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Elektrohydraulisches Stellgerät
Unter einem elektrohydraulischen Stellgerät versteht man eine selbständige Baueinheit, die motorisch angetrieben eine Arbeit längs eines begrenzten geraden Weges zu leisten vermag. Das Stellgerät hat mei- stens eine im wesentlichen zylindrische Form. Die Kraft wirkt in axialer Richtung und steht an Ösen an den Zylinderenden zur Verfügung. Bei den bekanntesten Stellgeräten dieser Art trägt ein elektrischer Antriebsmotor auf seiner Welle ein Pumpenrad. Dieses Pumpenrad saugt aus einem Vorratsraum ein hydraulisches Druckmittel, Hydrauliköl, Clophen od. dgl., an und beaufschlagt einen Stellkolben, an dessen nach aussen geführter Kolbenstange die Verstellkraft abgreifbar ist.
Antriebsmotor, Pumpe, Stellkolben und Kolbenstange sind dabei gleichachsig in einem im wesentlichen aus einem Abschnitt für den Motor (Motor-Abschnitt) und einem Abschnitt für den Kolben (Kolben-Abschnitt) bestehenden Gehäuse angeordnet.
Für die verschiedenen Aufgaben, die dieses bekannte Stellgerät zu erfüllen hat, sind Typen mit unterschiedlichen Stellwegen und Verstellkräften erforderlich. Das bedeutete für die herstellende Fabrik bisher einen grossen Aufwand für die Lagerhaltung. Von jedem Typ musste stets eine gewisse Anzahl von Geräten bereitgehalten werden, damit im Notfall etwa auch bei Ausfall eines Gerätes keine zusätzlichen Lieferverzögerungen eintraten. Weiterhin lässt sich leicht einsehen, dass ein aus vielen verschiedenen Typen bestehendes Fabrikationsprogramm wegen der verhältnismässig geringen Stückzahlen nicht die Anwendung rationellster Fertigungsmethoden zulässt. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich aus der Lager-
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von der Aufgabe aus, die hier aufgezeigten Mängel zu beseitigen.
Es wird vorgeschlagen, dass in Motor-Abschnitte gleicher Abmessungen Antriebsmotoren unterschiedlicher Leistung einbaubar sind und dass die Motor-Abschnitte über gleiche Passverbindungen mit KolbenAbschnitten unterschiedlicher Länge zu Stellgeräten mit unterschiedlichen Eigenschaften zusammenfügbar sind, wobei deren Pumpen eine mit wachsender Nennleistung der Antriebsmotoren ansteigende Zahl von vorzugsweise in Reihe geschalteten Stufen aufweisen, wobei der bei Stellgeräten geringerer Stufenzahl freibleibende Pumpenraum von Füllstücken ausgefüllt und/oder durch die Eintauchtiefe von MotorAbschnitt und Kolben-Abschnitt ineinander ausgeglichen wird.
Die Erfindung eröffnet also die Möglichkeit, mit gleichen Gehäuseabschnitten für den Motor (Motor-Abschnitten) und einer sehr geringen Anzahl unterschiedlicher Gehäuseabschnitte für den Kolben (Kolben-Abschnitte) nach dem Baukastenprinzip eine vollständige Typenreihe von elektrohydraulischen Stellgeräten aufzubauen.
Bei einem Stellgerät einer solchen Typenreihe, das eine grosse Verstellkraft abgeben soll, enthält der Motor-Abschnitt einen starken Antriebsmotor, der seine Leistung über mehrere hintereinander auf der Welle befestigte Pumpenräder an das hydraulische Druckmittel abgibt. Der Antriebsmotor geringerer Leistung in einem Stellgerät niedrigerer Verstellkraft trägt auf seiner Welle nur ein einziges Pumpenrad, wobei der Raum, den bei einem stärkerenstellgerät die zusätzlichenpumpenräder einnehmen, beispielsweise von Füllstücken ausgefüllt wird.
Zum besseren Verständnis sollen diese und weitere Erfindungsmerkmale nun an einem Ausführungbeispiel beschrieben werden. Die Figuren zeigen jeweils Längsschnitte durch elektrohydraulische Stellgeräte.
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Das Gehäuse eines Stellgerätes besteht aus einem Abschnitt für den Kolben (Kolben-Abschnitt) 10 und einem Abschnitt für den Motor (Motor-Abschnitt) 11 und enthält in gleichachsiger Anordnung einen elek- trischenAntriebsmotor 12, eine auf dessen Welle 13 mit dem Keil 14 und der Mutter 15 befestigte Pum- pe 16 und einen hier ringförmigen Stellkolben 17, der mit der ebenfalls gleichachsigen Kolbenstange 18 i über die Brücke 19 verbunden ist. Die Kolbenstange ruht in einer Gleitbüchse 20 und ist mit der Dich- tung 21 gegen austretendes Druckmittel und eindringenden Schmutz abgedichtet. Ausserhalb des Kolben-
Abschnittes endet die Kolbenstange 18 in einer mit der Mutter 22 befestigten Öse 23, an der die Verstell- kraft des Stellgerätes angreift.
Die Pumpe 16 saugt das hydraulische Druckmittel aus dem Raum 24 auf der einen Seite des Stellkolbens 17 durch das zentrale Führungsrohr 25 an und beaufschlagt damit die andere Seite des Stellkolbens 17.
Den Abschluss des topfförmigen Motor-Abschnittes 11 zum Kolben-Abschnitt 10 hin bildet das Zwi- schenstück 26, das gleichzeitig mit dem Lager 27 als Lagerschild für den Antriebsmotor 12 dient und das eine Dichtung 28 enthält, die das hydraulische Druckmittel vom elektrischen Antriebsmotor 12 fernhält.
Mit einem zylindrischen Ansatz 29 bildet das Zwischenstück einen Teil der Passverbindung zwischen Kol- ben-Abschnitt 10 und Motor-Abschnitt 11. Die Dichtung 30 soll ein Heraussickern des Druckmittels ver- hindern. Das Ständerblechpaket 31 des Antriebsmotors 12 wird zunächst gegen einen Anschlag 32 in eine
Büchse 33 eingeschichtet und dort von einem Ring 34 unter Pressung gehalten. Die Büchse 33 mit dem fertiggeschichteten, gepressten und bewickelten Ständer des Antriebsmotors 12 wird dann in eine entspre- chende Bohrung des Motor-Abschnittes 11 eingeschoben.
Die Fig. 1 - 3 zeigen elektrohydraulische Stellgeräte, bei denen in gleiche Motor-Abschnitte 11 elektrische Antriebsmotoren 12 mit jeweils unterschiedlicher Leistung eingebaut sind. Die Leistungsun- terschiede äussern sich hier z. B. in der unterschiedlichen Länge der Ständerblechpakete 31. Bei gleichen
Blechpaketlängen liessen sich auch unterschiedliche Leistungen durch verschiedene Bewicklungen erzie- len. Das Stellgerät nach Fig. 3 enthält in seinem Motor-Abschnitt 11 den stärksten Antriebsmotor und trägt auf seiner Welle 13 eine dreistufige Pumpe mit den Pumpenrädern 16, 35 und 36, die hydraulisch hintereinander geschaltet sind.
Zwischen je zwei Pumpenrädern enthalten die Gehäuseeinsätze 37 und 38 jeweils die für die hydraulische Reihenschaltung notwendigen Kanäle 39 und 40, in denen am Eingang der folgenden Pumpenstufe die Leitapparat 41 und 42 liegen. Durch andere Kanäle 43 und 44 der Gehäuse- einsätze 37, 38 gelangt das hydraulische Mittel vom Ausgang der letzten Pumpenstufe unter den Stellkol- ben17.
DieBefestigung derpumpenräder 16, 35 und 36 geschieht wieder mit Keilen 14 und einerMutterl5.
Das durch Spaltverluste die Dichtung 28 belastende hydraulische Druckmittel kann durch axiale Bohrun- gen 45 in denPumpenrädern 16, 35 und 36 zur Saugseite abfliessen, so dass die Dichtung 28 entlastet wird.
Der zylindrische Ansatz 29, ein Teil der Passverbindung zwischen Kolben-Abschnitt 10 und Motor-Ab- schnitt 11, taucht hier nicht mehr vollständig in den Kolben-Abschnitt 10 ein.
In dem Stellgerät gemäss Fig. 2 treibt der in den gleichen Motor-Abschnitt 11 eingebaute, jedoch schwächere Antriebsmotor 12 nur eine zweistufige Pumpe mit den Pumpenrädern 16 und 35 an. Zwischen den beiden Pumpenrädern enthält der Gehäuseeinsatz 37 wieder die zur Führung des hydraulischen Druck- mittels dienenden Kanäle 39 und 43 sowie den Leitapparat 41. Das Pumpenrad 36 und der Gehäuseeinsatz
38 fehlen, so dass das zentrale Führungsrohr 25 hier einen Teil des Pumpengehäuses für das Pumpenrad 35 bildet. Durch die geringereBaulänge desPumpenaggregates taucht der einen Teil der Passverbindung zwi- schen Kolben-Abschnitt 10 und Motor-Abschnitt 11 bildende zylindrische Ansatz 29 tiefer in den Kolben-
Abschnitt 10 ein.
Der wieder schwächere Antriebsmotor 12 im gleichen Motor-Abschnitt 11 des elektrohydraulischen
Stellgerätes gemäss Fig. 1 treibt nur noch ein Pumpenrad 16 an. Bei gleicher Eintauchtiefe des zylindri- schen Ansatzes 29 ersetzt ein Füllstück 46 den Gehäuseeinsatz 37 und bildet sowohl eine Fortsetzung des zentralen Führungsrohres 25 als auch einen Teil des Gehäuses für die Pumpe 16.
Die Passverbindung zwischen Kolben-Abschnitt 10 und Motor-Abschnitt 11 muss nicht notwendig aus einem zylindrischen Ansatz in einer Bohrung bestehen. Es sind ebenso Keilverbindungen oder stirnseitig aufeinanderliegende Passflächen der verschiedensten Formen denkbar, wobei sich dann allerdings die Ein- tauchtiefe von Motor- Abschnitt und Kolben- Abschnitt nicht variieren lässt. Die in den Fig. 1-3 beschriebenen
Stellgeräte unterscheiden sich jeweils durch die Verstellkraft bei gleichem Verstellweg.
Eine weitere Variante zeigt die Fig. 4, in der ein gleicher Motor-Abschnitt mit einem Antriebsmotor und einer Pumpe gemäss Fig. 1 mit einem Kolben-Abschnitt grösserer Länge zu einem elektrohydraulischen Stellgerät mitverhältnismässig geringerverstellkraft längs eines längeren Kolbenweges zusammengefügt wurde. Die Passverbindung zwischen dem Motor-Abschnitt 11 und dem hier mit der Ziffer 47 bezeichneten Kolben-Abschnitt ist wieder die gleiche geblieben. Die Kolben-Abschnitte 10 und 47 unterscheiden sich voneinander lediglich durch
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ihre verschiedene axiale Länge.
Dementsprechend sind auch bei der Ausführung gemäss Fig. 4 das zentrale Führungsrohr 48, die Brücke 49 und die Kolbenstange 50 länger ausgebildet als die entsprechenden Teile in dem Kolben-Abschnitt gemäss den Fig. 1-3. Als weitere erfindungsgemässe Abwandlung lässt sich nun einKolben-Abschnitt 47 mit einem zentralen Führungsrohr 48, einer Brücke 49 und einer Kolbenstange 50 über die stets gleichbleibende Passverbindung mit stets gleichen Motor-Abschnitten zusammenfügen. die gemäss den Beispielen der Fig. 2 und 3 verschieden starke Antriebsmotoren und eine unterschiedliche Anzahl von Pumpenrädern enthalten.
Mit den aus Motor-Abschnitten, Antriebsmotoren und Pumpen bestehenden unterschiedlichenAntriebsaggregaten nach denFig. 1-3 lassen sich also mit den Kolben-Abschnitten 10 oder 47 und den entsprechenden Einbauten bei dem hier erläuterten Beispiel sechs elektrohydraulische Stellgeräte mit unterschiedlichen Eigenschaften zusammenfügen.
Die Fig. 5 zeigt eine weitere Variante des erfindungsgemässen elektrohydraulischen Stellgerätes. Ein langer Kolben-Abschnitt 47 enthält die in den Fig. 1-3 im Kolben-Abschnitt 10 dargestellten kürzeren Einbauten, die Kolbenstange 18, die Brücke 19 und das zentrale Führungsrohr 25. Trotz des längeren Kolben-Abschnittes 47 ist damit der Stellweg der gleiche wie bei den in den Fig. 1-3 dargestellten Stellgeräten. Zwischen der Kolbenstange 18 und der Brücke 19 befindet sich ein Federaggregat, das die Kolbenstange 18 gegenüber der Brücke 19 in beiden Bewegungsrichtungen abfedert. Mit dem Bolzen 51 und der Mutter 52 schliesst sich an die Brücke 19 gleichachsig der Becher 53 an.
Die Schraubenfeder 54 in der zentralenBohrung 55 des Bechers 53 stützt sich einerseits auf dem Boden des Bechers 53 ab und drückt anderseits ein in der Bohrung 55 verschiebbar gelagertes Gleitstück 56 gegen einen Anschlag, der hier aus einem Sprengring 57 in einer Ringnut der Bohrung 55 besteht. Ein zweiter, grösserer Becher 58, der an der Kolbenstange 18 befestigt ist, umgreift konzentrisch den Becher 53. Ein Kragen 59 an der Öffnung des Bechers 53 und ein Ring 60, der in die Öffnung des zweiten Bechers 58 eingesetzt und mit dem Sprengring 61 gesichert ist, bilden eine Führung, durch die der Becher 53 und der zweite Becher 58 axial gegeneinander verschiebbar sind. Die Schraubenfeder 62 umgibt konzentrisch den Becher 53 und stützt sich auf dem Kragen 59 und dem Ring 60 ab.
Einerseits sucht die Feder 62 den Becher 53 möglichst weit in den zweiten Becher 58 hineinzuschieben, anderseits wirkt dem die Schraubenfeder 54 entgegen, die über das Gleitstück 56 und das darauf aufliegende Ende der Kolbenstange 18 den zweiten Becher 58 von dem Becher 53 entfernen möchte. Die Schraubenfedern 54 und 62 wirken also einander entgegen. Die Fig. 5 zeigt die Ruhelage, in der sich die Kräfte der Federn 54 und 62 das Gleichgewicht halten. Diese in beiden Bewegungsrichtungen wirksame Abfederung der Kolbenstange gegen den Stellkolben wird hauptsächlich bei elektrohydraulischen Stellgeräten verwendet, die in einem Regelkreis, z. B. bei einer bekannten Bremsregelung, verwendet werden.
Die Schraubenfeder 63, die sich auf dem Stellkolben 17 und auf einem Gehäusering 64 abstützt, sucht bei abgeschaltetem Antriebsmotor 12 den Stellkolben in die hier gezeichnete Ruhelage zurückzudrücken. Diese Feder kann sich in der in Fig. 3 dargestellten Weise auch in einem Kol- ben- Abschnitt 10 auf dem Stellkolben und auf dem stirnseitigen Abschluss des Kolben-Abschnittes abstützen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrohydraulisches Stellgerät, das in gleichachsiger Anordnung einen elektrischen Antriebsmotor, eine auf dessen Welle befestigte Pumpe und einen von dem hydraulischen Druckmittel der Pumpe beauf- schlagtenStellkolben mit einer Kolbenstange in einem im wesentlichen aus einem Abschnitt für den Motor (Motor-Abschnitt) und einem Abschnitt für den Kolben (Kolben-Abschnitt) bestehenden Gehäuse enthält, dadurch gekennzeichnet, dass in Motor-Abschnitte gleicher Abmessungen Antriebsmotoren unterschiedlicher Leistung einbaubar sind und dass die Motor-Abschnitte über gleichbleibende Passungen mit Kolben-Abschnitten unterschiedlicher Länge zu Stellgeräten mit unterschiedlichen Eigenschaften zusammenfügbar sind,
wobei deren Pumpen eine mit wachsender Nennleistung der Antriebsmotoren ansteigende Zahl von vorzugsweise in Reihe geschalteten Stufen aufweisen, wobei der bei Stellgeräten geringerer Stufenzahl freibleibendepumpenraum vonFüllstücken ausgefüllt und/oder durch dieEintauchtiefe von Motor- Abschnitt und Kolben-Abschnitt ineinander ausgeglichen wird.