Elektrohydraulisches Stellgerät Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Stehgerät mit Stellmotor.
Die bisher bekannten und auf dem Markte be findlichen elektrohydraulischen Stellgeräte sind mit einer Pumpe ausgerüstet, die in einer oder mehreren Stufen den benötigten Flüssigkeitsdruck für die Er zeugung der Hubkraft liefert. Als Pumpen werden sowohl hydrostatische, wie zum Beispiel Kapselpum pen, als auch hydrodynamische, zum Beispiel Flügel radpumpen verwendet. Mit den letzteren sind die be kannten Eldrogeräte, bei denen Motor, Pumpe, Kol ben und Kolbenstange achsmittig zueinander angeord net sind, ausgerüstet.
Bei den hydrostatischen Pumpen steigt der Druck sehr stark an, wenn der Kolben seine Endstellung er reicht hat, das heisst kein öl mehr zu fördern ist.- Die Leistungsaufnahme steigt ebenfalls, so dass keine Dauereinschaltung möglich ist, wenn nicht der Motor und damit auch - zwecks Abkühlung - das ge samte Gerät überdimensioniert werden soll. Um un zulässige Druckspitzen zu vermeiden, ist ausserdem die Anordnung eines überdruckventils notwendig.
Demgegenüber haben hydrodynamische Pumpen infolge ihrer Druck-Fördermengen-Charakteristik den Vorteil, eine geringere Leistung vom Motor abzufor dern, wenn der Kolben an einem Endanschlag an liegt, also stillsteht. Bei den auf dem Markt befind lichen Geräten wurde zum Beispiel nur die Hälfte bis ein Drittel der Leistungsaufnahme festgestellt, die während des Durchlaufens des Verstellweges abgefor dert wird. Diese Geräte erlauben deshalb auch ohne Ausnahme eine Dauereinschaltung.
Als Nachteil der Flügelradpumpen ist aber anzugeben, dass infolge des niedrigen Druckes, zum Beispiel 0,4 bis 0,8 atü, die Abmessungen des Kolbens und damit auch die sekundlich zu fördernde Ölmenge und die Kanalquer schnitte gross werden.
Mit Kapselpumpen, zum Bei- spiel Zahnradpumpen, dagegen können leicht höhere Druckwerte, zum Beispiel 20 atü und mehr, erreicht und damit kleinere Kolben und kleinere zu beschleu nigende Massen ermöglicht werden. Erfindungsgemäss wird nun vorgeschlagen, mehrere hydrostatische Pum pen parallel auf den gleichen Stallmotor zu schalten, wobei mindestens eine Pumpe unabhängig von den anderen entweder abschaltbar ist oder hydraulisch kurzgeschlossen werden kann.
In der Zeichnung sind Beispiele des Stellgerätes nach der Erfindung und eine Variante dargestellt, bei welchen zwei von einem gemeinsamen Elektromotor angetriebene Zahnradpumpen verwendet werden, wo bei die eine durch einen Steuerschieber kurzgeschlos sen werden kann. Als hydraulisches Mittel wird in diesem Falle öl verwendet.
Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Stellgerät, Fig.2 ein Beispiel, bei welchem Motor, Pumpe und Stellkolben gleichachsig zueinander in einem ge meinsamen Gehäuse vereinigt sind, Fig. 3 einen die Variante bildenden Schieber, wel cher von einem Doppelmagneten gesteuert wird und Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Stellgerät mit einem den Pumpen nachgeschalteten gemeinsamen Steuerglied.
In Fig. 1 ist mit 10 eine Zahnradpumpe bezeich net, deren Fördermenge ein Mehrfaches, beispiels weise das Vierfache der kleineren Zahnradpumpe 11 beträgt. Beide Zahnradpumpen 10, 11 sind auf einer gemeinsamen Welle angeordnet und werden von einem Motor 12 angetrieben. Die grosse Zahnrad pumpe 10 fördert in den Kanal 13, die kleinere in den Kanal 14.
In die beiden vorgenannten Kanäle ist nun ein druckabhängiges Steuerschiebersystem 15 mit seinem Schieber 16 eingeschaltet, das ab einer be stimmten Druckhöhe den Kanal 13 mit dem frei in den Ölsumpf mündenden Rücklaufkanal 17 verbin det. Damit fördert die grosse Pumpe ihre Ölmenge drucklos in den Rücklauf und erfordert, abgesehen von ihrer Leerlaufreibung, keine Antriebsleistung mehr, so dass die gesamte Antriebsleistung um 801/o absinkt.
Das Steuerventil 15 wird mit dem Steuerschieber 16 von der kleinen Pumpe an seiner in Fig. 1 rechts dargestellten Fläche 18 beaufschlagt. In der Zeich nung ist der Schieber in der mittleren Stellung b ge zeichnet, in der er sich befindet, wenn der Stellkolben 19 des Stellmotors in Bewegung ist. Dann hält die hydraulisch erzeugte Kraft an der Schieberfläche 18 der durch die Feder 20 hervorgerufenen Kraft das Gleichgewicht. Beide parallel auf den gleichen Stell motor geschalteten Pumpen fördern dabei ihre Ölmen gen durch die Kanäle 13 beziehungsweise 14 und 21 unter den Kolben 19.
Der Schieber 16 hat in seiner Mitte eine Durchlassöffnung 22, so dass der Kanal 13 voll geöffnet ist. Ebenfalls ist auch das Rückschlag ventil 23 in der Leitung 14 offen.
Wenn der Kolben 19 in seiner oberen Endstellung, die auch durch einen äusseren Anschlag bestimmt sein kann, angekommen ist, wird keine Fördermenge mehr benötigt. Der Druck in den Leitungen 13 und 14 steigt an. Die an der Schieberfläche 18 wirksame Kraft steigt dabei ebenfalls an und drückt den Schie ber 16 in seine linke Endstellung c, wodurch infolge der Aussparung 24 an der Unterseite des Schiebers der Druckkanal 13 mit der Rücklaufleitung 17 ver bunden wird.
Damit strömt das von der grossen Pumpe 10 geförderte Öl drucklos in den Ölsumpf ab, und die Pumpe 10 benötigt dann - bis auf einen ge ringen Restwert - keine Antriebsleistung mehr. Der Druck unter dem Kolben 19 wird nur allein von der kleinen Pumpe 11 aufrechterhalten. Der Kanal 22 ist durch den Schieber 16 bei dessen Verschiebung nach links in die Stellung c geschlossen worden, und zwar bevor die Öffnung des Kanals 13 nach dem Rücklauf 17 erfolgte. Ebenfalls ist der Kanal 25 geschlossen, so dass das gesamte oberhalb des Schiebers 16 befind liche System unter dem Druck der Pumpe 11 steht.
Damit auch der Druckanstieg der Pumpe 11 bei Stillstand des Kolbens 19 nicht unzulässig hoch ist, kann längs durch den Steuerschieber 16 noch eine Abflussbohrung 26 vorgesehen werden, die das über schüssige Öl durch die weitere Bohrung 27 abführt. In dem linken unteren Teil des Steuerschiebers ist dazu noch eine Aussparung 28 vorgesehen, die in der Stellung c des Steuerschiebers die Bohrung 27 frei lässt. Statt der Anordnung 26, 27, 28 kann auch an geeigneter Stelle des Kanals 14 eine einstellbare Dros selbohrung vorgesehen werden.
Wird der- Antriebsmotor 12 der beiden Pumpen 10, 11 abgeschaltet, so geht augenblicklich mit dem Absinken der Motordrehzahl der Druck auf Null zu rück. Damit kehrt der Schieber 16 infolge der Feder 20 in seine rechte Stellung a zurück. In dieser Stellung ist der Kanal 25 mit dem Rücklauf 17 verbunden, so dass das unter dem Kolben 19 befindliche Öl abströmen kann. Der Kolben 19 wird dabei durch den Druck der Feder in seine Ausgangsstellung zurückgedrückt.
Soll das Gerät erneut arbeiten, das heisst der Kol ben 19 seinen Hubweg durchlaufen, so muss der Mo tor 12 wieder eingeschaltet werden. Durch den in der Leitung 14 mit dem Hochlaufen der Pumpen anstei genden Druck wird der Schieber 16 wieder in die Stellung b verschoben. Dabei muss die Feder des Rückschlagventils 23 so bemessen sein, dass der an fängliche Druck genügt, den Schieber 16 in die Stel lung b zu bringen, wonach erst anschliessend das Überdruckventil 23 geöffnet wird.
Es ist auch zweck mässig, statt der einen gezeichneten Feder 20 zwei konzentrisch zueinanderliegende Federn zu verwen den, wobei die schwächere Feder die Rückstellkraft für den Verschiebeweg von<I>a</I> nach<I>b</I> bzw.<I>b</I> nach<I>a</I> liefert. Erst für das Durchlaufen des Verschiebeweges von<I>b</I> nach c beziehungsweise von c nach<I>b</I> addiert sich die stärkere zweite Feder. Von der Oberseite des Kolbens 19 führt noch ein - in der Fig. 1 aber nicht gezeichneter - Kanal in den Ölsumpf zurück, damit das sich oberhalb des Kolbens sammelnde Lecköl nach dem Ölsumpf zurückfliessen kann.
Fig. 1 stellt lediglich eine Prinzipskizze dar und ist nicht als massstäbliche Zeichnung zu bewerten. Ins besondere wurde das Steuerschiebersystem 15 gegen über den Pumpen 10, 11 und dem Antriebsmotor 12 vergrössert dargestellt, um das Verständnis zu erleich tern.
Für Stellmotor und Pumpen ist ein gemeinsames Gehäuse 30 vorgesehen. Sie bilden deshalb eine ge schlossene Baueinheit. Diese geschlossene Baueinheit wäre oben auch vorhanden, wenn mehr als ein Ge häuse da wäre, wenn nur jedes Gehäuse so konstruiert wäre, dass es sich mit wenig Mühe mit dem anderen Gehäuse resp. den anderen Gehäusen zu einem Block zusammenbauen liesse. Vorzugsweise sind Motor 12, Pumpen 10, 11 und Stellkolben 19 mit seinem zuge hörigen Zylinder gleichachsig zueinander angeordnet, wie es bei dem Beispiel in der Fig. 2 prinzipmässig dargestellt ist.
Damit das Gerät leistungsmässig voll ausgenutzt werden kann, ist es weiterhin zweckmässig, das Gehäuse mit Kühlrippen 29 auszurüsten. Schliess lich kann es noch für die Montage und Wartung des Gerätes vorteilhaft sein, das Gehäuse so zu teilen, dass es aus einem kleineren Oberteil besteht, an den die gesamten vorbeschriebenen Funktionsteile mon tiert sind und aus einem grösseren unteren Teil, das lediglich als ölsammelbehälter dient.
Das Gerät gemäss Fig. 1 arbeitet nun bei einer Drehrichtung des Motors 12 ordnungsgemäss. Soll es in beiden Drehrichtungen arbeiten, so muss noch in die Kanäle 13 und 14 zwischen den Pumpen und dem Steuerschieber je ein Umschaltventil eingesetzt wer den. Derartige Ventile sind bereits bekannt und sollen deshalb an dieser Stelle auch nicht näher erläutert werden.
Das vorgeschlagene Gerät nach Fig. 1 bietet über die vorstehende Ausführung hinaus die Möglichkeit, sehr schnelle Verstellvorgänge zu verwirklichen. Man kann, wie es als Beispiel in Fig. 3 dargestellt ist, die Feder 20 durch ein Kolbenmagnetsystem ersetzen, so dass man die Stellungen<I>a, b</I> und c mit elektrischen Steuerströmen einsteuern kann. Die Druckbeaufschla- gung der Fläche 18 durch die kleinere Pumpe 11 ent fällt dabei. Man kann nun den Antriebsmotor mit den angekuppelten Pumpen durchlaufen lassen.
Der Steuerschieber muss in etwas abgewandelter Form ge baut werden, damit auch in der Stellung a die von den Pumpen geförderte Ölmenge drucklos in den Ölsumpf zurückfliessen kann.
Der Steuervorgang ist dabei beim Beispiel nach Fig. 3 wie folgt: Die beiden in Fig. 3 gekennzeichneten Magnete 30 und 31 sind gleichachsig zum Steuerschieber 32 angeordnet und haben einen gemeinsamen Anker 33, der, wie die Kerne selbst, lamelliert ist. Durch die Lamellierung werden weitgehend Wirbelströme unter drückt, so dass kürzeste Steuerzeiten erreicht werden; ausserdem ist die Speisung mit Wechselstrom möglich. Anker 33 und Steuerschieber 32 sind in dr Stellung b gezeichnet, so dass beide Pumpen 10 und 11 durch die Kanäle 13 beziehungsweise 14 ihre volle Ölmenge in den Stehzylinder fördern. Der Kolben 19 durch läuft also seinen Hubweg.
Ist er in seiner Endstellung angekommen, so kann entweder von Hand oder auto matisch durch einen kurz vor Endstellung der Kolben stange angeordneten Kontakt der linke Magnet 31 mit seiner Spule 34 eingeschaltet werden. Der Anker 33 wird nach links angezogen und verschiebt den Steuerschieber 32 in die linke Endstellung c. Hierbei ist der Kanal 13 mit 17 verbunden worden, so dass die grosse Ölpumpe 10 drucklos in den Rücklauf kanal 17 fördern kann.
Der Kolben wird wieder ledig lich von der kleinen Pumpe 10 durch den Kanal 14, Rückschlagventil 23 und den Kanal 13 beaufschlagt. Wenn nun umgekehrt der Kolben 19 in seine Aus gangsstellung zurückkehren soll, wird die linke Ma gnetwicklung 34 aus- und die rechte Magnetwicklung 35 eingeschaltet. Dadurch wird der Anker 33 in seine rechte Endstellung und auch der Steuerschieber 16 in die Stellung a gezogen. Jetzt sind sowohl Kanal 13 als auch der Kanal 14, letzterer über das Rückschlag ventil 23 und den Kanal 25, mit dem Rücklauf 17 verbunden.
Beide Pumpen fördern also in den Rück lauf, ausserdem drückt auch die oberhalb des Kolbens 19 befindliche Feder d;e unter dem Kolben befind liche Ölmenge durch den Kanal 25 in den Rücklauf 17 zurück. Wird jetzt die Wicklung 35 ausgeschaltet, so kehrt der Anker durch die Federanordnung 36 in die Mittelstellung und damit der Steuerschieber in die Stellung b zurück, und der Kolben 19 beginnt wie derum seinen Hubweg zu durchlaufen.
Bei der vorbeschriebenen Anordnung entfallen also die Anlauf- und Auslaufzeiten des Motors, so dass der Hubweg in jeder Richtung in der kürzest mög lichen Zeit durchlaufen wird.
Der Vollständigkeit halber wird noch erwähnt, dass statt des axialen Steuerschiebers 16 und der eben falls axialen Magnetanordnung 30, 31, 33 auch ein Drehschieber mit einem Doppeldrehmagneten ver wendet werden kann.
Es könnte auch jede Pumpe durch einen eigenen Motor antreibbar sein, wobei dann jede Pumpe unab hängig von der anderen abschaltbar wäre.
In Fig. 4 bezeichnen wiederum 10 die grosse Zahn radpumpe, 11 die kleine Zahnradpumpe, 12 den Motor, 13 und 14 die beiden Druckkanäle, 15 das druckabhängige Steuerschiebersystem, 16 den Schie ber und 17 den Rücklaufkanal.
Beiden Pumpen 10 und 11 ist ein gemeinsamer Umsteuerschieber 37 nachgeschaltet, der von dem Doppelmagneten 38, 39, 40 gesteuert wird. Der Um steuerschieber 37 ist einerseits an den vom Steuer schiebersystem 15 kommenden Druckkanal 41 ange schlossen, und anderseits führen die Kanäle 42 und 43 an die Unter- beziehungsweise Oberseite des Stell zylinders mit dem Stellkolben 44. Die Bohrungen 45 und 46 lassen das vom Stellzylinder zurückströmende Öl frei in den Ölsumpf abfliessen.
Wird nun der Magnet 39 mit seiner Wicklung 47 eingeschaltet, so wird der Umsteuerschieber 37 in die linke Endstellung gezogen. Damit kann das Drucköl durch den Kanal 42 in den Oberteil des Stellzylinders strömen, und der Kolben 44 wird mit der vollen Stehkraft nach unten gedrückt. Wird dagegen der rechte Magnet 38 mit seiner Wicklung 48 eingeschal tet, so wird der Schieber 37 in die rechte Endstellung gedrückt, und das Drucköl gelangt durch den Kanal 43 unter den Stellkolben 44 und drückt diesen nach oben.
Das vom Stellzylinder während der Bewegung des Kolbens 44 zurückströmende Öl kann durch eine der Bohrungen 45 oder 46 abfliessen, wie ohne weite res aus der Zeichnung zu entnehmen ist. Ist keine der Magnetwicklungen 47 beziehungsweise 48 einge schaltet, so steht der Schieber 37 infolge der Feder anordnung 49 in der Mittelstellung. Dabei sind die Rückströmöffnungen 45 und 46 geschlössen, das heisst der Kolben 44 wird in der Stellung, in der er sich gerade befindet, festgehalten.
In jeder Stillstandslage des Kolbens 44 ist durch den Steuerschieber 16 die grosse Pumpe 10 kurzge schlossen, und nur die kleine Pumpe 11 hält den Öl druck aufrecht. Der Motor 12 kann also auch hier in allen Stellungen des Umsteuerschiebers 18 durch laufen; die Bewegung des Kolbens 44 setzt unver- zögert nach Betätigung des Umsteuerschiebers 37 in der gewünschten Richtung ein.
Durch das Gerät nach Fig. 4 wird also ein elektro hydraulisches Zug-Druck-Stellgerät verwirklicht, das bei geringst möglicher Dimensionierung des Motors und des gesamten Gehäuses kürzeste Verstellzeiten bei gleichzeitiger voller Arbeitsabgabe und bei Dauer einschaltung ermöglicht. Die Federanordnung 49 kann auch fortgelassen werden. Dann bleibt der Umsteuer schieber 37 in der Stellung liegen, die durch ein kurz zeitiges Einschalten eines der beiden Magnetwicklun gen 47 oder 48 gewählt worden ist.
Es brauchen also nur impulsartige Stromstösse gegeben zu werden, was für die Fernsteuerung des Gerätes gewisse Vorteile bieten kann. Man kann auch durch einen kurzzeitigen überhöhten Stromstoss die Umsteuerzeit herabsetzen. Die jeweils gewählte Endstellung kann durch eine ge ringe Rasterung noch gesichert werden.
Statt des gezeichneten axialen Umsteuerschiebers 37 kann schliesslich auch ein Drehschieber Verwen dung finden, wobei die Umsteuerung naturgemäss dann durch einen Drehmagneten erfolgen muss.
Für den Umsteuerschieber 37, den Antriebsmotor 12, die Pumpen 10, 11, das Sbeuerschiebersystem 15 und dem Stehzylinder mit Stehkolben 44 ist ein ge meinsames Gehäuse vorgesehen, wobei das gemein same Gehäuse 50 als ölbehälter dient. Vorzugsweise sind alle der Wartung bedürftigen Teile an dem Dek- kel 51 des Gehäuses 50 befestigt.
In der Zeichnung sind als Pumpen für das hydrau lische Mittel Zahnradpumpen dargestellt. Selbstver ständlich kann auch jede andere Art von hydrostati schen Pumpen verwendet werden.
Die elektrohydraulischen Stellgeräte gemäss der Erfindung eignen sich für die Betätigung von Press- und Stanzwerkzeugen aller Art, für Drosselklappen und Ventile. Sie werden ausserdem bei Backenbrem sen, zur Bewegung von Gestängen und zur Betätigung von schwenkbaren Gegenständen wie Türen, Fenstern und dergleichen verwendet. Die Verwendungsmög lichkeiten sind mit diesen Beispielen keineswegs er schöpft.