DE3109684A1 - Stellvorrichtung zur erzeugung verschieden grosser linearbewegungen - Google Patents

Description

• Stellvorrichtung zur Erzeugung verschieden
• großer Linearbewegungen Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung zur Erzeugung verschieden großer Linearbewegungen.
• Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Stellvorrichtung so auszubilden, daß sie von fern betätigt und stufenlos auf verschiedene zu erzeugende Wegstrecken eingestellt werden kann, wobei die von der Stellvorrichtung zu erzeugende Stellbewegung schnell erfolgen und eine hohe Betätigungskraft erzeugen soll. Die Stellbewegungsstrecke soll unter Einhaltung von geringen Toleranzen beispielsweise von 1/100 mm einstellbar sein und auf dem eingestellten Wert gehalten werden können. Dabei soll die Stellvorrichtung mit geringem Energieaufwand auf bestimmte Bewegungsstrecken eingestellt und betätigt werden können.
• Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruches gelöst.
• Ausführungsformen der Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnungen als Beispiele beschrieben. Darin zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, und Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung.
• Fig.1 zeigt eine Betätigungseinrichtung 1 mit einem linear verschiebbaren Kolben 2, der durch einen Dichtungsring 3 dicht an der Innenwand eines Zylinders 4 anliegt. Der Kolben 2 ist auf der einen axialen Seite mit einer Kolbenstange 5 und auf der dazu abgewandten Kolbenseite mit einem Anschlag 6 versehen. Eine Anschlageinrichtung 7 hat einen dem Anschlag 6 der Betätigungseinrichtung 1 axial gegenüberliegenden Gegenanschlag 8, der durch Fernbedienung stufenlos auf bestimmte axiale Abstände vom Anschlag 6 der Betätigungseinrichtung 1 einstellbar ist. Der Gegenanschlag 8 befindet sich an einem Anschlagkolben 9, der über eine Dichtung 10 dicht an der Innenwand eines Zylinders 11 anliegt. Durch eine vorzugsweise flexible Hydraulikleitung 12 kann dem Arbeitsraum 13 des Hydraulikzylinders 11 hydraulisches Druckmittel, vorzugsweise Ö1, zugeführt und dadurch kann der Anschlagkolben 9 entgegen dem Druck einer Feder 14 zusammen mit dem Gegenanschlag 8 in Richtung zur Betätigungseinrichtung 1 hin in eine beliebige, jeweils bestimmte Stellung gebracht werden. An den Arbeitsraum 13 ist ferner eine Entlüftungsleitung 15 angeschlossen.
• Die Hydraulikleitung 12 ist an eine Verbindungsleitung 16 zwischen zwei hermetisch verschließbaren Magnetsitzventilen 17 und 18 angeschlossen. Zum Verschieben des Anschlagkolbens 9 in Richtung zur Betätigungseinrichtung 1 hin wird das Ventil 17 geöffnet und dadurch wird die Hydraulikleitung 12 an eine hydraulische Druckmittelquelle 19 angeschlossen. Dabei ist das andere Ventil 18 geschlossen. Wenn der Anschlagkolben 9 die gewünschte Stellung erreicht hat, wird auch das Ventil 17 geschlossen. Der Anschlagkolben 9 wird dadurch jetzt von einer stehenden ölsäure in seiner Stellung gehalten, ohne daß eine weitere Energie erforderlich ist. Die ölsäure ist zwischen den beiden Ventilen 17 und 18 sowie dem Anschlagkolben 19 ohne Leckverluste eingesperrt. Die zum Einstellen des Anschlagkolbens 9 erforderliche Energie ist nur von der Stärke der Feder 14 abhängig. Der zum Einstellen erforderliche Hydraulikdruck ist jedoch völlig unabhängig von der Kraft, mit welcher der Betätigungskolben 2 der Betätigungseinrichtung 1 seinen Anschlag 6 gegen den Gegenanschlag 8 schlägt. Wenn der Anschlagkolben 9 in Richtung der Kraft der Feder 14 wieder zurück bewegt werden soll, dann wird das Ventil 18 geöffnet und öl über eine Rückführleitung 20 dem ö1-versorgungssystem zurückgeführt. Es geht kein öl verloren. Da der Druck in dem Hydrauliksystem nur die Kraft der Feder 14 überwinden muß und deshalb niedrig sein kann, kann das Drucköl beispielsweise dem Schmierölsystem der Anlage entnommen werden, die von'der Stellvorrichtung betätigt wird.
• Die Kolbenstange 5 des Betätigungszylinders 2 ist mechanisch mit einer zu betätigenden Anlage 22 verbunden. Dabei kann es sich um die Bremsvorrichtung eines Getriebes handeln, das auf einem Prüfstand getestet wird. Zur Durchführung dieser Testreihen oder Versuchsreihen ist es erforderlich, den Betatigungskolben 2 mit der Kolbenstange 5 mehrmals mit verschiedenen Geschwindigkeiten zu betätigen. Der Betätigungsweg des Betätigungskolbens 2 wird von dem Abstand seines Anschlages 6 von dem Gegenanschlag 8 bestimmt.
• Auch dieser Betätigungsweg muß innerhalb der Versuchsreihe verändert werden. Je nach Art der zu betätigenden Anlage 22 können auch an der Kolbenstange 5 andere Betätigungsdrücke erforderlich werden. Zu diesem Zwecke ist eine Pneumatikleitung 23 an den Arbeitsraum 24 des Pneumatikzylinders 4 angeschlossen. Das andere Ende der Pneumatikleitung 23 ist an ein elektromagnetisches Ventil 25 angeschlossen, über welches durch Betätigen eines elektrischen Schalters 26 von einer Pneumatikquelle 27 pneumatisches Druckmittel, vorzugsweise Luft, dem Arbeitsraum 24 zugeführt werden kann. Das pneumatische Druckmittel bewegt je nach Größe seines Druckes und der Einstellung einer Strömungsdrossel 33 den Betätigungskolben 2 mit größerer oder kleinerer Geschwindigkeit in Richtung zur Anschlageinrichtung 7, bis der Anschlag 6 am Gegenanschlag 8 anliegt. Beim Öffnen des Elektroschalters 26 wird die Druckluftzufuhr zum Arbeitsraum 24 unterbrochen und stattdessen wird der Gegendruckraum 28 auf der vom Arbeitsraum 24 abgewandten Seite des Kolbens 2 über eine Pneumatikleitung 29 an die Pneumatikquelle 27 angeschlossen. Dadurch wird der Betätigungskolben 2 mit der Kolbellstange 5 in seine Ausgangslage zurückgeführt. Der Betätigungskolben 2 kann, anstelle des oder zusätzlich zu dem Druck der Pneumatikquelle 27 durch eine Feder 30 der zu betätigenden Anlage oder eine Feder 31 im Pneumatikzylinder 4 auf der von der Kolbenstange 5 abgewandten Seite in seine Ausgangslage zurückgeführt werden. Die Pneumatikleitung 29 dient beim Betätigen des Betätigungskolbens 2 als Entlüftungsleitung. In ihr befindet sich die einstellbare Drossel 33, durch welche die Bewegung des Betätigungskolbens 2 gedrosselt wird, wenn der Kolben 2 durch Druck im Arbeitsraum 24 betätigt wird. Der Strömungsdrossel 33 ist ein Rückschlagventil 34 parallel geschaltet, welches beim Betätigen des Betätigungskolbens 2 durch Druck in der Arbeitskammer 24 geschlossen, jedoch beim Zurückführen des Kolbens 2 in seine Ausgangsstellung geöffnet ist. Dadurch ist es möglich, den Betätigungskolben 2 durch den Druck der Pneumatikquelle 27 verhältnismäßig schnell gegen den Gegenanschlag 8 und wieder zurück zu bewegen.
• Eine Meßeinrichtung 35 mißt den durch die jeweilige Einstellung des Anschlagkolbens 9 bestimmten Betätigungsweg des Betätigungskolbens 2, also die eingestellte Wegstrecke zwischen dem Anschlag. 6 und dem Gegenanschlag 8. Dazu ist an dem Gegenanschlag 8 über ein Gestänge 36 ein Tauchanker 37 angeschlossen, der je nach Stellung des Gegenanschlages 8 mehr oder weniger weit in eine elektrische Meßspule 38 eintaucht. Solche Tauchanker-Meßgeräte 37, 38 bzw.
• sogenannte induktive Wegaufnehmer sind an sich bekannt. Der eingestellte Abstand zwischen dem Anschlag 6 und dem Gegenanschlag 8 wird dabei an einem Meßgerät 39 angezeigt.
• Die beiden Ventile 17 und 18 können durch einzelne elektrische Schalter ähnlich dem Schalter 26 betätigt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform erfolgt die Betätigung der Ventile 17 und 18 jedoch durch eine elektrische Schaltung, welche außer den Meßgeräten 37, 38 und 39 auch eine Wähleinrichtung 40 enthält, mit welcher ein gewünschter Abstand zwischen den Anschlägen 6 und 8 eingestellt werden kann. Durch die Einstellung an der Wähleinrichtung 40 wird ein bestimmtes Sollwertsignal erzeugt. Dieses wird mit einem Istwertsignal der Meßeinrichtungen 37, 38 und 39 verglichen. Wenn Istwert und Sollwert übereinstimmen, dann sind die Elektromagnete der Sitzventile 17 und 18 ohne Strom. Dabei sind beide Ventile gegeschlossen und im Arbeitsraum 13 des Hydraulikzylinders 11 ist eine bestimmte Menge hydraulisches Druckmittel eingeschlossen. Je nach positiver oder negativer Abweichung des Istwertes vom Sollwert wird entweder das eine Ventil 18 oder das andere Ventil 17 geöffnet. Der jeweilige Betriebszustand der Stellvorrichtung wird der Bedienungsperson durch eine positive und eine negative Änzeigelampe 41 bzw. 42 angezeigt. Wenn beide Lampen 41 und 42 ausgeschaltet sind, hat der Anschlagkolben 9 seine eingestellte Position. Die Bedienungsperson wird durch Aufleuchten einer der Lampen 41 oder 42 darauf aufmerksam gemacht, ob der Anschlagkolben 9 aus der ursprünglich eingestellten Stellung heraus gewandert ist und wieder in die eingestellte Stellung automatisch zurückbewegt wird.
• Auch bei richtig eingestelltem Gegenanschlag 8 ist nicht immer auszuschließen, daß der Betätigungskolben 2 durch irgendeinen Fehler nicht seinen vollen Hubweg ausführt. Zur Überwachung des Hubweges des Betätigungskolbens 2 kann an dessen Anschlag 6 über ein Gestänge 44 ebenfalls ein elektromagnetisches Tauchanker-Meßgerät 45 betätigt werden, durch welches an einer Skala 46 die jeweilige Stellung des Betätigungskolbens 2 und dessen tatsächlich ausgeführter Hubweg angezeigt werden.
• Die Erfindung hat mehrere Vorteile: Alle Funktionen können von einer entfernt gelegenen Stelle eingestellt und überwacht werden. Der Betätigungsdruck des Hydrauliksystems liegt im Niederdruckbereich und kann deshalb an den blkreislauf einer zu betätigenden Maschinenanlage angeschlossen werden, beispielsweise an die Schmierölversorgung. Beim Erreichen der Sollstellung wird der Anschlagkolben 9 durch die Druckfeder 14 und die eingespannte Säule des hydraulischen Druckmittels fixiert. Die hermetisch dichtenden Sitzventile 17 und 18 geben dem System eine hohe Belastungssteifigkeit, so daß die unterschiedlichsten Anschlagkräfte bei gleicher konstruktiver Ausführung aufgenommen werden können. In der So,llstellung des Anschlagkolbens 9 ist kein ölverbrauch oder sonstige Leistungszufuhr erforderlich. Die Bedienung und Uberwachung der Stellvorrichtung kann durch handelsübliche Bauelemente erfolgen, wobei jeder gewünschte Automatisierungsgrad möglich ist.
• Die Betätigungseinrichtung 1, Anschlageinrichtung 7 und Meßeinrichtung 35 bilden zusammen eine Einheit.
• Die komplette Einheit kann vorgeprüft und verhältnismäßig einfach montiert oder ausgetauscht werden.
• Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform nach der Erfindung. Deren Betätigungseinrichtung 101 enthält eine elektromagnetisch betätigte Kolbenstange 105. Deren Anschlag 106 kann durch elektrische Erregung einer Tauchspule 104 bis zu einem Gegenanschlag 108 bewegt werden. Dieser befindet sich an einer Gewindespindel 109, welche in einem Getriebe 111 geführt und durch einen Elektromotor 113 axial verstellbar ist. Diese Ausführungsform ist ebenfalls durch Fernbedienung betätigbar. Die Verwendung einer Gewindespindel 109 hat jedoch den Nachteil, daß deren Gewindegänge und die Lager des zugehörigen Getriebes durch die Aufschlagkräfte des Anschlages 106 auf den Gegenanschlag 108 beschädigt werden können.
• Bei kleineren Betätigungskräften des Anschlages 106 ist jedoch diese Ausführungsform ebenfalls voll brauchbar.

Claims (8)

1. Patentansprüche Stellvorrichtung zur Erzeugung verschieden großer Linearbewegungen, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Betätigungseinrichtung (1) mit einem von fern betätigbaren, elektrisch-magnetisch oder durch Strömungsmittel linear verschiebbaren Kolben (3; 105), der auf einer axialen Seite ein mechanisches Verbindungsstück (5;105) und auf der anderen axialen Seite einen Anschlag (6;106) aufweist, ferner durch eine Anschlageinrichtung (7;1Q7) mit einem dem Anschlag (6;106) der Betätigungseinrichtung axial gegenüberliegenden Gegenanschlag (8;108), der durch Fernbedienung (16 bis 20) stufenlos auf bestimmte axiale Abstände vom Anschlag der Betätigungseinrichtung einstellbar ist, und durch eine Meßeinrichtung (35) zur Messung des durch die eingestellte Lage des Gegenanschlages jeweils möglichen Hubweges des Betätigungskolbens (2;105).
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenanschlag (8) an einem Anschlagkolben (9) vorgesehen ist, der axial zum Betätigungskolben (2) hin mit hydraulischem Positionier-Druckmittel beaufschlagbar und je nach dessen Druck in eine bestimmte axiale Stellung einstellbar ist, entgegen einem von der anderen Seite auf den Anschlagkolben einwirkenden Druckmittel, welches vorzugsweise eine Feder (14) ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilanordnung (17,18) vorgesehen ist, durch welche sowohl die weitere Zufuhr als auch die Abfuhr von hydraulischem Positionier-Druckmittel vollständig gesperrt ist, wenn der Anschlagkolben (9) von dem hydraulischen Druckmittel in einer gewünschten Stellung gehalten wird.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i-c h n e t daß die Ventilanordnung zwei Ventile aufweist, vorzugsweise sogenannte Magnet-Sitzventile tal7, 18), von denen das eine (17) an eine hydraulische Druckquelle (19) und das andere (18.) an eine hydraulische Entleerleitung (20) angeschlossen ist, und daß der Anschlagkolben (9) in einem Zylinker (11) untergebracht ist, dessen Arbeitsraum (13) an eine Verbindungsleitung (16) zwischen den beiden Ventilen (17,18) angeschlossen (12) ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h e t daß die Meßeinrichtung (35) ein Signal entsprechend einem wahlweise einstellbaren Sollwert und ein weiteres Signal entsprechend dem jeweiligen Istwert für die Stellung des, mit dem Gegenanschlag (8) versehenen, Anschlagkolbens (9) erzeugt, und daß die Ventile (17,18) derart an die Meßeinrichtung angeschlossen sind, daß je nach positiver oder negativer Abweichung des Istwertes des Anschlagkolbers (9) vom Sollwert entweder das Ventil (17) für die Druckmittel zufuhr oder das Ventil (18) für die Druckmittelentleerung geöffnet wird, während beide Ventile (17,18) geschlossen werden, wenn der Istwert dem Sollwert entspricht.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) der Betätigungseinrichtung (1) in einem Zylinder (4) geführt ist und daß der Arbeitsraum (24) des Zylinders über eine Ventileinrichtung (25) an eine pneumatische Druckmittelquelle (27) angeschlossen ist.'
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Seite des Anschlages(6) liegende Zylinderraum (28) der Betätigungseinrichtung (1) an eine Entlüftungsleitung (29) mit einer Strömungsdrossel (33) angeschlossen ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Strömungsdrossel (33) zwischen dem auf der Seite des Anschlages (6) liegenden Zylinderraum (28) und der Ventileinrichtung (25) der Betätigungseinrichtung (1) befindet, und daß der Stromungsdrossel, welche vorzugsweise einen einstellbaren Strömungswiderstand aufweist, ein Rückschlagventil (34) parallel geschaltet ist, welches in Strömungsrichtung zum Zylinderraum (28) hin öffnet und in Strömungsgegenrichtung schließt.