DE2808734A1

DE2808734A1 - Servomechanismus zum umwandeln einer dreh- in eine linearbewegung

Info

Publication number: DE2808734A1
Application number: DE19782808734
Authority: DE
Inventors: Ronald W Reynolds
Original assignee: Commercial Shearing Inc
Current assignee: Commercial Shearing Inc
Priority date: 1977-10-31
Filing date: 1978-03-01
Publication date: 1979-05-03
Also published as: IT7848998A0; CA1089330A; AU3755978A; AU523047B2; GB2006991A; ZA782588B; FR2407375A1; GB2006991B; IT1103583B; BR7803216A; JPS5474093A; FR2407375B1; US4245547A

Description

PATENTANWÄLTE

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPU-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8000 MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-797078 · TELEX O5-212156 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

1789

COMMERCIAL SHEARING, INC. Youngstown, V.St.A.

Servomechanismus zum Umwandeln einer Dreh- in eine

Linearbewegung

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Be Schreibung

Die Erfindung betrifft einen Dreh-zu-Linear-Servomechanismus, und zwar insbesondere eine kostengünstige Einrichtung zum Umwandeln einer mechanischen Dreheingangsgröße von niedriger Kraft in eine hydraulisch unterstützte Linearausgangsgröße .

Es gibt viele Situationen, in denen es wünschenswert ist, eine mechanische Dreheingangsgröße niedriger Kraft in eine hydraulisch unterstützte Linearausgangsgröße umzuwandeln. Bei einer solchen Einrichtung kann eine Bedienungsperson durch manuelles Drehen eines Steuerteils bewirken, daß eine große Linearkraft ausgeübt wird.

Nach der vorliegenden Erfindung wird das durch ein Ventil einer Mehrzahl von Ventilarten, die alle durch ein manuelles Drehteil betrieben werden, um eine gesteuerte Linearbewegung zu erzielen, bewerkstelligt. Allgemein wird gemäß der Erfindung eine Quelle von unter Druck stehendem Strömungsmittel vorgesehen? sowie eine langgestreckte Bohrung in dem bzw. einem Gehäuse; eine Einlaßeinrichtung in dem Gehäuse, welche die Bohrung mit der Quelle von unter Druck stehendem Strömungsmittel verbindet; ein Sammelbehälter, der im Abstand von dem Gehäuse vorgesehen ist; eine Auslaßeinrichtung in dem Gehäuse, welche die Bohrung mit dem Sammelbehälter verbindet; ein Kolben, der axial in einem Ende der Bohrung bewegbar ist; eine drehbare Ventileinrichtung im anderen Ende der Bohrung, wobei diese Ventileinrichtung die Strömung von Strömungsmittel von obm bzw. einem Kanal steuert bzw. regelt, so daß in einer Position des Ventils das Strömungsmittel auf den Kolben wirkt und ihn axial aus der Bohrung drückt, während in einer zweiten Position das Strömungsmittel im Nebenschluß von der Quelle durch den bzw. einen zweiten Kanal zu dem Sammelbehälter gelite t und von dem Kolben freigegeben bzw. entlastet wird. Vorzugsweise ist die Ventileinrichtung wenigstens teilweise in

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einer Bohrung in dem Kolben enthalten. Weiterhin ist vorzugsweise eine Einrichtung vorgesehen, welche den Kolben normalerweise einwärts von der Bohrung g^gen den Strömungsmitteldruck drückt, der seinerseits so wirkt, daß er den Kolben aus der Bohrung drückt bzw. das Bestreben hat, den Kolben aus der Bohrung zu drücken. Der Kolben wird in der Bohrung gegen eine Verdrehung gehalten.

Es sei hier darauf hingewiesen, daß aus Abkürzungs~ gründen für die Begriffe "Steuern bzw. Regeln" und "Steuerung bzw. Regelung" nachstehend die Bezeichnungen "Steuern" und "Steuerung" verwendet werden.

Weitere Vorteile und'Merkmale der Erfindung werden nachstehend anhand einiger, in den Fig_o 1 bis 9 der Zeichnung im Prinzip dargestellter, besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigen%

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Dreh-zu-Linear-Servoeinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Dreh-zu-Linear-Servoeinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig.2; Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein drittes AusfUhrungsbeispiel einer Dreh-zu-Linear-Servoeinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI der Fig.5?

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII der Fig.6;

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII der Fig. 6; und

Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie IX-IX der Fig.6.

Es sei nun näher auf die Zeichnung Bezug genommen, in der in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Dreh-zu-Linear-

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Servoeinrichtung veranschaulicht ist, die ein Gehäuse 10 mit einer Einlaßöffnung 11 und einer Ausstoß- oder Auslaßöffnung 21, welche beide mit einer langgestreckten, abgestuften Bohrung 12 verbunden sind, die sich durch das Gehäuse erstreckt, umfaßt. Die Bohrung 12 ist aus einer primären Bohrung 12a und einer sekundären Bohrung 12b ausgebildet. Die Bohrung 12a ist an ihrem äußeren Ende mit einem Verschlußteil 13 versehen, das eine mittige Öffnung 14 hat, die eine Ventilstange 15 trägt bzw. aufnimmt, welche mittels eines Handgriffs 15a in dieser Öffnung gedreht werden kann. Das Verschlußteil 13 ist mit Umfangsringdichtungen 16 in ringförmigen Vertiefungen 13a und 13b versehen und wird durch einen Sprengring 17 an Ort und Stelle gehalten. Ein Kolben 18, der eine Bohrung 19 hat und den Ventilstab 15 aufnimmt, ist in der Bohrung 12a auf dem Führungsstab 20 bewegbar, und diese Führungsstange erstreckt sich vom Verschlußteil 13 längs der Bohrung. Die Führungsstange 20 verhindert eine Drehung des Kolbens 18. Der Kolben 13 ist mit einem sich longitudinal bzw. in Längsrichtung erstreckenden Kanal 21 versehen, der sich vom Ende des Kolbens 18 in der Nähe des Verschlußteils bis zu einer Stelle im mittleren Bereich der Länge des Kolbens erstreckt, wo er einen Querkanal 22 schneidet. Der Kolben 18 trägt eine Betätigungsstange 23, die sich durch die Bohrung 12b und durch das Verschlußteil 24 hindurch aus dem Gehäuse 10 heraus erstreckt, um eine Linearkomponente der Bewegung zu liefern. Eine Feder 25 erstreckt sich vom Verschlußteil 24 zu einer Schulter 26 auf der Betätigungsstange 23. Ein Sprengringabstandsteil 15c auf der Ventilstange 15 hält das Ende des Kolbens 18 vom Verschlußteil 13 fern, damit eine Strömungsmitteldruckflache 27 hinter dem Kolben verfügbar ist. Die Einlaßöffnung 11 ist vorzugsweise mit einem Durchflußbemessungsrohr 28 versehen, das eine kontrollierte Öffnung 29 hat, die Strömungsmittel von einer Pumpe 60 zu der Druckfläche 27 abgibt.

Der Betrieb dieser Einrichtung ist wie folgt. Eine Drehung des Handgriffs 15a bewirkt, daß sich die Stange 15,

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die ein abgeschnittenes Teil 15b bzw. einen abgeschrägten Bereich auf einer Seite hat, dreht, so daß sie den Kanal 22 im Kolben 18 blockiert. Dadurch wird der Strömungsmittelfluß vom Einlaß 16 durch die Öffnung 29, den Druckbereich 27, die Kanäle 21 und 27 in die Bohrung 12a und durch die Bohrung 12b zum Auslaß 21 gestoppt. Wenn der Kanal 22 blockiert ist, dann baut sich der Strömungsmitteldruck im Bereich 27 so weit auf, bis die Kraft auf den Kolben 18 ausreicht, den Druck der Feder 25 zu überwinden, und der Kolben 18 bewegt sich in Fig. 1 nach rechts. Der Kolben 18 bewegt sich so weit nach rechts, bis der Kanal 22 unbedeckt ist und Strömungsmittel aus ihm herausströmt. An dieser Stelle fällt der Druck im Bereich 27 so weit, bis die Kraft im Bereich 27, die auf den Kolben 18 wirkt, im Gleichgewicht mit der Kraft der Feder 25 ist, an welcher Stelle der Kolben abgeglichen bzw. im Gleichgewicht bleibt. In dieser Position wirkt der Kanal 22 als eine Öffnung, welche den Bereich 27 auf konstantem Druck hält, der seinerseits den Kolben 18 in seiner Position hält. Wenn der Handgriff 15a in seine ursprüngliche,· neutrale Position zurückgebracht wird, wie in Fig. 1 gezeigt, wodurch der Kanal 22 geöffnet wird, dann fällt der Druck im Bereich 27, und die Feder 25 bringt den Kolben 18 in seine ursprüngliche, neutrale Position, die in Fig. 1 gezeigt ist, wobei Strömungsmittel von der äußeren Öffnung 21 zum Tank 61 gelangt. Die Bewegung des Kolbens 18 verursacht eine Bewegung der Stange 23, welche die äußere Linearbewegung liefert.

In den Fig. 2 bis 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, das ein Gehäuse 30 besitzt, welches eine allgemein axiale Bohrung 31 hat, die durch einen Einlaß 32 mit einer Quelle von Strömungsmitteldruck bzw. von unter Druck stehendem Strömungsmittel verbunden ist. Ein hin- und hergehender Kolben 33, der an einer äußeren Einrichtung angebracht ist, die mittels eines Verbindungsglieds 34 linear bewegt werden soll, ist in einem Ende der Bohrung 31 bewegbar. Ein Drehventil 35, das an einer Be-

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tätigungsstange 36a angebracht ist, ist in dem entgegengesetzten Ende dieser Bohrung vorgesehen. Dieses Ventil 35 ist vorzugsweise in einer Axialbohrung 33a des Kolbens 33 drehbar. Im Betrieb wird unter Druck stehendes Steuerströmungsmittel von einer Druckströmungsmittelquelle, z.B. einer Pumpe, die nicht dargestellt ist, eingespeist, und zwar durch den Einlaß 32 in den Hohlraum 32b, durch das Einlaßloch 34 und den Ringraum 32a im Gehäuse 30. Vom Hohlraum 32b fließt das Steuerströmungsmittel durch Kanäle 36 und 37 im Kolben 33 und längs Ringräumen 38 und 39 im Ventil 35. Wenn das Ventil 35 in der Ansicht der Fig. 3 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, dann wird Strömungsmittelfluß durch die Ringräume 38 und 39 und durch Kanäle 41 und 42 im Kolben 33 zum Hohlraum 40 gerichtet bzw. geleitet. Die Endfläche 43 des Kolbens 33 beträgt etwa das Zweifache der Fläche 44 des Kolbens 33, so daß der Druck auf die Fläche 44 bewirkt, daß sich der Kolben 33 in der Ansicht der Fig. 2 nach rechts bewegt, bis Stege 45 und 46 die Kanäle 41 und 42 bedecken, wodurch dann die Position des hin- und herbewegbaren Kolbens 33 gehalten wird. Wenn die Ventilspindel 35» bezogen auf die Ansicht der Fig. 3, im Uhrzeigersinn gedreht wird, dann wird das Strömungsmittel im Hohlraum 40 mit dem Vorratstank, der nicht dargestellt ist, verbunden, und zwar durch die Kanäle 41 und 42, die Ringräume 47 und 48, die Löcher 49 und 50, und den Axialkanal 51. An dieser Stelle bewirkt der Strömungsmitteldruck, der auf die Fläche 44 wirkt, daß sich der Kolben 33, bezogen auf die Ansicht der Fig. 2, nach links bewegt, bis die Stege 45 und 46 die Kanäle 41 und 42 bedecken, an welcher Stelle der Kolben 33 stationär gehalten wird. Das Verbindungsglied 34 dieses Ausführungsbeispiels überträgt, wie die Stange 23 im Ausführungsbeispiel der Fig. 1, die Linearbewegung des Kolbens 33 auf eine Einrichtung, die linear bewegt werden soll.

In den Fig. 5 bis 9 ist noch ein anderes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung veranschaulicht, das ein Gehäuse 70 mit einer langgestreckten Axialbohrung 71 aufweist, die ihrer-

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seits einen hin- und herbewegbaren Kolben 72 trägt bzw» enthält, der ein Verbindungsglied 73 zur Verbindung mit einer äußeren Einrichtung hat, die linear bewegt werden soll. In diesem Ausführungsbeispiel tritt Steuerströmungsmittel von einer Quelle von Strömungsmitteldruck bzw. von einer Druckströmungsmittelquelle, die nicht dargestellt ist, von der Eingangsöffnung 79 im Gehäuse 70 durch den Ringraum 78 sowie Löcher und 77 in den Bereich 74 und 75 ein«, Wenn die Steuerventilspindel 80 mittels der Steuerstange 81, bezogen auf die Darstellung der Fig. 6, im Uhrzeigersinn gedreht wird, dann wird Strömungsmittel durch die Kanäle 74 und 75, die Spindelnuten 83 und 84 sowie die Kanäle 85 und 86 in den Hohlraum 82 abgegeben» Gleichzeitig wird der Hohlraum 87 mit dem Tank;, der nicht dargestellt ist, durch die Kanäle 88 und 89, die Spindelnuten 90 und 91 sowie die Kanäle 92 und 93, durch die Löcher 94 und 95 und den Ringraum 96 und die Auslaßöffnungen 97 verbunden» Strömungsmittelj, das auf die Fläche 99 wirkt, bewegt den Kolben 72, bezogen auf die Ansicht der Fig» 5, nach rechts, bis die Kanäle 85 und 86 sowie die Kanäle 88 und 89 von den spiralförmigen Stegen 100 und 101 der Ventilspindel 80 bedeckt sind, an welcher Stelle der hin- und herbewegbare Kolben 72 gehalten wird. Wenn die Steuerventilspindel 80 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, dann erhält der Hohlraum 87 einen Strömungsmittelfluß von den Kanälen 88 und 89, den Ventilspindelnuten 90 und 91, sowie den Kanälen 74 und 75» Der Hohlraum 82 wird gleichzeitig mit dem Tank, der nicht dargestellt ist, durch die Kanäle 85 und 86, 82, 84, 92 und 93, dann durch die Löcher 94 und 95 sowie durch den Ringraum 96 und hinaus durch die Auslaß- oder Ausstoßöffnung 97 verbunden» Strömungsmittel, das im Hohlraum 87 wirkt, bewegt den hin- und herbewegbaren Kolben 72 nach links zu, bezogen auf die Ansicht der Fig. 5, bis die Kanäle 85 und 86 sowie 87 und 88 durch die Stege der Spindel 80 bedeckt sind, welche bzw«, wodurch wieder die Position des Steuerkolbens 72 hält bzw. gehalten wird.

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Claims

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TELEGRAMM KRAUSPATENT

1789 Patentansprüche

Qy . Dreh-zu-Linear-Servomechanismus zum Umwandeln einer mechanischen Drehbewegung niedriger Kraft in eine hydraulisch unterstützte Linearbewegung," gekennzeichnet durch eine Quelle (60) von unter Druck stehendem Strömungsmittel; ein Gehäuse (10,30,70); eine langgestreckte Bohrung (12,31,71) in dem Gehäuse; eine erste Kanaleinrichtung (11,32₉79) in dem Gehäuse₉ welche die Bohrung mit der Quelle von unter Druck stehendem Strömungsmittel verbindet;einen Strömungsmittelsammelbehälter (61), der im Abstand von dem Gehäuse angeordnet ist; eine zweite Kanaleinrichtung (21,51,97) in dem Gehäuse, welche die Bohrung mit dem Sammelbehälter verbindet; einen Kolben (18,33, 72), der axial in einem Ende der Bohrung bewegbar ist; eine Drehventileinrichtung (15,35,80) in dem anderen Ende der Bohrung; wobei die Ventileinrichtung den Fluß des Strömungsmittels, das von der ersten Kanaleinrichtung herkommt, steuert, so daß in einer Position der Ventileinrichtung Strömungsmittel auf eine Seite des Kolbens einwirkt und ihn axial aus der Bohrung drängt bzw. zu drängen versucht, während in einer zweiten Position Strömungsmittel zur entgegengesetzten Seite des Kolbens zugeführt wird, welches ihn in die Bohrung hineindrängt bzw. zu drängen versucht.
2. ' Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (18) normalerweise durch eine elastische Einrichtung (25) nach der Einlaßöffnung zu gedrückt wird.
3· Mechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (18,33»72) eine allgemein axiale Bohrung (19,33a) hat, welche die Ventileinrichtung (15,35,80) drehbar aufnimmt.

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4. Mechanismus nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (18,33,72) eine Kanaleinrichtung (22;36,37;88,89) hat, die Strömungsmittel von dem Einlaß (11, 32,79) erhält und es an die Bohrung an einer Zwischenstelle von deren Länge abgibt; und daß die Ventileinrichtung (18,35, 80) wahlweise durch Drehung diesen Kanal öffnet und schließt; so daß unter Druck stehendes Strömungsmittel wahlweise an das eine oder das andere Ende des Kolbens zur Bewegung des letzteren in der Bohrung abgegeben wird.
5. Mechanismus nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (15) ein Stab ist, der sich in die Bohrung (12) des Kolbens (18) zu der Kolbenkanaleinrichtung (22) erstreckt; wobei der Stab eine Handgriffeinrichtung (15a) an einem Ende außerhalb des Gehäuses (10) zum Drehen des Stabs aufweist, während das andere Ende unter einem Winkel weggeschnitten ist, so daß das weggeschnittene Teil (15b) den Kanal (22) beim Drehen in eine Position öffnet, und daß das nichtweggeschnittene Teil diesen Kanal (22) in einer anderen Position des Ventils (15) schließt.
6. Mechanismus nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinri-chtung (35) wenigstens ein Paar spiralförmiger Stege (45,46) und ein Paar spiralförmiger Nuten (38,39) hat bzw. aus wenigstens je einem Paar der erwähnten Elemente aufgebaut ist.
7. Mechanismus nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (2) im Abstand voneinander angeordnete Paare von spiralförmigen Stegen (100,101) und zwei im Abstand voneinander angeordnete Paare von spiralförmigen Nuten (83,84,90,91) umfaßt.
8. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (20), die auf den Kolben (18, 33,72) zur Verhinderung von dessen Drehung einwirkt bzw.durch eine drehfeste Anordnung des Kolbens (18,33>72)«

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