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Die Zusatzanmeldung P 32 34 231 zur Hauptpatentanmeldung
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P 32 14 845 betrifft eine Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs
angegebenen Merkmalen. Danach ist die Vorrichtung mit einer mechanischen Rückführung
in Form eines Rückführkolbens versehen, der durch den Doppelkonus des Stellkolbens
betätigt wird und über je eine Druckfeder auf den Steuerkolben der Stelleinrichtung
wirkt.
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Es handelt sich somit um eine hydraulische Stellvorrichtung mit mechanischer
Rückführung.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Vorrichtung
so weiter zu bilden, daß der Schiebekörper in eine Stellung verschoben werden kann,
in der die Rückführung wirkungslos geschaltet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs angeführten Merkmale gelöst.
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Wird somit der Stellkolben so weit verschoben, daß der Rückführkolben
nicht mehr mit dem Doppelkonus, sondern mit dem zylindrischen Abschnitt zusammenwirkt,
so ist die Rückführung wirkungslos. Damit hat der Schiebekörper eine Stellung erreicht,
in der eine Veränderung des der zugehörigen Stelleinrichtung zugeführten Signals
wirkungslos bleibt.
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Diese Stellung kann beispielsweise die Schwimmstellung oder ein Endanschlag
des Steuerschiebers eines Ventils sein, in der der Steuerschieber durch eine mechanische
Raste festgehalten ist. In einer solchen Raststellung kann auch ein elektrischer
Endschalter betätigt werden, oder kann eine andere Umschaltung erfolgen, beispielsweise
bei einer Verstellpumpe eine Umschaltung aus einer normalen Zustellbewegung in eine
Eilgangstellung. Die Entrastung dagegen erfolgt dadurch, daß die Stelleinrichtung
für die Gegenbewegung des Stellkolbens mit einem elektrischen Signal beaufschlagt
wird.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der
Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform und Fig. 3 einen Schnitt
längs der Linie 3-3 in Fig. 2 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 Verstelleinrichtung 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. Die
Stelleinrichtungen 18 bzw. 19 sind Proportional-Magnetantriebe, bei denen der Hub
der Magnetstößel 18a bzw.
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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. 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 1:2. 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 und 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 Durchfluß-querschnitt 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 is]neinem hülsenförmigen Käfig 54 verschiebbar
geführt, dessen Endflansch 55 mit einem Gewinde 56 des Gehäuses 15 verschraubt ist.
Die Druckfedern 51,52 sind Rückführfedern.
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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 Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist
anschließend an den Doppelkonus 58 ein zylindrischer Abschnitt 66 vorgesehen.
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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 verschoben wird,
sodaß 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 18a eingesteuerten Sollwertes und des von der tatsächlichen Lage des Schiebekörpers
10 abhängigen Istwertes, sodaß 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 nun der Schiebekörper 10 am Ende seines proportionalen Hubbereiches,also
am Ende des Doppelkonus, in die Raststellung, also in den zylindrischen Abschnitt
66 verschoben werden, so wird der Ansteuer-
strom für den Magnetantrieb
18 geringfügig erhöht, wodurch der Stellkolben 14 weiter verschoben wird und nun
der Steuerkolben 40 mit den Rückführkugeln 60 mit dem zylindrischen Abschnitt 66
zusammenwirkt. In dieser Lage wird der Rückführkolben 50 in seiner Stellung festgehalten,
die er beim Ubergang vom Doppelkonus 58 in den zylindrischen Abschnitt 66 innehatte.
Die Verschiebung des Stellkolbens 14 endet, wenn eine Raststellung z.B.
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entsprechend der Schwimmstellung oder dem Endanschlag eines Schieberventils
erreicht ist.
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Auch wenn das dem Magnetantrieb 18 zugeführte elektrische Signal verringert
und bis auf Null zurückgenommen wird, bleibt der Stellkolben 14 in seiner Raststellung
stehen.
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Ist der Schiebekörper 10 als Steuerschieber eines Wegeventils ausgebildet,
so ist damit die Schwimmstellung des Wegeventils erreicht, in der der Kolbenschieber
10 von einer nicht dargestellten Raste gehalten ist.
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Die Entrastung erfolgt elektrisch durch kurzzeitige Ansteuerung des
Magnetantriebes 19, also der Stelleinrichtung für die Betätigung des Stellkolbens
14 in der entgegengesetzten Richtung. Dabei wird der Steuerkolben 40 über den Stößel
19a des Magnetantriebes 19 nach links verschoben. 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
gesperrt.
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Damit verschiebt sich der Stellkolben 14 nach links, überwindet die
durch die mechanische Raste des Kolbenschiebers anstehende Zusatzkraft,
wodurch
die Rückführfeder 27 in die Lage versetzt wird, den Stellkolben 14 selbst zu betätigen,
bis die Rückführkugeln 60 wieder in den Doppelkonus 51 eintreten, wobei sich nun
der Rückführkolben 50 wieder unter der Wirkung der Feder 64 einstellen kann. Damit
ist der Stellkolben 14 entrastet.
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Soll der Schiebekörper 10 zwei Schwimmstellungen bzw. zwei Endlagen
erhalten, in der die Rückführung blockiert ist, so kann der Doppelkonus natürlich
auch auf der gegenüberliegenden Seite des Stellkolbens mit einem weiteren, nicht
dargestellten zylindrischen Abschnitt in einer entsprechenden Verlängerung des Stellkolbens
versehen sein.
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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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In den Fign. 2 und 3 ist eine abgeänderte Ausführungsform dargestellt,
bei der die Steuerkolben 30 und 40 des Ventilantriebes und der Rückführkolben nicht
axial zum Schiebekörper 10, sondern radial angeordnet ist. An der Verlängerung 13
des Schiebeköpers 10 ist ebenfalls der Stellkolben 14' befestigt, der jedoch den
Doppelkonus 58' sowie den sich hieran anschließenden Abschnitt 66' auf seinem Außenumfang
trägt. Mit. dem Doppelkonus 58' und dem zylindrischen Abschnitt 66' wirkt nur eine
Kugel 60' zusammen, die sich auf dem Rückführkolben 50' abstützt, der in einer Hülse
70 aufgenommen ist, die,wie in Fig. 3 dargestellt, die Kugel 60' exzentrisch aufnimmt,
d.h. je nach Drehlage der Hülse 70 kann die Kugel 60' mittig gegenüber der Achse
des
Stellkolbens 14' um den Abstand e versetzt werden. Durch Verdrehen
der Hülse 70 kann somit die Kugel 60' so justiert werden, daß die Kugel 60' in der
Mittelstellung des Kolbens 14' mit der tiefsten Rückführposition übereinstimmt Über
eine Schraube 71 läßt sich die Hülse 70 axial verspannen und damit gegen Verdrehen
sichern.
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Der Rückführkolben 50' trägt auf seiner der Kugel 60' abgekehrten
Seite eine Brücke 72, an welcher sich die bereits in Fig. 1 erläuterten Druckfedern
51 und 52 sowie die Feder 64 abstützen. Ansonsten sind die Steuerkolben 30 und 40
mit ihren Anschlüssen baugleich mit der in Fig. 1 dargestellten Ausführung, sodaß
sich eine nochmalige Beschreibung erübrigt. Lediglich die Kanäle 33 und 38 sind
in ihrer Lage so angeordnet, daß sie die Verbindung zu dem Druckraum 16 bzw. dem
Druckraum 17 herstellen.
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Diese abgeänderte Ausführungsform zeichnet sich durch einen verringerten
Bau aufwand und eine Verkürzung der axialen Baulänge aus.
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