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Druckmittelantrieb für Steuerungen, Regler od. dgl. Vielfach besteht
die Notwendigkeit, Steuerungen oder Regler von einer entfernten Stelle aus zu betätigen.
Beispielsweise muß bei einem elektrischen Triebfahrzeug das unter dem Wagen angeordnete
Schaltwerk vom Führerstand aus betätigt werden.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Druckmittelantrieb für Steuerungen,
Regler od. dgl. unter Verwendung eines von . einem Betätigungshebel verstellten
Druckreglers und eines durch das Druckmittel bewegten Arbeitskolbens. Erfindungsgemäß
ist dieser Druckmittelantrieb durch eine solche Ausbildung des Druckreglers und
des Arbeitszylinders gekennzeichnet, daß die vom Arbeitszylinder gesteuerten Teile
in beiden Richtungen stufenlos bewegt werden und sich dabei im Gleichlauf mit dem
steuernden Teil befinden und daß der auf den Arbeitszylinder übertragene Druck abhängig
ist von der durch die Stellung eines Steuerkolbens gegebenen Druckspannung einer
Regelfeder. Die Anordnung ist hauptsächlich für solche Steuereinrichtungen vorteilhaft,
die eine stetige Bewegung des Regelgerätes verlangen, wobei das Regelgerät in jeder
beliebigen Zwischenstellung eindeutig festgehalten werden muß. Hierfür ist ein unter
Druck stehendes Übertragungsmittel gut geeignet. Besonderer Wert ist darauf gelegt,
daß die Betätigungskraft für die Steuerung klein ist. Dies ist wichtig, vor allem
dann, wenn
die Steuerung feinfühlig durch Fußbetätigung bedient
werden soll.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt, und zwar zeigt Fig. r die grundsätzliche Anordnung des Antriebes; in
Fig. 2 sind verschiedene Stellungen dieses -Antriebes dargestellt, und zwar in Fig.
2 a die Stellung »Füllen«, in Fig. 2 b die Verschlußstellung und in Fig. 2 c die
Stellung »Entleeren«; bei Fig.3 handelt es sich um die Anwendung des Druckreglers
als Servoregler, und zwar zeigt wiederum Fig. 3 a die V erschlußstellung, Fig. 3
b die Stellung »Füllen« und Fig. 3 c die Stellung »Entleeren«.
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In Fig. I bezeichnet I den Arbeitszylinder, also gewissermaßen den
Empfänger des Fernantriebes, von dem aus irgendeine Regelvorrichtung, z. B. Schleifbürsten
auf einem Widerstandssatz, verstellt werden soll. 2 ist der Druckregler, d. h. der
Geber des Fernantriebes, 3 ein Druckluftbehälter mit anschließender, nicht näher
bezeichneter Druckluftpumpe an sich beliebiger Bauart. In dem Arbeitszylinder I
befinden sich ein Arbeitskolben 4 mit einer Kolbenstange 5 sowie eine Druckfeder
6. Diese Druckfeder 6 ist so bemessen, daß die Federkraft in der Endlage des Arbeitskolbens
4 bei gespannter Druckfeder 6 gleich der auf die Kolbenfläche wirkenden Kraft bei
größtem Druck ist. Der Druckregler 2 enthält einen Steuerkolben 7 und eine Regelfeder
8, die mit einem Betätigungshebel 9 verbunden ist. Der Steuerkolben 7 besitzt an
seinem Umfang eine ringförmige Eindrehung (Ringkanal), die durch. eine Bohrung mit
dem links vom Steuerkolben 7 befindlichen Druckraum des Druckreglerzylinders in
Verbindung steht. Die Regelfeder 8 ist so bemessen, daß durch Betätigung des Betätigungshebels
9 der Steuerkolben 7 auch bei größtem Druck im Druckraum des Druckreglerzylinders
in die Füllstellung bewegt werden kann. Io ist ein Füllstutzen, durch den der Druckregler
2 mit dem Druckluftbehälter 3 in Verbindung steht, II ein Entleerungsstutzen. Der
Druckluftbehälter 3 bzw. die Pumpe kann von beliebiger, an sich bekannter Bauform
sein. Die Druckluft kann auch einer vorhandenen Anlage entnommen werden. An Stelle
der Druckluft kann die Anordnung gegebenenfalls auch mit einem anderen Druckmittel,
wie z. B. einem komprimierten Gas (Kohlensäure) oder (Ö1 oder Wasser (hydraulisch)
betrieben werden.
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Die einzelnen Arbeitsvorgänge werden im folgenden an Hand der Fig.
2 a bis 2 c erläutert.
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In Fig. 2 a befindet sich der Steuerkolben 7 in der Stellung »Füllen«.
Der Steuerkolben 7 ist durch den Betätigungshebel 9 unter Mitwirkung der Regelfeder
8 in diese Stellung gebracht worden. Dabei ist der Entleerungsstutzen II durch die
glatte Wandung des Steuerkolbens 7 verschlossen, der Füllstutzen Io steht jedoch
über den obenerwähnten Ringkanal am Umfang des Steuerkolbens 7 mit dem Druckraum
in Verbindung. Die Druckseite des Steuerkolbens 7 und somit auch die Druckseite
des Arbeitszylinders I füllen sich mit dem Druckmittel aus dem Druckluftbehälter
3 so lange auf, bis der Druck auf den Steuerkolben ; den Gegendruck der Regelfeder
8 überwindet und den Steuerkolben 7 in die Verschlußstellung (Fig. 2b) - bewegt.
Dabei sind sowohl der Füllstutzen Io als auch der Entleerungsstutzen II verschlossen.
Da mit dem Füllen des Druckreglerzylinders 2 gleichzeitig auch der Arbeitszylinder
I gefüllt worden ist, nimmt der Arbeitskolben 4 im Arbeitszylinder I unter gleichzeitiger
Spannung der Druckfeder 6 eine dem Druck entsprechende Lage ein.
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Wird der Betätigungshebel 9 in der gleichen Richtung weiterbewegt,
so wiederholt sich der Füllvorgang unter gleichen Verhältnissen, wodurch eine Regelung
möglich ist. In der Endlage des Betätigungshebels 9 muß die Kraft der Regelfeder
8 so groß bemessen sein, daß der Steuerkolben 7 bei höchstem Druck in der Füllstellung
(Fig. 2 a) gehalten wird.
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Das Entleeren geht in folgender Weise vor sich: Zunächst muß unterstellt
werden, daß beide Zylinder gefüllt sind. Der Betätigungshebel 9 wird aus seiner
jeweiligen Stellung nach rechts bewegt (Fig. 2c). Die Regelfeder 8 wird dadurch,
wenigstens teilweise, entspannt, so daß der Steuerkolben 7 sich unter der Einwirkung
des Druckes im Druckreglerzylinder 2 nach rechts bewegt und den Entleerungsstutzen
II freigibt. Das Druckmittel entweicht aus dem Druckreglerzylinder 2 und dem Arbeitszylinder
I durch den Entleerungsstutzen i i, bis die auf den Steuerkolben 7 wirkende Kraft
gleich der Kraft der Regelfeder 8 ist. Danach geht der Steuerkolben 7 in die Verschlußstellung
(Fig. 2 b).
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Ein Fernantrieb dieser Art ist vor allem zur Fernbetätigung von elektrischen
und mechanischen Steuerungen, insbesondere bei Bahnsteuerungen, bestimmt. Der Kraftbedarf
für die Betätigung der Steuerung kann durch entsprechende Wahl des Kolbendurchmessers
im Arbeitszylinder i und Wahl des höchsten Betätigungsdruckes den jeweiligen Erfordernissen
in weiten Grenzen angepaßt werden. Im allgemeinen ist die Betätigungskraft klein,
da der Durchmesser des Steuerkolbens 7 klein gehalten werden kann unabhängig vom
Arbeitsbedarf und von der Anzahl der Arbeitszylinder. Die Anzahl der zueinander
parallel arbeitenden Arbeitszylinder i, die durch einen gemeinsamen Druckregler
:2 betätigt werden können, ist beliebig. Dieser Umstand ist wesentlich für sogenannte
Zugsteuerungen mit mehreren Aniaß- und Regelgeräten. Die Anzahl der zueinander parallel
geschalteten und wechselweise zu betätigenden Druckregler 2 innerhalb einer Anlage
ist ebenfalls beliebig. Hiervon wird bei Bahnsteuerungen mit Zugrichtungswechsel
wegen des Vorhandenseins mehrerer Führerstände Gebrauch gemacht.
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Der Gleichlauf der Arbeitszylinder i ist vom Druck im Druckluftbehälter
3 unabhängig, wenn der höchste Arbeitsdruck unterhalb des niedrigsten Druckes im
Druckluftbehältergewählt wird. Außerdem ist der Gleichlauf sämtlicher Arbeitskolben
mit
dem Betätigungshebel 9 gewährleistet. Bei entsprechender Wahl der Kolbendurchmesser
und des Hubes der Arbeitskolben können auch Steuerungen mit ungleichem Kraftbedarf
bzw. mit verschiedenem Hub im Gleichlauf von einem Betätigungshebel betätigt werden.
Ein Nullstellungszwang ist durch die Druckfeder 6 im Arbeitszylinder I bei Undichtigkeiten
in der Anlage gegeben (Notbremse). Geringe Undichtigkeiten stören den Gleichlauf
der Anlage kaum, da der Steuerkolben 7 jeden Druckverlust durch selbsttätige Nachfüllung
ausgleicht.
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Der Druckregler kann auch als Servoregler ausgebildet werden. Ausführungsbeispiele
hierfür sind in den Fig. 3 a bis 3 c schematisch dargestellt. Der Servoregler I5
besteht aus einem Steuerzylinder I6 mit einem Hauptsteuerkodben I7 und einem innerhalb
des Hauptsteuerkolbens I7 beweglichen Hilfskolben I8. Der Hauptsteuerkolben I7 stützt
sich gegen den nicht näher bezeichneten Zylinderdeckel unter Zwischenschaltung einer
Druckfeder I9. Eine ebenfalls nicht näher bezeichnete Kolbenstange des Hilfskolbens
I8 ist durch den Zylinderdeckel herausgeführt und steht mit einem Betätigungshebel
2o in Verbindung. Arbeitszylinder I und Druckluftbehälter 3 sind hier nicht dargestellt,
im übrigen jedoch dieselben wie in der Anordnung nach Fig. I.
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Der Hauptsteuerkolben I7 besitzt an seinem Umfang einen Ringkanal
21, lesen Länge in axialer Richtung gleich dem Kolbenhub ist. Von diesem Ringkanal
21 führt radial eine Bohrung 22 zu einem inneren Hohlraum des Hauptsteuerkolbens
I7, in dem sich der Hilfskolben I8 bewegt. Dadurch kann der Ringkanal 2I mit der
Druckseite des Hauptsteuerkolbens I7 verbunden werden. Diese Verbindung kann durch
den für sich beweglichen Hilfskolben I8 verschlossen werden. Außerdem hat der Hauptsteuerkolben
I7 Bohrungen 23 und 24, die die Druckseite des Steuerkolbens I7 mit der Austrittsseite
verbinden und durch den Hilfskolben I8 verschlossen werden können.
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Der Hilfskolben I8 ist ein glatter Kolben, dessen Länge so bemessen
ist, daß seine steuernden Kanten in der Mittellage (Verschlußstellung, Fig. 3 a)
sowohl die Bohrung 22 als auch die Bohrung 24 gleichzeitig abschließen. Die Druckfeder
I9 wirkt nur auf den Hauptsteuerkolben I7 und ist so bemessen, daß sich dieser,
wenn kein Druck vorhanden ist, in der linken Stellung (Fig. 3 a), bei dem größten
Überdruck in der rechten Endstellung (Fig. 3 b) befindet. Dabei ist die von der
Druckfeder I9 aufgebrachte größte Kraft gleich dem Produkt aus dem Höchstdruck im
Druckraum und der Kolbenfläche.
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Um das Füllen vorzunehmen, wird der Betätigungshebel 2o nach rechts
bewegt und nimmt schließlich eine Stellung gemäß Fig. 3 b ein. Der Hilfskolben I8
geht zwangläufig mit und gibt dabei die Bohrung 22 frei. Die Bohrung 24 ist durch
den Hilfskolben I8 verschlossen. Das Druckmittel strömt durch den Rohranschluß 25
zunächst in den Ringkanal 2I und dann durch die Bohrung 22 in den Druckraum des
Steuerzylinders I6 und weiter durch einen nicht bezeichneten Rohranschluß zum Arbeitszylinder
I. Der Druck wirkt auf die Kolbenfläche des Hauptsteuerkolbens I7 und des Hilfskolbens
I8. Der Hauptsteuerkolben I7 wird unter Spannung der Druckfeder I9 nach rechts verschoben.
Der Druck steigt, bis die Bohrung 22 durch den feststehenden Hilfskolben I8 verschlossen
wird. In diesem Augenblick ist der Kolbendruck gleich der Druckfederspannung, und
die Druckfederspannung entspricht der Stellung des Hilfskolbens 18 bzw. der Stellung
des Betätigungshebels 20. Somit äußert sich die jeweilige Stellung des Betätigungshebels
20 in einem entsprechenden Druck des Druckmittels.
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Das Entleeren geht in der Weise vor sich, daß der Betätigungshebel
2o aus der vorerwähnten Arbeitsstellung nach links in eine Stellung gemäß Fig. 3c
bewegt wird. Der Hilfskolben I8. gi@t Bohrung 24 frei. Das Druckmittel strömt somit
von der Druckseite durch die Bohrungen 23 und 24 bzw. eine Ausblasöffnung 26 ins
Freie, und der Zylinderdruck sinkt. Der Hauptsteuerkolben I7 wird danach durch die
gespannte Druckfeder I9 nach links bewegt, bis die Steuerkante des feststehenden
Hilfskolbens I8 die Bohrung 24 verschließt. Die Abschlußstellung ist in Fig. 3 a
dargestellt. Der Arbeitsdruck enfspricht der Spannung der Druckfeder ig. Die Stellung
des Hauptsteuerkolbens 17 steht in bestimmter Beziehung zur Stelung des Hilfskolbens
18 und diese wiederum in Beziehung zur Stellung des Betätigungshebels 20. Somit
entspricht die Stellung des Betätigungshebels einem bestimmten Arbeitsdruck. Ein
wesentlicher Vorteil dieser Anordnung gegenüber der Anordnung nach Fig. i besteht
darin, daß für die Bewegung des Hilfskolbens 18 nur sehr geringe Kräfte benötigt
werden.