EP0296104A1 - Hydraulic linear servo amplifier - Google Patents

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EP0296104A1
EP0296104A1 EP88810364A EP88810364A EP0296104A1 EP 0296104 A1 EP0296104 A1 EP 0296104A1 EP 88810364 A EP88810364 A EP 88810364A EP 88810364 A EP88810364 A EP 88810364A EP 0296104 A1 EP0296104 A1 EP 0296104A1
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EP
European Patent Office
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piston
servo amplifier
rod
amplifier according
piston rod
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Application number
EP88810364A
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German (de)
French (fr)
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EP0296104B1 (en
Inventor
Karel Hampejs
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Schweizerische Industrie Gesellschaft
Original Assignee
Schweizerische Industrie Gesellschaft
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Publication date
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Publication of EP0296104A1 publication Critical patent/EP0296104A1/en
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
    • F15B9/02—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
    • F15B9/08—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor
    • F15B9/10—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor in which the controlling element and the servomotor each controls a separate member, these members influencing different fluid passages or the same passage

Definitions

  • a hydraulic servo amplifier according to the preamble of claim 1 is known from EP-A-88'017. This servo amplifier is particularly suitable for small strokes and relatively low output powers.
  • a piston In a housing with a cylindrical first bore, a piston is supported with a piston rod that projects beyond the housing on one side.
  • a control slide with an actuating rod is guided in a second, coaxial bore in the piston rod. This projects beyond the housing on the other side and is actuated by an electric motor, for example a stepper motor.
  • a pressure connection is connected to the first cylinder chamber on the piston rod side.
  • the control slide controls the flow of hydraulic fluid from the first cylinder chamber into the piston-side cylinder chamber and from there to a return connection via control edges.
  • the piston follows the movement of the control spool.
  • the ratio of the maximum flow cross is cut limited over the control edges to the piston surface.
  • the hydraulic fluid flows to and from the control edges via relatively narrow channels. This limits the adjustment speed of the known device.
  • the object of the present invention is to design a hydraulic servo amplifier in such a way that it achieves very high adjustment speeds. This object is achieved by the characterizing features of claim 1.
  • This design makes it possible to avoid all channels restricting the inflow or outflow of the hydraulic fluid via the control edges. This enables extremely high adjustment speeds to be achieved.
  • the two effective piston surfaces can be chosen arbitrarily in relation to the maximum opening cross section of the control edges, so that the adjustment speed can be increased further.
  • small and therefore responsive pilot motors can be used because the mass to be accelerated directly by the pilot motor can be kept to a minimum.
  • FIGS. 1 to 4 has a housing 1 with an axial bore 2.
  • a piston 3 is displaceably guided.
  • the piston 3 is connected in one piece to a coaxial piston rod 4.
  • a section 5 of the piston rod 4 is guided in a bore 6 of a housing cover 7 and sealed by a sealing ring 8.
  • the section 5 carries a threaded pin 9 for attachment to a member to be actuated.
  • a first cylinder space 14 is formed between the cover 7, the section 5, the piston 3 and the bore 2. This opens into an enlarged housing bore 15 adjacent to the cover 7.
  • the bore 15 communicates with a pressure connection 16 for connecting a pressure oil source P.
  • a return space 22 is formed between the piston 3, a second housing cover 20, a second section 21 of the piston rod 4 and the bore 2.
  • the space 22 opens into a likewise enlarged housing bore 23 adjacent to the cover 20.
  • the bore 23 communicates with a return connection 24 for connection to a return line R.
  • the piston rod 4 has a coaxial bore 28 in which a control slide 29 is longitudinally displaceable.
  • the control slide 29 is designed as a hollow cylinder with a wall 30 and an end wall 32 located in section 5 and broken through by bores 31.
  • the hollow cylinder is open against the section 21 of the piston rod 4.
  • the slide 29 is firmly seated on an actuating rod 33.
  • the rod 33 is guided through a bore 34 through the cover 20 and sealed with a sealing ring 35.
  • the rod 33 penetrates an auxiliary piston 39 which is displaceably guided in an enlarged, coaxial bore 38.
  • the auxiliary piston 39 closes the end of the second cylinder space 40 formed by the bores 28, 38 and lies loosely on the cover 20.
  • it has an enlarged bore 41 on the side facing away from the space 40, which communicates with the return space 22 via radial grooves 42.
  • the slide 29 there are four radially directed, evenly distributed windows 46 in the wall 30 which are rectangular in outline recessed.
  • the control edges 50, 51 each lie in a radial plane.
  • three radial openings 52, 53, each with a rectangular outline, are also provided in both sections 5, 21 adjacent to the piston 3.
  • the control edges 56, 57 are also each in a radial plane and have approximately the same distance from one another as that Control edges 50, 51.
  • the control edges 50, 51, 56, 57 extend over most of the circumference of the outer surface 49 or the bore 28.
  • a toothed rack 68 is screwed onto the end of the actuating rod 33 which projects beyond the cover 20. This supports descends on a roller 69 and is in engagement with a pinion 70, which is seated on the output shaft 71 of an electric stepping motor 72.
  • the servo amplifier described operates as follows: In the idle state shown in FIG. 1, the control slide 29 is held in one position by the rod 33. The piston 3 moves until its control edges 56, 57 with the control edges 50, 51 of the control slide 29 are such that the product of the piston ring surface F 1, formed by the bores 2, 6, times the pressure P is in equilibrium with the product of the piston ring surface F2, formed by bore 38 and the rod 33 times the pressure P1 in space 40 (plus any effect of the return pressure R, plus an external force acting on the piston rod 4). If the actuating rod 33 and thus the control slide 29 is now shifted to the right (FIG.
  • the gap between the control edges 50 and 56 opens and pressure oil flows from the space 14 through the windows 45 into the second cylinder space 40 and thus pushes the Piston 3 with the piston rod 4 also to the right.
  • the piston 3 follows the control slide 29 until the rest state described above has been restored. If the control slide 29 is moved to the left, the control opening formed by the control edges 51, 57 opens and the hydraulic fluid flows from the cylinder space 40 to the return connection 24.
  • the opening cross section is formed from the distance between the control edges 50, 56 or 51, 57 and the circumference of the outer surface 49 in relation to the surface of the auxiliary piston 39 and the oil flow through the control edges is not hindered and limited by any narrow channels, so that the achievable piston speed is high.
  • the effective piston surfaces F1 and F2 can be chosen arbitrarily small in relation to the cross section of the control slide 29. Since there are no oil columns of small cross-section to be accelerated, the inertia effects of the accelerated oil quantities are negligible compared to the mass of the piston rod 4. Because the windows 46 and the openings 52, 53 are evenly distributed over the circumference, no radial forces arise on the control slide 29 during operation.
  • the rotary position of the control slide 29 relative to the piston rod 4 is irrelevant.
  • the sealing of the actuating rod 33 is only necessary against the return pressure and can therefore be carried out with low friction.
  • the actuating rod 33 is thin and the control slide 29 designed as a hollow cylinder is thin-walled, so that only small masses can be accelerated by the drive. Therefore, a small stepper motor with high dynamics can be used.
  • the servo amplifier described is particularly suitable for applications in which very high adjustment speeds are necessary and / or changeable strokes, with moderate power transmission.
  • Typical areas of application are, for example, in textile machines for the adjustment of the needle bars or needle bars, in embroidery machines for the needle or embroidery frame movement, in assembly or packaging machines, for example for the Equipping (of printed circuit boards) Plug (from brushes) Labeling, marking Dosing Pushing, pulling, bending, folding Shaking, vibrating, stuffing Pliers or lever actuation in machine tools and devices, for example for Embossing, pressing, shaping, punching, drawing Hammering, riveting, fine forging Nibbling, latching, quick punching Cut impact damper and hold-down device on punch presses Control or drive of the injection valves in injection molding machines Spring manufacturing (feed and deformation) Materials testing machine (vibration test, endurance test) as a control or drive element, for example Injection pumps in internal combustion engines Dosing pumps in mixing plants Mixing valves Quick couplings Hydraulic proportional valves Hydraulic pump
  • the drive of the actuating rod 33 is a screw gear, in contrast to the embodiment according to FIG. 1.
  • a threaded sleeve 77 is fastened, which is screwed onto a threaded pin 78 screwed onto the actuating rod 33.
  • the pin 78 carries a flange 79 which is secured against rotation by a pin 80 fixed to the housing.
  • a spring 81 loads the flange 79 so that the screw gear is free of play.
  • the auxiliary piston is formed by the second section 21 of the piston rod 4, which slides in a bore 84 of the housing 1.
  • the first cylinder space 14, which is connected to the pressure connection 16, is passed through here the bore 84 formed.
  • the annular surface F2 formed between the bores 2 and 6 of the second cylinder chamber 40 is larger than the effective surface F1 of the first cylinder chamber 14.
  • the control slide 29, which in turn is designed as a hollow cylinder, has windows 46 which open into a circumferential groove 85 of the control slide 29.
  • the end wall 47 of this groove 85 facing the piston 3 forms, together with the outer surface 49, the one control edge 50 assigned to the control slide 29.
  • the other control edge 51 of the control slide 29 is formed by the end wall 48 facing the piston 3 of a further groove 86 of the control slide 29.
  • the two control edges 56, 57 assigned to the piston rod 4 are formed by the two end faces 54, 55 of a circumferential groove 87 of the piston rod 4 and the bore 28.
  • the groove 86 is connected to the return chamber 22 via radial openings 53 in section 21 of the piston rod 4.
  • the groove 87 communicates with the cylinder chamber 40 via openings 52 in the piston rod 4. Otherwise, the structure and the mode of operation of the embodiment according to FIG. 6 are analogous to each according to FIG. 1.
  • FIG. 7 is analogous to that according to FIG. 6, but here the pressure connection 16 and the return connection 24 are interchanged. Accordingly, the first cylinder chamber 14, which is acted upon by feed pressure, is arranged with the effective area F 1, here on the left of the piston 3. The openings 52, 53 cross each other and therefore each extend over less than half the circumference. Since the entire actuating rod 33 is acted upon by return pressure, the relief by a chamber 61 acted upon by return pressure is superfluous.
  • FIG. 8 is constructed analogously to that according to FIG. 1, except that here the auxiliary piston is formed by a second flange 90 on section 21 of the piston rod 4.
  • the flange 90 slides in the same bore 2 of the housing 1 as the piston 3.
  • the effective area F2 of the second cylinder space 40 corresponds to the cross section of the bore 2, minus the cross section of the actuating rod 33.
  • the diameter of the flange 90 to be chosen smaller than the diameter of the piston 3, that is to say the bore 2 as in the exemplary embodiment according to FIG. 7.

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Abstract

In einer zylindrischen Bohrung (2) eines Gehäuses (1) ist ein Kolben (3) geführt. Die Kolbenstange (4) überragt das Gehäuse (1) einseitig. In einer koaxialen Bohrung (28) der Kolbenstange (4) ist ein als Hohlzylinder ausgebildeter Steuerschieber (29) verschiebbar. Die Wand (30) des Hohlzylinders hat Fenster (46), die mit Oeffnungen (52,53) in der Kolbenstange (4) beidseits des Kolbens (3) zusammenwirken. In der Kolbenstange (4) ist ein gehäusefester Hilfskolben (39) angeordnet. Die eine Kolbenseite (14) ist an einen Druckanschluss (16), die andere (22) an einen Rücklauf (24) angeschlossen. Durch diese Ausbildung wird eine sehr hohe Verstellgeschwindigkeit erreicht.A piston (3) is guided in a cylindrical bore (2) of a housing (1). The piston rod (4) projects beyond the housing (1) on one side. A control slide (29) designed as a hollow cylinder can be displaced in a coaxial bore (28) in the piston rod (4). The wall (30) of the hollow cylinder has windows (46) which interact with openings (52, 53) in the piston rod (4) on both sides of the piston (3). An auxiliary piston (39) fixed to the housing is arranged in the piston rod (4). One piston side (14) is connected to a pressure connection (16), the other (22) to a return (24). This training achieves a very high adjustment speed.

Description

Ein hydraulischer Servoverstärker gemäss Oberbegriff des An­spruchs 1 ist aus der EP-A-88'017 bekannt. Dieser Servover­stärker ist vor allem für kleine Hübe und relativ geringe Ausgangsleistungen geeignet. In einem Gehäuse mit einer zy­lindrischen ersten Bohrung ist ein Kolben mit einer Kolben­stange gelagert, die das Gehäuse einseitig überragt. In einer zweiten, koaxialen Bohrung in der Kolbenstange ist ein Steuerschieber mit einer Betätigungsstange geführt. Diese überragt das Gehäuse auf der andern Seite und wird durch einen Elektromotor, z.B. einen Schrittmotor betätigt. Mit dem kolbenstangenseitigen ersten Zylinderraum ist ein Druck­anschluss verbunden. Der Steuerschieber steuert über Steuer­kanten den Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit vom ersten Zylinderraum in den kolbenseitigen Zylinderraum und von die­sem zu einem Rücklaufanschluss. Dadurch folgt der Kolben der Bewegung des Steuerschiebers. Bei diesem bekannten Servover­stärker ist das Verhältnis des maximalen Durchflussquer­ schnittes über die Steuerkanten zur Kolbenfläche begrenzt. Ausserdem erfolgt der ZU- bzw. Abfluss der Hydraulikflüssig­keit zu bzw. von den Steuerkanten über relativ enge Kanäle. Dadurch wird die Verstellgeschwindigkeit der bekannten Vor­richtung begrenzt.A hydraulic servo amplifier according to the preamble of claim 1 is known from EP-A-88'017. This servo amplifier is particularly suitable for small strokes and relatively low output powers. In a housing with a cylindrical first bore, a piston is supported with a piston rod that projects beyond the housing on one side. A control slide with an actuating rod is guided in a second, coaxial bore in the piston rod. This projects beyond the housing on the other side and is actuated by an electric motor, for example a stepper motor. A pressure connection is connected to the first cylinder chamber on the piston rod side. The control slide controls the flow of hydraulic fluid from the first cylinder chamber into the piston-side cylinder chamber and from there to a return connection via control edges. As a result, the piston follows the movement of the control spool. In this known servo amplifier, the ratio of the maximum flow cross is cut limited over the control edges to the piston surface. In addition, the hydraulic fluid flows to and from the control edges via relatively narrow channels. This limits the adjustment speed of the known device.

Weitere Servoverstärker ähnlicher Art sind aus der US-A-­3 892 164 und der US-A-3 961 561 bekannt. Diese weisen je­doch dieselben Nachteile auf.Further servo amplifiers of a similar type are known from US-A-3 892 164 and US-A-3 961 561. However, these have the same disadvantages.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Servoverstärker derart auszubilden, dass er sehr hohe Verstellgeschwindigkeiten erreicht. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 ge­löst.The object of the present invention is to design a hydraulic servo amplifier in such a way that it achieves very high adjustment speeds. This object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Durch diese Ausbildung können alle den Zu- bzw. Abfluss der Hydraulikflüssigkeit über die Steuerkanten beengenden Kanäle vermieden werden. Dadurch können äusserst hohe Verstellge­schwindigkeiten erreicht werden. Durch den Hilfskolben gemäss Anspruch 2 können die beiden wirksamen Kolbenflächen beliebig gegenüber dem maximalen Oeffnungsquerschnitt der Steuerkanten gewählt werden, so dass die Verstellgeschwindigkeit zusätzlich erhöht werden kann. Ferner können kleine und damit reaktions­schnelle Pilotmotoren eingesetzt werden, weil die vom Pilot­motor direkt zu beschleunigende Masse minimal gehalten werden kann.This design makes it possible to avoid all channels restricting the inflow or outflow of the hydraulic fluid via the control edges. This enables extremely high adjustment speeds to be achieved. By means of the auxiliary piston according to claim 2, the two effective piston surfaces can be chosen arbitrarily in relation to the maximum opening cross section of the control edges, so that the adjustment speed can be increased further. Furthermore, small and therefore responsive pilot motors can be used because the mass to be accelerated directly by the pilot motor can be kept to a minimum.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:

  • Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Servoverstärker,
  • Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II - II in Fig. 1 durch die Kolbenstange,
  • Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III - III in Fig. 1 durch den Steuerschieber,
  • Fig. 4 ein Detail der Darstellung nach Fig. 1 in vergrösser­tem Massstab,
  • Fig. 5 eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 1, und
  • Fig. 6 bis Fig. 8 drei weitere Ausführungsformen.
Exemplary embodiments of the invention are explained below with reference to the drawings. In it show:
  • 1 shows a longitudinal section through a servo amplifier,
  • 2 shows a cross section along the line II - II in FIG. 1 through the piston rod,
  • 3 shows a cross section along the line III - III in FIG. 1 through the control slide,
  • 4 shows a detail of the representation according to FIG. 1 on an enlarged scale,
  • Fig. 5 shows a variant of the embodiment of FIG. 1, and
  • 6 to 8 show three further embodiments.

Die Ausführungsform nach Fig. 1 bis 4 hat ein Gehäuse 1 mit einer axialen Bohrung 2. In der Bohrung 2 ist ein Kolben 3 verschiebbar geführt. Der Kolben 3 ist einstückig mit einer koaxialen Kolbenstange 4 verbunden. Ein Abschnitt 5 der Kol­benstange 4 ist in einer Bohrung 6 eines Gehäusedeckels 7 ge­führt und durch einen Dichtungsring 8 abgedichtet. Am freien, das Gehäuse 1 überragenden Ende trägt der Abschnitt 5 einen Gewindezapfen 9 zum Befestigen an einem zu betätigenden Glied. Zwischen dem Deckel 7, dem Abschnitt 5, dem Kolben 3 und der Bohrung 2 ist ein erster Zylinderraum 14 gebildet. Dieser mün­det in einer erweiterten Gehäusebohrung 15 benachbart dem Deckel 7. Die Bohrung 15 kommuniziert mit einem Druckanschluss 16 zum Anschluss einer Druckölquelle P.The embodiment according to FIGS. 1 to 4 has a housing 1 with an axial bore 2. In the bore 2, a piston 3 is displaceably guided. The piston 3 is connected in one piece to a coaxial piston rod 4. A section 5 of the piston rod 4 is guided in a bore 6 of a housing cover 7 and sealed by a sealing ring 8. At the free end projecting from the housing 1, the section 5 carries a threaded pin 9 for attachment to a member to be actuated. A first cylinder space 14 is formed between the cover 7, the section 5, the piston 3 and the bore 2. This opens into an enlarged housing bore 15 adjacent to the cover 7. The bore 15 communicates with a pressure connection 16 for connecting a pressure oil source P.

Auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens 3 ist zwischen dem Kolben 3, einem zweiten Gehäusedeckel 20, einem zweiten Abschnitt 21 der Kolbenstange 4 und der Bohrung 2 ein Rück­laufraum 22 gebildet. Der Raum 22 mündet in einer ebenfalls erweiterten Gehäusebohrung 23 benachbart dem Deckel 20. Die Bohrung 23 kommuniziert mit einem Rücklaufanschluss 24 zum Anschluss an eine Rücklaufleitung R.On the opposite side of the piston 3, a return space 22 is formed between the piston 3, a second housing cover 20, a second section 21 of the piston rod 4 and the bore 2. The space 22 opens into a likewise enlarged housing bore 23 adjacent to the cover 20. The bore 23 communicates with a return connection 24 for connection to a return line R.

Die Kolbenstange 4 hat eine koaxiale Bohrung 28, in welcher ein Steuerschieber 29 längsverschiebbar ist. Der Steuer­schieber 29 ist als Hohlzylinder mit einer Wand 30 und einer im Abschnitt 5 gelegenen, durch Bohrungen 31 durchbrochenen Stirnwand 32 ausgebildet. Der Hohlzylinder ist gegen den Ab­schnitt 21 der Kolbenstange 4 offen. Der Schieber 29 sitzt fest auf einer Betätigungsstange 33. Die Stange 33 ist durch eine Bohrung 34 durch den Deckel 20 geführt und mit einem Dichtungsring 35 abgedichtet. Die Stange 33 durchdringt einen in einer erweiterten, koaxialen Bohrung 38 verschiebbar ge­führten Hilfskolben 39. Der Hilfskolben 39 schliesst den durch die Bohrungen 28, 38 gebildeten zweiten Zylinderraum 40 stirnseitig ab und liegt lose am Deckel 20 an. Um die Reibung der Stange 33 gering zu halten, hat er auf der dem Raum 40 abgewandten Seite eine erweiterte Bohrung 41, die über radiale Nuten 42 mit dem Rücklaufraum 22 kommuniziert.The piston rod 4 has a coaxial bore 28 in which a control slide 29 is longitudinally displaceable. The control slide 29 is designed as a hollow cylinder with a wall 30 and an end wall 32 located in section 5 and broken through by bores 31. The hollow cylinder is open against the section 21 of the piston rod 4. The slide 29 is firmly seated on an actuating rod 33. The rod 33 is guided through a bore 34 through the cover 20 and sealed with a sealing ring 35. The rod 33 penetrates an auxiliary piston 39 which is displaceably guided in an enlarged, coaxial bore 38. The auxiliary piston 39 closes the end of the second cylinder space 40 formed by the bores 28, 38 and lies loosely on the cover 20. In order to keep the friction of the rod 33 low, it has an enlarged bore 41 on the side facing away from the space 40, which communicates with the return space 22 via radial grooves 42.

Im Schieber 29 sind in der Wand 30 vier im Umriss rechtecki­ge, radial gerichtete, gleichmässig verteilte Fenster 46 ausgespart. Die Stirnwände 47, 48 der Fenster 46 bilden zu­sammen mit der Aussenfläche 49 der Wand 30 dem Steuerschieber 29 zugeordnete Steuerkanten 50, 51. Die Steuerkanten 50, 51 liegen in je einer Radialebene. In der Kolbenstange 4 sind in beiden Abschnitten 5, 21 benachbart dem Kolben 3 je drei radiale Oeffnungen 52, 53 mit ebenfalls rechteckigem Umriss angebracht. Die dem Kolben 3 zugewandten Stirnflächen 54, 55 dieser Oeffnungen 52, 53 bilden zusammen mit der Bohrung 28 die der Kolbenstange 4 zugeordneten Steuerkanten 56, 57. Die Steuerkanten 56, 57 liegen ebenfalls in je einer Radialebene und haben annähernd denselben Abstand voneinander, wie die Steuerkanten 50, 51. Wie aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist, erstrecken sich die Steuerkanten 50, 51, 56, 57 über den grössten Teil des Umfangs der Aussenfläche 49 bzw. der Bohrung 28.In the slide 29 there are four radially directed, evenly distributed windows 46 in the wall 30 which are rectangular in outline recessed. The end walls 47, 48 of the windows 46, together with the outer surface 49 of the wall 30, form control edges 50, 51 assigned to the control slide 29. The control edges 50, 51 each lie in a radial plane. In the piston rod 4, three radial openings 52, 53, each with a rectangular outline, are also provided in both sections 5, 21 adjacent to the piston 3. The end faces 54, 55 of the openings 52, 53 facing the piston 3, together with the bore 28, form the control edges 56, 57 assigned to the piston rod 4. The control edges 56, 57 are also each in a radial plane and have approximately the same distance from one another as that Control edges 50, 51. As can be seen from FIGS. 2 and 3, the control edges 50, 51, 56, 57 extend over most of the circumference of the outer surface 49 or the bore 28.

Um die Stange 33 weitgehend von Druck zu entlasten, ragt ihr dem Gewindezapfen 9 zugewandtes Ende durch eine Bohrung 60 in der Kolbenstange 4 in eine Kammer 61, die über eine ra­diale Bohrung 62 und eine achsparallele Bohrung 63 mit der einen Oeffnung 53 kommuniziert und deshalb mit Rücklaufdruck beaufschlagt ist. Dazu sind die Oeffnungen 52 gegenüber den Oeffnungen 53 um 60° versetzt.In order to largely relieve the pressure on the rod 33, its end facing the threaded pin 9 projects through a bore 60 in the piston rod 4 into a chamber 61 which communicates with the one opening 53 via a radial bore 62 and an axially parallel bore 63 and therefore with Return pressure is applied. For this purpose, the openings 52 are offset by 60 ° with respect to the openings 53.

Auf dem den Deckel 20 überragenden Ende der Betätigungs­stange 33 ist eine Zahnstange 68 aufgeschraubt. Diese stützt sich auf einer Rolle 69 ab und ist im Eingriff mit einem Ritzel 70, das auf der Abtriebswelle 71 eines elektrischen Schrittmotors 72 sitzt.A toothed rack 68 is screwed onto the end of the actuating rod 33 which projects beyond the cover 20. This supports descends on a roller 69 and is in engagement with a pinion 70, which is seated on the output shaft 71 of an electric stepping motor 72.

Im Betrieb arbeitet der beschriebene Servoverstärker wie folgt: In dem in Fig. 1 dargestellten Ruhezustand ist der Steuerschieber 29 durch die Stange 33 in einer Stellung ge­halten. Der Kolben 3 verschiebt sich so weit, bis dessen Steuerkanten 56, 57 mit den Steuerkanten 50, 51 des Steuer­schiebers 29 so liegen, dass das Produkt aus der Kolbenring­fläche F₁, gebildet durch die Bohrungen 2, 6, mal dem Druck P im Gleichgewicht ist mit dem Produkt aus der Kolbenringfläche F₂, gebildet durch Bohrung 38 und die Stange 33 mal dem Druck P₁ im Raum 40 (plus allfällige Wirkung des Rücklaufdrucks R, plus eine äussere, auf die Kolbenstange 4 wirkende Kraft). Wird nun die Betätigungsstange 33 und damit der Steuerschie­ber 29 nach rechts verschoben (Fig. 4), so öffnet sich der Spalt zwischen den Steuerkanten 50 und 56 und Drucköl fliesst aus dem Raum 14 über die Fenster 45 in den zweiten Zylinder­raum 40 und schiebt somit den Kolben 3 mit der Kolbenstange 4 ebenfalls nach rechts. Der Kolben 3 folgt dem Steuerschie­ber 29 solange, bis sich der oben beschriebene Ruhezustand wieder eingestellt hat. Wird der Steuerschieber 29 nach links verschoben, so öffnet sich die durch die Steuerkanten 51, 57 gebildete Steueröffnung und die Hydraulikflüssigkeit fliesst vom Zylinderraum 40 zum Rücklaufanschluss 24.In operation, the servo amplifier described operates as follows: In the idle state shown in FIG. 1, the control slide 29 is held in one position by the rod 33. The piston 3 moves until its control edges 56, 57 with the control edges 50, 51 of the control slide 29 are such that the product of the piston ring surface F 1, formed by the bores 2, 6, times the pressure P is in equilibrium with the product of the piston ring surface F₂, formed by bore 38 and the rod 33 times the pressure P₁ in space 40 (plus any effect of the return pressure R, plus an external force acting on the piston rod 4). If the actuating rod 33 and thus the control slide 29 is now shifted to the right (FIG. 4), the gap between the control edges 50 and 56 opens and pressure oil flows from the space 14 through the windows 45 into the second cylinder space 40 and thus pushes the Piston 3 with the piston rod 4 also to the right. The piston 3 follows the control slide 29 until the rest state described above has been restored. If the control slide 29 is moved to the left, the control opening formed by the control edges 51, 57 opens and the hydraulic fluid flows from the cylinder space 40 to the return connection 24.

Dabei ist der Oeffnungsquerschnitt gebildet aus dem Abstand der Steuerkanten 50, 56 bzw. 51, 57 und dem Umfang der Aus­senfläche 49 im Verhältnis zur Fläche des Hilfskolbens 39 gross und der Oelstrom über die Steuerkanten ist durch keine beengenden Kanäle behindert und begrenzt, so dass die er­reichbare Kolbengeschwindigkeit hoch ist. Die wirksamen Kol­benflächen F₁ und F₂ können im Verhältnis zum Querschnitt des Steuerschiebers 29 beliebig klein gewählt werden. Da keine Oelsäulen kleinen Querschnitts zu beschleunigen sind, sind die Massenträgheitseffekte der beschleunigten Oelmen­gen vernachlässigbar gegenüber der Masse der Kolbenstange 4. Weil die Fenster 46 und die Oeffnungen 52, 53 gleichmäs­sig über den Umfang verteilt sind, entstehen im Betrieb keine Radialkräfte auf den Steuerschieber 29. Wegen des Unterschiedes der Anzahl Fenster 46 zur Anzahl Oeffnungen 52 bzw. 53 spielt die Drehstellung des Steuerschiebers 29 relativ zur Kolbenstange 4 keine Rolle. Die Abdichtung der Betätigungsstange 33 ist nur gegen Rücklaufdruck erforder­lich und kann daher reibungsarm ausgeführt werden. Die Be­tätigungsstange 33 ist dünn und der als Hohlzylinder ausge­bildete Steuerschieber 29 dünnwandig, so dass vom Antrieb nur geringe Massen zu beschleunigen sind. Daher kann ein kleiner Schrittmotor mit hoher Dynamik verwendet werden.The opening cross section is formed from the distance between the control edges 50, 56 or 51, 57 and the circumference of the outer surface 49 in relation to the surface of the auxiliary piston 39 and the oil flow through the control edges is not hindered and limited by any narrow channels, so that the achievable piston speed is high. The effective piston surfaces F₁ and F₂ can be chosen arbitrarily small in relation to the cross section of the control slide 29. Since there are no oil columns of small cross-section to be accelerated, the inertia effects of the accelerated oil quantities are negligible compared to the mass of the piston rod 4. Because the windows 46 and the openings 52, 53 are evenly distributed over the circumference, no radial forces arise on the control slide 29 during operation. Because of the difference in the number of windows 46 to the number of openings 52 and 53, the rotary position of the control slide 29 relative to the piston rod 4 is irrelevant. The sealing of the actuating rod 33 is only necessary against the return pressure and can therefore be carried out with low friction. The actuating rod 33 is thin and the control slide 29 designed as a hollow cylinder is thin-walled, so that only small masses can be accelerated by the drive. Therefore, a small stepper motor with high dynamics can be used.

Der beschriebene Servoverstärker eignet sich vor allem für Anwendungen, in welchen sehr hohe Verstellgeschwindigkeiten erforderlich sind und/oder veränderbare Hübe, bei mässiger Kraftübertragung. Typische Anwendungsgebiete sind z.B. bei Textilmaschinen für die Verstellung der Nadelbalken oder Nadelbarren, bei Stickmaschinen für die Nadel- oder Stickrah­menbewegung,
    bei Montage- oder Verpackungsmaschinen z.B. für das
Bestücken (von Leiterplatten)
Stopfen (von Bürsten)
Etikettieren, Markieren
Dosieren
Stossen, Ziehen, Biegen, Falten
Rütteln, Vibrieren, Stopfen
Zangen- oder Hebelbetätigung
    bei Werkzeugmaschinen und Vorrichtungen z.B. für das
Prägen, Drücken, Formen, Lochen, Ziehen
Hämmern, Nieten, Feinschmieden
Nibbeln, Klinken, Schnellstanzen
Schnittschlagdämpfer und Niederhalter bei Stanzpressen
Steuerung oder Antrieb der Einspritzventile bei Spritz­maschinen
Federfabrikation (Vorschub und Verformung)
Werkstoffprüfmaschine (Schwingungsprüfung, Dauerprüfung)
    als Steuer oder Antriebsorgan z.B. bei
Einspritzpumpen bei Verbrennungsmotoren
Dosierpumpen bei Mischanlagen
Mischventilen
Schnellkupplungen
Hydraulischen Proportionalventilen
Hydraulischen Pumpenreglern
usw.The servo amplifier described is particularly suitable for applications in which very high adjustment speeds are necessary and / or changeable strokes, with moderate power transmission. Typical areas of application are, for example, in textile machines for the adjustment of the needle bars or needle bars, in embroidery machines for the needle or embroidery frame movement,
in assembly or packaging machines, for example for the
Equipping (of printed circuit boards)
Plug (from brushes)
Labeling, marking
Dosing
Pushing, pulling, bending, folding
Shaking, vibrating, stuffing
Pliers or lever actuation
in machine tools and devices, for example for
Embossing, pressing, shaping, punching, drawing
Hammering, riveting, fine forging
Nibbling, latching, quick punching
Cut impact damper and hold-down device on punch presses
Control or drive of the injection valves in injection molding machines
Spring manufacturing (feed and deformation)
Materials testing machine (vibration test, endurance test)
as a control or drive element, for example
Injection pumps in internal combustion engines
Dosing pumps in mixing plants
Mixing valves
Quick couplings
Hydraulic proportional valves
Hydraulic pump regulators
etc.

In der Ausführungsvariante nach Fig. 5 ist der Antrieb der Betätigungsstange 33 abweichend von der Ausführungsform nach Fig. 1 ein Schraubgetriebe. Auf der Abtriebswelle 71 des Schrittmotors 72, der hier koaxial zur Kolbenstange 4 ange­ordnet ist, ist eine Gewindehülse 77 befestigt, die auf einem auf der Betätiungsstange 33 aufgeschraubten Gewindezapfen 78 aufgeschraubt ist. Der Zapfen 78 trägt einen Flansch 79, der durch einen gehäusefesten Stift 80 gegen Verdrehen gesichert ist. Eine Feder 81 belastet den Flansch 79, damit das Schraub­getriebe spielfrei ist.In the embodiment variant according to FIG. 5, the drive of the actuating rod 33 is a screw gear, in contrast to the embodiment according to FIG. 1. On the output shaft 71 of the stepper motor 72, which is arranged here coaxially with the piston rod 4, a threaded sleeve 77 is fastened, which is screwed onto a threaded pin 78 screwed onto the actuating rod 33. The pin 78 carries a flange 79 which is secured against rotation by a pin 80 fixed to the housing. A spring 81 loads the flange 79 so that the screw gear is free of play.

In den Ausführungsformen nach Fig. 6 bis 8 werden für analoge Teile gleiche Bezugszeichen verwendet, so dass sich hier eine detaillierte Erläuterung erübrigt.In the embodiments according to FIGS. 6 to 8, the same reference numerals are used for analog parts, so that a detailed explanation is not necessary here.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist der Hilfskolben durch den zweiten Abschnitt 21 der Kolbenstange 4 gebildet, der in einer Bohrung 84 des Gehäuses 1 gleitet. Der erste, mit dem Druckanschluss 16 verbundene Zylinderraum 14 wird hier durch die Bohrung 84 gebildet. Die zwischen den Bohrungen 2 und 6 gebildete Ringfläche F₂ des zweiten Zylinderraums 40 ist grösser als die wirksame Fläche F₁ des ersten Zylinderraums 14. Der wiederum als Hohlzylinder ausgebildete Steuerschieber 29 hat hier Fenster 46, die in eine Umfangsnut 85 des Steuer­schiebers 29 münden. Die dem Kolben 3 zugewandte Stirnwand 47 dieser Nut 85 bildet zusammen mit der Aussenfläche 49 die eine dem Steuerschieber 29 zugeordnete Steuerkante 50. Die andere Steuerkante 51 des Steuerschiebers 29 wird gebil­det durch die dem Kolben 3 zugewandte Stirnwand 48 einer weiteren Nut 86 des Steuerschiebers 29. Die beiden der Kol­benstange 4 zugeordneten Steuerkanten 56, 57 werden durch die beiden Stirnflächen 54, 55 einer Umfangsnut 87 der Kolbenstange 4 und die Bohrung 28 gebildet. Die Nut 86 ist über radiale Oeffnungen 53 im Abschnitt 21 der Kolbenstange 4 mit dem Rücklaufraum 22 verbunden. Die Nut 87 kommuniziert über Oeffnungen 52 in der Kolbenstange 4 mit dem Zylinder­raum 40. Im übrigen ist der Aufbau und die Betriebsweise der Ausführungsform nach Fig. 6 analog jeder nach Fig. 1.In the embodiment according to FIG. 6, the auxiliary piston is formed by the second section 21 of the piston rod 4, which slides in a bore 84 of the housing 1. The first cylinder space 14, which is connected to the pressure connection 16, is passed through here the bore 84 formed. The annular surface F₂ formed between the bores 2 and 6 of the second cylinder chamber 40 is larger than the effective surface F₁ of the first cylinder chamber 14. The control slide 29, which in turn is designed as a hollow cylinder, has windows 46 which open into a circumferential groove 85 of the control slide 29. The end wall 47 of this groove 85 facing the piston 3 forms, together with the outer surface 49, the one control edge 50 assigned to the control slide 29. The other control edge 51 of the control slide 29 is formed by the end wall 48 facing the piston 3 of a further groove 86 of the control slide 29. The two control edges 56, 57 assigned to the piston rod 4 are formed by the two end faces 54, 55 of a circumferential groove 87 of the piston rod 4 and the bore 28. The groove 86 is connected to the return chamber 22 via radial openings 53 in section 21 of the piston rod 4. The groove 87 communicates with the cylinder chamber 40 via openings 52 in the piston rod 4. Otherwise, the structure and the mode of operation of the embodiment according to FIG. 6 are analogous to each according to FIG. 1.

Die Ausführungsform nach Fig. 7 ist analog jener nach Fig. 6, wobei jedoch hier Druckanschluss 16 und Rücklaufanschluss 24 vertauscht sind. Dementsprechend ist der erste, mit Speise­druck beaufschlagte Zylinderraum 14 mit der wirksamen Fläche F₁, hier links des Kolbens 3, angeordnet. Die Oeffnungen 52, 53 überkreuzen sich und erstrecken sich deshalb je über weniger als die Hälfte des Umfangs. Da die ganze Betätigungs­stange 33 mit Rücklaufdruck beaufschlagt ist, ist die Ent­lastung durch eine mit Rücklaufdruck beaufschlagte Kammer 61 überflüssig.The embodiment according to FIG. 7 is analogous to that according to FIG. 6, but here the pressure connection 16 and the return connection 24 are interchanged. Accordingly, the first cylinder chamber 14, which is acted upon by feed pressure, is arranged with the effective area F 1, here on the left of the piston 3. The openings 52, 53 cross each other and therefore each extend over less than half the circumference. Since the entire actuating rod 33 is acted upon by return pressure, the relief by a chamber 61 acted upon by return pressure is superfluous.

Die Ausführungsform nach Fig. 8 ist analog jener nach Fig. 1 aufgebaut, nur dass hier der Hilfskolben durch einen zweiten Flansch 90 am Abschnitt 21 der Kolbenstange 4 gebildet ist. Der Flansch 90 gleitet in derselben Bohrung 2 des Gehäuses 1 wie der Kolben 3. Dementsprechend entspricht die wirksame Fläche F₂ des zweiten Zylinderraums 40 dem Querschnitt der Bohrung 2, abzüglich dem Querschnitt der Betätigungsstange 33. Es ist bei dieser Ausführungsform jedoch auch möglich, den Durchmesser des Flansches 90 kleiner zu wählen, als den Durchmesser des Kolbens 3, also die Bohrung 2 wie im Aus­führungsbeispiel nach Fig. 7 abzusetzen.The embodiment according to FIG. 8 is constructed analogously to that according to FIG. 1, except that here the auxiliary piston is formed by a second flange 90 on section 21 of the piston rod 4. The flange 90 slides in the same bore 2 of the housing 1 as the piston 3. Accordingly, the effective area F₂ of the second cylinder space 40 corresponds to the cross section of the bore 2, minus the cross section of the actuating rod 33. However, it is also possible in this embodiment, the diameter of the flange 90 to be chosen smaller than the diameter of the piston 3, that is to say the bore 2 as in the exemplary embodiment according to FIG. 7.

Claims (10)

1. Hydraulischer Linear-Servoverstärker umfassend einen in einer ersten zylindrischen Bohrung (2) eines Ge­häuses (1) geführten Kolben (3), eine mit dem Kolben (3) ver­bundene, das Gehäuse (1) einseitig überragende Kolbenstange (4), einen in einer zweiten Bohrung (28) in der Kolbenstange (4) geführten Steuerschieber (29) mit einer Betätigungsstange (33), einen Druckanschluss (16), der mit einem ersten Zylin­derraum (14) verbunden ist, sowie einen Rücklaufanschluss (24), wobei der Steuerschieber (29) über Steuerkanten (50,51, 56,57) den Durchfluss vom ersten Zylinderraum (14) in einen zweiten Zylinderraum (40) mit einer grösseren wirksamen Fläche (F₂) bzw. vom zweiten Zylinderraum (40) zum Rücklaufanschluss (24) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (29) als Hohlzylinder ausgebildet ist, dessen Wand (30) von Fenstern (46) durchsetzt ist, wobei mindestens eine Fenster­kante als dem Steuerschieber (29) zugeordnete Steuerkante (50,51) ausgebildet ist, die mit einer der Kolbenstange (4) zugeordneten Steuerkante (56,57) zusammenwirkt.1. Hydraulic linear servo amplifier comprising a piston (3) guided in a first cylindrical bore (2) of a housing (1), a piston rod (4) connected to the piston (3) and projecting from one side of the housing (1), an in a second bore (28) in the piston rod (4) guided control slide (29) with an actuating rod (33), a pressure connection (16), which is connected to a first cylinder chamber (14), and a return connection (24), the Control slide valve (29) via control edges (50, 51, 56, 57) the flow from the first cylinder chamber (14) into a second cylinder chamber (40) with a larger effective area (F₂) or from the second cylinder chamber (40) to the return connection (24 ) controls, characterized in that the control slide (29) is designed as a hollow cylinder, the wall (30) of which is penetrated by windows (46), at least one window edge being designed as a control edge (50, 51) assigned to the control slide (29), the one with the piston n rod (4) associated control edge (56,57) cooperates. 2. Servoverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, dass die Kolbenstange (4) mit einem Hilfskolben (21,39,90) zusammenwirkt, der einen der Zylinderräume (14,40) begrenzt.2. Servo amplifier according to claim 1, characterized in that the piston rod (4) cooperates with an auxiliary piston (21, 39, 90) which delimits one of the cylinder spaces (14, 40). 3. Servoverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekenn­zeichnet, dass der Hilfskolben (21,39) einen kleineren Durch­messer hat als der Kolben (3).3. Servo amplifier according to claim 2, characterized in that the auxiliary piston (21,39) has a smaller diameter than the piston (3). 4. Servoverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekenn­zeichnet, dass der Hilfskolben (39) in einer koaxialen dritten Bohrung (38) der Kolbenstange (4) axial verschiebbar, gehäuse­fest angeordnet und von der Betätigungsstange (33) durchsetzt ist, und dass die dem ersten Zylinderraum (14) gegenüberlie­gende Seite des Kolbens (3) mit einem mit dem Rücklaufan­schluss (24) verbundenen Rücklaufraum (22) kommuniziert.4. Servo amplifier according to claim 3, characterized in that the auxiliary piston (39) in a coaxial third bore (38) of the piston rod (4) axially displaceable, fixed to the housing and penetrated by the actuating rod (33), and that the first cylinder chamber (14) opposite side of the piston (3) communicates with a return space (22) connected to the return connection (24). 5. Servoverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekenn­zeichnet, dass der Hilfskolben (39) lose an einem Gehäuse­deckel (20) anliegt und an seiner dem zweiten Zylinderraum (40) abgewandten Stirnseite mit dem Rücklaufraum (22) kommu­niziert.5. Servo amplifier according to claim 4, characterized in that the auxiliary piston (39) bears loosely on a housing cover (20) and communicates with the return chamber (22) on its end face remote from the second cylinder chamber (40). 6. Servoverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fenster (46) zusammen mit radialen, in den ersten Zylinderraum (14) mündenden ersten Oeffnungen (52) sowie radialen, in einen Rücklaufraum (22) mündenden zweiten Oeffnungen (53) in der Kolbenstange (4) die Steuerkanten (50,51,56,57) bilden, und dass der hohl­zylindrische Steuerschieber (29) gegen den zweiten Zylinder­raum (40) offen ist.6. Servo amplifier according to one of claims 1 to 5, characterized in that the windows (46) together with radial ones opening into the first cylinder space (14) Openings (52) and radial second openings (53) opening into a return space (22) in the piston rod (4) form the control edges (50, 51, 56, 57) and that the hollow cylindrical control slide (29) against the second cylinder space (40) is open. 7. Servoverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekenn­zeichnet, dass die Fenster (46) und die Oeffnungen (52,53) gleichmässig über den Umfang verteilt sind.7. Servo amplifier according to claim 6, characterized in that the windows (46) and the openings (52, 53) are evenly distributed over the circumference. 8. Servoverstärker nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fenster (46) einen rechteckigen Um­riss haben, wobei die dem Steuerschieber (29) zugeordneten Steuerkanten (50,51) in je einer Radialebene liegen, dass die ersten und zweiten Oeffnungen (52,53) je auf ihrer dem Kolben (3) benachbarten Seite zusammen mit der zweiten Boh­rung (28) je die ebenfalls in Radialebenen liegenden, der Kolbenstange (4) zugeordneten Steuerkanten (56,57) bilden, und dass die Betätigungsstange (33) gegenüber dem Gehäuse (1) axial verschiebbar ist.8. Servo amplifier according to claim 6 or 7, characterized in that the windows (46) have a rectangular outline, the control edges (50, 51) assigned to the control slide (29) each lying in a radial plane such that the first and second openings ( 52, 53) each form on their side adjacent to the piston (3) together with the second bore (28) the control edges (56, 57), which are also located in radial planes and are assigned to the piston rod (4), and that the actuating rod (33) is axially displaceable relative to the housing (1). 9. Servoverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Kolbenstange (4) an­geordnete Stirnende der Betätigungsstange (33) in eine mit dem Rücklaufanschluss (24) verbundene Kammer (61) ragt.9. Servo amplifier according to one of claims 1 to 8, characterized in that the end face of the actuating rod (33) arranged in the piston rod (4) projects into a chamber (61) connected to the return connection (24). 10. Servoverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsstange (33) über ein Getriebe (68,70;77,78) mit der Abtriebswelle (71) eines Pilotmotors (72) verbunden ist.10. Servo amplifier according to one of claims 1 to 9, characterized in that the actuating rod (33) via a gear (68,70; 77,78) is connected to the output shaft (71) of a pilot motor (72).
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