DE19543237C2 - Hydraulische Stellvorrichtung, insbesondere Schwenkantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Stellvorrichtung, ins­ besondere einen Schwenkantrieb.

Bei einem bekannten Schwenkantrieb ist der Verstellkolben, der über eine Zahnleiste ein Ritzel auf einer Klappenwelle durch seine Verschiebebewegung verdreht, beispielsweise in Öffnungs­ richtung mit Druckmittel beaufschlagbar, während in Schließrich­ tung der Kolben von einem Federpaket beaufschlagt ist, das bei Druckmittelausfall den Verstellkolben und damit die Klappe in die Schließstellung bewegt. Auf dem Armaturensektor werden Fe­ derpakete von 2 bis 3 m Länge verwendet und dementsprechend muß die Armatur, eine Klappe oder ein Schieber, gegenüber Schwingun­ gen ausgelegt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Verstellvorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß eine kompakte Bauweise möglich ist, die nicht schwingungs­ anfällig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Dadurch, daß zwischen Kolben und Federpaket eine Druckkammer zwischengeschaltet ist, die von der Pumpe mit Druckmittel beaufschlagt wird und den Federdruck auf den Ver­ stellkolben überträgt, kann ein kompakter Aufbau dadurch erzielt werden, daß bspw. das Federpaket parallel zum Schwenkantrieb angeordnet wird. Weil die Druckkammer auch als Dämpfungselement wirkt, ist die Anordnung auch nicht schwingungsanfällig. Hinzu kommt, daß durch einen größeren Federkolbendurchmesser im Ver­ hältnis zum Durchmesser des Verstellkolbens eine Übersetzung der Federkraft auf einen entsprechend höheren hydraulischen Druck erreicht werden kann, wodurch das Federpaket kleiner ausgebildet werden kann, so daß sich auch in dieser Hinsicht eine kompaktere Bauweise gegenüber der bekannten Ausführungsform ergibt.

Die Erfindung wird beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild für einen Schwenkantrieb mit Federrück­ stellung,

Fig. 2 in gleicher Darstellung einen Regelantrieb,

Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt eines Schwenkantriebs mit Federrückstellung, und

Fig. 4 in einer Seitenansicht eine Anbauvariante des Federpa­ kets.

In den Figuren ist mit 20 ein Schwenkantrieb bezeichnet, in des­ sen Zylinder ein in Fig. 3 mit 21 bezeichneter Verstellkolben beidseitig mit Druckmittel beaufschlagbar ist, wobei dieser Verstellkolben mit einer in den Fig. 1 und 2 angedeuteten Zahn­ leiste 22 versehen ist, die mit einem bei 23 angedeuteten Ritzel in Eingriff steht, das auf der Welle einer nicht dargestellten Klappe montiert ist, die in einer nicht dargestellten Fluidlei­ tung zum Öffnen und Schließen der Leitung angeordnet ist. Der Druckraum A auf der linken Seite des Verstellkolbens 21 wird von einem elektromagnetischen Wegesitzventil 1 mit Druckmittel be­ aufschlagt, das von einer Pumpe 7 geliefert wird, während der gegenüberliegende Druckraum B am Verstellkolben über das Wege­ sitzventil 1 mit der Rücklaufleitung 17 verbunden ist. Mit 3, 3′ sind Druckbegrenzerventile in den zu den Druckräumen A und B führenden Leitungen bezeichnet. Die Pumpe 7 fördert Druckmittel aus einem Reservoir 8. 9 ist ein Druckbegrenzungsventil an der Pumpe. Von der Druckleitung 10 vor dem Steuer- bzw. Wegesitzven­ til 1 zweigt eine Leitung 11 ab, die über eine Drossel 12 und ein Rückschlagventil 13 zu einer Druckkammer 14 führt, die von dem Druckraum B des Schwenkantriebs getrennt ist und in der ein Kolben 24 verschiebbar ist, der von einem Federpaket 25 beauf­ schlagt ist, das aus einer Anzahl von Tellerfedern besteht (Fig. 3).

Von der druckführenden Leitung 11 zweigt eine Leitung 16 ab, die zu einem elektromagnetischen Wegesitzventil 4 führt. Das Wege­ sitzventil 4 steht über die Leitung 16 mit dem Druckraum B des Schwenkantriebs in Verbindung. In entsprechender Weise zweigt von der zum Reservoir 8 führenden Rücklaufleitung 17 eine Lei­ tung 18 ab, in der ein weiteres elektromagnetisches Wegesitz­ ventil 4′ angeordnet ist. Die Leitung 18 führt zu dem Druckraum A auf der in Fig. 1 dem Federpaket gegenüberliegenden Seite des Schwenkantriebs. Mit 19 ist ein Rückschlagventil zwischen Druckraum A und dieser Leitung 18 bezeichnet.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 arbeitet wie folgt. Bei laufender Pumpe 7 liegt über dem Anschluß A des Wegesitzventils 1 Druck­ mittel am Druckraum A des Schwenkantriebs 20 an, während der Druckraum B über den Anschluß B des Wegesitzventils 1 mit der Rücklaufleitung 17 verbunden ist. Die Druckbegrenzungsventile 3, 3′ dienen hierbei der Druckabsicherung des Schwenkantriebes, der bei der Druckbeaufschlagung des Druckraumes A sich beispiels­ weise in der Öffnungsstellung der Klappe befindet. Gleichzeitig liegt über die Leitung 11 Druck in der Druckkammer 14 an, so daß das Federpaket 25 durch den Federkolben 24 (Fig. 3) vorgespannt ist.

In dieser Offen-Stellung der Armatur wird das elektromagnetische Wegesitzventil 1 stromlos geschaltet, worauf die Druckräume A und B des Schwenkantriebes abgesperrt werden, wie durch die in dem Ventil 1 dargestellten Rückschlagventile angedeutet ist. In dieser in Fig. 1 wiedergegebenen Stellung des Wegesitzventils 1 wird der Verstellkolben 21 des Schwenkantriebs in der Auf-Stel­ lung gehalten. Die Lage des Federkolbens 24, der vom Druckmittel beaufschlagt ist, wird durch Näherungsinitiatoren 26 überwacht.

Wenn in diesem Betriebszustand die Pumpe 7 bei Spannungsausfall nicht mehr arbeitet, befinden sich die elektromagnetischen Wege­ sitzventile 4, 4′ in der in Fig. 1 wiedergegebenen Schaltstel­ lung. Hierdurch strömt Druckmittel aus dem vom Federkolben 24 beaufschlagten Druckraum 14 über die Leitung 11 und das Ventil 4 in den Druckraum B des Schwenkantriebs 20, während gleichzei­ tig der gegenüberliegende Druckraum A über das Ventil 4′ entla­ stet wird. Hierdurch wird der Verstellkolben 21 des Schwenkan­ triebs in die Schließstellung bewegt, während sich das Federpa­ ket 25 entspannt und über den Federkolben 24 Druckmittel in den Druckraum B drückt.

Kurz vor Erreichen der Endstellung des Verstellkolbens 21 wird im Schwenkantrieb eine Endlagendämpfung wirksam, um den Schwenk­ antrieb und die von diesem angetriebene Armatur langsam abzu­ bremsen. Das Wegesitzventil 1 sichert die Zu-Stellung des Schwenkantriebs gegen äußere Momente.

Bei dieser Bauweise des Schwenkantriebs mit Federrückstellung, bei der Verstellkolben und der Federkolben entgegen herkömmli­ cher Bauweise nicht mechanisch miteinander verbunden sind, er­ gibt sich eine Vibrationsunempfindlichkeit und höhere Stabilität der Stellvorrichtung.

Der Federkolben 24 hat einen größeren Durchmesser als der Ver­ stellkolben 21, so daß bei gleichem Volumen im Druckraum B bzw. in der Druckkammer 14 eine Weg-Übersetzung erreicht wird, wenn die beiden Volumina miteinander verbunden werden. Da der Hub des Federkolbens 24 im Verhältnis der Durchmesser der beiden Kolben 21, 24 kleiner ist, kann mit einem entsprechend kürzeren Federpaket 25 das gleiche Drehmoment des Schwenkantriebes er­ zielt werden, das bei der bekannten Ausführungsform mit einem langen Federpaket aufgebracht wird, um direkt den Verstellkolben 21 zu verschieben.

Die Länge des Federpaketes 25 kann den Erfordernissen durch die Wahl der Durchmesser von Verstellkolben 21 und Federkolben 24 in einfacher Weise angepaßt werden. Durch die rein hydraulische Verbindung zwischen Federantrieb und Schwenkantrieb ist der Anbau des Federpaketes 25 in jeder beliebigen Lage am Schwenk­ antrieb möglich. Hierdurch ergibt sich eine zusätzliche Platz­ ersparnis bei hoher Wirtschaftlichkeit. Diese kompakte Bauweise ist speziell im Schiffbau und in der Anlagentechnik von besonde­ rer Bedeutung.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 3 ist an den Zylinder des Schwenkantriebs 20 ein weiterer Zylinder 27 (Fig. 3) ange­ baut, der einen Hydraulikteil mit der Druckkammer 14 und das Federpaket 25 enthält, das den Federkolben 24 beaufschlagt, des­ sen Schaft 28 durch das Federpaket 25 bis zum freien Ende des Zylinders 27 geführt ist, wie Fig. 3 zeigt. Am freien Ende des Kolbenschaftes 28 sind die Näherungsinitiatoren 26 angebracht, die mit einer Kappe 29 am Zylinderende zusammenwirken.

In Fig. 3 ist zwischen dem Zylinder 27 des Federpaketes und dem Zylinder des Schwenkantriebes 20 ein Flansch 30 angeordnet, der mit den in Fig. 1 wiedergegebenen Leitungsverbindungen versehen ist, wobei in Fig. 3 das Wegesitzventil 4 zu sehen ist, das in den Flansch 30 eingesetzt ist. Die Druckkammer 14 ist durch einen in den Zylinder eingesetzten Zylinderkörper 33 ausgebil­ det, in dem der Federkolben 24 verschiebbar ist. Das Federpaket 25 stützt sich auf einem Absatz an dem Schaft 28 des Federkol­ bens ab. Der Zylinderkörper 33 kann mit verschiedenem Innen­ durchmesser und entsprechend angepaßtem Federkolben 24 aus­ tauschbar in dem Zylinder 27 angeordnet sein.

Eine Anbauvariante des Zylinders 27 mit Hydraulikteil und Feder­ paket ist in Fig. 4 wiedergegeben, wobei der Zylinder 27 mit dem Federpaket im wesentlichen parallel zum Zylinder des Schwenkantriebs 20 liegt. Die Verbindung der Druckkammer 14 mit dem Druckraum des Schwenkantriebes erfolgt über einen verlänger­ ten Flansch 30.

Fig. 2 zeigt in der Schaltstellung der Fig. 1 eine Ausführungs­ form für einen Regelantrieb, wobei gleiche Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen sind. Mit 31 ist ein Umschaltventil bezeichnet, mittels dem die zum Steuerven­ til 1′ führende Leitung 10 zwischen Druckleitung und Rücklauf­ leitung umgeschaltet werden kann. Das Rückschlagventil 13 hält bei der Ausführungsform nach Fig. 2 den in der Druckkammer 14 aufgebauten Druck, wenn über das Umschaltventil 31 die Leitung 10 mit dem Rücklauf verbunden wird. Das Steuerventil 1′ selbst ist so ausgelegt, daß der Verstellkolben 21 des Schwenkantriebs 20 auf beiden Seiten vom Steuerventil 1′ aus mit Druck beauf­ schlagt und eine Zwischenstellung angefahren werden kann. Im übrigen arbeitet die Vorrichtung der Fig. 2 in gleicher Weise wie die Vorrichtung nach Fig. 1. Das Wegesitzventil 1 aus Fig. 1 ist hierbei durch das Steuerventil 1′ und entsperrbare Rück­ schlagventile 2 und 2′ ersetzt.

Die beschriebene Vorrichtung kann nicht nur für Schwenkantriebe, sondern auch für andere hydraulische Verstelleinrichtungen vor­ gesehen werden, beispielsweise für federbeaufschlagte Ventile.

In Fig. 1 ist mit 5 ein Steuerventil in einer das Druckbegren­ zungsventil 9 umgehenden Bypaßleitung 6 bezeichnet. Die darge­ stellte Schaltstellung, in der die Bypaßleitung 6 das Druckbe­ grenzungsventil 9 umgeht, wird zum drucklosen Anfahren der Pumpe 7 und zum Entlasten des elektrischen Antriebsmotors vorgesehen. Nach Anfahren der Pumpe wird das Steuerventil 5 geschlossen, so daß das Druckbegrenzungsventil 9 zur Wirkung kommt.

Claims (10)

1. Hydraulische Stellvorrichtung, insbesondere Schwenkantrieb, mit einem in einem ersten Zylinder angeordneten Verstell­ kolben (21), der auf jeder Seite mit einem von einer Pumpe (7) gelieferten Druckmittel zum Betätigen des Stellgliedes beaufschlagbar ist, und
mit einem in einem zweiten Zylinder (27) angeordneten Federkolben (24), der auf einer Seite mit einer Feder (25) beaufschlagt und auf der gegenüberliegenden Seite mit dem von der Pumpe (7) gelieferten Druckmittel beaufschlagbar ist,
wobei die vom Federkolben (24) begrenzte Druckkammer (14) des zweiten Zylinders (27) über eine Ventilanordnung (4) mit dem ersten Zylinder auf einer Seite des Verstellkolbens (21) verbindbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Federkolbens (24) größer ausgelegt ist als der Durchmesser des Verstellkolbens (21).

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Druckkammer (14) und Druckraum (B) der Ver­ stellvorrichtung ein Wegesitzventil (4) angeordnet ist, das bei Spannungsausfall die Druckkammer (14) mit dem Druckraum (B) verbindet, während die gegenüberliegende Seite (A) des Verstellkolbens durch ein Ventil (4′) entlastet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Druckraum (B) gegenüberliegende Druckraum (A) der Verstellvorrichtung über ein Wegesitzventil (4′) mit dem Rücklauf verbunden ist.

5. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckräume (A und B) auf beiden Seiten des Ver­ stellkolbens mit einem Wegesitzventil (1) verbunden sind, das bei Spannungsausfall die beiden Leitungen durch Rück­ schlagventile absperrt.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckräume (A und B) auf beiden Seiten des Ver­ stellkolbens über sperrbare Rückschlagventile (2, 2′) mit einem Steuerventil (1′) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Zylinder (27) ein Federpaket (25) und ein Hydraulikteil mit der Druckkammer (14) angeordnet ist, in der der von dem Federpaket beaufschlagte Federkolben (24) verschiebbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Federkolben (24) einen Schaft (28) aufweist, der durch das Federpaket (25) geführt ist und an dessen freiem Ende Näherungsinitiatoren (26) vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zylinder (27) in Verlängerung des Zylinders der Verstellvorrichtung angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zylinder (27) parallel zum Zylinder der Verstell­ vorrichtung angeordnet ist, wobei die Verbindung zwischen Druckkammer (14) und Druckraum (B) über einen Flansch (30) erfolgt.