(19)
(11) EP 0 336 887 A1

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
11.10.1989  Patentblatt  1989/41

(21) Anmeldenummer: 89810182.9

(22) Anmeldetag:  09.03.1989
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)4F15B 9/12
(84) Benannte Vertragsstaaten:
CH DE FR GB IT LI

(30) Priorität: 08.04.1988 CH 1304/88

(71) Anmelder: SIG Schweizerische Industrie-Gesellschaft
CH-8212 Neuhausen am Rheinfall (CH)

(72) Erfinder:
  • Huber, Reinhold
    CH-8212 Neuhausen am Rheinfall (CH)

(74) Vertreter: Münch, Otto et al
Isler & Pedrazzini AG, Patentanwälte, Postfach 6940
8023 Zürich
8023 Zürich (CH)


(56) Entgegenhaltungen: : 
   
       


    (54) Druckmittel-Servoverstärker


    (57) Der Servoverstärker umfasst ein Mehrkanten-Steuerventil (8), einen Pilotmotor (36), sowie ein Zylinderaggregat (1). Im Gehäuse (9) des Ventils (8) ist eine Mutter (32) drehbar, aber axial unverschiebbar gelagert. Sie ist drehfest mit der Abtriebswelle (37) des Pilotmotors (36) verbunden. Mit einem Gewinde (31) geringer Steigung ist eine Steuerwelle (25) in die Mutter (32) eingeschraubt. Am gegenüberliegen­den Ende ist die Steuerwelle (25) mit einem Steilgewinde (28) in eine mit dem Kolben (3) des Zylinderaggregates (1) verbundene Mutter (29) eingeschraubt. Durch diese Ausbil­dung wird eine grosse Flexibilität erreicht. Mit verhältnis­mässig wenigen Einzelteilen können Servoverstärker mit unterschiedlichen Leistungsbereichen sowohl für pneumatische als auch für hydraulische Anwendungen zusammengebaut werden.




    Beschreibung


    [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.


    Ansprüche

    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).
     




    Zeichnung










    Recherchenbericht