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Elektrohydraulisch betätigte, elektrische Mehrfachschalteinrichtung
Gegenstand des Stammpatentes Nr. 198845 ist eine hydraulisch betätigte elektrische Mehrfachschalteinrichtung mit einer Mehrzahl von Starkstromkontakten zur Herstellung verschiedener Schaltungen, beispielsweise beim Anlassen und Bremsen von Bahnmotoren, Kranmotoren u. dgl. die dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Betätigung jedes einzelnen Starkstromkontaktes bzw.
jeder einzelnen gleichzeitig zu betätigenden Starkstromkontaktgruppe ein besonderer hydraulischer Kolben, dessen Zylinderblock mit der zum Kolben gehörigen Steuereinrichtung und dem ihr zugeordneiensteuerelektromagnet eine gleichbleibende Baueinheit bildet, und eine auf die Starkstromkontaktanordnung einwirkende Gegenfeder vorgesehen ist, die sowohl den Kolben zurückdrückt als auch den Starkstromkontakt öffnet, und dass der hydraulische Druck durch eine allen Baueinheiten gemeinsame, dauernd durchlaufende Pumpe, die ein kleiner Elektromotor antreibt, über eine gemeinsame Druckleitung geliefert wird und Pumpe, Druckleitung sowie alle hydraulischen Betätigungseinheiten in einem dichten Gehäuse untergebracht sind.
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macht, femer auf Massnahmen, eine Druckminderung im Zylinderraum unter einem inArbeitsstellungbe- findlichen Stössel zu verhindern, wenn zusätzlich noch weitere an derselben Druckleitung angeschlossene Kraftelemente betätigt werden sowie schliesslich auf die Anwendung eines bereits vorgeschlagenen raumsparenden und nahezu leckölfreien Vorsteuersystems auf jedes der Kraftelemente, wesentlich verbessert.
Gegenstand der Erfindung ist eine hydraulisch betätigte elektrische Mehrfachschalteinrichtung mit einer Mehrzahl von Starkstromkontakten zur Herstellung verschiedener Schaltungen, beispielsweise beim Anlassen und Bremsen von Bahnmotoren, Kranmotoren u. dgl. bei dem zur Betätigung jedes einzelnen Starkstromkontaktes bzw. jeder einzelnen gleichzeitig zu betätigenden Starkstromkontaktgruppe ein besonderer hydra u1i- scher Kolben, dessen Zylinderblock mit der zum Kolben gehörigen Steuereinrichtung und dem ihr zugeordneten Steuerelektromagnet eine gleichbleibende Baueinheit bildet.
und eine auf die Starkstromkontaktanordnung einwirkende Gegenfeder vorgesehen ist, die sowohl den Kolben zurückdrücktals auch den Starkstromkontakt öffnet, und dass der hydraulische Druck durch eine allen Baueinheiten gemeinsame, dauernd durchlaufende Pumpe, die ein kleiner Elektromotor antreibt, über eine gemeinsame Druckleitung geliefert wird und Pumpe, Druckleitung sowie alle hydraulischen Betätigungseinheiten in einem dichten Gehäuse untergebracht sind.
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Kraftelementes einen schwalbenschwanzförmigenschrägten Ansätzen versehene gemeinsame Grundplatte und Anziehen einer Spannklaue befestigt.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind in die gemeinsame Grundplatte je ein Steueröl- und ein Arbeitsölkanal eingelassen und unterhalb eines jeden Kraftelementes senkrechte Abzweigungen vorgesehen, die nach dem Aufschieben der Kraftelemente auf die Grundplatte koaxial zu den Ölzuführungen der Kraftelemente liegen, so dass durch Anziehen der Spannklaue ohne zusätzliche Massnahmen völlig dichte Anschlüsse gebildet werden. Dabei werden also die sonst benötigten Verschraubungen oder Abdich-
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tungen zwischen den üblichen Rohrleitungen an den Anschlussstellen eingespart.
Zu beachten ist ferner, dass die Befestigung eines Kraftelementes lediglich mit einer Spannklaue und einer einzigen Schraube mit völliger Sicherheit erfolgt und dass an die Bearbeitungstoleranzen der aufeinanderliegenden Flächen der Kraftelemente und der Grundplatte nur sehr geringe Anforderungen gestellt zu werden brauchen, woraus sich neben dem Vorteil einer einfacheren Fertigung vor allem der Vorteil einer bequemen Auswechselbarkeit einzelner Kraftelemente ergibt.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Zylinder der Arbeitskolben mehrerer gleichzeitig durch ein Steuersystem betätigter Kraftelemente bzw. eines vollständigen Kraftelementes und mehrerer dem Arbeitskolben dieses Kraftelementes parallelgeschalteter Sekundärkolben über eine ebenfalls In die gemeinsame Grundplatte eingelassene Bohrung und entsprechende senkrechte Abzweigungen miteinander verbunden. Um eine Druckminderung des Arbeitsöls unter einem eingeschalteten Arbeitskolben zu vermeiden, die dann auftreten könnte, wenn kurz hintereinander weitere Arbeitskolben der Schalteinrichtung betätigt werden, ist einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäss in der Zuführung zu jedem Arbeitskolben oder einer Gruppe gleichzeitig zu betätigender parallelgeschalteter Kolben ein Rückschlagventil vorgesehen, das einen Rückfluss des Arbeitsöls verhindert.
An Stelle eines Rückschlagventils kann auch eine Drosselscheibe mit genügender Querschnitteinschränkung in diesen Zufluss angeordnet sein. Schliesslich kann das Rückschlagventil an dieser Stelle auch durch einen zusätzlichen federbelasteten Kolben ersetzt werden.
Um im Sinne der Erfindung eine weitere Verringerung der baulichen Abmessungen der gesamtenerfindungsgemäss aufgebauten elektrohydraulisch betätigten elektrischen Mehrfachschalteinrichtung zu erzielen, kann mit besonderem Vorteil jedes der Kraftelemente mit einer bereits vorgeschlagenen Vorsteuerung ausgerüstet werden, die so aufgebaut ist, dass sie für den Steueröleinlass und den Steuerölauslass zwei unterschiedlich dimensionierte, gleichachsig mit dem Kern des Steuerelektromagneten angeordnete Ventile besitzt, die durch je eine gleichachsig in einer zentralen Bohrung des Kerns übereinander angeordnete Steuer- und federbelastete Ventilnadel derart betätigt werden, dass bei nichterregtem Magneten die an der Ventilnadel befindliche Kegelfläche die Ventilöffnung verschliesst. Damit wird erreicht, dass während der Schaltpausen kein Steueröl verbraucht wird.
Das sich nach vollzogener Einschaltung unter dem Vorsteuerkolben befindliche Öl wird bei der Abschaltung von dem durch eine Feder zurückgedrückten Steuerkolben durch die zentrale Bohrung des Kerns des Steuermagneten sowie in diese mündende radiale Bohrungen in dem Kern, in den freien Raum zwischen dem Kern und der Erregerspule des Steuermagneten hinausgedrückt. Ein weiterer Vorteil dieser bereits vorgeschlagenen Anordnung mit getrenntem Steueröl- einlass- und auslassventil besteht darin, dass den unterschiedlichen Bedingungen beim Zufluss des Steueröl unter Vordruck und beim Abfluss desselben unter Federdruck Rechnung getragen werden kann und durch geeignete Dimensionierung dieser Ventile die Schaltzeiten optimal beeinflusst werden können.
Eine erfindungsgemäss aufgebaute Mehrfachschalteinrichtung besitzt neben dem bereits erwähnten Vorzug einer gedrängten raumsparenden Bauart, insbesondere beachtliche betriebsmässige Eigenschaften, von denen hier einige genannt seien. So werden pro Arbeitshub eines Kraftelementes lediglich 2, 5 cm3 Öl benötigt. Zur Förderung des Kraftölbedarfes einer erfindungsgemässen Schalteinrichtung, die beispielsweise aus 32 Kraftelementen aufgebaut ist, reicht also, wenn man eine durchschnittliche Schalthäufigkeit von zwei Schaltungen pro Sekunde annimmt, eine Pumpe aus, deren Förderleistung nur 1 Liter pro Minute beträgt. Die EinschÅaltzeit zwischen Kommandogabe und Schliessen beträgt bei einem vollen Arbeitshub von beispielsweise 15 mm weniger als 50 ms, die Öffnungszeit weniger als 40 ms.
Die maximale Schalthäufigkeit pro Kraftelement liegt bei 10 Schaltungen pro Sekunde..
Die vorstehend erwähnten Merkmale der Erfindung sowie weitere konstruktive Einzelheiten werden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Diese Zeichnung zeigt eines der elektrohydraulischen Kraftelemente der erfindungsgemässen Mehrfachschalteinrichtung mit seiner Befestigung auf der Grundplatte im Längsschnitt. Das Gehäuse 1 des Kraftelementes besitzt eine senkrechte Bohrung 2 für den Arbeitskolben 3, eine waagrechte Bohrung 4, in der die Führungsbuchse 5 für den Steuerschieber 6 eingesetzt ist sowie Bohrungen 7 und 9 mit den Buchsen 8 und 10 für den Arbeits-bzw. Steueröleinlass. Die Führungsbuchse 5 für den Steuerschieber 6 ist mit 3 elastischen Ringen 22 abgedichtet und wird durch einen Schraubenbolzen 23 mit der Mutter 24 im Gehäuse 1 fixiert. Die Verwendung der elastischen Ringe 22 macht eine genaue Passung der Führungsbuchse 5 in die Bohrung 4 überflüssig.
Auf dem Steuerschieber 6 sitzen ein vom Steueröl beaufschlagter Antriebskolben 37 und ein den Kraftöleinlass 42 sowie den Kraftölauslass 43 zur Bohrung 2 steuernder Kolben 38. Die Feder 39, die auf dem durch den Spreizring 44 gehaltenen Ausflussstutzen 45 sitzt, drückt den Steuerschieber 6 in der dargestellten Lage gegen die durch denSpreizring40 gehaltene, mit einer Bohrung46 für den Steuerölein-und auslass versehene Scheibe 41.
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Parallel zur Lage des Arbeitskolbens 3 sind auf dem Gehause der Spulenträger 12 für die Erregerspule 11 und der Kern 13 des Steuerelektromagneten angeordnet. Der Klappanker 14 ist mit seinem einen Ende in der Aussparung 15 des Gehäuses 1 gelagert und wird durch eine mittels der Schraube 16 befestigte Führung 17 gehalten. Der Kern 13 enthält eine durchgehende zentrale Bohrung 56, in die etwa auf halber Höhe die beiden radialen Kanäle 47 und 48 einmünden. Durch diese beiden radialen Kanäle 47 und 48 wird die zentrale Bohrung 56 des Kerns 13 mit dem zylindrischen Spalt 49 zwischen dem Kern 13 und dem Spulenträger 12 und damit mit dem Aussenraum des Kraftelementes verbunden. Im oberen Teil der Bohrung 56 wird die mittels des Klappankers 14 betätigte Steuernadel57 geführt, die sich mit ihrer'unteren Stirnfläche auf der Ventilnadel 50 abstutzt.
Die den Steueröleinlass bedarfsweise schliessende oder öffnende Kegelfläche 51 der Ventilnadel 50 verschliesst in der dargestellten Ruhestellung (bei nichterregtem Steuermagneten) unter dem Einfluss der Schraubenfeder 52 die Bohrung 53 für den Steueröleinlass. Die Länge der Ventilnadel 50 ist dabei so bemessen, dass ihr oberes Ende so weit aus der Bohrung54 herausragt, dass die Steuernadel 57 genügend weit von der Mündung dieser Bohrung 54 in die beiden radialen Kanäle 47 und 48 entfernt gehalten wird, um bei nichterregtem Steuerelektromagneten einen ausreichenden Strömungsquerschnitt für das durch die Feder 39 und den Steuerschieber 6 aus dem Kraftelement herausgedrückte Steueröl frei zu halten.
Nach dem Einschalten des Steuerelektromagneten wird der Klappanker 14 heruntergezogen und drückt dabei die Steuernadel 57 sowie die Ventilnadel 50 nach unten. Dadurch wird die Bohrung 54 für den Steuerölauslass verschlossen, die Bohrung 53 für den Steueröleinlass jedoch geöffnet, so dass das Steueröl durch diese Bohrung 53 für den Steueröleinlass und die Bohrung 46 der Scheibe 41 auf. die Stirnfläche 58 des Steuerkolbens 6 drücken kann, wodurch dieser nach links entgegen dem Druck der Feder 39 verschoben wird.
Nach Beendigung dieser Verschiebung des Steuerkolbens 6 wird der Kraftöleirilass 42 zur Bohrung 2 vor dem Arbeitskolben 3 feigegeben, und das aus der Bohrung 7 über die Bohrung 59 in den Raum 60 zwischen dem Kolben 38 und dem Antriebskolben 37 gelangende l jaftölbeaufschlagt danach den Arbeitskolben 3, so dass dieser den zur Durchführung-der gewünschten Schaltung erforderlichen Hub ausführt. In der Zuleitung 7 für das Kraftöl ist erfindungsgemäss ein Kugelventil 55 angeordnet, das einen Rückfluss des Kraftöles verhindert. Wie bereits erwähnt, kann selbstverständlich an Stelle dieses federbelasteten Kugelventils 55 eine Drossel mit entsprechend verringertem Querschnitt bzw. ein Zusatzfederkolben angeordnet werden.
Die Bohrung 4 ist auf der rechten Seite durch eine mittels der Schrauben 18 gehaltene Platte 20 verschlossen. Die Berührungsfläche zwischen dem Gehäuse 1 und der Platte 20 wird durch den elastischen Ring 19 abgedichtet. An der Platte 20 sind die Anschlussklemmen für den Steuerelektromagneten befestigt.
Mit seinem schwalbenschwanzförmigen Ansatz 25 wird das Gehäuse 1 auf der einen Seite in die entsprechende Aussparung26 der Grundplatte 27 und auf der andern Seite unter die entsprechend abgeschrägte Spannklaue 29 geschoben und durch Anziehen der Schraube 28 in der gewünschten Stellung fixiert. Da sämtliche auf diese Weise nebeneinander befestigte Kraftelemente völlig gleichartig aufgebaut sind, ist es ohne weiteres möglich, eine Fixierung der gegenseitigen Lage dieser Kraftelemente in der Weise vorzunehmen, dass diese sich mit ihren Seitenflächen berühren.
Erfindungsgemäss sind in die Grundplatte 27 die beiden Bohrungen 30 und 31 eingearbeitet, von denen die Bohrung 30 als Zuführung für das Arbeitsöl und die Bohrung 31 als Zuführung für das Steueröl zu den in erfindungsgemässerweise auf der Grundplatte27 befestigten Kraftelementen dient. Unterhalb jedes Kraftelementes sind in der Grundplatte 2 7 zwei senkrechte Bohrungen 32 und 33 vorgesehen, deren Lage so gewählt wurde, dass sie in die Bohrungen 7 und 9 des darüberliegenden Kraftelementes münden. Nach dem beschriebenen Verspannen eines Kraftelementes wird insbesondere auch durch die elastischen Ringe 34 eine völlig leckdichte Verbindung zwischen den erwähnten Bohrungen 32 und 7 einerseits und 33 und 9 anderseits hergestellt.
Für den Fall, dass zwei oder mehr Schaltkontakte stets gleichzeitig zu betätigen sind, das ist beispielsweise der Fall bei mehrphasigen Schaltern, wird eine entsprechende Anzahl von Arbeitskolben 3 durch ein und dasselbe Steuersystem betätigt. Zu diesem Zweck ist unterhalb der Bohrung 2 eines Kraftelementes in der Grundplatte 27 eine Bohrung 36 vorgesehen, die wiederum in eine zu den Bohrungen 30 und 31 parallel verlaufende Bohrung 35 mündet. Die Abdichtung der Verbindung zwischen den Bohrungen 2 und 36 erfolgt in der bereits beschriebenen Weise mittels der elastischen Ringe 34.
Von der Bohrung 35, die also senkrecht zur Zeichenebene verläuft, werden weitere benachbarte senkrechte Bohrungen 36 abgezweigt, die entweder zu den Bohrungen 2 weiterer auf diese Weise parallel zu dem erstgenannten Kraftelement geschalteter Kraftelemente führen oder aber, die lediglich zu den Kolbenräumen0
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von Para11elkolben ohne eigenes Steuersystem führen.
Das bei Beaufschlagung des Kolbens 3 des in der Zeichnung dargestellten Kraftelementes gleichzeitig in den nach unten liegenden Teil der Bohrung 2 strö- mende Kraftöl beaufschlagt auf diese Weise gleichzeitig die erwähnten"Sekundärkolben". Soll anderseits das in der Zeichnung dargestellte Kraftelement als einziges arbeiten bzw. unabhängig von den be nachbarten Kraftelementen gesteuert werden, so kann auf die Bohrungen 35 und 36 innerhalb der Grundplatte 27 verzichtet werden.
Es ist selbstverständlich ohne weiteres möglich, bei Vorhandensein der Bohrungen 35 und 36 nur bestimmte Kraftelemente in der erwähnten Weise parallel zu schalten und andere benachbarte Kraftelemente von dieser Parallelschaltung trotz einheitlich in der Grundplatte vorgesehener Bohrungen36 auszuschalten, indem die Bohrung 2 durch eine einfache Scheibe od. dgl. verschlossen wird.
Es war bereits geschildert worden, dass bei erregtem Steuerelektromagneten der Klappanker 14 die Steuemadel57 und damit gleichzeitig die Ventilnadel 56 nach unten verschiebt, wodurch die Bohrung 54 für den Steuerölauslass verschlossen und gleichzeitig die Bohrung 53 für den Steueröleinlass geöffnet wird.
Danach beaufschlagte also das eintretende Steueröl die Stirnfläche 58 des Antriebskolbens 37, wodurch der gesamte Steuerschieber 6 entgegen der Wirkung der Feder 39 nach links verschoben wurde, bis der Kraftöleinlass 42 zur Bohrung 2 vor dem Arbeitskolben 3 freigegeben wurde. Damit war die eine Endstellung des Steuerschiebers 6 erreicht und der Arbeitskolben 3 führte den gewünschten Hub aus.
Nach Entregung des Steuerelektromagneten überwindet die Schraubenfeder 52 das Gewicht der Ventilnadel 50, der Steuemadel 57 und des Klappankers 15, so dass die Kegelfläche 51 die Bohrung 53 für den Steueröleinlass verschliesst und gleichzeitig die Steuemadel57 die Bohrung 54 für den Steuerölauslass freigibt, so dass die Stirnfläche 58 des Steuerkolbens 6 drucklos wird und der gesamte Steuerkolben 6 unter der Wirkung der Feder 39 nach rechts in die dargestellte Lage geschoben wird. In dieser Lage ist der Kraftölauslass 43 unterhalb des Arbeitskolbens 3 voll geöffnet, und der Arbeitskolben 3 fällt ab.
Die geschilderten Schaltvorgänge laufen, wie bereits eingangs erwähnt wurde, in ausserordentlich kurzen Zeiten (weniger als 5 ms für die Zeit zwischen Kommandogabe und Schliessen des vom Arbeitskolben 3 betätigten Starkstromkontaktes und weniger als 40 ms für das Öffnen) ab.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrohydraulisch betätigte elektrische Mehrfachschalteinrichtung mit einer Mehrzahl von Starkstromkontakten zur Herstellung verschiedener Schaltungen. beispielsweise beim Anlassen und Bremsen von
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dgl.,der einzelnen gleichzeitig zu betätigenden Starkstromkontaktgruppe ein besonderer hydraulischer Kolben, dessen Zylinderblock mit der zum Kolben gehörigen Steuereinrichtung und dem ihr zugeordneten Steuerelektromagnet eine gleichbleibende Baueinheit bildet, und eine auf die Starkstromkontaktanordnung einwirkende Gegenfeder vorgesehen ist, die sowohl den Kolben zurückdrückt als auch den Starkstromkontakt öffnet, und dass der hydraulische Druck durch eine allen Baueinheiten gemeinsame, dauernd durchlaufende Pumpe, die ein kleiner Elektromotor antreibt,
über eine gemeinsame Druckleitung geliefert wird und Pumpe, Druckleitung sowie alle hydraulischen Betätigungseinheiten in einem dichten Gehäuse unterebracht sind, nach Patent Nr. 198845, dadurch gekennzeichnet, dass der Sockel jedes Kraftelementes einen schwalbenschwanzförmigen Ansatz besitzt und sämtliche Kraftelemente durch einfaches Aufschieben auf die mit entsprechend abgeschrägten Ansätzen versehene gemeinsame Grundplatte und Anziehen einer Spannklaue befestigt sind.