DE2041700A1

DE2041700A1 - Hydraulische Steuereinrichtung

Info

Publication number: DE2041700A1
Application number: DE19702041700
Authority: DE
Inventors: Domyan Frank Francis; Keller William Frederick
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1969-09-08
Filing date: 1970-08-21
Publication date: 1971-04-01
Also published as: NL7013104A; US3620185A

Description

Patentanwalt 204 17 QQ

Dipl. Phys. Leo Th u 1
Stuttgart -

W. F. Keller - F. F. Domyan 3-2

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GMBH/ PREIBURG

Hydraulische Steuereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuereinrichtung für ein Ventil mit einem Stellglied in Form einer Kolbenstange, die durch Hydraulikflüssigkeit in Öffnungsrichtung und durch eine Feder in Schliessrichtung verstellt wird, mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Pumpe und einem hydraulischen Verstärker.

Früher war es üblich, ein Stellglied durch die Lageverstellung einer Gewindespindel zu eichen, durch welche die Spannung einer Rückführungsfeder verändert wurde. Eine derartige Anordnung ist in der US-Patentschrift J5 lol o^l gezeigt und beschrieben. Diese Einrichtungen sind jedoch ungenau und weisen keine sichtbare Anzeige der Einstellung auf. " " .

Einstellungsmögliehkeiten für den Proportionalbereich gehören ebenso zum Stand der Technik; diese benötigen jedoch umständliche Einstellverfahren. Weiterhin sind keine Bereichsanzeiger» vorgesehen mit einer Korrektur als Funktion der Hublänge.

Es ist ferner alter Stand der Technik, ein Stellglied mit einer negativen Rückführung auszustatten und die Rüokführungsgrösse einzustellen. Jedoch sind derartige Einrichtungen aufwendig und weisen keine sichtbare Anzeige der Rüekfüh« rungsgrösse auf.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten und andere Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Erfindungsgemäss wird dies erreicht durch eine Sollwerteinstellung mit einem ersten Glied; mit ersten Mitteln, die zum Bewegen des ersten Gliedes betätigbar sind und ein zweites bewegliches Glied aufweisen; mit einer Zugfeder, deren eines Ende mit einem der genannten Glieder verbunden ist; mit zweiten Mitteln zur Anbringung des anderen Endes der Zugfeder in einer festen Stellung in bezug zu dem anderen der genannten Glieder, wobei die zweiten Mittel ein am anderen Ende der Zugfeder befestigtes biegsames Seil aufweisen; mit einer Riemenscheibe zur Führung des Seiles und mit dritten Mitteln zur Einstellung der Längsstellung des Seiles.

Hierbei bestehen die dritten Mittel aus einer Stellschraube, einer an dem Seil befestigten Mutter auf der Stellschraube, einem an der Mutter befestigten Zeiger und einer dem Zeiger zugeordnete Skala, um den Sollwert durch die Stellung des Zeigers anzuzeigen.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Proportionalbereicheinstellungsanzeige mit einem mit dem Ausgang des Systems bewegbaren Glied; mit einer Proportionalbereichseinstellung mit einem an dem bewegbaren Glied angebrachten Zeiger und einer Skala zur Anzeige des Proportionalbereiches; und mit einer bewegbaren Karte, die eine Skala aufweist, die sich im wesentlichen von dem Zeiger zu der Proportionalbereichsanzeigeskala erstreckt, wobei die bewegbare Karte und das bewegbare Glied mit Anzeigemitteln zur Anzeige der Stellung der bewegbaren Karte versehen sind und die bewegbare Karte Mittel zu ihrer lösbaren Halterung in einer festen Stellung aufweist.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Glied von einer Schraube längs durch-

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drungen wird und die bewegbare Karte einen Schlitz aufweist, durch den die Schraube hindurchgeht, dass ein erster Arm an seinem einen Ende mit einer Lagerstelle versehen ist, dass der Ausgang des Systems von einer Kolbenstange abgeleitet wird, auf deren einem Ende die Lagerstelle ruht, dass das bewegbare Glied einen zweiten Arm aufweist, dass Mittel zur Lagerung eines Endes jedes Armes vorgesehen sind und dass eine Stellschraube an dem ersten Arm befestigt ist, die eine Mutter trägt, an welcher der Zeiger befestigt ist und die einen Vorsprung mit einer kugeligen Lagerung aufweist, auf dem der zweite Arm ruht.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Balg, ein Ausgangsglied zum Herausdrücken der Flüssigkeit aus dem Balg durch Zusammendrücken desselben und eine verengte Öffnung zum Ein- und Auslass von Flüssigkeit in bzw. aus dem Balg.

Gemäss weiterer Ausbildung der Erfindung weist das System ein luftd/ichtes Gehäuse auf, das den Balg und die Öffnung vollständig umschliesst.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Öffnung mit einem Nadelventil versehen, dessen Spindel in das Gehäuse eingeschraubt ist und einen eine Skala aufweisenden Knopf besitzt, und ist ein Zeiger am Gehäuse angebracht, so, dass er mit der Skala zusammenwirkt.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen bewegbaren Träger, ein erstes Eingangsglied, Arbeitsmittel zur Auslenkung des Trägers in eine erste Richtung zur Bewegung des Gliedes in eine zweite Richtung, das in Gegenrichtung der zweiten Richtung bewegbar 1st, wenn sich

Jo der Träger in Gegenrichtung der ersten Richtung bewegt, einen Hilfsflüssigkeitsbehälter und eine Kombination be-

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stehend aus Mitteln zum Hineindrücken und Herausdrücken von Flüssigkeit in den bzw. aus dem Behälter in Abhängigkeit der Bewegung der genannten Glieder und Hebelmitteln, die in Abhängigkeit des Druckes innerhalb des Behälters eine Kraft zur Bewegung des Trägers aufbringen, wobei der Behälter einen Balg einschliesst.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung schliessen die Hebelmittel eine Membran ein.

Gemäss einer weiteren Ausgestaltlang der Erfindung weist der Behälter eine Öffnung auf, durch welche die Flüssigkeit fliessen kann.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:

Fig. 1 eine hydraulische Steuereinrichtung, von der Seite gesehen und aufgeschnitten;

Fig. 2 ein in Fig. 1 gezeigtes Nadelventil, von oben gesehen.

In Fig. 1 ist ein Stellglied mit Io bezeichnet. Das zu verstellende Ventilverschlussglied 11 ist in einem Gehäuse 12 angeordnet. Das Gehäuse 12 enthält einen Ventilsitz 1^. Das Ventilverschlussglied 11 ist an einer Kolbenstange 14 befestigt. Ein Stempel 15 ist an der Kolbenstange 14 angebracht. Ein Zylinder l6 umgibt den Stempel 15· Der Stempel 15 weist eine Nut 17 auf, in der ein O-Ring l8 angeordnet ist. Der O-Ring l8 dichtet den Spalt zwischen dem Stempel und dem Zylinder l6 ab. Der Stempel 15 wird durch Flüssigkeitsdruck nach oben bewegt, der durch eine Pumpe I9 erzeugt wird, die durch einen Elektromotor 2o angetrieben wird. Der Druck unterhalb des Stempels 15 wird durch einen

^o hydraulischen Verstärker 21 bestimmt, dessen Eingang über

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eine Leitung 22 an die Pumpe 19 angeschlossen ist. Das untere Ende des Zylinders 16 wird durch die Pumpe 19 über eine ' Leitung 23 mit unter Druck stehender Flüssigkeit versorgt. Der Verstärker 21 weist eine Auslassleitung 24 mit einer Öffnung 25 auf. Durch diese Öffnung 25 tritt Hydraulikflüssigkeit in einer durch die Stellung einer Prallplatte bestimmten Menge aus. Die Prallplatte 26 ist an einem Träger

27 befestigt. Wenn der Verstärker 21 bewirkt, dass der Druck in der Leitung 23 durch einen genügenden Austritt von Hydrau-

To likflüssigkeit durch die Öffnung 25 sinkt, bringt eine Feder

28 das VentilVerschlussglied 11 in die Schliesstellung.

Ein Körper 29 umschliesst die Kolbenstange 14 und einen an der Kolbenstange 14 befestigten Bund 3°* an dem die Feder 28 angreift. Der Körper 29 ist mit einem mittleren Gehäuseteil 31 des Stellgliedes Io durch Befestigungsmittel 32 und 33 verbunden.

Das Stellglied Io weist einen Deckel 34 und eine Seitenverkleidung 35 auf.

Quer durch das Gehäuseteil 31* nahe seinem oberen Ende, erstreckt sich eine Trennwand 36, die den Träger 27 hält.

Alle in Fig. 1 unterhalb der Trennwand 36 dargestellten Bauteile können völlig in bekannter Weise ausgebildet sein. Diese Einrichtungen können ebenfalls in bekannter Weise arbeiten, wie es beispielsweise in der US-Patentschrift 3 087 471 gezeigt und beschrieben ist. Daher entspricht das Ventilverschlussglied 11 der vorliegenden Anmeldung dem Ventilverschlussglied Io in Fig. 5 der zitierten Patentschrift und die Leitung 23 entspricht der Leitung 17 der Patentschrift, während der Zylinder 15 in beiden Fällen gleich bezeichnet ist. In der US-Patentschrift ist eine Pumpe mit 25 bezeichnet und ein hydraulischer Verstärker liegt zwischen den Leitungen 2o und 63»

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In der vorliegenden Anmeldung ist innerhalb des Deckels 34 eine Steuereinrichtung 37 dargestellt, die einen Arm 38 enthält, der an einer Achse 39 gelagert ist. Das Ende des Armes 38 trägt eine Kugel 4o, die auf dem oberen Ende des Stempels 15 ruht. Der Arm 38 weist eine Stellschraube 4l auf, die den Arm 38 längs durchdringt. Die Stellschraube 4l kann zur Verstellung einer Mutter 42 gedreht werden. Die Mutter 42 ist mit einem Vorsprung 43 versehen, auf dem ein anderer Arm 44 ruht. Der Arm 44 ist an einer festen Achse drehbar gelagert. An der Mutter 42 ist weiterhin ein Zeiger 46 befestigt. Eine Feder 47 ist am linken Ende des Trägers angebracht. Das obere Ende der Feder 47 ist mit einem biegsamen Seil 48 verbunden. Das Seil 48 ist mittels einer Mutter 5o über eine Riemenscheibe 49 bewegbar. Die Mutter wird durch Drehen einer Stellschraube 5I bewegt, die am Arm 44 angebracht ist. Die Stellschraube 51 durchdringt einen Zeiger 52.

Der Träger 27 wird durch Biegebänder 53 und 54 gehalten. Eine Spule 55 ist am rechten Ende des Trägers 27 befestigt. Mit Ausnahme eines Körpers 56 besteht der gesamte Aufbau des Stellgliedes Io aus unmagnetischem Werkstoff. Der Körper 56 ist aus magnetischem Material hergestellt.

Zwischem dem Arm 44 und einem festen Anschlag 58 ist ein Balg 57 angeordnet. Der Balg 57 weist eine Auslassleitung auf, die In eine Kammer 60 führt. Die Kammer 60 ist durch eine Membran 6l verschlossen. Die Membran 6l ist durch ein starres Teil 62 mit dem Träger 27 verbunden. Die Kammer 60 ist mit einer Auslassleitung 63 versehen, in der ein Nadelventil 64 angeordnet ist.

Zur Betätigung des in Fig. 1 gezeigten Stellgliedes lo,

wird der Eingang über 0 elektrischen Leiter 65 und 66 mit

Strom versorgt, die mit der Spule 55 verbunden sind. Der

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Stempel 15 nimmt dann eine Stellung in Übereinstimmung mit dem an die Leiter 65 und 66 angelegten Signal ein. Würde innerhalt) des Systems irgendeine Veränderung auftreten, so dass der Stempel 15 eine falsche Stellung einnimmt, so würde dies eine Stellungsänderung des Trägers 27 hervorrufen. Dies wird dadurch bewirkt, dass die Stellung des Stempels 15 und damit auch der Kolbenstange l4 den Arm j58 mittels der am oberen Ende der Kolbenstange 14 aufliegenden Kugel 4o auf und ab bewegt. Dies wiederum bewirkt, dass sich der Arm 44 bewegt, weil dieser auf dem Vorsprung 4j5 der Mutter 42 ruht. Die Bewegung des Armes 44 bewirkt sodann, dass die Feder 47 eine mehr oder weniger grosse Kraft auf das l-inke Ende des Trägers 27 ausübt. Die durch die Feder 47 aufgebrachte Kraft wird daher gegen die durch die Spule 55 ausgeübte Anziehungskraft auf den Körper 56 ausgeglichen. Wenn sich der Träger 27 im Gegenuhrzeigersinn neigt, wird die Öffnung 25 durch die Prallplatte 26 verschlossen und der Druck in der Leitung 2j5 erhöht. Eine Neigung des Trägers 27 im Uhrzeigersinn ergibt die entgegengesetzte Wirkung.

Eine Abwärtsbewegung des Armes 44 aus der dargestellten Lage bewirkt ein Zusammendrücken des Balges 57· Diese Abwärtsbe-. wegung wird jedoch verzögert, weil die Luft aus dem Balg 57 nur in einer durch das Nadelventil 64 gesteuerten geringen Menge entweichen kann. Weiterhin ist eine negative Rückführung dadurch vorgesehen, dass der erhöhte Druck in der Kammer 60 durch das starre Teil 62 eine Bewegung des Trägers 27 im Gegenuhrzeigersinn bewirkt.

Es ist ein Merkmal der Erfindung, dass der Balg 57 mit der Kammer 60 verbunden ist, um eine negative Rückführung zur ■50 Dämpfung zu erreichen. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass das Nadelventil 64 zur Dämpfung vorgesehen ist, welches' eine genaue Endkorrektur sicherstellt.

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Ein anderes Merkmal der Erfindung beruht auf der Verwendung einer Skala 64' und eines Zeigers 64", der die gewählte Arbeitseinstellung des Nadelventiles 64 anzeigt.

Eine Einstellkarte 67 ist mittels einer Schraube 68 am Arm befestigt. Die Einstellkarte 67 weist einen Schlitz 69 auf. Die Schraube 68 durchdringt den Schlitz 69. Die Einstellkarte 67 kann längs des Armes 38 durch Lösen der· Schraube verstellt werden. Die Einstellkarte 69 ist bei 70 mit einem Zeiger versehen. Der Arm 38 weist eine Skala 71 auf, die so angeordnet ist, dass der Zeiter 7o auf einen bestimmten Skalenwert eingestellt v/erden kann, der dem gewünschten Hub des Ventilverschlussgliedes 11 bei einem bestimmten, an die Leiter 65 und 66 angelegten Eingangssignal entspricht. In dieser Stellung kann durch Vergleichen des Zeigers 46 mit den Skalen 72 und 73 der Prozentsatz des Proportionalbereiches von der Skala 73 auf der Karte 74 abgelesen werden, die am Arm 38 befestigt ist. Der Proportionalbereich bezieht sich auf die Grosse des an die Leiter 65 und 66 angelegten Eingangssignales zur erforderlichen Signalgrösse an den Leitern 65 und 66 bei einer bestimmten Hubstellung.

Der Arm 44 weist eine Karte 75 mit einem Zeiger 76 auf. Ein Vergleich des Zeigers 52 mit der Skala 76 zeigt die Stellung des Stellgliedes lo.

Eine luftdichte O-Ring-Dichtung 34' hält das Nadelventil 64 und alle Bauelemente innerhalb des Deckels 34 schmutzfrei.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist zu entnehmen, dass es möglich ist, den Sollwert mittels der Stellschraube 5I genau einzustellen. Weiterhin liefert der Zeiger 76 eine sichtbare Anzeige der Sollwerteinstellung. Eine Einstellung des Proportionalbereiches ist durch die Stellschraube 4l

möglich. Der Prozentsatz des Proportionalbereiches wird von der Skala 73 für jede vorgegebene Hubstellung der Einstellkarte 67 angezeigt. Das Zusammenwirken des Balges57 mit der Membran 6.1 ergibt eine negative Rückführung. Gleichzeitig wird eine Dämpfung dadurch erreicht, dass Luft aus dem Balg 57 durch das Nadelventil 64 entweicht. Die eingestellte Arbeitsstellung ist an der Skala 64' sichtbar.

Io Patentansprüche
1 Blatt Zeichnung mit 2 Figuren

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Claims

W.F.Keller >2 JQ - r* - Patentansprüche

1. Hydraulische Steuereinrichtung für ein Ventil mit einem Stellglied in Form einer Kolbenstange, die durch Hydraulikflüssigkeit in wffnungsrichtung und durch eine Feder in Schliessrichtung verstellt wird, mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Pumpe und einem hydraulischen Verstärker, gekennzeichnet durch eine Sollwerteinstellung mit einem ersten Glied; mit ersten Mitteln, die zum Bewegen des ersten Gliedes betätigbar sind und ein zweites bewegliches Glied aufweisen; mit einer Zugfeder (47), deren eines Ende mit einem der genannten Glieder verbunden ist; mit zweiten Mitteln zur Anbringung des anderen Endes der Zugfeder (47) in einer festen Stellung in bezug zu dem anderen der genannten Glieder, wobei die zweiten Mittel ein am anderen Ende der Zugfeder (47) befestigtes biegsames Seil (48) aufweisen; mit einer Riemenscheibe (49) zur Führung des Seiles (48) und mit dritten Mitteln zur Einstellung der Längsstellung des Seiles (48).

2. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Mittel aus einer Stellschraube (51), einer an dem Seil befestigten Mutter (5ο) auf der Stellschraube (51), einem an der Mutter (5o) befestigten Zeiger (52) und einer dem Zeiger (52) zugeordnete Skala (76) bestehen, um den Sollwert durch die Stellung des Zeigers (52) anzuzeigen.

J). Hydraulische Steuereinrichtung, gekennzeichnet durch eine Proportionalbereichseinstellungsanzeige mit einem mit dem Ausgang des Systems bewegbaren Glied; mit einer Proportionalbereichseinstellung mit einem an dem

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bewegbaren Glied angebrachten Zeiger (46) und einer Skala (73) zur Anzeige des Proportionalberelches; und mit einer bewegbaren Karte (67), die eine Skala (72) aufweist, die sich im wesentlichen von dem Zeiger (46) zu der Proportionalbereichsanzeigeskala (73) erstreckt, wobei die bewegbare Karte (67) und das bewegbare Glied mit Anzeigemitteln (7o, 71) zur Anzeige der Stellung der bewegbaren Karte (67) versehen sind und die bewegbare Karte (67) Mittel zu ihrer lösbaren Halterung in einer festen Stellung aufweist.

4. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Glied von einer Schraube (41) längs durchdrangen wird und die bewegbare Karte (67) einen Schlitz aufweist, durch den die Schraube (41) hindurchgeht, dass ein erster Arm (38) an seinem einen Ende mit einer Lagerstelle(4o) versehen ist, dass der Ausgang des Systems von einer Kolbenstange (l4) abgeleitet wird, auf deren einem Ende die Lagerstelle (4o) ruht, dass das bewegbare Glied einen zweiten Arm (44) aufweist, dass Mittel (39/ 45) zur Lagerung eines Endes jedes Armes (38, 44) vorgesehen sind und dass eine Stellschraube (51) an dem ersten Arm (38) befestigt ist, die eine Mutter (42) trägt, an welcher der Zeiger befestigt ist und die einen Vorsprung mit einer kugeligen Lagerung aufweist, auf dem der zweite Arm (44) ruht.

5· Hydraulische Steuereinrichtung, gekennzeichnet durch einen Balg (57); ein Ausgangsglied zum Herausdrücken der Flüssigkeit aus dem Balg (57) durch Zusammendrücken desselben und eine verengte öffnung zum Ein- und Auslass von Flüssigkeit in bzw. aus dem Balg (57).

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6. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass das System ein luftdichtes Gehäuse (3^) aufweist, das den Balg (57) und die öffnung vollständig umschliesst.

7. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass die öffnung mit einem Nadelventil (64) versehen ist, dessen Spindel in das Gehäuse eingeschraubt ist und einen eine Skala aufweisenden Knopf besitzt, und dass ein Zeiger (64") am Gehäuse so angebracht ist, dass er mit der Skala (64') zusammenwirkt.

8. Hydraulische Steuereinrichtung, gekennzeichnet durch einen bewegbaren Träger (2J), ein erstes Eingangsglied, Arbeitsmittel zur Auslenkung des Trägers (27) in eine erste Richtung zur Bewegung des Gliedes in eine zweite Richtung, das in Gegenrichtung der zweiten Richtung bewegbar ist, wenn sich der Träger (27) in Gegenrichtung der ersten Richtung bewegt, einen Hilfsflüssigkeitsbehälter und eine Kombination bestehend aus Mitteln zum Hineindrücken und Herausdrücken von Flüssigkeit in den bzw. aus dem Behälter in Abhängigkeit der Bewegung der genannten Glieder und Hebelmitteln, die in Abhängigkeit des Druckes innerhalb des Behälters eine Kraft zur Bewegung des Trägers (27) aufbringen, wobei der Behälter einen Balg (57) einschliesst.

9· Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelmittel eine Membran (61) einschliessen.

lo. Hydraulische Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter eine öffnung aufweist, durch welche die Flüssigkeit fllessen kann.

BAD ORIGINAL

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