DE19912984A1 - Vorspannungs-Kolben-Betätigungsglied - Google Patents
Vorspannungs-Kolben-BetätigungsgliedInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Betätigungseinrichtung für Schwingungstestgeräte, die enthält: DOLLAR A ein zentrales Gehäuse mit einer Hauptbohrung, welche sich entlang einer Achse durch das Gehäuse erstreckt, einen Hauptkolben mit einer Betätigungsstange, die sich zwischen den gegenüberliegenden Enden erstreckt, und mit einer sich radial nach außen erstreckenden Schulter, die zwischen den Kolbenenden vorgesehen ist, um eine erste effektive Kolbenfläche zu bilden, wobei der Hauptkolben entlang der Achse innerhalb der Hauptbohrung für eine hin- und hergehende Bewegung angeordnet ist, und eine Schwimmkolbenanordnung, die mit einem Ende des Hauptkolbens verbunden ist, wobei die Schwimmkolbenanordnung einen Vorspannkolben aufweist, der axial mit dem Hauptkolben ausgerichtet ist und eine zweite effektive Kolbenfläche bildet, wobei die zweite effektive Kolbenfläche größer als die erste effektive Kolbenfläche ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft generell hydraulische Betätigungseinrichtungen
für Schwingungstestgeräte, und insbesondere eine doppelwirkende Kolbenbetäti
gungseinrichtung mit einer schwimmenden Kolbenanordnung, die an einem Ende
einer Kolbenstange vorgesehen ist.
Verschiedene Verfahren und Systeme werden im Bereich der Schwingungs
testindustrie eingesetzt, um eine Schwingungs- und Stoßumgebung zu simulieren.
Es besteht eine Vielzahl von potentiellen Einsatzmöglichkeiten für derartige
Verfahren und Systeme, die von Erdbebensimulatoren bis zu der Entwicklung von
schwingungstoleranten Produktgestaltungen reichen. Beispielsweise wird in einer
Reihe von Industriezweigen das Testen mittels Schwingungen zum Bestimmen der
Effektivität der Produkte dieser Industriezweige und der Lebensdauer bei Einwirkung
dieser Umgebungsextreme eingesetzt. Das Testen mittels Schwingungen kann
ausgeführt werden, um zu überprüfen, ob eine spezifische Gestaltung in ihrer
beabsichtigten bzw. zukünftigen Schwingungsumgebung bestehen wird, oder um
defekte Bauteile in einem frühen Stadium des Herstellvorganges herauszufinden.
Das Testen mittels Schwingungen wird üblicherweise in der Weise ausgeführt, daß
der zu testende Gegenstand eingespannt wird, um entlang einer einzelnen Achse
bewegt zu werden. Jedoch hat es sich gezeigt, daß das Testen mittels Schwingun
gen in drei sich gegenseitig ausschließenden bzw. sich schneidenden Achsen die
wahren Umgebungsbedingungen besser simulieren kann als das Testen entlang
einer einzelnen Achse. Um daher die wirklichen Umgebungsbedingungen besser zu
simulieren, ist es häufig wünschenswert, Mehrachsen-Schwingungstestspann
einrichtungen mit mehreren Freiheitsgraden zu verwenden.
Eine derartige Mehrachsen-Schwingungstestspanneinrichtung mit mehreren
Freiheitsgraden ist in dem US-Patent Nr. 5,343,752, welches Woyski und anderen
erteilt worden ist, offenbart und in den Fig. 1 und 2 wiedergegeben. Die
Spanneinrichtung 10 enthält eine normalerweise horizontal verlaufende, obere
Befestigungsbasis 12, die durch drei Sätze von sich nach oben erstreckenden,
steifen bzw. festen Haltearmpaaren 14, 16, 18 gehalten wird. Die Haltearme sind
an einer steifen, ortsfesten unteren Basis 20 angebracht, um so die Schwingungs
bewegung der oberen Basis in sowohl der Vertikalebene als auch der Horizontal
ebene aufzunehmen. Ein hydraulisches Schwingungsbetätigungsmodul 22 ist an
jedem Haltearm angebracht, wobei jedes Modul eine doppeltwirkende Kolbenbetäti
gungsanordnung 24, die sich entlang einer horizontalen Achse hin- und herbewegt,
sowie eine doppeltwirkende Kolbenbetätigungsanordnung 26 aufweist, die sich
entlang einer Vertikalachse hin- und herbewegt. Dies ermöglicht, daß der
Schwingungstisch entlang der orthogonal zueinander verlaufenden X- und Y-Achse
in Schwingung versetzt und mit einer Z-Achsendrehung in der Horizontebene durch
entsprechende Schwingungskombinationen der drei horizontalen Kolbenbetäti
gungsanordnungen gedreht wird. Getrennt hiervon werden Bestandteile von
Vertikalkräften durch die drei Sätze an vertikalen Kolbenbetätigungsanordnungen
aufgeprägt, um den Tisch in verschiedenen Kombinationen von Taumel-, Gier- oder
Stampforientierungen in der Vertikalebene in Kombination mit einer Bewegung in
der Horizontalebene zu oszillieren.
Jede der hydraulischen Kolbenbetätigungsanordnungen weist eine Gestaltung mit
geteilten Kolben bzw. eine Splitkolbengestaltung auf, bei der ein Kolbenpaar entlang
einer gemeinsamen Schwingungsachse zueinander ausgerichtet ist und gegenüber
liegende Endabschnitte der Kolben aus gegenüberliegenden Seiten des Betätigungs
gehäuses hervorstehen. Die Kolben bewegen sich jeweils in einem entsprechenden
Zylinder hin und her, der im Inneren des Betätigungsgehäuses aufgenommen ist,
wenn ein Hydraulikfluid auf die Enden der Kolben einwirkt.
Obwohl die Gestaltung der Betätigungseinrichtung mit geteilten Kolben bestimmte
Vorteile besitzt, wurde festgestellt, daß einige Nachteile, die mit dieser Gestaltung
verbunden sind, vorhanden sind, insbesondere bei Verwendungen mit langen Hüben
(d. h. größer als 4 inches bzw. 10,16 cm). Längere Hübe erzeugen häufig höhere
Seitenlasten oder Biegebelastungen auf die Betätigungseinrichtung, wenn sie in
Maschinen mit mehreren Freiheitsgraden eingesetzt werden. Verschiedene
Gestaltungsmerkmale der Betätigungseinrichtung mit geteilten Kolben führen zu
einer verhältnismäßig geringen Aufnahmefähigkeit für Seitenlasten bei den
langhubigen Einsätzen. Um beispielsweise derartige lange Hübe aufzunehmen, muß
die Gesamtlänge der Betätigungseinrichtung erhöht werden, wobei die Seitenlasten
an der Betätigungseinrichtung extrem schwierig aufzunehmen bzw. zu handhaben
sind. Darüber hinaus ermöglicht die Gestaltung der Betätigungseinrichtung mit
geteilten Kolben nicht, den Kolbenstangendurchmesser zu verändern, um die
Seitenlastaufnahme der Betätigungseinrichtung zu verbessern. Da das Hydraulik
fluid auf ein Ende der Kolbenstange wirkt, wird der Durchmesser der Kolbenstange
durch die erforderliche Betätigungskraft bestimmt. Weiterhin sind die Lager, die
jeden der Kolben bei der Gestaltung der Betätigungseinrichtung mit geteilten Kolben
lagern, verhältnismäßig dicht zueinander angeordnet, wodurch die bestehenden
Probleme intensiviert werden, die mit der Seitenlastaufnahmefähigkeit der
Betätigungseinrichtung verbunden sind.
Demzufolge besteht ein Bedarf für eine verbesserte hydraulische Schwingungs
betätigungseinrichtung, die die vorstehend erwähnten Nachteile beseitigt, welche
mit den Gestaltungen der bekannten Betätigungseinrichtungen, die vorstehend
erläutert worden sind, verbunden sind. Insbesondere besteht ein Bedarf für eine
hydraulische Schwingungsbetätigungseinrichtung miteinervergrößerten Seitenlast
aufnahmefähigkeit, die bei langhubigen Schwingungstestanwendungen eingesetzt
werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt daher eine verbesserte hydraulische Betätigungsein
richtung bereit, welche so gestaltet ist, daß sie die Nachteile vermindert, die mit
den Gestaltungen der bekannten Betätigungseinrichtungen verbunden sind,
insbesondere diejenigen, die beim Einsatz in Schwingungstestgeräten entstehen,
welche eine Langhub-Fähigkeit erfordern. Die hydraulische Betätigungseinrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein zentrales Betätigungsgehäuse mit
einer Bohrung, die sich durch das Gehäuse erstreckt. Ein Hauptkolben ist innerhalb
der Bohrung für eine in der Bohrung hin- und hergehende Bewegung vorgesehen.
Die Bewegung des Hauptkolbens wird durch ein hydraulisches Servo- bzw.
Stellventil gesteuert. An einem Ende des Hauptkolbens ist eine schwimmende
Kolbenanordnung bzw. eine Schwimmkolbenanordnung vorgesehen. Die schwim
mende Kolbenanordnung enthält einen Vorspannkolben, der axial mit dem
Hauptkolben fluchtet. Der Vorspannkolben besitzt eine wirksame Kolbenfläche, die
größer als die wirksame Kolbenfläche des Hauptkolbens ist. Hydraulikfluid aus dem
Servoventil setzt den Vorspannkolben unter Druck, um die Gesamtlänge der
Betätigungseinrichtung für kleine Änderungen in dem Abstand zwischen den
zueinander passenden Oberflächen einer Struktur einzustellen, wenn die Struktur
kippt oder sich mit Bezug auf die Mittenlinie der Betätigungseinrichtung dreht.
Darüber hinaus sind Kissenlager an gegenüberliegenden Enden der Betätigungsein
richtung vorgesehen, um die hin- und hergehende Bewegung des Hauptkolbens in
Schwingungsbewegungen einer Testspanneinrichtung umzuwandeln, wenn die
Betätigungseinrichtung zwischen passenden Oberflächen der Halterung montiert
wird. Ein Kissenlager ist mit einem Ende des Hauptkolbens und ein weiteres
Kissenlager mit einem Ende des Vorspannkolbens verbunden.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Vorspannkolben mit einem kleineren
Durchmesser als die Betätigungsstange innerhalb einer Bohrung an einem Ende des
Hauptkolbens angeordnet. Alternativ kann ein separates Gehäuse mit einem Ende
des Hauptkolbens verbunden sein, wobei der Vorspannkolben hin- und hergehend
innerhalb einer Bohrung des Gehäuses vorgesehen ist, welche sich in das Gehäuse
von einem Ende aus erstreckt.
Diese sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung treten aus
der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungsfiguren deutlicher zutage. Hierbei ist:
Fig. 1 eine teilschematische Vorderansicht einer bekannten Mehrachsen-
Schwingungstestanordnung mit mehreren Freiheitsgraden unter
Verwendung einer Betätigungseinrichtung mit geteilter Kolbengestal
tung;
Fig. 2 eine halbschematische Draufsicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine hydraulische Betätigungseinrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der in Fig. 3 gezeigten
hydraulischen Betätigungseinrichtung;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels der
hydraulischen Betätigungseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 6 eine Seitenansicht der in Fig. 5 gezeigten hydraulischen Betäti
gungseinrichtung mit einem außenliegend angeordneten hydrauli
schen Servoventil;
Fig. 7 eine teilschematische Draufsicht auf eine Schwingungstestvor
richtung mit mehreren Freiheitsgraden, bei der die in Fig. 3 gezeigte
hydraulische Betätigungseinrichtung verwendet wird; und
Fig. 8 eine halbschematische Draufsicht auf die in Fig. 7 gezeigte
Schwingungstestvorrichtung.
Es wird nun auf die Fig. 3 und 4 Bezug genommen, in denen ein Ausführungs
beispiel einer hydraulischen Kolbenbetätigungseinrichtung 30 gemäß der vor
liegenden Erfindung wiedergegeben ist. Die Betätigungseinrichtung 30 weist
generell ein zentrales bzw. mittiges Gehäuse 32 mit einer Bohrung 34, welche sich
durch das Gehäuse erstreckt, einen doppelt wirkenden Hauptkolben 36, der
innerhalb der Bohrung für eine hin- und hergehende Bewegung angeordnet ist,
sowie ein hydraulisches Servoventil 38 (Fig. 6) auf, welches an dem Gehäuse 32
zum Steuern der Bewegung des Hauptkolbens 36 entlang der Achse 37 angebracht
ist. Ein Lagerpaar 40 ist vorgesehen, um die hin- und hergehende Bewegung des
Hauptkolbens 36 zu unterstützen, und ist mit dem Gehäuse an den Seiten 32A, 32B
ausgerichtet sowie mit dem Gehäuse dort verbunden. Der Hauptkolben 36 enthält
eine Kolbenstange 42 mit einem Paar gegenüberliegender Enden 41, 43, welche
sich aus den gegenüberliegenden Seiten 32A, 32B der Lager 40 des zentrales
Gehäuses nach außen erstrecken. Eine Schwimmkolbenanordnung 44 mit einem
Vorspannkolben 46 ist am Ende 41 der Kolbenstange 42 vorgesehen.
Ein Lagerkissenpaar 48 ist jeweils an gegenüberliegenden Enden der Betätigungsein
richtung 30 angeordnet. Wenn die Betätigungseinrichtung in einer Schwingungs
testspanneinrichtung installiert wird, gelangt eine Außenoberfläche 50 jedes
Lagerkissens 48 mit einer steifen Gegenfläche des Haltesystems der Schwingungs
testspanneinrichtung in Kontakt, um die hin- und hergehende Bewegung der
Betätigungseinrichtung auf die Testspanneinrichtung zu übertragen (Fig. 7). Eines
der Kissenlager ist mit dem Ende 43 der Betätigungsstange und das andere Kissen
mit einem Ende 52 des Vorspannkolbens 56 verbunden. Die Lagerkissen 48 können
mit der Betätigungsstange durch jedes bekannte Mittel, wie beispielsweise
Befestigungselemente 54 verbunden werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Lagerkissen 48 selbstaus
richtende Lagerkissen, welche ein konvexes, kugelförmiges Ende 56 und eine
konkave kugelförmige Gegenausnehmung 58 aufweisen. Die kugelförmigen Enden
56 der Lagerkissen sind in der Lage, relativ zu den kugelförmigen Ausnehmungen
58 zu gleiten oder sich zu drehen, wodurch das Merkmal der Selbstausrichtung der
Lagerkissen bereitgestellt wird.
Der Hauptkolben 36 enthält eine Schulter 60 an der Betätigungsstange 42. Die
Schulter 60 ist im wesentlichen mittig entlang der Betätigungsstange 42
vorgesehen und definiert die wirksame Kolbenfläche des Hauptkolbens, gegen die
das Hydraulikfluid während des Betriebs der Betätigungseinrichtung wirkt. Wie aus
Fig. 4 hervorgeht, ist bei dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel die
Schulter 60 ein kreisförmiger Ring um die Betätigungsstange 42, der mit der
Betätigungsstange 42 verbunden ist oder in diese eingearbeitet ist.
Im Vergleich zu den Gestaltungen bekannter Betätigungseinrichtungen mit geteilten
Kolben verringert die Betätigungseinrichtung 30 deutlich die Gesamtlänge der
Betätigungsanordnung und erhöht die Seitenlasttauglichkeit bzw. -fähigkeit der
Betätigungseinrichtung. Beispielsweise bei einer 17,78 cm-(7 inch)-Hubbetäti
gungseinrichtung würde eine Betätigungseinrichtung mit geteilten Kolben eine
Gesamtlänge von ca. 171,45 cm (67,5 inches) aufweisen. Bei einem exem
plarischen Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Betätigungseinrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung mit der gleichen Hubkapazität beträgt die Gesamtlänge
nur ca. 114,3 cm (45 inches), was zu einer kompakteren Betätigungsanordnung
führt.
Weiterhin verursachen, wie dies vorstehend bereits diskutiert worden ist, längere
Hübe höhere Seitenlasten an der Betätigungseinrichtung, wenn sie bei Testspann
einrichtungen mit mehreren Freiheitsgraden verwendet wird. Um die erhöhten
Seitenlasten aufnehmen und verarbeiten zu können, ist ein großer Durchmesser für
die Betätigungsstange wünschenswert. Die hydraulische Betätigungseinrichtung,
die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt wird, ermöglicht einen Durch
messer für die Betätigungsstange, der so erhöht werden kann, wie dies zum
Aufnehmen der Seitenlastanforderungen notwendig ist, ohne daß die effektive
Kolbenfläche des Hauptkolbens oder die sich ergebende Kraft beeinflußt werden,
die die Betätigungseinrichtung erzeugen wird. Die wirksame Kolbenfläche des
Hauptkolbens wird durch die Schulter 60 definiert und kann auf diese Weise
unabhängig von dem Stangendurchmesser gewählt bzw. gestaltet werden, um die
gewünschte Betätigungskraft bereitzustellen. Bei den Gestaltungen der bekannten
Betätigungseinrichtungen mit geteilten Kolben wird die wirksame Kolbenfläche
durch den Stangendurchmesser bestimmt, da das Hydraulikfluid gegen ein Ende der
Kolbenstange wirkt. Daher kann der Stangendurchmesser nicht unabhängig von der
wirksamen Kolbenfläche verändert werden, um die erhöhten Seitenlastanforderun
gen aufzunehmen.
Darüber hinaus sind die Halte- bzw. Stützlager 40 der Betätigungseinrichtung
weiter voneinander entfernt im Vergleich zu den entsprechenden Lagern, die bei
den Gestaltungen der bekannten Betätigungseinrichtungen mit geteilten Kolben
verwendet werden, was weiterhin die Seitenlastaufnahmefähigkeit der Betätigungs
einrichtung verbessert.
Es wird nun auf Fig. 6 Bezug genommen, in der das hydraulische Servoventil 38
wiedergegeben ist, das an einer Außenoberfläche 62 des zentralen Gehäuses 32
der Betätigungseinrichtung angebracht ist. Das hydraulische Servoventil 38 steuert
die Bewegung des Hauptkolbens durch Erzeugen einer steuerbaren Frequenz
eingabe, um die Schwingungsbewegung direkt an dem Kolben hervorzurufen. Das
Hydraulikfluid strömt von dem Servoventil 38 zu der Bohrung 34 des Gehäuses der
Betätigungseinrichtung und wirkt auf die gegenüberliegenden Seiten 60A, 60B der
Schulter 60, um den Hauptkolben 36 mit der durch die Eingabe in das Servoventil
38 eingestellten Frequenz den Hauptkolben 36 hin- und herzubewegen bzw. in
Schwingung zu versetzen.
Einer der Vorteile der außen liegenden Montage des Servoventils 38 besteht darin,
daß das Servoventil entfernt werden kann und ohne Störung des Gehäuses der
Betätigungseinrichtung und der Kolbenanordnung installiert werden kann. Dies ist
nicht bei einer Gestaltung einer Betätigungseinrichtung mit geteilten Kolben
möglich, wo die Servoventilanordnung ein integraler Teil des Gehäuses der
Betätigungseinrichtung und der Kolbenanordnung ist.
Weiterhin beeinflußt die außen liegende Anordnung des Servoventils nicht in
beträchtlicher Weise die Leistungsfähigkeit der Betätigungseinrichtung. Das
Hydraulikfluid ist eine kompressible Substanz, so daß die Hydrauliksteifheit einer
Betätigungseinrichtung durch das insgesamt gefangene Volumen des Hydraulik
fluids zwischen dem Servoventil und dem Kolben beeinflußt wird. Eine Minimierung
dieses Volumens ist zum Verbessern der hohen Frequenzreaktion der Betätigungs
einrichtung wünschenswert. Durch Vorsehen eines integrierten Servoventils in dem
Gehäuse der Betätigungseinrichtung minimiert die Gestaltung der bekannten
Betätigungseinrichtungen mit geteilten Kolben das gesamte gefangene Volumen des
Hydraulikfluids durch Verringern des Abstandes zwischen dem Servoventil und dem
Kolben. Die außen liegende Anordnung des Servoventils erzeugt ein zusätzlich
gefangenes Volumen des Hydraulikfluids infolge der relativen Position zwischen
dem außenliegenden Servoventil und dem Kolben, wobei jedoch bei Anwendungs
fällen mit langen Hüben das zusätzlich gefangene Volumen einen kleineren
Prozentsatz des gesamten gefangenen Volumens ausmacht und daher nicht
wesentlich die Hochfrequenz-Reaktionsfähigkeit der Betätigungseinrichtung
beeinflußt.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, enthält die Schwimmkolbenanordnung 44 einen
Vorspannkolben 46, der koaxial mit dem Hauptkolben 36 angeordnet ist, was es
ermöglicht, die Gesamtlänge der Betätigungseinrichtung 30 für kleine Änderungen
im Abstand zwischen den Gegenflächen einer Struktur einzustellen, wenn sich die
Struktur gegenüber der Mittenlinie der Betätigungseinrichtung dreht oder gegenüber
dieser kippt. Dies ist notwendig, um den konstanten Kontakt zwischen den
Außenoberflächen 50 der Lagerkissen 48 und den entsprechenden Gegenober
flächen des Haltesystems der Schwingungstestspanneinrichtung aufrecht
zuerhalten.
Während des Betriebs der hydraulischen Betätigungseinrichtung steht der
Vorspannkolben 46 konstant unter Hydraulikdruck, um automatisch ausgefahren
oder zurückgezogen zu werden, wie es notwendig ist, um die Gesamtlänge der
Betätigungseinrichtung 30 einzustellen. Der Vorspannkolben 46 wird vorzugsweise
durch das Hydraulikfluid aus dem Servoventil 38 unter Druck gesetzt, welches den
Hauptkolben 36 antreibt, obwohl eine außenliegende Quelle alternativ eingesetzt
werden kann, falls dies gewünscht wird. Das Hydraulikfluid wirkt auf eine effektive
Kolbenfläche des Vorspannkolbens, die größer als die effektive Kolbenfläche des
Hauptkolbens sein muß. Wenn die effektive Fläche des Vorspannkolbens kleiner als
die effektive Fläche des Hauptkolbens ist, werden die Lagerkissen nicht in einem
sauberen Kontakt mit ihren Gegenoberflächen gehalten. Wie es am besten aus Fig.
3 ersichtlich ist, wirkt das Hydraulikfluid auf ein Ende 64 des Vorspannkolbens 46,
so daß das Ende 64 die effektive Kolbenfläche des Vorspannkolbens definiert.
Bei dem Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, weist der
Vorspannkolben 46 einen kleineren Durchmesser als die Betätigungsstange 42 auf
und ist koaxial innerhalb des Endes 41 der Betätigungsstange 42 angeordnet. Eine
Bohrung 66 erstreckt sich in die Kolbenstange 42 von dem Ende 41 aus, wobei der
Vorspannkolben 46 in der Bohrung 66 für eine hin- und hergehende Bewegung
darin angeordnet ist. Die Eigenschaften des Vorspannkolbens werden teilweise
durch die Seitenlastanforderungen des Systems bestimmt. Weiterhin ist die
Vorspannkolbenanordnung vorzugsweise so gestaltet, daß sie eine gleichmäßige
Bewegung des Kolbens innerhalb der Bohrung ermöglicht.
Eine innen liegende Öffnung oder ein Kanal 68 ist über den Hauptkolben 36
zwischen der Bohrung 34 des zentrales Gehäuses 32 und der Bohrung 66 in dem
Hauptkolben 36 vorgesehen. Das Hydraulikfluid aus dem Servoventil 38 gelangt
von der Bohrung 34 über den Kanal 68 in die Bohrung 66 am Ende 69 hinter dem
Ende 64 des Vorspannkolbens 46, um den Vorspannkolben unter Druck zu setzen.
Zusätzliche innenliegende Öffnungen 70 (vgl. Fig. 5) können über den Hauptkolben
36 vorgesehen sein, um das Hydraulikfluid von dem Servoventil 38 zu den
Kissenlagern 48 zu bringen, wenn es notwendig ist. Alternativ können außen
liegende Öffnungen 72 an dem Gehäuse 32 der Betätigungseinrichtung und den
Kissenlagern 48 vorgesehen sein, so daß geeignete Leitungen zwischen den
außenliegenden Öffnungen angebracht werden können, um das Hydraulikfluid von
dem Servoventil zu den Lagerkissen zu bringen.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Schwimmkolbenanordnung 44 ist in Fig.
5 wiedergegeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein separates Gehäuse 74 für
den Vorspannkolben 46' an dem Ende 41 der Betätigungsstange 42 angebracht.
Das Gehäuse enthält eine Bohrung 76, welche sich in das Gehäuse 74 von einem
Ende 78 des Gehäuses aus streckt. Der Vorspannkolben 46' ist innerhalb der
Bohrung 76 für eine hin- und hergehende Bewegung darin vorgesehen. Der Betrieb
des Vorspannkolbens 46' ist im wesentlichen identisch zu dem Betrieb des
Vorspannkolbens 46, wie es in Verbindung mit dem vorstehenden Ausführungsbei
spiel der Schwimmkolbenanordnung beschrieben worden ist.
Bei dem in Fig. 5 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel führt der innenliegende
Kanal 68' Hydraulikfluid von dem Servoventil zu der Schwimmkolbenanordnung,
um den Vorspannkolben unter Druck zu setzen. Der Kanal 68' setzt sich über den
Vorspannkolben 46' und das Lagerkissen 48 fort, um Hydraulikfluid von dem
Servoventil bereitzustellen, wenn dies notwendig ist.
Die Fig. 7 und 8 geben eine Mehrachsen-Schwingungstestspanneinrichtung 80
mit mehreren Freiheitsgraden wieder, welche die hydraulische Betätigungsein
richtung 30 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Schwingungstest
spanneinrichtung, die in diesen Figuren gezeigt ist, ist eine Maschine mit sechs
Freiheitsgraden. Die Testeinrichtung 80 besitzt ein im wesentlichen zylindrisches
Gehäuse, das durch sechs hydraulische Betätigungseinrichtungen 30 angetrieben
wird, was ihr die erforderliche Bewegungsfähigkeit verleiht. Die Schwimmkolben
anordnung jeder hydraulischen Betätigungseinrichtung ermöglicht, die Gesamtlänge
der Betätigungseinrichtung 30 für kleine Änderungen in dem Abstand zwischen den
Gegenoberflächen des zylindrischen Gehäuses mit Bezug auf die Mittenlinie 37 der
Betätigungseinrichtung einzustellen, wenn die Testeinrichtung kippt oder sich dreht.
Auf diese Weise verbleiben die äußeren Oberflächen 50 der Lagerkissen 48 in
konstantem Kontakt mit einer entsprechenden Gegenoberfläche des Haltesystems
der Schwingungstesteinrichtung.
Obwohl verschiedene Ausführungsbeispiele dieser Erfindung gezeigt und
beschrieben worden sind, ist es für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, daß
viele weitere Modifikationen möglich sind, ohne daß von dem erfinderischen
Konzept, das in der vorliegenden Anmeldung beschrieben worden ist, abgewichen
wird. Obwohl beispielsweise die Schwimmkolbenanordnung an einem Ende der
Betätigungseinrichtung gezeigt und beschrieben worden ist, kann sie alternativ an
jedem Ende der Betätigungseinrichtung positioniert sein. Es ist daher zu bemerken,
daß innerhalb der beigefügten Ansprüche diese Erfindung auf andere Weise als es
vorstehend erläutert worden ist, ausgeführt werden kann.
Claims (17)
1. Hydraulische Betätigungseinrichtung für Schwingungstestgeräte, die
enthält:
ein zentrales Gehäuse mit einer Hauptbohrung, welche sich entlang einer Achse durch das Gehäuse erstreckt,
einen Hauptkolben mit einer Betätigungsstange, die sich zwischen gegenüberliegenden Enden erstreckt, und mit einer sich radial nach außen erstreckenden Schulter, die zwischen den Kolbenenden vorgesehen ist, um eine erste effektive Kolbenfläche zu bilden, wobei der Hauptkolben entlang der Achse innerhalb der Hauptbohrung für eine hin- und hergehende Bewegung angeordnet ist, und
eine Schwimmkolbenanordnung, die mit einem Ende des Hauptkol bens verbunden ist, wobei die Schwimmkolbenanordnung einen Vorspannkolben aufweist, der axial mit dem Hauptkolben ausgerich tet ist und eine zweite effektive Kolbenfläche bildet, wobei die zweite effektive Kolbenfläche größer als die erste effektive Kolben fläche ist.
ein zentrales Gehäuse mit einer Hauptbohrung, welche sich entlang einer Achse durch das Gehäuse erstreckt,
einen Hauptkolben mit einer Betätigungsstange, die sich zwischen gegenüberliegenden Enden erstreckt, und mit einer sich radial nach außen erstreckenden Schulter, die zwischen den Kolbenenden vorgesehen ist, um eine erste effektive Kolbenfläche zu bilden, wobei der Hauptkolben entlang der Achse innerhalb der Hauptbohrung für eine hin- und hergehende Bewegung angeordnet ist, und
eine Schwimmkolbenanordnung, die mit einem Ende des Hauptkol bens verbunden ist, wobei die Schwimmkolbenanordnung einen Vorspannkolben aufweist, der axial mit dem Hauptkolben ausgerich tet ist und eine zweite effektive Kolbenfläche bildet, wobei die zweite effektive Kolbenfläche größer als die erste effektive Kolben fläche ist.
2. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, weiterhin
enthaltend ein hydraulisches Servoventil, welches mit der Hauptboh
rung verbunden ist, um die Bewegung des Hauptkolbens innerhalb
der Hauptbohrung zu steuern.
3. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1,
weiterhin enthaltend ein Lagerkissenpaar an gegenüberliegenden
Enden der Betätigungseinrichtung,wobei ein Lagerkissen mit einem
Ende des Vorspannkolbens und das andere Lagerkissen mit dem
Ende des Hauptkolbens gegenüberliegend zu der Schwimmkolben
anordnung verbunden ist.
4. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1,
weiterhin enthaltend ein Paar Lager, die mit gegenüberliegenden
Enden des zentralen Gehäuses verbunden und mit diesen Enden
ausgerichtet sind, so daß jedes Ende des Hauptkolbens sich über
eines der Lager erstreckt.
5. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1,
bei der der Hauptkolben eine Betätigungsstange mit einem kon
stanten Durchmesser enthält, die eine Schulter mit einem größeren
Durchmesser besitzt, um erste, ringförmige, wirksame Kolbenflächen
an gegenüberliegenden Seiten der Schulter zu bilden.
6. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1,
bei der der Vorspannkolben ein erstes Ende aufweist, welches die
zweite effektive Kolbenfläche bildet.
7. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1,
bei der die Schwimmkolbenanordnung eine axial ausgerichtete
Vorspannbohrung enthält, die sich in ein Ende der Betätigungsstange
des Hauptkolbens erstreckt, und bei der der Vorspannkolben
innerhalb der Vorspannbohrung für eine hin- und hergehende
Bewegung angeordnet ist.
8. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1,
bei der die Schwimmkolbenanordnung ein Vorspanngehäuse
aufweist, welches mit einem Ende des Hauptkolbens verbunden ist,
wobei das Vorspanngehäuse eine Vorspannbohrung aufweist, die
axial mit dem Hauptkolben ausgerichtet ist, und bei der der Vor
spannkolben innerhalb der Vorspannbohrung für eine axial hin- und
hergehende Bewegung angeordnet ist.
9. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 8,
bei der der Vorspannkolben durch ein Hydraulikfluid betätigt wird,
welches von dem hydraulischen Servoventil herangeführt wird.
10. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 9,
bei der der Hauptkolben weiterhin einen innenliegenden Kanal von
der Hauptbohrung zu der Schwimmkolbenanordnung aufweist, um
Hydraulikfluid von dem hydraulischen Servoventil zu der Vorspann
bohrung zu führen.
11. Hydraulische Betätigungseinrichtung, enthaltend:
ein zentrales Gehäuse mit einer Hauptbohrung, die sich entlang einer ersten Achse erstreckt,
ein hydraulisches Servoventil, welches fluidwirksam mit der Hauptbohrung verbunden ist,
einen Hauptkolben, der einen Schulterabschnitt mit einem Paar nach außen sich erstreckenden Betätigungsstangen aufweist, wobei jede Stange sich entlang der ersten Achse von einer gegenüberliegenden Seite der Schulter aus erstreckt und wobei sich die Schulter radial nach außen von den Betätigungsstangen aus erstreckt, um eine ringförmige, effektive Fläche an beiden Seiten der Schulter relativ zu den Betätigungsstangen zu bilden, gegen die das Hydraulikfluid aus dem Servoventil wirkt, um den Hauptkolben innerhalb der Hauptboh rung hin- und herbewegend anzutreiben, und
einen Vorspannkolben, der mit einem Ende des Hauptkolbens verbunden und axial mit dem Hauptkolben ausgerichtet ist, wobei der Vorspannkolben eine zweite effektive Kolbenfläche bildet, welche größer als beide ringförmigen effektiven Kolbenflächen ist und gegen die das Hydraulikfluid aus dem Servoventil wirkt, wodurch der Vorspannkolben unter Druck gesetzt wird, um eine Einstellung in der Länge der Betätigungseinrichtung zu ermöglichen.
ein zentrales Gehäuse mit einer Hauptbohrung, die sich entlang einer ersten Achse erstreckt,
ein hydraulisches Servoventil, welches fluidwirksam mit der Hauptbohrung verbunden ist,
einen Hauptkolben, der einen Schulterabschnitt mit einem Paar nach außen sich erstreckenden Betätigungsstangen aufweist, wobei jede Stange sich entlang der ersten Achse von einer gegenüberliegenden Seite der Schulter aus erstreckt und wobei sich die Schulter radial nach außen von den Betätigungsstangen aus erstreckt, um eine ringförmige, effektive Fläche an beiden Seiten der Schulter relativ zu den Betätigungsstangen zu bilden, gegen die das Hydraulikfluid aus dem Servoventil wirkt, um den Hauptkolben innerhalb der Hauptboh rung hin- und herbewegend anzutreiben, und
einen Vorspannkolben, der mit einem Ende des Hauptkolbens verbunden und axial mit dem Hauptkolben ausgerichtet ist, wobei der Vorspannkolben eine zweite effektive Kolbenfläche bildet, welche größer als beide ringförmigen effektiven Kolbenflächen ist und gegen die das Hydraulikfluid aus dem Servoventil wirkt, wodurch der Vorspannkolben unter Druck gesetzt wird, um eine Einstellung in der Länge der Betätigungseinrichtung zu ermöglichen.
12. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 11,
weiterhin enthaltend ein Kissenlagerpaar an gegenüberliegenden
Enden der Betätigungseinrichtung, wobei ein Kissenlager mit einem
Ende des Vorspannkolbens und das andere Kissenlager mit dem Ende
des Hauptkolbens gegenüberliegend zu der Schwimmkolbenanord
nung verbunden ist.
13. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 11,
weiterhin enthaltend ein Paar Lager, die mit gegenüberliegenden
Enden des zentralen Gehäuses verbunden und mit diesem ausgerich
tet sind, so daß jede Betätigungsstange sich über eines der Haltela
ger erstreckt.
14. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 11,
bei der die Betätigungsstangen und die Schulter ein einstückiges Teil
sind und bei der jede der ringförmigen effektiven Flächen im
wesentlichen die gleiche ist.
15. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 11,
bei der der Vorspannkolben ein erstes Ende aufweist, welches die
zweite effektive Kolbenfläche bildet.
16. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 11,
bei der die Schwimmkolbenanordnung eine axial ausgerichtete
Vorspannbohrung enthält, welche sich in ein Ende eines der
Betätigungsstangen des Hauptkolbens erstreckt, und bei der der
Vorspannkolben innerhalb der Vorspannbohrung für eine hin- und
hergehende Bewegung angeordnet ist.
17. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 11,
bei der die Schwimmkolbenanordnung ein Vorspanngehäuse enthält,
welches mit einem Ende des Hauptkolbens verbunden ist, wobei das
Vorspanngehäuse eine Vorspannbohrung aufweist, welche axial mit
dem Hauptkolben ausgerichtet ist, und bei der der Vorspannkolben
innerhalb der Vorspannbohrung für eine axial hin- und hergehende
Bewegung angeordnet ist.
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