DE3125386A1 - Elektro-hydraulische stelleinrichtung insbesondere zur fernsteuerung eines wegeventils - Google Patents

Elektro-hydraulische stelleinrichtung insbesondere zur fernsteuerung eines wegeventils

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Description

7126
25·. 5.1981 My/Pi
ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1
Elektro-hydraulische Stelleinrichtung insbesondere zur Fernsteuerung eines Wegeventils
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer elektro-hydraulischen Stelleinrichtung zur Fernsteuerung eines Wegeventils. Es ist.~ schon eine solche elektro-hydraulische Stelleinrichtung aus der DE-PS 2213^39 bekannt, bei der ein einziger Proportionalmagnet einen Vorsteuerschieber betätigt, der andererseits über eine Feder mit einem als Differentialkolben ausgebildeten Stellzylinder gekoppelt .ist und diesen nach Art einer Halbbrückenschaltung steuert. Auf diese Weise kann die Auslenkung einer mit dem Stellzylinder verbundenen Hauptteuerstufe nach Größe und Richtung beliebig gesteuert werden, wobei der Aufwand für die auf der Basis eines Kraftvergleichssystems arbeitende Einrichtung relativ gering ist. Nachteilig bei dieser Stelleinrichtung kann sein, daß bei Stromausfall oder beim Abschalten der Stelleinrichtung der Steuerschieber der Hauptsteuerstufe nicht in seine Heutralstellung gebracht wird, so daß Fehlfunktionen an der gesteuerten Maschine auftreten können. Eine solche Sicherheitsfunktion (fail-safe-Funktion) ist aber in vielen Fällen erwünscht.
ORIGINAL INSPECTED ~~
12 6
Ferner ist aus der DE-OS 281+0831 ein elektro-hydraulisches Wegeventil mit einer Sicherheitsfunktion "bekannt. Hier wird ein von einem Proportionalmagnet betätigter Vorsteuerschieber bei Stromausfall von einer Feder in eine vierte Stellung gebracht, wodurch der federz'entrierte Hauptsteuerschieber seine Neutralstellung einnehmen und dadurch Fehlfunktionen an der gesteuerten Maschine verhindern kann. Dieses Wegeventil arbeitet mit einem federzentrierten Hauptsteuerschieber, so daß die hier angewandten Mittel zum Erreichen der Sicherheitsfunktion nicht auf eine asymmetrisch aufgebaute, elektro-hydraulische Stelleinrichtung übertragbar sindydie nach einem Kraftvergleichssystem arbeitet.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße elektro-hydraulische Stelleinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie auch bei einer nach dem Kraftvergleichssystem arbeitenden Einrichtung mit geringem Aufwand eine Sicherheitsfunktion oder sogenannte fail-safe-Funktion'bei Stromausfall oder Stromabschaltung ermöglicht. Trotz des asymmetrischen Aufbaus der Stelleinrichtung wird das Stellglied in der Sicherheitsstellung in eine Mittelstellung und der von ihm.betätigte Hauptsteuerschieber in eine Neutralstellung gebracht, in der er einen angeschlossenen hydraulischen Verbraucher blockiert und somit Fehlfunktionen verhindert. Außerdem ergibt sich auf der elektrischen Seite ein wesentlich reduzierter Aufwand, da auf der Vorsteuerseit nur ein einziger Elektromagnet und damit eine einfachere Elektroni benötigt wird, obwohl die Hauptsteuerstufe doppelt wirkend ausgebildet sein kann.
ORIGINAL INSPECTEO
, ' ■ ζ*
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Stelleinrichtung möglich. Eine besonders einfache, raumsparende und leicht einstellbare Stelleinrichtung ergibt sich, wenn gemäß Anspruch 2 der Fehlfunktions-Kraftgeber als mechanische Feder ausgebildet •wird. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.
Zeichnung
Ein Ausführungbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt durch eine elektro-hydraulische Stelleinrichtung zur Fernsteuerung eines Wegeventils und Figur 2 ein Diagramm, das die Vorsteuerkraft F in Abhängigkeit vom Hub. m des Stellglieds der Steuereinrichtung nach. Fi-gur 1 zeigt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Figur 1 zeigt eine elektro-hydraulische Stelleinrichtung 10, die im wesentlichen aus einem Proportionalmagneten 11, einer Vorsteuerstufe 12 und einem Stellzylinder 13 besteht, die alle in einem Gehäuse 1U angeordnet sind. Der Stellzylinder 13 weist ein als Differentialkolben ausgebildetes Stellglied 15 auf, das einen Steuerschieber 16 eines Wegeventils 17 betätigt, das seinerseits eine Hauptsteuerstufe darstellt. Das Wegeventil 17 ist ein übliches, proportional arbeitendes Vier-Wegeventil, das Druckmittel von einer Pumpe 18 wahlweise in eine Kammer eines doppelt wirkenden Servomotors 19 steuern und die andere Kammer zum Tank 20 entlasten kann, wozu es eine erste und eine zweite Arbeitsstellung 21 j 22 aufweist. In einer dazwischenliegenden ITeutralstellung 23 blockiert der Steuerschieber 16 hydraulisch den Servomotor 19·
COPY / ORIGINAL /WSPECTED
Die Vorsteuerstufe 12 nimmt in einem "Vorsteuergehäuse 2h eine Schieberbohrung 25 auf, in der eine Ringnut 26 ausgebildet ist. Letztere (26) steht über einen verzweigten Kanal 2J mit einer ersten Druckkammer 28 sowie nit einer: Ankerraum 29 in Verbindung. Dabei ist die erste Druekkammer 28 der großen "wirksamen Fläche des Differentialkol- ^ bens 15 zugeordnet.
In der Schieberbohrung 25 im Vorsteuergehäuse 2h ist ein Vorsteuerschieber 32 geführt, der einen ersten Steuerbund und im Abstand davon einen gleichartigen, zweiten Steuerbund 3h aufweist. In der gezeichneten Mittelstellung des Steuerschiebers 32 unterbricht eine zulaufseitige Steuerkante 35 am ersten Steuerbund 33 die Verbindung von einem Steueröl-Zulauf 36 zur Ringnut 26, während eine ablaufseitige Steuerkante 37 am selben Steuerbund 33 die Verbindung von der Ringnut 26 zum Steueröl-Rücklauf 38 absperrt. Der Steueröl-Zulauf 36 hat mit einer zweiten Druckkammer 39 Verbindung, welche der kleinen Fläche hl am Differentialkolben 15 zugeordnet ist. Der Steueröl-Zulauf 36 wird von der Pumpe 1ö direkt ocLer über ein Druckreduzierventil hz mit Steuerdruckmittel versorgt. Am/zweiten Steuerbund 3^ des Vorsteuerschiebers 32 sin in~entsprechender Weise wie am ersten Steuerbund 33 eine zulaufseitige Steuerkante ij-3 sowie eine ablauf seitige Steuerkante U^ ausgebildet. Während die Steuerkanten 35, 37 am ersten Steuerbund 33 die ersten Steuerkanten darstellen,/bilden diejenigen (^3,^*0 am zweiten'Steuerbund'( 3^-O''die zweiten Steue kanten. Der Vorsteuerschieber 32 sird an einem- neben dem ersten Steuerbund 33 liegenden Kolbenabschnitt U5 s <3-er ^n den Ankerraum 29 ragt, von einem Anker h6 des Proportionalniagneten 11 betätigt. Sin neben dem zweiten Steuerbund 3-liegender, zweiter Kolbenabschnitt hj des Vorsteuerschiebers 3£ ragt in die erste Druckkammer 28. In der ersten Druckkammer ist eine Meßfeder hd angeordnet, die sich einerseits an der großen wirksamen Fläche 29 des Differentialkolbens 15 und andererseits ah der Stirnfläche des zweiten Kolbenabschnittes hj abstützt. Konzentrisch zur Meßfeder ^8 ist eine Stützfeder hg angeordnet, über die sich der Differentialkolben 15 am Vorsteuergehäuse 2U abstützt.
BAD ORIGINAL
126 " 5^" Vo." 3125336
Im Ankerraum 29 ist auf der dem Vorsteuerschieber 32 gegenüberliegenden Seite des Ankers h6 eine Sicherheitsfeder 51 angeordnet, die als Fehlfunktions-Kraftgeber arbeitet. Die Kennlinie dieser Sicherheitsfeder 51 ist mit Hilfe einer Verstellvorrichtung 52 verstellbar. Die Sicherheitsfeder 51 stützt sich einerseits am Gehäuse ab, während sich ihr freies Ende vom zugeordneten Anker k6 in der gezeichneten Mittelstellung des Steuerschiebers 32 in einem Abstand befindet, der einem Vorsteuer-Leerhub 53 entspricht.
Die Wirkungsweise der Stelleinrichtung 10 wird wie folgt erläutert, wobei zugleich auf die Figur 2 Bezug genommen wird. Dabei zeigt die Figur 2 ein Funkt ionsdiagramm, bei dem auf der Ordinate die Vorsteuerkraft F bzw. der entsprechende elektrische Vorsteuerstrom aufgetragen ist, während auf der Absziss'e der Hub m des Stellglieds 15 aufgetragen wird, der auch einem Spannweg der Meßfeder 1+8 entspricht. In Figur 2 isi mit 60 die Lage der Kennlinie der Meßfeder W angegeben, wenn während normaler Arbeitsfunktion der erste Steuerbund 33 die i Figur 1 gezeichnete Lage einnimmt. In der in Figur 1 gezeichneten Mittelstellung des Vorsteuerschiebers 32 übt der Proportionalmagnet 11 über den Anker k6 eine Kraft F auf den Vorsteuerschieber 32 aus, welche im Gleichgewicht steht zu einer entgegengesetzt gerichteten Kraft der Meßfeder ^8. Dabei befindet sich das Stellglied 15 in der gezeichneten Mittelstellung M, wodurch der Steuerschieber 16 des Wegeventils 17 den angeschlossenen Servomotor 19 in der Weutralstellung 23 hydraulisch blockiert. In dieser gezeichneten Mittelstellung des Stellkolbens 15 ist die kleine wirksame Fläche il-1 unmittelbar von dem Steuerdruck beaufschlag den das Druckreduzierventil h2 an seinem Ausgang zur Verfügung stellt. Auf die große wirksame Fläche 31 des Stellkolbens 15 wirkt dabei ein gegenüber dem Steuerdruck niedrigerer Zwischendruck, der durch Belastung über die erste, zulaufseitige Steuerkante 35 am ersten Steuerbund 33 erhöht oder durch Entlastung über die ablaufseitige, erste Steuerkante 37 gesenkt werden kann.
i 1 C η
Je nach Abweichung der Istwertkraft der Meßfeder UQ von der Sollwertkraft des Proportionalmagneten 11 läßt sich somit äer· Druck in der ersten Druckkammer 28 nit Hilfe des Vorsteuerschiebers 32 nach Art einer Halbbrückenschaltung stufenlos regeln. Ändert sich die Größe des am Proportionalmagneten 11 eingegebenen Stromes und somit-die Kraft des Ankers k6 auf den Vorsteuerschieber 32, so ändert sich entsprechend der Kennlinie 6θ auch die Lage des Stellkolbens 15 und damit des Steuerschiebers 16. Bei maximaler Vorsteuerkraft des Ankers h6 entlastet der Vorsteuerschieber über die ablaufseitige, erste Steuerkante 37 den ersten Druckraum 28 so lange zum Rücklauf 38, bis das nach rechts sich bewegende Stellglied 15 über die Meßfeder kQ eine gleich große Gegenkraft auf den Vorsteuerschieber 32 aufbringt und dessen ersten Steuerbund 33 wieder in die gezeichnete Mittelstellung zurückführt. Der Steuerschieber 16 kann dabei bisiin die erste Arbeitsstellung 21 ausgelenkt werden, die in Figur 2 mit Mp. angegeben ist. In entsprechend umgekehrter Weise kann durch Senken der Vorsteuerkraft F der Druck im ersten Druckraum 28 über die zulaufseitige erste Steuerkante 35 erhöht und damit der Steuerkolben 15 nach links - bezogen auf Figur 1 - ausgelenkt werden. Bei minimaler Vorsteuerkraft F kann dadurch der Steuerschieber 16 in seine zweite Arbeitsstellung 22 gesteuert werden, die in Figur 2 mit M_p angegeben ist. Der angeschlossene Servomotor 19 kann somit nach Richtung und Geschwindikeit oder Druck stufenlos gesteuert werden. Dabei arbeitet die Stelleinrichtung auf der Basis eines Kraftvergleichs systems, wobei die Kraft des Proportxonalmagneten 11 gegen die Stellung des Stellglieds 15 über die Kraft der Meßfeder kQ ausgewogen wird. Während dieser normalen Arbeitsfunktion ist die Sicherheitsfeder 51 im Ankerraum 29 vom Anker k-6 durch den vorgesehenen Vorsteuer-Leerhub 53 abgekoppelt und somit nicht wirks.am.
Im Falle von Stromausfall oder Stromabschaltung am Proportionalmagneten 11 wird nun eine Sicherheitsfunktion oder sogenannte fail-safe-Funktion wirksam, die verhindert, daß der Steuerschieber 16 aus seiner lieutrallage 23 heraus in ArbeitsStellungen ausgelenkt werden kann und dadurch der
BAD ORIGINAL ^
COPY
Servomotor 19 Fehlfunktionen ausführt. Andererseits wird bei Stromausfall oder -Abschaltung der Steuerschieber 16 aus jeder Arbeitsstellung heraus in die Neutrallage 23 geschaltet. Dies wird dadurch erreicht, daß bei zusammenbrechender Kraft am Proportionalmagneten 11 die Meßfeder U8 den Vorsteuerschieber 32 soweit i-n Richtung des Proportionalmagneten 11 verschiebt, bis der Anker k6 an der Sicherheitsfeder 51 .anliegt und dort schließlich eine ausreichende Gegenkraft aufgebaut hat. Dabei hat nun der zweite Steuerbund 3^ den Platz«des ersten Steuerbunds 33 in dessen Mittelstellung übernommen. Für die Meßfeder hd gilt nun die in Figur 2 parallel nach unten verschobene Kennlinie 61. Damit nun das Stellglied 15 seine Mittelstellung M beibehaltei kann, genügt gemäß der nun geltenden Kennlinie 61 eine wesentlich kleinere Kraft F auf den Vorsteuerschieber 32, um ihn in einer Sicherheitsstellung und damit den zweiten Steuerbund 3k in einer die erste Druckkammer blockierenden Lage zu halten. Eine solche, der Kraft der Meßfeder U8 entgegengerichtete, gleich große Kraft Ρσ.-wird nun anstelle des Proportionalmagneten 11 von der Sicherheitsfeder 51 auf den Vorsteuerschieber 32 ausgeübt. Die Kennlinie der Sicherheitsfeder 51 ist in Figur 2 mit angegeben. Mit Hilfe einer Verstellvorrichtung 52 kann diese Kennlinie 62 der Sicherheitsfeder 51 genau justiert werden, so daß das Stellglied 15 und damit der Steuerschieber 16 genau die Neutralst ellung 23 erreicht. Beim Übergang des Vorsteuerschiebers 32 von der in Figur 1 gezeichneten Mittelstellung, bei welcher der erste Steuerbund 33 wirksam ist, in die nicht gezeichnete Sicherheitsstellung, bei welcher der zweite Steuerbund 3^· wirksam wird, führt er einen Vorsteuersprung 63 aus, der dem Abstand von zugeordneten Steuerkanten 35 bzw. k3 an beiden Steuerbunden 33 bzw. 3^ entspricht Auf diese Weise wird bei Stromausfall oder bei der Abschaltung des Proportionalmagneten 11 mit Hilfe des Fehlfunktions-Kraftgebers 51, 52 eine definierte Stellung des Stellkolbens 15 vorgegeben und damit eine Neutralstellung am Steuerschieber 16 erreicht, wodurch eine Fehlfunktion am Servomotor 19 verhindert wird.
BAD ORIGINAL CQPY
Beim Wiedereinschalten der Stelleinrichtung 10 wird dem Proportionalmagneten 11 ein Strom eingegeben, der eine Vorsteuerkraft F bewirkt und damit den Vorsteuerschieber M
32 in die gezeichnete -Mittelstellung bringt und dabei das Stellglied 15 und den Steuerschieber 16 in seiner Neutralstellung 23 hält.
Selbstverständlich sind an der gezeigten Ausführungsform Änderungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. Obwohl die Bauart des Fehlfunktions-Kraftgebers als mechanische Feder besonders einfach und vorteilhaft erscheint,, könnte je nach Anwendungsfall auch eine hydraulische oder j pneumatische Lösung zweckmäßig sein. Ferner ist die Stelleinrichtung 10 nicht begrenzt auf eine Verwendung zur Fernsteuerung von Wegeventilen, sondern kann auch bei Reglern für Verstellpumpen oder bei anderen Aggregaten verwendet werden, bei denen gleichartige Probleme auftreten. Ebenso kann der elektrische Proportionalmagnet durch einen anderen Sollwert-Kraftgeber ersetzt werden (z.B. durch einen hydraulischen Kolben).
GOf>Y

Claims (1)

  1. η. 7 U β
    25.5.1981 My/Pi
    ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1
    Ansprüche
    Elektro-hydraulische Stelleinrichtung, insbesondere zur Eernsteuerung eines Wegeventils, mit einem in einem Gehäuse "beweglich angeordneten Stellglied, das einen über eine Vorsteuerstufe mit Druckmittel beaufschlagbaren Differentialkolben aufweist und bei der ein Vorsteuerglied der Vorsteuerstufe von einem Proportionalmagnet betätigbar ist und sich über eine Meßfeder an einer großen wirksamen Fläche des Differentialkolbens abstützt, dessen zugeordnete, erste Druckkammer über erste Steuerkanten am Vorsteuerglied mit einem Steueröl-Zulauf oder einem Rücklauf verbindbar oder vom Vorsteuerglied in dessen Mittelstellung absperrbar ist, während die der kleinen wirksamen Fläche zugeordnete, zweite Druckkammer mit dem Steueröl-Zulauf verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Meßfeder (U8) entgegenwirkender Fehlfunktions-Kraftgeber (51) dem Vorsteuerglied (32) zugeordnet ist und das Vorsteuerglied (32) im Abstand (63) von-den ersten Steuerkanten (35, 37) zweite Steuerkanten (^3, hh) aufweist, und daß der Abstand (63) zwischen ersten (359 37) und zweiten Steuerkante- (k3, hk) mit den Kennlinien von Meßfeder (k8) und Fehlfunktions-Kraftgeber (51) so abgestimmt ist, daß bei nicht erregtem Proportionalmagnet (11) die
    zweiten Steuerkanten (1*3, kk) in eine die erste Druckkammer (28) steuernde Sicherheitsstellung gesteuert werden.
    2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlfunktions-Kraftgeber als mechanische, insbesondere mit Verstellvorrichtung (52) versehene Sicherheits-Eeder (51) ausgebildet ist.
    3. Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsfeder (51) und die Meßfeder (lj-8) auf entgegengesetzten Stirnseiten des -ζ.-.. Vorsteuerglieds (32) angeordnet sind, und zwischen
    Sicherheits-Feder (51) und Vorsteuerglied (32) der -. ..--Anker_■ (hß) des Proportionalmagneten (11) geschaltet ist.
    K~. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, .. _ T„ dadurch gekennzeichnet,- daß die ersten Steuerkanten '""' ir_t35j~ 3T)" an einem ersten Steuerbund (33) und die zweiten . —Steuerkanten (1*3, hh) an einem danebenliegenden, zweiten Steuerbund (3^·) ausgebildet sind," der zwischen erstem -Steuerbund (33) und Meßfeder (1*8) angeordnet ist·.
    5· Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - k, ■■■^^■■^^jaäür'c'H^g'ekenn zeichnet, daß der Fehlfunktions-Kraf tgeber (51) in ITeutralstellung (23) des Wegeventils (17) "vom Anker (1*6) abgekoppelt ist um einen einem Vorsteuer-Leerhub (53) entsprechenden Betrag.
    6. Stelleinrichtung und einem der" Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlfunktions-Kraftgeber
    (51) koaxial zur Längsachse der Stelleinrichtung (10) angeordnet ist.
    INSPECTED
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