DE1977864U

DE1977864U - ELECTROMECHANICAL PULSE CONTROLLED ACTUATING DEVICE.

Info

Publication number: DE1977864U
Application number: DEC13581U
Authority: DE
Original assignee: Chandler Evans Inc
Current assignee: Chandler Evans Inc
Priority date: 1965-09-22
Filing date: 1965-09-22
Publication date: 1968-02-01

Description

- ·- ν Kj υ ,// Tn/ii Jil LJ / PATENTANWÄLTE - · - ν Kj υ , // Tn / ii Jil LJ / PATENTANWÄLTE

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDTDR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURGMÖNCHEN HAMBURG TELEFON: 395314 ■ 2000 H AMB U RG 50,TELEPHONE: 395314 ■ 2000 H AMB U RG 50, TELEGRAMME: KARPATENT KONIGSTRASSE 28TELEGRAMS: KARPATENT KONIGSTRASSE 28

W. 21943/65 8/F C 13 58l/21d GbmW. 21943/65 8 / F C 13 58l / 21d Gbm

Chandler Evans Inc.,Chandler Evans Inc.,

West Hartford, Connecticut (V.St.A.)West Hartford, Connecticut (V.St.A.)

Elektromechanische impulsgesteuerte Betätigungsvorrichtung.Electromechanical pulse-controlled actuator.

Die Erfindung bezieht sich auf elektromechanische impulsgesteuerte Betätigungsvorrichtungen, die dazu dienen, Ventile oder andere Steuerelemente eines zu steuernden Systems zu betätigen, und sie betrifft insbesondere zur Digital impuls ν er fahr ens steuerung bestimmte Betätigungsvorrichtungen, die ein viel höheres dynamisches Ansprechen haben und bei höheren Energiewerten arbeiten, als es mit bekannten Vorrichtungen dieser Art möglich ist.The invention relates to electromechanical pulse-controlled Actuating devices that serve to control valves or other control elements of a system to be controlled to be actuated, and it relates in particular to actuating devices specific to digital impulse ν experience control, which have a much higher dynamic response and operate at higher energy values than with known devices this type is possible.

Auf dem Gebiet der Digitalimpulsverfahrenssteuerung ergibt sich eine ernsthafte Beschränkung der optimalen Steuerung daraus, wie rasch die Ventile der Verfahrenssteuerung mit Hilfe von derzeit verfügbaren Ventilbetätigungsvorrichtungen betätigt werden können. Diese Ventilbetätigungsvorrichtungen müssen in der Lage sein, auf von einem Rechenwerk des Systems erhaltene elektrische Impulse (die eine Punktion der stromaufseitigen Prüfbedingungen sind) anzusprechen undIn the field of digital pulse process control, there is a serious limitation on optimal control from how quickly the process control valves are operated using currently available valve actuators can be operated. These valve actuators must be capable of being acted upon by an arithmetic unit address electrical impulses received from the system (which are a puncture of the upstream test conditions) and

dementsprechend die Steuerventile des Systems schrittweise zu öffnen oder zu schließen. Daher kann jedes Ventil auf den Bedarf des Rechenwerks nur so rasch ansprechen, wie die Betätigungsvorrichtung des Ventils auf von dem Rechenwerk erhaltene elektrische Impulse ansprechen kann. Für eine feinere Verfahrenssteuerung wird es daher bei kleineren Schrittänderungen der Verfahrensparameter notwendig, rascher ansprechende Ventilbetätigungsvorrichtungen zur Verfügung zu haben. Außerdem muß jede neue und rascher wirkende Ventilbetätigungsvorrichtung mit hohen Energiewerten arbeiten können, so daß eine ausreichende Antriebskraft zum Bewegen des Ventilschafts bei hohen Signalfrequenzen abgegeben wird, wenn merkliche Energieirerluste unvermeidbar sind. Weiterhin muß, wenn das Rechenwerk während Spitzenlaständerungen Daten prüft und Impulse liefert, die rascher sind, als daß sie von den zur Zeit verfügbaren Betätigungsvorrichtungen aufgenommen werden können, in das System eine teuere Impulsspeiehervorrichtung eingeschlossen werden, und ferner wird eine merkliche Verzögerung zwischen jedem Befehl und Ansprechen eingeführt.accordingly to gradually open or close the control valves of the system. Therefore, each valve can be used on the Address the needs of the arithmetic unit only as quickly as the actuating device of the valve can respond to electrical pulses received from the arithmetic unit. For a finer one Process control is therefore necessary with smaller step changes in the process parameters, more quickly responding To have valve actuators available. In addition, any new and faster acting valve operating device must can operate with high energies so that there is sufficient driving force to move the valve stem is emitted at high signal frequencies when noticeable energy losses are unavoidable. Furthermore, if that Arithmetic unit checks data during peak load changes and delivers impulses that are faster than they are from the moment available actuators, including an expensive pulse storage device in the system and a noticeable delay between each command and response is also introduced.

Bisher vorgeschlagene Lösungen des Problems der elektrischen Betätigung von Ventilen oder anderen Systemsteuerelementen umfassen: einen elektrische Energie in pneumatische Energie umwandelnden Umformer, der ein pneumatisches Standard ventil antreibt, einen mit Untersetzungsgetriebe versehenen Servomotor, der aus einer Standardrückkopplungsschleife gespeist wird, elektrisch erhitzten Dampf, der, wenn er zufolgeSolutions proposed so far to the problem of electrically actuating valves or other system controls include: an electrical energy to pneumatic energy converter which is a pneumatic standard valve, a geared servo motor fed from a standard feedback loop becomes, electrically heated steam, which, if it is according to

- "3 —- "3 -

der Erhitzung unter Druck gesetzt wird., einen Ventilschaft antreibt, elektrisch gesteuerten hydraulischen Druck, der einen Ventilschaft antreibt, einen Kupplungsmechanismus an einem sich kontinuierlich drehenden Motor und eine elektromechanische Vorrichtung, welche die Bewegung der Eisenkerne von zwei getrennten Solenoiden für die Ausgangsbewegung in der einen oder der anderen von zwei Richtungen ausnutzt. Diese bekannten schrittweise arbeitenden Motoren sind nicht für ein Arbeiten nach Art einer Betätigungsvorrichtung entwik kelt worden, und außer einem geringen Frequenzansprechen leiden viele dieser Motoren an einer geringen Zuverlässigkeit und einem Pendeln während des Anhaltens.the heating is pressurized., a valve stem drives, electrically controlled hydraulic pressure that drives a valve stem, a clutch mechanism on a continuously rotating motor, and an electromechanical Device which controls the movement of the iron cores of two separate solenoids for the output movement in exploiting one or the other from two directions. These well-known incremental engines are not developed to operate in the manner of an actuator, and besides suffer from low frequency response many of these engines suffer from poor reliability and hunting during stop.

Die Aufgabe ist, eine elektromechanische impulsgesteuerte Betätigungsvorrichtung zu entwickeln, die ein viel höheres dynamisches Ansprechen hat und bei höheren Energiewerten arbeitet, als es mit bisher vorhandenen Vorrichtungen möglich ist.The task is to create an electromechanical pulse-controlled To develop an actuator that has a much higher dynamic response and at higher energy levels works than is possible with previously existing devices.

Bei bekannten Vorrichtungen werden magnetische Eisenkernkreise verwendet, bei welchen der Einschluß des Eisens in die sich bewegenden Teile das dynamische Ansprechen der Vorrichtung ernsthaft beschränkt. Die höhere Induktanz der magnetischen Eisenkernkreise (die zum Bewegen des Eisenkerns erforderlich ist) ergibt eine elektrische Zeitkonstante, die zu hoch ist und zu einem zu begrenzten dynamischen Ansprechen beiträgt. Außerdem führt auch die Trägheit des sich bewegenden Eisenkerns zu einem geringen dynamischenIn known devices magnetic iron core circles are used in which the inclusion of iron in the moving parts severely limits the dynamic response of the device. The higher inductance of the magnetic iron core circles (which is required to move the iron core) gives an electrical time constant, which is too high and contributes to too limited a dynamic response. In addition, the inertia of the moving iron core to a low dynamic

Ansprechen. Um diese Beschränkungen zu kompensieren, müssen Signalimpulse hoher Geschwindigkeit in einer besonderen Verzögerungsvorrichtung gespeichert und mit geringeren Geschwindigkeiten freigegeben werden, damit sie von vorhandenen Vorrichtungen für durch ein Rechenwerk angetriebene Ventile aufgenommen werden können.Speak to. In order to compensate for these limitations, high speed signal pulses must be used in a special delay device saved and shared at slower speeds to keep them from existing ones Devices for valves driven by an arithmetic unit can be added.

Demgemäß besteht der Hauptzweck der Erfindung darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die ein genügend hohes dynamisches Ansprechen besitzt, um die Notwendigkeit der Verwendung einer wirtschaftlich und physikalisch unerwünschten Speichervorrichtung auszuschalten.Accordingly, the main purpose of the invention is to provide a device which has a sufficiently high dynamic Has appeal to the need to use an economically and physically undesirable Turn off the storage device.

Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die zwischen positiven und negativen Signalen zu unterscheiden vermag (d.h. sie muß einen Zweirichtungsausgang haben) und die in der Lage ist, als Ausgang entweder eine lineare Bewegung oder eine Drehbewegung zu liefern.Another purpose of the invention is to provide a device that alternates between positive and negative Signals (i.e. it must have a bidirectional output) and which is able to distinguish as Output to provide either a linear motion or a rotary motion.

Weitere Zwecke der Erfindung bestehen darin, eine durch elektrische Impulse gesteuerte Betätigungsvorrichtung zu schaffen, welche die folgenden neuen Merkmale aufweist:Further purposes of the invention are to provide an actuator controlled by electrical pulses create, which has the following new features:

a) Die Verwendung einer beweglichen Spule und eines Permanentmagneten für Ventilbetätigungszwecke.a) The use of a moving coil and permanent magnet for valve actuation purposes.

b) Die Verwendung einer eine Axialbewegung bei einem hohen Energiewert erzeugenden beweglichen Spule geringen Gewichts für Ventilbetätigungszwecke.b) The use of a movable coil producing an axial movement at a high energy value is low Weight for valve actuation purposes.

c) Die Verwendung einer beweglichen Spule geringenc) The use of a moving coil small

Gewichts, die Belastungen mit hohen Geschwindigkeiten schrittweise fortzuschalten vermag (bis zur Größenordnung von 400 Schritten je Sekunde).Weight bearing loads at high speeds able to advance step by step (up to the order of magnitude of 400 steps per second).

d) Die Verwendung einer einzigen Spule und eines einzigen Magneten zur Erzeugung einer schrittweisen Drehung in zwei Richtungen.d) The use of a single coil and a single magnet to produce an incremental rotation in two directions.

e) Die Verwendung eines Zweirichtungs-Sperradaufbaus zur Umwandlung einer axialen Zweirichtungsbewegung einer einzigen Spule in eine Zweirichtungsdrehbewegung (bzw. in eine Linearbewegung unter Hinzufügung eines Kugelspindelaufbaus) einer Ausgangswelle.e) The use of a bidirectional ratchet assembly to convert a bidirectional axial movement of a single coil in a bidirectional rotary motion (or in a linear motion with the addition of a ball screw assembly) an output shaft.

f) Die Anordnung der vor-genannten Teile zur Erzielung einer hohen Impulsgeschwindigkeit bei einem hohen Energiewert mit Bewegung in der einen oder anderen Richtung unter Verwendung einer einzigen, mit einer elektromotorischen Kraft arbeitenden Vorrichtung.f) The arrangement of the above-mentioned parts to achieve a high pulse speed with a high energy value with movement in one or the other direction below Use of a single device operating with an electromotive force.

Gemäß der Erfindung ist eine elektromechanische impulsgesteuerte Betätigungsvorrichtung geschaffen, die einen Permanentmagneten, eine einen Anker bildende kernlose Drahtspule, die eine Axialbewegung in dem magnetischen Feld des Permanentmagneten auszuführen vermag und an einem aus nichtmagnetischem Material bestehenden Träger befestigt ist, und Verbindungsmittel aufweist, welche den Spulenträger mit einem zu steuernden Element verbinden, um dieses schrittweise um einen einzigen vorgewählten Betrag in der einen oder der anderen von zwei entgegengesetzten Richtungen im AnsprechenAccording to the invention is an electromechanical pulse controlled Actuating device created that includes a permanent magnet, a coreless wire coil forming an armature, which is able to carry out an axial movement in the magnetic field of the permanent magnet and on a non-magnetic field Material existing carrier is attached, and has connecting means, which the coil carrier with a to be controlled element connect to this step by step by a single preselected amount in one or the other other from two opposite directions in response

auf elektrische Signale zu bewegen, die an die elektromechanische Betätigungsvorrichtung angelegt werden.to move electrical signals that are sent to the electromechanical Actuating device are applied.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example.

Fig. 1 ist eine schematische mittlere Längsschnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung. Pig. IA bis IE sind Schnittansichten eines Teiles der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 1 und geben die dargestellten Teile in verschiedenen Stellungen während eines Arbeitskreislaufs wieder. Fig. 2 ist eine mittlere Längsschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher Teile, die denjenigen der Fig. 1 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.Fig. 1 is a schematic middle longitudinal sectional view of an embodiment of the invention. Pig. IA to IE are sectional views of part of the Embodiment according to FIG. 1 and give the illustrated Parts in different positions during a cycle again. Fig. 2 is a central longitudinal sectional view of a preferred embodiment of the invention, in which parts which correspond to those of FIG. 1 are provided with the same reference numerals are.

In der schematischen Schnittansicht gemäß Fig. 1 sind mit den Bezugszeichen 1 bis 20 die Hauptteile der zusammengebauten Vorrichtung benannt, die genügen, um die nachstehenc zu besehreibende Grundarbeitsweise zu verstehen.In the schematic sectional view according to FIG. 1, the reference numerals 1 to 20 denote the main parts of the assembled Device named that are sufficient to understand the following basic operation to be described.

Eine Aluminiumdrahtspule 1 liegt zwischen den Polen eines Permanentmagneten 2 und ist auf das Ende eines aus nicht-magnetischem Material, wie Nylon od.dergl., bestehenden rohrförmigen Spulenträgers 3 aufgewickelt. Die Spule ist durch Leiter 54 und 55 über einen Verstärker 56 mit einem Digitalrechenwerk 57 verbunden, von dem sie aus Rechteckwellen bestehende Spannungssignalimpulse empfängt. DerAn aluminum wire coil 1 lies between the poles of a permanent magnet 2 and is on the end of a Non-magnetic material, such as nylon or the like., Existing tubular bobbin 3 wound. The sink is through conductors 54 and 55 via an amplifier 56 to a Digital arithmetic unit 57 connected, from which it receives voltage signal pulses consisting of square waves. Of the

Permanentmagnet 2 ist mit einem Gehäuse 19 einstückig verbunden, und der Spulenträger 3 ist von einer biegsamen Membran 4 abgestützt, die eine Drehung des Spulenträgers verhindert, ihm aber eine Verschiebungsbewegung relativ zu dem Permanentmagneten gestattet. Der Spulenträger 3 ist durch einen Innenflansch 3a mit zwei sich entgegengesetzt gegenüberliegenden, aus Nylon bestehenden Antriebssperrädern, nämlich einem rechten Antriebssperrad 5 und einem linken Antriebssperrad 6 einstückig verbunden, so daß eine lineare Axialbewegung des Spulenträgers 3 unmittelbar auf die Antriebssperräder 5 und 6 übertragen wird.Permanent magnet 2 is integrally connected to a housing 19, and the coil carrier 3 is supported by a flexible membrane 4, which prevents rotation of the coil carrier, but allowed him a displacement movement relative to the permanent magnet. The coil carrier 3 is by an inner flange 3a with two oppositely opposing drive ratchet wheels made of nylon, namely a right drive sprocket 5 and a left drive sprocket 6 integrally connected, so that a linear axial movement of the bobbin 3 is transmitted directly to the drive sprocket wheels 5 and 6.

Rückstellfedern 7 für den Spulenträger 3, die zwischen einem Außenflansch yo des Trägers 3 und einem Innenflansch 20a an einem Gehäusedeckel 20 angeordnet ist, halten den Spulenträger 3 und damit die Antriebssperräder 5 und 6, wenn die Spule 1 kein Signal empfängt, in einer neutralen Mittelstellung, wie dies weiter unten näher erläutert wird.Return springs 7 for the coil carrier 3, which is arranged between an outer flange yo of the carrier 3 and an inner flange 20a on a housing cover 20, hold the coil carrier 3 and thus the drive lock wheels 5 and 6 in a neutral central position when the coil 1 receives no signal as explained in more detail below.

Auf dem rechten Antriebssperrad 5 reitet ein rechtes Leerlaufsperrad 8, und auf dem linken Antriebssperrad 6 reitet ein linkes Leerlaufsperrad 9· Die beiden LeerlaufSperrräder 8 und 9 werden in Fortschaltstellungen relativ zu den Antriebssperrädern 5 ^un-d 6 durch eine rechte Schaltfeder 10 bzw. eine linke Schaltfeder 11 gehalten, die an der Innenseite der Sperradflächen angeordnet sind. An den Antriebssperrädern 5 und 6 vorgesehene Anschläge 5a- bzw. 6a verhindern, daß die rechte Schaltfeder 10 das rechte Leerlauf-A right idle ratchet wheel 8 rides on the right drive lock wheel 5, and a left idle lock wheel 9 rides on the left drive lock wheel 6 The two idle lock wheels 8 and 9 are shifted in incremental positions relative to the drive ^{lock wheels 5 and} 6 by a right switching spring 10 or a left one Switching spring 11 held, which are arranged on the inside of the ratchet surfaces. Stops 5a and 6a provided on the drive ratchet wheels 5 and 6 prevent the right shift spring 10 from pushing the right idle

sperrad 8 relativ zu dem Antriebssperrad 5 zu weit aufwärtsschaltet bzw. daß die linke Schaltfeder 11 das linke. Leerlaufsperrad 9 relativ zu dem linken Antriebssperrad 6 zu weit abwärtsschaltet. Die Anschläge sind derart angeordnet, daß das rechte Leerlaufsperrad 8 sich relativ zu dem rechten Antriebssperrad 5 um die Hälfte einer Zahnlücke nach unten drehen kann und das linke Leerlaufsperrad 9 sich relativ zu dem linken Antriebssperrad 6 um die Hälfte einer Zahnlücke nach oben drehen kann. Im übrigen führen bei einer Bewegung der Spule 1 die Antriebssperräder 5 und β und die Leerlaufsperräder 8 und 9 gemeinsam eine VerSchiebungsbewegung aus.Lock wheel 8 relative to the drive lock wheel 5 upshifts too far or that the left switching spring 11 is the left. Idle lock wheel 9 relative to the left drive lock wheel 6 downshifts too far. The stops are arranged so that the right idle gear 8 relative to the right drive sprocket 5 can rotate down by half a tooth gap and the left idle sprocket 9 is relative can rotate up to the left drive sprocket 6 by half a tooth gap. Incidentally, lead at one Movement of the spool 1, the drive lock wheels 5 and β and the idle lock wheels 8 and 9 together create a displacement movement the end.

Durch die Antriebssperräder 5 und 6 und die Leerlaufsperräder 8 und 9 geht eine von ihnen unabhängige angetriebene Welle 12 hindurch, auf der ein rechtes angetriebenes Sperrad IJ und ein linkes angetriebenes Sperrad 14 fest angeordnet sind. Die angetriebene Welle 12 und damit die angetriebenen Sperräder IJ und 14 werden an einer axialen Bewegung durch ein Drucklager gehindert, das von einer Schulter 12a gebildet ist, die an der angetriebenen Welle 12 zwischen zwei Lagern 15 ausgebildet ist, in denen sich die angetriebene Welle 12 dreht.Through the drive lock wheels 5 and 6 and the idle lock wheels 8 and 9 goes through an independent driven shaft 12, on which a right driven shaft Ratchet wheel IJ and a left driven ratchet wheel 14 are fixedly arranged are. The driven shaft 12 and thus the driven ratchet wheels IJ and 14 are subject to an axial movement hindered by a thrust bearing from one shoulder 12a is formed, which is formed on the driven shaft 12 between two bearings 15 in which the driven Shaft 12 rotates.

Die rechte Zahnseite des angetriebenen Sperrades IJ kämmt mit einem ringförmigen Arretiersperrad 16, das von Federn 17 gegen das Sperrad 13 gedrückt wird. Das Arretiersperrad 16 trägt eine Mehrzahl von Stiften 18, die in Aus-The right tooth side of the driven ratchet wheel IJ meshes with an annular locking wheel 16 which is pressed against the locking wheel 13 by springs 17. The locking wheel 16 carries a plurality of pins 18, which in

V _ 9 - V _ 9 -

nehmungen des Permanentmagneten 2 axial verschiebbar sind und die das Arretiersperrad 16 und damit die Welle 12 an einer Drehung hindern, bis das Haltedrehmoment des Arretiersperrades überschritten wird.The permanent magnet 2 is axially displaceable and the locking wheel 16 and thus the shaft 12 to prevent rotation until the locking torque of the locking wheel is exceeded.

Der Gehäusedeckel 20 weist einen Außenflansch 20 b auf, der mit einem entsprechenden Außenflansch 19a des Gehäuses 19 verbunden ist, wobei die Flansche die Membran 4 in ihrer Lage zwischen dem Gehäuse 19 und dem Gehäusedeckel 20 halten. Das Gehäuse 19, der Permanentmagent 2 und die Lager I5 halten gemeinsam die angetriebene Welle 12 in ihrer Lage und gegen eine Axialbewegung.The housing cover 20 has an outer flange 20 b, the one with a corresponding outer flange 19a of the housing 19 is connected, the flanges holding the membrane 4 in place between the housing 19 and the housing cover 20. The housing 19, the permanent magnet 2 and the bearings I5 jointly hold the driven shaft 12 in position and against axial movement.

Bei der in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführungsform sind mit dem Bezugszeichen 21 bis 53 die folgenden Elemente benannt, welche die nachstehend angegebenen Funktionen haben:In the embodiment shown in FIG with the reference numerals 21 to 53 denote the following elements, which have the following functions:

21 - Lagegebungsringe, welche den Spulenträger 3 an einem21 - Positioning rings, which the coil carrier 3 on a

Flansch eines Abstandsstücks 42 unter der Wirkung der Rückstellfedern 7 für den Spulenträger zentrieren.Flange of a spacer 42 under the action center the return springs 7 for the coil carrier.

22 - Buchse in Form eines ringförmigen Abstandshalters auf22 - socket in the form of an annular spacer

der angetriebenen Welle 12.the driven shaft 12.

27) - Scheibe, die eine Lagerfläche für eine Mutter 44 bildet. 27) - Washer that forms a bearing surface for a nut 44.

24 - Zylinderstift, welcher ein linkes Rad 29 und ein24 - cylinder pin, which has a left wheel 29 and a

rechtes Rad 4-5 gegen relative Drehung hält.right wheel 4-5 holds against relative rotation.

25 - Schrauben zum Anbringen von Energieeingangsanschlüssen25 - Screws for attaching power input connectors

27.27

26 - Muttern zum Festlegen der Energieeingangsanschlüsse 2726 - Nuts for fixing the energy input connections 27

- Lötenschluß zur elektrischen Verbindung mit der Spule 1.- Solder connection for electrical connection with coil 1.

- Isolatoren zum Isolieren der Anschlüsse 27 gegen den Gehäusedeckel 20.- Insulators for isolating the connections 27 from the housing cover 20.

- linkes Rad, das eine Montagefläche für das linke angetriebene Sperrad 14 liefert und sich mit der angetriebenen Welle 12 dreht.- Left wheel, which provides a mounting surface for the left driven ratchet wheel 14 and which engages with the driven Shaft 12 rotates.

- Haltering, welcher die angetriebene Welle 12 gegen eine nach links gerichtete Bewegung in einem Abstands— ring 53 und dem Lager 15a hält.- Retaining ring, which the driven shaft 12 against a leftward movement at a distance - ring 53 and the bearing 15a holds.

3I- Haltestift, welcher die angetriebene Welle 12 und die Eingangswelle einer Kugelspindel 3^ gegen eine relative Dreh- oder Axialbewegung hält.3I-retaining pin, which the driven shaft 12 and the Input shaft of a ball screw 3 ^ against a relative Rotary or axial movement stops.

- Mutter zum Befestigen des Gehäusedeckels 20 am Gehäuse 19·- Nut for fastening the housing cover 20 to the housing 19

- Unterlegscheibe zwischen der Mutter 32 und dem Gehäuse 20.- Washer between the nut 32 and the housing 20th

- Kugelspindel, welche eine Drehbewegung der angetriebenen Welle 12 in eine lineare Bewegung einer Verlängerung 36 der Kugelspindel umwandelt.- Ball screw, which rotates the driven Shaft 12 converts into linear movement of an extension 36 of the ball screw.

- Schraube zum Befestigen des Gehäusedeckels 20 am Gehäuse 19.- Screw for fastening the housing cover 20 to the housing 19.

- KugelspindelVerlängerung, deren lineare Ausgangsbewegung auf ein Steuerventil übertragen wird.- Ball screw extension, its linear output movement is transmitted to a control valve.

- Führungsbuchse, die eine Gleitlagerfläche für die Kugelspindelverlängerung 36 liefert.- Guide bushing, which is a plain bearing surface for the ball screw extension 36 supplies.

J8 - Ring, welcher die Membran 4 an einem Abstandsstück 42 halt und an einer Schulter des Permanentmagneten 2 anliegt.J8 - ring that attaches the diaphragm 4 to a spacer 42 stop and bears against a shoulder of the permanent magnet 2.

- Halter für die Führungsbuchse 37 in Form eines mit Schlitzen versehenen zylindrischen Stücks, in dem die Kugelspindel j4 angeordnet ist und das durch einen Flansch in seiner Lage zwischen dem Gehäuse 19 und dem Permanentmagneten 2 gehalten ist.- Holder for the guide bush 37 in the form of a with Slotted cylindrical piece in which the ball screw j4 is arranged and that by a The flange is held in place between the housing 19 and the permanent magnet 2.

- Innenbuchse mit einem äußeren Teil, der eine Gleitfläche und einen Anschlag für die Leerlaufsperräder 8 und 9 bildet. Die Buchse ist mit ihrer Innenfläche auf an dem linken Rad 29 und einem rechten Rad 4j vorgesehenen Flanschen nach links oder rechts verschiebbar, wenn der Spulenträger J nach links oder rechts bewegt wird. Der äußere Teil der Buchse kann von dem inneren Teil der Buchse getrennt und an letzterem befestigt sein., so daß der innere und der äußere Teil aus verschiedenen Materialien hergestellt werden können.- Inner bushing with an outer part that is a sliding surface and a stop for the idle lock wheels 8 and 9 forms. The socket is on with its inner surface provided on the left wheel 29 and a right wheel 4j Flanges can be moved to the left or right when the coil carrier J moves to the left or right will. The outer part of the socket can be separated from the inner part of the socket and attached to the latter so that the inner and outer parts can be made of different materials.

- mit einem Flansch versehener Abstandsring zwischen dem Gehäusedeckel 2o und dem Ring ^Q. - Spacer ring provided with a flange between the housing cover 2o and the ring ^ Q.

4j5 - rechtes Rad, das eine Montagefläche für das rechte angetriebene Sperrad IJ liefert und sich mit der angetriebenen Welle 12 dreht.4j5 - right wheel, which has a mounting surface for the right driven Ratchet wheel IJ supplies and rotates with driven shaft 12.

- Mutter, welche das linke Rad 29 und das rechte Rad Kj) über die Scheibe 25, ein Abstandsstück 46, das Lager 15b und eine an der angetriebenen Welle 12 ausgebildete- Nut holding the left wheel 29 and the right wheel Kj) via the washer 25, a spacer 46, the bearing 15b and one formed on the driven shaft 12

Schulter mit der angetriebenen Welle 12 fest verbindet .Shoulder to the driven shaft 12 firmly connects.

- Lagerhalter in Form eines mit einem Flansch versehenen Ringes, welcher das zweite Lager 15b in seiner
Lage in dem Permanentmagneten 2 hält und mittels
Flachkopfschrauben an dem Permanentmagneten befestigt ist. Der Flansch des Lagerhalters wirkt als Gleitfläche für das Arretiersperrad 16.- Bearing holder in the form of a flange provided with a ring, which the second bearing 15b in his
Holds position in the permanent magnet 2 and means
Flat head screws attached to the permanent magnet. The flange of the bearing holder acts as a sliding surface for the locking ratchet 16.

- ringförmiges Abstandsstück, das auf der angetriebenen Welle 12 angeordnet ist und mit der Mutter 44 zusammenwirkt .- annular spacer that is on the driven Shaft 12 is arranged and cooperates with nut 44.

- Federgegenlager in Form eines kleinen Ringes, der- Spring counter bearing in the form of a small ring that

die Rückstellfeder 7 für den Spulenträger 3 auf einem Stift 48 hält.the return spring 7 for the bobbin 3 on a Pin 48 holds.

- Führungsstift für die Rückstellfeder 7-- Guide pin for the return spring 7-

- Schraube zum Festlegen des Permanentmagneten 2 an dem Gehäuse 19·- Screw for fixing the permanent magnet 2 to the housing 19

- Halteteil, welcher ein Lager 51 in seiner Lage an- Holding part, which a bearing 51 in its position

einem Abstandsring 52 hält.a spacer ring 52 holds.

- Lager, welches die Kugelspindelverlängerung 56 an einer Drehung hindert, aber ihre Längsbewegung zuläßt, wenn das Lager 5I in dem Schlitz des Führungsbuchsenhalters 40 gleitet.- Bearing, which the ball screw extension 56 on a Prevents rotation, but allows its longitudinal movement when the bearing 5I is in the slot of the guide bush holder 40 slides.

- Abstandsring, der mit dem Lagerhalteteil 50 zusammenwirkt .- Spacer ring which cooperates with the bearing holding part 50 .

- Abstandsring für das Lager 15a, der mit dem Haltering- Spacer ring for the bearing 15a with the retaining ring

30 zusammenwirkt.30 cooperates.

Pig. IA stellt in vergrößertem Maßstab einen Schnitt eines Teils des Sperradaufbaus 5, 8 Ij? und l6 in der neutralen Stellung dar, in welcher das Rechenwerk 57 über den Verstärker 56 keinen Signalimpuls liefert. Wenn jetzt die Spule 1 aus dem Verstärker 56 ein Spannungssignal in Form eines Rechteckwellenimpulses empfängt, bewegen sich die Spule 1 und ihr Träger 3 nach rechts oder links, je nachdem, welche Polarität das Eingangssignal hat. Nachstehend werden die Wirkungen bei einer Rechtsbewegung des Spulenträgers 3 und damit des rechten Antriebssperrads 5 erläutert. Daraus können dann die entsprechenden Wirkungen'bei einer Linksbewegung des Spulenträgers 3 und des linken Antriebssperrades abgeleitet werden.Pig. IA shows on an enlarged scale a section of part of the ratchet assembly 5, 8 Ij? and 16 in the neutral position, in which the arithmetic unit 57 does not deliver a signal pulse via the amplifier 56. If now the coil 1 from the amplifier 56 receives a voltage signal in the form of a square wave pulse, the coil 1 and its carrier 3 move to the right or left, depending on the polarity of the input signal. The effects of a rightward movement of the bobbin 3 and thus the right drive locking wheel 5 will be explained below. The corresponding effects can then be derived from this when the coil carrier 3 and the left drive locking wheel move to the left.

Nach einem Drittel eines Hubs der Spule 1 und ihres Trägers 3 nach rechts kommt das rechte Leerlaufsperrad 8 mit dem rechten angetriebenen Sperrad I3 längs der geneigten Flächen ihrer Zähne in Berührung, wie dies in Fig. IB gezeigt ist. Bis zu diesem Punkt werden das rechte Leerlaufsperrad 8 und das rechte Antriebssperrad 5 als Einheit axial bewegt, wobei noch keine Relativdrehung auftritt und das rechte angetriebene Sperrad I3 sich noch nicht gedreht hat. Das linke Leerlaufsperrad 9 und das linke Antriebssperrrad 6 werden lediglich mitgenommen und haben bei der Rechtsbewegung des Spulenträgers 3 keinen Einfluß auf die Bewegung der angetriebenen Welle 12.After a third of a stroke of the bobbin 1 and its carrier 3 to the right, the right idle lock wheel 8 comes up in contact with the right driven ratchet I3 along the inclined surfaces of its teeth as shown in Fig. IB is. Up to this point, the right idle lock wheel 8 and the right drive lock wheel 5 become a unit moved axially, with no relative rotation occurring and the right driven ratchet wheel I3 not yet rotated Has. The left idle wheel 9 and the left drive wheel 6 are only taken along and have no influence on the movement when the coil carrier 3 moves to the right the driven shaft 12.

Während des nächsten Drittels des Hubs der Spule 1 und ihres Trägers 5 nach rechts wird das rechte Leerlaufsperrad 8 von dem rechten Antriebssperrad 5 abwärts (d.h. in Gegenuhrzeigerrichtung, wenn auf die rechte Seite der Vorrichtung gemäß Fig. 1 geblickt wird) über eine halbe Zahnlücke gedreht, bis die Flächen A-B und C-D in Berührung kommen. Während dies geschieht, x\rird das rechte angetriebene Sperrad IJ> von dem rechten Leerlauf sperrad 8 über eine halbe Zahnlücke relativ zu dem Arretiersperrad 1β abwärts gedrückt, wobei das Arretiersperrad 16 entgegen der Wirkung der Federn 17 nach rechts gedrückt wird. Der Punkt J an dem rechten angetriebenen Sperrad I5 liegt daher unter dem Punkt K an dem Arretiersperrad 16, wie dies in Fig. IC veranschaulicht ist.During the next third of the stroke of the spool 1 and its carrier 5 to the right, the right idle lock wheel 8 is rotated downwards from the right drive lock wheel 5 (ie counterclockwise when looking at the right side of the device according to FIG. 1) over half a tooth gap until surfaces AB and CD come into contact. While this is happening, the right driven ratchet wheel IJ> is pressed downward by the right idle wheel 8 over half a tooth gap relative to the locking wheel 1β, the locking wheel 16 being pressed to the right against the action of the springs 17. The point J on the right driven ratchet wheel I5 is therefore below the point K on the locking ratchet wheel 16, as illustrated in Fig. IC.

Während des letzten Drittels des Hubs der Spule 1 und ihres Trägers ~$ nach rechts fährt das rechte Leerlaufsperrrad 8 fort, das rechte angetriebene Sperrad I5 abwärts zu drücken, bis der Punkt J an dem rechten angetriebenen Sperrrad 15 um eine volle Zahnlücke unter dem Punkt K an dem Arretiersperrad l6 liegt, worauf das Arretiersperrad l6 sich nach links zurückbewegt und die Fläche E-F mit der Fläche G-H in Berührung kommt, wie dies in Fig. ID gezeigt ist. Somit wird bei jedem Impuls die eine Hälfte der Drehbewegung des rechten angetriebenen Sperrades Ij5 durch die Relativdrehung zwischen dem rechten Leerlaufsperrad 8 und dem rechten Antriebssperrad 5 ^un(3· die andere Hälfte der Drehbewe-During the last third of the stroke of the spool 1 and its carrier ~ $ to the right, the right idle ratchet 8 continues to push the right driven ratchet 15 down until point J on the right driven ratchet 15 is one full tooth gap below point K. on the locking wheel l6, whereupon the locking wheel l6 moves back to the left and the surface EF comes into contact with the surface GH, as shown in Fig. ID. Thus, with each pulse, one half of the rotary movement of the right driven ratchet wheel Ij5 is caused by the relative rotation between the right idle wheel 8 and the right drive wheel 5 ^{un (} 3 · the other half of the rotary movement

gung durch die Relativdrehung zwischen dem rechten angetriebenen Sperrad IJ und dem rechten Leerlaufsperrad 8 bewirkt. Es sei bemerkt, daß diese beiden Bewegungen gleichzeitig auftreten und daß sie lediglich aus Erläuterungsgründen in Fig. IC und ID getrennt betrachtet worden sind. movement caused by the relative rotation between the right driven ratchet wheel IJ and the right idle wheel 8. It should be noted that these two movements occur simultaneously and that they have been considered separately merely purposes of illustration in Fig. IC and ID.

Wenn der Signalimpuls verschwindet, führen die Federn 7 den Spulenträger 3 und damit das rechte Antriebssperrad 5 in die neutrale Stellung zurück. Sobald das rechte Leerlaufsperrad 8 außer Eingriff mit dem rechten angetriebenen Sperrad I5 kommt, schaltet die Feder 10 das rechte Leerlaufsperrad 8 relativ zu dem rechten Antriebssperrad 5 uni eine halbe Zahnlücke nach oben zurück. Die Anschläge 5a an dem rechten Antriebssperrad 5 begrenzen diese Schaltbewegung. Der Sperradaufbau befindet sich dann in dem Bereitschaftszustand für den nächsten Signalimpuls, und das rechte angetriebene Sperrad IJ ist über eine volle Zanlücke relativ zu dem rechten Antriebssperrad 5 abwärts gedreht worden, wie dies in Fig. IE aus der Lage der Punkte J und K hervorgeht. When the signal pulse disappears, the springs 7 guide the coil carrier 3 and thus the right drive lock wheel 5 return to the neutral position. Once the right idle wheel 8 is out of engagement with the right driven Ratchet wheel I5 comes, the spring 10 switches the right idle lock wheel 8 relative to the right drive sprocket 5 uni one half a tooth gap back upwards. The attacks 5a on the right drive sprocket 5 limit this switching movement. The ratchet assembly is then in the ready state for the next signal pulse, and the right driven ratchet wheel IJ is relative over a full tooth gap rotated downwards to the right drive sprocket 5, as can be seen in FIG. IE from the position of points J and K.

Das rechte angetriebene Sperrad IJ wird in seiner neuen Stellung gegen äußere, auf die Welle wirkende Drehmomente durch die Wirkung des ArretierSperrades 16 und der Federn I? gehalten. Das resultierende Haltedrehmoment muß von den Antriebssperrädern 5 und 6 überwunden werden, wenn sich das rechte angetriebene Sperrad IJ oder das linke angetriebene Sperrad 14 relativ zu dem Arretiersperrad 16 be-The right driven ratchet wheel IJ is in its new Position against external torques acting on the shaft through the action of the locking wheel 16 and the springs I? held. The resulting holding torque must be overcome by the drive ratchet wheels 5 and 6, if the right driven ratchet wheel IJ or the left driven one Ratchet wheel 14 relative to the locking wheel 16 loading

wegt, das sich axial verschiebt, um dem rechten angetriebenen Sperrad Ij5 zu gestatten., sich abwärts zu drehen, bzw. dem linken angetriebenen Sperrad 14 zu gestatten, sich aufwärts zu drehen.that moves axially to the right driven one To allow ratchet wheel Ij5 to turn downwards or to allow the left driven ratchet 14 to rotate upward.

Bei jedem Impuls, der den Spulenträger j5 und die Antriebssperräder 5 und 6 veranlaßt, sich entweder nach rechts oder nach links zu bewegen, wird daher die angetriebene Welle 12 um eine Zahnlücke abwärts bzw. aufwärts gedreht. Wenn gewünscht wird, daß am Ausgang eine Längsbewegung statt einer Drehbewegung erhalten wird, ist es eine einfache Sache, die Welle 12 mit einem Kugelspindelaufbau, wie dem bei 3¹+ gezeigten, zu verbinden.For each pulse which causes the bobbin j5 and the drive sprocket wheels 5 and 6 to move either to the right or to the left, the driven shaft 12 is therefore rotated downwards and upwards by one tooth gap, respectively. If it is desired that longitudinal movement is obtained instead of a rotary movement at the output, it is a simple matter to the shaft 12 with a ball-screw structure, such as shown at 3 + ^1, to be connected.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die elektromechanische impulsgesteuerte Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung eine bewegliche Spule 1 von geringer Trägheit enthält, die in dem Feld eines Permamentmagneten 2 arbeitet. Die der beweglichen Spule 1 zugeführten Stromimpulse treiben einen Energieüber-tragungs-Sperradaufbau 5j 6, 8, 9) 10, 11, I^ und 14 an. Durch eine Bewegung der Spule 1 nach rechts wird eine Ausgangswelle 12 in der einen Richtung und durch eine Bewegung der Spule nach links in der entgegengesetzten Richtung gedreht. Der Sperradaufbau ist derart ausgebildet, daß jeder elektrische Impuls die Ausgangswelle 12 über einen gegebenen Winkelschritt fortschaltet. Die Winkelstellung der Ausgangswelle 12 ist daherFrom the foregoing description it can be seen that the electromechanical pulse-controlled actuator according to the invention comprises a movable coil 1 of low inertia operating in the field of a permanent magnet 2. The current pulses supplied to the movable coil 1 drive a power transmission ratchet assembly 5j 6, 8, 9 ) 10, 11, I ^ and 14. By moving the spool 1 to the right, an output shaft 12 is rotated in one direction and by moving the spool to the left in the opposite direction. The ratchet assembly is such that each electrical pulse advances output shaft 12 through a given angular step. The angular position of the output shaft 12 is therefore

der Anzahl und der Polarität der von der Spule 1 empfangenen Impulse proportional. Die Betätigungsvorrichtung ist imstande, auf Impulsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 400 Impulsen je Sekunde unmittelbar anzusprechen.proportional to the number and polarity of the pulses received by coil 1. The actuator is able to respond instantly to pulse speeds on the order of 400 pulses per second.

Die Ausgangswelle 12 der Betätigungsvorrichtung kann direkt mit dem drehbaren Schaft eines Steuerventils verbunden werden, oder es kann, falls eine lineare Bewegung der Endsteuerwelle erwünscht ist, die Ausgangswelle 12 der Betätigungsvorrichtung mit einem Kugelspindelaufbau 34 gekuppelt v/erden, um die Drehbewegung der Welle der Betätigung^ vorrichtung in eine lineare Ausgangsbewegung umzuwandeln.The actuator output shaft 12 can be connected directly to the rotatable stem of a control valve or, if linear movement of the final control shaft is desired, the output shaft 12 of FIG Actuator coupled to a ball screw assembly 34 v / ground to the rotation of the shaft of the actuator ^ to convert the device into a linear output movement.

Das hohe dynamische Ansprechen der durch eleketrische Impulse gesteuerten Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung schaltet die Notwendigkeit für eine besondere Signalspeichervorrichtung aus, und sie kann unmittelbar von einem Digitalrechen- bzw. -Steuerwerk 57 mittels eines Signalimpulses geringer Größe unter Verwendung eines einfachen Energieverstärkers 56 angetrieben werden. Die beschränkenden Wirkungen eines kleinen Verhältnisses von Kraft (oder Drehmoment) zu Trägheit, wie sie bei anderen Arten von elektrischen Betätigungsvorrichtungen auftreten, sind gemäß der Erfindung durch die Vermeidung von magnetischen Eisenkernkreisen und durch die Verwendung von leichten Materialien für die beweglichen Teile, wie Aluminium für die Spule 1 und Nylon für den Energieübertragungs-Sperradaufbau 5 bis und den Spulenträger 3 weitgehend herabgesetzt, und diesThe high dynamic response of the electrical pulse controlled actuator according to the invention eliminates the need for a particular signal storage device, and it can be obtained directly from one Digital arithmetic and control unit 57 by means of a signal pulse of small size using a simple energy amplifier 56 are driven. The limiting effects of a small ratio of force (or torque) to inertia, such as occur with other types of electrical actuators, are according to FIG Invention by avoiding magnetic iron core circles and by using lightweight materials for the moving parts, such as aluminum for the spool 1 and nylon for the power transmission ratchet assembly 5 to and the coil carrier 3 largely reduced, and this

führt alles zu einem viel höheren dynamischen Ansprechen und einer größeren Kraft.it all leads to a much higher dynamic response and greater power.

Die durch eleketrische Impulse gesteuerte Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung wurde vorstehend in ihrer Anwendung für die Betätigung eines drehbaren oder hin- und herbewegbaren Steuerventils beschrieben, jedoch kann die Erfindung auch auf irgendeine andere Form von Steuerelement, wie z.B. einen elektrischen Stromkreisschalter oder einen Stromregler, angewendet werden.The actuator controlled by electrical impulses according to the invention was above in its application for the actuation of a rotatable or back and forth moveable control valve described, however, the Invention also to any other form of control element, such as an electrical circuit switch or a Current regulator, are used.

Claims

PATENTANWÄLTE _PATENT LAWYERS _

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DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURG

TELEPHONE: 395314 2000 HAMB U RG 50,

TELEGRAMME: KARPATENT KDNIGSTRASSE 28TELEGRAMS: KARPATENT KDNIGSTRASSE 28

W. 21943/65 12 / P C 13 58l / 21d Gbm

Protection claims.

1. Electromechanical pulse-controlled actuation device with a permanent magnet, an armature forming coreless wire coil, which can execute an axial movement in the magnetic field of the permanent magnet and one made of non-magnetic material Coil carrier is attached, characterized by a switching device effective in two directions (5, 6, 8, 9, 12, IJ, 14 and 16), which connects the coil carrier (3) with an element to be controlled and for moving the element step by step by a single uniform fixed amount in one or the other of two opposite directions in response to electrical signals applied to the electromechanical actuator, is trained.

2. Actuating device according to claim 1, characterized in that that the switching device has a driving section (5, 6) attached to the coil support (3) and a a driven section ( ) having.

J Λ - ₂ - ■ ''

j5. Actuating device according to claim 2, characterized characterized in that the switching device is connected to the driving section (5, 6) and the driven section (13, 14) cooperating motion transmission section which is used to convert the bidirectional axial movement of the coil carrier (3) in a corresponding, fixed in Switching steps taking place bidirectional rotary movement of the shaft (12) is formed.

4. Actuating device according to claim 3, characterized in that that the driving section drive switching parts (5 * 6), the driven section driven Switching parts (13, 14) and the movement transmission section Has idle switching parts (8, 9).

In that the switching device has two oppositely disposed, coaxial annular drive switching elements (5i 6) 5 · Actuator according to any of claims 1 to 4, characterized in that attached to the coil carrier (3) and by a flexible membrane (4) with the housing { 19, 20) of the actuating device are connected, so that the flexible membrane allows a movement of the drive switching elements with the armature coil (1) in alternating opposite axial directions, but prevents a rotary movement of the drive switching elements.

6. Actuating device according to claim 5 * characterized in that that the switching device is a right ring-shaped idling switching element (8), which is on the one

The drive switching element (5) rides, and has a left annular idle switching element (9) which rides on the other drive switching element (6) , each of the idling switching elements (8, 9) in a switching position relative to its drive switching element by a switching spring ( 10 or 11) is held, which presses the idle switching element against its associated drive switching element, and each of the drive switching elements' (5, 6) is provided with a stop (5a or 6a) which prevents the switching spring from moving the associated idle switching element by more to advance as half a tooth gap relative to the associated drive switching element.

7 · Actuating device according to claim 6, characterized in that that all switching elements consist of ratchet wheels and that each drive ratchet wheel (5, β) and each driven ratchet wheel (lj5 * 14) provided with a splash which has a series of equally spaced ratchet teeth that mesh with one another occur when the drive ratchet gears are moved axially into contact with their adjacent idle ratchet gears, and each of which has a surface running parallel to the axial direction of movement of its ratchet wheel and one opposite the axial direction of movement has inclined surface, and that the drive ratchet wheels, the idle ratchet wheels, the driven Ratchet wheels and their cooperating teeth are designed and arranged so that for each of

the actuator received electrical pulse each driven ratchet wheel (15, 14) and the member (12) be rotated by an angular amount corresponding to the circumferential width of a tooth.

8. Actuating device according to claim ¹ J, characterized in that one of the driven ratchet wheels (13) is provided with a row of equally spaced locking teeth, which with a corresponding row of teeth on a coaxially arranged to the driven ratchet ring-shaped locking wheel ( 16) can engage, which is biased against rotation and is pressed by a spring (17) against one of the driven ratchet wheels, and that the teeth on the locking ratchet wheel (ΐβ) have the same base width as the teeth on the driven ratchet wheel, so that the locking ratchet holds the driven ratchet in a position which differs from its previous position by an angular amount corresponding to a tooth width until the holding torque of the locking ratchet is exceeded.