DE2932479A1 - Vorrichtung zum verstaerken einer steuerkraft zu einer triebkraft und vorrichtung zur umwandlung einer steuerdrehbewegung in eine gradlinige triebbewegung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstärken einer Steuerkraft zu einer Triebkraft mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Motors, welche Vorrichtung einerseits aus einem Steuerorgan und einem Trieborgan und andererseits aus einem Kolben und einem Zylinder besteht.

Solche Vorrichtungen werden öfters als

Servosteuervorrichtungen für Fahrzeuge und zum Steuern der Fräse bei Kopierbänken. Es hat sich jedoch erwiesen, dass die bekannten Vorrichtungen häufig gegen Druckschwankungen des hydraulischen oder pneumatischen Druckmedium empfindlich sind, wodurch eine ungleichmässige Verstärkung von der Steuerkraft zur Triebkraft hervorgerufen wird. Ferner zeigt es sich dass das Steuerorgan bei den bekannten Vorrichtungen eine verhältnismässig grosse axiale Verschiebung durchführen muss bevor Verstärkung eintritt.

Die Erfindung bezweckt die vorerwähnten

Schwierigkeiten zu beheben und schafft dazu eine Vorrichtung die sich dadurch unterscheidet, dass das Steuerorgan mit zwei in einem Abstand voneinander liegenden Anschlagflächen versehen ist, die mit Anschlagflächen eines Gegenelements in Wirkverbindung stehen, wobei eine Druckmedium-Zufuhrleitung in einem zwischen den Anschiagflächen vorhandenen Raum ausmündet und jeweils eine Druckmedium-Abfuhrleitung mit einem Raum auf der von der Zufuhrleitung abgewandten Seite jeder Druckfläche in Verbindung steht, welche Abfuhrleitungen einander gegenüber an ein den Zylinder steuerndes Ventil angeschlossen sind.

Dank dieser Anordnung ist die Vorrichtung, der Druckschwankungen des Druckmediums ungeachtet, sehr empfindlich, da nur sehr geringe Druck- und Volumenunterschiede zwischen den beiden Anschlagflächen bereits die Stellung des Steuerventils zum Erregen des Triebzylinders bestimmen. Die Schwankungen des Druckmediums werden dadurch völlig ausgeglichen.

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In einer anderen Ausbildung der Erfindung

dient die Vorrichtung zur Umwandlung einer Steuerdrehbewegung in eine gradlinige Triebbewegung unter Zwischenfügung eines hydraulischen oder penumatischen Motors mit einerseits den Elementen: Kolben und Zylinder und andererseits den Elementen: Drahtspindel mit Mutter, von welchen Paar zuerst genannter Elemente eines (vorzugsweise der Zylinder) fest steht und das vor Drehung gesicherte andere (vorzugsweise der Kolben) gradlinig bewegbar ist und mit einem (vorzügsweise der Mutter) des Paars zuletzt genannter Elemente verbunden wird, von welchen Paar das andere (vorzugsweise die Drahtspindel) drehbar und durch Anschlagmittel mit zWei voneinander entfernten Druckflächen im axialen Bewegungssinne begrenzt ist, wobei erfindungsgemass die Druckmedium-Zufuhrleitung in dem zwischen den Druckflächen gebildeten Raum ausmündet und jeweils eine Abfuhrleitung mit einem Raum auf der von dieser ersten Leitung abgewandten Seite jeder Druckfläche in Verbindung steht, welche Abfuhrleitungen einander gegenüber an ein den Zylinder steuerndes Ventil angeschlossen sind.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig.l einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform,

Fig.2 einen Querschnitt längs, der Linie II-II in Fig.l,

Fig.3 einen axialen Querschnitt durch eine zweite Ausfuhrungsform.

In den Fig. 1 und 2 bezeichnet Bezugsziffer 1 das Gehäuse des Zylinders 2 den darin axial bewegbaren Kolben. Der Zylinder ist fest mit dem Trieborgan 3 verbunden und das Steuerorgan 4 erstreckt sich koazial durch den Zylinder 1 nach innen bis in eine zentrale Bohrung 5 des Kolbens 2.

Das Steuerorgan 4 hat an dem rechten, in der zentralen Bohrung liegenden Ende zwei Anschlagflächen 6, die in einem solchen Abstand voneinander liegen, dass zwischen diesen ein ringförmiges Gegenelement 7 eng passend untergebracht werden kann. Der richtige, axiale Abstand zwischen den Anschlag-

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flächen 6 lässt sich mittels eines die rechte Anschlagfläche 6 aufweisenden Druckrings 8 einstellen, der von einer über das Gewinde 9 am Ende des Steuerorgans 4 drehbaren Mutter 10 belastet wird.
Der Ring 7 ist in der zentralen Bohrung des Zylinders 2 frei verschiebbar, wobei jedoch Abdichtungsmittel Il zwischen dem Ring und der Innenwand der Bohrung angebracht sind. Die Bohrung an sich ist auf der linken Seite durch eine angemessene Abdichtung 12 abgeschlossen.

IQ Schliesslich ist eine Druckfeder 13 zwischen dem Boden der Bohrung und dem Druckring 9 angebracht.

Das Steuerorgan 4 besteht in der dargestellten Ausführungsform aus einem Zylinder 14, an dessen rechtem Ende die vorerwähnten Anschlagflächen 6 vorgesehen sind und in dem ein Kolben 16 wirksam ist, der auf der linken Seite mit einer Steuerstange 17 versehen ist.

Zwischen der Aussenwand des Zylinders 15 und der Innenwand des Zylindergehäusses 1 sind angemessene Abdichtungsmittel 18 angeordnet und zwischen der Triebstange 3 und dem Zylindergehäuse 1 sind Abdichtungsmittel 19 vorgesehen.

Auf der Seite des Zylindergehäuses 1 ist ein Steuerventil 20 vorgesehen, das durch eine zentrale Bohrung 21 mit einem darin hin- und herbewegbaren Ventilkörper 22 gebildet wird. Der Ventilkörper 22 hat einen verjüngten Mittenteil, wodurch ein Raum 23 für ein Druckmedium geschaffen wird.

Beiderseits des Ventilkörpers 22 sind in SperrOrganen 24 untergebrachte Druckstifte 25 auf dem Ventilkörper wirksam, was weiter unten näher erläutert wird.

Ein Zufuhrkanal 26 für das Druckmedium

führ zum Raum 23 des Steuerventils 20 sowie zum Raum 27 zwischen den Anschlagflächen 6 des Steuerorgans 4. Ferner führen Kanäle 28 bzw. 29 zu den betreffenden Enden des Hauptzylinders 1 in der Weise, dass sie beiderseits des Kolbens 2 ausmünden. Die Kanäle 28 und 29 stehen in Verbindung mit der zentralen Bohrung im Steuerventil 20.

Schliesslich führen zwei Kanäle 30 und 31 von der zentralen Bohrung 9 ab im Kolben 2 und zwar beiderseits der Anschlag"flächen 6 zu den Druckräumen 32 bzw. 33 in den

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Sperrorganen 24 des Steuerventils 20. Der Zufuhrkanal steht ausserdem in Verbindung mit dem Druckraum im Zylinder 15.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende:

Ausgehend von der Stellung nach Fig.l in der sowohl die Steuerstange als auch die Triebstange die rechte Lage im Zylindergehäuse 1 einnehmen, wird bei umbelastetem Steuerorgan 4 ein Gleichgewichtszustand vorhanden sein, da der Druck des Mediums im Kanal 26 durch den Raum 27 über die beiden Anschlagflächen 6 einen gleichen "Leck" haben, wodurch beiderseits des Rings 7 in der zentralen Bohrung 5 des Kolbens 2 ein gleicher Druck vorherrscht. Dadurch tritt ein gleicher Druck auf die Druckstifte 25 auf, wodurch der Ventilkörper 22 sich nicht verschiebt.

Sobald das Steuerorgan 4 nach links bewegt wird, tritt ein grösserer Leck über die linke Anschlagfläche auf als über die rechte Anschlagfläche 6, wodurch der Kanal 30 mit Druckmedium gespeist und der linke Stift 25 den Ventilkörper 22 nach rechts bewegen wird. Dadurch gelangt Druckmedium durch das Ventil bzw. den Raum 23 in den Kanal 29 wodurch der Kolben 2 einer nach links gerichteten Kraft des Druckmediums ausgesetzt wird und die Triebstange 3 auch nach links bewegt.

Sobald das Steuerorgan 4 nach rechts bewegt wird, tritt der umgekehrte Druckzustand auf, so dass die Triebstange sich nach rechts bewegt. Sobald das Steuerorgan 4 unbelastet ist, tritt wieder ein Gleichgewichtszustand ein.

Bei Wegfall des Drucks im Kanal 26 tritt auch der Druck im Raum 15 des Steuerzylinders auf, wodurch die Steuerstange 4 sich frei in bezug auf den Zylinder bewegen kann, wodurch eine unmittelbare Verbindung zwischen Steuerstange 4 und Triebstange 3 vermieden wird, was die Sicherheit der Vorrichtung gewährleistet.

Die Vorrichtung nach Fig.3 enthält ein Gehäuse 51, das aus vier Teilen 5la, 5Ib, 5lc und 5Id besteht.

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Im Gehäuse sind die Elemente: Kolben 52 und Zylinder 53 einerseits und die Elemente: Drahtspindel 54 und die damit zusammenwirkende, in dieser Ausbildung mit dem Kolben einheitliche Mutter untergebracht.

Die Mutter 55 hat eine solche axiale Länge, dass das linke Ende nach Fig.■3 aus dem Gehäuse 51a ähnlich wie die Drahtspindel 54 herausragt. Mit der Mutter 55 soll der zu versetzende Körper z.B. die Steuerstange eines Fahrzeuges gekuppelt werden.

- Mit dem gegenüber liegenden Ende der Gewindestange 54, das auch aus dem Gehäuse 51 herausragt, kann jeder beliebige Antriebsmechanismus z.B. das Lenkrad gekuppelt werden, um die Gewindespindel 54 drehen zu können.

Die Gewindespindel 54 ist im Gehäuse 51 in axialer Richtung durch Anschlagmittel 56 in Form fest mit der Gewindespindel verbundenen Schultern 56 gelagert, die in einem bestimmten Abstand voneinander liegen und deren einander zugewandte Seiten mit den Stirnflächen des Gehäuseteils 5Ic in Wirkverbindung stehen. Dazu hat das Gehäuseteil 5lc eine kleinere Bohrung als die Gehäuseteile 51b und 5ld. Die Schultern 56 bilden gemeinsam mit dem Gehäuseteil 51c die Druckflächen 57 und 57', die in einem bestimmten Abstand voneinander gebildet werden.

Die Spindel 54 wird ferner durch radiale Lager 58 in den Gehäuseteilen 51b und 5ld abgestützt, wodurch eine spielfreie Drehung gewährleistet wird.

Im Gehäuseteil 51c ist ferner ein Steuerventil 59 untergebracht während in den Gehäuseteilen 51b und 5ld mit dem Steuerventil 59 koaxiale Bohrungen 60 Steuerkolben 61 für den Steuerschieber 62 des Steuerventils 59 aufnehmen.

In der Mitte im Gehäuseteil 5lc ist eine Zufuhrleitung 63 für das Druckmedium gebohrt, die sowohl zentral im Steuerventil 59 als auch im Raum 64 zwischen den beiden Druckflächen 57 und 57' der Gewindespindel ausmündet.

Das Steuerventil 59 hat ferner zwei Ablasöffnungen, die sich an eine Leitung zu einer Seite des Kolbens

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52 im Zylinder 53 anschliessen, und eine Oeffnung 66, die sich an eine Leitung zur anderen Seite des Kolbens 52 im Zylinder 53 anschliesst. Die von der Oeffnung 65 ab verlaufende Leitung ist mit einer radialen Ausnehmung im Gehäuseteil 51a verbunden, die ferner mit Längskanälen 67 ausserhalb des Zylinders 53 versehen ist. Die Längskanäle 67 stehen mit Durchlassöffnungen 68 in der Zylinderwand in Verbindung. Die von der Oeffnung 66 ab verlaufende Leitung schliesst sich unmittelbar an die Bohrung um die Gewindespindel 54 im Gehäuseteil 51b an.

Im Gehäuseteil 51b bzw. 5ld sind Leitungen 69 bzw. 70 in Form von Bohrungen vorgesehen, die vom Raum 64 ab gesehen auf der anderen Seite der Druckflächen

57 und 57' ausmünden. Diese Leitungen 69 und 70 münden einander gegenüber an den Steuerkolben 61 für den Steuerschieber 62 des Steuerventils 59 aus. Pfropfen 71 sperren die Leitungen 69 und 70 auf der Aussenseite.

Das Steuerventil 59 hat ferner eine Auslassöffnung 72 zum Abführen des Druckmediums aus dem Steuerventil 59 nach einer zentralen Abfuhrleitung 73. Die Leitung 73 steht ebenfalls in Verbindung mit dem Raum zwischen den Lagern

58 im Gehäuseteil 51b und mit einer Bohrung 74, die wie die Oeffnung 72 zum Abführen des Druckmediums auf der anderen Seite des Steuerventils 59 dient.

Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung ist folgende.

Die Zufuhrleitung 63 wird dauernd mit Druckmedium durch irgendein angemessenes Mittel z.B. eine Hydropumpe eingespeist. Das Druckmedium gelangt somit in den zentralen Teil des Steuerventils 59 und in den Raum 64.

Infolge des normalen Lagerspiels an den Druckflächen 57 und 57' wird Medium längs der Schultern 56 lecken und durch die Leitungen 69 und 70 zum linken bzw. rechten Steuerkolben 6J beiderseits des Steuerschiebers 62 zurückfliessen. Dank einem angemessenen Spiel zwischen den Steuerkolben 61 und den Bohrungen 60 fliesst das Druckmedium längs der Kolben 61 durch die Rückfuhrleitungen 72 und 74 zurück in die Leitung 73. Ohne Drehung der Spindel 54 stellt sich somit ein Gleicii-

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gewichtszustand ein und nimmt der Steuerschieber 62 die Stellung nach Figur 3 ein.

Sobald die Gewindespindel 54 gedreht wird, ändert sich die Grosse des Spalts bei den Druckflächen und 57' , wodurch das Gleichgewicht gestört wird. Vorausgesetzt die Drehung der Spindel 54 sei derart, dass der Kolben 52 in Figur 3 nach links bewegen muss, so sucht die Gewindespindel 54 infolge der Reaktionskraft nach rechts zu bewegen. Der Spalt bei der Druckfläche 57' wird um einen Bruchteil grosser, während der bei der Druckfläche 57 kleiner wird. Es fliesst somit mehr Druckmedium durch den Kanal zum Steuerventil 59 und weniger durch den Kanal 69. Dies ergibt einen Druckunterschied am Steuerschieber 59, der sich in Figur 3 nach links bewegt, wodurch die Oeffnung 69 freigegeben wird und das Druckmedium aus dem Kanal 63 durch den Kanal 66 auf die rechte Seite des Kolbens 52 gelangt. Daher wird der Druck des Mediums eine Verschiebung des Kolbens 52 bzw. der Mutter 55 nach links verstärken, was infolge der Gewindespindel 54 erwünscht war.

Beim Aufhören der Drehung der Gewindespindel 54 stellt sich der vorerwähnte Gleichgewichtszustand unmittelbar wieder ein, wodurch der Steuerschieber 62 in die Stellung nach Figur 3 zurückkehrt und die Leitung 66 sperrt. Bei entgegengesetzter Drehung der Gewindespindel 54 wird der Spalt bei der Druckfläche 57 grosser als bei der Druckfläche 57' wodurch mehr Druckmedium durch die Leitung 69 und weniger durch die Leitung 70 fliesst. Dies ergibt einen Druckunterschied über den Steuerschieber 62, der sich nach rechts bewegt, wodurch die Oeffnung 65 geöffnet und die linke Seite des Kolbens 52 vom Druckmedium belastet wird.

Vollständigkeitshalber sei. erwähnt dass die Rückfuhr von Druckmedium auf der unbelasteten Seite des Kolbens 52 bei einer Verschiebung des Kolbens 52 nach links durch die Oeffnung 72 und bei einer Verschiebung des Kolbens 52 nach rechts durch die Oeffnung 74 erfolgt. Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die vorstehend geschilderten Ausführun-jr; formen.

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Vollstandigskeitshalber sei erwähnt, dass an Stelle der fest angeordneten Schultern 56 eine derselben im axialen Sinne längs der Spindel verstellbar sein kann. In dieser Weise ist eine Vorspannkraft auf die Druckflächen erzielbar, wodurch die Vorrichtung sich zur Verwendung bei Hochdruck des Steuermediums eignet. Der hohe Druck führt eine Verlängerung des Spindelteils zwischen den Anschlagflächen herbei, so dass die erwünschte Grosse der Spalte bei jeder Druckfläche erreicht wird.

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Claims (5)

1. Ludovicus Hendrikus Baghuis, 's-Hertogenbosch, Die Niederlande

   Vorrichtung zum Verstärken einer Steuerkraft, zu einer Triebkraft und Vorrichtung zur umwandlung einer Steuerdrehbewegung in eine gradlinige Triebbewegung.

   PATENTANSPRÜECHE

   TlJ Vorrichtung zum Verstärken einer Steuerkraft zu einer Triebkraft mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Motors, welche Vorrichtung aus einem Steuerorgan, einem Trieborgan einerseits und andererseits einem Kolben un einem Zylinder besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerorgan mit zwei in einem Abstand voneinander liegenden, parallelen Anschlagflächen versehen ist, die mit Anschlagflächen eines Gegenelements in Wirkverbindung stehen, wobei eine Druckmedium-Zufuhrleitung in einem zwischen den Anschlagflächen vorhandenen Raum ausmündet und jeweils eine Abfuhrleitung des Druckmediums mit einem Raum auf der von der Zufuhrleitung abgewandten Seite jeder Druckfläche in Verbindung steht, welche Abfuhrleitungen sich einander gegenüber an ein den Zylinder steuerndes Ventil anschliessen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch

   gekennzeichnet dass das Steuerorgan in einer axialen Bohrung des Kolbens verschiebbar untergebracht ist, wobei das Gegenelement ein zwischen den Anschlagflächen angebrachter Ring ist, der das Steuerorgan umgibt.
3. 3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben und das Trieborgan

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   einheitlich sind und das Steuerorgan durch ein einzelwirkendes Zylinder-Kolbensystem gebildet wird, wobei der Druckraum mit der Druckmedium-Zufuhrleitung in Verbindung steht.
4. 4. Vorrichtung zur Umwandlung einer Steuerdrehbewegung in eine gradlinige Triebbewegung unter Zwischenfügung eines hydraulischen oder pneumatischen Motors, welche Vorrichtung besteht aus den Elementen: Kolben und Zylinder einerseits und den Elementen: Gewindespindel und Mutter andererseits, von welchem Paar zuerst genannter Elementen eines (vorzugsweise der Zylinder) fest steht und das vor Drehung gesicherte andere (vorzugsweise der Kolben) gradlinig bewegbar ist, das mit einem Element (vorzugsweise der Mutter) des zuletzt genannten Paars von Elementen verbunden ist, von welchen Paar das andere Element (vorzugsweise die Gewindespindel) drehbar und durch Anschlagmittel mit zwei in einem Abstand voneinander liegenden Druckflächen in der axialen Bewegung begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet dass ein Druckmedium-Zufuhrleitung in dem zwischen den Druckflächen gebildeten Raum ausmündet und jeweils eine Abfuhrleitung mit einem Raum auf der von der zuerst genannten Leitung abgewandten Seite jeder Druckfläche in Verbindung steht, welche Abfuhrleitungen einander gegenüber an ein den Zylinder steuerndes Ventil angeschlossen sind.
5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Anschlagflächen tragende Elemente im axialen Sinne in bezug auf das Steuerorgan bzw. die Gewindespindel verstellbar sind.

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