese Öffnung zu verhindern. Zu diesem Zweck ist eine mit Hilfe einer Schraube 17 am Kolben befestigte Führungsplatte 16 mit einer entsprechend

Hilfe eines Fortsatzes der Spindel, der einen stark 55 dem Spindclquerschnitt geformten Öffnung versehen reduzierten Durchmesser aufweist, angetrieben und hält dadurch ein die Spindel 2 umgebendes werden, so daß weit geringere Schwierigkeiten bei der Dichtungsteil fest.

Am oberen Ende ist die Spindel 2, wie aus den Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, mit einem axialen

magnetische Kupplung betätigt werden, deren einer 60 Fortsatz in Form eines relativ dünnen Stempels 22 Teil mit der Anzeigevorrichtung verbunden ist. Das versehen, der sich über ein Axialdrucklager 24 durch Ende des Zylinders muß dann natürlich aus nichtmagnetischem Material bestehen, wobei unter diesen Umständen lieh ist.

Die Spindel hat vorzugsweise rechteckigen Querschnitt, doch sind auch andere Querschnillsformcn

einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich einfacher und billiger als die bisher bekannten Anordnungen. Die äußere Anzeigevorrichtung kann mit

Herstellung einer wirksamen Dichtung auftreten. Andererseits kann die Anzeigevorrichtung über eine

überhaupt keine Dichtung erforder-

itmglich, solange nur die notwendige Schrauben-

das Ende 38 des Zylinders erstreckt. An der Außen* scite des Zylinders ist der Stempel 22 mit einer Anzeigevorrichtung, beispielsweise in Form eines Über eine Skala bewegten Zeigers, verbunden, um die Winkelstellung der Spindel 2 und damit die axrale Stellung des Kolbens 3 anzuzeigen. Das andere Ende der Spindel 2 ist in einer Ausnehmung 27 gelagert,

die einen etwas größeren Durclimesser als die Spindel aufweist, so daß diese geringfügig seitlich verschiebbar ist, Dadurch kann das Ende25 der Spindel 2 der Ausnehmung 27 arbeiten, so daß kleine Deformierungen der Spindel 2 die Funktion nicht stören können.

Der Zylinder 1 enthüll weiterhin einen hohlen Führungsstab 26, der sich in einer abgedichteten Buchse 28 durch eine Öffnung des Kolbens 3 ersireekt. Die beiden Enden des Stabes 26 sind in den l^:nden36 und 38 des Zylinders 1 gehaltert, wobei die mit 30 bezeichnete Innenausnehmung des Stabs am unteren Ende mit einer öffnung 32 für die Druckflüssigkeit kommuniziert. Am anderen Ende ist die innenausnehmung30 über eine Öffnung40 mit einer Aussparung37 im Zylinderende 38 verbunden. Der S ab 26 dient sowohl zur Führung des Kolbens 3, um e. ic Rotation des Kolbens zu verhindern, als auch zur i'vifuhr der Druckflüssigkeit von Einlaß 32 zum ent- £ .-jengeseizten Ende des Zylinder.= 1. Auf diese Weise k.innen der Verbindungsstulzen ZX und ein zweiter \ Mhindungsslutzcn 42 für die Druckflüssigkeit am jijichen F.nde des Zylinders 1 angeordnet sein, wodurch die Konstruktion und der Aufbau des Zylinders v.csentlich vereinfacht werden.

Der Verbindungsstutzen 32 führt zu einer Rohrleitung 44, die am einen Ende mit einem Zylinder 4 > erblinden ist. der einen Kolben 56 und eine doppelte Kolbenstange 57 aufweist. Der Kolben 56 is^ mit dem Ventil oder einem anderen mechanischen Element verbunden, dessen Stellung angezeigt werden soll. Das endcrc F.nde des Zylinders 4 ist über eine Rohrleitung 48 mit einem Steuerventil 50 verbunden, welches durch Leitungen 58 und 59 mit einer Druckflüssigkcitsquellc in Verbindung steht. Von diesem Ventil erstreckt sich eine weitere Rohrleitung 52 zu eii.om zweiten Verbindungsstutzen 42 des Zylinders 1. Das Steuerventil 6 ist ein handbctätigtes Vierwcgvcnlil mit drei Stellungen.

Das System wird wie folgt betätigt. Eine axiale Bewegung des Kolbens 3 im Zylinder I unter der Wirkung der Druckflüssigkeit in irgendeiner Richtung erzeugt eine Rotationsbewegung der Spindel 2, da tith der Kolben 3 infolge des Stabs 26 selbst nicht drehen kann. In der in Fig. 1 gezeigten Stellung hat Druckflüssigkeil vom Ventil 6 den Kolben 56 des Zylinders 4 in die rechte Endstellung verschoben. Die Vorher auf der rechten Seite befindliche Druckflüssigkeit ist dadurch längs der Rohrleitung44 über den Verbindungsstutzen 32 und durch den Durchlaß M Und die öffnung 40 in den oberen Teil des Zylinders 1 gedrückt worden. Dadurch hat sich der Kolben 3 in tcine in F i g. 1 gezeigte unterste Stellung bewegt, Was zu einer entsprechenden Drehbewegung der Spindel 2 geführt hat.

Da die Volumen der Zylinder 1 und 4 gleich groß sind, führt eine Bewegung des Kolbens 56 von einem Ende des Zylinders 4 zum anderen zu einer synchronen Bewegung des Kolbens 3 von einem Ende des Zylinders 1 zum anderen und einer entsprechenden Bewegung des Zeigers 20, so daß dieser jederzeit die Stellung des Kolbens 56 und damit die Stellung des Ventils oder eines anderen durch die Kolbenstange 57 bewegten mechanischen Elements anzeigt.

Wird das Steuerventil 6 bewegt, um eine umgekehrte Bewegung zu erzeugen, so laufen die eben beschriebenen Vorgänge in der anderen Richtung ab. Die Druckflüssigkeit fließt dann direkt über die Rohrleitungen 59 und 52 in den Zylinder I und hebt den Kolben in seine entgegengesetzte Endstclliing an, wobei gleichzeitig die Druckflüssigkeit oberhalb des Kolbens3 durch die Rohrleitung44 gepreßt wird, um

den Kolben 56 im Arbeitszylinder 4 in seine andere Extremstellung zu bringen, Während dieser Bewegung zeigt der Zeiger 20 ständig die Stellung des Kolbens 56 an. Falls der Kolben 56 in einer Zwischenstellung festgehalten werden soll, wird das Ventil 6 in eine

ίο Zwischenstellung gebracht, in der beide Rohrleitungen 58 und 52 geschlossen sind. Dadurch wird eine Verschiebung des Druckmediums verhindert, so daß beide Kolben in den entsprechenden Zylindern in ihren einander" entsprechenden Stellungen festgehalten werden.

Das System ist so aufgebaut, daß auch bei einem gering'.',-! Leck, d. h. wenn beispielsweise Druckflüssigkeit von einer ^sHe eines Kolbens auf die andere Seite durchtretet, sollte, beide Kolben trotzdem noch in die entsprechenden Endstellungen gebracht werden können, so daß das System sich also selbständig justiert. Dies wird durch die Entlastungsventil und 10 im Kolben 3 erreicht. Hat z. B. der Kolben 56 eine seiner Endstellungen nicht erreicht.

obgleich die Anzeigevorrichtung diese Stellung anzeigt und demzufolge der Kolben 3 die Endstcllunt; eingenommen hat, so wird eine weitere Bewegung des Kolbens 56 zu einem Anwachsen des Drucks auf der Arbeitsseite desKolbens3. Da dieser Kolben sich aber nicht mehr weiter bewegen kann, führt dies zum öffnen eines der Entlastungsventile, welches so lange geöffnet bleibt, bis genügend Druckflüssigkeit durch das Ventil geflossen ist, um es dem Kolben 56 zn ermöglichen, ebenfalls seine Endstellung einzuneh-

men. Mit anderen Worten führt diese Bewegung des Kolbens 56 nicht zu einer entsprechenden Bewegung der Spindel 2 des Zeigers 20, so daß der Fehler auf diese Weise wieder rückgängig gemacht wird und sich das System selbständig justiert. Die Ventile 8

und 10 haben eine weitere wichtige Funktion beim Einschalten des Hydrauliksystems, da sie dann als Ausgleichsventile wirken, um sicherzustellen, daß das System vollständig mit Druckflüssigkeit gefüllt wird und Luft- oder Gasblasen eliminiert werden.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist jegliche mechanische Verbindung durch die Enden des Zylinders 1 eliminiert. Bei dieser Anordnung ist der Stempel 22 durch eine magnetische Kupplung ersetzt, deren einer Teil mit dem Ende 2 α der Spindel

verbunden ist, welches in der Abschlußwand 38 a des Zylinders mit Hilfe eines Stifts 82 drehbar gelagert ist. Der Endabschnitt2&a besteht dabei aus nichtmagnetischem Material, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, Aluminium oder einem Kunststoff, wie

z.B. Wylon oder Plexiglas. Der andere Teil 64 der magnetischen Kupplung ist um eine kleine Welle 66 drehbar gelagert und trägt einen Zeiger 68. Drehbewegungen der Spindel la werden somit Über die Teile 60 und 64 der magnetischen Kupplung auf den Zeiger W übertragen.

Bei beiden gezeigten Ausführungsformen sind verschiedene Abwandlungen möglich. So ist z. B. der Führungsstab 26 nicht unbedingt notwendig, da eine Rotation des Kolbens 3 auch beispielsweise dadurch

verhindert werden könnte, daß man Splinte vorsieht, die in entsprechende Nuten der Zylinderwandung eingreifen. Die Umsetzung der axialen Bewegung des Kolbens 3 in eine Drehbewegung der Spindel 2 hat

große Vorteile, da dadurch kein sich hin und her bewegendes Teil durch ein Zylinderende nach außen geführt zu sein braucht, liin erfindungsgemäßes Anzeigesystem kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. So ist es im allgemeinen erwünscht, den Zylinder 4 ferngesteuert zu überwachen, wenn er bei Ventilen auf Schiffen verwendet wird. Bei derartigen Anlagen ist der Meßzylinder 1 gewöhnlich in der Konirollstalinn installiert, so daß die Stellung des weiter entfernten Ventils jederzeit festgestellt werden »o kann. In manchen Fällen sind jedoch lange Rohrleitungen zum Meßzylinder unerwünscht, so daß die Stellung der Anzeigevorrichtung mit Hilfe einer elektrisch betätigten Wiedergabevorrichtung in die Kontrollslalion übermittelt wird.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   I. Meßzylinder für eine Stellungsanzcigcvorrichtung mit einem geschlossenen, an beiden Finden mit Verbindungsstufen für ein fluides ao Druckmedium (Druckflüssigkeit) versehenen Zylinder, in welchem ein durch dieses Druckmedium betätigter Kolben untergebracht ist, gekennzeichnet durch einen im Zylinder unter der Wirkung des Flüssigkeitsdrucks beweglichen, 2$ nicht drehbaren Kolben (3), eine sich längs des Zylinders (t) erstreckende außen schraubenförmig gestaltete Spindel (2), die dicht durch eine entsprechend geformte Öffnung des Kolbens geführt ist. so daß die lineare Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung des Spindelzapfens umgesetzt wird, und eine äußere Anzeigevorrichtung (20; 68). die entsprechend der Spindclbcwcgung verdreht wird.

   2 Meßzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben zwei entgegengesetzt zueinander geschaltete federbelastet E^:nllaslungsventile (8,10) enthält, die im normalen Betrieb geschlossen sind und zum Durchlassen von Druckflüssigkeit dann öffnen, wenn der Druck einen vorbestimmten Wert übersteigt und der Kolben eine der Endstellungen seines Hubs erreicht hat.

   3. Meßzylinder nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel am einen Finde (22) in einem I.ager/apfcn drehbar im entsprechenden I-nde des Zylinders gelagert ist, während das andere linde (25) so gelagert ist. daß as geringfügig seitlich verschiebbar ist.

   4. Meßzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbar in einem Lagerzapfen gelagerte linde der Spindel mit einem I eil einer magnetischen Kupplung (60) verbunden ist, deren anderer Teil mit einer äußeren Anzeigevorrichtung (68) verbunden ist, und daß das entsprechende Ende (38 <j) des Zylinders aus nichtmagnetischem Material besteht.

   5. Meßzylinder nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben zusätzlich ein hohler Führungsstab (26) vorgesehen ist, der dicht durch eine Öffnung (29) des Kolbens geführt ist und sich zwischen den beiden Enden des Zylinders erstreckt, und daß dieser Stab (26) am einen Ende in Verbindung mit einem äußeren Vcrbindungsstutzcn (32) der Druckflüssigkeit steht und am anderen Ende unter Bildung der dortigen Druckflüssigkcitsvcrbindung mit dem Zylinderinnenraum kommuniziert.

   fi. Meßzylinder nach einem der Ansprüche I bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (2) rechteckigen Querschnitt hat.

   7. Meßzylinder nach einem der Ansprüche 3 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß das lagerzapfenende der Spindel einen mit einer äußeren Anzeigevorrichtung (20) verbundenen Fortsat/ (19) mit verkleinertem Durchmesser aufweist.

   8. Slcllungsanzcigcsysicm für ein mechanische^ Element, insbesondere ein Ventil, mit einem Meßzylinder nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gekennzeichnet durch eine Hintercinandcrschal tung mit einem doppeltwirkenden Hydraulik zylinder (4) zur Steuerung des mechanischer Elements, wobei das wirksame Volumen auf jcdei Seile des Kolbens im Hydraulikzylinder (4) glcicl dem Volumen auf der entsprechenden KolbcnseiK des Meßzylinders ist

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen