DE69216624T2 - Modulär aufgebauter digitaler verbraucher - Google Patents

Modulär aufgebauter digitaler verbraucher

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Modul zur Verwendung in einem digitalen Stelltrieb und auf einen digitalen Stelltrieb. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen aus Modulen aufgebauten digitalen Stelltrieb.
  • Das Konzept digitaler Stelltriebe ist bekannt, jedoch sind im allgemeinen solche Stelltriebe relativ kompliziert zu bearbeiten und können nicht leicht hergestellt werden. Ferner ist es schwierig, die Kapazität irgendeines derartigen Stelltriebs zu ändern, weil normalerweise alle Kolben und Zylinder, die verwendet werden, um die digitale Wirkung zu liefern, in einem einzigen Gehäuse enthalten sind.
  • Das am 29. Juli 1986 an Robinson erteilte US-Patent 4 602 481 offenbart ein lineares, doppelt wirkendes, digitales System, und die Deutsche Offenlegungsschrift DE 3836103A1 der Daimler Benz Aktiengesellschaft offenbart eine axial betreibbare Anordnung mit mehreren Kolben und Hohlräumen zum Bilden eines digitalen Stelltriebs.
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Modulsystem zum Herstellen eines digitalen Stelltriebs zu schaffen.
  • Allgemein bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Modul für einen aus Modulen aufgebauten digitalen Stelltrieb mit einem Gehäuse, das ein Paar sich axial erstreckende, Zylinder bildende Teile aufweist, wobei ein erster Teil des Paars Teile eine erste Querschnittsfläche aufweist und ein zweiter Teil des Paars Teile eine zweite Querschnittsfläche aufweist, wobei die erste Querschnittsfläche größer als die zweite Querschnittsfläche ist, und einer Kolbenanordnung, die in dem ersten Teil einen ersten Kolben bildet, einer Verlängerung auf der Kolbenanordnung, wobei die Verlängerung in den zweiten Zylinderteil paßt, um einen mit dem ersten Kolben starr verbundenen und in dein zweiten Teil axial verschiebbaren zweiten Kolben zu bilden, einem sich axial erstreckenden Hohlraum in der Verlängerung, wobei der Hohlraum einen sich in Achsrichtung des Gehäuses erstreckenden Zylinder bildet, einem Schaft, der einen sich in Achsrichtung des Gehäuses erstreckenden und axial in dem Hohlraum verschiebbaren dritten Kolben bildet, einem Endverschluß, der das von dem ersten Teil entfernte Ende des zweiten Teils abschließt, wobei der dritte Kolben mit dem Endverschluß verbunden ist, einem axialen Durchgang, der sich durch den Endverschluß und den Schaft erstreckt und in den Hohlraum führt, einem ersten Durchgang durch das Gehäuse, der in den ersten Zylinderteil führt, der einer Trennungslinie zwischen den ersten und zweiten Teilen in dem Gehäuse benachbart ist, und einem durch das Gehäuse durchgehenden zweiten Durchgang, der in den zweiten Teil führt, der dem Endverschluß benachbart ist, und einer Ventilanordnung, die den ersten Durchgang und den zweiten Durchgang mit jeweils entweder einer Niederdruckquelle oder einer Hochdruckquelle eines Fluids wahlweise verbindet.
  • Mehrere solche Module werden vorzugsweise axial miteinander verbunden, um einen aus Modulen aufgebauten Stelltrieb zu bilden, indem sie so angeordnet werden, daß der Endverschluß eines zweiten Moduls das Ende des zweiten, zylinderbildenden Teils des zweiten Moduls und des ersten, zylinderbildenden Teils eines ersten Moduls und den axialen Durchgang in dem zweiten Modul abschließt, der das von dem zweiten Zylinderteil in dem ersten Modul entfernte Ende des ersten Zylinderteils mit dem Hohlraum in dem zweiten Modul verbindet.
  • Vorzugsweise hat zumindest eine der ersten und zweiten Querschnittsflächen und/oder der Hohlraum in dem ersten Modul eine andere Querschnittsfläche als dessen entsprechende erste Querschnittsfläche, zweite Querschnittsfläche oder entsprechender Hohlraum in dem zweiten Modul.
  • Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ersichtlich, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen:
  • Figur 1 ein schematischer Querschnitt eines aus Modulen aufgebauten digitalen Stelltriebs ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und ein Paar verschiedene Module enthält,
  • Figur 2 einen Schnitt durch ein Modul zeigt, das ein alternatives System veranschaulicht, um ein zu weites Ausfahren des T-förmigen Kolbens in irgendeine Richtung zu verhindern.
  • Wie in Figur 1 dargestellt, wird ein digitaler Stelltrieb 10 durch ein Paar Module 12 und 14 gebildet, die jeweils ähnlich konstruiert sind, aber Kolben mit verschiedenen Querschnittsflächen aufweisen können. Somit ist die Beschreibung des Moduls 12 auch auf das Modul 14 anwendbar, und gleiche Bezugszahlen sind verwendet worden, um gleiche Teile der beiden Module anzugeben, wobei aber bei den entsprechenden Teilen in dem zweiten Modul 14 der Buchstabe A angefügt ist.
  • Jedes Modul wird durch Gehäuse 16 gebildet, und es ist vorzuziehen, den äußeren Querschnitt des Gehäuses 16 von jedem der Module im wesentlichen gleich zu machen, wo die Module Ende an Ende zusammengebaut werden sollen.
  • Die Gehäuse 16 sind bei einer Trennungslirie 18 in einen ersten, zylinderbildenden Teil oder Hohlraum 20 und einen zweiten, zylinderbildenden Teil oder Hohlraum 22 geteilt. In dem größeren Zylinderteil 20 ist ein Kolben 24 so aufgenommen, daß er einen Kolben mit großer Fläche auf einer seiner Seiten und einen Kolben mit kleinerer Fläche auf seiner gegenüberliegenden Seite bildet, der in dem Hohlraum 25 aufgenommen ist, und ist auf seiner gegenüberliegenden Seite mit einer Verlängerung 26 versehen, die in dem zweiten Zylinderteil 22 einen Kolben bildet. Der Kolben 24 und die Verlängerung 26 sind einstückig miteinander verbunden, so daß eine Bewegung eines Teils die Bewegung des anderen bewirkt.
  • Die Verlängerung 26 weist einen Hohlraum 28 auf, der sich im wesentlichen in deren Achsrichtung erstreckt und einen einen Schaft bildenden Kolben 30 aufnimmt, der mit einem Endverschluß 32 verbunden ist, der das Ende des Gehäuses 16 und somit das von dem größeren, zylinderbildenden Teil 20 entfernte Ende des kleinen, zylinderbildenden Teils 22 abschließt.
  • Ein erster Hydraulikstromdurchgang 34 erstreckt sich durch das Gehäuse 16 in den der Trennungslinie 18 zwischen den Hohlräumen 20 und 22 benachbarten Teil 20, ein zweiter Hydraulikdurchgang 36 erstreckt sich durch das Gehäuse 16 und führt in den Teil 22 an einer dem Endverschluß 32 benachbarten Stelle, und ein axialer Durchgang 38 erstreckt sich durch den einen Schaft bildenden Kolben 30 und den Endverschluß 32 in den Hohlraum 28.
  • Es ist ersichtlich, daß der Durchgang 36 den Eintritt und Austritt eines Hydraulikfluids in einen Zylinder auf der Außenseite des Kolbens 30 und zwischen dem Endverschluß 32 und der Endwand 40 der Verlängerung 26 gestattet. Der Durchgang 34 steht andererseits mit einem außerhalb der Verlängerung 26 gebildeten Zylinder in Verbindung und gestattet die Entwicklung eines Hydraulikdrucks zwischen der Trennungslinie oder Trennungsfläche 18 und der entsprechenden Oberfläche 42 auf dem ersten Kolben 24, d.h. dem Teil des Kolbens 24, der sich über die Verlängerung 26 hinaus erstreckt. Der Durchgang 38 gestattet eine Verbindung mit dem Hohlraum 28 und stellt somit den Druck zwischen der Wand 44 des Kolbens 24 und dem Ende 46 des Kolbens 30 ein.
  • Jeder der Durchgänge 34, 36 und 38 ist über eine Hydraulikleitung 48, 50 und 52 mit seinem jeweiligen Steuerventil 54, 56 bzw. 58 verbunden. Der Durchgang 38A in dem zweiten Modul 14 weist jedoch keine der Leitung 52 entsprechende Leitung auf, weil der Durchgang 38A direkt mit dem Zylinder 20 verbunden ist und den Hydraulikdruck in dem Zylinder 20 in den Hohlraum 28A überträgt, um dadurch die beiden Module miteinander zu koppeln.
  • Das von dem ersten Modul 12 entfernte Ende des zweiten Moduls 14 ist über eine Kappe 58 mit einem Anschlußstück 60 abgedeckt, durch das Hydraulikfluid aus der Kammer 20A gezogen und geleitet werden kann, wie durch den Pfeil 62 angezeigt ist, um einen ausgewählten Hydraulikmechanismus zu betätigen.
  • In der obigen Beschreibung sind nur zwei Module 12 und 14 veranschaulicht worden, jedoch kann die Kappe 58 entfernt werden, und ein weiteres Modul (weitere Module) ähnlich dem Modul 14 oder 12 kann (können) anstelle der Kappe 58 angebracht werden, und die Kappe 58 wird an die letzte Modulanordnung in der gleichen Weise, wie am Modul 14 veranschaulicht, angebracht.
  • Jedes der Ventile 54, 56 und 58 ist über Leitungen 64 und 66 wahlweise mit einer Quelle eines Hydraulikfluids bei niedrigem Druck, d.h. einem Reservoir 68, bzw. mit einer Quelle 70 mit höherem Druck verbunden. Jedes der Ventile 54, 56 und 58 wird durch ein Steuergerät 72 so gesteuert, daß die Zylinderteile 20, 22 und 28 über das Steuergerät 72 wahlweise einzeln entweder mit der Hochdruckquelle 70 oder der Niederdruckquelle 68 verbunden werden können.
  • Die Flächen der Kolbenteile 40, 42 und 44 sind vorzugsweise verschieden und in einer ausgewählten Ordnung vorgesehen. In der veranschaulichten Anordnung ist die Fläche 44 so angegeben, daß sie eine Fläche von 1 Größeneinheit aufweist, wobei die Fläche 42 eine Fläche von 2 Größeneinheiten aufweist, was das Doppelte der Fläche 44 ist, und die Fläche 40 eine Fläche von 4 Größeneinheiten aufweist, was das Doppelte der Fläche 42 ist. In der veranschaulichten Anordnung ist die Fläche 44A als Fläche von 1 Größeneinheit bezeichnet, die Fläche 42A der Fläche 44A äquivalent, und die Fläche 40A das Doppelte der Fläche 44A oder 42A.
  • Für den Fall, daß die Kolben 24 oder 24A zu weit in eine oder die andere Richtung ausgefahren sein sollten, ist eine Vorkehrung getroffen worden. In dem Fall, daß z.B. der Kolben 24 in Figur 1 zu weit nach links ausfährt, wird dann der Durchgang 74 mit dem Durchgang 76 verbunden, der über eine Leitung 78 verbunden ist, so daß die Hochdruckquelle 70 mit dem Hohlraum 20 verbunden wird, um an die ganze Oberfläche des Kolbens 24 einen hohen Druck anzulegen und denselben nach rechts zu zwingen. Falls sich der Kolben 24 zu weit nach rechts bewegt, steht alternativ der Durchgang 82 mit dem Teil 20 links vom Kolben 24 in Verbindung, so daß der Hohlraum 20 über eine Leitung 84 mit der Niederdruckquelle 68 verbunden werden kann.
  • In Figur 2 ist ein alternatives System dargestellt, um ein zu weites Ausfahren des T-förmigen Kolbens 24 in die eine oder andere Richtung zu verhindern. Wie gezeigt, ist der Zylinder 20 mit den Zylinderteilen oder Hohlräumen 22, 25 und 28 durch axiale Durchgänge 100, 102 bzw. 104 verbunden. Jeder der Durchgänge 100, 102 und 104 weist ein Paar entgegengesetzt vorgespannte Rückschlagventile 106 und 108 auf, die einen Strom durch die Durchgänge 100, 102 oder 104 verhindeyn, bis die Verlängerungen 110 von den Kugeln 106 oder die Verlängerungen 112 von den Kugeln 108 durch Berührung mit einer Endwand des Zylinders, in den sie vorstehen, gezwungen werden, die Kugeln 106 oder 108 jeweils von ihren Sitzen zu bewegen. Normalerweise tritt kein Strom durch irgendein Paar Rückschlagventile 106 und 108 in irgendeinem der Durchgänge 100, 102 oder 104 auf, weil das eine oder das andere einem Strom entgegenwirken würde. Wenn sich der Kolben 24, 26 seiner Endlage bzw. seinem Hubende nähert, werden die Stangen 106 oder 108 in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung ihre jeweiligen Kugeln 106 oder 108 öffnen. Die Stromrichtung bewegt in allen Fällen den Kolben 24, 26 zur Hubmitte hin. Die drei Paare Rückschlagventile werden verwendet, weil zumindest einer der Hohlräume 22, 28, 25 einen höheren Druck als der Hohlraum 20 aufweisen muß, falls sich der Kolben 24 der Endkappe 32A annähern soll, oder einen geringeren Druck als der Hohlraum 20, falls sich der Kolben 24, 26 der Kappe 32 nähert.
  • Nach der Beschreibung der Erfindung werden für den Fachmann Abwandlungen offenkundig sein, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims (5)

1. Modul (12), konstruiert zur Verwendung in einem digitalen Stelltrieb (10), mit einem Gehäuse (16), das ein Paar sich axial erstreckende, Zylinder bildende Teile (20 und 22) aufweist, wobei ein erster Teil (20) des Paars Teile (20 und 22) eine erste Querschnittsfläche aufweist und ein zweiter Teil (22) des Paars Teile (20 und 22) eine zweite Querschnittsfläche aufweist, wobei die erste Querschnittsfläche von der zweiten Querschnittsfläche verschieden ist, und einer Kolbenanordnung (24, 26), worin die Verbesserung umfaßt, daß
die Kolbenanordnung (24, 26) einen ersten Kolben (24) bildet, der in dem ersten Teil (20) axial verschiebbar ist und mit diesem in Eingriff steht, wobei die Kolbenanordnung (24, 26) auch eine Verlängerung (26) einschließt, die einen zweiten Kolben (26) bildet, der mit dem ersten Kolben (24) starr verbunden und in dem zweiten Teil (22) axial verschiebbar ist und in diesen paßt, einen sich axial erstreckenden Hohlraum (28) in der Kolbenanordnung (24, 26), wobei der Hohlraum (28) einen sich in Achsrichtung des Gehäuses (16) erstreckenden Zylinder bildet, einen Schaft (30), der einen dritten Kolben (30) bildet, der sich in Achsrichtung des Gehäuses (16) erstreckt, in dem Hohlraum (28) axial verschiebbar ist und in diesen paßt, einen Endverschluß (32), der das von dem ersten Teil (20) entfernte Ende des zweiten Teils (22) abschließt, wobei der dritte Kolben (30) mit dem Endverschluß (32) verbunden ist, einen axialen Durchgang (38) für einen Fluidstrom zu und von dem Hohlraum (28), der sich durch den Endverschluß (32) und den Schaft (30) erstreckt und in den Hohlraum (28) führt, einen in den ersten Teil (20) führenden ersten Durchgang (34) durch das Gehäuse (16), der einer Trennungslinie (18) zwischen den ersten und zweiten Teilen in dem Gehäuse (16) benachbart ist, für einen Fluidstrom dort hindurch zu und von dem ersten Teil (20) und einen in den zweiten Teil (22) führenden zweiten Durchgang (36) durch das Gehäuse (16), der dem Endverschluß (32) benachbart ist, für einen Fluidstrom zu und von dem zweiten Teil (22) und eine Ventilanordnung (54, 56), die den ersten Durchgang (34) und den zweiten Durchgang (36) mit jeweils entweder einer Niederdruckquelle (68) oder einer Hochdruckquelle (70) eines Fluids wahlweise verbindet.
2. Modul (12) nach Anspruch 1, ferner mit axial kommunizierenden Durchgängen (100, 102 und 104) durch die Kolbenanordnung (24, 26), die die Zylinderteile (20, 22, 25 und 28) an entgegengesetzten Seiten der Kolbenanordnung (24, 26) miteinander verbinden, einem Paar Ventile (106 und 108) in jedem der kommunizierenden Durchgänge (100, 102 und 104), wobei ein Ventil (106) von jedem Paar Ventile (106, 108) einen Strom durch dessen jeweiligen kommunizierenden Durchgang (100, 102, 104) in eine Richtung verhindert und das andere Ventil (108) von jedem Paar Ventile (106, 108) einen Strom in die andere Richtung durch dessen jeweiligen Durchgang (100, 102, 104) verhindert, und einem Mittel (110), um das eine Ventil (106) des Paars Ventile (106, 108) so zu verstellen, daß es öffnet, wenn sich die Kolbenanordnung zu weit in eine Richtung bewegt, und einem zweiten Mittel (112), um das andere Ventil (108) des Paars Ventile (106, 108) zu verstellen, wenn die Kolbenanordnung (24, 26) zu weit in die der einen Richtung entgegengesetzte Richtung bewegt wird.
3. Digitaler Stelltrieb (10), der durch mehrere Module (12, 14) gebildet wird, mit je einem Gehäuse (16), das ein Paar sich axial erstreckende, Zylinder bildende Teile (20 und 22) aufweist, wobei ein erster Teil (20) des Paars Teile (20 und 22) eine erste Querschnittsfläche aufweist und ein zweiter Teil (22) des Paars Teile (20 und 22) eine zweite Querschnittsfläche aufweist, wobei die erste Querschnittsfläche von der zweiten Querschnittsfläche verschieden ist, und einer Kolbenanordnung (24, 26), worin die Verbesserung umfaßt, daß
die Kolbenanordnung (24, 26) einen ersten Kolben (24) bildet, der in dem ersten Teil (20) axial verschiebbar ist und in diesen paßt, wobei die Kolbenanordnung (24, 26) auch eine Verlängerung (26) einschließt, die einen zweiten Kolben (26) bildet, der mit dem ersten Kolben (24) starr verbunden und in dem zweiten Teil (22) axial verschiebbar ist und in diesen paßt, einen sich axial erstreckenden Hohlraum (28) in der Kolbenanordnung (24, 26), wobei der Hohlraum (28) einen sich in Achsrichtung des Gehäuses (16) erstreckenden Zylinder bildet, einen Schaft (30), der einen dritten Kolben (30) bildet, der sich in Achsrichtung des Gehäuses (16) erstreckt und in dem Hohlraum (28) axial verschiebbar ist und in diesen paßt, einen Endverschluß (32), der das von dem ersten Teil (20) entfernte Ende des zweiten Teils (22) abschließt, wobei der dritte Kolben (30) mit dem Endverschluß (32) verbunden ist, einen axialen Durchgang (38) für einen Fluidstrom zu und von dem Hohlraum (28), der sich durch den Endverschluß (32) und den Schaft (30) erstreckt und in den Hohlraum (28) führt, einen in den ersten Teil (20) führenden ersten Durchgang (34) durch das Gehäuse (16), der einer Trennungslinie (18) zwischen den ersten und zweiten Teilen in dem Gehäuse (16) benachbart ist, fur einen Fluidstrom dort hindurch zu und von dem ersten Teil (20) und einen in den zweiten Teil (22) führenden zweiten Durchgang (36) durch das Gehäuse (16), der dem Endverschluß (32) benachbart ist, für einen Fluidstrom zu und von dem zweiten Teil (22) und eine Ventilanordnung (54, 56), die den ersten Durchgang (34) und den zweiten Durchgang (36) mit jeweils entweder einer Niederdruckquelle (68) oder einer Hochdruckquelle (70) eines Fluids wahlweise verbindet, wobei die Module (12, 14) axial so angeordnet sind, daß der Endverschluß (32A) eines zweiten Moduls (14) das Ende des zweiten zylinderbildenden Teils (22A) des zweiten Moduls (14) und des ersten zylinderbildenden Teils (20) eines ersten Moduls (12) abschließt, und der axiale Durchgang (38A) in dem zweiten Modul (14) das von dem zweiten Zylinderteil (22) in dem ersten Modul (12) entfernte Ende des ersten Zylinderteils (20) mit dem Hohlraum (28A) in dem zweiten Modul (14) verbindet.
4. Digitaler Stelltrieb (10) nach Anspruch 3, worin zumindest eine der ersten und zweiten Querschnittsflächen und/oder der Hohlraum (28) in dem ersten Modul (12) eine andere Querschnittsfläche als dessen entsprechende erste Querschnittsfläche, zweite Querschnittsfläche oder entsprechender Hohlraum (28A) in dem zweiten Modul (14) aufweist.
5. Digitaler Stelltrieb (10) nach Anspruch 3 oder 4, ferner mit axial kommunizierenden Durchgängen (100, 102 und 104) durch die Kolbenanordnung (24, 26), die die Zylinderteile (20, 22, 25 und 28) an entgegengesetzten Seiten der Kolbenanordnung (24, 26) miteinander verbinden, einem Paar Ventile (106 und 108) in jedem der kommunizierenden Durchgänge (100, 102 und 104), wobei ein Ventil (106) jedes Paars Ventile (106, 108) einen Strom durch dessen jeweiligen kommunizierenden Durchgang (100, 102, 104) in eine Richtung verhindert und das andere Ventil (108) jedes Paars Ventile (106, 108) einen Strom in die andere Richtung durch dessen jeweiligen Durchgang (100, 102, 104) verhindert, und einem Mittel (110), um das eine Ventil (106) des Paars Ventile (106, 108) so zu verstellen, daß es öffnet, wenn sich die Kolbenanordnung zu weit in eine Richtung bewegt, und einem zweiten Mittel (112), um das andere Ventil (108) des Paars Ventile (106, 108) zu verstellen, wenn die Kolbenanordnung (24, 26) zu weit in die der einen Richtung entgegengesetzte Richtung bewegt wird.
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