DE3121128A1

DE3121128A1 - Digitales stellwerk

Info

Publication number: DE3121128A1
Application number: DE19813121128
Authority: DE
Inventors: Michael Bruce 73533 Duncan Okla. Cox; Dale Edward 74017 Claremore Okla. Wheeler
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1980-06-02
Filing date: 1981-05-27
Publication date: 1982-04-01
Also published as: GB2077856A; NO811849L; AU7113081A; IT1137172B; BR8103390A; IT8122042A0; NL8102627A

Description

PATENTANWALT?, .»,. ., .«. DipL-Phys. JÜRGEN WEISSE · DipL-Chem* Dr'.° \

BÖKENBUSCH41 ■ D 5620 VELBERT 11-LANGENBERG Postfach 110386 · Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

^IU Patentanmeldung

Halliburton Company, Duncan, Oklahoma, USA Digitales Stellwerk

Die Erfindung betrifft ein digitales Stellwerk.

Digitale Stellwerke werden seit einiger Zeit insbesondere zur Steuerung von Getrieben und Maschinen benutzt. Solche Stellwerke verwenden Luft, Öl, Wasser oder andere Druckmittel, die auf einen oder mehrere Kolben wirken, derart, daß sie eine Stange zwischen

einer Mehrzahl von getrennten Stellungen bewegen.

Die bekannten druckmittelgesteuerten Stellwerke haben verschiedene Nachteile, welche ihre Wirksamkeit im Betrieb beeinträchtigen. Beispielsweise benutzen die meisten bekannten Stellwerke eine Feder, um das Stell-; glied in eine Anfangsstellung oder eine neutrale Stellung zurückzuführen. Solche Federn neigen nach einiger Zeit zu Verschleiß und Ermüdung, was sie weniger wirksam macht. Bei manchen Anwendungen in der Praxis wird ihre Wirksamkeit durch Abrieb und Verunreinigungen in dem Ärbeitsdruckmittel behindert.

to ..

Viele bekannte Stellwerke erfordern Druckregler in den Druckmittelzufuhrleitungen und/oder erfordern verschiedene Drücke auf verschiedenen Leitungen. Dadurch werden diese Vorrichtungen nicht nur in unerwünschter Weise kompliziert, sondern das führt auch dazu, daß zum Betreiben des Stellwerks nur ein relativ enger Bereich von Druckmitteldrücken verwendet werden kann. Einige Stellwerke erfordern Klinkenmechanismen, um eine genaue Einstellung zu bewirken. Das ist eine mechanische Einrichtung, die das Gerät weniger zuverlässig macht. Schließlich zeigen bekannte Vorrichtungen falsche Schaltbewegungen, wenn Sie nicht unter Idealbedingungen arbeiten, was zu einer Beschädigung des Stellwerkes sowie des von dem Stellwerk gesteuerten Mechanismus führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stellwerk zu schaffen welches keine mechanischen Federn oder Klinkenmechanismen benutzt und im Gegensatz zu bekannten Stellwerken keine Druckregler benötigt.

Das Erfindungsgemäße digitale Stellwerk ist gekennzeichnet durch

(a) ein Gehäuse,

(b) ein in dem Gehäuse längsbeweglich angeordnetes Stellglied,

(c) erste, zweite, dritte und vierte druckmittelgesteuerte Antriebsmittel für das Stellglied und

(d) erste und zweite druckmittelgesteuerte Rückstellmittel, die den ersten, zweiten, dritten und vier-

ten Antriebsmitteln entgegenwirken.

Die Konstruktion nach der Erfindung ist unkompliziert und relativ kompakt. Es kann ein größerer Bereich von Druckmitteldrücken benutzt werden, als dies mit bekannten Stellwerken der Fall ist. Das erfindungsgemäße Stellwerk zeigt keine Fehlschaltungen auch unter Betriebsbedingungen in relativ unwirtlicher Umgebung.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 17.
10

Ein Verfahren zum Steuern eines druckmittelbetätigten digitalen Stellwerks mit fünf Druckmittelanschlüssen ist Gegenstand des Patentanspruchs 18.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist ein Horizontalschnitt des Stellwerks, bei welchem die Stange des Stellwerks in

einer ersten oder neutralen Stellung ist.

Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt, bei welchem

sich die Stange des Stellwerks in einer ·" zweiten Stellung befindet.

Fig. 3 ist ein Horizontalschnitt des Stellwerks, bei welchem sich die Stange des Stellwerks in einer dritten Stellung befindet. 30

Fig. 4 ist ein Horizontalschnitt des Stellwerks, bei welchem sich die Stange des Stellwerks in einer vierten Stellung befindet.

Fig. 5 ist ein Horizontalschnitt des Stellwerks,

bei welchem sich die Stange des Stellwerks in einer fünften Stellung befindet.

^ Fig. 6 ist ein Horizontalschnitt des Stellwerks,

bei welchem sich die Stange des Stellwerks in einer sechsten Stellung befindet und an der Stange des Stellwerks eine Kupplung befestigt ist.

Fig. 7 ist eine Endansicht des Stellwerks mit angebrachter Kupplung.

•0 Fig. 8 ist ein logisches Diagramm und zeigt,

welche Anschlüsse für die verschiedenen Stellungen der Stange unter Druck gesetzt werden.

'** In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Stellwerk 10 enthält ein hohlzylindrisches Gehäuse 12, an welchem eine kreisförmige Endkappe 14 durch eine Mehrzahl von Schrauben mit Federringen 22 befestigt ist. Eine Dichtung zwischen, dem

Gehäuse 12 und der Endkappe 14 wird durch eine Dichtscheibe 15 bewirkt. Fig. 7 zeigt die Endkappe 14 in Endansicht mit den Schrauben und Federringen 22 darauf. Die Endkappe 14 besitzt einen axialen Durchbruch mit einer im wesentlichen gleichförmigen Bohrung 16 die von

einem ringförmigen Kanal 18 umgeben ist, der zu der Bohrung hin offen ist. In dem ringförmigen Kanal 18 ist eine Ringdichtung 20 angeordnet.

Das Gehäuse besitzt Anschlüsse A,B.C.und D für die

Steuerung, deren radial äußeren Enden 24,26,28 und 30 mit Innengewinde versehen sind, so daß sie mit (nicht dargestellten) Druckmittelzufuhrleitungen verbindbar sind. Die radial inneren Enden der Anschlüsse A,B,C und D enthalten Kanäle 32,34,36 bzw. 38, die alle in das Innere des Gehäuses 12 führen. Die Kanäle 34,36 und 38 münden in ringförmigen Kanälen 40,42 und 44 in der

' Innenfläche des Gehäuses 12. Betrachtet man das Innere des Gehäuses 12, so führt eine abgeschrägte Fläche 36 zu einer ersten Bohrung 48 von im wesentlichen gleichförmigem Durchmesser, die an ihrer Verbindung mit dem ringförmigen Kanal 40 endet. Eine abgeschrägte Fläche 49 führt zu einer im wesentlichen gleichförmigen zweiten Bohrung 50 von geringerem Durchmesser als die erste Bohrung 48. Die zweite Bohrung 50 endet an ihrer.-".; Verbindung mit dem ringförmigen Kanal 42, der über eine

'V abgeschrägte Fläche 51 zu einer im wesenlichen gleichförmigen Bohrung 52 führt« Die dritte Bohrung 52 ist von kleinerem Durchmesser als die zweite Bohrung 50 und endet an ihrer Verbindung mit dem ringförmigen Kanal 44, der über eine abgeschrägte Fläche 53 zu einer

** im wesentlichen gleichförmigen vierten Bohrung 54 von · geringerem Durchmesser als die dritte Bohrung 52 führt. Die vierte Bohrung 54 endet an einer abgeschrägten Fläche 55, die zu einem ringförmigen Kanal 56 führt, von welchem die im wesentlichen gleichförmige fünfte

Bohrung 58 ausgeht. Die fünfte Bohrung 58 und die dritte Bohrung 52 haben den gleichen Durchmesser. Der Grund dafür VJird nachstehend in Verbindung mit der Wirkungsweise des Stellwerks erläutert. Eine abgeschrägte Fläche 60 verläuft von der fünften Bohrung 58

zum rechten Ende des Gehäuses 12.

Ein längsverlaufender, radial versetzter Kanal 62 trifft auf den ringförmigen Kanal 42 an dessen innerem Ende im Gehäuse 12. Dieser Kanal 62 ist durch einen Druck- ν

stopfen 64 verschlossen, der in den zylindrischen Kanal 62 an seinem äußeren Ende eingeschraubt ist. Ein schräg verlaufender Kanal 62 verläuft von dem längsverlaufenden Kanal 62 durch die Wandung der fünften Bohrung 58. Ein Belüftungsfilter 70 ist in einen radialen Kanal 68 eingeschraubt, der von der Außenseite des Gehäuses 12 durch die Wandung der vierten Bohrung 54

verläuft.

Am rechten Ende des Gehäuses 12, ist durch eine Mehrzahl von Schrauben mit Federscheiben 22 eine Luftfederkappe 72 befestigt. Eine Dichtung zwischen dem Gehäuse 12 und der Luftfederkappe erfolgt durch eine Dichtscheibe 73. Die Luftfederkappe 72 besitzt einen axialen Durchbruch 74 von im wesentlichen gleichförmigem Durchmesser.

Eine Stange 80 des Stellwerks erstreckt sich durch den axialen Durchbruch 16 in der Endkappe 14, wobei der Durchmesser 82 der Stange 80 abdichtend an dem Dichtring 20 in dem ringförmigen Kanal 18 anliegt. Am äußersten Ende der Stange 80 ist eine Gewindebohrung 84 vorgesehen, mit welcher eine Kupplung verbunden werden kann, um die verschiedenen Stellungen der Stange 80 auf den Mechanismus zu übertragen, der von dem digitalen Stellwerk 10 gesteuert werden soll. Der Durchmesser 82 der Stange 80 ist auf einer wesentlichen axialen Strecke in das Gehäuse 12 hinein konstant, nach welcher die Stange auf einer radial ebenen Vorderfläche 58 sich für eine kurze axiale Strecke auf einen Durchmesser 86 verdickt. Dann vergrößert sich der Durchmesser wieder auf einer radial ebenen Antriebsfläche 87 auf einen Durchmesser 88, der nur geringfügig kleiner ist als der der vierten Bohrung 54, die ihn umgibt. Zwischen der Stange 80 im Bereich des Durchmessers 88 und der Wandung der vierten Bohrung 54 wird eine Dichtung durch einen Dichtring 92 bewirkt, der in einem ringförmigen Kanal 70 gehalten ist. Der Durchmesser 94 am rechten Ende der Stange 80 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser 88 und endet in einer Stirnfläche 96, in der eine diametral orientierte Nut 98 gebildet ist. Eine abgeschrägte

Fläche 100 führt zu einer im wesentlichen gleichförmigen Bohrung 102 im rechten Ende der Stange 80. Die Bohrung 102 endet in einer ebenen, kreisförmigen Fläche 106

η «ns <4 ·

β m β « »

von gleichem Durchmesser, wie ein ringförmiger Kanal 104, zu dem die Bohrung 102 führt.

Ein Luftfederkolben 110, der koaxial zu der Stange 80 des Stellwerks liegt, ragt in die Bohrung 102 und ist gleitbeweglich an der Wandung der Bohrung 102 im Bereich 112 von im wesentlichen gleichförmigem Durchmesser geführt. Eine Dichtung zwischen der Wandung der Bohrung 102 und dem Luftfederkolben 110 im Bereich 112 erfolgt durch einen Dichtring 116, der in einem ringförmigen, im Bereich 112 offenen Kanal 114 gehalten ist. Vom Bereich 112 erstreckt sich der Luftfederkolben 110 zur inneren Wandung der Luftfederkappe 72 mit einem geringeren, im wesentlichen gleichförmigen Durchmesser

118. Der ringförmige Kanal 120, der in der Oberfläche des Durchmessers 118 mündet, trägt einen O-Ring 122. Der Luftfederkolben 110 ragt durch den axialen Durchbruch 74 in der Luftfederkappe 72 im Bereich 124, dessen Durchmesser geringfügig kleiner ist als der des axialen Durchbruchs 74. Zwischen dem Bereich 124 und der Wandung des Durchbruchs 74 erfolgt eine Abdichtung durch einen O-Ring 128, der in einem ringförmigen Kanal 126 in dem Luftfederkolben 110 gehalten ist. Das äußerste Ende des Luftfederkolbens 110, ist mit einem Gewinde 130 versehen, während das innerste Ende in einer radial, ebenen Fläche 132 endet, die von einem axialen Kanal 134 durchdrungen ist, der zu dem mit Gewinde versehenen Bereich 136 am Luftfederanschluß E verläuft und zur Außenseite des digitalen Stellwerks

führt, so daß er mit einer (nicht dargestellten) Druckmittelzufuhrleitung verbunden werden kann. Das Gewinde 130 des Luftfederkolbens 110 ist konzentrisch von einer ebenen Ringscheibe 138 umgeben, die an einen Federring 140 angrenzt, die beide durch eine Mutter 142 gegen

die Luftfederkappe 72 festgezogen sind. Die Mutter 142 ist auf das Gewinde 130 aufgeschraubt.

/fr .

• Eine Mehrzahl von Antriebskolben mngejgeq. 4Ae_- S,fcang,e, ßO konzentrisch. Der Antriebskolben 150 mit einer radial ebenen Vorderfläche 149 hat eine Bohrung 152, wobei eine Dichtung zwischen der Stange 80 und dem Antriebskolben 150 durch einen Dichtring 156 in einem ringförmigen Kanal 154 erreicht wird, der in der Wandung der Bohrung 152 vorgesehen ist. die radiale Außenseite des Antriebskolbens 150 enthält einen Bereich 151 von relativ kleinem Durchmesser und einen zweiten Bereich 158 mit einem Durchmesser, der geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der ersten Bohrung 48 des Gehäuses 12. Zwischen diesen beiden Bereichen liegt eine radial ebene Antriebsfläche 153. Zwischen dem Bereich 158 und der Wandung der ersten Bohrung 48 wird eine·Dichtung durch einen Dichtring 162 bewirkt, der in einem ringförmigen Kanal 160 in dem Antriebskolben 150 gehalten ist. Der Antriebskolben 150 ist gleitbeweglich sowohl gegenüber der Stange 80 als auch der Wandung der ersten Bohrung 4 8. Ein radial ebene Stirnfläche 164 des ersten

Kolbens 130 besitzt eine diametral orientierte Nut 166.

Angrenzend an den ersten Antriebskolben 150 ist ein zweiter Antriebskolben 170 angeordnet. Der zweite Antriebskolben 170 besitzt eine radial ebene Vor*der-"" fläche 171 und eine axiale Bohrung 174, durch welche die Stange 80 gleitbeweglich geführt ist. Eine Dichtung zwischen dem Antriebskolben 170 und der Stange 80 wird durch einen Dichtring 178 bewirkt, der in einem ringförmigen Kanal 176 gehalten ist. Die radiale Außenseite

des zweiten Antriebskolbens 17O hat eignen ersten Bereich 172 von vermindertem Durchmesser und eine radial ebene Antriebsfläche 173, die zu einem zweiten Bereich 180 mit einem Durchmesser geringfügig kleiner als der der zweiten Bohrung führt. Der zweite Bereich

180 ist gleitbeweglich in der zweiten Bohrung 50 geführt.

Ein Dichtring 184 in einem ringförmigen Kanal 182

] erzeugt eine Dichtung zwischen der Wandung der. ζweiten Bohrung 50 und dem zweiten Antriebskolben 170. Eine
radial ebene Stirnfläche 106 des zweiten Antriebskolbens 170 weist eine diametral orientierte Nut 188
auf.

Angrenzend an den zweiten Antriebskolben 170 ist ein
dritter Antriebskolben 200 mit einer ebenen Vorder fläche .. .; 201 angeordnet. Der dritte Antriebskolben 200 ist konzentrisch zu der Stange 80 angeordnet, die gleitbeweglich durch eine Axialbohrung 204 des dritten Antriebskolbens hindurchgeführt ist. Eine Dichtung wird durch
einen Dichtring 208 in einem ringförmigen Kanal 206
erreicht, der in der Wandung der Bohrung 204 vorgesehen ist. Der Bereich 202 auf der radialen Außenseite des

dritten Antriebskolbens 200 hat relativ kleine Durch- ·"'" messer und endet in einer radial ebenen Antriebsfläche 203, während der Bereich 210 niu geringfügig kleineren Durchmesser besitzt als die dritte Bohrung 52. Zwischen dem Bereich 210 und der Wandung der Bohrung wird eine
gleitbewegliche Dichtung durch einen Dichtring 214
erreicht, der in einem ringförmigen, im Bereich 210
vorgesehenen Kanal 212 gehalten ist» Eine radial ebene .-Stirnfläche 216 des dritten Antriebskolbens 200 weist

eine diametral orientierte Wut 218 auf.

Ein vierten Antriebskolben 260 umgibt konzentrisch den Luftfederkolben 110 und ist mit einer Bohrung 261, die dichtend an dem I.uft F^dfrJtolbpn 110 .^:inl1fMjt/ nut &J·**.·»ent. IV

^ou gleitbeweglich geführt. Eine Dichtung zwischen dem

TiiiftfcdtTkolben 110 und dem vierten Antriebskolbpn 260 wird durch einen O-lUng 122 bewirkt, der oben beschrieben wurde. Der Bereich 262 auf der Außenseite des vierten
Antriobskolbenp" 200 besitzt einen geringfügig kleineren

° DurchmoMHcr als die fünfte Bohrung 'j8. Ein DJchtring 2(,C)₁-der in einem ringförmigen Kanal 264 sitzt, bewirkt ,

eine gleitbewegliche Abdichtung zwischen dem Bereich und der Wandung der fünften Bohrung 58. Die Stirnfläche 270 des Antriebskolbens 200 ist radial eben. Der Bereich 268 auf der radialen Außenseite des Antriebskolbens 260 hat einen vergleichsweise kleinen Durchmesser relativ zu dem Bereich 262. Eine Antriebsfläche 263 erstreckt sich radial von dem Bereich 262 zu dem Bereich 268, und die Stirnfläche 265 erstreckt sich bis zu der Bohrung 261.

Durch die Anordnung der Antriebskolben und der Stange■80 wird eine Mehrzahl von ringförmigen Kammern von variabler axialer Länge 168,190,220,224,228 und 230 gebildet. Der Anschluß A mündet in die Kammer 168, der Anschluß B mündet in Kammer 190, der Anschluß C mündet in Kammer 220 und der Anschluß D mündet in Kammer 224, während die Kammer 228 mit der Außenseite des Gehäuses 12 über das Belüftungsfilter 70 in Verbindung steht. Die Kammer 230 steht auch mit der Kammer 220 über den Längskanal 62 in Verbindung.

Die zylindrische Kammer 226 steht über den axialen Kanal 134 in dem Luftfederkolben 110 mit dem Luftfederanschluß E in Verbindung.
25

Wie in Fig. 6 dargestellt ist, ist eine Kupplung 240 an der Stange 80 befestigt. Eine solche Kupplung kann benutzt werden, um die Bewegung der Stange 80 zu übertragen, so daß beispielsweise ein Getriebe für eine ^u Verbrennungskraftmaschine geschaltet wird. Ein Kupplungsgehäuse 242 ist mit der Stange 80 über einen Bolzen 250 und eine Unterlegscheibe 248 befestigt, die nicht im Schnitt dargestellt ist. Ein Schäkel-Zapfen 244, der durch fluchtende Durchbrüche 243 an dem Kupplungs-

gehäuse 242 hindurchgeht, ist an diesem durch einen Zapfenkopf 245 und einen Scherstift 246 gehalten.

] Fig. 7, die eine Ansicht des linken Endes des Stellwerks 10 ist, zeigt die Kupplung 240 in Seitenansichti.

Das beschriebene digitale Stellwerk 10 arbeitet wie folgt:

Fig. 1 zeigt das digitale Stellwerk 10 mit der Stange 80 in ihrer am stärksten gestreckten Stellung. In dieser Stellung sind, wie in Fig. 8 dargestellt, die Anschlüsse A,B,C und D nicht unter Druck gesetzt, während der Luftfederanschluß E mit einer Druckmittelleitung (Druckluftleitung) verbunden ist. Der Druckluft wirkt auf die kreisförmige Fläche 106 der Stange 80 in der Kammer 226 und drückt die Stange 80 bis an die Grenze ihres Auswärtsschubs, der durch die Zwischenlage des ersten, des zweiten und des dritten Kolbens 150,170 bzw. 200 zwischen die Endkappe 14 und die Vorderfläche 85 der Stange 80 begrenzt ist. - . . , .

Fig. 2 zeigt das digitale Stellwerk 10 mit der Stange 80 in einer zweiten Stellung, wobei der Anschluß A und der Luftfederanschluß E in dieser Stellung unter Druckmitteldruck ist, wie in Fig. 8 dargestellt. Der Druckmitteldruck wirkt auf die Vorderfläche 149 und die Antriebsfläche 153 des ersten Antriebskolbens 150. Die Stirnfläche 164 des ersten Antriebskolbens 150 liegt an der Vorderfläche 171 des zweiten Antriebskolbens 170 an, und die Stirnfläche 186 des zweiten Antriebskolbens 170 liegt an der Vorderfläche 201 des dritten Antriebskolbens 200 an.

Die Stirnfläche 216 des dritten Antriebskolbens 200 drückt gegen die Vorderfläche 85 der Stange 80. Da der Flächeninhalt der Vorderfläche 149 und der Antriebsfläche 153 größer ist als der der kreisförmigen Fläche 106 an der Stange 80 und der Anschluß A und der Luftfederanschluß E

^JJ auf im wesentlichen dem gleichen Druck sind, bewegt sich die Stange 80 nach rechts in dem Maße, wie sich die erste Bohrung 48 axial erstreckt.

3T21128 ZO .. .

Da die Kammer 228 zur Außenseite des Gehäuses 12 über das Belüftungsfilter 70 offen ist, findet die Bewegung der Stange 80 praktisch keinen Widerstand. Der vierte Antriebskolben 260 bewegt sich nicht, da kein Druckmitteldruck oder irgendeine andere Kraft auf ihn wirkt.

Fig. 3 zeigt das digitale Stellwerk 10 mit der Stange in einer dritten Stellung, bei welcher die Anschlüsse A und B und der Luftfederanschluß E unter Druck stehen, _wie in Fig. 8 dargestellt ist. Der Druckmitteldruck wirkt auf die Vorderfläche 149 und die Antriebsfläche 153 des ersten Antriebskolbens 150 und auf die Vorderfläche 171 und die Antriebsfläche 173 des zweiten Antriebskolbens 170. Der Druckmitteldruck erreicht die

•5 Kammer 168 direkt über den Anschluß A und die Kammer über die diametrale Nut 166 in der Stirnfläche 164 des ersten Antriebskolbens 150. Während die Nut 166 vertikal in Verbindung mit dem Anschluß A dargestellt ist, versteht es sich, daß diese Orientierung nicht notwendig

^iK> ist, da der ringförmige Kanal 40 den Druckmitteldruck vom Anschluß A bei jeder Orientierung auf die Nut 166 leitet. Die Endfläche 186 des zweiten Antriebskolbens 170 liegt an der Vorderfläche 201 des dritten Antriebskolbens 200 an, dessen Stirnfläche 216 an der Vorderfläche 85 der Stange 80 anliegt. Der zweite Antriebskolben 170 bewegt sich nach rechts in dem Maße, wie sich die zweite Bohrung 50 axial erstreckt, und bewegt die Stange 80 weiter nach rechts als in Fig. 2, da die auf den zweiten Antriebskolben 170 ausgeübte Kraft

infolge der Differenz der Flächeninhalte größer ist als die Kraft, die auf die kreisförmige Fläche 106 der Stange 80 ausgeübt wird. Das Aufrechterhalten des Drucks auf den Antriebskolben 150 vermeidet die Neigung

zu Fehlschaltungen, wenn Druck auf den Anschluß B ge-35

geben wird, da sich die Kammer 190 nur in einer Richtung ausdehnen kann. Wieder ist die Kammer 228 zur Außenseite

des Gehäuses 12 hin über das Belüftungsfilter 70 offen, wodurch jeder Widerstand gegen die Bewegung der Stange 80 vermieden wird. Wie in Fig. 2 bewegt sich der vierte Antriebskolben 260 nicht.
5

Fig. 4 stellt ein digitales Stellwerk 10 dar, bei welchem die Stange 80 in einer vierten Stellung ist. Die Anschlüsse A,B und C sowie der Luftfederanschluß E stehen, wie in Fig. 8 dargestellt, unter Druckmittel-ΙΟ druck. Die Stirnfläche 216 des dritten Antriebskolbens berührt die Vorderfläche 85 der Stange 80, wobei Druckmitteldruck über den Anschluß C und in Kammer 220 über den ringförmigen Kanal 42 und die diametrale Nut 188 in der Stirnfläche 146 des zweiten Antriebskolbens 170 auf die Vorderfläche 201 und die Antriebsfläche 203 des dritten Antriebskolbens 200 ausgeübt wird. Da der Flächeninhalt der Vorderfläche 201 und der Antriebsfläche 203 des dritten Antriebskolbens 200 größer ist als der der kreisförmigen Fläche 106 und alle Anschlüsse unter im wesentlichen dem gleichen Druck stehen, beilegt sich der dritte Antriebskolben 200 axial zum rechten Ende der dritten Bohrung und bewegt die Stange 80, wie dargestellt, in ihre vierte Stellung. Die Aufrechterhaltung des Druckmitteldrucks über die Anschlüsse A und B beim Unterdrucksetzen der Kammer 220 über den Anschluß C gestattet eine Ausdehnung der Kammer nur in einer Richtung und vermeidet so die Gefahr von Fehlschaltung. Der vierte Antriebskolben 260 wird zwar über den ringförmigen Kanal 42 den Längskanal 62 und den schrägen Kanal 66 unter Druck

gesetzt, bewegt sich aber nicht, da er in seiner linken axialen Stellung in der fünften Bohrung 58 ist. Fig. 5 stellt das digitale Stellwerk 10 mit der Stange 80 in einer fünften Stellung dar. Die Anschlüsse A,B,C und D sowie der Luftfederanschluß E stehen unter Druckniittel-

druck, wobei der allen Anschlüssen zugeführte Druck im wesentliche der gleiche ist. Der erste

Antriebskolben 150, der zweite Antriebskolben 170 und der dritte Antriebskolben 200 sind in der rechten axialen Endstellung in der ersten Bohrung 48, der zweiten Bohrung 50 bzw. der dritten Bohrung 52. Druckmittel unter Druck wird auf die Kammern 168,190 und gegeben, wie oben erwähnt, und auf die Kammer 224 über den Anschluß D über den ringförmigen Kanal 44 und die diametrale Nut 218 in der Stirnfläche 216 des dritten Antriebskolbens 200. Da der Flächeninhalt der Vorderfläche 85 und der Antriebsfläche 87 an der Stange 80 größer ist als der der kreisförmigen Fläche 106 der Stange 80, bewegt sich die Stange 80 in der vierten Bohrung nach rechts, wobei ihr Hub durch Anlage an der Vorderfläche 270 des vierten Antriebskolbens 260 begrenzt ist, der infolge des auf seine Vorderfläche 265 und Antriebsfläche 262 über den Längskanal· 62 von dem Anschluß C ausgeübten Druckmitteldrucks in seiner Stellung gehalten wird. Ein Druck auf die kombinierten Flächeninhalte der Vorderfläche 265 und der Antriebsfläche 263 und der kreisförmigen Fläche 106 wirkt einer Bewegung der Stange 80 über den in Fig. 5 dargestellten Punkt hinaus entgegen. Wie oben erwähnt bewirkt die Aufrechterhaltung von Druck an den Anschlüssen A,B und C bei Druckbeaufschlagung des Anschlusses D eine eindeutige Schaltbewegung. Wie in den anderen Stellungen bietet die zur Außenseite des Gehäuses 12 hin offene Kammer keinen Widerstand gegen eine Bewegung.

Fig. 6 zeigt das digitale Stellwerk 10 mit der Stange in einer sechsten Stellung. Die Anschlüsse A,B und D sowie der Luftfederanschluß E stehen, wie in Fig. 8 dargestellt, unter Druckmitteldruck. Da der Flächeninhalt der Vorderfläche 85 und der Antriebsfläche 87 der Stange 80 größer ist als der der kreisförmigen ^OJ Fläche 106, bewegt sich die Stange 80 in der vierten Bohrung 54 nach rechts. Danders jedoch als in Fig.. 5 steht der Anschluß C nicht unter Druck. Infolgedessen

3121123 23 ......

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ist der vierte Antriebskolben 260 nicht in seiner linken Stellung in der fünften Bohrung 58 gehalten. Daher kann sich die Stange 80 noch um eine zusätzliche Strecke nach rechts bewegen, bis der vierte Antriebskolben 260 die Luftfederkappe 72 berührt. Der ebenfalls nicht unter Druck stehende dritte Antriebskolben 200 hat sich in der dritten Bohrung 52 nach links bewegt und berührt die Stirnfläche 188 des zweiten Antriebskolbens 170.
10

Wie oben erwähnt verhindert die Aufrechterhaltung des Drucks am Anschluß A bei der Bewegung von der Stellung von Fig. 2 in die von Fig. 3 eine Fehlschaltung, wie sie bei bekannten Stellwerken auftreten kann, da keine

'5 Ausdehnung der Kammer 190 nach links stattfinden kann sondern nur nach rechts, der Richtung der beabsichtigten Bewegung der Stange 80. Das gleiche Prinzip gilt für die Bewegung von der Stellung von Fig. 3 in die von Fig. 4 und von Fig. 4 nach Fig. 5. Beim Schalten

™ in die in Fig. 6 dargestellte Stellung aus der von Fig. 5 wird der Druck sowohl auf den dritten Antriebskolben 200 als auch auf den vierten Antriebskolben gleichzeitig vermindert, so daß keine inhärente Neigung des Stellwerks zur Bewegung nach links oder rechts

gegeben ist. Die Bewegung wird nur durch Druckmitteldruck auf die Flächen 85 und 87 der Stange 80 bewirkt.

Wenn aus der in Fig. 5 dargestellten fünften Stellung in die von Fig. 6 zurückgeschaltet werden soll, braucht

nur Druck auf den Anschluß C gegeben zu werden, was den vierten Antriebskolben 260 nach links bewegt. Es ist zu beachten, daß das Druckmittel in alle Teile der Kammer 228 und aus diesen heraus fließen kann durch die diametrale Nut 98 in der Stirnfläche 96 der Stange

80, auch wenn die Stirnfläche 96 an der Vorderfläche des vierten Kolbens 260 anliegt.

In ähnlicher Weise wird eine Bewegung aus der Stellung von Fig. 5 in die von Fig. 4 erreicht, indem nur der Anschluß D druckentlastet wird, eine Schaltung in die Stellung von Fig. 3 durch Druckentlastung des Anschlusses C, eine Schaltung in die Stellung von Fig. 2 durch Druckentlastung des Anschlusses B und eine Schaltung in die Ausgangsstellung von Fig. 1 durch Druckentlastung des Anschlusses A. In allen Stellungen bleibt der Luftfederanschluß E unter Druck. Jede Bewegung der Stange in der einen ober der anderen Richtung wird bewirkt durch den Unterschied der vom Druckmitteldruck beaufschlagten Flächeninhalte, während die allen Anschlüssen zugeführten Drücke im wesentlichen gleich sind. Während der Bewegung der Stange dehnt sich die Kammer frei aus und zieht sich wieder zusammen, da sie zur Außenseite des Gehäuses 12 hin offen ist.

Die Wahl der Flächenverhältnisse der Antriebskolben führt zu einem relativ weiten Bereich von Betriebsdrücken des Druckmittels. Das dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel kann beispielsweise mit Drücken zwischen 3,5 bis 35 bar betrieben werden, wobei ein bevorzugter Betriebsdruck etwa 6,8 bar ist.

Das beschriebene Stellwerk bietet zahlreiche Vorteile, gegenüber dem Stand der Technik, insbesondere einen einfachen Aufbau und einfache Montage, Kompaktheit, Einfachheit im Betrieb und eine genaue Stellbewegung ohne mechanische Glieder wie Federn oder Klinken.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Digitales Stellwerk, gekennzeichnet durch

(a) ein Gehäuse (12),

(b) ein in dem Gehäuse längsbeweglich angeordnetes Stellglied (80),

(c) erste, zweite, dritte und vierte druckmittelgesteuerte Antriebsmittel (150,170,200,87) für das Stellglied (80) und

(d) erste und zweite druckmittelgesteuerte Rückstellmittel (106,260), die den ersten, zweiten, dritten und vierten Antriebsmitteln entgegenwirken.
2. Digitales Stellwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Antriebsmitteln und den Rückstellmitteln Druckmittel über Anschlüsse (A,B, C,D,E) in dem Gehäuse (12) zuführbar ist.
Digitales Stellwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch jedes der Antriebsmittel (150,170,200,87) und durch die Rückstellmittel (106,260) ausgeübte Kraft eine Funktion der von dem Druckmitteldruck beaufschlagten Querschnittsfläche ist.
4. Digitales Stellwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) fünf Anschlüsse (A,B, C,D,E) aufweist.
5. Digitales Stellwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die ersten Antriebsmittel (150) auf Druck über den ersten Anschluß (A) ansprechen,

(b) die zweiten Antriebsmittel (170) auf Druck über den zweiten Anschluß (B) ansprechen,

(c) die dritten Antriebsmittel (200) und die

ersten Rückstellmittel (260) auf Druck über

den dritten Anschluß (C) ansprechen,

(d) die vierten Antriebsmittel (87) auf Druck

über den vierten Anschluß (D) ansprechen und 20

(e) die zweiten Rückstellmittel (106) auf Druck über den fünften Anschluß (E) ansprechen.
6. Digitales Stellwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ·" dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die ersten Antriebsmittel (150) eine größere Kraft auf das Stellglied (80) ausüben als die

zweiten Antriebsmittel (170), 30

(b) die zweiten Antriebsmittel (170) eine größere Kraft auf das Stellglied (80) ausüben als die dritten Antriebsmittel (200),

(c) die dritten Antriebsmittel (200) eine größere

Kraft auf das Stellglied (80) ausüben als die vierten Antriebsmittel (87),

ff ί*

(d) die vierten Antriebsmittel (87) eine größere Kraft auf das Stellglied (80) ausüben als die ersten Rückstellmittel (260) und

(e) die ersten Rückstellmittel (260) eine größere Kraft auf das Stellglied (80) ausüben .als die zweiten Rückstellmittel (106).
7- Digitales Stellwerk nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch

(a) ein Gehäuse (12) mit einer ersten, einer

zweiten, einer dritten, einer vierten und einer fünften Bohrung (48,50,52,54,58), die in Längsrichtung gegeneinander versetzt sind, und

einem Längskanal (62) , der eine Verbindung zwischen der dritten und der fünften Bohrung (52 bzw. 58) herstellt,

(b) ein Stellglied mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Stange (80), die

(fa..) sich durch das Gehäuse (12) erstreckt und abdichtend gleitbeweglich in diesem ; geführt ist,

(b~) an einem Ende eine Kammer (226) bildet

und

(b_) einen äußeren Teil (88) aufweist, der ab

dichtend gleitbeweglich in der Wandung der vierten Bohrung (54) geführt ist,

(c) einen er\sten, einen zweiten und einen .dritten Antriebskolben (160,170,200), die

) in der ersten, der zweiten bzw. der dritten Bohrung (48,50,52) angeordnet und

) auf der Stange (80) abdichtend gleitbeweglich geführt sind und

) abdichtend gleitbeweglich in der Wandung der zugehörigen Bohrung (48,50,52) ge-

führt sind,

(d) einen Luftfederkolben (110), der

(d₁) mit einem Ende abdichtend gleitbeweglich in der von der Stange (80) gebildeten

Kammer (226) geführt ist und

(d_) einen Kanal (134) aufweist, der von der

Außenseite des Gehäuses (12) zu der

^zu Kammer (226) verläuft,

(e) einen vierten Antriebsbolben (260), der

(e₁) in der fünften Bohrung (58) des Gehäuses

(12) abdichtend gleitbeweglich geführt

ist und

(e„) auf dem Luftfederkolben (110) abdichtend

gleitbeweglich geführt ist, und 30

(f) Anschlüsse (A,B,C,D) welche die erste, die

zweite, die dritte bzw. die vierte Bohrung des Gehäuses (12) mit der Außenseite des Gehäuses (12) verbindet.

'
8. Digitales Stellwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bohrungen (48,50,52,54,58) gleichachsig sind.

9. Digitales Stellwerk nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (150,170,200,260) und das Stellglied (80) gleichachsig sind.

10. Digitales Stellwerk nach Anspruch 8 und 9, dadurch T° gekennzeichnet, daß die Bohrungen (48,50,52,54,58) gleichachsig zu den Kolben (150,170,200,260) und dem Stellglied (80) sind.

11. Digitales Stellwerk nach einem der Ansprüche 7 bis '*> 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, der zweite, der dritte und der vierte Antriebskolben (150,170,200,260) jeweils

(a) einen Abschnitt (158, 180, 210, 262) mit einem

^w Durchmesser und einen sich in Längsrichtung

daran anschließenden Abschnitt (151,172,202,268) mit einem wesentlich kleineren Durchmesser aufweisen sowie

²^ (b) eine radiale ebene Vorderfläche (149,171,201, 265) angrenzend an den Abschnitt mit kleinerem Durchmesser,

(c) eine radial ebene Stirnfläche (164,186,216,270)

angrenzend an den Abschnitt (158) mit größerem

Durchmesser und

(d) eine radial ebene Antriebsfläche (153,173,203,

263), die sich von dem Abschnitt mit kleinerem

Durchmesser zu dem Abschnitt mit größerem

Durchmesser erstreckt.

12. Digitales Stellwerk nach Anspruch 11, dadurch

gekennzeichnet, daß der erste, der zweite und der dritte Antriebskolben je eine diametral verlaufende Nut (166,188,218) in der Stirnfläche (164,186,216) 5. aufweisen.

13. Digitales Stellwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, der dritte und der vierte Anschluß (B₇CjD) mit einem Ringkanal· (40,42, 44) angrenzend an die erste, die zweite bzw. die dritte Bohrung (48,50,52) in Verbindung stehen.

14.. Digitales Stellwerk nach einem der Ansprüche 7 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Querschnittsfläche der.ersten Bohrung (48) größer ist als die der zweiten Bohrung (50),

(b) diese wiederum größer ist als die der dritten Bohrung (52),

(c) die Querschnittsfläche der dritten Bohrung (52) größer ist als die der vierten Bohrung (54) und

(d) der Querschnittsfläche der fünften Bohrung (58) ., im wesentlichen, gleich der Querschnittsfläche

.. ,- der dritten Bohrung (52) ist.

15... Digitales Stellwerk nach einem der Ansprüche 7 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche (106) der an der Stange (80) gebildeten

,.,-Kammer (22.6) geringer ist als die irgendeiner der .-.Bohrungen. ν .·.·,· ^:.

.16-_τ., Digitales Stellwerk nach einem der Ansprüche 7 bis .... 15, dadurch gekennzeichnet,: daß die vierte Bohrung

(54) zur Außenseite, des Gehäuses (10) hin im

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wesentlichen offen ist.

17. Digitales Stellwerk nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (80) des Stellgliedes an einem Ende Kupplungsmittel (240) trägt.

18. Verfahren zum Steuern eines druckmittelbetätigten digitalen Stellwerks mit fünf Druckmittelanschlüssen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) Druck auf einen ersten Anschluß gegeben wird, um das Stellwerk in einer ersten Betriebsstellung zu halten,

(b) Druck auf einen zweiten Anschluß gegeben wird, während der Druck an dem ersten Anschluß aufrechterhalten bleibt, um das Stellwerk in eine zweite Betriebsstellung zu bewegen,

(c) Druck auf einen zweiten und einen dritten Anschluß gegeben wird, während der Druck an dem ersten Anschluß aufrechterhalten bleibt, um das Stellwerk in eine dritte Betriebsstellung zu bewegen,

(d) Druck auf einen zweiten, einen dritten und einen vierten Anschluß gegeben wird, während der Druck an dem ersten Anschluß aufrechterhalten bleibt, um das Stellwerk in eine vierte Betriebsstellung zu bewegen,

(e) Druck auf den zweiten, den dritten, den vierten und den fünften Anschluß gegeben wird, während der Druck an dem ersten Anschluß aufrechterhalten bleibt, um das Stellwerk in eine fünfte Betriebsstellung zu bewegen, und

(e) Druck auf den zweiten, den dritten und den fünften Anschluß gegeben wird, während der Druck an dem ersten Anschluß aufrechterhalten bleibt, um das Stellwerk in eine sechste Betriebsstellung zu bringen.