DE1228112B - Elektrohydraulischer Steuerschieber - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F16k

Deutsche Kl.: 47 g-29

Nummer: 1228112

Aktenzeichen: B 67721XII/47 g

Anmeldetag: 19. Juni 1962

Auslegetag: 3. November 1966

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrohydraulischen Steuerschieber mit einem elektrischen Stellungsgeber, dessen drehbarer Teil durch Regelung des Ausflußquerschnittes einer Düseneinrichtung mittels einer Ablenkplatte die Druckbeaufschlagung stirnseitiger Flächen des Schieberkolbens zu dessen Verstellung bewirkt und flüssigkeits- und gasdicht von dem hydraulischen Teil mittels eines in der Drehachse des Stellungsgebers und der Ablenkplatte angeordneten elastischen, vorzugsweise rohrförmigen Torsionsstabes getrennt ist, dessen eines Endes drehfest mit dem Gehäuse und dessen anderes Ende drehfest mit dem drehbaren Teil des Stellungsgebers und mit der Ablenkplatte verbunden ist.

Die Erfindungsaufgabe besteht darin, bei dieser speziellen Ausführung eine Rückführung zu schaffen.

Rückführungen für elektrohydraulische Steuerschieber sind an sich bekannt. So ist es beispielsweise bekannt, gegen das Stirnende des Kolbens eines Steuerschiebers unter Federdruck einen Balken anzudrücken, der den Bewegungen des Schieberkolbens folgt. Das eine Ende dieses Balkens ist über eine Feder mit dem drehbaren Teil des elektrischen Stellungsgebers verbunden. Der drehbare Teil ist dabei mit der Ablenkplatte versehen, die vor einer Düseneinrichtung angeordnet ist. Diese Bauart ist mit dem grundsätzlichen Nachteil behaftet, daß der drehbare Teil des elektrischen Stellungsgebers gegenüber dem hydraulischen Teil mittels Lagerdichtungen abgedichtet werden muß. Insbesondere ist aber auch die Verwendung der Federn nachteilig, die unter entgegengesetzter Druckbeanspruchung auf den Rückführungsbalken und den drehbaren Teil des Stellungsgebers wirken. Dadurch wird die Linearität der Rückführung beeinträchtigt.

Ferner ist bei einem elektrohydraulischen Steuerschieber eine Rückführung bekannt, bei der der von dem elektrischen Stellungsgeber angetriebene und die Ablenkplatte aufweisende Stab verlängert ist und mit seinem verlängerten Ende in eine Nut in dem Kolben des Steuerschiebers eingreift. Diese Bauweise hat eine Doppelfunktion des drehbaren Teils zur Folge. Der Dreharm hat nämlich einerseits den Ausflußquerschnitt der beiden Düseneinrichtungen zu regeln und andererseits die Rückführung zu ermöglichen. Der mit dem elektrischen Stellungsgeber über einen rohrförmigen Torsionsstab verbundene Dreharm ist selbst starr, so daß die Regelung verhältnismäßig grob ist und mit dem Auftreten von Schwingungen zu rechnen ist. Auch stellt sich infolge des starren Dreharms der Gleichgewichtszustand des Schieberkolbens verhältnismäßig langsam ein.

Elektrohydraulischer Steuerschieber

Anmelder:

The Bendix Corporation,

Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Als Erfinder benannt:
Donald Vernon Healy,
Newhall, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 20. Juni 1961 (118 373)

Die obengenannte Erfindungsaufgabe wird deshalb bei einem elektrohydraulischen Steuerschieber der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ablenkplatte über einen zweiten elastischen Torsionsstab und einen Hebel mit dem Schieberkolben verbunden ist.
Dadurch ist die Rückführung nunmehr auch bei der vorausgesetzten Bauart ermöglicht. Die Verwendung zweier Torsionsrohre ergibt eine feinere Steuerung und Regelung sowie ein schnelleres Erreichen des Gleichgewichtszustandes des Schieberkolbens und eine bessere Aufnahme von Schwingungen. Die Elastizität der beiden Torsionsrohre kann unabhängig voneinander entsprechend den vorliegenden Betriebsbedingungen gewählt werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen Teil des Steuerschiebers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen senkrecht zu dem Schnitt in Fig. 1 verlaufenden Vertikalschnitt durch den gesamten Steuerschieber,

F i g. 3 einen Horizontalschnitt durch den Oberteil des Steuerschiebers gemäß F i g. 1,

F i g. 4 eine schematische, perspektivische Ansicht der einzelnen Teile des Steuerschiebers gemäßFig. 1 ohne Gehäuse,

609 709/154

3 4

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in bildenden Elemente liegen alle außerhalb des

Fig. 1 und Hydraulikteils 10 und sind durch das Torsionsrohr

Fig. 6 eine Teilansicht einer zusätzlichen Einzel- 31 flüssigkeitsdicht abgeschlossen,

heit der Erfindung. Die mit 65 bezeichneten elektrischen Leitungen

Gemäß dem in F i g. 1 dargestellten Ausf ührungs- 5 des Motors durchqueren den Hydraulikteil 10 und

beispiel umfaßt der Steuerschieber einen Hydraulik- den Düsenblock 11 in einem besonderen Kanal, der

teil 10, dessen oberer Teil durch den Düsenblock 11 mit dem die hydraulischen Elemente enthaltenden

abgeschlossen ist, auf dem der von einer Kappe 13 Raum nicht in Verbindung steht,

umschlossene Motor 12 montiert ist. Der Motor 12 Die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes sei

umfaßt ein Paar Magneten 14 und 15, die so ange- io im folgenden an Hand der F i g. 4 beschrieben. Der

ordnet sind, daß sie in einem Paar ferromagnetischer Steuerschieber hat die Aufgabe, über die beiden

Rahmen 16, von denen einer in F i g. 1 sichtbar ist, Leitungen 70 und 71 eine gesteuerte Flüssigkeits-

einen Magnetfluß erzeugen. Die Rahmen umfassen menge abzugeben, die eine lineare Funktion der

Arme 20, die in Flächen 21 und 22 enden, die einem Intensität des über die Klemmen 74 fließenden elek-

von einem Arm 24 getragenen Anker 23 dicht be- 15 trischen Stromes ist. Die Leitungen 70 und 71 stehen

nachbart sind, der leicht verdrehbar ist. Der Anker mit den beiden gegenüberliegenden Flächen eines

23 tritt durch "zentrale Öffnungen 27 in einem Paar doppeltwirkenden Kolbens 72 in Verbindung, der

Spulen 25 und 26 hindurch. Diese Spulen werden im sich im Inneren eines Zylinders 73 bewegt. Der KoI-

Inneren der durch die Teile 16 gebildeten Umhüllung ben 72 bewegt sich, sobald sich der Schieberkölben

durch ein Paar Federflansche 30 gehalten, von denen 20 56 von seiner neutralen Mittelstellung nach links

einer in F i g. 1 sichtbar ist. oder rechts verschiebt und damit eine der beiden

Die Wechselwirkung zwischen dem Motorteil 12 Leitungen 70 und 71 mit der DruckflüssigkeitsqueÜe und dem Hydraulikteil 10 wird im folgenden an und die andere mit dem Rücklauf 62 verbindet. Die Hand der Fig. 2 und 3 erläutert. Der Arm24 in Bewegung des Schieberkolbens56 wird von einem Fig. 2, der, den Anker23 in der Öffnung27 der 25 hydraulischen Druck, der durch eine Pumpe81 erWicklung 25''EaIt, wird seinerseits von einem Tor- · zeugt und über eine Leitung 82 und das Leitungssionsrohr 31 gehalten, das einen erweiterten Teil 32 paar 85, 86 zugeführt wird, erzeugt. Die Flüssigkeit umfaßt; der in einer Öffnung 33 in dem Düsenblock tritt aus der Leitung 82 in eine Eingangskammer 83 11 befestigt ist. Das obere Ende des Torsionsrohres ein, die den Filter 60 enthält. Der Hauptflüssigkeits-31 ist durch eine vorzugsweise hart eingelötete zen- 30 weg erstreckt sich durch den Filter 60 in den mittletrale Welle 34 verschlossen. Die Verbindung zwischen ^r ren Teil der Kammer 83 und in ein Leitungspaar 85, der Welle 34 und dem Torsionsrohr 31 muß minde- 86, das mit ringförmigen Druckkammern 90 und 91 stens den hydraulischen Druck, aushalten und den im Zylinder 92 mündet. Die Druckkammern 90 und Übertritt von Flüssigkeit von dem Hydraulikteil 10 91 sind in der Ruhestellung des Schieberkolbens 56 in d&'MQtbrteil 12 verhindern. Das Torsionsrohr 31 35 durch die Bunde 93 und 94 des Schieberkolbens 56 besteht vorzugsweise aus einem elastischen Metall, ' verschlossen. Die Enden der den Filter 60 haltenden wie etwa Berylliumkupfer, mit einer Dicke von etwa Kammer 83 stehen über Leitungen 100 und 101, die ¹ViOo mm, ,um so eine Drehbewegung des Ankers 23 mit gedrosselten Eintrittsöffnungen 95, 96 versehen um die Achse des Torsionsorohres 31 durch dessen sind, mit dem Düsenpaar 43, 44 in Verbindung. Die Torsion zu gestatten. Die Drehung des Ankers 23 40 Austrittsöfinungen 45, 46 der Düsen liegen gegenüber wird durch die Welle 34 in das Innere des Hydrau- den Endflächen 41, 42 der Ablenkplatte 40. Die Leilikfeils.lO übertragen. Die Welle 34 trägt eine doppel- rung 100 ist mit einer Zweigleitung 106 verbunden, ärmige Ablenkplatte40 (s. Fig. 3), tieren Seiten^ die an einem Ende in den Zylinder 92 mündet. Entflächen 41 und 42 vor den Öffnungen zweier Düsen sprechend ist die Leitung 101 mit einer in das gegen-43, 44 liegen. Der Abstand zwischen der Ablenk- 45 überliegende Ende des Zylinders mündenden Zweigplatte 40 und den Düsen liegt in der Größenordnung ■ leitung 110 verbunden.

von >⁵/ioo mm und die maximale Verdrehung der Im Betrieb ist die Einrichtung mit einer Druck-Ablenkplatte aus der Mittellage unter der Wirkung flüssigkeitsquelle 80 verbunden. Liegt an den Eindes maximalen Signals in der Größenordnung von gangsklemmen 74 kein Signal, so durchströmt die ²'.⁵/ioo mm in jeder Richtung. . 50 Flüssigkeit unter Wirkung der Pumpe 81 die Leitung

Wie Fig. 2 zeigt, ist das untere Ende der Welle 82 und die Filterkammer83 und würde dann aus

34 durch einen eine Torsionsfeder bildenden Stab 50 den Öffnungen 90 und 91 austreten. Die Bunde 93

geringen Durchmessers verlängert. Diese Torsions- und 94 des Schieberkolbens verschließen jedoch

feder 50 verläuft im Innern eines steifen Rohres 51, diese Öffnungen 90 und 91, so daß an den Ausgangs-

an dessen unterem Ende sie befestigt ist. Das steife 55 öffnungen 70 und 71 ein Druck liegt, dessen Wert

Rohr Sl tragt an seinem oberen Teil einen horizon- etwa in der Mitte zwischen dem Druck am Eingang

talen Hebel 53, dessen freies Ende mit einem Finger des Systems und dem Druck des Leckstromes an den

54 in eine Ringnut 55 im Schieberkolben 56 eingreift. Bunden 93 und 94 ist.

Die hydraulischen Teile bestehen außer dem Die durch den Filter 60 hindurchtretende Flüssig-Schieberkolben 56 aus einem in der Nähe der Ein- 60 keit strömt auch durch die Leitungen 100 und 101 trittsöffnung 61 angeordneten Filter 60, einen Rück- zu den Öffnungen 45 und 46 der Düsen 43, 44. Ist lauf 62 und verschiedenen in Fig. 4 schematisch kein Eingangssignal vorhanden, so ist der Abstand dargestellten. Verbindungswegen. Der Innenraum 63 zwischen der Ablenkplatte 40 und den beiden Öff-{Fig. 3), in dem sich die Welle 34, das steife Rohr nungen45, 46 gleich. Dann herrscht auch in den 51, der Hebel 53 und die Ablenkplatte 40 befinden, 65 Leitungen 106 und 110 gleicher Druck, und die beiist ,dem. Druck des Systems ausgesetzt. In diesem den Enden des Schieberkolbens 56 sind gleichen Innenraum entstehen die Strömungen durch die Öff- Kräften unterworfen. Der Schieberkolben 56 verbleibt nungen der Düsen 43 und 44. Die den Motorteil dann in seiner Mitte- oder Ruhestellung. Die aus den

Öffnungen 45 und 46 austretende Flüssigkeit trifft auf die Ablenkplatte40, fließt dann in den in Fig. 2 gezeigten Innenraum 63 und wird schließlich über den Rücklauf 62 zum Flüssigkeitsbehälter 80 zurückgeführt.

Sobald an den Eingangsklemmen 74 eine Spannung auftritt, d. h. ein Strom durch die Wicklungen fließt, wird das magnetische Gleichgewicht zwischen den Flächen 21 und 22 der Polschuhe 16 verändert, indem ein Ende des Ankers 23 von einem der Polschuhe und das andere Ende des Ankers von dem gegenüberliegenden Polschuh angezogen wird. Damit ergibt sich eine Drehbewegung um das Torsionsrohr 31. Die Torsion des Rohres 31 gestattet die Drehung der Welle 34 und damit der Ablenkplatte 40. Nimmt man an, daß die Polarität des den Klemmen 74 und damit den Wicklungen 25, 26 zugeführten Signals so ist, daß sich der Anker 23 im Gegenuhrzeigersinn verdreht (F i g. 4), so verdreht sich die Ablenkplatte 40 in gleichem Sinn und nähert ihre Endfläche 41 der Öffnung 45 der Düse 43 und entfernt ihre Endfläche 42 von der Öffnung 46 der Düse 44. Damit erhöht sich der Druck in der Leitung 100 und verringert sich der Druck in der Leitung 101. Die Druckveränderungen in den Leitungen 100 und 101 werden über die Leitungen 106 und 110 in die Enden des Zylinders 92 übertragen, so daß sich der Schieberkolben 56 aus der in Fig. 4 gezeigten Lage nach links verschiebt. Diese Lage ist in F i g. 5 dargestellt. Die Bewegung des Schieberkolbens 56 bewirkt eine Torsion des Torsionsstabes 50, die sich der des Ankers 23 widersetzt und dazu neigt, die Ablenkplatte 40 in ihre Ausgangsstellung zurückzuführen. Dadurch stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein. Sobald sich der Schieberkolben 56 nach links verschiebt, wird die Öffnung 91 vom Bund 94 freigegeben und tritt in Verbindung mit der Öffnung 70, während die Öffnung 71 in Verbindung mit dem Rücklauf 62 gebracht wird. Der Unterschied zwischen den Drücken auf den Endflächen des Kolbens 72 bewirkt seine Verschiebung nach rechts. Die Geschwindigkeit der Verschiebung des Kolbens 72 hängt von der Flüssigkeitsmenge ab, die durch die Auslenkung des Schieberkolbens 56 aus seiner neutralen Stellung bestimmt ist. Der Schieberkolben 56 verschiebt sich durch die Differenz der Drücke auf seinen Endflächen entsprechend der Drehung der Ablenkplatte 40 aus ihrer Ruhestellung, die sie bei Anwesenheit jedes Eingangssignals annimmt.

Die Ablenkplatte 40 ist in bezug auf die Bewegungsachse symmetrisch montiert, so daß sich bei einem Anstieg des Druckes in der Speiseleitung gleiche Druckanstiege an den beiden Düsen und eine gleiche Erhöhung der auf die beiden Endflächen der Ablenkplatte 40 wirkenden Kräfte ergibt. Aus einer Erhöhung des Speisedruckes folgt also keine Drehung der Ablenkplatte 40. Der Torsionsstab 50 ist unterhalb des Befestigungspunktes der Ablenkplatte 40 mit der Welle 34 verbunden, so daß bei einer Erhöhung des Speisedruckes die Welle 34 und der Torsionsstab 50 nach außen gebogen werden, ohne daß dabei eine Verdrehung der Ablenkplatte stattfindet. Entsprechend wird bei einer Verringerung des Speisedruckes die Ablenkplatte 40 als Ganzes auf die beiden Düsen 45 und 46 zu verschoben, ohne daß 6g dabei eine Verdrehung auftritt.

In bestimmten Anwendungsfällen ist es wünschenswert, z. B. vom Kolben 72 oder von einem mit ihm verbundenen Apparat her eine äußere Eingangskraft auszuüben. Darüber hinaus ist es mitunter wünschenswert, bei einem Fehler manuell steuern zu können. Fig. 6 zeigt nun eine Variante des Ausführungsbeispieles nach den Fig. 1 bis 5, bei dem zusätzliche Signale von einer oder mehreren manuellen, mechanischen, hydraulischen oder elektrischen Signalquellen zugeführt werden können. Dies wird möglich gemacht durch eine obere Verlängerung der Welle 34, die durch eine Lagerung 130 hindurchführt und einen Hebel 131 trägt. Die obere Verlängerung der Welle 34 umfaßt einen Teil geringen Querschnitts 134, der eine Torsionsfeder bildet. Hebel 131 kann kurz sein, da ein kleines Eingangssignal am oberen Ende der Welle 34 ausreicht, um eine hinreichend große Bewegung des Ankers 23 und der Ablenkplatte 40 hervorzurufen. Der Hebel 131 kann dazu dienen, eine manuelle Ersatzsteuerung oder eine ergänzende Drehbewegung einzuführen.

In F i g. 6 ist weiter eine untere Verlängerung 151 der Welle 34 dargestellt, die eine Torsionsfeder bildet und durch eine Lagerung 152 hindurchführend aus dem Gehäuse 10 austritt. Ein Hebel 153 kann in geeigneter Weise mit dem Teil 151 verbunden werden und so auch über diese Verlängerung eine zusätzliche Drehung zugeführt werden. Dieser untere Eingang dient insbesondere zur Zuführung einer Reaktionskraft vom Arbeitszylinder oder einem anderen Teil des hydraulischen Systems her, da der Teil 151 den hydraulischen Teil durchquert. Ist der Hebel 153 mit einem gesteuerten Mechanismus verbunden und überträgt so die Reaktionskraft, so kann auf die dann überflüssige, von dem Schieberkolben 56 ausgehende Rückstellung verzichtet werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrohydraulischer Steuerschieber mit einem elektrischen Stellungsgeber, dessen drehbarer Teil durch Regelung des Ausflußquerschnittes einer Düseneinrichtung mittels einer Ablenkplatte die Druckbeaufschlagung stirnseitiger Flächen des Schieberkolbens zu dessen Verstellung bewirkt und flüssigkeits- und gasdicht von dem hydraulischen Teil mittels eines in der Drehachse des Stellungsgebers und der Ablenkplatte angeordneten elastischen, vorzugsweise rohrförmigen Torsionsstabes getrennt ist, dessen eines Ende drehfest mit dem Gehäuse und dessen anderes Ende drehfest mit dem drehbaren Teil des Stellungsgebers und mit der Ablenkplatte verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkplatte (40) über einen zweiten elastischen Torsionsstab (50) und einen Hebel (53) mit dem Schieberkolben (56) verbunden ist.

2. Steuerschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Stellungsgeber (13) in an sich bekannter Weise einen stabförmigen Anker (23) aufweist, der zwischen Polstücken (21, 22) in Abhängigkeit von dem Eingangssignal zur Ausführung einer begrenzten Drehbewegung gelagert ist.

3. Steuerschieber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (23) ih an sich bekannter Weise an dem Torsionsrohr (31) befestigt ist.

4. Steuerschieber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (23) und die Ablenkplatte (40) exzen-

trisch an dem Torsionsrohr (31) bzw. auf der Welle (34) befestigt sind (Fig. 3).

5. Steuerschieber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise innerhalb des hydraulischen Teils (10) die doppelarmige Ablenkplatte (40) vor zwei parallel zueinander liegenden Düsen (43, 44) angeordnet ist, die mit einer hydraulischen Druckquelle (80, 81) in Verbindung stehen, und daß die entsprechenden in Düsen auftretenden hydraulischen Drücke auf Grund der Torsions- und/oder Biegebewegung des Torsionsirohres (31) veränderbar sind (Fig. 4).

6. Steuerschieber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsstab (50) aus dem Ventil über zusätzliche Torsionsabschnitte (134 und/oder 151) herapsgefuhrt ist, die ihrerseits Eingangsverbindungen (131 und/oder 153) zur Zuführung zusätzlicher Steuerdrehmomente bilden (Fig. 6).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1266116;
USA.-Patentschriften Nr. 2771062, 2 827 067,
835 265, 2933106, 2934765, 2964018.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 709/154 10.66 © Bundesdruckerei Berlin