DE1156871B - Elektrohydraulisches Kraftelement zur Betaetigung von elektrischen Kontakten, das mit einer Ausflusssteuerung und mit Vorsteuerung betrieben wird - Google Patents

Description

deutsches

Patentamt

L31804Vnid/21c

ANMELDETAG: 25. NOVEMBER 1958

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 7. NOVEMBER 1963

Die sogenannte Ausflußsteuerung von Hydrauliksystemen beruht bekanntlich auf dem Prinzip, einen gewünschten Druckanstieg zwecks Arbeitsleistung dadurch zu erzielen, daß der Ausfluß des Hydrauliksystems, der beispielsweise zunächst geöffnet war, so daß die Ölpumpe »leer« lief, geschlossen wird, so daß danach die von der ölpumpe geförderte Ölmenge nicht mehr abfließen kann und der Druck innerhalb des Systems ansteigt, wodurch beispielsweise ein Arbeitskolben beaufschlagt werden kann. Zur Verringerung der während des geöffneten Ausflusses durch diesen strömenden ölmenge (Leckölverlust) und damit der »Leerlaufleistung« des Pumpenaggregates hat man in derartigen Systemen mit Ausflußsteuerung bereits Drosseln und auch eine Vorsteuerung verwendet.

Gegenstand der Erfindung ist ein elektrohydraulisches Kraftelement zur Betätigung von elektrischen Kontakten, das mit einer Ausflußsteuerung und mit Vorsteuerung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vordrossel konstanten Querschnitts sowie ein dazugehöriger Zuflußkanal vorhanden ist, wobei letzterer so ausgebildet ist, daß sein Durchtrittsquerschnitt mindestens an einer Stelle verändert werden kann.

Der Querschnitt des Zuflußkanals ist erfindungsgemäß bei geöffnetem Ausfluß mindestens an einer Stelle zu einem Minimum verengt, so daß dann die Ausflußmenge geringer ist, als es der Querschnitt der an sich bekannten Vordrossel zuläßt; hierdurch werden unnötig hohe Ausflußverluste bei Leerlauf, wie sie bei bekannten Ausführungen auftreten, vermieden. Sofort nach dem Schließen des Ausflusses wird jedoch, wie in der Folge noch näher erläutert wird, der Querschnitt des Zuflußkanals an der genannten Stelle sehr schnell vergrößert und ist während des überwiegenden Teiles der Bewegung des Vorsteuerschiebers voll geöffnet. Eine sehr bedeutsame konstruktive Vereinfachung ergibt sich aus der erfindungsgemäßen Ausbildung von Vorsteuerschieber und Hauptsteuerschieber dadurch, daß beide starr miteinander verbunden sind und praktisch als ein einziges Bauteil zu gelten haben.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung, insbesondere derjenige des verringerten Leckölverlustes trotz hoher Schaltgeschwindigkeit, werden bei der Schilderung des Aufbaues eines so ausgebildeten elektrohydraulischen Kraftelementes an Hand einiger, in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.

Fig. 1 gibt den Querschnitt durch ein erfindungsgemäß aufgebautes Kraftelement, Elektrohydraulisches Kraftelement zur Betätigung von elektrischen Kontakten,

das mit einer Ausflußsteuerung und mit Vorsteuerung betrieben wird

ίο Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H., Frankfurt/M., Theodor-Stern-Kai 1

Fritz Vegelahn, Berlin-Friedenau, ist als Erfinder genannt worden

Fig. 2 die Änderung der wirksamen Durchflußquerschnitte in Abhängigkeit vom Hub des Hauptsteuerkolbens und

Fig. 3 eine Variante der eigentlichen Ausflußsteuerung wieder.
Der Hub des Arbeitskolbens 1 des in Fig. 1 insgesamt dargestellten elektrohydraulischen Kraftelementes soll in Abhängigkeit von der Lage des Hauptsteuerkolbens 2 erfolgen. In der gezeichneten Stellung ist der Arbeitskolben 1 nicht vom Drucköl beaufschlagt, da der Hauptsteuerkolben 2 die Eintrittsbohrangen 3 für das aus der Bohrung 4 kommende Drucköl abdeckt. Dieses Drucköl fließt vielmehr, da die Öffnung 5 des Ausflußventils 6 geöffnet ist, aus der Bohrung 4 in die Bohrungen 7 und von dort in den Ringkanal 8, der in der Mantelfläche des Vorsteuerkolbens 9 angeordnet ist. Von dem Ringkanal 8 aus gelangt das Drucköl über Bohrungen 10 in den zentralen Kanal 11, dessen Austritt durch die auswechselbare Vordrossel 12 verengt ist, und verläßt durch die Bohrung 13 sowie die Öffnung 5 das Steuersystem. Die Öffnung 5 kann, wie dargestellt, mittels der Ventilnadel 14 wahlweise geschlossen oder geöffnet werden. Bei Erregung des Elektromagneten 15 wird der Klappanker 16 angezogen und damit die Öffnung 5 geschlossen, während bei nicht erregtem Elektromagneten 15 die Ventilnadel 14 mitsamt dem Klappanker 16 durch das die Öffnung 5 verlassende Drucköl abgehoben wird.

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Wird die Öffnung S in der erwähnten Weise geschlossen, so baut sich in dem Ringkanal 8 sowie dem zentralen Kanal 11, vor der Stirnfläche 17 des Vorsteuerkolbens 9, und in der Kolbenausdrehung 18, in die das Drucköl durch die Eintrittsbohrung 19 gelangt ist, der volle betriebsmäßige Öldruck auf. Infolgedessen wird der Hauptsteuerkolben 2 nach links verschoben, bis seine Mantelfläche die Eintrittsbohrungen 3 freigibt, nachdem die Austrittsfoohrungen 20 abgedeckt worden sind. Jetzt wird der Arbeitskolben 1 vom vollen Öldruck beaufschlagt und führt den Aufwärtshub aus. Während der eben geschilderten Verschiebung des Hauptsteuerkolbens 2 und des Vorsteuerkolbens 9, die beide, wie dargestellt, auf einer gemeinsamen Kolbenstange 21 angeordnet sind (sie werden zweckmäßig aus dem vollen Stangenmaterial gedreht), wird die Druckfeder 22 gespannt.

Soll der Arbeitskolben 1 wieder abfallen, so wird die Erregung des Elektromagneten 15 unterbrochen,

trittsbohrungen 3, der Austrittsbohrungen 20 sowie der Bohrungen 7 in Abhängigkeit vom Hub der Vor- und Hauptsteuerkolben 9 und 2 wieder.

Der Punkt 26 der Abszisse entspreche der in Fig. 1 dargestellten Ruhelage des Hauptsteuerkolbens 2 sowie des Vorsteuerkolbens 9 bei nicht beaufschlagtem Arbeitskolben 1. Nach dem Schließen der Öffnung 5 des Ausflußventils 6 durch die Ventilnadel 14 wird die Kolbenstange 21 mitsamt den Haupt- und Vorsteuerkolben 2 und 9 durch den Öldruck beschleunigt, und mit wachsendem Hub wächst der wirksame Durchflußquerschnitt der Bohrungen 7 gemäß der Kennlinie 27, da, wie bereits früher beschrieben, der diese Bohrungen 7 bis dahin teilweise abdeckende Teil des Vorsteuerkolbens 9 im Verlaufe des Hubes des Vorsteuerkolbens9 die Bohrungen? fortschreitend freigibt. Gleichzeitig wird der wirksame Durchflußquerschnitt der Austrittsbohrung 20 gemäß der Kennlinie 28 verkleinert, da diese zunehmend von

so daß die Ventilnadel 14 unter dem Einfluß des Öl- 20 dem Hauptsteuerkolben 2 abgedeckt werden. Nachdruckes abgehoben wird und der Öldruck vor der dem die Bohrungen 7 völlig geöffnet sind (Punkt 29 Stirnfläche 17 des Vorsteuerkolbens 9 absinkt, bis die
Spannung der Druckfeder 22 überwiegt und der

Hauptsteuerkolben 2 sowie der Vorsteuerkolben 9

der Abszisse), werden die Austrittsbohrungen 20 vollständig geschlossen (Abszissenpunkt 30), und anschließend beginnt die öffnung der Eintrittsbohrun-

wieder nach rechts in die dargestellte Lage geschoben ²5 gen 3 gemäß der Kennlinie 31. Von der dem Absziswerden, in der die Eintrittsbohrungen 3 vollständig senpunkt32 entsprechenden Stellung des Vorsteuergeschlossen, die Austrittsbohrungen 20 vollständig kolbens 9 ab werden die Bohrungen 7 bereits wieder geöffnet und die Bohrungen 7 teilweise von dem Vor- von dem bei Betrachtung des Schnittes nach Fig. 1 steuerkolben 9 abgedeckt sind. Das nun durch die auf der rechten Seite des Ringkanals 8 liegenden Teil Austrittsbohrungen 20 abfließende Öl kann durch die 3° des Vorsteuerkolbens 9 in zunehmendem Maße ab-Mittelbohrung des Anschlages 24 in den Ölsumpf gedeckt. Dagegen werden die Eintrittsbohrungen 3,

------ durch die das Drucköl in den Raum 33 vor dem Arbeitskolben 1 strömt, mit fortschreitender Bewegung des Hauptsteuerkolbens 2 weiter geöffnet. Nachdem 35 die volle öffnung der Eintrittsbohrung 4 am Abszissenpunkt 34 erreicht ist, wird im Abszissenpunkt 35 der Hub von Vor- und Hauptsteuerkolben 9 und 2 beendet. Man erkennt, daß in der Endstellung des Vorsteuerkolbens 9 die Bohrungen 7 noch nicht vollnahezu bedeckt (gezeichnete Lage), wodurch eine 40 ständig geschlossen sind, so daß, wie in der ersten wirksame Drosselung des Ölstromes gegeben ist. So- Endlage vor Beginn der geschilderten Steuerbewegung fort nach dem Schließen des Ausflußventils 6 bewirkt,
wie geschildert, der ansteigende Öldruck eine Links

abfließen. Die außerdem vorhandene Eintrittsbohrung 19 bleibt ständig geöffnet. Das durch dieselbe in die Kolbenausdrehung 18 eintretende Drucköl kann jedoch zur Verschiebung des Hauptsteuerkolbens 2 nicht beitragen, da die Durchmesser derselben gleich groß sind. Insgesamt werden die beschriebenen Elemente so bemessen, daß bei geöffnetem Ausflußventil 6 der Vorsteuerkolben 9 die Bohrungen 7

verschiebung der Vor- und Hauptsteuerkolben 9

schlossenen öffnung 5 des Ausflußventils 6 — hinaustretenden Lecköles. Würde nämlich dieses nicht ergänzt werden, so würde hinter der Stirnfläche 17

durch diese Bohrungen 7, eine gewisse Leckölmenge auch in dieser Endlage der Vor- und Hauptsteuerkolben 9 und 2 fließen kann. Diese Leckölmenge

und 2, so daß der Ringkanal 8 die Bohrungen 7 frei- 45 dient zur Ergänzung des durch fertigungstechnisch gibt und deren gesamter Querschnitt für den öldurch- unvermeidbare Undichtigkeiten — an der an sich getritt zur Verfugung steht. Gegen Ende dieser Linksverschiebung, der Arbeitskolben 1 wurde, wie bereits
früher geschildert, inzwischen beaufschlagt, schiebt

sich der Vorsteuerkolben 9 mit dem rechten Teil 50 des Vorsteuerkolbens 9 alsbald der Öldruck so weit seiner Mantelfläche über die Bohrung 7 und bewirkt absinken, daß Haupt- und Vorsteuerkolben 2 und 9 so wieder eine Verringerung des Durchtrittsquer- nicht mehr gegen die Rückstellkraft der Druckfeder schnittes derselben und damit eine wirksame Drosse- 22 in ihrer linken Endlage gehalten werden können, lung des Ölstromes. Auf jeden Fall werden die Leckölverluste mit Hilfe

Damit ist folgender Vorteil verbunden: Der den 55 der erfindungsgemäßen variablen Vordrosselung be-Vorsteuerkolben 9 beaufschlagende Öldruck wird sonders gering gehalten.

stark verringert, und es ist gegen Ende des Hubes Während in dem Ausführungsbeispiel eines elek-

praktisch nur noch die diese Bewegung verzögernde trohydraulischen Kraftelementes nach Fig. 1 die das Druckfeder 22 wirksam. Die Hubgeschwindigkeit der Ausflußventil 6 bedarfsweise verschließende oder frei-Haupt- und Vorsteuerkolben 2 und 9 wird also noch 60 gebende Ventilnadel 14 noch in einer mehrfach ab-

vor Erreichen der Endstellung so weit verringert, daß ein Anschlagen der Kolbenstange 21 an den Anschlag 24 und damit Überbeanspruchungen des Materials vermieden werden.

An Hand des Diagramms nach Fig. 2 seien diese Zusammenhänge noch einmal qualitativ erläutert. Dieses Diagramm gibt näherungsweise die Änderungen der wirksamen Durchtrittsquerschnitte der Eingesetzten Bohrung geführt ist und auch selbst Abschnitte verschiedenen Durchmessers aufweist, um eine gute Führung zu ermöglichen, ist das Ausflußventil 36 nach Fig. 3 so gestaltet worden, daß bei geringstmöglichem Fertigungsaufwand dennoch eine gute Führung der Ventünadel 34 gewährleistet ist. Die Ventünadel 37 ist dabei als glatter, durchgehend zylindrischer Stift ausgebildet, und die Ventilbohrung

38 hat ebenfalls durchweg einen konstanten Durchmesser entsprechender Passungstoleranz. Das aus der Ventilbohrung 38 strömende Öl fließt schließlich durch die senkrecht zur Zeichenebene stehende Bohrung 39 ab.

In der dargestellten Lage der Ventilnadel 37 ist die Ventilbohrung 38 geöffnet. Wird der Elektromagnet 15 erregt, so schwenkt der Klappanker 16, wie bereits früher erläutert, nach links und drückt dabei die Ventilnadel 37 um einen gewissen Betrag in den links der Bohrung 39 sichtbaren Teil der Ventilbohrung 38, wodurch das gewünschte Absperren des Ölftusses des Systems erzielt ist.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrohydraulisches Kraftelement zur Betätigung von elektrischen Kontakten, das mit einer Ausflußsteuerung und mit Vorsteuerung betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine ao Vordrossel (12) konstanten Querschnitts sowie ein dazugehöriger Zuflußkanal (7, 8, 10, 11) vorhanden ist, wobei letzterer so ausgebildet ist, daß sein Durchtrittsquerschnitt mindestens an einer Stelle verändert werden kann.

2. Elektrohydraulisches Kraftelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt des Zuflußkanals (7, 8, 10, 11) dadurch verändert wird, daß jener an dieser Stelle durch einen Vorsteuerkolben (9) in dessen beiden Endlagen nahezu abgedeckt und nur während dessen Bewegung voll geöffnet ist.

3. Elektrohydraulisches Kraftelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerkolben (9) und der Hauptsteuerkolben (2) starr miteinander verbunden sind.

4. Elektrohydraulisches Kraftelement nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Ventilbohrung (38) als auch die Ventilnadel (37) des Ausflußventils (36) auf ihrer gesamten Länge einen gleichbleibenden Durchmesser entsprechender Passungstoleranz aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©309 747/324 10.63