DE2316417A1 - Schrittweise steuerbarer servomechanismus - Google Patents

Description

Patentanwalt

Dipl.-Phys. Rudolf Peerbooms '

56 Wuppertal-Barmen 2 V > O T" I '

Friedrich-Engels-Allee349/351 · Ruf 556147 ρ ₂13O/73 / Ρββ/Β

Patentanme!dung

Anmelder : D. B. A.

Clichy (Hauts-de-Seine)/ !Frankreich

Schrittweise steuerbarer Servomechanismus

Die herkömmlichen mit Flüssigkeitsdruck arbeitenden Servomechanismen in Zylinderbauart umfassen ein bewegliches Antriebselement in einer Umschließung, welche durch das Antriebselement in zwei Kammern unterteilt ist, von denen zumindest eine mittels eines Verteilers über eine Aufnahmeöffnung bei Bewegung des Antriebs-elementes in eine Richtung an Hochdruck und bei Bewegung in die andere Richtung an Niederdruck angeschlossen wird· Für den Gleichgewichtszustand nimmt die Aufnahmeöffnung gegenüber der Hochdruckanschlußöffnung und Niederdruckanschlußöffnung des Verteilers eine Stellung ein, in der sie weder an Hochdruck noch an Unterdruck angeschlossen ist 5 dabei ist die Anordnung so, daß die Bewegungen dieses Verteilers und der Aufnahmeöffnung in einem Zug erfolgen.

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Durch, die vorliegende Erfindung soll ein Servomechanismus geschaffen werden, der eine Steuerung Schritt für Schritt anstelle der üblichen, in einem Zug erfolgenden Steuerung ermöglichte

Es sind "bereits Schrittschaltmechanismen vorgeschlagen worden, hei denen eine Vielzahl von öffnungen vorgesehen sind, die alle nacheinander an die Druckmittelzufuhr angeschlossen werden müssen» Derartige Systeme sind konstruktiv aufwendig, denn wenn die Zahl der gewünschten GleichgewichtsStellungen groß ist, verlangen diese wiederum einen Auswahlschalter für die Druckmittelzufuhr_f der soviele Ausgänge wie Gleichgewichtsstellungen besitzt.

Die vorliegende Erfindung sieht im Gegensatz dazu vor, an dem Antriebselement eine Vielzahl von Aufnahmeöffnungen und an der Umschließung eine Anzahl von Zufuhr- oder Austrittsöffnungen anzuordnen, die mindestens drei beträgt, aber unabhängig von der Anzahl der Aufnahmeöffnungen ist, wobei die Zufuhr- oder Austrittsöffnungen durch Umschaltung nacheinander paarweise an Hoch- und Niederdruck angeschlossen werden können, wobei der Abstand zwischen den Aufnahmeöffnungen und ihre Weite einerseits und der Abstand zwischen den Austrittsöffnungen und deren Weite andrerseits so bemessen sind, daß bei einer schrittweisen "Verschiebung des Antriebselementes in eine Richtung einerseits jedesmal mindestens eine Aufnahme-

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öffnung zwischen den zwei Austrittsöffnungen eines Paares in eine derartige Stellung gebracht werden kann, daß sie weder an die eine noch an die andere dieser Austrittsöffnungen angeschlossen ist, aber jede Bewegung des Antriebselements in diese oder ^ene Richtung mindestens eine Aufnahmeöffnung entweder mit der einen oder anderen Austrittsöffnung des Paares in Verbindung bringt, und andrerseits eine der Austrittsöffnungen eines folgenden Paares zwecks Druckmittelzufuhr in Aufnahmeöffnung mündet*

Jie erste dieser Bedingungen verlangt, daß man einen Zustand der hydraulischen Abriegelung herstellen kann, d· h· eine Aufrechterhaltung einer stabilisierten Stellung für jeden ■•^stimmten Befehl an die Zufuhrorgane, und die zweite Bedingung ist das, was man die !Forderung nach Kontinuität .-?rmen könnte, d. h. die Bedingung dafür, daß von der vorangehender, stabilisierten Stellung ausgehend, ein Zufuhrbefehl an ein geeignet ausgewähltes Paar von nachfolgenden Austrittsöffnungen tatsächlich eine Druckmittelzufuhr an eine Aufnahme öffnung, sodann eine Verschiebung des Antriebs element es und schließlich die Fortsetzung dieser Bewegung während der ganzen Dauer des Schrittes bis Erreichen der stabilisierten Stellung oder der Verriegelungsstellung bewirkt.

Unter gewissen Bedingungen, z, B. beim Start, können sich das Antriebselement und der Verteiler in beliebiger Relativ-

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stellung befinden; es ist übrigens vorteilhaft, daß in keiner Relativstellung dieser Organe ein Kurzschluß zwischen Hoch- und Niederdruck auftreten kann« Das stellt eine dritte Forderung bei der Anordnung und Abmessung der Aufnahme- und Austrittsöffnungen dar.

In jeder Gleichgewichtsstellung ist die Lage der Aufnahmeöffnungen relativ zu den Austrittsöffnungen so, daß die Summe der auf das Antriebselement wirkenden Kräfte von Hoch-. und Niederdruck die Wirkung äußerer Kräfte auf das genannte Antriebselement aufwiegt»

Infolge der Anordnung nach der Erfindung kann man durch eine geeignete Umschaltung der Anschlüsse für die Zufuhröffnungen die Verschiebung des Antriebselementes um einen Schritt in diese oder Jene Richtung bewirken«»

Die schrittweise Verschiebung dieser Antriebselemente -wird also durch die Auswahl aufeinander folgender Paare von Austritts öffnungen hervorgerufen. .

Wenn man über m Aufnahme öffnung und η Paare von Austritts-

von
öffnungen verfügt,/denen jeweils eine Austrittsöffnung an Hochdruck und eine an Niederdruck angeschlossen werden kann, erhält man (unter Berücksichtigung der oben aufgezeigten Bedingungen für die Größe und Anordnung der Öffnungen) m Polgen von η unterschiedlichen Stellungen, d® h_o, das Antriebs-

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element kann eine Gesamtzahl von N = η χ m SchrittStellungen innerhalb seiner Umschließung einnehmen.

Wenn man jede Austrittsöffnung sowohl an Hochdruck als auch an Niederdruck anschließen kann, dann ist es offensichtlich, daß dieselbe Gesamtzahl von SchrittStellungen, mit der Hälfte der Anzahl von Austrittsöffnungen erreicht wird, die dem Fall zugrunde liegt, bei dem jede Austrittsöffnung nur an Hochdruck oder an Niederdruck angeschlossen werden kann.

Im ersten Fall kann man von einem polarisierten, im zweiten Fall von einem depolarisierten Verteiler sprechen. Beim depolarisierten Verteiler sind jeder Austrittsöffnung zwei Paare von öffnungen zugeordnet, im folgenden "aktivierte" Paare genannt, die die hydraulische Absperrung bewirken, d.h. die Zufuhr bei stabilisiertem System (der Kolben steht still).

Bei stabilisiertem System (Stillstand des Kolbens) kann die Versorgung durch ein einziges Paar von Austrittsöffnungen aufrechterhalten werden. Der Verteiler wird dann "simplex" genannt«

Bei einem solchen Simplexverteiler gibt es ein sehr kurzes tlbergangsstadium, bei dem die Zufuhr abgeschnitten ist. Dies entfällt bei einem "Multiplexverteiler", bei dem eine Anzahl c von Austrittsöffnungspaaren bei stabilisiertem System

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gleichzeitig und ,q.-1 öffnungen während der kurzen Umschaltphase mit Druckmittel gespeist sind. (Bei einem "Duplexverteiler" werden zwei Paare von öffnungen bei stabilisiertem System gespeist, und eines bleibt gespeist, während das andere umgeschaltet wird.)

Bei einer Ausführungsform hat eine einzige öffnung, die z.B„ dauernd an Hochdruck angeschlossen ist, Anteil an mehreren unterschiedlichen Paaren. In diesem Fall wirkt sich die Umschaltung der Zufuhren auf die anderen öffnungen aus.

Die Anzahl der schrittweisen Verschiebungen ist im Fall 3ines linearen Antriebselementes durch die Anzahl der Aufnahmeöffnungen begrenzt. Sie kann unbegrenzt sein, wenn dieses Element kreisförmig ausgebildet ist.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß der Servomechanismus nach der Erfindung, der im folgenden "numerischer Schieber" genannt wird, ein hydraulischer Motor mit geradlinigen oder Drehschritten ist, bei dem eine große Zahl von Ausgangsstellungen durch die Wirkung einer kleinen Zahl von binären Steuerelementen erreicht wird. Die weitere Beschreibung ist auf einen geradlinigen Differentialschieber beschränkt, d.h. auf einen Schieber, bei dem man nur den Druck einer Kammer, und zwar der größeren variiert, während man die kleinere Kammer ständig mit Hochdruck beaufschlagt. Die Erfindung

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selbst erstreckt sich Jedoch auch auf die anderen Typen von Hydraulikmotoren, besonders auf die mit symmetrischen Doppeleffekt-Schieber, bei dem der Druck in beiden Kammern variiert wird..

Gemäß einer speziellen Ausführungsform ist ein depolarisierter Verteiler vorgesehen, der einen vierteiligen Zyklus (n=4-), d. h. vier gleiche und gleich weit voneinander entfernte Austritt soff nungen aufweist, die sowohl an Hochdruck als auch an Niederdruck angeschlossen werden können, und der Aufnahmeöffnungen aufweist, die ebenso gleich und gleich weit voneinander entfernt sind, wobei die Summe der nutzbaren Weite jeder Austrittsöffnung und der nutzbaren Weite jeder Aufnahmeöffnung dem doppelten Achsabstand zwischen den Austrittsöffnungen entspricht, d, h. dem Zweifachen eines Grundschrittes oder Einheitsvorschubes, und wobei der Achsabstand zwischen den Aufnahmeöffnungen gleich dem Vierfachen des erwähnten Grundschrittes ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele von Servomechani.smen bzw. Schiebern beschrieben, wobei eine Beschränkung auf Schieber mit gleichen Schritten vorgenommen ist; zusätzlich werden die konstruktiven Gesetzmäßigkeiten dargelegt, die sich aus den drei oben definierten Bedingungen ergeben. Die Zeichnung zeigt J

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Fig. 1a "bis 1d in schematischen Schnittdarstellungen vier Stellungen eines Dreitaktschiebers mit einem depolarisierten Simplexverteiler, mit drei Austritts öffnungen und mit vier Aufnahmeöffnungen, der aber nicht der Bedingung einer zuverlässigen Vermeidung von Kurzschlüssen genügt;

Fig. 2a bis 2e Schnittdarstellungen von fünf Stellungen eines depolarisierten "VTertaktschiebers, simplex, mit vier Austritts- und vier Aufnahmeöffnungen gleicher Weite; .

Fig· 3 im Schnitt einen Servomechanismus mit Dreitaktzyklus, mit einer für alle Paare von ausgewählten öffnungen gemeinsamen Zufuhröffnung für Hochdruck;

Fig· 4 im Schnitt - einen Servomechanismus mit einer doppelten, identischen Anordnung von Zufuhröffnungen und mit einer nicht kreisförmigen Umschaltung für die Druckverteilungen;

Fig. 5 im Schnitt einen Viertaktschieber, entsprechend dem nach den Fig. 2a bis 2e, jedoch mit vier Austritt söffnungen und zwei Aufnahmeöffnungen, wobei die Aufnahmeöffnungen und Austrittsöffnungen von unterschiedlicher Feite sind;

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Fig. 6 in schematischer perspektivischer Darstellung einen Schieber mit polarisiertem Simplexverteiler und mit vier Paaren von Austrittsoffnungen und drei Aufnähmeöffnungen;

Fig. 6a eine symbolische Darstellung des Schiebers nach Figo 6, eine Darstellungsart, die für alle folgenden Figuren übernommen werden soll;

Fig. 7 iß- symbolischer Darstellung einen Schieber mit depolarisiertem Simplexverteiler, mit vier Austrittsoffnungen und drei Aufnahmeöffnungen;

Fig· 8 in symbolischer Darstellung einen Schieber mit polarisiertem Duplexverteiler, mit acht Austrittsöffnungspaaren und drei Aufnahmeöffnungen;

Fig. 9 in symbolischer Darstellung einen binären, depolarisierten Simplexschieber mit Doppeleffekt und mit zwei Verteilern, von denen jeder vier Austrittsoffnungen hat, die von einem gemeinschaftlichen Auswahldrehschieber versorgt werden;

Fig.10 in symbolischer Darstellung einen Schieber mit polarisiertem Duplexverteiler und mit Überlappung, bei dem die hydraulische Absperrung zwei unterschiedliche Aufnahmeöffnungen braucht, und

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Fig.11 in symbolischer Darstellung eine abgewandelte Ausführungsform des Schiebers, nach .Fig." 10.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1a bis 1d besteht der Servomechanismus aus einem Schieber ,dessen Kolben 1 im Hohlzylinder 2 geführt ist, den er in zwei Kammern 3 und 4 teilt. Die Kammer 4 steht in ständiger Verbindung mit Hochdruck. In die Kammer 3 mündet ein Kanal 5, der in den Kolben 1 gebohrt ist und in den wiederum radiale Aufnahmeöffnungen 6_S 6a, 6b etc. münden, die gleich groß sind und durch VoIlmaterial in einem Abstand gleich dem Doppelten ihres Durchmessers gehalten sind. In die seitliche Wand des Zylinders sind drei gleichartig radiale Zufuhröffnungen 7? 7'» 7°' gebohrt, die von der gleichen Größe wie die Aufnahmeöffnungen 6 sind und zwischen denen· Tonmaterial auf einer Länge gleich ihrem Durchmesser liegt. Diese drei Zufuhröffnungen 7 sind jeweils an drei Ausgangsöffnungen 8, 8^r, 8'' angeschlossen, die über 120° gegeneinander versetzt sind, und können über' einen Hahn 9 mit einem Küken 10, das mit. zwei um 120° gegeneinander versetzten Kanälen 1-1, 12 versehen ist, jeweils an eine Niederdruckquelle 13 und eine Hochdruckquelle 14 angeschlossen werden. _t ,>.:.'-

Die Arbeitsweise ist wie folgt. Ausgehend von einer Gleichgewichtsstellung nach Pig 1a, dreht man das Küken 10 des Hahnes 9 um 120° in Sichtung des Pfeiles, so daß die Kanäle

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11, 12 jeweils den Öffnungen 8 und 8^f gegenüberliegen. Hierdurch werden die Zufuhröffnungen 7 und 7' an. Hochdruck bzw. an Niederdruck angeschlossen und wird die Zufuhröffnung 7¹ ' abgesperrt. Der Kolben 1 verschiebt sich um einen Schritt nach links (Fig. 1b), so daß sich die Aufnahmeöffnung 6 mitten zwischen den beiden Zufuhröffnungen 7 und 7¹ befindet, die an Hoch- bzw. Niederdruck angeschlossen sind. Durch eine weitere Drehung des Kükens 10 um 120° werden die Zufuhröffnungen 7» 7¹ mit Hoch- bzw. Niederdruck verbunden und wird die ZufuhrÖffnung 7 versperrt· Der Kolben 1 macht einen neuen Schritt nach links (lig. 1c), so daß die Aufnahmeöffnung 6a sich zwischen den beiden Zufuhröffnungen 7¹ und 7'' befindete Schließlich verbindet eine neue Drehung des Kükens 10 um 120° die ZufuhrÖffnungen 7 und 7'· mit Niederbzw· Hochdruck und versperrt die Zufuhröffnung 7¹· ^er Kolben 1 macht einen weiteren Schritt nach links (Fig. 1d) derart, daß sich die Stellung nach Fig. 1a wieder ergibt, jedoch verschoben um einen Achsabstand der Aufnahmeöffnungen 6, 6a, 6b, welcher das Dreifache eines einzelnen Kolbenschrittes beträgt.

Dreht man das Küken im entgegengesetzten Sinne, so verschiebt sich der Kolben 1 ebenfalls in umgekehrter Richtung.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2a bis 2e ist ein Servomechanismus ähnlicher Bauart wie in den Fig. 1a bis 1d,

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und die analogen Teile tragen die gleichen Positionsziffern. Jedoch sind hier vier radiale Zufuhröffnungen 7»- 7% 7' ' und 7''' vorgesehen, d. h. es handelt sich um einen vierteiligen Rhythmus. Bei jeder- Drehung des Kükens 10 um 90° schreitet der Kolben 1 um einen Schritt vor, der Jeweils ein Viertel des Achsabstandes der Aufnahmeöffnungen 6, 6a, 6b ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach iigo 3 wird die Kammer 3 dauernd mit Hochdruck über die Drossel 15 beaufschlagt und die Zufuhröffnungen 7, 7'» 7'' werden nacheinander an Niederdruck angeschlossen. Die schrittweise Verschiebung geschieht wie im Beispiel der Jig. 1a bis 1d. Das Gleichgewicht wird unter Druckmittelverlust aufrechterhalten.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figo 4- erfolgt die Druckverteilung nicht wie bei den vorausgegangenen Beispielen durch eine Drehumschaltung. Die Aufnahmeöffnungen 6, 6a, 6b, 6c ... werden über zwei Gruppen von gleichen Austrittsöffnungen 16, 17, 18 und 16', 17', 18' gespeist« Die Weite der Austrittsöffnungen 17 und 17' ist gleich der der Aufnahmeöffnungen 6 und die Weite der Austrittsöffnungen 16, 18, 16· und 18' beträgt das Doppelte der letzteren« Die Öffnungen 16, 18 und-16¹, 18' sind Parallelverzweigungen der Kanäle 19» 19', jedoch sind in den Zuleitungen zu den Austrittsöffnungen 16 und 18 und in den Zuleitungen zu den

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Austrittsöffnungen 16' und 18' Kugelrückschlagventile 20, 21 und 20', 21' mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung angebrdnet. Die Kanäle 17, 19 und 17', 19' sind über Steuerschieber 22, 23 an Hoch- bzw. Niederdruck angeschlossen.
Diese Steuerschieber werden über Schaltstangen 24, 25 betätigt. Der Steuerschieber 23 bewirkt die schrittweise Bewegung und der Steuerschieber 22 ist für die Bewegungsrichtung verantwortlich.,

Für die Gleichgewichtsstellung ergibt sich unmittelbar aus der Zeichnung, daß die Austrittsöffnungen 17' mit Hochdruck und die Austrittsöffnung 18' mit Niederdruck verbunden ist. Bewegt man nun den Steuerschieber 23 nach links, so wer-den die Austrittsöffnung 17 an Hochdruck und die Austrittsöffnung 18 an Niederdruck angeschlossen. Der Kolben bewegt sich um einen Schritt nach links.

Es ist offensichtlich, daß bei dieser Ausführungsform ein Paar von Austrittsöffnungen für das Gleichgewicht benötigt wird» Zur Verschiebung wechselt man über auf ein anderes
Paar sturch Umstellen des Steuerschiebers 23, geht dann
zurück auf das erste Paar und wechselt wieder über auf ein anderes Paar und so weiter. Für eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung kehrt man Hoch- und Niederdruck durch Umschalten des Steuerschiebers 22 um»

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Im Ausfuhrungsbeispiel nach fig. 5 ist ein Schieber mit Viertaktrhythmus und mit vier gleichen Austritts- oder Zufuhröffnungen 7, 7¹, 7¹', 7¹.¹ ' dargestellte-Diese Zufuhröffnungen haben eine Nutzweite e und liegen im Abstand eines Grund Schrittes (Vorschubeinheit) d voneinander entfernt; ferner sind zwei gleiche Aufnahmeöffnungen 6, 6a von einer Nutzweite r und einem Abstand D gezeigt«

"Anhand dieses Beispieles sollen die konstruktiven Gesetzmäßigkeiten erläutert werden, d. h_e die Verhältnisse, die zwischen den Maßen e, r, D und d eingehalten werden müssen, um den Bedingungen der hydraulischen Absperrung, der Kontinuität und der Vermeidung eines Kurzschlusses zu genügen.

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Die hydraulische Absperrung verlangt zunächst, daß zwei Austrittsöffnungen, z· B* 7··' und 7^! » die jeweils an Hoch- und Niederdruck angeschlossen sind, jeweils an eine Aufnahmeöffnung (oder auch an dieselbe Aufnahmeöffnungen) angrenzen· Mit anderen Worten ausgedrückt soll die rechte Kante von 7¹'' in Pluchtung mit der linken Kante von 6a liegen und die linke Kantä von 7¹ soll in Fluchtung mit der rechten Kante von 6 liegen·

Die Kontinuität (der stetige Durchfluß) setzt voraus, daß zur Durchführung eines Schrittes eine Austrittsöffnung gespeist wird, hier 7» die vorher nicht gespeist wurde. Am Anfang jeder Bewegung muß diese Zufuhröffnung 7 also in eine Aufnahmeöffnunge» münden und am Ende der Bewegung muß sie sich gegenüber dieser öffnung in derselben relativen Stellung befinden, in der sich die öffnung 7¹'^f gegenüber der Öffnung 6a zu Beginn der Bewegung befunden hat»

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Es kommt noch, hinzu, daß die Öffnung 7' ' * die zur gleichen Zeit an Niederdruck wie die Öffnung 7 ^an Hochdruck angeschlossen wurde, sich gegenüber einer-Aufnahmeöffnung in derselben Belativstellung befindet wie die Öffnung 7* im Verhältnis zur Öffnung 6 zum Beginn der Bewegung»

Um die Anzahl der Öffnungen nicht unnötig zu erhöhen, läßt man zu, daß der umgekehrte Schritt (-d) dadurch erreicht wird, daß man dieselbe Öffnung 7 in Verbindung mit dem Rückfluß bringt. Daraus ergibt sich, daß nach der Ausführung des Sehrittes -d die öffnung 7 sich gegenüber einer Aufnahmeöffnung in derselben Kelativstellung befinden muß, in dar sich die Öffnung 7' gegenüber der öffnung 6 zu Beginn der Bewegung befand»

Die Vermeidung eines Kurzschlusses verlangt, daß die öffnung 7¹¹ während der ganzen Dauer des Schrittes d geschlossen bleibt· Um schließlich auch einen zufälligen Kurzschluß zu vermeiden, ist es ratsam* daß diese öffnung 7' ' auch, bei einer Verschiebung um mindestens den gleichen, aber entgegengesetzten Schritt (-d) verschlossen bleibt_o

Die vorausgegangenen Betrachtungen führen zu den folgenden Gleichungen

e + r a 2 d

D ■ - 4 d .

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Unter der einen Einschränkung, daß man sich, für die Zufuhr und für den Bückfluß der gleichen Austrittsöffnungen bedient, je nachdem ob man einen Schritt in dieser oder jener Biehtung ausführen will, wird man also zu der Anordnung nach der Figur geführt, wo die öffnungen 7¹¹¹ uad 7¹ cLie Anfangsstellung sichern und gegenüber den Zufuhröffnungen 7¹¹ void. 7¹ tau Schrittweite versetzt sind.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß der numerische Viertakt-Schieber aufnahmeseitig öffnungen oder Nuten von der Weite r und einem Abstand 4d und austrittsseitig zwei Paare von öffnungen einer Weite e « 2d - r umfaßt, wobei die zwei öffnungen eines Paares in jeder Stellung geschlossen sind und die zwei öffnungen des anderen Paares jeweils an Zufuhr bzw. Bücklauf angeschlossen sind· Der Abstand der beiden öffnungen eines Paares beträgt 2d + 4kd, und der Abstand zweier öffnungen von verschiedenen Paaren beträgt d + 2k¹ά.

Die zwei einfachsten Lösungen sehen eine Iquidistanz »wischen den öffnungen vor, wobei der Abstand gleich d ist für den fall k - k¹ - 0, (wie im Beispiel naeh fig. 5), oder wobei

der Abstand zwischen den vier öffnungen gleich 3d ist für den fall k - k¹ ■» 1, (wie beim Aasführungsbeispiel aaeh. TIg. 2).

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Es ist offensichtlich, daß die Gleichung .e +. r = 2d nicht mehr gilt im Fall einer Überlappung £ ©der UTb@£- deckung - £; dann gilt vielmehr : .

.e■+ r + 6 = 2d.

Anhand der Ausführungsbeispiele nach den Fig· 6 bis 11 werden die konstruktiven Gesetzmäßigkeiten für allgemeinere Fälle als die bisher beschriebenen erläutert·

In Pig· 6 ist ein Schieber mit einem polarisiertem Simplexverteiler dargestellt, dessen Kolben 1 sich in einem Zylinder 2 bewegt, der hier als durchsichtiger Zylinder dargestellt ist· 33er Kolben 1 ist von einer axialen Bohrung 5 durchdrungen, in die drei Aufnahmeöffnungen 6, 6a, 6b münden, die die Form τοη Umfangsnuten besitzen und durch die Löcher 106, 106a, 106b an die Bohrung 5 angeschlossen sind« In den Mantel des Zylinders 2 sind aeht Austrittsöffnungen 7_? 7&? V ι 7*a, T ', 7¹^a, γ «* , T ' ^ra gebohrt. Die öffnungen 7, ψ , 7",- 7^MI können hier nur an Hochdruck und die öffnungen 7^a9 7'a_t 7"^af 7'''a nur an Niederdruck angesehlossen weröen_s weshalb der Verteiler ale "polarisiert^M bezeichnet wird«

U» die folgenden Erklärungen zu vereinfachen^ ist in Fig. 6a eine symbolische Sarstellung des Verteiles nach Fig» 6 gezeigt, wobei der Kolben 1 in einen axialen Schnitt dargestellt ist und die Auatrittsöffnungen durch kleine Beehteeke wleder-

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gegeben sind, deren Weite und Abstand den Werten der erwähnten öffnungen entsprechen und deren Anrodnung auf zur Achse des Kolbens 1 parallelen Linien sich aus einer Abwicklung des Kolbenmantels auf einer Ebene ergibt. Die an Hochdruck angeschlossenen öffnungen sind durch schraffierte fieehtecke und die an Niederdruck angeschlossenen öffnungen durch nichtschraffierte Kechtecke gekennz e ichnet.

Der Kolben ist in einer hydraulischen Abriegelungsstellung gezeigt, d· h· jede Verschiebung des Kolbens 1 in gleich welchem Sinne bringt eine hydraulische Beaufschlagung mit sich, die ihn in seine ursprüngliche Stellung zurückführt· Diese Absperrung ist durch den Umstand gewährleistet, daß die rechte Kante oder Seite der öffnung 7¹¹¹ mit der linken Kante der Aufnahmeöffnung 6a und die linke Kante der öffnung 7¹'^fa mit der rechten Kante ebenfalls dieser öffnung 6a fluchten. Diese Kanten können auch "Nutzkanten" genannt werden. Hier stehen sich die austrittsseitigen Nutzkanten gegenüber; man nennt sie deshalb "intern".

Von den Tier Austrittsöffnungspaaren 7 - 7^a* 7' - 7'a, 7¹¹ - 7*'a und 7¹¹* - 7¹'^fa ist in jeder Abriegelungsstellung, d. h. bei stabilisiertem System, nur eines beaufschlagt oder "aktiviert". Es handelt sich hier also um einen Schieber vom beschriebenen Simplextyp·

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Die Bedingung für die hydraulische Abriegelung äußert sich hier in der Gleichheit von g = r, dabei soll c der Abstand zwischen den Austrittsnutzkanten und r die Weite Jeder Aufnahmeöffnung sein» .

Die Bedingung der Vermeidung von Kurzschlüssen, die beinhaltet, daß keine Aufnahme-Austritts-Eelativstellung zu ' einem Kurzschluß zwischen Hoch- und Niederdruck führen darf, besagt hier, daß die Austrittsöffnungen 7^IIIa in die AufnahmeÖffnung 6a z* B₀ münden kann, wenn die Austrittsöffnung 7¹'¹ ebenfalls in die benachbarte Aufnahmeöffnung 6 mündet. Diese Bedingung wird dann erfüllt, wenn der Ungleichung

genügt wird, wobei e die Größe der Austrittsöffnungen und D der Achsabstand der Aufnahmeöffnung ist, (die hier gleich dem "Vierfachen des Einheitsschrittes d ist, da vier Paare von Austrittsöffnungen vorliegen)₉

Die Bedingung der Kontinuität, die beinhaltet, daß, ausgehend von der stabilisierten Stellung gemäß den Fig» 6 und 6a, eine angemessene Zufuhr zum Schieber sichergestellt sein muß, wenn man ihm den Befehl gibt, eine angrenzende Stellung einzunehmen, und daß diese Zufuhr während der ganzen Dauer eines Grundschrittes aufrechterhalten bleibt, besagt hier, daß ζ«Β. die Austrittsöffnung 7¹¹Q- in die Aufnahme Öffnung 6a alsdann

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einmündet, wenn die Öffnung 7^Illa aufhört dort einzumünden. Dieser Zusammenhang läßt sioh in die Ungleichung fassen

e + r Z^" d,
wobei d der Grundschritt ist.

In dem Ausführungsbeispiel nach Figo 7 ist symbolisch ein Schieber mit einem depolarisierten Simplexverteiler dargestellt. Dieser Schieber hat zwei Paare von Austrittsöffnungen 7, ?a- und 7¹» 7'^a und drei Aufnahmeöffnungen 6, 6a, 6b·. Man spricht von einem depolarisierten Verteiler, 'da sämtliche Austrittsöffnungen an Hochdruck und an Niederdruck angeschlossen werden wie bei den Fig. 1 bis 5· Er ist deshalb ein Simplexverteiler, weil nur ein einziges Paar von Austritt so ff nungen zur gleichen Zeit beaufschlagt wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel hat jede Endkante der Austrittsöffnung die Aufgabe einer Hutzkante, die mit jeder Aufnahmeöffnung zusammenwirken muß, was mit sich bringt, daß die linke Kante z. B«. der Öffnung 7¹ nach zwei Schritten mit der rechten Kante der Aufnahmeöffnung 6a zur Fluchtung kommt. Das läßt sich hier bei vier Austrittsöffnungen durch die Gleichung ausdrücken

β + r - 2d
Im Sonderfall nach Fig. 7 ist

e β r » d.

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Die Bedingung der hydraulischen Abriegelung ergibt sich aus derselben Gleichung wie im Fall nach Fig. 6, d. h. e « r, und man hat für diesen speziellen Fall die Gleichung

c *» r *» e = do

Die Bedingung zur Vermeidung von Kurzschlüssen ist wie bei Fig„ 6 ■ ·

e V

Sie ist hier erfüllt, da D = 4d und e + r = 2d sind*

Auch die Bedingung für Kontinuität ist wie bei Fig«, 6

β +
Sie ist hier ebenfalls erfüllt, da e + r » 2d sind.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 handelt es sich um einen polarisierten Verteiler vom Duplextyp mit acht Austrittsöffnungspaaren 7, 7a; 7', 7'a; .»» 7⁷¹¹, 7^?IIa und drei Aufnahme Öffnungen 6, 6a, 6b. Der Schieber ist polarisiert, da die Öffnungen 7» 7¹ ··· 7 nux an Hochdruck und die Öffnungen 7^aj 7'a ··· 7 a nur an Niederdruck angeschlossen werden können, und er ist ein Duplexverteiler, weil gleichzeitig zwei Paare von Austrittsöffnungen gespeist werden. In der Anordnung nach Fig» 8 sind es die Paare 7» 7^a und 7' und 7*^a» die mit Druck beaufschlagt werden.

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Die hydraulische Absperrung wird dadurch erreicht, daß die rechte Kante der öffnung 7 mit der linken Kante der öffnung 6a und die linke Kante der öffnung 7^la- niit der rechten Kante derselben öffnung 6a fluchten«

Die oben mathematisch formulierte Bedingung für die Absperrung c « r ist hier unter der Bedingung erfüllt, daß man c die Bedeutung des AbStandes zwischen den austrittsseitigen Hutzkanten gibt. Beim Ausführungsbeispiel naeh 3?ig« 6 gehörten die Nutzkanten zum gleichen Paar von Austrittsöffnungen. Hier gehören sie zu Austrittßöffnungen zweier verschiedener benachbarter Paare«

Die Bedingung der Vermeidung von Kurzschlüssen e + r<Q-5-

ist anwendbar, wenn man hier e nicht mehr als Weite Austrittsöffnung, sondern als kumulierte Weite der gleichzeitig angeschlossenen Austrittsöffnungen definiert· Beim stabilisiertem System sowohl für den Hochdruck als auch für den Niederdruck bedeutet dies hier den Abstand zwischen der linken Kante der öffnung 7* und der rechten Kante der öffnung 7« Dieser Bedingung e + r<C—?τ" i^s"t genügt» ä-^a ersichtlich ist, daß r = d, D « 8d und e-=C 2d ist„

Die Bedingung der Kontinuität, die im Fall des Simplexverteilers nach Jf?ig. 6 .β + r^>-d lautete, muß hier verallgemeinert werden in e + r^=»2d, was gegeben ist, weil e die

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kumulierte Weite von zwei Austrittsöffnungen angibt und genau gleich der Länge einer solchen um den Grundschritt d erweiterten Öffnung, in dem Fall ist, wo zwei Paare gleich zeitig mit Druck beaufschlagt werden.

Man erkennt leicht, daß im allgemeinen .Fall bei einem MuItχάπι plexverteiler der Ordnung q, d_o h₀ q-Paare von/Dauerzustand gleichzeitig aktivierten Austrittsöffnungen die Bedingung für die Kontinuität folgendermaßen formuliert werden muß

e +

Das Ausfiihrungsbeispiel nach Fig_e 9 betrifft den Fall eines . numerischen Schiebers - mit nicht mehr wie in allen vorangegangenen Fällen einfachem Effekt - sondern mit Doppeleffekt, do ho einen Schieber, bei dem der Druck in beiden. Kammern des Zylinders variiert wird. Man erkennt in Figo 9§ daß es möglich ist, beide Kammern eines solchen Zylinders über zwei Verteiler 110, 110' des im Zusammenhang mit Fig» 7 beschriebenen Typs - also zwei depolarisierte Simplexverteiler mit je zwei Paaren von Austrittsöffnungen 80, 80a, 80', 80'a und 70, 70a, 79', 70*a - von einem gemeinsamen Auswahlschalter 90 aus zu versorgen, wenn die Aufnehmer der beiden "Verteiler 110_? 110' um zwei Schritte verschoben sind.

Tatsächlich stellen in der Stellung nach Fig» 9 die Öffnungen 70, 70a für den Verteiler 110' und 80, 80a für den Verteiler

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110 eine Absperrung sicher, wenn sie über die Kanäle 75» 77 an Hochdruck und Niederdruck jeweils angeschlossen sind» Hin. den Schieber einen Schritt weit zu verschieben, genügt es, die öffnungen 70' und 70*a einerseits und 80¹, 80*a andrerseits über die Kanäle 78 und 76 zn speisen.

In den Pig. 10 und 11 ist symbolisch ein Schieber mit einem polarisierten Duplexverteiler dargestellt, bei dem die Absperrung durch die öffnungen von zwei Paaren von unterschiedlichen Austrittsöffnungen erreicht wird, die gleichzeitig mit Druck beaufschlagt werden«

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 sind es die linke Kante der öffnung 7¹^ und die rechte Kante der öffnung 7» die jeweils auf die rechte Kante der öffnung 6a bzw· die linke Kante der Öffnung 6 ausgerichtet sind· Im Pail von Pig. 11 sind die rechte Kante der öffnung 7a und die linke Kante der öffnung 7¹ auf die linke Kante der Öffnung 6a bzw. die rechte Kante der öffnung 6 ausgerichtet.

Hierzu sei bemerkt, daß die Nutzaustrittskanten in Pig· 10 "interne" und im Pail von Pig. 1 "externe" sind.

Darüber hinaus ist bei diesen beiden Beispielen eine Überlappung £ um einen kleinen Streifen oC und β auf jeder Seite vorgesehen, wobei oC + P * E ist. Die Überlappung kann der

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Schieber nahe Jeder Gleichgewichts- oder Verr±gelungsstellung •haben, ohne daß sich die Verteilung öffnet. Es ist einfach nachzuweisen, daß in diesem Fall die oben aufgeführten Formeln, die die Absperrbedingungen definieren, Gültigkeit behalten, wenn man r durch r + £ ersetzt, (wobei r die Weite der Aufnahmeöffnungen ist)»

Schließlich benötigt bei den'Ausführungsbeispielen nach den Fig· 10 und 11 die Abriegelung in einer gegebenen Stellung nicht eine Aufnahme öffnung wie in vorausgegangenen Eeispielen§ sondern zwei Aufnahmeöffnungen 6 und 6a„ In diesem Fall ist die Bedingung für die Abriegelung offensichtlich nicht β » r, sondern e » r + D oder e = r+£ + Dii Fall der Fige* 10 und e ■ D - r oder c '■ D - (r +O im Fall der FIg₉ 11,

Diese Formeln verallgemeinern sich in einfacher Weise₉ wenn die zwei für die Verriegelung benötigten Aufnahme öffnungen im Abstand * kD voneinander liegen. Dann ergibt sich

c « r + kB oder

c «= kD - r.

Die Voraussetzung dafür, daß der depolarisierte Verteiler den Bedingungen zur Vermeidung eines Kurzschlusses und der Kontinuität genügt, ist also wie folgt j - .

β + r ^~|-, das heißt e + r ^

und e + r ^>qd,

aber er muß auch noch der Bedingung genügen e + r « kd.

Daraus folgt einerseits, daß k ^q + 1 und andrerseits + 2 sein muß«.

Der geringste Wert für η ist also vier für einen depolarisierten Simplexverteiler ο Dieser "Verteiler (mit η * 4) iHt in den Fig« 2a "bis 2d "beschrieben« Er zählt zu den elegantesten, weil er der einfachste ist.,

Der in den Pig. 1a "bis 1d (mit η = 3) gezeigte Verteiler genügt nicht der Bedingung zur Vermeidung von KurzSchlüssen« Er ist daher im Gebrauch gefährliche

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Claims (1)

1. Patentanwalt

   Dipl.-Phys. Rudolf Peerbooms ^: · ■

   56 Wuppertal-Barmen - 28 - 231 6Λ 1

   Friedrich-Engels-Allee349/35! * _Rüf556147 _p

   Pat e nt anspräche

   Schrittweise steuerbarer Servomechanismus vom Schiebertyp, der einerseits ein bewegliches Antriebselement innerhalb =einer Umschließung umfaßt, welches die Umschließung in zwei Kammern teilt und mit einer Vielzahl von Aufnahmeöffnungen versehen ist, und der andrerseits einen an Hoch- und Niederdruck anschließbaren Verteiler'

   zur Speisung der Aufnahmeöffnungen umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler feststeht und eine Anzahl von Austrittsöffnungen (7, 7% 7-¹ ·)aufweist, 'die mindestens gleich drei gedoch unabhängig von der Zahl der Aufnahmeöffnungen (6, 6a, 6b) ist, daß die Austrittsöffnungen durch Umschaltung nacheinander paarweise an Hoch- bzw» an Niederdruck anschließbar sind, wobei die Abstände zwischen den Aufnahme öffnungen (6, 6a, 6b) und ihre Weiten einerseits und die Abstände zwischen den Austrittsöffnungen (7-» 7¹» 7¹¹) und deren Weiten andrerseits so bemessen sind, daß bei einer schrittweisen Verschiebung des Antriebselementes (1) in einer Richtung einerseits jedesmal mindestens eine Aufnahmeöffnung (6) zwischen den zwei Austrittsöffnungen (7, 7') eines Paares in eine solche Stellung bringbär ist, daß sie

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   weder mit der einen noch mit der anderen der Austrittsöffnungen (7j 7^f) angeschlossen ist, aber Jede Verschiebung des Antriebselementes in die eine oder andere Sichtung mindestens eine Aufnahmeöffnung mit entweder der einen oder anderen der "beiden Austrittsöffnungen in Verbindung bringt, und andrerseits eine der Austrittsöffnungen eines nachfolgenden Paares zwecks Druckmittelzufuhr in eine Aufnahmeöffnung mündet.

   Servomechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bemessung und die relative Anordnung der Aufnahmeöffnungen (6, 6a, 6b) und Austrittsöffnungen (7, 7¹ 7¹¹) zueinander so gestaltet sind, daß die Öffnungen unabhängig von der Belativstellung zwischen Antriebselement (1) und Verteiler und unabhängig von den jeweils gespeisten Austrittsöffnungspaaren keine Verbindung zwischen Hoch- und Niederdruck zulassen,,

   3« Servomechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteiler vier gleiche, äquidistante Austrittsöffnungen (7, 7^f, 7¹¹» 7"') hat, die sowohl an Hochdruck als auch an Niedersjiruek anschließbar sind, und daß ebenso untereinander gleiche äquidistante Aufnahmeöffnungen (6, 6a) vorgesehen sind, wobei die Summe der Nutzweite (e) 3eder Austrittsöffnung (7) und der Nutzwerte (r)

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   ^eder Aufnahme Öffnung (6) gleich dem Zweifachen des Achsabstandes (d) der Austrittsöffnungen ist, d_o h. gleich dem Zweifachen des Grundsehrittes oder der Vorschubeinheit, und daß der Aehsabstand (d) der Aufnahmeöffnungen (6, 6a) gleich dem Tierfachen des Grundschrittes ist»

   4. Servomechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Austrittsöffnungen (7, 7¹, 7", 7¹'¹-¹) die nur entweder an Hoch- oder Niederdruck anschließbar sind, die Abstände und Eelativstellungen der Austrittsöffnungen und AufnahmeÖffnungen (6, 6a, 6b) nach folgenden Gesetzen bemessen sind :
   c « r + € + kD
   e + r + E <1
   e +

   wobei bedeuten :

   c der Abstand zwischen den Kanten oder Seiten der Austrittsöffnungen, die die hydraulische Verriegelung einer Stellung des Antriebselementes (1) bewirken,

   r die Nutzweite jeder AufnahmeÖffnung, D den Achsabstand der AufnahmeÖffnungen, d den Grundschritt, d« h· den Quotienten aus dem Achsabstand D und der Aassaiil der Austrittsöffnungspaare,

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   q die Anzahl der Austrittsöffnungspaare, die bei stabilisiertem System gleichzeitig beaufschlagt sind,

   e die kumulierte Weite der q-Austrittsöffnungen, die gleichzeitig bei stabilisiertem System an die gleiche Quelle angeschlossen sind,

   k die Differenz zwischen den Ordnungszahlen der Aufnahmeöffnungen, die die Verriegelung in einer gegebenen Stellung sichern,

   £ die Überlappung, d_e h«, der größte Wert des kleinen Streifens, den das Antriebselement in jeder Gleichgewicht sstellung neben sich haben kann, ohne daß sich die Verteilung öffnete

   5· Servomechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (7, 7', 7", 7"¹) sowohl an Hoch- als auch an Niederdruck anschließbar sind und daß die Weiten und die Belativstellungen der Austrittsöffnungen und AufnahmeÖffnungen den folgenden Gesetzmäßigkeiten genügen :

   c » r + S + kD

   e + r >· qd

   wobei die Symbole die gleiche Bedeutung wie in Anspruch haben ο

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