DE1810000A1 - Hydraulisches Relais - Google Patents

Description

Für diese Anmeldung wird die Priorität vom 20. November I967 aus der entsprechenden Anmeldung in Dänemark Nr. 5777/67 beansprucht.

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Relais mit einer durch eine veränderliche, insbesondere elektromagnetische Kraft zu betätigenden hydraulischen Steuervorrichtung für die Zuführung eines Druckmittels zu einem Arbeitszylinder bzw. für die Freigabe des Druckmittels aus diesem, derart, daß der unter Einwirkung.einer, oder mehrerer Federn stehende Kolben des Arbeitszylinders eine die Betätigung bewirkende Änderung der Größe der Steuerkraft herbeiführt.

Bei einer berei-ts bekannten Bauart hydraulischer Relais arbeitet die mit Hilfe der Steuerkraft zu betätigende Steuervorrichtung mit zwei sich gegenüberliegenden Ventilsitzen zusammen, um die veränderbare Drosselung eines konstant über drosselnd wirkende Lochplatten zugeführten Druckmittelstroms zu bewirken. Die Bohrungen der beiden Ventilsitze stehen beide in offener kommunizierender Verbindung mit einer von zwei Kammern auf entgegengesetzten Seiten eines Kolbens, der unter der Wirkung zweier¹ Federn mit entgegengesetzter Wirkungsrichtung steht, so daß er in einer Mittelstellung gehalten wird. Wird die Drosselung

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an einem der Ventilsitze vergrößert und findet eine entsprechende Verkleinerung der Drosselung am andern Ventilsitz statt, so wird der Druck in einer der, beiden Kammern vergrößert und in der anderen verkleinert,, so daß der Kolben entsprechend verschoben wird. Der Kolben ist koaxial mit einem zweiten Kolben angeordnet,, in welchem die erwähnten Kammern vorgesehen sind, und mit Leitflachen versehen, um die Drosselung der Freigabe von Druckmitteln aus den Kammern zu beiden Seiten des äußeren Kolbens zu ändern. Die zuletzt erwähnten Kammern erfahren gleichfalls eine konstante Druckmittelzufuhr über drosselnd wirkende Lochplatten. Wenn der erste (innere) Kolben infolge.einer Änderung der auf die Steuervorrichtung einwirkenden Steuerkraft verschoben wird., so hat dies eine Änderung d.er Abströmung aus den Kammern auf entgegengesetzten, Seiten des äußeren Kolbens in sofern zur Folge.,, als die Abströmung aus der einen Kammer vollständig unterbrochen wird., während die Abstromung aus der anderen Kammer vergrößert wird. Die veränderten Drücke zu beiden Seiten des äußeren Kolbens _s die hierdruch verursacht werden, bewirken daher eine solche Verschiebung des äußeren Kolbens, daß in den beiden .Kammern gleiche Abstrombedingungen wiederhergestellt werden, d. h. daß der äußere Kolben dem inneren Kolben folgt, bis er in der gleichen Relativstellung zu diesem wie vor der Änderung der Steuerkraft steht«, Diese Bewegung des äußeren Kolbens kann.dann als Betätigungs- oder Arbeitsbewegung benutzt

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werden.

Das bekannte Relais hat Jedoch verschiedene Nachteile. Vor allem ist es ziemlich umständlich, hauptsächlich im Hinblick auf das Arbeitsprinzip des Relais (konstanter Abstrom von Druckmittel über Lochplatten). Insbesondere ist das Relais infolge dieses Arbeitsprinzips sehr empfindlich gegen Schrautztellohen in dem Druckmittel, die eine voll- ständige oder teilweise Blockierung der drosselnden Lochplatten bewirken und dadurch die Relaiseigensohaften ändern können, d» h. die Beziehung zwischen der Größe und Richtung der Steuerkraft und der Stellung des Arbeitskolbens. Schließlich muß die Steuervorrichtung so dicht wie möglich am Arbeitszylinder angeordnet werden, so daß die Verbindungsieitungen zwischen dem Arbeitszylinder und den Ventilsitzen der Steuervorrichtung kurz sind. Sollten diese Leitungen zu lang werden, so stellen sie einen so großen Strömungswiderstand für den konstanten Druckmittelstrom dar, daß eine Änderung der Drosselung mittels der mit der Steuervorrichtung zusammenarbeitenden Ventilsitze eine verhältnismäßig nur kleine Änderung der Druckverhältnisse auf beiden Seiten des inneren Kolbens ergeben würde, d. h. die Empfindlichkeit des Relais würde erheblich verkleinert.

Es ist aber oft erwünscht, die Steuervorrichtung und den Arbeitszylinder in einem gewissen Abstand voneinander anzuordnen. Das ist beispielsweise der Fall, wenn die Steuerkraft elektrisch erzeugt und die Arbeitsbewegung an einer Stelle

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ausgenutzt werden soll, wo die Anwendung von Elektrizität mit Gefahr verbunden wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisohes Relais zu schaffen, bei dessen Anwendung solche Schwierigkeiten nicht auftreten. Erfindungsgemäß wird dies dadurch möglich, dall die betätigende Vorrichtung durch den hydraulischen Druck in dem Arbeitezylinder konstant in

^ Gegenrichtung zu der Steuerkraft, die im Sinne der Druck-

mittelzufuhr zum Arbeitszylinder wirkt, beeinflußt ist.

Das Relais arbeitet dann in der Weise, daß die Steuervorrichtung, wenn sie durch eine gegebene Steuerkraft betätigt wird, die Druckmittelzufuhr zum Arbeitszylinder freigibt, bis der Druck in diesem, der von der Kompression der der Kolbenbewegung entgegenwirkenden Federn abhängt, genügend groß ist, um die Steuervorrichtung entgegen der Wirkung der Steuerkraft zurück in die geschlossene Bewegung zu führen. Wenn dann die Steuerkraft um einen"bestimmten Wert vermindert wird, ist der hydrostatische Druck im Arbeitszylinder In der Lage, die Steuervorrichtung von der geschlossenen Stellung aus zu verschieben und sie auf diese Weise für den DruökmittelÄbstrom aus dem Arbeitszylinder zu öffnen, so daß die Feder die Möglichkeit erhält, den Kolben zurückzubewegen, bis di# Federspannung und damit der Druck in dem Zylinder erneutim {Gleichgewicht zu der Steuerkraft steht. Die Erfindung gefttftfcfcefc es also auf einfaehe Weise und mit Hilfe statisch wirkender JCrIi'te, eine genaue Relation zwischen der Größe der

Steuerkraft und der Stellung des Arbeitskolbens in dem Zylinder zu gewährleisten. Da hierbei keine drosselnd wirkenden Loohplatten o. dgl. erforderlich sind, durch welche ein konstanter Druckmittelstrom hindurchgeht, ist die Gefahr eines Versagens wegen vollständiger oder teilweiser Absperrung dieser Lochplatten ausgeschaltet. Außerdem ist es nicht mehr nötig, einen Servoverstärker zwischen der Steuervorrichtung und dem Arbeitskolben vorzusehen,

da letzterer mit genügend großer Kolbenfläche in Bezug auf die Fläche, auf welche der hydrostatische Druck in dem Arbeitszylinder auf die Steuervorrichtung wirkt, ausgeführt werden kann. Infolge der Anwendung rein hydrostatischer Kräfte für die Rückführung der Steuervorrichtung in die geschlossene Stellung ist der Strömungswiderstand auch in langen Verbindungsleitungen praktisch ohne Einfluß und die Steuervorrichtung kann daher auch in einem verhältnismäßig großen Abstand von dem Arbeitszylinder angeordnet werden. Es ist ferner mögli'ch, mehrere Arbeitszylinder mit ein und | derselben Steuervorrichtung zu steuern, so daß mehrere Arbeitszylinder derart synchronisiert werden können, daß sie stets den gleichen hydrostatischen Druck aufweisen. Diese Arbeitszylinder können dieselbe oder eine unterschiedliche "spezifische Kolbenbewegung" haben, d. h. die Kolbenbewegung, die durch eine gegebene Änderung der Steuerkraft verursacht ist, kann gleich oder verschieden groß sein, je nachdem, ob gleiche oder verschiedene Ralationen zwischen

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der Kolbenfläche und der Federcharakteristllc bestehen.

Eslassen sich Vorkehrungen treffen, daB der hydrostatische Druck in dem Arbeitszylinder in sehr verschiedener Art und Weise, sowohl direkt als auch indirekt, auf die Steuervorrichtung einwirkt. Eine besonders einfache Lösung hierfür besteht erfindungsgemäß darin, daß die Steuervorrichtung aus einem Gleitventil in Form eines Gleitkolbens in einem Zylinder besteht, dessen Arbeitskammer in kommunizierender Verbindung mit dem Inneren des Arbeitszylinders steht. Eine solche Bauweise erfordert besonders wenige Bestandteile. Die offene Verbindung zwischen dem Zylinder für den Steuerkölben und dem Arbeitszylinder kann erfindungsgemäß auf einfache Weise dadurch geschaffen werden, daß der Steuerkolben eine Bohrung besitzt, die in die Arbeitskammer des Zylinders mündet und die mit einer Druckmittelzufuhrleitung vom Steuerkolben zum Arbeitszylinder in Verbindung steht. Diese Leitung dient dann sowohl zur Druckmittelzufuhr zum Arbeitszylinder als auch zur Übertragung des hydrostatischen Druckes auf die.Arbeitskammer des Zylinders, in dem der Steuerkolben sich befindet. Dies kann von Wichtigkeit sein, besonders wenn der Steuerkolben und der Arbeitszylinder einen beträchtlichen Abstand voneinander haben, und auch dann, wenn der Steuerkolben mehrere Arbeitszylinder steuert.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert,- die einen Schnitt durch ein hydraulisches Relais gemäß der Erfindung bei doppelt wirkender^

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Ausführung als AusfUhrungsbeispiel zeigt.

Bei den dargestellten Relais wird die Steuerkraft von einem Elektromagneten 1 geliefert, wie er an sich bekannt 1st. Der Elektromagnet besitzt einen vorraagnetislerten Anker 2, der von der in der Zeichnung dargestellten Mittelstellung aus nach oben oder nach unten verschiebbar ist, je nach der Richtung des Stroms In dem Elektromagneten, und mit einer Kraft, die proportional dem Strom 1st. An beiden Enden des Elektromagneten 1 ist ein Gehäuse 19 mit einer Bohrung 9 befestigt, die axial mit dem Anker ausgerichtet und an den von dem Elektromagneten entfernten Enden geschlossen 1st. Zn der Bohrung 1st ein Kolben 4 angeordnet. ZwIsahen dem Kolben 4 und dem Anker 2 ist eine Feder eingesetzt. Jeder der beiden Kolben 4 weist eine Eindrehung 5 auf, die. Je nach der Stellung des Kolbens, mit einer Druckmittelzuführleitung 13 bzw. einer Auslafileltung 18 In Verbindung gebracht werden kann und außerdem in jedem Falle mit einer Verblndungsleitung 10 In ständiger Verbindung steht. Die Leitungen 10 sind mit je einem Ende eines ArbeiteZylinders 12 verbunden.

Der eingedrehte.Te11 5 der Kolben 4 steht ferner über eine Querbohrung 6 und eine Axialbohrung 7 ständig in Verbindung mit dem geschlossenen Ende der Bohrung 9* die als Zylinder für die Kolben.4 dient.

Der Arbeitszylinder 12 enthält einen darin verschieb-

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baren Kolben 11, der unter Einwirkung von Federn 14 in den Kammern 15 und ΐβ auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens steht, um den Kolben in einer Mitt^elstellung zu halten. Die oben erwähnten Leitungen 10 münden je in eine der Kammern 15 bzw. ΐβ.

Die Arbeitsweise des Relais ist folgendes Wenn der Anker 2 unter dem Einfluß eines Steuerstroms in dem Elektromagneten 1 verschoben wird, beispielsweise entsprechend der Zeichnung nach unten, so verschiebt er den unteren Kolben 4 durch Vermittlung der Feder 3 nach unten und stellt dadurch eine Verbindung der Druckmittelzufuhrleitung 13 zu der in die Zylinderkammer 15 mündenden Leitung 10 her. Es wird also Druckmittel in die Kammer 15 geleitet. Der Kolben 11 wird daher entgegen der Wirkung der Feder 14 in der Kammer 16 nach oben verschoben und verdrängt gleichzeitig Druckmittel aus der Kammer ΐβ über die daran angeschlossene Leitung 10 zum oberen Kolben 4 hin, von dem angenommen wird, daß er in der in der Zeichnung dargestellten Mittelstellung steht, wo die Verbindung zur Auslaßleitung l8 geschlossen ist. Das zugeführte Druckmittel tritt daher durch die Bohrungen 6 und 7 in das geschlossene Ende des oberen Zylinders 9 ein und verursacht daher eine solche Verschiebung des oberen Kolbens, daß dieser die Verbindung aus der Kammer 16 zu der Auslaßleitung l8 öffnet. Der Kolben 11 kann auf diese Weise unter dem Einfluß des in die Kammer 15 eintretenden Druckmittels entgegen der Wirkung der Feder l4 in der Kammer ΐβ nach oben verschoben werden. Der

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hydrostatische Druck in der Kammer 15* der durch die Kompression der Feder 14 in der oberen Kammer 16 bestimmt wird, wirkt über die Leitungen 6 und 7 auch auf die Unterfläche des unteren Kolbens 4,und wenn dieser Druck einen solchen Wert erreicht hat, daß er die durch den Anker 2 und die Feder J5 auf den Kolben ausgeübte Steuerkraft überwinden kann, wird der Kolben in die in der Zeichnung.dargestellte Mittellage zurückbewegt und unterbricht dadurch die Druckmittelzufuhr zu der Kammer 15 in dem Arbeitszylinder 12. Der Kolben 11 ist auf diese Weise um eine Strecke nach oben verschoben worden, die der von dem Elektromagneten 1 mit seinem Anker 2 erzeugten entspricht. Die Relation zwisehen der Steuerkraft und der Verschiebung des Arbeitskolbens kann linear oder nicht linear sein, je nach der Charakteristik der Federn 14, aber sie wird stets einheitlich für eine bestimmte Federcharakteristik sein. Der Kolben 11 bleibt in der verschobenen Stellung so lange, wie der Steuerstrom in dem Elektromagneten unverändert aufrechterhalten wird.

Wird der Steuerstrom geändert, beispielsweise vermindert, so halten sich die Kräfte, die auf die Kolben wirken bzw. die von dem Elektromagneten 1 erzeugte Steuerkraft und der hydrostatische Druck in der Kammer 9 nicht mehr das Gleichgewicht und die Kolben werden daher derart verschoben, daß ein Gleichgewichtszustand, bei dem sich der KoLben 11 in einer der Steuerkraft; entsprechenden Stellung befindet, durch die Druckmittelzufuhr^ zum Arbeitszylinder 12 bzw. die Freigabe von Druckmittel

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aus diesem wieder herbeigeführt wird.

Bei dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Kolben 11 nach beiden Seiten aus einer Mittelstellung verschoben werden, die der Steuerkraft "null" entspricht. Es ist aber natürlich auch möglich, das Relais in nur einer Richtung wirken zu lassen, so daß der Kolben 11 nur zum Beispiel von der in der Zeichnung dargestellten Stellung aus nach oben und zurück in diese Stellung verschoben werden kann. In solch einem Falle können das obere Steuerkolbengehäuse 19 und die untere Feder l4 fortgelassen werden.

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Claims (3)

Patentansprüche

1. Hydraulisches Relais mit einer durch eine veränderliche, insbesondere elektromagnetische Kraft zu betätigenden hydraulischen Steuervorrichtung für die Zuführung eines Druckmittels zu einem Arbeitszylinder bzw. für die Freigabe des Druckmittels aus diesem derart, daß der unter Einwirkung einer oder mehrerer Federn stehende Kolben des Arbeitszylinders eine die Betätigung bewirkende Änderung der Große der Steuerkraft herbeiführt, dadurch gekennzeichnet, daß die betätigende Vorrichtung durch den hydrostatischen Druck in dem Arbeitszylinder konstant in Gegenrichtung zu der Steuerkraft, die im Sinne der Druckmittelzufuhr zum Arbeitszylinder wirkt, beeinflußt ist.

2. Hydraulisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung aus einem in einem Zylinder angeordneten Gleitkolben besteht, dessen Arbeitskammer in kommunizierender Verbindung mit dem Arbeitszylinder steht.

3. Hydraulisches Relais nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß der Gleitkolben mit einer in die Arbeitskammer mündenden Bohrung versehen ist, die in kommunizierender Verbindung mit einer Druckmitte!zuführleitung vom Gleitkolben zum Arbeitszylinder steht.

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