CH640610A5

CH640610A5 - ACTUATOR.

Info

Publication number: CH640610A5
Application number: CH884579A
Authority: CH
Inventors: Hans Michael Mayer
Original assignee: Elektrowatt Ag
Priority date: 1979-10-02
Filing date: 1979-10-02
Publication date: 1984-01-13
Also published as: SE443844B; GB2084252B; DE3034294A1; FR2466653B1; GB2084252A; FR2466653A1; SE8006335L

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellantrieb mit einem Hubmagneten und mit einer durch dessen Wirkung und gegen die Wirkung einer Rückholfeder verschiebbaren Stellspindel. The invention relates to an actuator with a solenoid and with a displaceable by its action and against the action of a return spring adjusting spindle.

Herkömmliche Stellantriebe dieser Art besitzen den Nachteil, dass deren Stellkraft und Stellwege bescheiden sind, es sei denn, man bemesse den Hubmagneten entsprechend dem benötigten Stellweg und/oder der benötigten Stellkraft. Dabei zeigt sich, Conventional actuators of this type have the disadvantage that their actuating force and actuating paths are modest, unless the solenoid is dimensioned according to the actuating path and / or actuating force required. It shows

dass auf diesem Wege die wirtschaftlich und technisch verantwortbaren Grenzen rasch erreicht sind. Dies um so mehr, als man bei zunehmender Grösse der Stellglieder bestrebt ist, auch die Stellzeit des Stellantriebes zu verlängern, so dass bei herkömmlichen Stellantrieben der genannten Art mit zusätzlichen Massnahmen eine Dämpfung vorzusehen ist. that the economically and technically responsible limits are quickly reached in this way. This is all the more so as efforts are made to increase the actuating time of the actuator as the size of the actuators increases, so that additional damping is to be provided for conventional actuators of the type mentioned.

Andererseits sind im wesentlichen hydraulische Stellantriebe bekannt, bei denen eine ununterbrochen betriebene Hydraulikpumpe oder ein am Stellantrieb ununterbrochen anstehendes Druckfluidum über eine Drosselstelle und ein hydraulisches Arbeitsglied (Kolben oderBalg) auf die Stellspindel wirken. Dabei wird der Durchflussquerschnitt der Drosselstelle (und damit der über diese wirkende Druckabfall) nach Massgabe des anstehenden Stellsignales z. B. elektromagnetisch verändert. Für diese, eines nicht unerheblichen technischen Aufwandes bedürfenden Stellentriebe bestehen bezüglich Stellweg und/oder Stellkraft zwar weit höhere Grenzen, doch sind diese an eine Hilfsenergiequelle gebunden, die den Betrieb der Hydraulikpumpe bzw. die Zufuhr vom Druckfluidum gewährleistet. On the other hand, essentially hydraulic actuators are known in which an uninterrupted hydraulic pump or a pressure fluid continuously applied to the actuator act on the adjusting spindle via a throttle point and a hydraulic working member (piston or bellows). The flow cross-section of the throttle (and thus the pressure drop acting on it) is determined according to the pending control signal z. B. changed electromagnetically. For these actuators, which require a not inconsiderable technical outlay, there are far higher limits with regard to actuating travel and / or actuating force, but these are tied to an auxiliary energy source which ensures the operation of the hydraulic pump or the supply of the pressurized fluid.

Ein Zweck der Erfindung ist daher darin zu sehen, einen Stellantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, der, abgesehen vom Stellsignal, keiner Hilfsenergiequelle bedarf und bei dem sich jedoch bedeutend höhere Stellwege und/oder Stellkräfte erreichen lassen, als bei einer direkten Einwirkung des Hubmagneten auf die Stellspindel. One purpose of the invention is therefore to provide an actuator of the type mentioned which, apart from the actuating signal, does not require any auxiliary energy source and in which, however, significantly higher actuating paths and / or actuating forces can be achieved than with a direct action of the lifting magnet on the adjusting spindle.

Dieser Zweck wird bei dem vorgeschlagenen Stellantrieb dadurch erreicht, dass dem Hubmagneten ein Unterbrecher vorgeschaltet ist, der das anstehende elektrische Stellsignal in zeitlich voneinander getrennte Stellimpulse unterteilt, wobei der Hubmagnet eine Hydraulikpumpe antreibt, die über ein hydraulisches Betätigungsglied auf die Stellspindel wirkt. This purpose is achieved in the proposed actuator in that the solenoid is preceded by an interrupter which divides the pending electrical actuating signal into temporally separate actuating pulses, the solenoid driving a hydraulic pump which acts on the adjusting spindle via a hydraulic actuator.

Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen. Features of preferred embodiments can be found in the dependent claims.

Die Erfindung ist nachstehend rein beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: The invention is explained below purely by way of example with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen Stellantrieb, und Fig. 1 shows a schematic section through an actuator, and

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch ein zwischen der Hydraulikpumpe und dem Betätigungsglied angeordnetes Ventilaggregat. Fig. 2 shows a schematic section through a valve assembly arranged between the hydraulic pump and the actuator.

Der dargestellte Stellantrieb 10 weist einen in einem Gehäuse 11 angeordneten Hubmagneten 12 auf, dessen Wicklung 13 über zwei Leiter 14,15 ein elektrisches Stellsignal zugeführt wird. In den Leiter 14 ist ein nur schematisch angegebener Unterbrecher 16 eingeschaltet, der das anstehende Stellsignal in zeitlich voneinander getrennte Stellimpulse, z. B. mit einer Frequenz von 1-5 Hz, unterteilt. Die Wicklung 13 ist von einem im Gehäuse 11 befestigten, magnetischen Rückschlussgehäuse 17 umgeben und umgibt ihrerseits einen Tauchanker 18, der bei Erregung der Wicklung 13 gegen die Wirkung einer Federkraft in die Wicklung 13 hineingezogen wird. Dabei ist - wie bei Hubmagneten üblich -die Kraft, mit der der Tauchanker 18 angezogen wird, von der Spannung des Stellsignales abhängig. The actuator 10 shown has a lifting magnet 12 arranged in a housing 11, the winding 13 of which is supplied with an electrical actuating signal via two conductors 14, 15. In the conductor 14, a circuit breaker 16, which is only shown schematically, is switched on, which converts the pending control signal into control pulses, e.g. B. with a frequency of 1-5 Hz, divided. The winding 13 is surrounded by a magnetic yoke housing 17 fastened in the housing 11 and in turn surrounds a plunger armature 18 which is pulled into the winding 13 when the winding 13 is excited against the action of a spring force. As is usual with solenoids, the force with which the plunger 18 is attracted is dependent on the voltage of the actuating signal.

Der T auchanker 18istübereinen Stössel 19 mit dem freien Ende 20 eines Pumpenbalges 21 verbunden, der mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Das andere Ende des Pumpenbalges ist an der einen Seite eines im Gehäuse 11 festgespannten Blockes 22 verankert, in dem ein in Fig. 1 nur vereinfacht, in Fig. 2 dagegen ausführlicher dargestelltes Ventilaggregat 23 eingebaut ist. The T also anchor 18 is connected via a plunger 19 to the free end 20 of a pump bellows 21 which is filled with a hydraulic fluid. The other end of the pump bellows is anchored on one side of a block 22 clamped in the housing 11, in which a valve assembly 23, which is only shown in a simplified manner in FIG. 1, but is shown in more detail in FIG. 2, is installed.

1 1

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

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An der anderen Seite des Blockes 22 ist das eine Ende eines Arbeitsbalges 24 verankert, an dessen freiem Ende der Endflansch 25 einer Stellspindel 26 befestigt ist, die verschiebbar bei 27 aus dem Gehäuse 11 herausgeführt ist, und an deren unteres Ende ein nicht dargestelltes Stellglied gekoppelt ist. Eine am Endflansch 25 und an der Innenseite des Gehäuses 11 abgestützte, zur Stellspindel 26 koaxiale Druckfeder 28 ist bestrebt, den Arbeitsbalg 24 zusammenzudrücken. On the other side of the block 22, one end of an operating bellows 24 is anchored, to the free end of which the end flange 25 of an adjusting spindle 26 is fastened, which is slidably guided out of the housing 11 at 27, and to whose lower end an actuator, not shown, is coupled is. A compression spring 28, which is supported on the end flange 25 and on the inside of the housing 11 and is coaxial with the adjusting spindle 26, strives to compress the working bellows 24.

Im Inneren des Arbeitsbalges 24 ist am Block 22 ein Behälter 29 aufgehängt, der als Vorratsgefäss oder Sumpf 29' für die Hydraulikflüssigkeit dient. Von diesem Behälter 29 geht eine zum Ventilaggregat 23 führende Ansaugleitung 30 aus sowie eine durch den Block 22 hindurch in den Raum ausserhalb des Pumpenbalges 21 führende Entlüftungsöffnung 31. Inside the working bellows 24, a container 29 is suspended from the block 22 and serves as a reservoir or sump 29 'for the hydraulic fluid. A suction line 30 leading to the valve assembly 23 and a ventilation opening 31 leading through the block 22 into the space outside the pump bellows 21 extend from this container 29.

Vom Innenraum des Pumpenbalges 21 führt ein Durchlass 32 zum Ventilaggregat 23 und von diesem ein Durchlass 33 zu dem den Behälter 29 umgebenden Innenraum 34 des Arbeitsbalges 24. In Fig. 1 führt ausserdem eine Rücklaufleitung 35 vom Ventilaggregat 23 direkt in den Behälter 29 zurück, während in Fig. 2 diese Rücklaufleitung 35 über die Ansaugleitung 30 in den Behälter 29 zurückführt. From the interior of the pump bellows 21, a passage 32 leads to the valve assembly 23 and from there a passage 33 to the interior 34 of the working bellows 24 surrounding the container 29. In FIG. 1, a return line 35 leads from the valve assembly 23 directly back into the container 29, while in FIG. 2 this return line 35 leads back into the container 29 via the suction line 30.

Zur näheren Beschreibung des Ventilaggregates 23 im Block 22 sei nun auf die Fig. 2 verwiesen. Man erkennt die aus dem Behälter 29 schöpfende Ansaugleitung 30, den Durchlass 32 in den Innenraum des Pumpenbalges 21, den Durchlass 33 zu dem den Behälter 29 umgebenden, ebenfalls mit der Hydraulikflüssigkeit gefüllten Innenraum 34 des Arbeitsbalges 24. For a more detailed description of the valve assembly 23 in block 22, reference is now made to FIG. 2. One recognizes the suction line 30 scooping out the container 29, the passage 32 into the interior of the pump bellows 21, the passage 33 to the interior 34 of the working bellows 24, which also surrounds the container 29 and is filled with the hydraulic fluid.

Zwischen der Ansaugleitung 30 und dem Durchlass 32 ist ein federbelastetes, zu letzterem hin öffnendes Ansaugventil 36 angeordnet. Vom Durchlass 32 führt eine Abzweigung 37, in der ein federbelastetes, zum Durchlass 32 hin schliessendes Rückschlagventil 38 eingebaut ist, zu dem einen Ende einer Ventilkammer 39, von deren anderem Ende der Durchlass 33 ausgeht. In der Ventilkammer 39 ist ein Ventilkolben 40 verschiebbar gelagert, der in seiner in Fig. 2 dargestellten Endstellung die Rücklaufleitung 35 verschlossen hält, diese aber in seiner anderen Endstellung (vergleiche Fig. 1) freigibt. Im Ventilkolben 40 selbst ist ein die beiden Seiten des Ventilkolbens verbindender Durchlass 41 ausgebildet, und in diesem ein federbelastetes, zum Durchlass 33 hin öffnendes Rückschlagventil 42 eingebaut. A spring-loaded suction valve 36, which opens toward the latter, is arranged between the suction line 30 and the passage 32. A branch 37 leads from the passage 32, in which a spring-loaded check valve 38 that closes toward the passage 32 is installed, to one end of a valve chamber 39, from the other end of which the passage 33 extends. A valve piston 40 is slidably mounted in the valve chamber 39, which keeps the return line 35 closed in its end position shown in FIG. 2, but releases it in its other end position (cf. FIG. 1). A passage 41 connecting the two sides of the valve piston is formed in the valve piston 40 itself, and a spring-loaded check valve 42 which opens towards the passage 33 is installed in the latter.

Der Ventilkolben 40 weist an seinem Umfang eine Einschnürung 43 auf, und sein der Abzweigung 37 bzw. dem Rückschlagventil 38 näherer Endabschnitt 44 hat etwas Spiel in der Ventilkammer 39. Durch dieses Spiel wird, wie sich noch zeigen wird, bei einem Druckgefälle zum Durchlass 32 hin etwas Hydraulikflüssigkeit lecken, die dann bei jeder Stellung des Ventilkolbens 40 über die Einschnürung 43 durch eine Leckleitung 45 und über die Ansaugleitung 30 zurück in den Behälter 29 fliesst. Dadurch ist es dem Ventilkolben 40 möglich, bei einem vom Durchlass 33 her wirkenden Überdruck nach Masssgabe der Leckmenge mehr oder weniger schnell in seine andere Endlage verschoben zu werden, und damit die Rücklaufleitung 35 mit Verzögerung The valve piston 40 has a constriction 43 on its circumference, and its end section 44, which is closer to the branch 37 or the check valve 38, has some play in the valve chamber 39. This play, as will be shown, turns into a passage 32 when the pressure drops leak some hydraulic fluid, which then flows into the container 29 via the constriction 43 through a leak line 45 and via the suction line 30 at each position of the valve piston 40. This makes it possible for the valve piston 40 to be displaced more or less quickly to its other end position in the event of an overpressure acting from the passage 33 in accordance with the amount of leakage, and thus the return line 35 with a delay

640 610 640 610

freizugeben. Es sei angenommen, es stehe an den Leitungen 14, 15 kein Stellsignal an oder nur ein solches, das die Ansprechschwelle des Hubmagneten 12 nicht erreicht. DerTauchanker 18 führt keine Hubbewegungen aus. Die Druckfeder 28 kann sich soweit als möglich entspannen und den Arbeitsbalg 24 soweit als möglich zusammendrücken. Der im Innenraum 34 in der Hydraulikflüssigkeit sich einstellende Überdruck drückt auf den Ventilkolben 40 (das Rückschlagventil 42 ist geschlossen) und dieser verschiebt sich dank dem Spiel zwischen dem Endabschnitt 44 und der Ventilkammer in Fig. 2 nach oben, die Rücklaufleitung 35 wird frei, und aus dem Innenraum 34 verdrängte Flüssigkeit fliesst in den Behälter 29 zurück. to release. It is assumed that there is no control signal on the lines 14, 15 or only one that does not reach the response threshold of the solenoid 12. The immersion anchor 18 does not perform any lifting movements. The compression spring 28 can relax as much as possible and compress the working bellows 24 as much as possible. The overpressure which arises in the interior 34 in the hydraulic fluid presses on the valve piston 40 (the check valve 42 is closed) and this shifts upwards thanks to the play between the end section 44 and the valve chamber in FIG. 2, the return line 35 becomes free, and Liquid displaced from the interior 34 flows back into the container 29.

Sobald an den Leitern 14,15 ein Signal ansteht, das die Ansprechschwelle des Hubmagneten 12 übersteigt, beginnt dieser im Takt der durch den Unterbrecher 16 erzeugten Stellimpulse Arbeits- und Rückhübe auszuführen. Bei jedem Arbeitshub wird der Pumpenbalg 21 zusammengedrückt, es wird daraus Hydraulikflüssigkeit durch den Durchlass 32 verdrängt, das Rückschlagventil 38 öffnet, der Ventilkolben 40 wird in die in Fig. 2 dargestellte Lage verschoben, das Rückschlagventil 42 öffnet ebenfalls und dem Innenraum 34 wird die Hydraulikflüssigkeit mit einem Druck zugeführt, der von der Stärke des Stellimpulses abhängig ist. As soon as a signal is present at the conductors 14, 15 which exceeds the response threshold of the solenoid 12, this begins to perform working and return strokes in time with the actuating pulses generated by the interrupter 16. With each working stroke, the pump bellows 21 is compressed, hydraulic fluid is displaced therefrom through the passage 32, the check valve 38 opens, the valve piston 40 is moved into the position shown in FIG. 2, the check valve 42 also opens and the interior 34 becomes the hydraulic fluid supplied with a pressure which is dependent on the strength of the actuating pulse.

Bei jedem Rückhub des Tauchankers 18 dagegen schliessen die Rückschlagventile 38 und 42 sofort, während der Ventilkolben 40 sich nur nach Massgabe der am Endabschnitt 44 vorbei-fliessenden Leckmenge verschiebt. Ebenfalls sofort öffnet sich das Ansaugventil 36, wodurch der Pumpenbalg 21 Hydraulikflüssigkeit aus dem Behälter 29 nachsaugt. Die Arbeits- und Rückhübe des Tauchkolbens dauern solange an, bis so viel Flüssigkeit in den Arbeitsbalg 24 gedrückt wurde, d. h. dieser sich so weit ausgedehnt und damit die Stellspindel 26 soweit verschoben hat, bis der von der Druckfeder 28 ausgehende Gegendruck nicht mehr von der Magnetkraft des Tauchankers 18 überwunden werden kann. With each return stroke of the plunger armature 18, on the other hand, the check valves 38 and 42 close immediately, while the valve piston 40 only shifts according to the amount of leakage flowing past the end section 44. The suction valve 36 also opens immediately, as a result of which the pump bellows 21 sucks in hydraulic fluid from the container 29. The working and return strokes of the plunger continue until so much liquid has been pressed into the working bellows 24, i. H. this has expanded so far and has thus displaced the adjusting spindle 26 until the counterpressure emanating from the compression spring 28 can no longer be overcome by the magnetic force of the plunger 18.

Wird das Stellsignal stärker, beginnt derTauchanker 18 wieder Arbeits- und Rückhübe auszuführen, bis der Druckausgleich zwischen dem Innenraum des Pumpenbalges 21 und dem Innenraum 34 wieder hergestellt ist. Wird dagegen das Stellsignal schwächer, beginnt der Druck im Innenraum 34 zu überwiegen, der Ventilkolben 40 wird, wie bereits beschrieben, allmählich an seine andere Stellung gedrückt, bis die Rücklaufleitung 35 frei ist, wodurch aus dem Innenraum 34 Flüssigkeit in den Behälter 29 zurückverdrängt wird, bis wieder der Druckausgleich herbeigeführt ist. If the actuating signal becomes stronger, the plunger armature 18 begins to carry out working and return strokes until the pressure balance between the interior of the pump bellows 21 and the interior 34 is restored. If, on the other hand, the control signal becomes weaker, the pressure in the interior 34 begins to predominate, the valve piston 40 is, as already described, gradually pushed to its other position until the return line 35 is free, as a result of which liquid 34 is displaced back into the container 29 from the interior 34 until the pressure is equalized again.

Durch entsprechende Wahl des wirksamen Querschnittes des Pumpenbalges 21 und des Arbeitsbalges 24 kann die Stellkraft erheblich verstärkt werden. Der maximale Stellweg hängt nicht von der Hublänge des Tauchankers 18 ab, sondern von der Ausbildung des Arbeitsbalges 24 und der Druckfeder 28. Die Stellzeit wird verlängert, was besonders bei grösseren Stellgliedern erwünscht ist. The actuating force can be considerably increased by appropriate selection of the effective cross section of the pump bellows 21 and the working bellows 24. The maximum travel does not depend on the stroke length of the plunger 18, but on the design of the working bellows 24 and the compression spring 28. The travel time is extended, which is particularly desirable for larger actuators.

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

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30 30th

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M M

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

640 610 PATENT CLAIMS

1. Actuator with a solenoid and with an adjusting spindle which can be displaced by its action and against the action of a return spring, characterized in that the solenoid (12) is preceded by an interrupter (16) which divides the electrical control signal present into actuating pulses separated from one another in time, the lifting magnet (12)

drives a hydraulic pump (21) which acts on the adjusting spindle (26) via a hydraulic actuator (24).

2. Actuator according to claim 1, characterized in that the hydraulic pump is a diaphragm or a bellows pump (21).

3. Actuator according to one of the claims 1 and 2, characterized in that a valve assembly (23) is arranged between the hydraulic pump (21) and the actuating member (26), which, in the event of a pressure drop towards the actuating member (24), has an outlet (32). connects the hydraulic pump (21) to this, in the event of a pressure drop towards the hydraulic pump (21) closes this outlet (32).

4. Actuator according to one of the claims 1-3, characterized in that the hydraulic pump (21) is assigned a sump feeding this (29 ').

5. Actuator according to one of the claims 1-4, characterized in that the actuating member is formed by a working bellows (24).

6. Actuator according to claims 4 and 5, characterized in that the sump (29 ') is located in a container (29) arranged in the interior of the working bellows (24).

7. Actuator according to claim 6, characterized in that the bellows (24) and the container (29) are attached to a block (22) in which the valve assembly (23) is installed.

8. Actuator according to claim 7, characterized in that the hydraulic pump (21) on the bellows (24) and the container (29) facing away from the block (22) is mounted.

9. Actuator according to claims 3 and 4, characterized in that the valve assembly (23) a spring-loaded, against the outlet (32) of the hydraulic pump (21) opening and this with a to the sump (29 ') leading line (30) connecting suction valve (36), further comprises a spring-loaded check valve (38) closing against the outlet (32), which is formed in a line (37, 39) leading from the latter to the inlet (33) of the working member (24).

10. Actuator according to claim 9, characterized in that in the line leading to the inlet (33) of the working member (24) a valve chamber (39) is formed, in which a valve piston (40) is slidably arranged, which is caused by an overpressure in the working member (24) releases a return line (35) leading back to the sump (29 ').

11. Actuator according to claim 10, characterized in that the spaces on both sides of the valve piston (40) of the valve chamber (39) via a spring-loaded, towards the inlet (33) of the working member (24) opening check valve (42) with each other are connected.

12. Actuator according to claim 11, characterized in that the latter check valve (42) is installed in the valve piston (40).

13. Actuator according to one of claims 1-12, characterized in that the effective cross-sectional area of the working member (24) is larger than that of the hydraulic pump (21).

14. Actuator according to one of the claims 1-13, characterized in that the operating frequency of the interrupter (16) is less than 10 Hz.