DE2338425A1

DE2338425A1 - Hydrostatic/pneumatic positioner - one of two partitions formed by operating piston

Info

Publication number: DE2338425A1
Application number: DE19732338425
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl Ing Busch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1973-07-28
Filing date: 1973-07-28
Publication date: 1975-02-06

Abstract

The improvement against prior designs lies in the reduction of the necessary partitions from three to two resulting in shorter overall lengths. The partitions are fitted with control openings along their operating path, connecting from one partition via a switching valve to the supply line, from the other partition via a switching valve to the return line. The hollow spaces on either side of the partitions and/or pistons are interconnected so that after opening of two switching valves allocated to the same position, the partitions align on the corresponding control openings. When rotary operation is involved, the design permits a larger operative angle.

Description

LICENTIA Patent-Verwaltungs-GmbH., 6 Frankfurt 70LICENTIA Patent-Verwaltungs-GmbH., 6 Frankfurt 70

27. Juli 1973July 27, 1973

PT-KN Ru/bk KN 1319PT-KN Ru / bk KN 1319

Hydrostatischer oder pneumatischer PositionierantriebHydrostatic or pneumatic positioning drive

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydrostatischen oder pneumatischen Positionierantrieb mit einem Arbeitskolben, dessen Stellbewegung durch zwei miteinander gekoppelte Stege gesteuert wird, denen längs ihrer Bewegungsbahn je eine Reihe von Steueröffnungen zugeordnet ist, wobei die Steueröffnungen für den ersten Steg durch je ein erstes Schaltventil mit der Versorgungsleitung und die Steueröffnungen für den zweiten Steg durch je ein zweites Schaltventil mit *d^ßr Rücklaufleitung verbindbar sind und ferner die beiderseits der Stege bzw. des Arbeitskolbens befindlichen Hohlräume so* miteinander verbunden sind, daß nach dem Öffnen zweier der gleichen Stellung zugeordneter Schaltventile die Stege sich auf die entsprechenden Steueröffnungen einstellen.The invention relates to a hydrostatic or pneumatic positioning drive with a working piston, the actuating movement of which is controlled by two interconnected webs, each of which is assigned a row of control openings along their path of movement supply line and the control openings for the second web by in each case a second switching valve with * d ^B r return line are connectable, and further, the mutually cavities located of the webs or the working piston are connected * to one another, that associated to the opening of two of the same position switching valves which Bridges adjust to the corresponding control openings.

Die bekannten Antriebe enthalten jeweils drei Stege, von denen zwei gleich große Stege durch den Schieber eines Steuerventils gebildet werden und ein Steg durch den Arbeitskolben gebildetThe known drives each contain three webs, two of which are of the same size through the slide of a control valve are formed and a land is formed by the working piston

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wird. Das hat zur Folge, daß bei Anordnung der Stege auf einer gemeinsamen Schubstange in der Baulänge dreimal der Hub enthalten sein muß bzw. daß bei Anordnung der Stege auf einem gemeinsamen Rotor nur ein Schwenkwinkel von weniger als 360/3°will. As a result, when the webs are arranged on a common push rod, the overall length contains three times the stroke must be or that when the webs are arranged on a common rotor only a pivot angle of less than 360/3 °

f
erreichbar ist.f
is attainable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Positionierantrieb der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, daß sich bei gleichem Hub eine geringere Baulänge bzw. bei der Ausführung mit Rotor ein größerer Schwenkwinkel ergibt.The invention is based on the object of a positioning drive of the type mentioned in such a way that, with the same stroke, a shorter overall length or with the Version with rotor results in a larger swivel angle.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der zweite Steg durch den Arbeitskolben selbst gebildet wird, dessen wirksame Fläche entsprechend der gewünschten Stellkraft größer ist als diejenige des ersten Steges. Anders betrachtet, wird also gewissermaßen der zweite Steg des Steuerventils um die wirksame Fläche des bisherigen Arbeitskolbens vergrößert, so daß unter Störung des bisherigen Gleichgewichts der Kräfte bereits an diesem Steg die gewünschte Stellkraft wirksam wird. Ein dritter Steg wird damit entbehrlich.This is achieved according to the invention in that the second web is formed by the working piston itself, its effective Area is larger than that of the first web according to the desired actuating force. Viewed differently, is as it were, the second web of the control valve increased by the effective area of the previous working piston, so that with disturbance of the previous equilibrium of forces, the desired actuating force is already effective at this web. A third web is thus dispensable.

Verschiedene Möglichkeiten zur Verwirklichung der Erfindung bzw. zu ihrer weiteren Ausgestaltung im Sinne der Unteransprüche ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in VerbindungVarious possibilities for realizing the invention or for its further development within the meaning of the subclaims result from the following description in conjunction

mit der Zeichnung. In dieser zeigen:with the drawing. In this show:

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Figur 1 im Längsschnitt und schematisch einen Positionierantrieb, dessen zwei Stege auf einer gemeinsamen Schubstange angeordnet sind,Figure 1 in longitudinal section and schematically a positioning drive, the two webs on a common Push rod are arranged,

Figur 2 im Längsschnitt und schematisch einen Positionierantrieb mit zwei parallel nebeneinander .angeordneten Schubstangen,FIG. 2 in longitudinal section and schematically a positioning drive with two arranged side by side in parallel Push rods,

Figur 3 im Querschnitt und schematisch einen Positionierantrieb mit einem Rotor undFigure 3 in cross section and schematically a positioning drive with a rotor and

Figur 4 im Querschnitt und schematisch einen Positionierantrieb mit zwei auf gemeinsamer Achse angeordneten Rotoren.Figure 4 in cross section and schematically a positioning drive with two arranged on a common axis Rotors.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 sind ein zu einem Steuerschieber gehörender erster Steg 1 und ein durch den Arbeitskolben gebildeter zweiter Steg 2 auf einer gemeinsamen Schubstange 3 angeordnet. Die Stege sind innerhalb eines Zylinders 4 bzw. 5 verschiebbar. Der zweite Steg 2 hat entsprechend dem Durchmessers des Zylinders 5 eine wesentlich größere wirksame Fläche als der erste. Die durch die beiden Stege abgeteilten, einander zugewandten Hohlräume der beiden Zylinder gehen unmittelbar, d.h. ohne dichtende Trennwand, ineinander über. Die beiden außen liegenden Hohlräume sind durch eine Leitung 6 verbunden. Die Schubstange 3 ist in den Stirnwänden der Zylinder k und 5 beidseitig gelagert.In the exemplary embodiment in FIG. 1, a first web 1 belonging to a control slide and a second web 2 formed by the working piston are arranged on a common push rod 3. The webs are displaceable within a cylinder 4 and 5, respectively. The second web 2 has a significantly larger effective area than the first, corresponding to the diameter of the cylinder 5. The mutually facing cavities of the two cylinders divided by the two webs merge directly into one another, that is to say without a sealing partition. The two external cavities are connected by a line 6. The push rod 3 is mounted on both sides in the end walls of the cylinders k and 5.

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Entlang der Bewegungsbahn der Stege 1 und 2 befinden sich in bekannter Weise in den Zylindern 4 und 5 zwei Reihen von Steueröffnungen 7-8-9 bzw. 10-11-1?., deren Länge der Länge des betreffenden Steges angepaßt ist. Die dem ersten Steg 1 zugeordneten Steueröffnungen sind durch je ein Schaltventil 13» I^ bzw. 15 mit der Versorgungsleitung l6 verbindbar, die dem zweiten Steg 2 zugeordneten Steueröffnungen durch je ein Schaltventil 17, l8 bzw. 19 mit der Rücklaufleitung 20. Mit Hilfe von Betätigungsorganen 21, 22 bzw. 23 sind jeweils zwei der glichen stabilen Stellung des Arbeitskolbens entsprechende Schaltvertile, also die Schaltventile 13 und 17, 14 und 18 bzw. 15 und 19,gemeinsam betätigbar. Die Betätigungsorgane können mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch schaltbar sein und es besteht zwischen ihnen in bekannter Weise eine Verknüpfung derart, daß jeweils nur eines der Schaltventil-Paare geöffnet sein kann.Along the trajectory of webs 1 and 2 are located in known way in the cylinders 4 and 5 two rows of control openings 7-8-9 or 10-11-1?., the length of which is the length of the relevant web is adapted. The associated with the first web 1 Control openings are each through a switching valve 13 »I ^ or 15 can be connected to the supply line l6, the control openings assigned to the second web 2 by a switching valve each 17, 18 or 19 with the return line 20. With the help of actuators 21, 22 and 23 are two corresponding to the same stable position of the working piston Switching valves, i.e. switching valves 13 and 17, 14 and 18 or 15 and 19, can be operated together. The actuators can be mechanical, hydraulic, pneumatic or electromagnetic be switchable and there is a link between them in a known manner such that only one of the switching valve pairs can be open.

In den Figuren der Zeichnung ist die Stellung des Arbeitskolben« durch einen auf der Schubstange 3 angebrachten Zeiger 24 angedeutet, dem die Marken A, B und C einer Skala gegenüberstehen. Die durch den Arbeitskolben (Steg 2) angetriebene Last ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.The position of the working piston is shown in the figures of the drawing. indicated by a pointer 24 attached to the push rod 3, which is opposed to the marks A, B and C on a scale. The load driven by the working piston (web 2) is not shown for the sake of clarity.

Es sei angenommen, daß bei dem Positionierantrieb der Figur 1, wie dargestellt, das Betätigungsorgan 21 geschaltet wurde und dadurch die Schaltventile 13 und 17 geöffnet sind. Dann stehen der Raum 25 rechts vom Steg 1 und über die Leitung 6 auch der Raum 26 links vom Steg 2 mit der Versorgungsleitung l6 in Ver-It is assumed that in the positioning drive of Figure 1, as shown, the actuator 21 has been switched and thereby the switching valves 13 and 17 are open. Then the space 25 are to the right of the web 1 and via the line 6 also the Room 26 to the left of footbridge 2 with the supply line l6 in connection

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bindung und der Raum 27 zwischen den Stegen mit der Rücklaufleitung 20. Wenn die_f/Drücke in diesen Leitungen mit P bzw. P bezeichnet werden und die wirksamen Flächen der Stege 1 und 2 mit F. bzw. F₂, dann ist die Summe der cv€ die Stege und damit auf die Schubstange 3 einwirkenden Kräftebinding and the space 27 between the webs with the return line 20. If the _f / pressures in these lines are designated with P or P and the effective areas of the webs 1 and 2 with F. or F ₂ , then the sum of the cv € the webs and thus forces acting on the push rod 3

. (P_v-P_r). (P _v -P _r )

Da F₂ größer als F₁ ist, wird also die Schubstange 3 mit einer Kraft nach rechts bewegt, die der Differenz zwischen den wirksamen Flächen der Stege 1 und 2 proportional ist. Anders ausgedrückt: Der Steg 2 wirkt mit der Fläche F₃-F₁ als Arbeitskolben. Sobald im Verlauf dieser Bewegung die Stege in den Bereich der Steueröffnungen 7 bzw. 10 eintreten, wird der Förderstrom zunehmend gedrosselt und in der weiteren Folge, wenn sich die Stege genau über den Steueröffnungen befinden, bis auf einen geringen Leckstrom gesperrt. Die beiden Stege und die Schubstange kommen in der neuen Stellung A zum Stillstand. Jede auf diese Weise angesteuerte Stellung ist wie bei den bekannten Positionierentrieben stabil.Since F _{2 is} greater than F ₁ , the push rod 3 is moved to the right with a force that is proportional to the difference between the effective areas of the webs 1 and 2. In other words: the web 2 acts with the area F ₃ -F ₁ as a working piston. As soon as the webs enter the area of the control openings 7 or 10 in the course of this movement, the delivery flow is increasingly throttled and subsequently, when the webs are exactly above the control openings, blocked except for a small leakage flow. The two bars and the push rod come to a standstill in the new position A. Each position controlled in this way is stable as with the known positioning drives.

Wahrend bei der Ausführungsform nach Figur 1 die erforderliche Baulänge durch den zweifachen Hub bestimmt ist, ist bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 eine Eauform angewandt, in deren Länge der Hub nur einmal enthalten sein muß.While in the embodiment of Figure 1, the required The overall length is determined by the double stroke, in the embodiment of FIG the length of which the hub only needs to be included once.

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Bei der Bauform gemäß Figur 2 sind ein erster Steg 31 und ein zweiter, größerer Steg 3² innerhalb zweier parallel nebeneinander liegender Zylinder 33 bzw. 3% angeordnet, wobei die zugehörigen, beiderseits gelagerten Schubstangen 35 bzw. durch ein sogenanntes Querhaupt 37 miteinander verbunden sind.In the design according to FIG 2, a first web 31 and a second, larger web 3 ² within two parallel adjacent cylinders 33 and 3% respectively are disposed, with the associated, on both sides mounted push rods 35 are respectively connected by a so-called crosshead 37 .

In sinngemäß gleicher Weise wie bei dem Positionierantrieb der Figur 1 sind die Steueröffnungen 38, 39 und ^O des Zylinders 33 über Schaltventile 13, lk bzw. 15 mit der Versorgungsleitung l6 verbunden und die St euer öffnungen kl, k2 und kj des größeren Zylinders 34 über Schaltventile 17, l8 bzw. 19 mit der Rücklaufleitung 20. Die zur jeweils gemeinsamen Betätigung der Schaltventil-Paare 13-17, l4-l8 oder 15-19 dienenden Betatigungsorgane, entsprechend 21, 22 und 23 in Figur 1, sind nicht dargestellt. Der Leitung 6 in Figur 1 entspricht hier eine Leitung kk. Während in Figur 1 die Räume links vom Steg 1 und rechts vom Steg 2 unmittelbar ineinander übergehen, bedarf es hier zur Herstellung der entsprechenden Verbindung einer weiteren Leitung k5. In the same way as in the case of the positioning drive in FIG. 1, the control openings 38, 39 and ^ O of the cylinder 33 are connected to the supply line l6 via switching valves 13, lk and 15, respectively, and the control openings kl, k2 and kj of the larger cylinder 34 Via switching valves 17, 18 and 19 to the return line 20. The actuating elements corresponding to 21, 22 and 23 in FIG. 1, which are used to actuate the switching valve pairs 13-17, 14-18 or 15-19 together, are not shown. The line 6 in Figure 1 corresponds here to a line kk . While in FIG. 1 the spaces to the left of the web 1 and to the right of the web 2 merge directly into one another, a further line k5 is required here to establish the corresponding connection.

Die Wirkungsweise der Ausführung nach Figur 2 entspricht jener der Figur 1. Bei geöffneten Schaltventilen lk und l8 befinden sich die Stege 31 und 32 in der gezeichneten Stellung B im stabilen Gleichgewicht. Es sei noch erwähnt, daß bei dieser Ausführungsform die einander zugeordneten Schaltventile 13 und 17, lk und l8 sowie 15 und 19 räumlich benachbart sind, so daß die Kopplung zwischen ihnen mit geringem konstruktivem Aufwand erfolgen kann.The mode of operation of the embodiment according to FIG. 2 corresponds to that of FIG. 1. When the switching valves lk and l8 are open, the webs 31 and 32 are in stable equilibrium in the position B shown. It should also be mentioned that in this embodiment the switching valves 13 and 17, lk and l8 and 15 and 19, which are assigned to one another, are spatially adjacent so that the coupling between them can take place with little structural effort.

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Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 sind ein erster Steg 51 und ein zweiter Steg 52 innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 53 einander gegenüberliegend auf einem gemeinsamen Rotor 5^ angeordnet, der auf einer im Gehäuse verdrehbaren Welle 55 sitzt. Die Stege sind in Achsrichtung gleich lang, haben aber unterschiedliche Radien, so daß die wirksame Fläche des Steges 5² größer ist als die des Steges 51· Grundsätzlich könnte das auch mit Stegen von gleichem Radius aber unterschiedlicher Länge erreicht werden.In the exemplary embodiment of FIG. 3, a first web 51 and a second web 52 are arranged opposite one another within a common housing 53 on a common rotor 5 ^ which is seated on a shaft 55 which can be rotated in the housing. The webs are of equal length in the axial direction but have different radii, so that the effective surface of the web 5 ² is greater than that of the web 51 · principle could be achieved with the webs of the same radius but different lengths.

Entsprechend einem Schwenkbereich des Rotors von weniger alsCorresponding to a swivel range of the rotor of less than

_o -.weit _o _o -.wide _o

l80 (jedoch^mehr als 120 ) ist die Innenwand des Gehäuses den Radien der Stege 51 und 52 angepaßt. Im Schwenkbereich des Steges 51 ist das Gehäuse mit Steueröffnungen 56, 57 und 58 versehen, im Schwenkbereich des Steges 52 mit Steueröffnungen 59, 60 und 6l. Zur Verbindung dieser Steueröffnungen mit der Versorgungsleitung l6 bzw. der Rücklaufleitung 20 dienen, sinngemäß entsprechend Figur 1, Schaltventil-Paare 13-17, l4-l8 und 15-I9 sowie Betätigungsorgane 21, 22 bzw. 23. Da in der Darstellung die Schaltventile l*t und l8 geöffnet sind, befinden sich die Stege 51 und 52 in der Stellung B im stabilen Gleichgewicht.180 (but ^ more than 120) is the inner wall of the case adapted to the radii of the webs 51 and 52. In the swivel range of the Web 51 is the housing with control openings 56, 57 and 58 provided, in the pivoting range of the web 52 with control openings 59, 60 and 6l. To connect these control openings with the The supply line l6 and the return line 20 are used, analogously in accordance with FIG. 1, switching valve pairs 13-17, l4-l8 and 15-I9 and actuators 21, 22 and 23, respectively Representation of the switching valves l * t and l8 are open the webs 51 and 52 in the position B in the stable Balance.

Bei der Ausführungsform nach Figur 3 gehen die beiderseits der Stege 51 und 52 liegenden Hohlräume unmittelbar ineinander über, ohne daß eine Verbindungsleitung erforderlich ist. Die Wirkungsweise entspricht im übrigen dem Positionierantrieb der Figur 1, mit dem Unterscheid, daß dort eine Verechiebebewegung, hier jedoch eine Schwenkbewegung stattfindet.In the embodiment according to FIG. 3, they go on both sides of the webs 51 and 52 lying cavities directly into one another without the need for a connecting line. the Operation corresponds to the rest of the positioning drive of Figure 1, with the difference that there is a sliding movement, here, however, a pivoting movement takes place.

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Bei dem in Figur 4 dargestellten Positionierantrieb sind die beiden Stege 71 und 72 auf Rotoren 73 bzw. 7^ angebracht, die auf einer gemeinsamen schwenkbaren Welle 75 nebeneinander angeordnet sind , die Rotoren werden von getrennten Gehäusen 76 bzw. 77 aufgenommen. Die zur Bildung je zweier Hohlräume mit unterschiedlichem Druckniveau eine Trennwand 78 bzw. 79 aufweisen. Sinngemäß entsprechend dem Positionierantrieb der Figur 2 sind die beiderseits der Trennwände liegenden Hohlräume der beiden Gehäuse durch Leitungen 80 und 8l paarweise verbunden.In the positioning drive shown in Figure 4 are both webs 71 and 72 attached to rotors 73 and 7 ^, respectively, which are arranged side by side on a common pivotable shaft 75, the rotors are of separate housings 76 and 77 added. A partition 78 or 79, respectively, for forming two cavities with different pressure levels exhibit. Corresponding to the positioning drive of FIG. 2, the cavities lying on both sides of the partition walls are of the two housings by lines 80 and 8l in pairs tied together.

Die Gehäuse 76 und 77 sind entlang des Schwenkbereiches der Stege 71 und 72 mit Steueröffnungen versehen, von denen der Einfachheit halber auch in Figur 4 nur jeweils drei den drei Stellungen A, B und C zugeordnete Steueröffnungen 82, 83 und 8k bzw. 85, 86 und 87 gezeichnet sind. Entsprechend Figur 2 sind diese über Schaltventil-Paare 13-17, l4-l8 und 15-19 mit der Versorgungsleitung l6 bzw. der Rücklaufleitung 17 verbindbar. Jedem Schaltventil-Paar ist ein Betätigungsorgan 21, 22 bzw. 23 zugeordnet.The housings 76 and 77 are provided with control openings along the pivoting range of the webs 71 and 72, of which, for the sake of simplicity, only three control openings 82, 83 and 8k or 85, 86 assigned to the three positions A, B and C, respectively and 87 are drawn. According to FIG. 2, these can be connected to the supply line l6 or the return line 17 via switching valve pairs 13-17, l4-l8 and 15-19. An actuator 21, 22 and 23 is assigned to each switching valve pair.

Die Wirkungsweise der in Figur k dargestellten Bauform entspricht sinngemäß jener der Figur 2, mit dem Unterschied, daß dort eine Verschiebebewegung, hier jedoch eine Schwenkbewegung stattfindet. Der erzielbare Schwenkwinkel ist entsprechend dem Platzbedarf der beiden Trennwände 78 und 79 kleiner als 360°. Ähnlich wie jene der Figur 2 weist auch die Bauform der Figur den Vorteil auf, daß die der gleichen Stellung der Stege zu-The mode of operation of the design shown in Figure k corresponds to that of Figure 2, with the difference that there is a sliding movement, but here a pivoting movement. The pivoting angle that can be achieved is less than 360 ° in accordance with the space required by the two partitions 78 and 79. Similar to that of Figure 2, the design of the figure also has the advantage that the webs to the same position.

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geordneten Schaltventile räumlich benachbart angeordnet werden können, so daß ihre gemeinsame Betätigung durch je ein Betätigungsorgan durch einfache Konstruktionen erreicht werden kann.ordered switching valves can be arranged spatially adjacent, so that their common actuation by each an actuator can be achieved by simple constructions.

Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich zur Erläuterung der Erfindung, sollen jedoch keine Beschränkung im Hinblick auf Einzelheiten der dargestellten Bauformen bedeuten. So könnten beispielsweise bei den Ausführnngsformen der Figuren und k die zur Verbindung von Hohlräumen mit gleichem Druckniveau dienenden Leitungen 6 bzw. 80 und 8l in grundsätzlich bekannter Weise auch innerhalb der Schubstange 3 bzw. der Welle 75 verlaufen.The exemplary embodiments serve only to explain the invention, but are not intended to imply any restriction with regard to details of the designs shown. For example, in the embodiments of Figures and k, the lines 6 or 80 and 8l serving to connect cavities with the same pressure level could also run in a basically known manner within the push rod 3 or the shaft 75.

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Claims

II.J Hydrostatic or pneumatic positioning drive with a working piston, the actuating motion of which is controlled by two interconnected webs, each of which is assigned a row of control openings along their trajectory, the control openings for the first web by a first switching valve with the supply line and the Control openings for the second web can be connected to the return line by a second switching valve each and furthermore the cavities on both sides of the webs or the working piston are connected to one another so that after opening two switching valves assigned to the same position, the webs adjust to the corresponding control openings , characterized in that the second web (2, 32, 52, 72) is formed by the working piston itself, the effective area (F ₂ ) of which is greater than that (F) of the first web (1, 31) in accordance with the actuating force to be achieved , 51.71).

2. Positioning drive according to claim 1, characterized in that the two webs (l, 2) on a common push rod (3) are arranged, wherein the facing cavities of the first and second web belonging cylinders (4 and 5) merge directly into one another and the external cavities are connected by a line (6) (FIG. 1).

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3 · Positioning drive according to claim 1, characterized in that the first web (3D and the second web (32) inside two parallel adjacent cylinders (33 and 34) are arranged and their push rods (35 and 36) through a crosshead (37) are connected (Figure 2).

k. Positioning drive according to Claim 1, characterized in that the two webs (51 «52) are arranged within a common housing (53) opposite one another on a common rotor (54) (Figure 3).

5. Positioning drive according to claim 1, characterized in that it has two on a common axis (75) arranged side by side, each has one of the webs (71 and 72) carrying rotors (73 or 74), each of the rotors receiving cylindrical Housing (76 or 77) has a radial partition (78 or 79) to form two cavities each (FIG. 4).

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