DE69010632T2

DE69010632T2 - Motor mit abwechselnder Bewegungsrichtung.

Info

Publication number: DE69010632T2
Application number: DE69010632T
Authority: DE
Inventors: Seiji Saita
Original assignee: Yamada Corp
Current assignee: Yamada Corp
Priority date: 1989-11-16
Filing date: 1990-11-15
Publication date: 1994-11-03
Anticipated expiration: 2010-11-16
Also published as: US5150643A; EP0428406B1; JPH03157506A; DE69010632D1; EP0428406A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hubkolben-Stellglied, das beispielsweise mit einem Wegeventil druckluftbetrieben werden kann, wodurch die Notwendigkeit eines Zusatzzylinders in der Stellgliedvorrichtung entfällt und die Länge des Stellgliedes möglichst gering gehalten werden kann.
Herkömmliche Stellglieder vom Hubkolbentyp, wie etwa das in der Japanese Utility Mode Publication Nr. 37829/1986 geoffenbarte, weisen eine Konfiguration mit einem gleitfähig in einen Zylinder eingepaßten Kolben und einer am Kolben angebrachten Wegeventilvorrichtung auf. Durch Umschalten des Ventilmechanismus jeweils am Ende des Hubes wird ein Treibmittel zwischen den beiden im Zylinder ausgebildeten und durch den Kolben voneinander getrennten Treibmittelkammern hin- und herbewegt.
Herkömmliche Hubkolben-Stellglieder müssen über einen Zusatzzylinder unterhalb des Hauptzylinders verfügen, in den der Kolben eingefahren wird. Der Zusatzzylinder weist eine für den vollen Hub des Kolbens ausreichende Länge auf, so daß bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens unabhängig von der Kolbenstellung der Auslaß des Treibmittels erfolgt. Bei Hubkolben-Stellgliedern mit einem am Kolben angebrachten Wegeventilmechanismus, so etwa bei dem obengenannten, muß die Stellgliedvorrichtung eine ausreichende Länge in Achsrichtung gemäß der Länge des Auslaßzusatzzylinders aufweisen, um einen Auslaß zu ermöglichen.
Darüber hinaus wird der Leser hinsichtlich des Standes der Technik bezüglich FR-A-1 342 507 unterwiesen, worauf sich die Beschreibung von Anspruch 1 bezieht.
Ziel dieser Erfindung ist unter anderem, ein Hubkolben-Stellglied mit geringerer Länge unter Verwendung einer Wegeventilvorrichtung zur Verfügung zu stellen, durch die die Notwendigkeit eines Zusatzzylinders an einem der Enden des Stellgliedes entfällt.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein Hubkolben-Stellglied entsprechend Anspruch 1 zur Verfügung.
Im Kolben können drei Auslaßventile sowie drei Entlüftungsventile untergebracht werden. Das Treibmittel in der Auslaßkammer wird durch das Auslaßventil und hierauf durch die Auslaßöffnung freigesetzt, wenn sich der Kolben auf das Kappenende des Stellgliedes zuzubewegen beginnt. Am Ende des Hubes in Richtung des Kappenendes des Stellgliedes nehmen die Auslaßund Entlüftungsöffnungen im Wegeventilmechanismus entgegengesetzte Zustände an, so daß die Auslaßkammer durch das Treibmittel gefüllt werden kann und die Bewegungsrichtung des Kolbens sich umkehrt, indem sie vom Kappenende des Stellgliedes weg erfolgt. Die Hubbewegung des am Kolben angebrachten Plungerkolbens dauert so lange an, wie an einer Einlaßöffnung des Stellgliedes Treibmittel eingeführt wird.
Wie bei den bisher verwendeten, über einen Ventilmechanismus im Kolben verfügenden Stellgliedern wird der Kolben mit Hilfe des unter hohem Druck stehenden Treibmittels in der Einlaßöffnung unter gleichzeitiger Verringerung des Druckes in der Auslaßkammer durch Entlüftung über die Entlüftungswege in Richtung der Kappe getrieben. Weil an beiden Seiten des Kolbens gleiche Drücke anliegen, die die Einlaßkammer beschreibende Kolbenseite jedoch eine kleinere Oberfläche als die andere hat, wird der Kolben in die entgegengesetzte Richtung getrieben. Wenn die Aufwärtsbewegung des Kolbens ihre obere Grenze erreicht, wird durch eine Feder eine Ventilplatte in Eingriff gebracht, wodurch die Auslaßventile und die Öffnung der Entlüftungsventile gleichzeitig geschlossen werden.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung anhand eines Beispiels ersichtlich, die in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, in denen für dieselben Elemente jeweils dieselben Positionsnummern verwendet werden, zu lesen sind.
Abbildung 1 ist ein Querschnitt, der eine Umsetzung des Hubkolben-Stellgliedes entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt.
Abbildung 2 ist ein Querschnitt durch das Hubkolben-Stellglied entlang der Linie IIII in Abbildung 1.
Das in Abbildung 1 gezeigt Hubkolben-Stellglied verfügt über einen Zylinder (13), der mit einem zwischengelegten O-Ring (12) auf ein Gehäuse (11) aufgeschraubt ist. Auf das Ende des Zylinders (13) ist eine Kappe (15) mit zwischengelegter Dichtung (14) aufgeschraubt. In einer Bohrung im Gehäuse (11) befindet sich ein vertikal gleitfähiger Plungerkolben (17), der durch eine hohle Kolbenstange (18) mit einem Kolben (21) verbunden ist.
Der Kolben (21) umfaßt eine in den Zylinder (13) eingepaßte und zwischen einer oberen Unterlegscheibe (23) und einer unteren Unterlegscheibe (24) angebrachte Abdichtung (22). Die Abdichtung (22) sowie die obere Unterlegscheibe (23) und die untere Unterlegscheibe (24) sind zwischen der Kolbenstange (18) und einem in das Ende der Kolbenstange (18) eingeschraubten Bolzen (25) festgeklemmt. Der Kolben (21) teilt den Raum innerhalb des Zylinders (13) in eine obere Treibmittelkammer (26) und eine untere Treibmittelkammer (27).
Am Kolben (21) ist ein Wegeventil (31) angebracht. Das Wegeventil (31) schaltet an den beiden Enden der Hubbewegung um, so daß das Treibmittel abwechselnd aus der unteren Treibmittelkammer (27) in die obere Treibmittelkammer (26) und aus der oberen Treibmittelkammer (26) in die untere Treibmittelkammer (27) strömt. Das Wegeventil (31) umfaßt drei Kupplungsglieder (34), die in drei verschiedenen, im Kolben (21) ausgebildeten Öffnungen (32) für den Auslaß des Treibmittels angebracht sind (siehe Abbildung 2). Die Öffnungen für den Auslaß des Treibmittels (32) dienen als Auslaßöffnungen für das Treibmittel. Die Kupplung (34) verbindet eine obere Ventilplatte (35) und eine untere Ventilplatte (36). Die obere Ventilplatte (35) liegt den oberen Sitzen (37) der Öffnungen für den Auslaß des Treibmittels (32) gegenüber; die untere Ventilplatte (36) liegt den unteren Ventilsitzen (38) einer Gruppe aus drei Ventilöffnungen (33) im Kolben (21) gegenüber (ebenfalls in Abbildung 2 dargestellt).
Wenn sich der Kolben in der höchsten Position im Zylinder (13) befindet, berührt die obere Ventilplatte (35) eine obere Feder (41), durch die der Kontakt zur Kupplung (34) hergestellt und der Kontakt zwischen unterer Ventilplatte (36) und den Öffnungen für den Auslaß des Treibmittels (32) aufgehoben wird. Am entgegengesetzten Ende des Hubes berührt die untere Ventilplatte (36) eine untere, um eine Stange (18) herum angebrachte Feder (42), die eine nach oben gerichtete Bewegung der unteren Ventilplatte (36) in Richtung Kappenende (15) des Stellgliedes bewirkt wodurch die Ventilplatte (36) in abdichtenden Kontakt mit den Öffnungen für den Auslaß des Treibmittels (32) gebracht wird.
Wie wiederum Abbildung 1 zu entnehmen ist, ist in der Kappe (15) des Zylinders an dem der Stange (18) entgegengesetzten Ende eine axiale Auslaßröhre (52) angebracht, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Zylinders (13) erstreckt. An einem auf die Kappe (15) aufgeschraubten Auslaßzylinder (55) sind mittels eines Stopfens (54) ein O-Ring (51) und ein vorragender Abschnitt (53) der Auslaßröhre (52) befestigt. Der Auslaßzylinder (55) verfügt über Auslaßöffnungen (56), die das Entweichen des Treibmittels aus der oberen Auslaßröhre (52) ermöglichen.
Der Bolzen (25) des Kolbens (21) ist mit einem O-Ring (61) gleitfähig an der Auslaßröhre (52) angebracht. Im Bolzen (25), in der Stange (18) und im Plungerkolben (17) sind jeweils miteinander in Verbindung stehende axiale Bohrungen (62, 63 bzw. 64) ausgebildet. Die Öffnungen für den Auslaß des Treibmittels (32) im Wegeventil (31) stehen über die in den Bolzen (25) und die Bohrungen (62, 63 und 64) gebohrten radialen Öffnungen (65) mit dem Inneren der Auslaßröhre (52) in Verbindung.
Eine Lufteinlaßöffnung (71) im Gehäuse (11) steht über einen Stirnsenker (72) am oberen Ende des Gehäuses (11) in Verbindung mit der unteren Treibmittelkammer (27). Somit kann die Luft über ein in die Unterlegscheibe (43) gebohrtes Loch (73) in die untere Treibmittelkammer (27) einströmen.
Ein Gewindeloch (74) im Gehäuse (11) verbindet eine Pumpenauslaßöffnung (75) mit einem externen Pumpmechanismus. Auf Erläuterungen zur externen Pumpe wird hier verzichtet.
Wie in Abbildung 1 dargestellt, werden im Betrieb die oberen Ventilsitze (37) der Öffnungen für den Auslaß des Treibmittels (32) durch die obere Ventilplatte (35) verschlossen, wenn sich der Kolben (21) in der höchsten Position in Richtung Kappenende des Stellgliedes befindet. Gleichzeitig werden die unteren Ventilsitze (38) der Entlüftungsöffnungen (33) durch die Einwirkung der Kupplungen (34) auf die untere Ventilplatte (36) geöffnet. Hierdurch kann der Druck der von der Einlaßöffnungen (71) in die untere Treibmittelkammer (27) einströmenden Luft über die Entlüftungsöffnung (33) auch an die obere Treibmittelkammer (26) angelegt werden, so daß an der Oberseite des Kolbens (21) praktisch der gleiche Druck anliegt wie an dessen Unterseite. Die Oberflächen des Kolbens (21), an denen der Druck anliegt, sind unterschiedlich groß, d. h. die Fläche oben ist größer als die Fläche unten. Da die Oberfläche unten um die vom Plungerkolben (17) eingenommene Fläche kleiner ist als die Fläche am oberen Ende, bewegt sich der Kolben (21) nach unten.
Am Ende der Abwärtsbewegung bewirkt die untere Feder (42) eine Aufwärtsbewegung von oberer Ventilplatte (35) und unterer Ventilplatte (36), so daß die oberen Ventilsitze (37) der Öffnungen für den Auslaß des Treibmittels (32) geöffnet und die unteren Ventilsitze (38) verschlossen werden. Hierdurch wirkt der Druck der von den Einlaßöffnungen (71) her in die untere Treibmittelkammer (27) einströmenden Luft nur noch auf die untere Oberfläche des Kolbens (21) ein, was zu einer Aufwärtsbewegung des Kolbens (21) führt. Zu diesem Zeitpunkt entströmt die in der oberen Treibmittelkammer (26) befindliche Luft durch die Öffnungen für den Auslaß des Treibmittels (32), die radialen Löcher (65), die inneren Bohrungen (62, 63 und 64) der Kolbenstange und des Plungerkolbens in die Auslaßröhre für das Treibmittel (52) und somit zur Auslaßöffnung (56) des Auslaßzylinders (55) und nach außerhalb des Systems.
Am Ende der Aufwärtsbewegung des Kolbens (21) stößt die obere Ventilplatte (35) an die obere Feder (41) an und drückt sie so weit zusammen, daß die obere Ventilplatte (35) und die untere Ventilplatte (36) im Verhältnis zur Aufwärtsbewegung des Einstangenkolbens (21) nach unten gestoßen werden. An diesem Punkt werden die oberen Ventilsitze (37) der Öffnungen für den Auslaß des Treibmittels (32) verschlossen, und die unteren Ventilsitze (38) der Entlüftungsöffnungen öffnen sich, so daß sich die Bewegungsrichtung des Kolbens (21) umkehrt und der Abwärtshub einsetzt.

Claims

1. Ein Hubkolben-Stellglied mit einem in beiden Hubrichtungen verschiebbaren, doppeltwirkenden Kolben (21) in einem Zylinder (13), durch den eine Einlaßkammer (27) und eine Auslaßkammer (26), eine Treibmittelversorgung zur Versorgung der Einlaßkammer (27) mit Treibmittel und eine Auslaßröhre für das Treibmittel (52), die sich in Achsrichtung durch die Auslaßöffnung erstreckt und in abdichtender Verbindung mit einer von der Einlaßkammer (27) abgesetzten Auslaßöffnung (56) steht, beschrieben werden, wobei besagter Kolben (21) einen Wegeventilmechanismus mit einer Kupplung (34) zum Öffnen und Schließen einer außermittig angebrachten Öffnung für den Auslaß des Treibmittels (32) im Kolben (21) und eine außermittig angebrachte Entlüftungsöffnung (33) im Kolben (21) aufweist, die besagte Auslaßöffnung (32) die Auslaßkammer (26) mit der Auslaßröhre für das Treibmittel (52) in Verbindung bringt und die Entlüftungsöffnung (33) die Einlaßkammer (27) mit der Auslaßkammer (26) in Verbindung bringt dadurch charakterisiert, daß der Wegeventilmechanismus eine obere Ventilplatte (32) zum Öffnen und Schließen der Öffnung für den Auslaß des Treibmittels (32) durch Abdichtung bzw. Öffnen gegenüber einem oberen Ventilsitz (37) sowie eine untere Ventilplatte (36) zum Öffnen und Schließen der Entlüftungsöffnung (33) durch Abdichtung bzw. Öffnen gegenüber einem unteren Ventilsitz (38) aufweist, besagte Kupplung (34) durch die Entlüftungsöffnung (33) verläuft und somit die untere und die obere Ventilplatte (35 bzw. 36) miteinander verbindet, so daß beim Öffnen der einen Öffnung die andere geschlossen wird, und die Auslaßröhre für das Treibmittel in koaxial miteinander in Verbindung stehenden Bohrungen (62, 63, 64) untergebracht ist, die sich durch die Kolben (21) hindurch in eine Verbindungsstange (18) und einen Plungerkolben (17) erstrecken.

2. Ein Stellglied entsprechend Anspruch 1, bei dem der untere Ventilsitz (18) in einer unteren Unterlegscheibe (24) ausgebildet ist.

3. Ein Stellglied entsprechend Anspruch 2, bei dem zu den Mitteln zum Öffnen bzw. Verschließen des Ventilmechanismus eine Feder für die Einlaßkammer (42) und eine Feder für die Auslaßkammer (41) gehören, die an die untere bzw. an die obere Ventilplatte (35 bzw. 36) anstoßen, wenn der Kolben das Ende des jeweiligen Hubes erreicht.