DE2625909C2 - Fluidischer Linearverstärker - Google Patents

Description

a) eine mit dem Eingangsglied (M) und dem Steuerkolben (16) verbundene Eingangswelle (43) ist mit der axial unverschieblich gehaltenen Gewindespindel (44) durch einen Gewindezapfen (45) und eine Gewindebohrung (46) an den Enden der Eingangswelle (43) bzw. der Gewindespindel (44) verschraubt;

b) die Eingangswelle (43) ist über eine drehsteife, axial elastische Kupplung (26) mit dem Eingangsglied fA^verbunden;

c) die Gewindelängen von Gewindebohrung (46) und Gewindezapfen (45) sind derart, daß sie nach einer durch die Axialauslenkung des SteuerLvibens (16) vorbestimmten Relatiwerdrehung außer Eingriff ^langen;

d) die Gewindespindel (44) weist axial neben der Gewindebohrung (46) eine ?ewindefreie Erweiterung (47) auf, in der der aus der Gewindebohrung (46) herausgedrehte Gewindezapfen (45) frei drehbar ist;

e) die Kupplung (26) drückt den außer Eingriff gebrachten Gewindezapfen (45) gegen die Gewindebohrung (46), um ein gegenseitiges Wieder-in-Eingriff-Bringen hervorzurufen.

2. Fluidischer Linearverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrisch ausgebildete Kupplung (26) zwei elastische Seitenwände (51) aufweist, in welche eine Antriebswelle (27) des Eingangsgliedes (M) bzw. die Eingangswelle (43) stecken, und daß diese Seitenwände (51) bei den axialen Auslenkungen konvex oder konkav wölbbar sind.

3. Fluidischer Linearverstärker zur Umwandlung einer leistungsschwachen Drehbewegung eines Eingangsgliedes in eine geradlinige Stellbewegung eines Arbeitskolbens, wobei das freie Ende einer mit dem Eingangsglied verbundenen Gewindespindel in eine Axialbohrung des Kolbens ragt und in eine in dieser Bohrung angeordnete Spindelmutter eingreift, und wobei die den Arbeitskolben beaufschlagende Druckflüssigkeit über eine vom Eingangsglied und der Gewindespindel bewirkte Axialauslenkung eines Steuerkolbens eines Steuerventils steuerbar ist, um die Stellbewegung des Kolbens zu erzeugen, durch welche Stellbewegung ihrerseits eine Positionsrückführung des Steuerkolbens bewirkbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Spindelmutter (10) sitzt im Inneren einer

•15 Spreizhülse (9), welche ihrerseits mit radialer Vorspannung und durch eine vorbestimmte Grenzkraft verschiebbar in der Kolbenstangenbohrung (8) gelagert ist;

b) die Gewindespindel (11) weist zwei Endanschläge (32, 32a) für die verschobene Spreizhülse (9) auf;

c) zur Rückstellung des Arbeitskolbens (5) auf die am Endanschlag (32,32a) anliegende Spreizhülse sind von Hand bedienbare Organge vorgesehen, über die der Steuerkolben verschiebbar ist

4. Fluidischer Linearverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von Hand bedienbare Organ ein Gabelhebel (28) ist, der von außen her in eine Ringnut (31) einer Spindelverlängerung (25) einschiebbar ist

Die Erfindung betrifft fiuidische Linearversiarker gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3.

Bekannte Verstärker dieser Art (DE-OS 23 09 283) haben den Nachteil, daß sie Schaden nehmen können, wenn beispielsweise eine große äußere Kraft im drucklosen Zustand auf die Kolbenstange wirkt oder wenn die Kolbenstange die an ihr angreifenden, äußeren Kräfte nicht überwinden kann.

Es ist dementsprechend Aufgabe vorliegender Erfindung, bei gattungsgemäßen, hydraulischen Verstärkern eine Schutzvorrichtung vorzusehen, um die mechanische Antriebsverbindung zwischen dem Arbeitskolben und dem Steuerkolben gegen Überlastung zu schützen, wobei die Schutzvorrichtung in jeder Position des Arbeitskolbens, unabhängig von Art der Überlastung und der Bewegungsrichtung der Teile ohne Beschädigung ohne mechanische Zerstörung automtisch ausgelöst wird und anspricht, «obald eine Grenzkraft überschritten wird. Die Antriek,verbindung soll bei Wegfall der Überlast rasch in der Ausgangsposition wieder herstellbar sein, ohne daß der Linearverstärker demontiert werden muß.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den kennzeichnenden Teile der Patentansprüche 1 oder 3 angegebenen Merkmale gelöst.

Es ist bereits bekannt, am Ende des Steuerkolbenschaftes eines elektrohydraulischen Antriebs (US-PS 34 57 836) ein Gewinde anzuordnen, welches in eine Gewindebohrung am Ende des Schaftes eines Hydraulikmotors eingreift. Es handelt sich hier aber nicht um eine bei Überlast trennbare Verbindung. Bei entsprechender Verkürzung der Gewindelänge wäre zwar allenfalls ein Freischrauben in nur einer Richtung möglich und dies auch nicht in allen Positionen des Kolbens, ein Freischrauben beim Auftreten von Kräften in entgegengesetzter Richtung kann im bekannten Fall jedoch nicht stattfinden. Außerdem sind dort keine Einrichtungen vorgesehen, um die mechanische Antriebsverbindung bei Wegfall einer Überlast rasch und auf einfache Weise in der Ausgangsposition wieder herzustellen. Ferner ist es nicht mehr neu (DE-PS 9 16 370), bei Überlastungskupplungen eine Art Spreizhülse in Gestalt federnder Ringe aus gewelltem Stahlband vorzusehen. Eine Anwendung dieser Elemente auf gattungsgemäße Linearverstärker ist bisher jedoch unterblieben, ganz abgesehen davon, daß eine axiale Rückstellung der Kupplung in die Ausgangsposi-

tion bei den bekannten Überlastungskupplungen nicht vorgesehen war. Schließlich ist auch noch ein anderer gattungsgemäßer Linearverstärker bekannt (DE-OS 21 37 078), der jedoch ebenfalls keinen Überlastungsschutz aufweist

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung fluidischer Linearverstärker wird der Vorteil erreicht, daß diese gegen Überlastung geschützt sind, wobei die im Falle einer Überlast unterbrochene Antriebsverbindung bei Wegfall dieser Last sofort in der Ausgangsposition wieder herstellbar ist, ohne daß dabei eine Demontage des Verstärkers erforderlich ist.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform eines hydraulischen Linearverstärkers;

F i g. 2 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungsform einer hydraulischen Linearverstärkers und

F i g. 3 bis 5 eine Schraubverbindung zwischen einer Gewindespindel und einer Eingangswelle sowie eine Kupplung in drei verschiedenen Stellungen.

Der hydraulische Linearverstärker gerr..iß F i g. 1 weist einen Stellzylinder 1 auf, welcher an einem Ende mit dem Zylinderdeckel 2 verschlossen und am anderen Ende mit dem Ventilgehäuse 3 verbunden ist. In der Zylinderbohrung 4 ist ein in nicht näher dargestellter Weise gegen Drehung gesicherter Arbeitskolben 5 vorgesehen, der am Innenende einer durch den Zylinderdeckel 2 hindurchgeführten Kolbenstange 6 angeordnet ist, welche Kolbenstange 6 an ihrem freien Ende ein Gewinde 7 aufweist. Die Kolbenstange 6 besitzt eine axiale Kolbenstangenbohrung 8, in welcher eine Spreizhülse 9 mit Reibsitz gelagert ist, derart, daß die Spreizhülse 9 durch eine auf die Kolbestange 6 einwirkende Grenzkraft axial verschiebbar ist. Die Spreizhülse 9 kann zweckmäßig geschlitzt sein und mit einer radialen Vorspannung in der Kolbenstangenbohrung 8 stecken. Im Inneren der Spreizhülse 9 sitzt fest eine Spindelmutter 10, deren Gewinde in dasjenige einer Gewii.despindel 11 eingreift. Letztere ragt mit Spiel in die Kolbenstangenbohrung 8 hinein und ist in Führungsbuchsen 12, 13. welche im Ventilgehäuse 3 angeordnet sind, geführt. Ein in der Führungsbuchse 12 untergebrachter Ausgleichskolben 15 dient in noch zu beschreibender Weise dem Axialschubausgleich der Gewindespindell 1.

Im Ventilgehäuse 3 eines an sich bekannten Steuerventils 14 ist ein in axialer Richtung verschiebbarer, mit Ringnuten und Steuerkanten versehener Steuerkolben 15 angeordnet. Eine mit einer Druckölquelle P verbundene zentrale Eingangsleitung 17 führt in das Steuerventil 14 hinein, um das Steueröl je nach der Lage des Steuerkolbens 16 über die Leitung 18 oder den Kanal 19 in die vordere oder die hintere Druckkammer 20 bzw. 21 des Stellzylinders 1 gelangen zu lassen. Das Öl kann, wiederum in Abhängigkeit von der Lage des Steuerkolbens 16, von den Druckkammern 20, 21 durch den gleichen Kanal 19 bzw. die gleiche Leitung 18 zum Steuerventil 14 zurückfließen, wo es über die eine oder die andere Ausgangsleitung 22, 23 und über eine gemeinsame Rückführungsleitung 24 zu einem Reservoir R der Druckölquelle P zurückgeführt wird. Antriebsseitig ist eine als Eingangswelle ausgebildete Spindelverlängerung 25 mit einer axialelastischen, drehsteifen Kupplung 26 verbunden, welche ihrerseits über eine Antriebswelle 27 mit einem Eingangsglied M beispielsweise mit ein.'m elektrischen Schrittmotor verbunden ist Durch die Kupplung werden axiale Auslenkungen der Gewindespindel ausgeglichen.

Wird die Gewindespindel 11 über die Kupplung 26 durch das Eingangsglied M im Rechtssinne gedreht, so schraubt sie sich in die Spindelmutter 10 hinein und nimmt den Steuerkolben 16 nach links mit. Dadurch kann Drucköl von der Eingangsleitung 17 über die Leitung 18 in die vordere Druckkammer 20 gelangen und den Arbeitskolben 5 nach rechts bewegen, während gleichzeitig Öl aus der hinteren Druckkammer 21 über den Kanal 19 in die Ausgangsleitung 22 fließt. Durch die Rechtsbewegung des Arbeitskolbens 5 wird der Steuerkolben 16 gegen seine Ruhelage zurückbewegt, welche dann erreicht wird, wenn die Gewindespindel 11 nicht mehr gedreht wird Dabei sorgt ein Axial-Wälzlager 49 für die präzise Übertragung der Axialbewegung der drehenden Gewindespindel 11 auf den nichtdrehenden Steuerkolben 16. Wird die Gewindespindel 11 im Linkssinne gedreht, so nimmt sie den Steuerkolben 16 nach rechts mit, wodurch das Drucköl jetzt über den Kanal 19 in die hintere Druckkamm'τ 21 fließt um den Arbeitskolben 5 nach links zu bewege-. Dieser stößt das Öl aus der vorderen Druckkammer 20 über die Leitung 18 in die Ausgangsleitung 23, und der Steuerkolben 16 wird wieder in seine Ausgangslage zurückgedrängt

Durch den vorbeschriebenen hydraulischen Linearverstärker ist es möglich, eine leistungsschwache Drehbewegung in eine leistungsstarke A.xialbewegung umzuwandeln. Um den Verstärker vor Überlast zu sichern, beispielsweise wenn im drucklosen Zustand des Zylinders eine große äußere Kraft auf die Kolbenstange 6 einwirkt, oder wenn die Kolbenstange 6 die an ihr angreifenden Kräfte nicht überwinden kann, ist eine Schutzvorrichtung vorgesehen. Dazu dient die Spreizhülse 9. Diese läßt, sich durch eine auf die Kolbenstange 6 einwirkende Grenzkraft, welche die Gewindespindel 11 noch nicht beschädigt, in beiden Richtungen in der Kolbenstangenbohrung 8 verschieben. Für den Fall, daß die Spreizhülse 9 mit der Spindelmutter 10 aus ihrer richtigen Lage in der Kolbenstangenbohrung 8 verschoben worden ist, ist eine Eingriffsmöglichkeit vorgesehen, urr- die Spreizhülse 9 mit der Spindelmutter 10 ohne Demontage des Verstärkers wieder in ihre korrekte Lage zu bringen. Dazu wird ein Gabelhehel 28 in eine öffnung 29 im kupplungsseitigen Ende des V^ntilgehäuses 3 eingeführt und über einen Zapfen 30 in eine Ringnut 31 der Spindelverlängerung 25 geschoben. Der ebenfalls mit einer Ringnut 42 versehene Zapfen 30 ist an der Stirnseite der Führungsbuchse 13 befestigt. Bevor nun der Gabelhebel 28 betätigt wird, was eine Auslenkung des Steuerkolbens 16 und damit ein Verfahren des Arbeitskolbens 5 zur Folge hat, wird die sich auf der Gewindespindel 11 frei drehende Spinoelmut.'er 10 durch schnelles Drehen der Gewindespindel ll im Uhrzeigersinn an einen Endanschlag 32 gefahren. Wird nun der Gabelhebe! 28 so betä'igt, da3 die Kolbenstange 6 einwärts fährt, so schiebt sich die Kolbenstangenbohrung 8 wieder über die Spreizhülse 9 der Spindelmutter 10, bis der Arbeitskolben 5 an einer inneren Hubbeg. jnzung 33 des Stellzylinders 1 zur Anlage kommt.

In analoger Weise kann die Spindelmutter 10 auch an den anderen Endanschlag 32a der Gewindespindel 11 gefahren werden, wobei dann der Gabelhebel 28 so zu betätigen ist, daß der Arbeitskolben 5 an eine äußere Hubbegrenzung 34 air Anlage kommt.

Um zu vermeiden, daß sich das Gewinde der Soindelmutter 10 mit demjenigen der Gewindespindel

Il bei Erreichen einer der Endanschläge 33, 34 des Arbeitskolbens 5 so verklemmt, daß es durch das Eingangsglied M nicht mehr lösbar ist, sind an zwei, als Endanschläge 32, 32a dienenden Flanschen der Gewindespindel 11 Vorsprünge 35,35a vorgesehen, welche mit ·> je einem zugeordneten Vorsprung 36, 36a an beiden Enden der Spreizhülse 9 kurz vor Erreichen eine der Endlagen in Eingriff kommen. Die Vorsprünge 35, 36, 35a, 36a können zweckmäßig Stifte oder Nocken sein, welche die weitere Drehung der Gewindespindel 11 in durch das Eingangsglied /Win den Endlagen verhindern.

Diese Vorsprünge werden auch benötigt, wenn die aus ihrer korrekten Lage verschobene Spreizhülse 9 wieder in ihre richtige Stellung gebracht werden muß. Wenn z. B. die Spreizhülse 9 durch Überbeanspruchung ι; des Arbeitskolbens 5 aus ihrer korrekten Lage nach links verschoben worden ist und nun der Arbeitskolben 5 durch eine Drehung der Gewindespindel 11 im Gegenuhrzeigersinn nach links bewegt wird, so kann er seine Hubbegrenzung 34 nicht erreichen, da die _'n Spreizhülse 9 auf den Endanschlag 32a der Gewindespindel 11 aufläuft. Die Vorsprünge 35a und 36a verhindern hier eine Selbsthemmung, welche von außen nicht mehr gelöst werden könnte.

Mittels des Gabelhebels 28 wird der Steuerkolben 16 r> so ausgelenkt, daß der Arbeitskolben 5 durch das Drucköl gegen seine Hubbegrenzung 34 gepreßt wird, wobei die Spreizhülse 9 automatisch wieder in ihre korrekte Lage gelangt.

Um die Gewindespindel 11 von der den Gewindekern jo zusätzlich belastenden Axialkraft zu entlasten, die durch den in seiner Größe wechselnden hydraulischen Druck auf ihrer Stirnseite 37 verursacht wird, ist ein Axial-Schubausgleich vorgesehen. Dabei entspricht die vom Zylinderdruck beaufschlagte Ringfläche 38 des J5 Ausgleichskolbens 15 dem Querschnitt des Kerns der Gewindespindel 11 an der Stelle 40. Somit hängt die verbleibende Axiaikrafi, mit weicher die Gewindefianken der Gewindespindel 11 und der Spindelmutter 10 aneinandergepreßt werden, nur von der Kraft der Feder 41 ab. Durch diese einseitige Beaufschlagung mit einer Federkraft wird erreicht, daß nur eine Seite des Spindelgewindes in der Spindelmutter 10 belastet ist, was eine spielfreie, präzise Bewegung der Gewindespindel 11 erlaubt.

In der zweiten Ausführungsform eines hydraulischen Linearverstärkers gemäß Fig. 2 greift eine Gewindespindel 44 mit einem selbsthemmenden Trapezgewinde in die fest im Arbeitskolben 5 sitzende spieleinstellbare Spindelmutter 10 ein. Die Gewindespindel 44 und eine Eingangswelle 43 sind nicht mehr einstückig miteinander ausgebildet, sondern ineinander verschraubt. Dazu weist die Gewindespindel 44 eine Gewindebohrung 46 auf, in welche ein Gewindezapfen 45 der Eingangswelle

43 eingeschraubt ist.

Bei einer Betriebsstörung, beispielsweise beim Blokkieren des Arbeitskolbens 5, kann die über Motor angetriebene Eingangswelle 43 trotzdem weiterdrehen, da der Gewindezapfen 45 sich nach einer vorbestimmten Relativverdrehung aus der Gewindebohrung 46 freischraubt, und die Eingangswelle 43 dann frei durchdrehbar ist. Bei einer Drehung im Uhrzeigersinn gelangt der Gewindezapfen 45 in eine gewindefreie Erweiterung 47 einer Snindelhohmng 4?. bei einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn schraubt sich der Gewindezapfen 45 vollständig aus der Gewindespindel

44 heraus. Dabei wird die Eingangswelle 43 aus ihrer normalen Betriebslage (F i g. 3) axial verschoben (F i g. 4 und 5).

Die drehsteife, axialelastische Kupplung 26 kann diese axialen Auslenkungen elastisch ausgleichen und übt gleichzeitig eine der jeweiligen Auslenkung der Eingangr-velle 43 entgegengesetzte Kraft auf letztere aus, um den Gewindezapfen 45 gegen die Gewindebohrung 46 zu pressen. Sobald nun die Drehrichtung der Eingangswelle 43 durch einen Steuerbefehl geändert wird, schraubt sich der Gewindezapfen 45 wieder in die Gewindebohrung 46 hinein, und die formschliissige Verbindung zwischen Arbeitskolben 5 und Steuerkolben 16 ist wieder hergestellt.

Die Kupplung 26 ist zylindrisch ausgebildet und weist senkrecht zur Spindelachse eine Lochscheibe 50 auf und beidseitig von dieser, symmetrisch zu ihr, zwei elastische Seitenwände 51, in welchen die Eingangswelle 43 bzw. die Antriebswelle 27 stecken. Bei axialen Auslenkungen der Eingangswelle 43 können sich die Seitenwände 51 konvex oder konkav wölben, um so einen Ausgleich zu schaffen und gleichzeitig eine Kraft auf die Eingangswelle 43 auszuüben.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Fluidischer linearverstärker zur Umwandlung einer leistungsschwachen Drehbewegung eines Eingangsgliedes in eine geradlinige Stellbewegung eines Arbeitskolbens, wobei das freie Ende einer mit dem Eingangsglied verbundenen Gewindespindel in eine Axialbohrung des Kolbens ragt und in eine in dieser Bohrung angeordnete Spindelmutter eingreift, und wobei die den Arbeitskolben beaufschla- '< > gende Druckflüssigkeit über eine vom Eingangsglied und der Gewindespindel bewirkte Axialauslenkung eines Steuerkolbens eines Steuerventils steuerbar ist, um die Stellbewegung des Kolbens zu erzeugen, durch welche Stellbewegung ihrerseits eine Posi- i-~ twnsrückführung des Steuerkolbens bewirkbar ist gekennzeichnet durch folgende Merkmale: