DE2117466A1 - Hydraulic stepper motor - Google Patents
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Description
DR-INQ. DIPL.-INO. M. SC. Ol l· I..- Ph »a. DM. OIPL..PHV5. DR-INQ. DIPL.- INO. M. SC. Ol l · I. .- Ph »a. DM. OIPL..PHV5.
HÖGER - STELLRECHT-GRiESSBACH - HAECKERHÖGER - LEGAL RIGHT-GRiESSBACH - HAECKER
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AB Källe-RegulatorerAB ball regulator
S - 661 OO Säffle / SchwedenS - 661 OO Säffle / Sweden
Hydraulischer SchrittmotorHydraulic stepper motor
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Schrittmotor. Um eine Welle oder einen Hebel zu bewegen, bzw. zu drehen, ist es bekannt, sogenannte Schrittmotoren zu verwenden, die von elektrischen Impulsen derart angetrieben werden, daß sie sich bei jedem Impuls um einen vorbestimmten Weg bzw. um einen vorbestimmten Drehwinkel bewegen. Elektromechanische Schrittmotoren sind schon seit vielen Jahren bekannt, weisen jedoch den Nachteil auf, daß zu ihrem Betrieb eine komplizierte v/eitere Regelanordnung notwendig ist. Darüber hinaus v/eist die von den elektrischen Schrittmotoren verrichtete Arbeit nur einen geringen Wirkunsgrad auf.The invention relates to a hydraulic stepper motor. To a To move or turn a shaft or a lever, it is known to use so-called stepper motors, which are driven by electrical pulses in such a way that they are at each Move the pulse by a predetermined distance or by a predetermined angle of rotation. Electromechanical stepper motors are already Known for many years, however, they have the disadvantage that a complicated additional control arrangement is necessary for their operation is. In addition, the work done by the electric stepper motors is only marginally efficient.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, einen hydraulischen Schrittmotor vorzusehen, der einfach angetrieben und einfach geregelt werden kann.The object of the invention is to provide a hydraulic stepper motor provide that can be easily driven and easily regulated.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem hydraulischen Schrittiaotor und besteht darin, daß ein hydraulischer Zylinder mit Kolben und Kolbenstange vorgesehen ist, daß · mindestens ein Endteil des Zylinders mit dem Auislaß einer volumetrischen Flüssigkeitspumpe verbunden ist, die von einem mittels elektrischer Impulse erregbaren Solenoid angetrieben ist, daß an dem anderen' Endteil des Zylinders ein, von einem magnetisch betätigbaren Ventil kontrollierter Auslaß vorgesehen ist, und daß das Ventil von den die Flüssigkeitspumpe antreibenden Stromimpulsen geöffnet wird.To solve this problem, the invention is based on a hydraulic one Step motor and consists in the fact that a hydraulic cylinder with piston and piston rod is provided that at least one end part of the cylinder with the outlet of a volumetric Fluid pump is connected, which is driven by a solenoid which can be excited by means of electrical pulses, that at the other 'end part of the cylinder one, one of which is magnetic actuatable valve controlled outlet is provided, and that the valve is driven by the liquid pump Current pulses is opened.
Voteilhaft bei einer solchen Anordnung ist, daß aufgrund der Eigenheiten des hydraulischen Antriebs dieses Motors es einfach ist, für jeden einzelnen Fall ein geeignetes Übertragungsverhältnis auszuwählen.The advantage of such an arrangement is that, owing to the peculiarities of the hydraulic drive of this motor, it is easy is a suitable transfer ratio for each individual case to select.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden beide Endteile des Zylinders mit volumetrischen Flüssigkeitspumpen und Auslaßventilen, die magnetisch gesteuert sind, ausgerüstet, es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, anstelle der Flüssigkeitspumpe eine Feder zu verwenden, die so wirkt, daß sie den Kolben in einer Richtung verschiebt, d. h., beispielsweise den Rückführhub übernimmt.According to an advantageous embodiment of the invention both end parts of the cylinder are equipped with volumetric liquid pumps and exhaust valves, which are magnetically controlled, However, it is of course also possible to use a spring instead of the liquid pump, which acts in such a way that that it moves the piston in one direction, d. h., For example, takes over the return stroke.
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Anhand der Figuren werden im folgenden Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung im Einzelnen näher erläutert, dabei zeigt:The following structure and mode of operation are based on the figures an embodiment of the invention explained in detail, shows:
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfinderischen Schrittmotors, 1 shows a vertical section through an embodiment of an inventive stepper motor,
Fig. 2 ein Schaltdiagramm für die verwendeten Solenoide.Fig. 2 is a circuit diagram for the solenoids used.
In Fig. 1 ist ein hydraulischer Zylinder 3 mit Kolben 4 und Kolbenstange 5 dargestellt. Die Endteile des Zylinders sind mit Leitungen 6 und 7 verbunden, die jweils abwechselnd als Einlaß und Auslaß dienen. Da die Leitungen 6 und 7 von zueinander identischen Anordnungen kommen, wird in folgenden lediglich auf Aufbau und Viirkungsv?eise eines dieser Anordnungen im Einzelnen genauer eingegangen.In Fig. 1 is a hydraulic cylinder 3 with piston 4 and Piston rod 5 shown. The end parts of the cylinder are connected to lines 6 and 7, each alternating as an inlet and outlet serve. Since the lines 6 and 7 come from mutually identical arrangements, the following will only refer to The structure and mode of operation of one of these arrangements are discussed in more detail.
Die Leitung G kommt von einen Gefäß 8, welches am oberen Teil eines Blockes 9 angebracht ist, der in eine, in einem Behälter 10 vorhandene Flüssigkeit untergetaucht ist. Die obere V'and des Gefäßes 8 v/eist eine Öffnung 11 auf, die von einem sich außerhalb des Gefäßes^ 8 befindlichen Ventilelement 12 kontrolliert ist. Das Ventildement 12 besieht aus einer, in Richtung auf die Öffnung 11 und von der Öffnung 11 wegbewegbaren Stange, wobei Stange und Öffnung aufgrund eines konischen Endteiles an der Stange miteinander in Kirkverbindung treten. Die Ventilstange wirkt gleichzeitig noch als Anker in einem sie umgebenden Solenoid 14 und wird von einer Feder 13 in Schließrichtung des Ventils gepreßt. Wird der Solenoid 14 unter Strom gesetzt, dannThe line G comes from a vessel 8, which is at the top a block 9 is attached, which is submerged in a liquid in a container 10. The upper V'and of the Vessel 8 v / eist an opening 11 which is controlled by a valve element 12 located outside of the vessel 8 is. The valve element 12 consists of a rod which can be moved in the direction of the opening 11 and away from the opening 11, wherein The rod and the opening are connected to one another due to a conical end part on the rod. The valve stem simultaneously acts as an armature in a solenoid 14 surrounding it and is actuated by a spring 13 in the closing direction of the valve pressed. If the solenoid 14 is energized, then
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hebt er die Ventilstange 12 gegen die Wirkung der Feder 13 an, so daß die Aislaßöffnung 11 freigelegt wird.he lifts the valve rod 12 against the action of the spring 13, so that the outlet opening 11 is exposed.
Der Boden des Gefäßes 8 weist eine Öffnung 16 auf, die mit einen Hohlraum 15 in dem Block 9 in Verbindung steht; dabei ist in dem Gefäß 8 ein Klappenventil 17 vorgesehen, welches die Öffnung 16 freigibt, wenn indem Hohlraum 15 ein überdruck auftritt. Ein Verbindungskanal 18 erstreckt sich von dem Ibhlraum 15 schräg nach unten durch den Block 9 in den unteren Teix einer vertikalen Bohrung 19, die in dem Block angebracht ist. Das untere Ende dieser Bohrung 19, die leicht aufgev/eitet ist, ist von einer PlatteThe bottom of the vessel 8 has an opening 16 with a Cavity 15 in block 9 communicates; a flap valve 17 is provided in the vessel 8, which opens the opening 16 releases when an overpressure occurs in the cavity 15. A Connection channel 18 extends obliquely from Ibhlraum 15 down through the block 9 into the lower part of a vertical bore 19 made in the block. The lower end of this Bore 19, which is slightly widened, is from a plate
20 abgeschossen, die eine öffnung 21 enthält, durch welche die Bohrung 19 mit dem Behälter 10 in Verbindung steht. Die öffnung20 shot, which contains an opening 21 through which the Bore 19 is in communication with the container 10. The opening
21 ist ebenfalls von einem Klappenventil 22 kontrolliert, welches in der Bohrung 19 angeordnet ist und sich öffnet, wenn in der Bohrung 19 ein Unterdruck herrscht.21 is also controlled by a flap valve 22 which is arranged in the bore 19 and opens when in the Bore 19 there is a negative pressure.
Weiterhin ist ein länglicher, stangenförmiger Kolben 23 in den oberen Endteil der Bohrung 19 eingeführt. Normalerweise wird der Kolben 23 in seiner oberen Stellung durch eine Schraubenfeder 24 festgehalten, er kann jedoch gagen die Wirkung dieser Feder um eine kurze Weglänge nach unten geschoben werden, so daß, wie weiter unten genauer ausgeführt wird, ein Pumpenhub erhalten wird. Das obere Endteil des Kolbens 23 und die Feder 24 sind mit Abstand von einem zylindrischen Gehäuse 25 umgeben, weiches auf dem Block 9 angebracht ist« Das obere Ende des Gehäuses 25 trägt einen Solenoiden 26, welcher koaxial zu dem Kolben 23 ausgerichtet ist« Durch den Solenoid 26 erstreckt sich ein schwerer Ankerteil 27 und liegt mit seinem unteren Ende auf dem oberenFurthermore, an elongated rod-shaped piston 23 is inserted into the upper end part of the bore 19. Normally the piston 23 is held in its upper position by a helical spring 24, but under the action of this spring it can be pushed down a short distance so that, as will be explained in more detail below, a pump stroke is obtained. The upper end portion of the piston 23 and the spring 24 are surrounded at a distance by a cylindrical housing 25, soft mounted on the block 9 "The upper end of the housing 25 carries a solenoid 26, which is aligned coaxially with the piston 23 'through the Solenoid 26 extends a heavy armature part 27 and rests with its lower end on the upper
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Endteil des Kolbens 23 auf. Wird der Solenoid unter Strom gesetzt, dann wird der Anker 27 nach unten gezogen und bewegt den Kolben 23 in die Bohrung 19 gegen die Wirkung der Feder 24 hinein. Die Bewegung des Ankers 27 und infolgedessen die Hut— länge des Kolbens 23 sind so bemessen, daß der untere Teil des Kolbens niemals den Einlaß des Durchlaßkanales 18 verdeckt. Ivird der Solenoid 26 wieder stromlos, dann hebt die Feder 24 den Kolben 23 sowie den Anker 27 wieder zurück in ihre Ausgangspositionen. End part of the piston 23. When the solenoid is energized, then the armature 27 is pulled downwards and moves the piston 23 into the bore 19 against the action of the spring 24 into it. The movement of the anchor 27 and consequently the hat- length of the piston 23 are such that the lower part of the piston never covers the inlet of the passage 18. Ivird the solenoid 26 is de-energized again, then the spring 24 lifts the piston 23 and the armature 27 back into their starting positions.
Die mit der Leitung- 7 verbundene Anordnung ist in ihrem strukturellen Aufbau genau die gleiche wie die mit der Leitung 6 verbundene Anordnung, so daß infolgedessen auch die gleichen Bezugszeichen verwendet worden sind, jedoch mit dem Unterschied, daß diese mit einem Index-Zeichen versehen sind.The arrangement associated with the line 7 is structural Structure exactly the same as the arrangement connected to the line 6, so that consequently the same reference numerals have been used, but with the difference that they are provided with an index mark.
Das in Figur 2 dargestellte Schaltdiagramm zeigt, wie die vier Solenoide 26, 14', 26' und 14 mit einer Spannungswelle verbunden sein können. Mittels eines Transformators 28 wird eine Wechselspannung von 220 Volt auf eine geeignete, niedrigere Spannung heruntertransformiert, über eine Verbindungsleitung ist ein Halbwellen-Gleichrichter 30 mit der Sekundärwicklung 29 des Transformators verbunden, von dem Halbwellen-Gleichrichter 30 erstreckt sich eine weitere#erbindungsleitung 31 zu einem Schaltarm, welcher von einer Leerstellung aus jeweils mit zwei Kontaktelementen 33 und 34 in Berührung gebracht werden kann. Das eine Kontaktelement 33 ist mit dem linker Hand in Fig. 1 angeordneten Pumpen-Solenoid 26 verbunden, sowie mit dem rechter Hand angebrachten Ventilsolenoid 14', während das andere Kontaktelement 36 mit dem rechter Hand angebrachten Pv.:npen-Sole-The circuit diagram shown in Figure 2 shows how the four solenoids 26, 14 ', 26' and 14 can be connected to a voltage wave. An alternating voltage of 220 volts is transformed down to a suitable, lower voltage by means of a transformer 28, a half-wave rectifier 30 is connected to the secondary winding 29 of the transformer via a connecting line, and a further connecting line 31 extends from the half-wave rectifier 30 to a Switching arm which can be brought into contact with two contact elements 33 and 34 from an empty position. The one contact element 33 is connected to the left-hand side in Fig. 1 arranged pump solenoid 26, and attached to the right hand valve solenoid 14 ', while the other contact element 36 attached to the right hand Pv.:npen-Sole-
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noid 26' und rait dem linker Hand angebrachten Ventilsolenoid verbunden ist. Der andere Anschluß äer Sekundärwicklung 29 des Transformators ist mit den restlichen Anschlüssen an sämtlichen vier Solenoiden verbunden. Wenn der Stromkreis über das Kontaktelement 33 geschlossen ist, dann werden die beiden parallel zueinander liegenden Solenoide 26 und 14' erregt, während die beiden ebenfalls parallel geschalteten Solenoide 26' und 14 dann erregt werden, wenn der Stromkreis über das Kontakteleraent- 34 geschlossen ist. Da allgemein der den Sclenoiden zugeführte Wechselstrom eine Periodizität von 50 hz aufweist, macht auch jeder Anker in den. Soienoiden 50 Hübe, wenn der zugeordnete Solenoid erregt ist.noid 26 'and rait the valve solenoid on the left hand side connected is. The other terminal of the secondary winding 29 of the transformer is with the remaining terminals on all four solenoids connected. If the circuit is closed via the contact element 33, then the two are parallel to each other lying solenoids 26 and 14 'are excited, while the two solenoids 26' and 14, which are also connected in parallel, then are excited when the circuit is closed via the Kontakteleraent- 34. Since generally the one supplied to the sclenoids Alternating current has a periodicity of 50 Hz, so does every anchor in the. Soienoids 50 strokes, if the assigned Solenoid is energized.
Der weiter vorn schon erwähnte Schrittmotor arbeitet in folgender Weise: Soll beispielweise der Kolben des Arbeitszylinder3 nach außen, d. h., in der Zeichnung der Fig. 1 nach rechts bewegt werden, dann wird der Kontakt 33 geschlossen, so daß die Solenoidä 26 und 14' Stromimpuls© erhalten. Dadurch hebt der Solenoid 14' das Ventilelement 12' an, so daß die Flüssigkeit, die sich in dem Raum rechts des Kolbens 4 befindet, durch die Leitung 7, das Gefäß 8' und die Auslaßöffung 11' entweichen kann; von der Auslaßöffnung 11' fließt die Flüssigkeit dann nach unten in den umgebenden Eehälter 1O. Zur gleichen Zeit preßt der Anker 27 den Pumpenkolben 23 nach unten, so daß das Ventil 22 geschlossen wird und Flüssigkeit aus dem Raum 19 über den Durchlaßkanal 18, das nun offene Ventil 17 in den Eehälter 8 und von dort in die Leitung 6 und in den Raum auf der linken Seite des Zylinders getrieben wird, so daß dort ein Flüssigkeitsvolumen eingeführt wird, welches den Kolben 4 um einen kleinen Schritt nach rechts bewegt. Sobald nach dem kurz andauernder- elektri-The stepper motor mentioned earlier works in the following way: Should, for example, the piston of the working cylinder3 outwards, d. That is, are moved to the right in the drawing of FIG. 1, then the contact 33 is closed, so that the Solenoidä 26 and 14 'received current pulse ©. This lifts the Solenoid 14 'the valve element 12' so that the liquid, which is located in the space to the right of the piston 4, escape through the line 7, the vessel 8 'and the outlet opening 11' can; The liquid then flows downward from the outlet opening 11 'into the surrounding container 1O. At the same time the presses Armature 27 the pump piston 23 down, so that the valve 22 is closed and liquid from the space 19 via the passage channel 18, the now open valve 17 into the container 8 and from there into the line 6 and into the space on the left side of the Cylinder is driven, so that there a volume of liquid is introduced, which the piston 4 by a small step moved to the right. As soon as after the brief electrical
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sehen Impuls (nämlich 1/100 sek.) die Solenoide 26 und 14' wieder stromlos werden, wird auch das Ventileleraent 12 * geschlossen und die Feder 24 bringt den Pumpenkolben 23 und den Anker 27 wieder in ihre Ausgangspositionen zurück. Aufgrund der nun erfolgenden Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 23 bildet sich ein Unterdruck in dem Raum 19, wodurch das Ventil 17 geschlossen und gleichzeitig das Ventil 22 geöffnet wird, welches auf diese Weise wieder neue Flüssigkeit in den Raum 19 aus dem Behälter 10 einläßt.see impulse (namely 1/100 sec.) the solenoids 26 and 14 ' are de-energized again, the valve element 12 * is also closed and the spring 24 brings the pump piston 23 and the armature 27 back to their original positions. Due to the Now that the pump piston 23 moves upwards, a negative pressure forms in the space 19, as a result of which the valve 17 is closed and at the same time the valve 22 is opened, which in this way again new liquid into the space 19 from the Container 10 admits.
Sind die Solenoide stromlos, dann ist der Kolben 4 in der auf diese Weise eingestellten Position blockiert, da beide Rückschlagventile 17 und 17' als auch die beiden von den Solenoiden gesteuerten Ventile 12 und 12" geschlossen sind.If the solenoids are de-energized, the piston 4 is blocked in the position set in this way, since both check valves 17 and 17 'as well as the two valves 12 and 12 "controlled by the solenoids are closed.
Der soeben beschriebene Zyklus wiederholt sich beim nächsten Stromimpuls. Somit wird sich der Kolben 4 Schritt für Schritt nach rechts bewegen, und zwar solange, als der Stromkreis über den Kontakt 33 geschlossen ist, wobei es auf diese Weise viccr-Lbh ist,die Länge ces Kolbenhubs mit außerordentlich guter Genauigkeit zu bestimmen« Die Bewegung des Kolbens 4 nach links erhält man dadurch, daß man nunmehr den Stromkreis über den Kontakt 34 schließt, so daß die Solenoide 26' und 14 erregt werden. Dabei kann der Schalthebelteil 32 oder ein sonstiges bewegliches Kontaktelement, wenn gewünscht, entweder von Hand oder auch automatisch mittels geeigneter der Regelmechanismen betätigt werden.The cycle just described is repeated with the next current pulse. Thus the piston 4 will move step by step to the right as long as the circuit is closed via the contact 33, in which way it is viccr- Lbh to determine the length of the piston stroke with extremely good accuracy. The movement of the piston 4 to the left is obtained by now closing the circuit via the contact 34, so that the solenoids 26 'and 14 are excited. The switching lever part 32 or some other movable contact element can, if desired, be actuated either manually or automatically by means of suitable control mechanisms.
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