DE8904155U1

DE8904155U1 - Linearverstärker

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Publication number: DE8904155U1
Application number: DE8904155U
Authority: DE
Original assignee: SIG SCHWEIZERISCHE INDUSTRIE-GESELLSCHAFT NEUHAUSEN AM RHEINFALL CH
Current assignee: SIG SCHWEIZERISCHE INDUSTRIE-GESELLSCHAFT NEUHAUSEN AM RHEINFALL CH
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1989-05-11

Description

Linearverstärker

Ei? Linearverstärker gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der CH-PS 660*637 bekannt. Es handelt sich um einen elektro-hydraulischen Linearverötätk-ar asit einem Schrittmotor, einem Vier-Wege-Proportionalventil und einem Zylinderaggregat mit einem Kolben. Die Abtriebswelle des Schrittmotors ist über eine drehsteife, axial nachgiebige Kupplung sit einer Steuerwelle verbunden. Die Steuerwelle ist an dem der Kupplung gegenüberliegenden Ende mit einem ersten Gewinde in eine RUckfUhrwelle eingeschraubt. Die RückfUhrwelle hat ein zweites Gewinde grösserer Steigung, welches in ein Muttergewinde des Kolbens eingeschraubt ist. Die Steuerwelle ist axial unverschiebbar mit dem Schieber verbunden. Durch diese Ausbildung wird eine dem Drehwinkel der Abtriebswelle des Pilotmotors exakt proportionale Auslenkung des Kolbens erreicht. Dieser Linearverstärker hat sich sehr bewährt. Allerdings ist er etwas aufwending in der Herstellung.

i* · &psgr;&ggr; Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearverstärker der eingangs genannten Art derr.rt auszubilden, dass er preiswert hersteilbar ist. Diese Aufgabe wird

g durch die kennzeichnenden Mertenale des Anspruchs 1 gelöst.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemässen Linearverstärker,

Fig. 2 eine vergrösserte Darstellung eines Teils des Schnittes nach Fig. 1, und

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III - III in Fig. 2.

Der in den Fig. 1-2 dargestellte Linearverstärker ist vor allem als elektro-hydraulischer Stellmotor konzipiert, lässt sich abur bei geeigneter Einstellung der Ueberlappung (bzw. "Unterlappung") auch mit Druckluft betreiben. Der Verstärker besteht aus einem als elektrischer Schrittmotor ausgebildeten Pilotmotor 1, einem Ventil 1 und einem Zylinderaggregat 3. Im Ventilgehäuse 19 ist in einer Bohrung 20 koaxial üur Abtriebewelle 11 des Pilotmotors 1 ein Schieber 21 verschieb bar gelagert. Der Schieber 21 besteht aus einer koaxial /ar Welle 11 angeordneten Hülse 22 und zwei koaxialen, rohrför-

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mlgen Schieberteilen 23, 24. Die Teile 23, 24 sind durch eine Druckfeder 25 auseinander gegen je ein Axialkugellager 26, gespreizt. Das Kugellager 27 stützt sich gegen einen Flansch 28 der Hülse 22 ab. Das Kugellager 26 liegt an einer auf dem dem Pilotmotor 1 zugewandten Ende der Hülse 22 aufgeschraubten, selbsthemmenden Einstellmutter an. Nach Entfernen des Pilctrsctcrs 1 kann die Mutter 29 mit einem SchlüRRe] bei Regenhalten gegen Nocken 30 der Hülse 22 relativ zur Hülse 22 verdreht und damit der Abstand der Schieberteile 22, 23 voneinander eingestellt werden.

Die rohrförmigen Schieberteile 23, 2 4 haben vier durch axiale Einschnitte gebildete Fenster 34, 35. Die einander zugewandten, senkrecht zur Achse 4 des Verstärkers geschliffenen Stirnflächen 36, 37 der Fenster 34, 35 bilden mit dem in der Bohrung 20 verschiebbaren Aussenmantel 38 der Teile 23, 24 je eine Steuerkante 33, 4ö. Diese steuerkanten 39, 40 wirken mit entsprechender. Steuerkanten 41, 42 des Ventilgehäuses 19 zusammen. Die Steuerkanten 41, 42 werden durch die Stirnfläche 46, 47 von Umfangsnuten 48, 49 des Gehäuses 19 mit dpr Bohrung 20 gebildet. Die dem Pilotmotor 1 zugewandte Nut 48 kommuniziert mit einer Querbohrung 50, welche mit einem Rücklaufanschluss verbunden ist. Die andere Nut 49 ist mit einer weiteren, mit Speisedruck gespeisten Querbohrung 51 verbunden. Die freien Enden der Schieberteile 23, 24 sind je auf einem Ring 52, 53 zentriert. Die Ringe 52, 53 schliessen die Fenster 34, 35 ab, stützen sich an den Kugellagern

26, 27 ab und wirken als Hubbegrenzung des Schiebers 21. Der Ring 53 hat einen Kranz von radialen Bohrungen 54, welche den Zwischenraum 55 zwischen Schieber 21 und Hülse 22 mit dem einen Zylinderraum 60 des Aggregates 3 direkt verbinden.

Im Zylinder 61 des Aggregates 3 ist ein Kolben 62 mit einer hohlen Kolbenstange 63 axial verschiebbar, aber durch nicht dargestellte Mittel gegen Verdrehen gesichert. Der zweite Zylinderraum 64 mit kleinerer Stirnfläche als der erste Zylinderraum 60 ist an den Speisedruck P angeschlossen.

Die Abtriebswelle 11 des Pilotmotors 1 hat am freien Ende ein Aussengewinde 12, das in ein Muttergewinde 68 der Hülse 22 eingeschraubt ist. Die Schraubverbindung zwischen Welle 11 und Hülse 22 ist durch eine stirnseitig an die Welle 11 durch eine Feder 69 angepresste Kugel 70 spielfrei. Das andere Ende der Feder 69 stützt sich am Stirnende einer durch einen Querstift 72 starr mit der Hülse 22 verbundenen Rückführwelle 71 ab. Die Welle 71 hat ein Aussengewinde 73, dessen Steigung wesentlich grosser ist als die Steigung des Gewindes 12. Die Welle 71 ist in ein Muttergewinde 74 des Kolbens 62 eingeschraubt. Auch der Gewindeeingriff 73, 74 ist spielfrei, z.B. durch eine auf das Gewinde 73 aufgeschraubte, axial gegenüber dem Kolben 62 gesicherte, aber in Omfangsrichtung federnd vorgespannte Scheibe 75.

Um die Abdichtung der Abtriebswelle 11 spielarm zu machen, ist in einer erweiterten, koaxialen Bohrung 79 des Gehäuses 13 eine Buchse 80 eingesetzt. Die Buchse 80 hat eine koaxiale Bohrung 81, in welcher die Welle 11 mit geringem Spiel läuft. Die Buchse 80 hat je eine äussere und eine innere Umfangsnut 82, 83. Die Nuten 82, 83 sind mit einer Querbohrung 84 miteinander verbunden. Die Nut 82 kommuniziert über Bohrungen 85 des Gehäuses 19 mit der Querbohrung 50. Zwischen der Nut 83 und dem Pilotmotor 1 ist in der Buchse 80 eine elastomere Lippendichtung 86 eingesetzt. Durch diese Ausbildung ist die Lippendichtung 86 bloss mit dem Rücklaufdruck T beaufschlagt, so dass ihre Reibung auf der Welle 11 gering ist.

Der dargestellte Linearverstärker arbeitet wie folgt: Wenn die Abtriebswelle 11 des Pilotmotors 1 z.B. nach links gedreht wird, wird wegen des Rechtsgewindes 12 der Schieber in der Darstellung nach Fig. 1 und 2 nach rechts verschoben. Bei dieser Verschiebung schraubt sich das Steilgewinde 73 in das Muttergewinde 74 ein und verdreht die Hülse 22 etwas nach links, so dass der Relativdrehwinkel zwischen Welle 11 und Hülse 22 etwas kleiner als der Drehwinkel der Welle 11 relativ zum Gehäuse 19 ist. Die Auslenkung des Schiebers 21 ist also etwas kleiner als der durch den Drehwinkel der Welle 11 und die Steigung des Gewindes 12 gegebene Betrag. Bei der Verschiebung des Schiebers 21 nach rechts überdecken sich die Steuerkanten 40, 42 und die Steuerkanten 39, 41

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öffnen einen Spalt, so dass das OeI aus dem Zylinderraur. 50 über die Bohrungen 54, den Zwischenraum 55 und diesen Spalt in die Querbohrung 50 abfliesst. Der Kolben 62 wird durch den Speisedruck im Zylinderraum 64 nach links gedrückt und verscnit/bt sich mit einer Geschwindigkeit proportional der Schieberauslenkung. Bei dieser Verschiebung verdreht der Gewindeeinyrif£ 73, 74 die Rückführwelle 71 und damit als Hülse 22 nach links. Die Hülse 22 wird dabei durch den Gewindeeingriff 12, 68 zurückgeschraubt und verschiebt sich nach links, wobei mit abnehmender Spaltbreite zwischen den Steuerkanten 39, 41 die Kolbenbewegung langsamer wird, bis der Schieber 21 die dargestellte Neutralstellung erreicht hat und der Kolben 62 stillsteht. Bei einer Verdrehung der Abtriebswelle 11 des Pilotmotors 1 nach rechts wird entsprechend der Schieber 21 nach links verschoben und ein Steuerspalt zwischen den Steuerkanten 40, 42 geöffnet, so dass das irucköl von der Querbohrung 51 über diesen Steuerspalt, die Fenster 35, den Zwischenraum 55 und die Bohrungen 54 in den Zylinderraam 60 strömt und den Kolben 62 nach rechts bev-egt. Der Kolbenhub ist proportional zum Drehwinkel der Abtriebswelle 11 des Pilotmotors 1.

Druckanschluss P und Rücklaufanschluss T können auch vertauscht werden. In diesem Fall müssen jedoch die beiden Gewindeeingriffe 12, 68; 73, 74 gleichsinnige Steigung haben.

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Der beschriebene Linearverstärker ist gegenüber herkömmlichen Verstärkern z.B. gemäss CH-PS 660*637 einfach aufgebaut, weil die bei herkömmlichen Verstärkern erforderliche axial nachgiebige und drehfeste Kupplung zwischen Abtriebswelle und Pilotmotor entfällt, und weil die Verbindungsleitungen zwischen Ventil und Zylinderaggregat entfallen. Dadurch kann der erfindungsgemässe Verstärker kompakt und preiswert hergestellt werden. Durch den Wegfall von Verbindungsleitungen und engen Bohrungen wird eine sehr hohe Dynamik erreicht. Weil die beiden Schieberteile 23, 24 gegeneinander einsteilbar sind, kann die üeberlappung eingestellt werden. Dadurch können nicht nur die Herstellungstoleranzen grosser gewählt werden, was die Herstellung vereinfacht, sondern der Verstärker kann mit einfachen Mitteln dem Anwendungsfall angepasst werden. Wenn z.B. mit der Kolbenstange 63 eine grosse Masse bewegt wird, kann dies zu Instabilität des Verstärkers führen. Solche Instabilitäten können durch Einstellen einer negativen Üeberlappung vermieden werden. Durch die Einstellbarkeit kann die Lagerhaltung vereinfacht werden, weil es überflüssig ist, mehrere Sätze von Steuerschiebern mit unterschiedlichen Ueberdeckungsgraden an Lager zu halten. Mit einem geeigneten Werkzeug, das Schlüssel und Gegenhalter umfasst, und das anstelle des Pilotmotors 1 dichtend auf das Gehäuse 19 aufgeschraubt wird, kann der Ueberdeckungsgrad der Steuerkanten sogar im Betriebszustand verändert werden.

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Die durch axiale Einschnitte gebildeten Fenster 34, 35 ermöglichen es, die Steuerkanten 39, 40 kostengünstig präzis zu schleifen. Alternativ können die Fenster 34, 35 jedoch auch durch durchgehende raöiaie Qeffnungen in &sn Schieberteilen 23, 24 gebildet werden.

Claims

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SIG Schweizerische Industrie-Gesellschaft

CH-8212 Neuhausen am Rheinfall

Ansprüche

1, Linearverstärkax ianfa.scen4 einen Pilotmotor (1) mit einer Abtrieoswelle (11), ein Schiöberventil (2) mit einem Ventilgehäuse {19} und air.^- Schieber (21), der über einen ersten Gewindeeingriff (12,68) mit der Abtriebswelle (11) wirkvertunden ist, sowie ein koaxial zur Abtriebswelle (11) und zum Schieber (21) angeordnetes Zylinderaggregat (3) siit einem Zylinder (61) und einem Kolben (62) , der über einen zweiten Gewindeeingriff (73,74) unterschiedlicher Steigung mit einer koaxial zur Abtrieoswelle (11) angeordneten Rückführwelle (71) verbunden ist, wobei das erste (68) der beiden Gewindeglieder des ersten Gewindeeingriffs (12,68) starr mit der Rückführwelle (71) verbunden ist,dadurch gekennzeichnet, dass das zweite (12) der beiden Gewindeglieder des ersten Gewindeeingriffs (12,68) starr mit der Abtriebswelle (11) verbunden ist, und dass der Schieber (21) als Zweikantenschieber ausgebildet ist.

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2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gewindeglied (12) des ersten Gewindeeingriffs (12,68) ein Aussengewinde am freien Ende der Abtriebswelle (113f ist, dass da» tsrste Gewindeglied (68) des ersten Gewindeeingriffs (12,68) ein Muttergewinde in einer an der Rückführwelle (71) befestigten koaxialen Hülse (22) ist, und dass der Schieber (21) axial unverschiebbar mit der Hülse (22) verbunden ist.
3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hülse (22) eine vorgespannte Druckfeder (69) angeordnet ist, die einerseits an der Rückführwelle (71) und andererseits an der Abtriebswelle (11) abgestützt ist, um die beiden Gewindeglieder des ersten Gewindeeingriffs (12, 68) spielfrei gegeneinander vorzuspannen.
4. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (21) aus zwei axial voneinander beabstandeten, in ihrem gegenseitigen Abstand einstellbaren Schieberteilen (23,24) besteht.
5. Verstärker nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schieberteile (23,24) durch ein^ Feder (25) auseinandergespreizt sind, dass das erste Schieberteil

(24) gegen eine Schulter (28) der Hülse (22) anliegt, und dass das zweite Schieberteil (23) gegen eine auf die Hülse (22) aufgeschraubte Mutter (29) anliegt.
6. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schulter (28) und dem ersten Schieberteil (24) und zwischen der Mutter (29) und dem zweiten Schieberteil (23) je ein Axialkugellager (26,27) angeordnet ist.
7. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (21) rohrförmig ausgebildet ist, und dass Steuerkanten (39,40) des Schiftbers (21) durch Kanten von die Wand des Schiebers (21) durchbrechenden Fenstern (34,35) gebildet sind.
8. Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das dem PilotnKtor (1) abgewandte Ende des Schiebers (21) in einem Zylinderraum (60) des Zylinderaggregates (3) angeordnet ist, und dass der Innenraum (55) des rohrförmigen Schiebers (21) über Oeffnungen (54) des Schiebers (21) direkt mit diesem Zylinderraum (60) kommuniziert.
9. Verstärker nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fenster (34,35) durch axiale Einschnitte an den Stirnenden des rohrförmigen Schiebers (21) gebildet sind.
10. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (11) mit geringem Spiel eine gehäusefei!;te Bohrung (8) durchdringt, dass axial gegenüber der Bohrung (81) gegen den Pilotmotor (1) hin versetzt ein auf der Abtriebswelle (1) gleitender elastomerer Dichtring (86) angeordnet ist, und dass die der Bohrung (81) zugewandte Seite des Dichtrings (86) über Kanäle (84,85) mit einem Rücklaufanschluss (50) verbunden ist.

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