[0001] Ein hydraulischer Servoverstärker gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
CH-PS 658.302 bekannt. Er umfasst ein Vierkanten-Fühlerventil mit einem Gehäuse und
einem Ventilschieber. Die Abtriebswelle eines Motors ist drehfest, aber axial verschiebbar
mit einer Zwischenwelle verbunden. Diese durchgreift eine axiale Bohrung des Steuerschiebers
und ist am andern Ende mit einem Gewindezapfen in ein Muttergewinde einer Steuerwelle
eingeschraubt. Die Steuerwelle ist im Gehäuse drehbar, aber axial unverschiebbar gelagert.
Mit einem Steilgewinde greift sie in eine Mutter in einem Kolben eines Betätigungszylinders
ein. Der Steuerschieber liegt an einem Bund der Zwischenwelle an. Diese Bauart von
hydraulischem Servoverstärker hat sich sehr bewährt. Allerdings erfordert das Bereitstellen
solcher Verstärker für verschiedene Kolbenhübe und Kolbendurchmesser einen erheblichen
Lageraufwand.
[0002] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckmittel-Servoverstärker der
eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass er leicht andern Bedingungen angepasst
werden kann. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
gelöst.
[0003] Durch die erfindungsgemässe Lösung ist der Servoverstärker leicht in seine einzelnen
Komponenten zerlegbar, und es kann eine Komponente gegen eine andere mit unterschiedlicher
Charakteristik ausgetauscht werden. Die erfindungsgemässe Lösung ermöglicht es also,
den Servoverstärker als Bausatz bereitzustellen und nach Bedarf zusammenzubauen. Dies
vereinfacht die Herstellung und Lagerhaltung und vergrössert die Flexibilität in
der Anwendung. Insbesondere ist es auch möglich, mit den gleichen Grundkomponenten
einen hydraulischen oder einen pneumatischen Servoverstärker zu bauen.
[0004] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
Darin zeigt:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform,
Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine zweite Ausführungsform, und
Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine dritte Ausführungsform.
[0005] Der Servoverstärker nach Fig. 1 ist für Hydraulik und Druckgas, z.B. Druckluftbetrieb,
geeignet. Er umfasst ein Zylinderaggregat 1 mit einem Zylinder 2 und einem darin
geführten Kolben 3 und einer Kolbenstange 4. Kolben 3 und Kolbenstange 4 bilden
das Abtriebsglied des Servoverstärkers. Am einen Zylinderboden 5 ist ein Mehrkanten-Fühlerventil
8 befestigt. Dieses besteht aus einem Ventilgehäuse 9 und einem Steuerschieber 10.
Der Steuerschieber 10 ist in einer koaxial zur Kolbenstange 4 verlaufenden Bohrung
11 des Gehäuses 9 verschiebbar und hat mehrere Umfangsnuten 12, die mit der zylindrischen
Aussenfläche des Steuerschiebers 10 zusammen vier Steuerkanten 13 bilden. Diese wirken
zusammen mit entsprechenden Steuerkanten 14 des Gehäuses 9, welche durch Umfangsnuten
15 und die Bohrung 11 gebildet werden. Eine axiale Auslenkung des Steuerschiebers
10 in der Bohrung 11 öffnet je einen Steuerkantensatz 13, 14 vom Druckanschluss P
zum ersten Ausgang 16 des Ventils 8 und vom zweiten Ausgang 17 zum Rücklauf T (bzw.
zur Atmosphäre bei pneumatischen Anwendungen). Die beiden Ausgänge 16, 17 sind mit
den beiden Zylinderräumen 18, 19 des Zylinderaggregates 1 verbunden.
[0006] Zur Betätigung des Steuerschiebers 10 dient eine koaxial zur Kolbenstange 4 verlaufende
Steuerwelle 25. Sie besteht aus zwei lösbar miteinander verbundenen Teilen 26, 27.
Das in die hohle Kolbenstange 4 ragende Teil 26 hat ein Steilgewinde 28. Dieses ist
in eine am Kolben 3 befestigte Mutter 29 eingeschraubt. Ein zylindrischer Abschnitt
30 des Teils 26 ist abdichtend durch den Zylinderboden 5 geführt. Das Teil 27 hat
ein Aussengewinde 31 mit einer wesentlich geringeren Steigung als das Gewinde 28.
Mit diesem Gewinde 31 ist das Teil 27 in eine gegenüber dem Gehäuse 9 drehbar, aber
axial unverschiebbar gelagerte Mutter 32 eingeschraubt. Die Mutter 32 hat eine Umfangsverzahnung
33, in welche ein Zahnriemen 34 eingreift. Der Zahnriemen 34 umschlingt auch ein Abtriebsritzel
35 eines Pilotmotors 36. Der Pilotmotor 36 kann z.B. ein elektrischer Schrittmotor
sein und ist in der Darstellung nach Fig. 1 am Zylinderboden 5 befestigt. Der Steuerschieber
10 ist durch eine Feder 20 stirnseitig an die Steuerwelle 25 gepresst und folgt somit
der axialen Bewegung der Steuerwelle 25.
[0007] Im Betrieb arbeitet der in Fig. 1 dargestellte Servoverstärker wie folgt: Wird mit
dem Pilotmotor 36 das Ritzel 35 gedreht, so verdreht sich auch die Mutter 32. Durch
Eingriff des Gewindes 31 in der Mutter 32 verschiebt sich die Steuerwelle 25, wobei
sie sich gleichzeitig wegen des Eingriffs des Steilgewindes 28 in der Mutter 29 etwas
verdreht. Diese Verdrehung wirkt im dargestellten Ausführungsbeispiel, wo die Gewinde
28, 31 gleichsinnige Steigung haben, im Sinne einer Vergrösserung der durch die Drehbewegung
der Mutter 32 bewirkten Verschiebung der Steuerwelle 25. Der Steuerschieber 10 folgt
der Auslenkung der Steuerwelle 25, sodass dem einen Zylinderraum 18 Druckmittel zugeführt
und das Druckmittel aus dem andern Zylinderraum 19 abgeführt wird. Dadurch verschiebt
sich der Kolben 3 mit der Kolbenstange 4. Bei dieser Verschiebung verdreht die Mutter
29 durch Eingriff mit dem Steilgewinde 28 die Steuerwelle 25 in dem Sinne, dass sich
die Steuerwelle durch Eingriff des Gewindes 31 in der Mutter 32 in die dargestellt
Neutrallage zurückschraubt. Der Hub des Kolbens 3 folgt damit proportional dem Drehwinkel
der Mutter 32, also dem durch den Pilotmotor 36 vorgegebenen Sollwert.
[0008] Der beschriebene Servoverstärker ist durch seinen Aufbau vielseitig abwandelbar und
daher als Bausatz für ein breites Anwendungsgebiet einsetzbar. Das Fühlerventil 8
ist als separate Einheit angeflanscht und kann gegen ein anderes Ventil z.B. mit grösserem
Schieberdurchmesser, anderer Kennlinie usw. ausgetauscht werden. Da der Steuerschieber
10, anders als bei bekannten derartigen Servoverstärkern, nicht durch eine Hilfswelle
durchdrungen ist, kann er kleiner gebaut werden. Durch den zweiteiligen Aufbau der
Steuerwelle 25 kann das Uebersetzungsverhältnis, d.h. das Verhältnis des Kolbenhubes
zum Drehwinkel der Mutter 32 einfach geändert werden. Dazu braucht nu das Teil 26
und die Mutter 29 gegen einen entsprechenden Satz mit anderer Steigung ausgetauscht
zu werden. An die Einheit bestehend aus Fühlerventil 8, Pilotmotor 36, Mutter 32
und Teil 27 können unterschiedliche Zylinderaggregates 1 mit jeweils in der Länge
und in der Gewindesteigung passendem Teil 26 angebaut werden. Der Pilotmotor 36 kann
auch sehr leicht gegen einen andern mit unterschiedlicher Dynamik oder anderem Drehmoment
ausgetauscht werden. Der beschriebene Aufbau ist daher sehr gut für einen Bausatz
geeignet, mit welchem sich Servoverstärker für die unterschiedlichsten Bedürfnisse
zusammenstellen lassen.
[0009] Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Pilotmotor 36 stirnseitig koaxial am
Ventilgehäuse 9 angebaut. Die Mutter 32 ist hier direkt starr auf der Abtriebswelle
37 des Pilotmotors 36 befestigt. Das Teil 26 der Steuerwelle 25 hat eine Verlängerung
41, welche eine axiale Bohrung 21 des Steuerschiebers 10 durchgreift. Der Steuerschieber
10 wird durch die Feder 20 gegen einen Flansch 42 der Verlängerung 41 gepresst und
ist auf dieser mittels eines Axialkugellagers 43 gelagert.
[0010] Die Ausführungsform nach Fig 2 hat die gleiche Wirkungsweise und ist schlanker als
jene nach Fig. 1, weil der Pilotmotor 36 nicht seitlich angebaut ist. Dies erfordert
jedoch einen dickeren Steuer schieber 10 und eine grössere Baulänge und ist weniger
flexibel.
[0011] Die Ausführungsform nach Fig 3 unterscheidet sich von jener nach Fig. 2 durch die
Art des Abtriebsgliedes, das hier der Rotor 46 eines Hydro- oder Pneumatik-Rotationsmotors
47 ist. Die Mutter 29 ist mit diesem Rotor 46 starr verbunden. Der Drehwinkel des
Rotors 46 ist proportional zum Drehwinkel der Abtriebswelle 37. Auch bei der Ausführungsform
nach Fig. 1 kann das Zylinderaggregat 1 in der in Fig. 3 dargestellten Weise durch
einen Fluidmotor ersetzt werden.
[0012] Die Gewindeteile 26, 27 der Steuerwelle 25 können Gewinde mit gleichlaufender oder
mit entgegengesetzt gerichteter Steigung aufweisen.
1. Druckmittel-Servoverstärker umfassend ein Mehrkantenfühlerventil (8) mit einem
Gehäuse (9) und einem Steuerschieber (10), einen Pilotmotor (36), ein Abtriebsglied
(3, 4; 46), das durch ein durch das Fühlerventil (8) gesteuertes Druckmedium betätigt
ist, sowie eine Steuerwelle (25), die ein erstes, ins Abtriebsglied (3, 4; 46) eingeschraubtes
Gewinde (28) sowie ein zweites Gewinde (31) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
das zweite Gewinde (31) mit einem bezüglich des Ventilgehäuses (9) drehbar, aber axial
unverschiebbar gelagerten Element (32) verschraubt ist, das drehfest mit der Abtriebswelle
(37) des Pilotmotors (36) verbunden ist, und dass der Steuerschieber (10) der axialen
Bewegung der Steuerwelle (25) folgt.
2. Servoverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Element
eine Mutter (32) und das zweite Gewinde (31) der Steuerwelle (25) ein Aussengewinde
ist.
3. Servoverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (32) zwischen
dem Steuerschieber (10) und dem ersten Gewinde (28) angeordnet ist.
4. Servoverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (32) über
einen Riementrieb (34) mit der Abtriebswelle (37) des Pilotmotors (36) verbunden ist.
5. Servoverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerwelle (25) aus zwei Teilen (26, 27) besteht, die austauschbar lösbar miteinander
verbunden sind und je eines der beiden Gewinde (28, 31) aufweisen.
6. Servoverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Element
(32) austauschbar lösbar mit dem Gehäuse (9) verbunden ist.
7. Servoverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
ein das Abtriebsglied (3, 4; 46) enthaltendes Betätigungselement (1, 47) austauschbar
lösbar am Ventilgehäuse (9) befestigt ist.
8. Servoverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
der Steuerschieber (10) durch eine Feder (20) gegen die Steuerwelle (25) angepresst
ist.
9. Servoverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Gewinde (28) steiler ist als das zweite Gewinde (31).