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Elektrohydraulische Schaltvorrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrohydraulische Schaltvorrichtung,
insbesondere zur Regelung eines Speicherdruckes zwischen zwei Grenzwerten, mit einer
vom Speicherdruck beaufschlagbaren, federbelasteten Kolbeneinrichtung, mit einem
durch die Kolbeneinrichtung betätigbaren Kontaktgeber und mit einem die Druck-Weg-Kennlinie
der Kolbeneinrichtung beeinflussenden Hemmvorrichtung zur Erzeugung einer Schalthysterese.
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Eine derartige Schaltvorrichtung, welche in einer unveröffentlichten
Anmeldung der Anmelderin (Aktenzeichen P 30 06 468.7) beschrieben ist, besteht im
wesentlichen aus zwei koaxial in einem Gehäuse angeordneten Zylineerbohrungen, wobei
eine Zylinderbohrung mit dem Druck des Druckspeichers beaufschlagt ist. In dieser
Zylinderbohrung ist ein erster Kolben angeordnet, der entgegen der Druckkraft durch
eine Druckfeder kraftbeaufschlagt ist und mit einem Ende in die zweite Zylinderbohrung
eingreift. Zwischen den Zylinderbohrungen befindet sich eine Stirnwand mit entsprechendem
Dichtungsmaterial, das einen Druckmittelfluß von der ersten zur zweiten Zylinderbohrung
verhindern soli. Bei einer Druckbeaufschlagung der ersten Zylinderbohrung verschiebt
sich der erste Kolben gegen die Kraft der Druckfeder solange, bis das in der zweiten
Zylinderbohrung angeordnete Ende
des ersten Kolbens an einer Anschlagfläche
eines zweiten Kolbens zur Anlage kommt, um diesen bei ausreichendem Druck in der
ersten Zylinderbohrung gegen einen elektrischen Mikroschalter zu bewegen und dadurch
ein elektrisches Schaltsignal auszulösen.
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Bevor der erste Kolben die Anschlagfläche des zweiten Kolbens berührt,
ist zunächst ein Leerweg zu überwinden.
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Befindet sich der zweite Kolben bei maximalem Speicherdruck in einer
Betätigungsstellung, so wird die den Speicher ladende Pumpe abgeschaltet, so daß
sich der Speicherdruck durch entsprechende Druckmittelentnahme vermindert.
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Bei einer Verminderung des Speicherdruckes wird der erste Kolben durch
die Druckfeder allmählich in seine Ruhelage überführt, wobei er wiederum einen Leerweg
ausführt, bis er formschlüssig am zweiten Kolben angreift und auf diesem Wege den
Kontaktgeber betätigt.
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An der Mantelfläche des zweiten Kolbens greift ein federbelastetes
Reibglied an, welches den zweiten Kolben gegen die Federkraft des Kontaktstiftes
des Mikroschalters solange in der Betätigungsstellung hält, bis ein Kraftschluß
zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben hergestellt wird. Bei der beschriebenen
Vorrichtung werden die Grenzwerte des Speicherdruckes durch den angesprochenen Leerweg
zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben und der Druckbeaufschlagungsfläche des
ersten Kolbens festgelegt.
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Bei der beschriebenen Schaltvorrichtung ist es insbesondere'als nachteilig
anzusehen, daß das Reibglied bei jeder Verschiebung des zweiten Kolbens einem Verschleiß
unterlegen ist, der bei fortgeschrittener Abnutzung
eine Funktionsuntüchtigkeit
des Gerätes zur Folge haben kann. Ferner ist der Aufbau des Gerätes relativ kompliziert
und macht beim Zusammenbau eine Vielzahl von Montageschritten erforderlich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine
einfache, leicht zu montierende Schaltvorrichtung der eingangs genannten Gattung
zu schaffen, bei der verschleißbehaftete Reibglieder ersetzt sind, so daß eine Verschiebung
der Schalthysterese vermieden ist.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Betätigungsstellung
des Kontaktgebers ein eine Rückhaltekraft zwischen der Kolbeneinrichtung und einem
Führungsgehäuse einstellendes Hemmelement im wesentlichen formschlüssig zum Eingriff
gebracht ist. Durch einen derartigen Aufbau ist der Einfluß schwer beherrschbarer
Reibglieder weitestgehen eliminiert, so daß eine Beeinflussung der Schalthysterese
bei fortschreitender Lebensdauer ausgeschlossen ist. Da das Hemmelement ausschließlich
in der Betätigungsstellung des Kontaktgebers formschlüssig in Eingriff gebracht
ist, ist die Kolbeneinrichtung in allen anderen Lagen frei von einer Hemmkraft beweglich.
Dadurch kann die Druckbeaufschlagungsfläche der Kolbeneinrichtung geringer bemessen
sein, was unmittelbar zu einer Verringerung der Baugröße führt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung
ist in einer Ausnehmung am Umfang der Kolbeneinrichtung ein federbelasteter, radial
varschiebbarer Körper geführt, der sich in der Betätigungslage des Kontaktgebers
in eine Ausnehmung des Führungsgehäuses
legt. Auf diese Weise ist
sichergestellt, daß die Rückhaltekräfte ausschließlich in der Betätigungsstellung
des Kontaktgebers wirksam sind.
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Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung kann ferner so ausgebildet
sein, daß der den Formschluß herbeiführende Körper im wesentlichen kugelförmig ausgebildet
ist und in einer Radialbohrung der Kolbeneinrichtung geführt ist. In dieser Ausführung
findet also ein kostengünstiges Normteil zur Herstellung des Formschlusses Verwendung.
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Die Radialbohrung in der Kolbeneinrichtung ist fertigungstechnisch
einfach und führt daher gleichfalls zu einer kostengünstigen Lösung.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es zweckmäßig, die Ausnehmung
in Rückstellrichtung mit einer Anlauffläche zu versehen, so daß ein allzu ruckartiges
Schalten der Kolbeneinrichtung aus der Betätigungsstellung des Kontaktgebers vermieden
ist. Was die Form der Ausnehmung angeht, sind die unterschiedlichsten Ausbildungen
denkbar. Gute Ergebnisse lassen sich jedoch mit einer kalottenförmig. ausgebildeten
Ausnehmung erzielen. Wenn die Ausnehmung als eine in sich geschlossene Ringnut ausgebildet
ist, ergibt sich einerseits eine fertigungstechnisch günstige Lösung und andererseits
eine montagefreundliohe Anordnung, da beim Zusammenbau bestimmte Winkellagen zwischen
Führungsgehäuse und dem Kugelkörper nicht eingehalten werden müssen. Eine Weiterbildung
der Schaltvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Kolbeneinrichtung mit einer
durchgehenden Radialbohrung mit zwei diametral gegenüberliegenden öffnungen versehen
ist, wobei die Radialbohrungen zwei Kugeln und eine zwischen den Kugeln angeordnete-Schraubenfeder
aufnimmt. Eine
derartige Ausgestaltung bedingt, daß die in der
Betätigungs-Stellung des Kontaktgebers wirksamen Rückhaltekräfte gleichmäßig auf
die Kolbeneinrichtung verteilt werden, so daß zusätzliche Rückhaltekräfte durch
Verkanten der Kolbeneinrichtung ausgeschlossen sind.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ergibt
sich, wenn das Führungsgehäuse mit mindestens einer einseitig verschlossenen, vorzugsweise
senkrecht in die Zylinderbohrung mündenden Bohrung versehen ist, in der eine sich
am Verschlußstück abstützende Feder und ein an der Feder gegengelagerter Körper
eingesetzt ist, der seinerseits in der Betätigungsstellung des Kontaktgebers formschlüssig
in eine Ausnehmung der Kolbeneinrichtung eingreift. Ein derartiger Aufbau hat insbesondere
Vorteile, da ausschließlich Norm- und Drehteile Verwendung finden und somit eine
äußerst kostengünstige und leicht montierbare Schaltvorrichtung geschaffen ist.
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Wenn die Verschlußstücke einstellbar ausgeführt sind, läßt sich die
Vorspannung der Federn stufenlos verändern, wodurch auch die durch die Schaltvorrichtung
erzeugte Hysterese beeinflußbar wird. Es bietet sich an, die Bohrungen im Führungsgehäuse
teilweise mit einem Gewinde zu versehen und als Verschlußstück eine Schraube einzusetzen.
Durch eine einteilige Ausführung der Kolbeneinrichtung werden gegenüber der eingangs
beschriebenen Schaltvorrichtung Bauteile eingespart. Die einteilige Kolbeneinrichtung
läßt sich vorzugsweise als Stufenkolben ausbilden, dessen kleinere Stirnfläche vom
Speioherdruck beaufgschlagbar ist und dessen größere Stirnfläche federbelastet ist.
Konstruktiv besonders einfach ist es, das Kolbenende mit größerem Durchmesser mit
einem
radialen Absatz zu versehen und die gebildete Ringfläche
als Anlagefläche für eine Druckfeder zu benutzen. Wenn das Kolbenende mit größerem
Durchmesser mit einer axialen Sackbohrung versehen ist, in der eine sich am Boden
der Sackbohrung abstützende Druckfeder eingesetzt ist, ist die Materialausnutzung
verbessert und das Gewicht des Stufenkolbens vermindert.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in Fig. 1 bis Fig. 4 der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen ersten Druckschalter in der Ruhestellung,
Fig. 2 den Druckschalter in der Betätigungsstellung, Fig. 3 einen zweiten Druckschalter
in der Ruhelage und Fig. 4 einen dritten Druckschalter in der Betätigungsstellung.
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Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein Führungsgehäuse gezeichnet, das mit einer
Zylinderbohrung 2 versehen ist. Die Zylinderbohrung 2 weist einen Bereich 3 mit
geringerem Durchmesser und einem Bereich 4 mit einem größeren Durchmesser auf.
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Der Bereich 3 der Zylinderbohrung 2 mit kleinerem Durchmesser mündet
in einem Druckanschluß 5, während der Bereich 4 der Zylinderbohrung 2 mit größerem
Durchmesser durch einen Schalterträger 6 und einen Kontaktgeber 7 abgeschlossen
ist. Der Kontaktgeber 7 verfügt über einen Kontaktstift 8, der bei Betätigung die
Stromzufuhr zu einem nicht dargestellten Pumpenmotor unterbricht und somit eine
weitere Speicherladung verhindert.
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In der Zylinderbohrung 2 ist eine als Stufenkolben ausgebildete Kolbeneinrichtung
9 geführt. Das Kolbenende 10 mit geringerem Durchmesser ist in dem Bereich 3 der
Zylinderbohrung 2 geführt und bildet einen Druckraum 11, dem der Druck eines nicht
dargestellten Druckspeichers zuführbar ist. Ein Kolbenende 12 mit größerem Durchmesser
ist in dem Bereich 4 der Zylinderbohrung 2 geführt und weist einen radialen Absatz
13 auf, welcher als Anlagefläche für eine Druckfeder 14 dient. Das andere Ende der
Druckfeder 14 ist am Schalterträger 6 gegengelagert.
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Das Kolbenende 12 mit größerem Durchmesser weist eine Radialbohrung
15 auf, die zwei kugelförmig ausgebildete Körper 16,17 und eine dazwischen angeordnete
Druckfeder 18 aufnimmt. Die Kugeln 16,17 stützen sich durch die Vorspnung der Druckfeder
18 mit einer gewissen Kraft an der Zylinderbohrung 2 ab. Der Bereich 3 der Zylinderbohrung
2 mit größerem Durchmesser weist eine Ringnut 19 auf, die mit der Radialbohrung
15 zur Deckung gebracht ist, wenn der Stufenkolben 9 so weit vorgerückt ist, daß
der Kontaktstift 8 betätigt ist.
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Nachfolgend ist die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltvorrichtung
näher erläutert, wobei davon ausgegangen wird, daß der Druckanschluß 5 eine Verbindung
zu einem nicht dargestellten Druckspeicher aufweist, der über eine elektromotorisch
angetriebene Pumpe geladen wird. Der Pumpenantrieb ist durch den Kontaktgeber 7
in der Weise schaltbar, daß er in der dargestellten Ruhelage eingeschaltet und bei
Betätigung des Kontaktstiftes 8 ausgeschaltet ist. Ausgehend von der dargestellten
Ruhelage setzt also bei eingeschalteter Spannungsversorgung eine stetige Druckerhöhung
im Druckspeicher ein, die sich über den Druckanschluß 5 in den Druckraum 11 fortpflanzt.
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Beim Erreichen eines bestimmten Druckniveaus im Druckraum 11 setzt
eine in der Darstellung nach links gerichtete Verschiebung des Stufenkolbens 9 ein,
die solange fortgesetzt wird, bis das Kolbenende 12 am Kontaktstift 8 zur Anlage
kommt und die Stromversorgung des Pumpenantriebs unterbricht. Diese Betätigungsstellung
ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt.
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Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Kugeln 16, 17 in der Betätigungsstellung
der Schaltvorrichtung in der Ringnut 19 eingerastet sind, so daß eine formschlüssige
Verbindung zwischen der Zylinderbohrung 2 und dem Stufenkolben 9 hergestellt ist.
Sinkt der Speicherdruck nun durch entsprechende Druckmittelentnahme ab, so wird
auch der Druck im Druckraum 11 vermindert. Die durch die Druckfeder 14 auf den Stufenkolben
9 ausgeübte Kraftkomponente wird allmählich größer als die Druckkraft im Druckraum
11. Der zwischen den Kugeln 16,17 und der Zylinderbohrung hergestellte Formschluß
hindert den Stufenkolben jedoch zunächst daran, seine Lage entsprechend
den
neuen Kraftverhältnissen anzupassen. Der Kontaktgeber 7 bleibt somit geöffnet, obwohl
der Druck im Druckraum 11 abfällt.
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Ist ein bestimmter Mindestspeicherdruck und ein entsprechender Mindestdruck
im Druckraum 11 erreicht, so wird die durch die Druckfeder 14 auf den Stufenkolben
9 ausgeübte Rückstellkraft so groß, daß der Formschluß zwischen den Kugeln 16, 17
und der Zylinderbohrung 2 aufgehoben wird, wobei die Kugeln 16,17 gegen die Kraft
der Druckfeder aufeinander zubewegt werden und aus der Ringnut 19 herausgleiten.
Nun setzt eine in der Darstellung nach rechts gerichtete Bewegung des Stufenkolbens
ein, und der Kontaktgeber 7 wird geschlossen, so daß der Pumpenantrieb eingeschaltet
wird und wiederum eine Erhöhung des Speicherdrucks einsetzt. Die Druckerhöhung im
Druckspeicher setzt sich wiederum so lange fort, bis der Kontaktgeber 7 ein weiteres
Mal geöffnet wird.
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In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in der
Ruhelage dargestellt. Anstelle der Ringnut des vorausgehend beschriebenen Ausführungsbeispiels
weist hier der Stufenkolben 9 am Kolbenende 12 mit größerem Durchmesser eine Ringnut
20 auf. Das Führungsgehäuse 1 weist zwei Radialbohrungen 21,22 auf, welche in den
Bereich 3 der Zylinderbohrung 2 münden. In den Radialbohrungen 21,22 sind wiederum
zwei Kugeln 16,17 geführt, die sich am.Stufenkolben 9 bzw. an Druckfedern 23,24
in den Radialbohrungen 21,22 abstützen. Die Druckfedern 23,24 sind ihrerseits an
Verschlußstücken 25,26 gegengelagert, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
als Gewindeschrauben ausgeführt sind und somit eine stufenlose Einstellung der Federvorspannung
ermöglichen.
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Bei steigendem Speicherdruck wird wiederum der Druckraum 11 zunehmend
mit Druck beaufschlagt, so daß eine in der Darstellung nach links gerichtete Bewegung
des Stufenkolbens 9 einsetzt. In der Betätigungsstellung des Kontaktstiftes 8 rasten
die Kugeln 16,17 in die Ringnut 20 des Stufenkolbens 9 ein und stellen einen Formschluß
her. Durch diesen Formschluß wird bei abfallendem Speicherdruck eine Rückhaltekraft
erzeugt, die zur Folge hat, daß der Speicherdruck bis auf einen Mindestwert absinken
kann, ohne daß der Pumpenantrieb eingeschaltet wird.
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Der Stufenkolben 9 trägt an seinem Kolbenende 10 mit kleinerem Durchmesser
einen Dichtungsring 27, der einen Druckmittelfluß vom Druckraum 11 in den Bereich
4 der Zylinderbohrung 2 mit größerem Durchmesser verhindert.
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In den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Kolbeneinrichtung
9 als Stufenkolben ausgebildet.
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Ebenso gut können jedoch auch zylindrische Kolben zum Einsatz kommen,
wenn die Druckfeder 14 entsprechend stärker ausgelegt ist.
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Schließlich ist in Fig. 4 ein Druckschalter dargestellt, der gegenüber
den vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen keinen radialen Absatz 13 am Kolbenende
12 mit größerem Durchmesser aufweist, sondern mit einer axialen Sackbohrung 28 versehen
ist. In der Sackbohrung 28 ist die Druckfeder 14 angeordnet, die sich einerseits
am Schalterträger 6 und andererseits am Boden der Sackbohrung abstützt. Der Kontaktgeber
7 wird durch die kreisringförmige Stirnfläche des Kolbenendes 12 mit größerem Durchmesser
betätigt.
Die Wirkunysweise entspricht genau dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Ebensogut kann das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 mit einem mit einer
Sackbohrung 28 versehenen Stufenkolben 9 ausgerüstet werden.
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