DE1868131U - Hydraulischer servomechanismus. - Google Patents

Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. H. E. BÖHMER

BÖBLINGEN/WÜRTT. -SINDELrINGER STRASSE 49 -___ FJEJRNSPRECHER 107031) 66 1750

Böblingen, 20. Dezember"1962 kl-kr

U . Anmelder:. International. Business Machines Corporation,

!.""." . New York

Amtl.~ Aktenzeichen: Neuanmeldung . ; " Äktenz. der Anmelderin: Docket TO

Hydraulischer Servomechanismus . ■ ■ ■ ■ .-

Die Neuerung bezieht sich auf einen, hydraulischen Servomechanismus, mit in einem Gehäuse, koaxial einander* umgebenden Umsteuer- und Vorsteuerkolben. . .. .

Wenn in einer Anlage der Datenverarbeitung hydraulisch gesteuerte Einrichtungen verwendet werden, um mechanische Bewegungen mit hoher Geschwindigkeit., beispielsweise bei-Papierführungen, Druckern, Lochern, usw., zu erzeugen, ist es notwendig, daß diese hydraulischen Mechanismen phasengleioh mit den anderen Komponenten der Anlage arbeiten. Hierbei beeinflussen lange Umschaltzeiten der hydraulischen Steuermechanismen ungünstig die Gesamtarbeitszeit der Anlage. .

Man verwendet deshalb auf verschiedenen Gebieten der Technik für Automatisierungsaufgaben hydraulische Servomechanismen, die auf dem Wege- der hydraulischen Verstärkung auf die Umschaltzeiten des Umsteuerkolbens günstig einwirken. Bei einer derartigen Ausführung im Werkzeugmaschinensektor umgibt ein hülsenförmiges Vorsteuerorgan den Umsteuerkolben. . , "

Der Vorsteuerkolben wird bei vollem Druck im Kolbenraum verschoben, das für den Erhalt großer Umsteuergeschwindigkeiten bei nur zur Verfügung stehenden kleinen Steuergrößen nachteilig ist.

. Die Neuerung vermeidet diesen Nachteil/ indem sie den Vorsteuerkolben während einer Zeit- schaltet, in der im Kolbenraum lediglich der geringe Behälterdruck., also kein hoher Arbeitsdruck herrscht. Hierbei ist der Vorteil erreicht, daß keine Verstärkung der elektrischen Steuergrößen notwendig: :ist„ Dieses vorteilhafte Schalten des Vorsteuerkolbens wird nach der Neuerung dadurch erzielt, daß der Umsteuerkolben mit einer Ringnut versehen ist zwecks Verbindung jeweils zweier von drei in den Kolbenraum des Gehäuses einmündenden Leitungen, daß der koaxial den Umsteuerkolben durchdringende, elektromechanisch bewegbare Vorsteuerkolben beiderseits des Umsteuerkolbens in je eine nach demselben zu offene und für denselben als Anschlag dienende Kammer mit einer durch

_v. den Vorsteuerkolben verschließbaren Auslaßöffnung ragt und daß ψ -

beiderseits der Anschlagstellung des Umsteuerkolbens je eine an eine Druckmediumquelle intermittierend anschließbare Leitung in den Kolbenraum mündet. . . .. .

Weitere Merkmale-der 'Neuerung sind den Ansprüchen zu entnehmen.

Einzelheiten der Neuerung sind-nachstehend an Hand eines in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen: \ .

Pig. 1 einen Längsschnitt des Servoventiles und

Fig. 2 ein die Arbeitsgänge des Servpventiles veranschaulichendes Diagramm.

Das Ventil-Gehäuse 10 besitzt die im wesentlichen zylindrische:.-. Bohrung 11, die an beiden Enden durch Absehlußschrauben 12, 13 geschlossen ist.

Die zylindrische Bohrung 11 ist an ihrer Innenwandung mit Nuten 14, 15 versehen, von denen die erstgenannte über die Leitung 16 mit einer Hochdruckmediumquelle und die letztere über die Leitung mit einem Mediumbehälter verbunden ist. Die Leitung 18 mündet in ]* die zylindrische Bohrung 11 in der Mitte des Abstandes der beiden Nuten 14, 15· Der Umsteuerkolben 19 ist in seiner Längsmitte mit

ts> einer Ringnut versehen und kann sich axial in der Bohrung 11 zwischen den beiden durch die Verschlußschrauben 12, 13 gegebenen Umkehrstellungen bewegen. Je nach Stellung des Kolbens 19 in der einen oder anderen Umkehrstellung ist die Leitung 18 mit dem Mediumhochdruck in der Leitung 16 oder über die Leitung 17 mit dem Mediumbehälter verbunden. Der Umsteuerkolben 19 besitzt die axiale Bohrung 19a. von sehr kleinem Durchmesser, durch welche die Steuerstange 20 mit Spiel hindurchragt. An den Endabschnitten der Steuerstange 20 sind zwei Ventilkegel 21, 22 spiegelbildlich zu-

vf einander befestigt., die mit der Steuerstange den Vorsteuerkolben bilden. Die Steuerstange 20 erstreckt sieh durch die Ventilkegel

* und die Bohrungen 12a, 13a der Abschlußschrauben 12, 13 hindurch, so daß sie aus dem Gehäuse 10 ragt. Die Bohrungen 12a, 13a haben einen Durchmesser von einem Vielfachen des Durchmessers der Steuerstange 20, um als Äuslaßöffnungen für das Druckmedium zu wirken. Die d.em Kolben 19 zugewandten Enden beider Auslaßöffnungen bilden die Ventilsitze 12b bzw. 13b für die Ventilkegel 21 bzw.

Die beiden Abschlußschrauben 12, 13 sind außerdem mit je einem Hohlzylinder 12c bzw.. 13o versehen, die einerseits zur Begrenzung der axialen Bewegung des Kolbens 19 und andererseits zur Aufnahme je eines Ventilkegels 21 bzw. 22 dienen.

» ■■■ ■ ■

Das rechte Ende der Steuerstange 20 endigt in der gegabelten Ver-

* bindung 20b mit dem Anker 23 des Elektromagneten 24, bei dessen Erregung der Anker entgegengesetzt zum Uhrzeigerdrehsinn angezogen und dadurch die Steuerstange 20 mit den Ventilkegeln 21, 22 nach rechts verschoben wird. Das linke Ende der Steuerstange 20 ist in ähnlicher Weise mit dem Hebel 25 verbunden, der durch eine nicht gezeigte äußere Einrichtung im Uhrzeigerdrehsinn, mechanisch ver-

schwenkbar ist. Der Hebel 25 wird in seiner Normalstellung durch die Feder 2β gegen den Anschlag 27 gedrückt... In der Normalstellung des Hebels 25 ist zwischen den justierbaren Muttern 20a am Ende der Steuerstange 20 und. dem Hebel 25 ein Zwischenraum., der ausreicht für das Anlegen des Ankers 23 gegen den Magnetkern des Magneten Der Hebel 25 dient zur-.Rückstellung der Steuerstange 20 mit ihren Ventilkegeln 21 * 22 nach links und gleichzeitig auch zum Abziehen des Ankers 23 gegen die Wirkung eines remanenten Magnetismus im Magneten 24.

Der Einlaßkanal j50 im Gehäuse 10 ist mit einem noekengesteuerten Ventil (nicht gezeigt) verbunden, das synchron mit der. Schwingbewegung des Hebels 25 betätigt wird, um den Einlaßkanal JO entweder mit dem Mediumbehälter oder mit der Hochdruckmediumquelle zu verbinden. Im Gehäuse 10 mündet der Einlaßkanal 30 in den Längskanal 31, der die beiden durch die Hohlzylinder 12c, 13c-der Abschluß schrauben 12, 13* die Bohrung .11 und die äußeren Stirnflächen des Kolbens 19 gebildeten Kammern 34, 35 verbindet. Kurz vor jeder der beiden Mündungsstellen des Kanäles 3,1 .in. die Kammern 34, 35 ist je eine Strömungsdrossel 32 bzw. 33 angeordnet. '

Das Gehäuse 10 ist im Medium des Behälters angeordnet, so daß die Auslaßöffnungen 12a, 13a und die Leitung 17-direkt in das Medium im Behälter münden. Die Leitungen 16, 18, 30 sind Rohrleitungen, die vom Gehäuse 10 zu den zugeordneten Einrichtungen führen.

Wie schon erwähnt, verbindet das neuerungsgemäße Servoventil die Leitung 18 wahlweise mit der Leitung 16 oder 17· Die Leitung ?18 kann mit einer Arbeitseinrichtung oder einer stellenbestimmenden Einrichtung, z. B. einem Kolbenaddiererj verbunden sein, .per Umsteuerkolben 19 kann daher gleiche oder verschiedene Steuerstellungen für jeden folgenden Arbeitsumlauf der Maschine einnehmen, deren Bestandteil er ist und mit der er phasengleich arbeiten muß. Bei einer Stellung des Servoventils gemäß Pig. 1/ist sowohl der Einlaßkanal 30 als auch der durch die Ringnut im

Kolben 19 gebildete Zylinderraum an den Mediumbehälter angeschlossen. Hierbei ist der Kolben 19 an allen seinen vier Stirnflächen dem Behälterdruck ausgesetzt, so daß der Kolben 19 gegen die Stirnfläche des Hohl zylinder s 13c mit einer Kraft gedrückt wird, die

& entsteht durch/den auf die um die ringförmige Stirnfläche des Hohlzylinders 13c größere linke äußere Stirnfläche des Kolbens

-ε wirkenden Behälterdruck. Dasselbe gilt auch, wenn sich der Kolben in seiner linken Stellung befindet. Dem Kräftesystemrzufolge ■ verbleibt der Kolben 19 so lange in der "jeweiligen Stellung, bis die Steuerstange 20 mit den an ihr befestigten Ventilkegeln 21, verstellt und der Einlaßkanal 30 mit der Hochdruckmediumquelle verbunden ist. - ■ " " .

Wie in der Fig. 2 gezeigt, umfaßt ein Arbeitsumlauf drei Schritte, die sich -überlappen. !Jährend des ersten Schrittes im Umlauf erfolgt t die Betätigung des Hebels 25 zur Rückstellung der Steuerstange und des Ankers 23· 1st in dem vorhergegangenen Arbeitsumlauf der Anker 23 nicht von dem Magneten 24 angezogen worden, führt der Hebel 25 einen Leerhub aus. Während des zweiten Schrittes des Umlaufes kann der Magnet 24 erregt werden. Unmittelbar nach dem Auftreten des Stromimpulses, jedoch kurz vor Vollendeung der Verstellung der Steuerstange 20 mit ihren Ventilkegeln 21, 22, wird Druck an den Einlaßkanal 30 angelegt, wodurch der Ventilkegel 21 bzw. 22 auf seinen Sitz 12b bzw. 13b gedrückt und.ein Druck in der entsprechenden Endkammer. 34 bzw. 35 aufgebaut wird,.-der den Kolben 19 verstellt, wenn die Kolbenstellung es erlaubt. Durch das Verstellen der Steuerstange 20 vor der Erzeugung eines Drucket impulses im Einlaßkanal 30 vollzieht sich der Verstellvorgang bei einem im Kolbenraum herrschenden geringen Druck (Behälterdruck), so daß der Vorgang mit geringster Verzögerung und" geringer Kraft erfolgt. Dies erlaubt wiederum die Verwendung unverstärkter'elektrischer Steuerimpulse, da der Magnet 24 mit geringer Leistung auskommt.

Nehmen die einzelnen Teile am Beginn des ersten Arbeitsumlaufes die in der E¹Ig. 1 gezeigten relativen ^Stellungen ein, dann be- - . wirkt die Betätigung des Hebels 25 am Beginn dieses Arbeitsum-

laufes keine Änderung des Einstellzustandes der Teile. Beim Anlegen eines Impulses 40 an den Magnet 24 zieht dieser den Meer 23 an. Während der Bewegung des Ankers 23 und somit der Steuerstange 20 mit den Ventilkegeln 21 und 22 nach rechts, wird zum Zeitpunkt w des Überschreitens der.Mittellage der Steuerstange, d. h. bei einem größeren Abstand des Ventilkegels 21 zum zugeordneten Ventilsitz, als der des Ventilkegels 22 ein Druckimpuls in der Zeit 42 an den Einlaßkanal 30 gelegt. Der dem Austreten des Mediums aus der Kammer 35 entgegenwirkende Widerstand ist größer als der an der Kammer 34 herrschende, so daß der Druck in der Kammer 35 scharf auf den Impulsdruck ansteigt und der Kolben 19 nach links bewegt wird, wie dies durch den positiven Anstieg 43a in der Kolbenverstellungskurve gezeigt ist. Während des Ansteigens des'Druckes in der Kammer 35 wird der Ventilkegel 22 von der Steuerstange 20

fest auf seinen Sitz 13b gedrückt (Siehe steile Kurve 41a). Nach Beend:

Lage.

Beendigung des Stromimpulses und de"s Druckimpulses in seiner linken

In der Zeit 44 des zweiten Arbeitsumlaufes stellt der Hebel 25 die Ventilkegel 21, 22 nadh links zurück. Nach dem Anlegen* des Stromimpulses in der Zeit 45 und des Druckimpulses in der Zeit 46 wird die Steuerstange 20 mit den Ventilkegeln wie vorher eingestellt. Der Kolben 19 ist jedoch bereits in seiner linken!: Stellung und führt daher keine Bewegung aus.

Während des dritten Arbeitsumlaufes verschiebt der Hebel 25 die Ventilkegel in der Zeit 47 nach links. Während dieses Arbeitsumlaufes wird dem Magneten kein Impuls zugeführt, so daß beim Anlegen des Druckimpulses in der Zeit 48 der Ventilkegel 21 den Auslaß 12a abschließt und ein Druck in der Kammer 34 aufgebaut wird. Der Kolben 19 wird daher'nach rechts bewegt, wie dies durch den'Abfall 43b in der Kolben-Verstellungskurve 43 dargestellt ist,

+ bleiben die Ventilkegel 21, 22 in ihrer rechten Lage und der Kolben 19 '

Im vierten Ärbeitsumlauf bewirkt der Hebel 25 in der Zeit 48keine Rückstellung, der Ventilstange 20, da diese in ihrer linken Stellung seit dem vorausgegangenen Arbeitsumlauf geblieben ist. Daher baut der Druckimpuls in der Zeit 49 infolge des in seiner linken Stellung verbliebenen Ventilkegels erneut einen Druck in der Kammer 54 auf, der den Kolben 19 nach rechts zu verstellen versucht". Daater der Kolben bereits in seiner rechten Stellung sich befindet, führt dieser Druck keine Verstellarbeit aus. Ein fünfter Arbeitsumlauf würde entweder eine Wiederholung des ersten oder vierten Umlaufes sein.

Claims (5)

Schutz a η s ρ r ü c h e:

1. Hydraulischer Servomechanismus mit in einem Gehäuse - koaxial ein-ander umgehenden Umsteuer- und Vorsteuerkolben, dadurch gekenn-. ^; zeichnet, daß der· Umsteuerkolben (19) mit einer Ringnut versehen ist zwecks Verbindung jeweils zweier" von drei in den Kolbenraum (11) des Gehäuses (10) einmündenden Leitungen (16, 17* 18), daß der koaxial den Umsteuerkolben (19) durchdringende, elektromechanisch bewegbare Vorsteuerkolben (20,"21, 22) beiderseits des Umsteuerkolbens (19) in je eine .nach demselben zu offene und für denselben als Anschlag-:(12c bzw. 13c) dienende Kammer mit einer durch den Vorsteuerkolben ('20, 21,, 22) verschließbaren Auslaßöffnung-(21a bzw. 13a) ragt und daß beiderseits der Anschlagstellung des Umsteuerkolbens (19) je eine an eine Druckmediumquelle intermittierend ansehließbare Leitung (3I) in den Kolbenraum mündet.

2. Servomechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schraubenbolzen (12, I3) den zylindrischen Kolbenraum (11) · verschließen und jeder Schraubenbolzen eine axiale als Auslaß-" öffnung dienende Bohrung (12a bzw. 13&) und einen hohlzylindrfehen für die Aufnahme des Vorsteuerkolbens. (20, 21, 22) dienenden Ansatz (12c bzw. IJc) besitzt, in dessen Bereich die mit der Druckmediümquelle verbundene Leitung (J1} in den Kolbenraum (11) mündet.

3· Servomechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerkolben aus zwei beiderseits des Umsteuerkolbens (19) befindlichen Ventilkegeln (21, 22) besteht, die durch eine den Ümsteuerkolben (19) durchdringende Stange (20) miteinander verbunden sind.

4. Servomechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Vorsteuerkolben (21, 22) mit dem Anker (23) eines Elektromagneten (24) durch eine Stange (20) formschlüssig verbunden
ist und die Stange (20) ein Glied (20a) aufweist, das so ange-

*■* ordnet ist, daß es nach Verschiebung der Stange (20) durch den Elektromagneten (24) zwecks Rückführung in den Wirkungsbereich eines verschwenkbaren Hebels (25) gelangt.

5. Servomechanismus nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (12a bzw. 13a) eines jeden der beiden Schraubenbolzen (12, 1'3) e"inen Durchmesser besitzt, der außer dem Druckmedium auch die Durchführung der Stange (20)
zum Magneten (24) bzw. zum Hebel (25) gestattet.