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Die Erfindung befaßt sich ganz allgemein mit hydraulischen und pneumatischen
Steuersystemen und betrifft insbesondere eine Vorrichtung, mit der in derartigen
Systemen auftretende Fehler beseitigt werden können, die ihre Ursache darin haben,
daß die Führungszylinder eines in dem System verwendeten Ventils sich an der Wandung
der Kammer festfressen, in der das Ventil normalerweise gleitet.
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Unter dem Begriff hydraulische und pneumatische Steuersysteme, der
im folgenden verwendet wird, werden Systeme verstanden, bei denen zur Steuerung
Flüssigkeiten oder Gase verwendet werden. Unter dem Begriff Festfressen ist zu verstehen,
daß der normalerweise in der Kammer, die ihn umgibt, auf Grund eines Steuersignals
gleitende Teil des Ventilmechanismus an der Wandung der Kammer hängenbleibt und
dadurch ein Versagen des Steuersystems bewirkt. Gewöhnlich wird ein derartiges Hängenbleiben
von Fremdkörpern verursacht, die in dem hydraulischen oder pneumatischen Strömungsmittel
mitgeführt werden und zwischen dem gleitenden Teil des Ventils und der Kammerwand
eine Keilwirkung ausüben.
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Es wurde nun gefunden, daß beim Betrieb von hydraulischen und pneumatischen
Steuersystemen, bei denen der Durchfluß des Strömungsmittels mit Hilfe eines Mechanismus
gesteuert wird; der eine bestimmte Belastung steuert, das Festfressen des Steuerventils
oftmals zu einem Versagen führt. Wenn ein derartiges Versagen auftritt, erfolgt
der Durchfluß des hydraulischen oder pneumatischen Strömungsmittels zum Belastungssteuermechanismus
nicht entsprechend dem System zunächst zugeführten Steuersignalen. Wenn nun ein
derartiges Festfressen des Führungszylinders tatsächlich auftritt, kann die falsche
Steuerung der mit dem Strömungsmittelsystem gekoppelten Belastung unter Umständen
zu einem Versagen des ganzen Betriebs führen. Ein derartiges Versagen kann unter
Umständen katastrophale Folgen haben. Es müssen deshalb Mittel und Wege gefunden
werden, um ein solches auf das Festfressen des Führungszylinders des Ventils zurückzuführendes
Versagen zu vermeiden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Umgehungsvorrichtung
für den Ausgang mit derartigen Führungszylindern versehenen Schieberventils zu schaffen,
die nur dann in Tätigkeit tritt, wenn sich das Schieberventil festfrißt. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung soll des weiteren so beschaffen sein, daß sie als Folge des Festfressens
bzw. Hängenbleibens des Schieberventils automatisch in Tätigkeit tritt. Die neue
Umgehungsvorrichtung soll einfach aufgebaut und stabil sein sowie nur eine geringe
oder gar keine Wartung erfordern.
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In der folgenden Beschreibung sind im Zusammenhang mit der Zeichnung
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sowie dessen Betriebsweise schematisch
dargestellt. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 ein Schema eines hydraulischen oder
pneumatischen Steuersystems, bei dem eine erfindungsgemäße Umgehungsvorrichtung
verwendet wird, i F i g. 2 eine andere Ausführungsform eines Teils der in F i g.
1 dargestellten Konstruktion und F i g. 3 eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Umgehungsvorrichtung. Erfindungsgemäß wird ein hydraulisches oder i pneumatisches
System zur Steuerung der Durchströmung eines entsprechenden Strömungsmediums zu
den Ausflußöffnungen geschaffen, mit dem eine Last gesteuert wird.. Das neuartige
System ist mit einer Umgehungsvorrichtung ausgestattet, durch die durch Hängenbleiben
des Steuerventils verursachte Fehler beseitigt werden sollen.
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Eine derartige Vorrichtung besitzt einen Umgehungskanal, der die Austrittsöffnungen,
durch die das hydraulische oder pneumatische Strömungsmittel strömt, miteinander
verbindet. Innerhalb des Umgehungskanals ist ein Bypass-Ventil angeordnet, das bei
Normalbetrieb geschlossen ist. Dieses Bypass-Ventil tritt nur auf Grund von Störungen,
insbesondere Hängenbleiben des Steuerventils, in Tätigkeit. Ein derartiges Festfressen
hat zur Folge, daß sich das Bypass-Ventil öffnet und dadurch eine Verbindung zwischen
den Austrittsöffnungen herstellt.
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In F i g. 1 der Zeichnung ist schematisch ein System dargestellt,
bei dem eine erfindungsgemäße Umgehungsvorrichtung Verwendung findet. Wie der Darstellung
zu entnehmen ist, wird die Lage einer Last in Abhängigkeit von dem Durchfluß an
Strömungsmittel von einer Quelle 30, die auch als P1 bezeichnet ist, über einen
Ventilmechanismus 40 gesteuert, der seinerseits auf Grund der auf ihn einwirkenden
hydraulischen bzw. pneumatischen und/oder mechanischen Signale gesteuert wird. Die
Strömungsmittelsignale können von einem Servoventil 50 ausgehen, während
die mechanischen Signale dem System in Richtung der Pfeile 60, 60' zugeführt
werden. Das hydraulische oder pneumatische Strömungsmittel strömt in den einen Arbeitszylinder
11 und verschiebt dadurch eine Kolbenstange 12, die mit den Arbeitskolben 13,13'
gekoppelt ist, welche innerhalb eines Zylinders 14 verschiebbar angeordnet sind.
Die Kolbenstange 12 steht, wie durch die punktierte Linie 15 angedeutet ist, mit
der Last 10 in Verbindung, um diese zu betätigen. Der Zylinder 14 ist mit Hilfe
eines Trennkörpers 16 in die beiden Kammern 17 und 18 eingeteilt. Zwei Leitungen
21 und 22 führen der Kammer 17 auf beiden Seiten des Kolbens 13 Strömungsmittel
zu, während die beiden Leitungen 23 und 24 die Kammer 18 auf beiden Seiten des Kolbens
13' mit Strömungsmittel speisen.
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Wie oben bereits erwähnt wurde, wird der Strömungsmittelzufluß in
den Antriebszylinder 11 zumindest teilweise mit Hilfe des Servoventils 50 gesteuert.
Das Servoventil 50 entspricht einer in der Technik bekannten Ausführungsform
und ist beispielsweise mit einem Drehmomentmotor 25 ausgerüstet, dem elektrische
Signale zugeführt werden. Bei der Betätigung des Drehmomentmotors auf Grund der
elektrischen Eingangssignale wird ein Flügel 26 zwischen zwei Düsen 27 verschoben,
wodurch ein hydraulisches oder pneumatisches Signal an ein Schieberventil 28 abgegeben
wird, das den Durchfluß des Strömungsmittels von einer unter Druck stehenden Quelle,
wie sie bei 31 angezeigt ist, durch zwei Leitungen 32 und 33 an die entgegengesetzten
Enden des Steuerventils 40, 40' regelt. Die Betriebsweise des Servoventils 50, das
mit den verschiedenen Teilen ausgestattet ist, die ganz allgemein angedeutet sind,
ist in der Technik bekannt, so daß keine weitere Beschreibung hierauf verwendet
wird. Zusätzliche Angaben bezüglich der Wirkungsweise eines derartigen Servoventils
können beispielsweise der USA.-Patentschrift 2 947 286 entnommen werden.
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Man erkennt, daß die Steuerventile 40, 40' im wesentlichen einander
gleichen. Deshalb wird die Beschreibung der beiden Ventile nur an dem Teil der
Vorrichtung
vorgenommen, der als Steuerventil 40 bezeichnet ist. Die entsprechenden Teile der
Vorrichtung, die das Steuerventil 40' darstellt, sind mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Wie aus F i g. 1 hervorgeht, bildet das Steuerventil 40 einen Teil
des Gehäuses 41, der entweder fest verbunden ist oder auch eine fest eingebaute
Hülse sein kann, die in einer Bohrung im Gehäuse sitzt. Der fest eingebaute Teil
41 des Gehäuses oder der Hülse wird für die verschiedenen Durchgänge verwendet,
wie dies im folgenden beschrieben ist. Im Gehäuse 41 befindet sich eine bewegliche
Hülse 42, die in einer von dem Gehäuse 41 gebildeten Bohrung verschiebbar angeordnet
ist. Innerhalb der beweglichen Hülse 42 gleitet ein Schiebersteuerventil43. Das
Gehäuse 41 bildet zwei Austragsdurchgangsöffnungen 44 und 45, die an zu dem
Antriebszylinder 14 führende Leitungen 21 und 22 angeschlossen sind. In dem
Gehäuse 41 befinden sich auch zwei Bypass-Durchgangsöffnungen 46 und 47. Die Bypass-Durchgangsöffnung
46 steht über der Leitung 48 mit der Leitung 22 in Verbindung, während die Bypass-Durchgangsöffnung
47 über die Leitung 49 die Leitung 21 verbindet. Eine Halterungsvorrichtung aus
zwei Keilkörpern 52 und 53 ist mittels einer elastisch verformbaren Vorrichtung,
beispielsweise einer Feder 54, seitlich in einer Keilführung, beispielsweise in
einem Hohlraum 55, angeordnet, der von der inneren Oberfläche der in dem Gehäuse
41 vorhandenen Bohrung und der äußeren Oberfläche der beweglichen Hülse 42 gebildet
wird. Die Kombination aus den Keilkörpern 52 und 53 und der Feder 54 verhindert
eine Verschiebung der Hülse 42, so daß die Hülse unter normalen Betriebsbedingungen
des Schiebersteuerventils 43 bezüglich des Gehäuses 41 im wesentlichen fest angeordnet
ist. Man erkennt, daß die verschiebbare Hülse 42 unter diesen Bedingungen die Bypass-Öffnungen
46 und 47 blockiert, so daß durch diese kein Strömungsmittel strömen kann. Sobald
bei diesen Betriebsbedingungen das Schieberventil 43 von F i g. 1 aus gesehen nach
rechts und links verschoben wird, kann das Strömungsmittel von der Quelle 30 durch
die Austrittsdurchgangsöffnungen 44 und 45 in die Kammer 17 gelangen, wo es in bekannter
Weise eine Verschiebung der Kolbenstange 12 bewirkt. Für den Fall, daß sich das
Schieberventil 43 in der Innenbohrung der beweglichen Hülse 42 festfrißt, dann reichen
die normalerweise auf das Schieberventil 43 ausgeübten Kräfte aus, um die bewegliche
Hülse 42 zusammen mit dem Schieberventil 43 gegen die Kraft der Feder 54 nach rechts
oder links zu verschieben. Dadurch wird die Bypass-Durchgangsöffnung 46 oder 47,
je nachdem, in welcher Richtung die Verschiebung erfolgt, geöffnet und stellt dadurch
eine Umgehung der Austrittsdurchgangsöffnungen 44 und 45 her. Wenn beispielsweise
auf der linken Seite und dann auf der rechten Seite des Schieberventils 43 eine
größere Kraft einwirken würde und sich das Ventil gleichzeitig in der beweglichen
Hülse 42 festfressen würde, dann würde die bewegliche Hülse 42 von F i g. 1 aus
gesehen nach rechts verschoben werden. Unter diesen Umständen bleibt die Bypass-Durchgangsöffnung
46 durch die bewegliche Hülse 42 verschlossen. Jedoch wird die Bypass-Durchgangsöffnung
47 nunmehr geöffnet, was zur Folge hat, daß eine Verbindung zwischen den beiden
Leitungen 21 und 22 hergestellt wird. Eine derartige Verbindung ergibt sich, an
der Austrittsdurchgangsöffnung 44 beginnend, durch die Bypass-Leitung 49, die Bypass-Durchgangsöffnung
47 und die Austrittsdurchgangsöffnung 45 zur Leitung 22.
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Unter diesen Betriebsbedingungen entsteht auf beiden Seiten des Kolbens
13 innerhalb der Kammer 17 des Antriebszylinders 11 kein Druckunterschied. Deshalb
kann auch das von der Quelle 30 infolge der in das System eingeleiteten Steuersignale
ausströmende Strömungsmittel keine Wirkung auf die Last 10 haben. Es wird jedoch
darauf hingewiesen, daß, wie in F i g. 1 dargestellt, das Steuerventil 40' parallel
zu dem Steuerventil 40 arbeitet, so daß für den Fall, daß das Schieberventil 43'
nicht in der beweglichen Hülse 42' hängenbleibt, die Last mit Hilfe des Kolbens
13' gesteuert wird, und zwar auf Grund des Strömungsmitteldurchflusses durch die
Leitungen 23 und 24 in die Kammer 18. Eine derartige Fortsetzung der Steuerung ist
deshalb möglich, weil das System so gebaut ist, daß die durch die Leitungen 32 und
33 einwirkenden hydraulischen oder pneumatischen Drucksignale und die durch die
Pfeile 60, 60' angedeuteten mechanischen Signale einzeln so stark sind, daß
sie für den Fall, daß sich ein Schieber auf einer der beiden Seiten des Systems
festfrißt, das Schieberventil 43, 43' und die stirnseitigen, isolierenden Verbindungskolben
zusammen mit der beweglichen Hülse 42, 42' verschieben. Für den Fall, daß die Schieber
beider Schieberventile 43 und 43' in den beweglichen Hülsen 42 und
42' hängenbleiben, werden beide Paare von Austrittsdurchgangsöffnungen in
der oben beschriebenen Weise umgangen. In F i g. 2 ist eine andere Ausführungsform
einer Arretiervorrichtung dargestellt, mit der die verschiebbare Hülse unter normalen
Betriebsbedingungen bezüglich des Gehäuses oder der festliegenden Hülse festgehalten
wird. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist innerhalb einer Bohrung im Gehäuse 62
eine festliegende Hülse 61 angeordnet. In der von der festliegenden Hülse 61 gebildeten
Bohrung befindet sich eine bewegliche Hülse 63. Innerhalb der beweglichen Hülse
63 ist ein Schieberventil 64 gleitend angeordnet, das durch Längsverschiebung den
Durchfluß des Strömungsmittels durch eine in dem Gehäuse und den Hülsen befindliche
Austrittsdurchgangsöffnung 65 steuert. Außerdem ist eine Bypass-Durchgangsöffnung
66 vorhanden, die aber geschlossen gehalten wird. Wie F i g. 2 zu entnehmen ist,
arbeitet unter normalen Betriebsbedingungen das Schieberventil 64 in der beweglichen
Hülse 63. Die gemäß der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform vorhandenen Arretierungsmittel
bestehen aus einer Feder 67, einer in einer Kammer 69 innerhalb der festliegenden
Hülse 61 sitzenden Arretierungskugel 68 und einer Aussparung 71, die sich in der
beweglichen Hülse 63 befindet und einen Teil der Kugel 68 aufnimmt. Für den Fall,
daß sich das Schieberventil 64 in der beweglichen Hülse 63 festfrißt, wird die auf
die Kugel 68 einwirkende Vorspannung der Feder 67 überwunden und die Kugel 68 in
den Zylinder 69 zurückgedrückt, wodurch sich die bewegliche Hülse gegenüber der
festliegenden Hülse verschieben kann. Wenn eine solche Bewegung erfolgt, die beispielsweise
von F i g. 2 aus gesehen nach rechts vor sich geht, wird der Bypass-Kanal
66 geöffnet und verbindet somit die Austragsdurchgangsöffnung 65 mit der
anderen, nicht dargestellten Austragsdurchgangsöffnung, wie dies im obigen an Hand
von F i g. 1 beschrieben worden ist. Unter diesen Umständen kann sich die
bewegliche
Hülse zusammen mit dem Schieberventil 64 wieder weiterbewegen, so daß für den Fall,
daß die Austrittsdurchgangsöffnungen und Bypass-Durchgangsöffnungen wie bei der
Ausführungsform nach F i g. 1 doppelt vorhanden sind, der Betrieb fortgesetzt werden
kann.
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In F i g. 3 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Bypass-Ventilmechanismus dargestellt. In. .dem- gezeigten- Gehäuse 81 befindet sich
eine- Bohrung 82, in der ein Schiebersteuerventil 83 verschiebbar angeordnet ist.
Das Gehäuse 81 ist mit Austrittsdurchgangsöffnungen 84 und 85 versehen, die über
die Leitungen 86 und 87 in Richtung der Pfeile, wie bereits beschrieben wurde, mit
einem Betätigungszylinder in Verbindung stehen. Auch ist das Gehäuse 81 mit Bypass-Durchgangsöffnungen
88 und 89 ausgerüstet. Eine Leitung 91 verbindet die Bypass-Durchgangsöffnung 88
mit der Austrittsdurchgangsöffnung 84 über die Leitung 86, während eine zweite Bypass-Leitung
92 die Bypass-Durchgangsöffnung 89 mit der Austrittsdurchgangsöffnung 85 über die
Leitung 97 verbindet. Innerhalb einer Bohrung, die sich im wesentlichen durch die
Mitte des Schieberventils 83 erstreckt, ist eine Stange 93 angeordnet. Die Stange
93 kann sich in der Bohrung bewegen und weist an ihren Enden Kappen 94 und 95 auf,
die fest mit ihr verbunden sind. Zwischen dem einen Ende des Schieberventils 83
und der Endkappe 94 befindet sich eine Arretiervorrichtung, beispielsweise eine
Feder oder ein anderes elastisch verformbares Mittel 96, während eine ähnliche Feder
97 zwischen dem entgegengesetzten Ende des Schieberventils 83 und der entsprechenden
Endkappe 95 angeordnet ist. Die Federn 96 und 97 sind vorgespannt, so daß die Stange
93 zusammen mit ihren Endkappen 94 und 95 und dem Schieberventil 93 sich unter normalen
Betriebsbedingungen gleichzeitig zur Steuerung des Durchflusses des Strömungsmittels
von der Quelle 80 zum Antriebszylinder über die beiden Leitungen 86 und 87 bewegen
kann Eine derartige Bewegung wird durch Eingangssignale erreicht, die in Richtung
der Pfeile 100, 100' auf die Außenseite der Endkappen 94 und 95 einwirken und hydraulischer
bzw. pneumatischer oder mechanischer Art oder auch beides sein können. Man erkennt,
daß unter normalen Betriebsbedingungen die Bypass-Leitungen 91 und 92, wie dargestellt,
geschlossen gehalten werden.
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Offensichtlich wird von dem Teil des Schieberventils 83, der sich
in F i g. 3 auf der linken Seite befindet, ein Bypass-Ventil gebildet. Wie gezeigt,
befinden sich in dem Ventil 83 Durchgangsöffnungen 101 und 102, während die
Stange 83 mit einer Durchgangsöffnung 103 versehen ist. Unter normalen Betriebsbedingungen
wird die Durchgangsöffnung 103 nicht in überdeckung mit den Durchgangsöffnungen
101 und 102 gehalten, wodurch der Durchfluß des Strömungsmittels durch die Bypass-Leitungen
91 und 92 verhindert wird. Wenn sich jedoch das Schieberventil 83 in der Bohrung
82 festfressen sollte, bewirken die auf die Endkappen 94 und 95 der Stange 93 einwirkenden
Kräfte eine Verschiebung der Stange 93 nach rechts oder links, obgleich das Schieberventil
83 jetzt festsitzt. Eine derartige Verschiebung der Stange 93 in bezug auf
das Ventil hat zur Folge, daß die Bohrung 103 entweder mit der Bohrung 101 oder
der Bohrung 102 in überdeckung kommt. In jedem Fall wird dadurch eine Verbindung
der Leitungen 91 und 92 zu den Ausgangsleitungen 86 und 87 hergestellt, wodurch
das gestörte Ventil 83 unter diesen Bedingungen den Antriebszylinder betätigen kann.
Es ist tatsächlich auch möglich, das in F i g. 3 dargestellte System doppelt auszuführen,
um auf diese Weise eine zweifache, hintereinanderliegende Steuerungs- und Umgehungsvorrichtung
zu schaffen, wie dies bei der in F i g.1 dargestellten Vorrichtung der Fall ist.
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Selbstverständlich läßt sich der hier dargestellte Bypass-Ventilmechanismus
für jedes beliebige Schieberventil verwenden, das an irgendeiner Stelle innerhalb
eines hydraulischen bzw. pneumatischen Steuersystems angeordnet ist, und braucht
somit nicht notwendigerweise auf ein spezielles Schieberventil beschränkt zu sein,
das den Durchfluß des hydraulischen oder pneumatischen Strömungsmediums zu einem
Antriebszylinder momentan steuert. So könnte das Bypass-Ventil beispielsweise unter
Bezug auf F i g.1 in Verbindung mit dem Schieberventil 28 verwendet werden, falls
dies erforderlich ist.