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BESCHREIBUNG: Die Hauptpatentanmeldung betrifft eine Vorrichtung mit
den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Dabei ist zur Verstellung
des Schiebekörpers in beiden Axialrichtungen einseitig am Schiebekörper ein Stellkolben
befestigt, der einerseits eine Kreisfläche und andererseits eine Ringfläche aufweist.
Die Kreis-bzw. Ringfläche des Stellkolbens wird hydraulisch so beaufschlagt, daß
ein vollständiger Ausgleich der aufgrund der unterschiedlichen Flächen von Ringfläche
und Kreisfläche sich einstellenden unterschiedlichen Stellkräfte erfolgt. Um diesen
Ausgleich zu erzielen, beträgt das Flächenverhältnis der Ringfläche zur Kreisfläche
1 : 2 und wird bei Beaufschlagung der Kreisfläche des Stellkolbens mit Steuerdruck
gleichzeitig die Ringfläche mit dem Steuerdruck beaufschlagt, der somit einen Gegendruck
erzeugt.
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Bei der Vorrichtung nach der Hauptpatentanmeldung handelt es sich
um eine Steuerung. Der Sollwert für die Verstellung des Schiebekörpers wird durch
die Stelleinrichtung vorgegeben, also bei einem Magnetantrieb durch den der Spule
des Magnetantriebes zugeführten Betätigungsstrom. Der Istwert, also die tatsächliche
Stellung des Schiebekörpers wird nicht überwacht und ergibt sich aus einer dem Gerät
zugeordneten Zwangsmäßigkeit Der Zusatzanmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Vorrichtung mit einer mechanischen Rückführung zu versehen, so daß der Istwert,
nämlich die Stellung des Schiebekörpers zur Korrektur herangezogen wird und damit
ein Regelverhalten erreicht wird.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.
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Über den Rückführkolben wird somit die axiale Lage des Stellkolbens
und damit des Schiebekörpers ständig gemessen. Der Rückführkolben wirkt über je
eine Druckfeder auf den Steuerkolben der Stelleinrichtung. Es erfolgt somit am Steuerkolben
ein Vergleich des vom Magnetantrieb eingesteuerten Sollwertes mit dem gemessenen
Istwert. Weichen Soll- und Istwert voneinander ab, so ergibt sich aus der Druckdifferenz
eine Verschiebung des Steuerkolbens, der den eingesteuerten Druck so ändert, daß
der Istwert an den Sollwert angeglichen wird.
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Infolge der doppelkonischen Nockenfläche des Stellkolbens ergibt sich
unabhängig von der Verstellrichtung des Stellkolbens stets die gleiche Stellrichtung
für den Rückführkolben. Damit is;t es möglich, die Magnetantriebe, die für beide
Verstellrichtungen des Stellkolbens erforderlich sind, zueinander parallel anzuordnen.
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Als weiterer Vorteil ergibt sich hieraus eine sehr kompakte Bauweise
und insbesondere eine kurze Baulänge, insbesondere auch deshalb, weil der vom Stellkolben
eingenommene Raum für den Einbau der Rückführung herangezogen wird.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung
näher erläutert, in der ein Axialschnitt durch die Vorrichtung dargestellt ist,
wobei sich der Stellkolben in der Mittelstellung befindet.
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Ein Kolbenschieber 10 ist in einer Gehäusebohrung 11 eines Ventilgehäuses
12 verschiebbar angeordnet. Die von dem Kolbenschieber gesteuerten Druckmittelwege
zu und von einem Verbraucher sind nicht dargestellt. Der Kolbenschieber 10 könnte
auch mit der Verstelleinrich-
tung einer Verstellpumpe verbunden
sein. An einer Verlängerung 13 des Kolbenschiebers 10 ist ein Stellkolben 14 befestigt,
der einen größeren Durchmesser als der Kolbenschieber 10 aufweist. Der Stellkolben
14 ist in einer Bohrung 15a des Gehäuses 15 verschiebbar und teilt im Gehäuse 15
zwei Druckräume 16 und 17 ab. Der Druck im Steuerraum 16 wird von der Stelleinrichtung
18 und der Druck im Steuerraum 17 von der Stelleinrichtung 19 eingesteuert.
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Die Stelleinrichtungen 18 bzw. 19 sind Proportional-Magnetantriebe,
bei denen der Hub der Magnetstößel 18a bzw. 19a proportional dem der Spule des Magnetantriebes
zugeführten Erregerstrom ist.
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Der Druck im Steuerraum 17 wirkt auf die Kreisfläche 20 des Verstellkolbens
14, also auf die durch den Außendurchmesser des Stellkolbens 14 bzw. der Bohrung
15a des Gehäuses 15 bestimmten Fläche, während der Druck im Steuerraum 16 nur auf
die Ringfläche 21 des Stellkolbens wirkt, die sich aus der Differenz des Außendurchmessers
des Stellkolbens und des Außendurchmessers des Kolbenschiebers 10 ergibt.
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Eine Rückführfeder 27 stützt sich mit ihrem einen Ende an einem Federteller
25 ab, der in der dargestellten Mittelstellung an einen Gehäuseanschlag 26 angedrückt
ist. Das andere Ende der Rückführfeder 27 stützt sich an einem Federhalter ab, der
in der dargestellten Mittelstellung an einem Bund 29- des Schieberkolbens 10 und
an der Stirnfläche des Gehäuses 12 abgestützt ist.Somit wird von der Rückführfeder
27 der Schieberkolben 10 bzw.
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der Stellkolben 14 in der dargestellten Mittelstellung gehalten.
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Die Differenzringfläche 21 aus dem Durchmesser der Gehäusebohrung
11 und der Bohrung 15a des Stellkolbens 14 verhält sich zur Kreisfläche 20 entsprechend
der Bohrung 15a wie 1 : 7. Bei einer Verschiebung des
Stellkolbens
14 aus der Mittelstellung heraus wird in beiden Verstellrichtungen die Rückführfeder
27 zusammengedrückt und übt die Feder in beiden Verstellrichtungen gleiche Kräfte
aus.
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Die Beaufschlagung der Druckräume 16 und 17 erfolgt durch die Steuerkolben
30 und 40, die von den Magnetstößeln 18a und 19a der Magnetantriebe 18 uhd 19 betätigbar
sind.
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Der Steuerkolben 30 ist mit einem Steuerbund 31 versehen, dessen Steuerkante
31a den Durchflußquerschnitt von einem mit einer nicht dargestellten Druckmittelquelle
verbundenen Kanal 32 zu einem Kanal 33 bestimmt, der in den Druckraum 16 mündet.
Ferner ist der Steuerkolben 30 mit einem Steuerbund 34 versehen, dessen Steuerkante
34a den Durchflußquerschnitt von einem mit Tank verbundenen Kanal 35 zum Kanal 33
und damit zum Druckraum 16 bestimmt. Ferner sind beide Stirnseiten des Steuerkolbens
30 mit Bunden 36 und 37 versehen.
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In entsprechender Weise sind am Steuerkolben 40 die Steuerbunde 41
und 44"sowie die Bunde 46 und 47 vorgesehen. Die Steuerkante 41a des Steuerbundes
41 bestimmt den Durchflußquerschnitt von dem mit der Druckmittelquelle verbundenen
Kanal 32 zum Druckraum 17 über einen Kanal 38 und die Steuerkante 44a des Bundes
44 bestimmt den Durchflußquerschnitt vom Kanal 35 bzw. 38 zurück zum Tank.
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Die mechanische Rückführung erfolgt durch einen Rückführkolben 50,
der von dem Stellkolben 14 verstellt wird und über je eine Druckfeder 51 bzw. 52
auf den Steuerkolben 30 bzw. 40 gegensinnig zum Verstellhub der Magnetstößel 18a
und 19a wirkt. Der Rückführkolben 50 ist einem hülsenförmigen Käfig 54 verschiebbar
geführt, dessen Endflansch 55 mit einem Gewinde 56 des Gehäuses 15 verschraubt ist.
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Der Stellkolben 14 ist mit einer Bohrung versehen, deren innere Umfangsfläche
58 doppelt konisch ausgebildet ist.
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Das vordere Ende des Rückführkolbens 50 ist mit einer Schrägfläche
59 versehen. In dem Käfig 54 sind Rückführkugeln 60 gehalten, die sich auf der doppelt
konischen Umfangsfläche 58 des Stellkolbens 14 und der Schrägfläche 59 des Rückführkolbens
50 abstützen. Mittels des Gewindes 56 ist der Käfig und damit die Rückführkugeln
60 axial einstellbar. Damit läßt sich die Rückführung in die dargestellte Mittelstellung
einstellen, wobei über den Rückführkolben 50 und die Druckfedern 51 bzw. 52 beide
Steuerkolben 30 und 40 in die dargestellte Lage eingestellt werden, bei der der
mit der Druckmittelquelle verbundene Kanal 32 abgesperrt ist und über die von den
Steuerkanten 34a und 44a freigegebenen Querschnitte beide Druckräume 16 und 17 mit
Tank verbunden, also druckentlastet sind.
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Soll in der Zeichnung der Schiebekörper 10 nach rechts verschoben
werden, so muß in den Druckraum 16 ein Steuerdruck eingesteuert werden, während
der Druckraum 17 weiterhin mit Tank verbunden bleibt. Dies erfolgt durch Betätigung
des Magnetantriebes 18, wodurch der Steuerkolben 30 nach links verschoeben wird,
so daß der mit der Druckmittelquelle verbundene Kanal 32 mit dem Kanal 33 verbunden
wird und damit der Druckraum 16 druckbeaufschlagt wird Bei dieser Verschiebung des
Steuerkolbens 30 nach links schließt der Steuerbund 34 die Verbindung zwischen den
Kanälen 33 und 35. Erfolgt nun die Verstellung des Schiebekörpers 10 nach rechts,
so wandern die Rückführkugeln 60 am linken konischen Abschnitt der Nockenfläche
58 entlang und drücken dabei über die Schrägfläche 59 den Rückführkolben 50 nach
rechts, wobei über die Druckfeder 51 der Steuerkolben 30 gegensinnig zum Hub des
Magnetantriebes beaufschlagt wird. Auf diese Weise erfolgt ein Vergleich des vom
Stößel i8a ein-
gesteuerten Sollwertes und des von der tatsächlichen
Lage des Schiebekörpers 10 abhängigen Istwertes, so daß von der Steuerkante 31a
ein Durchflußquerschnitt und damit eine Drosselung eingestellt wird, der unabhängig
von Störeinflüssen eine durch den Sollwert vorgegebene Istwerteinstellung des Schiebekörpers
10 einregelt.
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Während dieses Regelvorgangs, wenn der Stellkolben nach rechts ausgefahren
wird, bleibt der Steuerkolben 40 in der dargestellten Lage, in der der Steuerbund
41 den mit der Druckmittelquelle verbundenen Kanal 32 gegenüber dem Kanal 38 absperrt
und in der der Steuerbund 44 den Druckraum 17 weiterhin mit Tank verbindet.
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Soll dagegen der Schiebekörper 10 nach links ausgefahren werden, so
wird der Magnetantrieb 19 betätigt und über dessen Stößel 19a der Steuerkolben 40
nach links verschoben. Der Magnetantrieb 18 ist unbetätigt, so daß der Steuerkolben
30 in der dargestellten Lage verharrt.
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Der mit der Druckmittelquelle verbundene Kanal 32 wird so durch den
vom Bund 41 freigegebenen Querschnitt mit den Kanälen 35 und 38 verbunden, so daß
über den Kanal 38 der Druckraum 17 und über den Steuerbund 34 des Steuerkolbens
30 und die Leitung 33 auch der Druckraum 16 mit Druck beaufschlagt wird. Über den
Steuerbund 44 ist die zum Tank führende Leitung abgesperrt.
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Es wirken nun auf die Ringfläche 21 und die Kreisfläche 20 des Stellkolbens
14 gleiche Drücke. Beträgt das Verhältnis beider Flächen 1 : 2, so verschiebt sich
der Stellkolben 14 mit gleicher Stellkraft nach links wie in dem vorher beschriebenen
Beispiel nach rechts, wenn der Raum 16 mit Druck beaufschlagt und der Raum 17 druckentlastet
ist.
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Bei Verschiebung des Schiebekörpers 10 nach links wandern ebenfalls
die Rückführkugeln 60 am rechten Abschnitt
der Nockenfläche 58
entlang und damit nach innen, wodurch sie auf der Schrägfläche 59 abrollen und damit
den Rückführkolben 50 nach rechts verschieben, wodurch abhängig vom erreichten Istwert,
also der tatsächlichen Lage des Schiebekörpers 10 der von der Steuerkante 41a des
Steuerkolbens 40 eingestellte Durchflußquerschnitt geregelt wird und so der vom
Magnetantrieb 19 vorgegebene Sollwert stets einen bestimmten Istwert der Lage des
Schiebekörpers zur Folge hat.
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Während dieses Vorgangs bleibt der Steuerkolben 30 in der dargestellten
Lage, ist also die Verbindung zwischen dem Kanal 32 und dem Kanal 33 über den Steuerbund
31 abgesperrt.
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Der Rückführkolben 50 weist eine Innenbohrung 63 auf, in der eine
Feder 64 angeordnet ist, die sich am Gehäuse 15 abstützt und damit den Rückführkolben
60 in Eingriff mit den Rückführkugeln 60 und der Nockenfläche 58 des Stellkolbens
14 hält. Mittels der Druckfeder 64 werden Reibungseinflüsse in der Rückführung weitgehend
beseitigt.
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