DE2057639A1

DE2057639A1 - Digital hydraulic actuator

Info

Publication number: DE2057639A1
Application number: DE19702057639
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl-Ing Martinek; Heinz Prof Dr-Ing Toepfer
Original assignee: Institut fuer Regelungstechnik
Current assignee: Institut fuer Regelungstechnik
Priority date: 1969-12-05
Filing date: 1970-11-24
Publication date: 1971-06-24
Also published as: SU364178A3

Description

Digitaler hydraulischer Stellantrieb Die Erfindung betrifft einen digitalen hydraulischen Stellantrieb, welcher nach Ansteuerung mit digitalen parallel codierten Signalen einen Wegausgang liefert, der hauptsächlich zum Ansteuern von Leistungsverstärkern, insbesondere zum Verstellen von Ventilen, Klappen und dgl. oder direkt zum Verstellen von Einrichtungen dienen kann.Digital hydraulic actuator The invention relates to a digital hydraulic actuator, which after activation with digital signals encoded in parallel provides a path output that is mainly for controlling power amplifiers, especially for adjusting valves, Flaps and the like. Or can be used directly to adjust facilities.

Für die vorgenannten Anwendungsmöglichkeiten ist schon eine Verstelleinrichtung mit in Reihe geschalteten pneumatischen oder hydraulischen Zylindern bekannt. Hierbei ist jeweils ein Kolben mit dem folgenden Zylinder starr verbunden bzw. stehen die Kolben innerhalb eines gemeinsamen Zylinders durch Anschläge so miteinander in Verbindung, daß bei BeauSschlagung der Kolben die Einzelwege addiert werden.There is already an adjustment device for the aforementioned possible applications known with series-connected pneumatic or hydraulic cylinders. Here one piston is rigidly connected to the following cylinder or the Pistons within a common cylinder connected to one another by stops in such a way that that when the piston is hit, the individual paths are added.

Die vorgenannte Verstelleinrichtung ist für kleine Wege zu teuer, da eine sehr genaue Bearbeitung der Anschlage erforderlich ist, keinerlei Untersetzung erfolgt und außerdem unbedingt ein Hydraulik- oder Pneumatik-Versorgungsaggregat erforderlich ist.The aforementioned adjustment device is too expensive for short distances, since a very precise machining of the stop is required, no reduction whatsoever and also a hydraulic or pneumatic supply unit is required.

Weiterhin besteht nach längerer Betriebsdauer die Gefahr der genauigkeitsminderung durch Verschleiß der Anschläge und Kolben, die wegen der auftretenden Stoßbelastung sehr starr und damit schwer ausgebildet oder bei denen zur Stoßentlasbun verhältnismäßig aufwendige zusätzliche Dämpfungseinrichtungen vorgesehen werden müssen. Ein NachJustieren der beschriebenen Einrichtung ist ebenfalls nicht möglich. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Anwendungsbereich einer einmal fertiggestellten Einheit begrenzt ist, weil die Auslegung fertigungstechnisch nur für einen ganz bestimmten Verwendungszweck erfolgen kann und eine baukastenmäßige Erweiterung nicht möglich ist. Schließlich weist die vorgenannte Einrichtung viele unterschiedliche Teile auf; die zur laufenden Instandhaltung eine umfangreiche Ersatzteilhaltung bedingen.Furthermore, there is a risk of a reduction in accuracy after a long period of operation through wear of the stops and pistons due to the impact load that occurs very rigid and therefore difficult to develop, or in those cases that are proportionate to shock relief complex additional damping devices must be provided. A After adjusting the device described is also not possible. Another disadvantage is that the scope of a unit once completed is limited is because the design is only for a very specific purpose in terms of production technology can take place and a modular expansion is not possible. In the end the aforesaid device comprises many different parts; the current Maintenance require extensive spare parts inventory.

Zweck der Erfindung ist es, einen digitalen hydraulischen Stellantrieb zu schaffen, der auch für kleine Wege verhältnismäßig kostengünstig herzustellen ist. Weiterhin soll auch nach längerer Betriebsdauer keine wesentliche Veränderung der Genauigkeit zu verzeichnen sein. Darüber hinaus soll bei geringerem Bedienungs- und Wartungsaufwand der Anwendungsbereich gegenüber der bisherigen kusSuhrung erweitert sein.The purpose of the invention is to provide a digital hydraulic actuator to create that is relatively inexpensive to manufacture even for small paths is. Furthermore, there should be no significant change even after a long period of operation the accuracy. In addition, with less operating and maintenance effort, the scope of application has been expanded compared to the previous kusSuhrung be.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den digitalen hydraulischen Stellantrieb so zu gestalten, daß auf ein gesondertes HydraulikaggreSat verzichtet werden kann. Die genaue Bemessung der gewiinschten Wege soll mit einfachen Bauteilen auf einfache Weise und variabel Jederzeit möglich sein.The invention is based on the object of the digital hydraulic To design the actuator in such a way that a separate hydraulic unit is not required can be. The exact dimensioning of the desired paths should be made with simple components be possible in a simple and variable manner at any time.

Neben dem Wegausgang sollen Genauigkeit, Kraft und die Ansteuerung vQn Anwender beliebig gewählt werden können.In addition to the path output, accuracy, force and control should be vQn users can be chosen at will.

Die Stoßbelastung im Betrieb soll ohne zusätzliche Dampfungseinrichtungen in vertretbaren Grenzen gehalten werden. Es sollen weitgehend Wiederholteile Verwendung finden, so daß eine baukastenmäßige Erweiterung bezuglich der Wege und Kräfte möglich ist.The shock load in operation should be without additional damping devices kept within reasonable limits will. It should largely be repeated parts Find use, so that a modular expansion with respect to the ways and Forces is possible.

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stellantrieb im wesentlichen aus einem geschlossenen Behalter mit ruhender Flüssigkeit besteht, die einerseits mit einem Stellkolben und andererseits mit mehreren Verdrängerkolben mit gleichem undXoder unterschiedlichem Durchmesser und mit gleichem und/oder unterschiedlichem Hub verbunden ist, wobei ein oder mehrere Verdringerkolben gleichzeitig oder nacheinander derart zu betätigen sind daß der Stellkolben entsprechend dem jeweils verdrängten Flüssigkeitsvolumen um einen bestimmten Weg verstellbar ist.According to the invention the object is achieved in that the actuator consists essentially of a closed container with stationary liquid, on the one hand with an adjusting piston and on the other hand with several displacement pistons with the same and X or different diameters and with the same and / or different Hub is connected, with one or more displacement pistons simultaneously or one after the other are to be operated in such a way that the actuating piston is displaced in accordance with the respective Liquid volume is adjustable by a certain distance.

Der Antrieb für die Verdrängerkolben ist bei Vervwndung des Stellantriebes als Servo-Stellantrieb vorzugsweise elektrisch und als Leistungs-Stellantrieb vorzugsweise hydraulisch.The drive for the displacement piston is when the actuator is used preferably electrical as a servo actuator and preferably as a power actuator hydraulically.

Der Stellkolben und die Verdrängerkolben sind bei Verwendung des Stellantriebes als Servo-Stellantrieb vorzugsweise über elastische Elemente wie Wellrohr, Membran oder Rollmembran abgedichtet.The setting piston and the displacement piston are when the actuator is used as a servo actuator, preferably via elastic elements such as a corrugated pipe, membrane or sealed with rolling diaphragm.

Der geschlossene Beliälter des Stellantriebes ist zur Erzielung größerer und/oder genauerer Stellwege wahlweise mit weiteren gleichen und/oder unterschiedlichen geschlossenen Behältern mit einer entspreohenden Anzahl von Verdrängerkolben zu verbinden.The closed container of the actuator is to achieve larger and / or more precise travel ranges optionally with further same and / or different closed containers with a corresponding number of displacement pistons connect to.

Zur genauen Bemessung der Stellwege ist der Hub der Verdrängerkolben einstellbar.The stroke of the displacement piston is used to precisely measure the travel range adjustable.

Zur Korrektur des Volumens bei evtl. auftretenden Leckverlusten ist an dem bzw. an einem der geschlossenen Behälter ein zusätzlicher, fein einstellbarer, mit der PlÜssigkeit in Verbindung stehender Verdrängerkolben angeordnet.To correct the volume in the event of leakage losses on or on one of the closed containers an additional, finely adjustable, arranged with the PlÜssigkeit standing in connection displacement piston.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt in der Vielfalt der Gestaltungsmäglichkeiten, die eine Anpassung an die verschiedensten Verwendungszwecke und vorhandenen Raumverhältnisse mit weitgehend gleichen Bauteilen gestattet.The particular advantage of the invention lies in the variety of design options, an adaptation to the most varied of purposes and available space with largely the same components.

Der neue digitale Stellantrieb zeichnet sich gegenüber den bekannten digitalen Stellantrieben außerdem durch einfache Ein- und Nachstellbarkeit aus.The new digital actuator stands out from the familiar digital actuators are also characterized by their ease of adjustment and readjustment.

Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeiohnungen zeigen: Fig. 1: einen hydraulischen digitalen Stellantrieb mit elektrischer Betätigung Fig. 2: einen baukastenmäßig erweiterten Stellantrieb nach Fig. 1 Pig. 3t einen hydraulisch oder pneumatisch zu betätigenden Verdrängerkolben0 Der in den Biguren 1 und 2 dargestellte Stellantrieb besteht im wesentlichen aus einem geschlossenen Behälter 1, der hier sechseckförmig ausgebildet ist. Der Behölter 1 kann aber auch eine andere Bors, z. 3. die eines beliebigen Vielecks, eines Zylinders oder einer Kugel haben. Der Behälter 1 besitzt zweckmäßigerweise gleiche Anschlußbohrungen 2, in die Verdrängerzylinder 3 mit Verdrängerkolben 4, Stellzylindern 5 und gegebenenfalls Verschlußstopfen 6 eingeschraubt werden. Ie Stellzylinder 5 befindet sich ein durch eine Membran 7 abgedichteter Stellkolben 8 mit einer Kolbenstange 9. Stellzylinder 5, Verdrängerzylinder 3 und Verschlußstopfen 6 sind austauschbar und lassen sich in ihrer Zahl und Anordnung variieren. Die Verdrängerkolben 4 sind mit einer Rollmembran 10 abgedichtet. Die Anschlußbohrungen 2 des Behälters 1 können nötigenfalls über ein Verbindungsstück 11 mit weiteren gleichen Behältern oder wie in Fig. 2 dargestellt, mit unterschliedlichen Behältern 12 versehen werden. Der Behalter 12 hat hier beispielsweise die Form eines Vierecks.The invention is to be described in more detail below using an exemplary embodiment explained. The associated drawings show: Fig. 1: a hydraulic one digital actuator with electrical actuation Fig. 2: a modular extended actuator according to Fig. 1 Pig. 3t a hydraulic or Pneumatically operated displacement piston 0 The one shown in Bigurs 1 and 2 Actuator consists essentially of a closed container 1, which here Is hexagonal. The container 1 can also have a different boron, z. 3. Have any polygon, cylinder or sphere. Of the Container 1 expediently has the same connection bores 2 in the displacement cylinder 3 with displacement piston 4, actuating cylinders 5 and, if necessary, sealing plugs 6 be screwed in. The actuating cylinder 5 is located through a membrane 7 sealed adjusting piston 8 with a piston rod 9. adjusting cylinder 5, displacement cylinder 3 and plug 6 are interchangeable and their number and arrangement vary. The displacement pistons 4 are sealed with a rolling diaphragm 10. the Connection holes 2 of the container 1 can, if necessary, via a connecting piece 11 with other identical containers or as shown in Fig. 2, with different Containers 12 are provided. The container 12 has the shape of a, for example Square.

Auf diese Art können Behälter gleicher undXoder untersobledlioher Formen hintereinander auf dem Umfang des ersten und/oder der weiteren Behälter entsprechend dem Zweck und den Platzverhältnissen angeordnet werden. Nicht benötigte Anschlußbohrungen 2 werden durch die Verschlußstopfen 6 und entsprechende Dichtungen 13 verschlossen.In this way, containers can be of the same size or size Forms one after the other on the circumference of the first and / or the further Containers are arranged according to the purpose and the space available. not Required connection holes 2 are through the plug 6 and corresponding Seals 13 closed.

Oberhalb jedes Verdrängerzylinders 3 befindet sich ein Stoßmagnet 14, dessen beweglicher Kern 15 über eine Sahubstange 16 auf den zugehörigen Verdrängerkolben 4 wirkt.Above each displacement cylinder 3 there is an impact magnet 14, the movable core 15 of which is attached to the associated displacement piston via a push rod 16 4 works.

Der Weg des Magnetkerns 15 und damit des Verdrängerkolbens 4 ist durch ein Gewinde auf der Schubstange 16 und im Magnetkern 15 einstellbar.The path of the magnetic core 15 and thus of the displacement piston 4 is through a thread on the push rod 16 and adjustable in the magnetic core 15.

Die Arretierung erfolgt durch eine Kontermutter 17. Zum Einstellen des Nullpunktes und zum Nachjustieren bei etwaigen Leckverlusten dient ebenfalls ein Verdrängerkolben 4, der über eine Mutter 18 und eine Rändelschraube 19 verstellbar ist.A lock nut 17 is used for locking. Adjustment the zero point and readjustment in the event of leakage losses is also used a displacement piston 4 which is adjustable via a nut 18 and a knurled screw 19 is.

Die Wirkungsweise des Stellantriebes ist folgendermaßen: Bei Betätigung des Stoßmagneten 14 wird der Kern 15 bis zum Anschlag verschoben und hierbei über die Schubstange 16 der Verdrängerkolben 4 nach unten gedrückt, wobei konstantes Volumen der im Behälter 1 befindlichen Flüssigkeit verdrängt wird. Bei der Verwendung von n Verdrängerkolben lassen sich 2n definierte Stellungen der Kolbenstange 9 erzielen. Die Verdrängerkolben 4 haben im vorliegenden Beispiel gleiche Durchmesser und werden über die Stoßmagnete 14 um verschiedene Wege verschoben, wobei die Wege nach dem natürlichen Dual- oder einem anderen Code gestuft sein können. Besonders bei elektrischer Betätigung kann dieser Stellantrieb auf einfache Weise an das su verstellende Objekt angesetzt werden, da nur die übliche elektrische Verdrahtung erforderlich ist.The operation of the actuator is as follows: When operated of the impact magnet 14, the core 15 is moved up to the stop and this over the push rod 16 of the displacement piston 4 is pressed downwards, with constant Volume of the liquid in the container 1 is displaced. When using 2n defined positions of the piston rod 9 can be achieved by n displacement pistons. The displacement pistons 4 in the present example have the same diameter and are Moved by different ways on the impact magnets 14, wherein the Paths can be graded according to the natural dual or some other code. Particularly when operated electrically, this actuator can easily be connected to the su adjusting object, as only the usual electrical wiring is required.

Wie Fig. 3 zeigt, können anstatt der elektrischen Betätigung durch Stoßmagnete 14 auch hydraulisch oder pneumatisch betätigte Antriebe 20 verwendet werden. Für diese Antriebe können der in Fig. 1 gezeigte Verdrangerzylinder 3, der Verdrängerkolben 4 und die Rollmembran 10 verwendet werden.As Fig. 3 shows, can instead of electrical actuation by Impact magnets 14 also hydraulically or pneumatically operated drives 20 are used will. For these drives, the displacement cylinder 3 shown in FIG. 1, the Displacement piston 4 and the rolling diaphragm 10 can be used.

Claims

Patent claims:

1. Digital hydraulic actuator, which after activation with digital signals encoded in parallel provides a path output that is mainly for controlling power amplifiers, especially for adjusting valves Flaps and the like., Or can be used directly for adjusting devices, thereby characterized in that the actuator consists essentially of a closed container (1; 12) consists of stationary liquid, which on the one hand is connected to an actuating piston (8) and on the other hand with several displacement pistons (4) with the same and / or different ones Diameter and is connected to the same and / or different stroke, wherein one or more displacement pistons (4) at the same time or one after the other in such a way are actuated so that the actuating piston (8) corresponds to the volume of liquid displaced in each case is adjustable by a certain distance.

2. Digital hydraulic actuator according to claim 1, characterized in that that the drive for the displacement piston (4) when using the actuator as Servo actuator preferably electric and preferably as a power actuator is hydraulic.

.3 * Digital hydraulic actuator according to claim 1, characterized characterized in that the actuating piston (8) and the displacement piston (4) when using of the actuator as a servo actuator, preferably via elastic elements such as corrugated pipe, membrane (7) or rolling membrane (10) are sealed.

4. Digital hydraulic actuator according to claim 1, characterized in that that the closed container (1) of the actuator to achieve larger and / or more precise travel ranges optionally with further, identical and / or different closed containers (1; 12) with a corresponding number of displacement pistons (4) is to be connected.

5. Digital hydraulic actuator according to claim 1 and 4 thereby characterized in that the stroke of the displacement piston for the precise measurement of the travel ranges (4) is adjustable.

6. Digital hydraulic actuator according to claim 1 and 4 thereby characterized that to correct the volume in the event of leakage losses on the or on one of the closed containers an additional finely adjustable, with the liquid in communication displacement piston (4) is arranged.