DE2213439C3 - Elektrohydraulische Stelleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Stelleinrichtung zur Fernsteuerung eines Wegeventils, mit einem in einem Gehäuse beweglich angeordneten Stellglied, das einen über Vorsteuermittel mit Druckmittel beaufschlagbaren Differentialkolben aufweist und bei der ein bewegliches Vorsteuerglied von einem elektromagnetischen Antrieb betätigt wird, der, ebenso wie die Vorsteuerventilmittel, fest mit dem Gehäuse verbunden ist, und mit einer Rückführfeder zwischen Vorsteuerglied und Stellglied, und mit einer der kleinen wirksamen Räche des Differentialkolbens zugeordne-.

ten ersten Druckkammer, die mit einem Zulaufkanal verbunden ist sowie mit einer der großen wirksamen Fläche des Differentialkolbens zugeordneten zweiten Druckkammer, deren Verbindungen zur Druckkammer und zu einem Rücklaufkanal vom Vorsteuerglied beeinflußbar sind.

Aus der US-PS 26 15 466 ist ein Wegeventil mit einer elektrohydraulischen Stelleinrichtung bekannt Zu diesem Zweck weist ein Hauptsteuerschieber des Wegeventils einen Differentialkolben auf, dessen Druckbeaufschlagung über einen federgefesselten, elektromagnetisch betätigten Vorsteuerschieber gesteuert wird. Bei dieser Stelleinrichtung fließt ständig ein Steuerdruckmittelstrom vom Zulauf über Drosselstellen zum Rücklauf, was zu beträchtlichen Energieverlusten führen kann.

Ferner muß der mit dem Vorsteuerschieber verbundene Anker des Elektromagneten den gesamten Hub des Hauptbteuerschiebers mitmachen; der Magnet muß also bei maximaler Federkraft seine größte Kraft auf den Anker ausüben. Bei den üblichen Hüben des Hauptsteuerschiebers von mehreren mm bauen derartige Elektromagnete äußerst groß und aufwendig, weshalb ein praktischer Einsatz solcher Stelleinrichtungen häufig nicht möglich ist. Ferner muß der Elektromagnet auf den Hub des jeweiligen Hauptsteuerschiebers abgestimmt sein, so daß bei unterschiedlichen Hüben mehrerer Wegeventilgrößen auch verschiedene Elektromagnete benötigt werden. Überdies baut die Stelleinrichtung durch die konzentrisch ineinander greifenden Haupt- und Vorsteuerschieber teuer und ist im Betrieb störanfällig. Ferner ist eine zusätzliche Handbetätigung des Hauptsteuerschiebers nicht vorgesehen; diese Bauart ist hierfür ungeeignet.

Aus der DE-AS 11 88 398 ist ein Wegeventil mit einer ähnlichen Stelleinrichtung bekannt, die aber ohne ständig fließenden Steuerdruckmittelstrom arbeitet. Auch hier muß der Anker des Elektromagneten den gesamten Hub des Hauptsteuerschiebers mitmachen, was zu einer — im Verhältnis zum Ventil gesehen — sehr großen Bauweise des Magneten führt und der Verwendung solcher Wegeventile enge Grenzen setzt. Auch hier baut das Wegeventil infolge seiner hohlen, ineinandergreifenden Vor- und Hauptsteuerschieber relativ aufwendig und teuer. Elektromagnet und Wegeventil müssen genau aufeinander abgestimmt sein und erlauben kein Baukastensystem.

Ferner ist aus der FR-PS 11 94 539 eine elektrohydraulische Stelleinrichtung zur Fernsteuerung eines Wegeventils bekannt. Sie hat ein in einem Gehäuse beweglich angeordnetes Stellglied, das einen über Vorsteuerventilmittel mit Druckmittel beaufschlagbaren Differentialkolben aufweist. Bei dieser Stelleinrichtung muß ein elektromagnetisch betätigtes Vorsteuerglied nicht mehr den ganzen Hub des Differentialkol-

h^r> bens mitmachen. Nachteilig bei ihr ist jedoch, daß die Vorsteuerventilmittel als Düsen-Prallplatten-System ausgebildet sind, bei dem die Prallplatte ein um eine ideelle Achse schwenkbarer und federnd gelagerter

Querbalken ist Diese Bauweise ist aufwendig; zudem werden die Düsenquerschnitte proportional zur elektromagnetischen Kraft aufgesteuert. Fernerhin ist ein Häuptsteuerschieber des Wegeventils selbst als Differentialkolben ausgebildet, so daß sich diese Stelleinrichtung nicht dazu eignet, den Steuerschieber eines üblichen Wegeventils zu betätigen, zumal wenn es eine zusätzliche Handbetätigungseinrichtung aufweist.

Ausgehend vom letztgenannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine elektrohydraulisch« Stelleinrichtung zur Fernsteuerung eines Wegeventils zu schaffen, die kompakt und einfach gebaut und dabei vielseitig verwendbar ist

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Vorsteuerventilmittel als Drei-Stellungs-Drei-Wegeventil ausgebildet sind, das einen in einer Bohrung eines Ventilgehäuses angeordneten, längsverschiebbaren Vorsteuerschieber aufweist, und daß der Differentialkolben ein von einem Hauptsteuerschieber des Wegeventils getrenntes Bauelement ist, das über die Rückführfeder mit dem Vorsteuerschieber in Wirkverbindung steht und mit dem Hauptsteuerschieber mechanisch verbunden ist

Auf diese Weise baut die elektrohydraulische Stelleinrichtung äußerst einfach und läßt sich ohne Schwierigkeiten zur Steuerschieberbetätigung von Wegeventilen einsetzen, selbst dann, wenn diese an einer Stirnseite bereits eine Handbetätigungseinrichtung aufweist Dabei baut sie zudem kompakt, da ihr elektromagnetischer Antrieb lediglich eine Kraft auf den Vorsteuerschieber ausüben muß, ohne den Hub des Differentialkolbens mitzumachen; der Proportionalmagnet baut deshalb relativ klein und erlaubt eine Verwendung der Stelleinrichtung auch bei beengten Raumverhältnissen. Auch steuert der Vorsteuerschieber seine Verbindungen im wesentlichen nur auf oder zu.

Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Anmeldegegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung wiedergegeben, deren einzige Figur einen Schnitt durch eine elektrohydraulische Stelleinrichtung zeigt die an ein teilweise im Schnitt dargestelltes Wegeventil angebaut ist.

Die Figur zeigt eine elektrohydraulische Stelleinrichtung 10, die an einem Wegeventilgehäuse 11 eines Wegeventils 12 befestigt ist und zur ferngesteuerten Betätigung eines Hauptsteuerschiebers 13 dient. Die Stelleinrichtung 10 besteht im wesentlichen aus einem ein Stellglied 14 aufnehmenden Differentialkolbengehäuse 15, einem Vorsteuerventil 16 und einem elektromagnetischen Antrieb 17, die in dieser Reihenfolge aneinandergeflanscht sind.

Das Differentialkolbengehäuse 15 hat eine konzentrisch zum Hauptsteuerschieber 13 verlaufende Bohrung 19. Das hohl ausgebildete Stellglied 14 ist gleitend und dicht in dieser Bohrung 19 geführt und an einem Ende mit Hilfe eines Bolzens 21, Scheiben federn 22 und eines Distanzringes 23 in axialer Richtung fest mit dem Hauptsteuerschieber 13 verbunden. Ein O-Ring 24 zwischen Bolzen 21 und Stellglied 14 übernimmt die Abdichtung zwischen beiden Seiten des Stellglieds 14 und ermöglicht letzterem einen geringen Mittenversatz relativ zürn Hauptsteuerschieber 13. Das Stellglied 14 nimmt an seinem anderen Ende eine doppeltwirkende Rückholeinrichtung 25 auf, deren Rückführfeder 26 sich über zwei Federteller 27 einerseits am Stellglied 14 und andererseits an einem Vorsteuerschieber 28 abstützt.

der mit seinem aus einem Ventilgehäuse 29 ragenden Teil in das hohle Stellglied 14 hineingreift Der Durchmesser des Vorsteuerschiebers 28 ist kleiner als der des Hauptsteuerschiebers 13, so daß das Stellglied 14 einen Differentialkolben 31 bildet, dessen kleiner wirksamen Fläche eine erste, zum Wegeventilgehäuse 11 hin gelegene Druckkammer 32 zugeordnet ist; der großen wirksamen Fläche ist ein zweiter, zum Ventilgehäuse 29 hin gelegener Druckraum 33 zugeordnet

Das Vorsteuerventil 16 ist als 3/3-Wegeventil ausgebildet und weist einen ersten 34, einen zweiten 35 und einen dritten Anschluß 36 auf, die in der gezeichneten Neutralstellung des Vorsteuerschiebers 28

is voneinander getrennt sind. Der erste Anschluß 34 steht über Bohrungen 37,38 im Differentialkolbengehäuse 15 mit dem ersten Druckraum 32 und über die Bohrung 37 mit einem Zulaufkanal 39 im Wegeventilgehäuse 11 in Verbindung. Der Zulaufkanal 39, die Bohrungen 38, 37 und der erste Anschluß 34 sind strichpunktiert gezeichnet, da sie in einer zur Zeichenebene versetzten Ebene liegen. Der zweite Anschluß 35 des Vorsteuerventils 16 ist mit der zweiten Druckkammer 33 verbunden; der dritte Anschluß 36 hat über eine Bohrung 41 im Differentialkolbengehäuse 15 mit einem Rücklaufkanal 42 im Wegeventilgehäuse 11 Verbindung. Am Vorsteuerschieber 28 sind durch Bunde eine erste 43 und eine zweite Steuerkante 44 ausgebildet, welche bei Auslenkung des Vorsteuerschiebers 28 aus einer mittigen Neutralstellung in Arbeitsstellungen die Verbindungen vom ersten Anschluß zum zweiten Anschluß bzw. vom zweiten Anschluß zum dritten Anschluß steuern. Das Vorsteuerventil 16 ist mit geringer positiver Überdeckung ausgeführt.

Vom Ventilgehäuse 29 des Vorsteuerventils 16 ist auf der dem Differentialkolbengehäuse 15 abgewandten Seite der elektromagnetische Antrieb 17. angeordnet, dessen doppelhubiger Proportionalmagnet 45 zwei auf dem Vorsteuerschieber 28 befestigte Anker 46, 47 aufweist.

Über dem Proportionalmagnet 45 ist eine Verstärkerstufe 48 angeordnet; mit 49 ist der elektrische Eingang bezeichnet, der mit einem nicht gezeichneten Potentiometer, einem Induktivgeber oder einem elektronischen Steuergerät zur Sollwerteingabe verbunden sein kann. Die Anker 46, 47 des Proportionalmagneten 45 brauchen nur einen kleinen Hub von ca. 1 mm ausführen, der im Verhältnis zum Hub des Hauptsteuerschiebers von ca. ±8 mm klein ist. Dafür weist aber der Proportionalmagnet 45 eine Strom-Kraft-Kennlinie auf, die weitgehend als Gerade verläuft, d. h„ daß die auf den Anker ausgeübte Kraft sich immer proportional zum Strom verhält.

Die Wirkungsweise der elektrohydraulischen Stelleinrichtung 10 ist wie folgt:

Wird am elektrischen Eingang 49 kein Signal eingegeben, dann befindet sich der Vorsteuerschieber 28 in der gezeichneten Neutralstellung, in der er - wie nachfolgend näher beschrieben — hydraulisch zentriert ist. Im Zulaufkanal 39, in der ersten Druckkammer 32, in den Bohrungen 37, 38 und im ersten Anschluß 34 herrscht der volle Steuerdruck. Im zweiten Anschluß 35 und in der zweiten Druckkammer 33 wird sich ein Druck einstellen, der die Hallte des Steuerdrucks betragt, da

in sich die wirksamen Flächen am Diffcrentialkolben 31 wie 1 :2 verhalten. Bei diesen Druckverhältnissen unterbricht die erste Steuerkante 43 die Verbindung zwischen beiden Druckräumen 32. 33. während die

zweite Steuerkante 44 in dieser Neutralstellung die Verbindung vom zweiten zum dritten Anschluß 35 bzw. 36 sperrt. Sollte durch irgendwelche Einflüsse der Hauptsteuerschieber 13 und damit über den Differentialkolben 31 auch der Vorsteuerschieber 28 unbeabsichtigt nach links bewegt werden, so sinkt der Druck in der zweiten Druckkammer 33 und der in der ersten Druckkammer 32 wirksame volle Steuerdruck schiebt den Differentialkolbep 31 wieder zurück in seine Neutralstellung; über die erste Steuerkante 43 leckendes Druckmittel baut dabei den halben Steuerdruck in der zweiten Druckkammer 33 wieder auf und zentriert den Vorsteuerschieber 28. Umgekehrt wird bei einer unbeabsichtigten Auslenkung des Vorsteuerschiebers 28 nach rechts die erste Steuerkante 43 beide Druckkammern 32, 33 miteinander verbinden, so daß der in der zweiten Druckkammer 33 sich aufbauende Druck den Haupt- und den Vorsteuerschieber 13 bzw. 28 wieder zentriert.

Wird am elektrischen Eingang 49 nun ein Signal eingegeben, so wird entsprechend dem jeweiligen Strom z. B. der Anker 46 mit einer dem Stromwert proportionalen Kraft nach rechts gezogen. Dabei nimmt der Anker 46 den Vorsteuerschieber 28 mit und die Verbindung zwischen den Druckkammern 32, 33 wird von der ersten Steuerkante 43 aufgesteuert. In der zweiten Druckkammer 33 steigt nun der Druck und schiebt den Differentialkolben 31 so lange nach links, bis die gleichzeitig zusammengedrückte Rückführfeder 26 eine Kraft auf den Vorsteuerschieber 28 ausübt, die der jo vom Anker 46 ausgeübten Kraft gleich und dieser entgegengesetzt gerichtet ist. In diesem Gleichgewichtszustand nimmt dann der Vorsteuerschieber 28 wieder seine Neutralstellung ein, in der er alle drei Anschlüsse 34, 35, 36 voneinander trennt. Auf diese » Weise wird die am Anker 46 wirksame Kraft über die Rückführfeder 26 in einen Weg am Differentialkolben 31 umgewandelt, der seinerseits den Hauptsteuerschieber 13 betätigt.

Wird nun die auf den Anker 46 ausgeübte Kraft *« weiter erhöht, so wiederholt sich der beschriebene Vorgang, bis am Vorsteuerschieber 28 wieder Kräftegleichgewicht in der Neutralstellung herrscht, wobei der Differentialkolben 31 einen dem größeren Stromwert proportionalen größeren Hub ausführt

Sinkt nun die ausgeübte Kraft auf den Anker 46 in der ausgelenkten Stellung des Differentialkolbens 31, so drückt die Rückführfeder 26 den Vorsteuerschieber 28 nach links. Die zweite Druckkammer 33 wird über die zweite Steuerkante 44 zum dritten Anschluß 36 und damit zum Rücklaufkanal 42 entlastet. Der Steuerdruck in der ersten Druckkammer 32 schiebt nun den Differentialkolben 31 nach rechts, bis sich die Kräfte der Rückführfeder 26 und des Ankers 46 in der Neutralstellung des Vorsteuerschiebers 28 wieder das Gleichgewicht halten. 1st dies der Fall, dann ist auch der Hub des Differentialkolbens 31 wieder proportional zum eingegebenen Stromwert am Eingang 49.

Durch die doppelhubige Ausbildung des Proportio nalmagneten 45 und die doppeltwirkende Kückholeinrichtung 25 kann der Differentialkolben 31 in entsprechend umgekehrter Weise aus seiner Neutralstellung heraus nach rechts ausgelenkt werden.

Das Vorsteuerventil 16 ist mit kleiner positiver Überdeckung ausgeführt, um die Energieverluste möglichst klein zu halten. Trotz der positiven Überdekkung ist mit der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung eine einwandfreie hydraulische Zentrierung des Differentialkolbens 31 und damit des Hauptsteuerschiebers 13 möglich, so daß auch eine gute Feinsteuerung erzielt werden kann.

Bei dem Wegeventil 12 handelt es sich um ein Ventil üblicher Bauart, das auf seiner der Stellvorrichtung 10 gegenüberliegenden Seite eine übliche, nicht näher gezeichnete Handbetätigungsvorrichtung aufweist. Damit kann der Hauptsteuerschieber 13 bei ausgefallener Fernsteuerung jederzeit von Hand betätigt werden. Bei einer Auslenkung des Hauptsteuerschiebers 13 nach rechts muß dabei Druckmittel aus der zweiten Druckkammer herausgedrückt werden. Zu diesem Zweck ist ein die zweite Druckkammer 33 absicherndes Rückschlagventil 51 zwischen den ersten und zweiten Anschluß 34 bzw. 35 geschaltet. Bei einer Auslenkung nach links entsteht in der zweiten Druckkammer 33 ein Unterdruck, der aber so gering ist, daß er die Betätigung des Hauptsteuerschiebers 13 von Hand in keiner Weise beeinträchtigt.

Die wirksamen Flächen am Differentialkolben 31, der gewählte Steuerdruck sowie die Handbetätigungsvorrichtung sind in vorteilhafter Weise so aufeinander abgestimmt, daß durch die hydraulische Zentrierung am Handhebel eine Kraft wirkt, die dem Betätiger das gleiche Gefühl vermittelt wie eine übliche, mechanische Rückstelleinrichtung.

Soll die Lagesteuerung zu einer Lageregelung des Differentialkolbens 31 ausgebaut werden, so kann in besonders einfacher Weise eine Stange in den Bolzen 21 eingeschraubt werden und durch den hohlen Vorsteuerschieber 28 der Hub des Differentialkolbens 31 nach außen zu einem nicht gezeichneten Istwertgeber übertragen werden.

Ferner kann bei Bedarf die elektrohydraulische Stelleinrichtung auf einfache Weise in eine hydraulische oder pneumatische Fernsteuerung abgeändert werden, indem anstelle des Antriebs 17 ein doppeltwirkender hydraulischer bzw. pneumatischer Kolben auf den Vorsteuerschieber gesetzt und mit entsprechenden Steuerdrücken beaufschlagt wird.

Bei der Stelleinrichtung 10 kann in besonders vorteilhafter Weise lediglich durch Austausch der Rückführfeder 26 der Hub des Stellgliedes 14 so gewählt "werden, daß eine Stelleinrichtung für mehrere Wegeventilgrößen mit unterschiedlichen Schieberhüben verwendbar ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

St; Sid Patentansprüche:

1. Elektrohydraulische Stelleinrichtung zur Fernsteuerung eines Wegeventils, mit einem in einem Gehäuse beweglich angeordneten Stellglied, das einen über Vorsteuerventilmittel mit Druckmittel beaufschlagbaren Differentialkolben aufweist und bei der ein bewegliches Vorsteuerglied von einem elektromagnetischen Antrieb betätigt wird, der, ebenso wie die Vorsteuerventilmittel, fest mit dem Gehäuse verbunden ist, und mit einer Rückführfeder zwischen Vorsteuerglied und Stellglied, und mit einer der kleinen wirksamen Fläche des Differentialkolbens zugeordneten ersten Druckkammer, die mit einem Zulaufkanal verbunden ist sowie mit einer der großen wirksamen Fläche des Differentialkolbens zugeordneten zweiten Druckkammer, deren Verbindungen zur Druckkammer und zu einem Rücklaufkanal vom Vorsteuerglied beeinflußbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsteuerventilmittel als Drei-Stellungs-Drei-Wegeventil (16) ausgebildet sind, das einen in einer Bohrung eines Ventilgehäuses (29) angeordneten längsverschiebbaren .Vorsteuerschieber (28) aufweist, und daß der Differentialkolben (31) ein von einem Hauptsteuerschieber (13) des Wegeventils (12) getrenntes Bauelement ist, das über die Rückführfeder mit dem Vorsteuerschieber (28) in Wirkverbindung steht und mit dem Hauptsteuerschieber (13) mechanisch verbunden ist

2. Elektrohydraulische Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einander abgewandten Seiten des Ventilgehäuses (29) der elektromagnetische Antrieb (17) und ein den Differentialkolben (31) aufnehmendes Differentialkolbengehäuse (15) angeordnet sind.

3. Elektrohydraulische Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialkolbengehäuse (15) am Gehäuse (U) des Wegeventils (12) angeordnet ist.

4. Elektrohydraulische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkolben (31) hohl ausgebildet ist und eine am Vorsteuerschieber (28) angeordnete Rückholeinrichtung (25) mit der Rückführfeder (26) aufnimmt.

5. Elektrohydraulische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Antrieb als doppelhubiger Proportionalmagnet (45) ausgebildet ist.

6. Elektrohydraulische Stelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Druckräume (32, 33) über ein den zweiten Druckraum (33) absicherndes Rückschlagventil (51) miteinander verbunden sind.

7. Elektrohydraulische Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialkolbengehäuse (15), das Vorsteuerventil (16) und der Proportionalmagnet (45) Teile eines Baukastensystems bilden, die gleichachsig hintereinander an einem Gehäuse (11) eines Block-Wegeventils (12) angeordnet sind.