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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrohydraulische Stellvorrichtung
mit zwei vollständig mit Flüssigkeit gefüllten Kammern, von denen die erste Kammer
von einem beweglichen Wandteil begrenzt ist und eine Pumpe enthält, die über eine
zwischen den Kammern verlaufende Verbindung Flüssigkeit aus der ersten in die zweite
Kammer fördert, die von einem beweglichen Stellorgan begrenzt ist, und einer das
Stellorgan entgegen der Ausfahrrichtung belastenden Feder.
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Bei einer derartigen bekannten, als Bremslüftgerät dienenden Stellvorrichtung
befindet sich zwischen den beiden Kammern eine Schleuderpumpe, durch die zwecks
Verstellung eines Verstellkolbens hydraulische Flüssigkeit von der ersten in die
zweite Kammer gefördert wird. Bei Stillstehen der Pumpe erfolgt der Flüssigkeitsrücklauf
über die Pumpe. Im Fall einer ebenfalls mit Flüssigkeit gefüllten, eine Rückstellfeder
enthaltenden Kammer, die von einer Seite durch den Verstellkolben begrenzt ist,
ist eine gedrosselte Rückströmung von dieser Kammer in die erste Kammer vorgesehen.
Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, daß der Verstellkolben nicht auf beliebige
Zwischenstellungen einstellbar ist. Eine grobe Einstellung auf Zwischenstellungen
ist allenfalls durch Veränderung der Förderleistung der Pumpe möglich.
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Es ist ferner ein hydraulisches Verstellgerät bekannt, bei dem eine
elektromotorisch angetriebene Pumpe in einer ersten Kammer angeordnet ist und Flüssigkeit
aus dieser Kammer, die zum größten Teil damit angefüllt ist, in eine zweite Kammer
fördert, deren eine Wand durch einen Verstellkolben begrenzt ist. In der zweiten
Kammer ist außerdem ein Ringschieber angeordnet, über den Rückströmöffnungen einstellbar
sind. Mit Hilfe der veränderlich einstellbaren Rückströmöffnungen ist der Druck
in der zweiten Kammer veränderlich und damit die vom Verstellkolben auf eine Verstellstange
übertragene Kraft. Neben dem Nachteil, daß das bekannte Gerät infolge der nur teilweise
mit Flüssigkeit gefüllten ersten Kammer im wesentlichen nur in der vertikalen Lage
wirksam zu arbeiten vermag, stellt sich als nachteilig heraus, daß das bekannte
Gerät nur für zwei Endlagen verwendet werden kann. Da eine Rückstellfeder nicht
vorgesehen ist, ist es auch bei dieser bekannten Vorrichtung nicht möglich, beliebige
Zwischenstellungen eines beweglichen Verstellorgans zu erzielen.
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Schließlich ist eine hydraulische Stellvorrichtung bekannt, bei der
eine elektromotorisch angetriebene Pumpe in einer teilweise mit Flüssigkeit gefüllten
Kammer angeordnet ist, die die Flüssigkeit in eine zweite Kammer fördert, deren
eine Wand durch ein bewegliches Stellorgan begrenzt ist. An einer Abzweigung der
Pumpenleitung in der ersten Kammer befindet sich eine elektromagnetisch betätigbare
Klappe, mit der ein Bypass für die Pumpe geschaffen ist, wenn die Klappe geöffnet
ist. Da die Klappe die Abzweigleitung nur öffnet oder schließt, ergeben sich für
das federbeaufschlagte Stellorgan lediglich zwei Stellungen, in die es durch ciic
Tätigkeit der Pumpe gebracht werden kann. Zwischenstellungen sind also auch bei
dieser bekannten Vorrichtung nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine elektrohydraulische Stellvorrichtung
zu schaffen, die bei geringstem Platzbedarf einen verhältnismäßig großen Maximalhub
aufweist und auf beliebige Zwischenstellungen einstellbar ist.
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Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe
dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise eine einstellbare Rüekströmöffnung
zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer vorgesehen ist, daß die einstellbare
Rückströmöffnung aus einem elektromagnetischen Drosselventil besteht, dessen Erregerstrom
mit einer Einstellvorrichtung auf verschiedene Werte einstellbar ist, und daß die
Pumpe in an sich bekannter Weise eine im wesentlichen konstante Förderleistung hat.
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Da die Pumpe in der ersten Kammer mit konstanter Förderleistung arbeitet,
kann mit Hilfe des elektromagnetischen Drosselventils der Druck in der zweiten Kammer
verändert werden. Damit entspricht infolge der Federbelastung des Stellorgans einem
bestimmten Druck in der zweiten Kammer ein bestimmter Stellweg.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll an Hand von Zeichnungen
näher beschrieben werden. F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch eine hydraulische Stellvorrichtung;
F i g. 2 zeigt schematisch ein magnetisches Drosselventil in weitgeöffneter Stellung;
F i g. 3 zeigt das Drosselventil nach F i g. 2 in einer mehr gedrosselten Stellung;
F i g. 4 zeigt das Drosselventil nach F i g. 2 in geschlossener Stellung; F i g.
5 zeigt das Drosselventil nach F i g. 2 mit elektromagnetischer Betätigung und einer
Einstellvorrichtung.
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Das Gehäuse der elektrohydraulischen Stellvorrichtung nach F i g.
1 besteht im wesentlichen aus einer mittleren inneren Wand 10 und zwei glockenförmigen
Gehäuseteilen 12 und 14, die an die innere Wand 10 mittels Flanschen 16, 22 und
Bolzen 28 angeflanscht sind. Der glockenförmige Gehäuseteil 12 enthält eine Rollmembran
18, die zusammen mit dem Gehäuseteil 12 an der Innenwand 10 befestigt ist. Die Rollmembran
begrenzt eine erste Kammer 20
veränderlichen Volumens.
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Der glockenförmige Gehäuseteil 14 enthält eine Rollmembran 24, die
über den Flansch 22 an der inneren Wand 10 befestigt ist. Die Rollmembran 24 begrenzt
eine zweite Kammer 26 veränderlichen Volumens, die außerdem durch die innere Wand
10 begrenzt ist.
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An einem Bügel 30 innerhalb der ersten Kammer 20 ist ein Motor
mit Pumpe 32 angeordnet. Die Pumpe 32 besitzt eine konstante Förderleistung und
saugt durch eine nicht gezeigte Saugöffnung Flüssigkeit an und fördert diese durch
eine flexible Leitung 34 über einen Anschluß 36, der sich in der inneren Wand 10
befindet, in die zweite Kammer 25.
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Der Rückströmweg der hydraulischen Flüssigkeit von der zweiten Kammer
26 zur ersten Kammer 20
wird von einer Rückströmöffnung 38 in der inneren
Wand 10 gebildet, die ein Filtersieb 40 enthält. Koaxial zur Rückströmöffnung
38 ist in der ersten Kammer ein magnetisches Drosselventil 42 angeordnet, das ein
Rückströmrohr 44 enthält und das konzentrisch zu einer Erregerspule 46 liegt,
die eine bewegliche Drosselklappe 48 steuert, so daß diese von der Austrittsöffnung
50 des Rückströmrohres 44
fort und auf diese zu bewegt werden kann.
Die Drosselklappe 48 verändert den Strömungswiderstand in Richtung der ersten Kammer
20 umgekehrt
proportional zum Quadrat des mittleren Abstandes der
Klappe 48 von der Austrittsöffnung 50 des Rückströmrohres 44.
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An der Rollmembran 24 liegt auf der anderen Seite der zweiten Kammer
26 ein Kolben 52 mit verhältnismäßig großer Oberfläche an, der durch eine kegelförmige
Schraubenfeder 54 entgegen der Ausfahrrichtung des Kolbens 52 vorgespannt ist. Die
Kegelfeder 54 liegt mit einem Ende an einer Auskehlung 56 des Kolbens und mit dem
anderen Ende gegen ein Widerlager 60 am glockenförmigen Gehäuseteil 14 an. Mit dem
Kolben 52 ist eine Verstellstange 62 verbunden, die durch die Stirnseite des Gehäuseteils
14 hindurchgeführt ist und in einem Lager 64 gelagert ist. Die Befestigung der Stange
62 am Kolben 52 erfolgt über eine Schraube 66, die vom anderen Ende in den Kolben
52 eingesetzt ist.
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In den F i g. 2, 3 und 4 ist der Betrieb des magnetischen Drosselventils
42 dargestellt. Die bewegliche Drosselklappe 48 ist als Anker eines Elektromagneten
ausgebildet, dessen Kern vom Rückströmrohr 44 gebildet ist, wobei die Austrittsöffnung
50 des Rückströmrohres 44 ein flaches scheibenförmiges Polstück 68 darstellt. Für
die Erregung des Ventils sorgt die Erregerspule 46. Der magnetische Kreis wird vom
Rückströmrohr 44, von einem L-förmigen Bügel 70 aus magnetischem Material, einem
Scharnier 72 für die Drosselklappe 48 und die Drosselklappe 48 durch einen
Luftspalt d (F i g. 5) zwischen der Drosselklappe 48 und dem Polstück 68 geschlossen.
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In F i g. 5 ist gezeigt, wie die Erregerspule 46 über einen Stellwiderstand
76 von einer Spannungsquelle 74 erregt wird, wobei die magnetische Kraft zwischen
der Drosselklappe 48 und dem Polstück 68 verändert werden kann, um die mit 78 in
den F i g. 2, 3 und 4 angedeutete Strömung der Flüssigkeit zu drosseln. Die erzeugte
magnetische Kraft MF ist umgekehrt dem Quadrat des Luftspaltes D mal einer Konstante
K, die von den Parametern des jeweils verwendeten Magneten abhängt:
Demnach wird die magnetische Kraft, die zur Überwindung des Strömungsmitteldruckes
erforderlich ist, um so größer, je mehr sich die Drosselklappe 48 dem Rückströmrohr
44 annähert, d. h. der Luftspalt d kleiner wird, denn die Pumpe 32 besitzt eine
konstante Förderleistung, so daß ein konstantes Volumen durch das Rückströmrohr
44 übertragen wird. Die Wechselwirkung zwischen der Strömung 48 und der magnetischen
Kraft MF erzeugt bei einem festen Volumen der Kammer 26 einen veränderlichen Druck
in dieser Kammer, der direkt proportional der magnetischen Kraft MF ist, da der
Strömungsdruck infolge der konstanten Förderleistung der Pumpe 32 zunimmt. Auf diese
Weise wird eine Kraft über die Rollmembran 24 auf den Kolben 52 erzeugt, der sich
gegen die Feder 54 so weit bewegt, bis sich der auf die Rollmembran 24 ausgeübte
Druck und die Federkraft das Gleichgewicht halten.
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Gemäß der Darstellung nach F i g. 5 kann eine Steuerung dadurch erhalten
werden, daß zwischen dem Auslaß 34 der Pumpe 32 und die zweite Kammer 26 ein Puffervolumen
80 geschaltet wird, wobei die zweite Kammer und das Puffervolumen 80 über eine zweite
Drosselstelle 82 miteinander verbunden sind, deren Durchfluß kleiner ist als der
Durchfluß durch das Rückströmrohr 44 bei vollgeöffneter Drosselklappe 48.
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Bei dieser Ausführungsform werden zwei wesentliche Vorteile erhalten.
Einmal wird durch die zweite kleinere Drosselstelle 82 der Durchfluß von der Pumpe
32 zur Kammer 26 während der Zeit, in der der Luftspalt seine vorher bestimmte maximale
Stellung erreicht, so weit gedrosselt, daß in der Kammer 26 ein Druck von nahezu
Null erzielt wird. Damit ergibt sich in der Kammer 26 ein Druck, der im wesentlichen
linear sich zur magnetischen Kraft verhält. Im Falle einer Schwankung des Pumpendruckes
im Sinne einer Verstärkung oder einer Abnahme erfolgt wegen der geringen Größe der
Drosselstelle ein entsprechender Anstieg der Durchströmmenge zur Kammer 26. Dies
ruft eine vorübergehende Zunahme oder Abnahme des Strömungsdruckes gegen die Drosselklappe
48 hervor. Der zweite Vorteil ergibt sich nun daraus, daß bei einer vorgegebenen
Einstellung der magnetischen Kraft eine Änderung des Strömungsmitteldruckes zu einer
Änderung des Luftspaltes d in einer solchen Richtung führt, daß der erwünschte Druck
in der Kammer 26 aufrechterhalten bleibt. Somit ist die Kraft, die von der Rollmembran
24 über dem Kolben 52 auf die Feder 54 ausgeübt wird, konstant, so daß die vorgegebene
Stellung der Verstellstange 62 unverändert bleibt.
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Da das gesamte Flüssigkeitsvolumen in der ersten Kammer
20 und in der zweiten Kammer 26 konstant ist, zieht sich die Membran 18 beim
Fördern der Pumpe 32 in dem Maße zusammen, wie die Membran 24 sich ausdehnt. Auf
diese Weise ist durch die Rollmembran 18 die Pumpe ungeachtet der Lage der gesamten
Stellvorrichtung immer in Flüssigkeit eingetaucht.
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Eine bestimmte Stellung des Stellwiderstandes 76 entspricht einer
bestimmten Stellung der Verstellstange 62. Eine bestimmte Stellung des Stellwiderstandes
76 ergibt eine vorgegebene Erregung der Erregerspule 26, so daß die Drosselklappe
48 einer entsprechenden magnetischen Kraft ausgesetzt ist. Wenn die Pumpe in Betrieb
ist, bewegt sich die Drosselklappe 48 in Richtung auf die Austrittsöffnung 50 des
Rückströmrohres 44 oder von dieser fort. Die Drosselklappe 48 setzt jedoch der Strömung
78 eine Kraft entgegen, so daß in der Kammer 26 ein entsprechender Gegendruck erzeugt
wird. Dadurch dehnt sich die Rollmembran 24 gegen die Kraft der Feder 54 aus, so
daß der Kolben 52 die Verstellstange 62 in eine neue Gleichgewichtslage bringt.
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Bei einer Unterbrechung der Energiezufuhr für den Antrieb der Pumpe
32 treibt die Kraft der Feder 54 die gesamte Flüssigkeit aus der Kammer 26 heraus.
Bei einem Ausfall der Energie für das Drosselventil wird die Flüssigkeit ebenfalls
aus der Kammer 26 über das Rückströmrohr 44 in die Kammer 20 hineinbefördert. In
jedem Fall wird dadurch der Kolben 52 in die am weitesten innenliegende Stellung
gebracht, so daß eine Gefahr des Brechens der Verstellstange 62 vermieden wird.