DE1948038B2 - Elektromagnetisch betätigte Steuereinrichtung - Google Patents

Elektromagnetisch betätigte Steuereinrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetisch betätigte Steuereinrichtung von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Aus der US-Patentschrift 29 81 287 ist eine elektrohydraulische Steuereinrichtung für einen doppeltwirkenden Verbraucher bekannt, der drei Funktionen wie Halten, Heben und Senken ausüben kann. Zu diesem Zweck weist das Vorsteuerventil an seinen beiden Stirnseiten zwei Einfachhubmagnete auf, die über einen Vorsteuerschieber einen federzentrierten Steuerschieber hydraulisch betätigen. Zur Steuerung mehrerer Verbraucher bedarf es auch mehrerer Ventile, die alle mit zwei Magneten ausgerüstet sind. Derartige Magnete sind aber nicht nur teuer, sondern beanspruchen viel Raum, der in vielen Anwendungsfällen nicht vorhanden ist. Das große Gewicht wirkt sich beim Einsatz derartiger Steuereinrichtungen in mobilen Anlagen nachteilig aus.
Ferner ist aus der US-Patentschrift 29 16 051 auch eine Steuereinrichtung bekannt, bei der ein Vorsteuerventil von einem einzigen Einfachhubmagnet betätigt wird. Der Verbraucher kann hier lediglich zwei Funktionen ausführen; eine Haltefunktion ist nicht möglich.
Aus der DE-AS 10 39 364 ist auch eine Steuereinrichtung für mehrere Verbraucher bekannt, bei der mehreren handbetätigten Steuerschiebern ein gemeinsames, den Zulauf absperrendes Organ zugeordnet ist Die Steuerschieber weisen drei Stellungen auf und würden bei elektromagnetischer Betätigung auch jeweils einen Doppelhub- oder zwei Einfachhubmagnete erfordern. Das Absperrorgan muß über einen aufwendigen mechanischen Mechanismus gesteuert werden.
Ferner ist eine Steuereinrichtung bekannt (JP-PS 5596/56), die zwei elektromagnetisch betätigte Steuerschieber aufweist, welche jeweils eine durch Federbelastung bestimmte Ausgangsstellung aufweisen. Bei dieser Steuereinrichtung sind zwei Verbraucher an einen einzigen Steuerschieber angeschlossen, während der andere Steuerschieber dem einen vorgeschaltet ist. Mit dieser Steuereinrichtung kann nur ein bestimmter Programmverlauf gesteuert werden; es können aber nicht bei zwei Verbrauchern die Funktionen Heben, Halten und Senken gesteuert werden.
Es liegt die Aufgabe vor, eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art hinsichtlich des Aufwandes für
jo die elektromagnetische Betätigung zu verringern.
Dies wird gemäß der Erfindung mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen erreicht.
Auf diese Weise benötigen die den einzelnen Verbrauchern zugeordneten Steuerschieber einer Steuereinheit nur einen Einfachhubmagneten als Antrieb, wo bisher Doppelhubmagnete erforderlich waren. Die Steuereinrichtung wird dadurch einfacher und billiger, benötigt weniger Raum und spart Gewicht ein.
Besonders vorteilhaft eignet sich eine solche Steuereinrichtung zum Einsatz bei Mähdrsschern, wo eine Reihe von Verbrauchern durch einfache Betätigung elektrischer Schalter am Führersitz Hebe-, Senk- und Halte-Funktionen ausüben müssen.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. So läßt sich im Falle einer Vorsteuerung diese in günstiger Weise mit einer Umschaltventilsteuerung zur Entlastung der Druckmittelquelle verbinden.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung wiedergegeben. Sie zeigt in F i g. 1 einen Schnitt durch eine erste Steuereinrichtung für zwei einfach wirkende Verbraucher. F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der Steuereinrichtung für doppeltwirkende Verbraucher.
Die Steuereinrichtung 1 nach F i g. 1 setzt sich aus
zwei Steuereinheiten 2,3 zusammen, die zwischen einer Anschlußplatte4 und einer Endplatte 5 angeordnet sind.
In der Anschlußplatte 4 ist ein Druckmittelzulauf 6, ein Druckmittelrücklauf 7, ein Hilfsventil 8, ein Umschaltventil 10, ein Druckbegrenzungsventil 11 sowie ein Rückschlagventil 12 untergebracht. Das Hilfsventil 8 hat einen Steuerschieber 13, der in einer Schieberbohrung 14 dicht und gleitend geführt ist. Die Schieberbohrung 14 weist als Erweiterungen ringförmige Kammern 15, 16, 17, 18 auf, von denen die innerste Kammer 15 mit dem Druckmittelrücklauf 7 Verbindung hat. Von der Kammer 17 führt ein Kanal 20 zur
Flanschfläche 21 der Anschlußplatte 4, während die Kammer 18 über einen Kanal 22 mit dem Druckmittelzulauf verbunden ist In diesen Kanal Tl ist das die Kammer 17 absichernde Rückschlagventil 12 geschaltet Von der kleinen Kammer 16 führt ein Kanal 23 zur Flanschfläche 21.
Eine Ringnut teilt den Steuerschieber 13 in zwei kolbenartige Abschnitte 25,26, von denen der Absciinitt 25 in der gezeichneten Aus-Stellung die Kammer 16 absperrt, während die Ringnut 24 die Kammern 17 und 18 miteinander verbindet Zwischen dem Gehäuse der Anschlußplatte 4 und der Stirnseite des Abschnitts 25 ist eine Feder 27 angeordnet, während das andere Ende des Steuerschiebers 13 mit dem Anker eines vereinfacht dargestellten Einfachhubmagneten 28 verbunden ist Im Steuerschieber 13 sind für einen Druckausgleich Bohrungen 30 angeordnet Der die Feder 27 aufnehmende Raum 31 hat über einen verzweigten Kanal 32 Verbindung zum Druckmittelrücklauf 7 und zur Flanschfläche 21.
Das zwischen Druckmittelzulauf 6 und Druckmittelrücklauf 7 geschaltete Umschaltventil 10 weist ein becherförmiges, einseitig von einer Feder 33 belastetes Schließglied 34 auf. Ein die Feder 33 aufnehmender Raum 35 ist über eine Drosselbohrung 36 im Schließglied 34 ständig mit dem Druckmittelzulauf 6 verbunden, während ein Kanal 37 vom Raurr 35 zur Flanschfläche 21 führt.
Die Steuereinheiten 2 und 3 sind gleich, weshalb im folgenden nur die Steuereinheit 2 näher beschrieben jo wird. Für beide Steuereinheiten gelten dieselben Ziffern. Die Steuereinheit 2 hat parallel zu ihren Flanschflächen 40,41 eine abgesetzte Sacklochbohrung 42; der Absatz zwischen der äußeren großen Bohrung 43 und der inneren kleinen Bohrung 44 bildet einen Ventilsitz 45. Die große Bohrung 43 verbindet ein Kanal 46 mit einem Verbraucheranschluß 47. Die kleine Bohrung 44 wird von zwei beide Flanschflächen 40, 41 miteinander verbindenden Kanälen durchbrochen, von denen der Versorgungskanal 48 mit dem Kanal 20 der Anschlußplatte 4 und der andere Kanal 50 mit dem Kanal 23 der Anschlußplatte 4 Verbindung hat. In der Sacklochbohrung 42 ist ein Steuerschieber 51 mit seinem als Kolben 52 ausgebildeten Ende in der Bohrung 44 und mit seinem stangenförmigen Ende 53 in Verschlußteilen 54 dicht und gleitend geführt. Am Steuerschieber 51 ist ein Sitzventilkörper 55 ausgebildet, an dem sich eine an den Verschlußteilen 54 anliegende Feder 56 abstützt. Eine Nut 57 am Kolben 52 verbindet beide Teile des Kanals 50 miteinander. Ferner begrenzt der Kolben 52 in der Bohrung 44 einen Druckraum 58, von dem ein Kanal 60 ausgeht.
Dem Steuerschieber 51 zugeordnet ist ein 4/2-Vorsteuerventil 61, dessen von einem Einfachhubmagnet 62 betätigter Steuerschieber 63 in einer Schieberbohrung 64 dicht und gleitend geführt ist. Die Schieberbohrung 64 durchlaufen zwei beide Flanschflächen 40, 41 miteinander verbindende Kanäle 65, 66, von denen der vorgeschaltete Teil 67 des Kanals 65 gegenüber dem nachgeschalteten Teil 68 seitlich versetzt in die e>o Schieberbohrung 64 mündet, in die außerdem der vom Druckraum 58 herkommende Kanal 60 führt. Eine zwischen zwei Kolbenabschnitten 70, 71 ausgebildete Ringnut 72 am Steuerschieber 63 verbindet in der von einer Feder 69 und einem nicht gezeichneten Anschlag im Einfachhubmagnet 62 festgelegten Aus-Stellung des Steuerschiebers die Teile 67 und 68 des Kanals 65 miteinander, und den Känä! 60 mit dem rück!2'jfssiti"S" Kanal 66. Die Kanäle 65, 66 haben mit den Kanälen 37 bzw. 32 der Anschlußplatte 4 Verbindung. Im Steuerschieber 63 sind Bohrungen 73 für eine Druckentlastung vorgesehen.
Die Endplatte 5 weist einen in ihre Flanschfläche 74 führenden Kanal 75 auf, der die öffnungen der Kanäle 65 und 66 in der Flanschfläche 41 der angrenzenden Steuereinheit 3 miteinander verbindet
Die Kanäle 37 und 32 in der Anschlußplatte 4, die Kanäle 65 und 66 beider Steuereinheiten 2,3 sowie der Kanal 75 der Endplatte 5 bilden eine vom Druckmittelzulauf 6 zum Druckmittelrücklauf 7 führende Steuerleitung 76.
Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung ist wie folgt:
Sind die Einfachhubmagnete 62 aller Steuereinheiten 2 und 3 sowie der Einfachhubmagnet (28) des Hilfsventil 8 in der Anschlußplatte 4 nicht erregt, so befinden sich deren zugehörige Steuerschieber 63 bzw. 13 in ihren Aus-Stellungen. In diesen Stellungen fließt vom Druckmittelzulauf 6 ein Steuerölstrom über die Steuerleitung 76 zurück zum Druckmittelrücklauf 7. Dabei bewirkt die Drosselbohrung 36 einen geringen Druckunterschied, der das Schließglied 34 entgegen der Kraft der Feder 33 verschiebt und den Druckmittelzulauf 6 zum Druckmittelrücklauf 7 entlastet In Aus-Stellungen der Vorsteuerventile 61 sind ferner die Druckräume 58 zum Druckmittelrücklauf 7 entlastet, wodurch die Federn 56 die vom Zulaufdruck entlasteten Steuerschieber 51 in ihren Ausgangsstellungen halten, in denen die Verbraucheranschlüsse 47 abgesperrt sind. Im Versorgungskanal 48 wirkt somit über das Rückschlagventil 12 und die vom Hilfsventil 8 gesteuerte Verbindung über die Kanäle 22 und 20 lediglich der geringe, zur Umschaltventilsteuerung erforderliche Druck.
Bei erregtem Einfachhubmagnet 62 der Steuereinheit 2 wird der Steuerschieber 63 entgegen der Kraft der Feder 69 in die Ein-Stellung gebracht, in welcher die Nut 72 des Steuerschiebers 63 lediglich den Teil 67 der Steuerleitung 76 mit dem Kanal 60 verbindet. Der Steuerölumlauf ist damit gesperrt, worauf das Umschaltventil Iu schließt. Der sich im Druckmittelzulauf aufbauende Druck wirkt über einen Teil der Steuerleitung 76 in dem Druckraum 58 und hier aut den Steuerschieber 51, wodurch das Sitzventil 45, 55 eine Verbindung vom Versorgungskanal 48 zum Kanal 46 aufsteuert. Damit strömt Druckmittel vom Druckmittelzulauf 6 über das in Aus-Stellung befindliche Hilfsventil 8 in den Versorgungskanal 48 und weiter über das Sitzventil 45,55 zum Verbraucheranschluß 47.
Durch Abschalten des Einfachhubmagneten 62 der Steuereinheit 2 wird der Strom vom Druckmittelzulauf 6 zum Verbraucheranschluß 47 gestoppt und über das Umschaltventil 10 in den Druckmittelrücklauf 7 geleitet; das Sitzventil 45, 55 sichert dabei die Verbraucherseite ab. Werden der Einfachhubmagnet 62 der Steuereinheit 2 und gleichzeitig über eine üb'iche und daher nicht näher dargestellte elektrische Schaltung der Einfachhubmagnet 28 des Hilfsventil 8 erregt, so nehmen beide Steuerschieber 63 und 13 ihre Ein-Stellungen ein. Dabei unterbricht der Abschnitt 26 am Steuerschieber 13 die Verbindung zwischen den Kammern 17 und 18 und verbindet die Kammern 15, 16 und 17 miteinander, wodurch der Versorgungskanal 48 der Steuereinheit 2 über Kanal 20 zum Druckmittelrücklauf 7 Verbindung erhält. Der Steuerölumlauf ist vom Vorsteuerventil 61 unter
geschlossen. Der im Druckmittelzulauf 6 sich aufbauende Druck wirkt im Druckraum 58 auf den Steuerschieber 51 und entsperrt das Sitzventil 45, 55, wodurch der Verbraucheranschluß 47 zum Druckmittelrücklauf 7 entlastet wird. Beim Entsperren des Sitzventils 45, 55 steuert der Kolben 52 am Steuerschieber 51 eine Verbindung vom Druckraum 58 zum Kanal 50 auf, der über den Kanal 23 und die Kammern 16, 15 zum Druckmittelrücklauf 7 entlastet ist Strömt Druckmittel über diese letztgenannte Verbindung, so wird das Umschaltventil 10 den Druckmittelzulauf 6 zum Druckmittelrücklauf 7 so weit entlasten, bis im Druckmittelzulauf 6 der zum Offenhalten des Sitzventils 45, 55 im Druckraum 58 jeweils erforderliche Druck angedrosselt wird. Auf diese Weise werden Energieveriuste möglichst niedrig gehalten, und das Sitzventil 45, 55 wird sicher geöffnet
Durch gleichzeitiges Abschalten der erregten Einfachhubmagnete 28, 62 kann der vom Verbraucher zurückfließende Druckmittelstrom jederzeit gestoppt werden, wodurch der Druckmittelzulauf 6 — wie bereits beschrieben — vom Umschaltventil 10 zum Druckmittelrücklauf 7 entlastet wird, während den Verbraucheranschluß 47 das Sitzventil 45,55 absichert.
Die Steuereinheit 3 steuert in gleicher Weise wie die Steuereinheit 2 einen einfach wirkenden Verbraucher mit den Funktionen Heben, Halten und Senken, wobei in entsprechender Weise ihr Einfachhubmagnet 62 betätigt wird.
Die Steuereinrichtung ist für Sperrschaltung ausgelegt, so daß jeweils nur eine einzige Steuereinheit betätigbar ist
Die Steuereinrichtung nach Fig.2 entspricht in AuTsau und Wirkungsweise weitgehend derjenigen nach Fig. 1, von der sie sich durch ihre Ausgestaltung für doppeltwirkende Verbraucher und vor allem durch ein 5/2-Hilfsventil 81, einen zweiten Versorgungskanal 82 für den Druckmittelfluß vom und zum Verbraucher und einen zweiten Steuerschieber 96 unterscheidet Elemente mit gleichen Funktionen wie in F i g. 1 haben gleiche Nummern.
Bei der Steuereinrichtung 80 weist die Schieberbohrung 14 außer den Kammern 15,16,17,18 zwei weitere Kammern 84,85 auf. Die Kammer 84 hat mit einem zur Flanschfläche 21 führenden Kanal 87, die Kammer 85 mit einem zum Druckmittelrücklauf 7 führenden Kanal 88 Verbindung. Die Kammer 16 ist neben der Kammer 85 angeordnet, was funktionell jedoch keinen Unterschied ergibt Der Steuerschieber 13 weist zusätzlich zu den Kolbenabschnitten 25, 26 zwei weitere Kolbenabschnitte 91,92 auf, weiche von Ringnuten 93,94 gebildet werden. Die Ringnut 93 verbindet die Kammern 84,85 miteinander, während die Kolbenabschnitte 91, 92 die Kammer 16 absperren.
Die Steuereinheit 2 der Steuereinrichtung 80 weist außer dem Vorsieuerventil 61, dem ersten Steuerschieber 51, dem ersten Versorgungskanal 48 und dem ersten Verbraucheranschluß 47 zusätzlich den zweiten Versorgungskanal 82, den zweiten Steuerschieber 96 und einen zweiten Verbraucheranschluß 97 auf. Der zweite Steuerschieber 96 weist den Sitzventilkörper eines Sitzventils 98 auf und begrenzt mit seinem als Kolben 100 ausgebildeten Ende einen Druckraum 101, den ein Kanal 102 mit dem Druckraum 58 des ersten Steuerschiebers 51 verbindet Wegen der doppelten Anordnung der Steuerschieber 51, 96 steuern -unterschiedlich zur Steuereinrichtung nach F i g. 1 -deren Kolben 52,100 keinen zum Druckmittelrücklauf / entlastbaren Kanal 50, so daß auch Nuten an der Kolben 52,100 entfallen.
Die Steuereinheit 3 der Steuereinrichtung 80 gleich! der benachbarten Steuereinheit 2 und ist deshalb nicht im einzelnen gezeichnet. Die Endplatte 5 der Steuereinrichtung 80 bildet mit
ίο ihrem Kanal 75 wiederum einen Teil der Steuerleitung 76.
Die Wirkungsweise der Steuereinrichtung 80 entspricht weitgehend derjenigen nach F i g. 1. Bei nicht erregten Einfachhubmagneten 62, 28 des Vorsteuerventils 61 und des Hilfsventil 81 sind beide Verbraucheranschlüsse 47 und 97 durch ihre zugehörigen Sitzventile 45, 55 bzw. 98 abgesichert. Ein angeschlossener doppeltwirkender Verbraucher wird somit in seiner Stellung gehalten. Dabei leitet das Umschaltventil 10 einen Strom vom Druckmittelzulauf 6 direkt in den Druckmittelrücklauf 7, da ein Steuerölstrom über die Steuerleitung 76 strömen kann.
Wird bei nicht erregtem Einfachhubmagneten 28 des Hilfsventil 81 der Einfachhubmagnet 62 des Vorsteuer ventils 61 erregt so baut sich der Druck im Druckmittelzulauf 6 auch in den Druckräumen 58 und iOl auf, wodurch die Steuerschieber 51, 96 der Steuereinheit 2 ihre Arbeitsstellungen einnehmen. Damit wird infolge des in Aus-Stellung befindlichen Hilfsventil 81 der erste Verbraucheranschluß 47 mit dem Druckmittelzulauf 6 und der zweite Verbraucheranschluß 97 mit dem Druckmittelrücklauf 7 verbunden.
Durch gleichzeitiges Erregen der Einfachhubmagnete 28, 62 des Hilfsventils 81 und des Vorsteuerventils 61 wird in entsprechend umgekehrter Weise der Verbraucheranschluß 47 über den ersten Steuerschieber 51, den Versorgungskanal 48 und die Kammern 17 und 15 am Hilfsventil 81 mit dem Druckmittelrückla'.'. 7 verbunden. Der zweite Verbraucheranschluß 97 dage gen hat über den zweiten Steuerschieber 96, den
Versorgungskanal 82, die Kammern 84 und 18 am Hilfsventil 81 und den Kanal 22 Verbindung mit dem Druckmittelzulauf 6. Der Kolben eines doppeltwirkenden Verbrauchers
kann somit in zwei Richtungen betätigt und in jeder beliebigen Stellung festgehalten werden.
Die Steuereinrichtung 80 kann ohne Schwierigkeiten durch zusätzliche Steuereinheiten für einfach wirkende Verbraucher erweitert werden. Hierzu ist lediglich erforderlich, daß solche Blockventile für den ersten Versorgungskanal 48, die Kanäle 65 und 66 der Steuerleitung 76 und den Kanal 50 für die Druckraumentlastung gleiche Flanschbilder aufweisen. Haben solche Steuereinheiten für einen einfach wirkenden Verbraucher zusätzlich einen dem zweiten Versorgungskanal 82 entsprechenden Durchgangskanal, so können sie in beliebiger Reihenfolge zwischen Anschlußplatte, Endplatte oder Steuereinheiten für doppeltwirkende Verbraucher angeordnet werden.
Außder den in den F i g. 1 und 2 gezeigten Steuereinrichtungen, bei denen die Steuerschieber der einzelnen Steuereinheiten hydraulisch betätigt werden, ist es ohne weiteres auch möglich, die Steuerschieber direkt durch einen Einfachhubmagnet zu betätigen,
ohne dabei von der Erfindung abzuweichen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Elektromagnetisch betätigte Steuereinrichtung für mindestens zwei von einer Druckmittelquelle gespeiste hydraulische Verbraucher, mit je einer wenigstens einen Steuerschieber aufweisenden Steuereinheit, insbesondere in Blockbauweise, für jeden Verbraucher zur wahlweisen Steuerung des Druckmittelstromes zum und vom Verbraucher und mit einem dem Druckmittelzulauf dienenden Versorgungskanal, an den alle Steuerschieber angeschlossen sind, von denen jeder infolge Federbelastung eine Ausgangsstellung aufweist, in der er einen Verbraucheranschluß vom Versorgungskanal trennt, und eine weitere Stellung hat, in der er den Verbraucheranschluß mit dem Versorgungskanal verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung für den bzw. die Steuerschieber (51) jeder Steuereinheit (2, 3) nur einen Einfachhubmagnet (62) aufweist und daß ein allen Steuereinheiten (2,3) vorgeschaltetes Hilfsventil (8; 8!) vorgesehen ist, dessen Steuerschieber (13) eine erste Stellung, in der er den Versorgungskanal (48) mit der Druckmittelquelle verbindet und vom Druckmittelrücklauf (7) trennt, sowie eine zweite Stellung hat, in der er den Versorgungskanal (48) mit dem Druckmittelrücklauf (7) verbindet und von der Druckmittelquelle absperrt.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuerschieber einer Steuereinheit (2, 3) unmittelbar mit dem Anker des Einfachhubmagneten verbunden ist.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, mit einem gegen Federkraft magnetbetäiigten Vorsteuerventil für den bzw. die Steuerschieber jeder Steuereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil (61) als 4/2-Wegeventil ausgebildet ist und eine alle Steuereinheiten durchsetzende Steuerleitung beeinflußt, die an ein die Druckmittelquelle entlastendes Umschaltventil (10) angeschlossen ist.
4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (13) des Hilfsventil (8; 81) von einer Feder (27) in seiner ersten Stellung gehalten und mittels eines einzigen Einfachhubmagneten (28) in die zweite Stellung schaltbar ist.
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