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BESCHREIBUNG:
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Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen hydraulisch
beaufschlagten Arbeitszylinder mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angeführten
Merkmalen.
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Es ist bekannt, bei derartigen Stellantrieben (DE-PS 832 953), den
Steuerkolben eines Schieberventils mit einer Gewindespindel zu-erlängern, die mit
einer mit dem Kolben des Arbeitszylinders fest verbundenen Mutter verschraubt ist.
Wird die Gewindespindel von einem Motor drehbar angetrieben, so erfährt sie durch
die Mutter entsprechend der Gewindesteigung eine Axialverschiebung, so daß sich
der Steuerkolben verschiebt und damit die Druckmittelwege zwischen dem Arbeitszylinder
und einer Druckmittelquelle bzw. dem Tank öffnet und schließt. Es ist auch bekannt
(DE-OS 26 25 909) den Steuerkolben des Schieberventils hohl auszuführen und drehbar
sowie axial unverschiebbar auf einer Verlängerung der Gewindespindel zu lagern,
so daß beim Antrieb der Gewindespindel durch den Schrittmotor der Steuerkolben nur
axial verschoben, aber nicht gedreht wird.
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Da im laufenden Betrieb des Stellantriebes das für die Betätigung
des Arbeitszylinders erforderliche und von dem Schieberventil gesteuerte Hydrauliköl
eine erhebliche Temperaturzunahme erfährt, wird die Genauigkeit der Steuerung durch
die proportional der Temperatur sich einstellende Längenänderung der Gewindespindel
verringert, wenn die Gewindespindel im Gehäuse des Schieberventils angeordnet ist
und sich außerdem durch den Arbeitszylinder erstreckt.
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Es ist auch bekannt (DE-PS 2 062 134 und DE-OS 29 10 530) zur Steuerung
der Druckmittelwege zwischen dem Arbeitszylinder und der Druckmittelquelle bzw.
dem Tank vier Sitzventile vorzusehen, die paarweise einander gegenüber
liegend
und jeweils neben der Gewindespindel bzw. Gewindehülse im Steuergehäuse angeordnet
sind. Die Ventilkörper der Sitzventile werden über ein Schaltglied axial verschoben,
das drehbar, aber axial unverschiebbar und gegen Drehung im Gehäuse abgestützt auf
der vom Schrittmotor angetriebenen Gewindehülse gelagert ist. Auch bei dieser Bauweise
steht die Gewinde spindel unter Temperatureinwirkung der hydraulischen Flüssigkeit,
die entsprechenden Schwankungen unterworfen ist.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Steuervorrichtung
der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß die Kühlung verbessert ist, aber
auch eine kompakte Bauweise erzielt ist und die Genauigkeit des Stellantriebs verbessert
wird.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Diese Bauweise ermöglicht insofern eine bessere Kühlung, als das Ventilgehäuse
des Schieberventils einseitig an einer Längsseite des Steuergehäuses angeschraubt
ist, indem die Gewindespindel, die Gewindehülse und das Steuerglied aufgenommen
sind. Auf diese Weise sind die restlichen drei Längsseiten des im Querschnitt rechteckigen
bzw.
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quadratischen Steuergehäuses frei und können verhältnismäßig gut gekühlt
werden und damit die Gewindespindel im wesentlichen keinen Temperatureinflüssen
von Seiten der hydraulischen Flüssigkeit ausgesetzt ist, so daß ihre Längenänderung
vernachlässigbar klein ist. Dies ist insbesondere dann von wesentlichem Vorteil,
wenn die Gewindespindel und der Hub des Arbeitskolbens relativ lang sind, da in
diesem Fall die von der Temperatur des Hydrauliköls verursachten Längenänderungen
verhältnismäßig groß sein würden, wenn nicht für eine verbesserte Kühlung gesorgt
wird.
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Außerdem ergibt sich eine kompakte Bauweise durch das Vereinigen der
beiden getrennten Gehäuse für die Spindel und das Schieberventil zu einem Block,
an den stirnseitig der den vorzugsweise als Schrittmotor ausgebildeten Motor tragende
Gehäuseflansch wahlweise in drei um 900 zueinander versetzten Lagen ansetzbar ist,
wobei die verbesserte Kühlung erhalten bleibt, da der Gehäuseflansch stirnseitig
befestigt wird und somit zwischen dem Schrittmotor und der Längsseite des Steuergehäuses
ein Spalt frei bleibt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben. So ist das Steuerglied zum Betätigen des Kolbenschiebers auf einer Hülse
befestigt, welche die Gewindehülse umgibt, die mit der Gewindespindel verschraubt
ist. So können die Gewindehülse und die Gewinde spindel im Steuergehäuse mittels
der Hülse gelagert werden. Die Gewindehülse ist in der das Steuerglied tragenden
Hülse mittels zweier Wälzlager gelagert, die einen erheblichen axialen Abstand voneinander
aufweisen. Dabei liegen die Wälzlager mit den Kugeln zwischen der Hülse und der
Gehäusebohrung jeweils in etwa der gleichen Ebene, so daß auch dadurch Verkantungskräfte
aufgenommen werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigt: Figur 1: einen Axialschnitt durch eine Steuervorrichtung mit
angeflanschtem Schieberventil und Schrittmotor und,
Fig. 2 eine
Stirnsansicht der Steuervorrichtung in Pfeilrichtung Y in Fig. 1 gesehen.
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In der Zeichnung ist ein Arbeitsyzlinder 10 mit einem Kolben 11 und
einer Kolbenstange 12 schematisch dargestellt.
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Mittels der allgemein mit 14 bezeichneten Steuervorrichtung soll der
Hub des Kolbens 11 genau gesteues.s werden.
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Hierzu dient ein Schieberventil 15 mit einem Ventilgehäuse 16, indem
ein Steuerkolben 17 verschiebbar angeordnet ist. Es handelt sich dabei um ein an
sich bekanntes Vier/Drei-Wege-Schieberventil, dessen olbenschieber 17 von einer
Mittelstellung aus in zwei Arbeitsstellungen axial verschiebbar ist, in denen entweder
der mittlere, mit einer Druckmittelquelle verbundene Kanal P mit einem zum Arbeitszylinder
10 führenden Kanal A bzw. Kanal B verbindbar ist, um einen der beiden vom Kolben
11 abgeteilten Druckräume unter Druck zu setzen, während jeweils der andere Raum
mit einem mit dem Reservoir verbundenen Kanal T verbindbar ist. Somit erfolgt durch
Betätigung des Kolbenschiebers 17 die Druckmittelbeaufschlagung des Kolbens 11 des
Arbeitszylinders 10.
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Die axiale Verstellung des Kolbenschiebers 17 erfolgt durch ein Steuerglied
18, dessen Ende mit einem Auge 19 versehen ist, in dem das Ende 20 des Kolbenschiebers
17 aufgenommen ist. Das Ende 20 ist abgesetzt, so daß sich eine Schulter 21 bildet,
die von einer zwischen dem Ventilgehäuse 16 und dem Kolbenschieber 17 eingesetzten
Feder 22 an das Steuerglied 18 angedrückt wird. Das Steuerglied 18 ist an einer
Hülse 24 befestigt, die in einer Gehäusebohrung 25 des Ventilgehäuses 26 der Steuervorrichtung
14 gelagert ist. Hierzu dienen in einem Käfig 28 gehaltene Kugeln 29, um die Reibung
zu vermindern.
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Da das Steuerglied 18 mittels des in das Auge 19 eingreifenden Endes
20 des Schieberkolbens 17 gegen Ver-
drehen abgestützt ist, kann
sich die Hülse 24 gegenüber der Gehäusebohrung 25 längs verschieben.
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Der Antrieb des Steuergliedes 18 in axialer Richtung erfolgt durch
eine Gewindehülse 30, auf der mittels zweier in einem verhältnismäßig großen Abstand
angeordneter Wälzlager 31 und 32 die Hülse 24 drehbar gelagert ist.
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Ein axiales Verschieben der Hülse 24 gegenüber der Gewindehülse 30
ist jedoch durch die Lager 31 bzw. 32 verhindert. Gegebenenfalls kann eines der
Wälzlager als Axialdrucklager ausgebildet sein.
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Die Gewindehülse 30 ist an ihrem von dem Steuerglied 18 bzw. der Hülse
24 umgebenen Ende mit einem Gewinde 33 versehen, das vorzugsweise in einem Kunststoffeinsatz
34 ausgebildet ist, der in einer ringförmigen Ausnehmung 35 der Gewindehülse 30
eingegossen ist.
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Mit dem Gewinde 33 der Gewindehülse 30 ist eine Spindel 36 verschraubt,
die ein durchgehendes Gewinde 38 aufweist und deren Ende über eine Platte 40 mit
der Kolbenstange 12 des Arbeitszylinders 10 verbunden ist. Das Gewinde 38 kann durch
einen Balg oder. durch eine Teleskopabdeckung 41 gegen Verschmutzen geschützt sein.
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Auf der gegenüberliegenden Seite des Steuergehäuses 26 ist auf der
Gewindehülse 30 ein Zahnrad 44 aufgesetzt, das über einen Zahnriemen 45 mit einem
Zahnrad 46 gekuppelt ist, das von einem elektrischen Schrittmotor 48 angetrieben
wird.
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Der Schrittmotor 48 ist in einer Ausnehmung 49 eines Gehäuseflansches
50 befestigt. Der Gehäuseflansch 50 ist an die Stirnseite 51 des Steuergehäuses
26 angesetzt und mit der Stirnseite verschraubt.
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Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Anordnung so getroffen,
daß auf der oberen Längsseite 52 des Steuergehäuses 26 das Schiebeventil 15 befestigt
ist.
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Hierzu dienen sich durch nicht dargestellte Bohrungen im Ventilgehäuse
16 hindurch erstreckende Schrauben, wie sie beispielsweise bei 53, 54 angedeutet
sind.
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Der Schrittmotor ist neben der gegenüberliegenden Längsseite 56 des
Steuergehäuses 26 angeordnet, so daß sich eine kompakte Bauweise ergibt und das
Steuergehäuse 26 weitgehend von Temperatureinwirkungen des durch das Hydrauliköl
aufgeheizten Schieberventils frei bleibt. Somit ist das Steuergehäuse einer guten
Kühlung zugänglich.
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Der Gehäuseflansch 50 kann darüber hinaus auch in jeweils um 900 verschwenkter
Lage an die Stirnseite 51 angeflanscht werden, so daß in Fig. 2 der Schrittmotor
48 wahlweise auch rechts oder links vom Steuergehäuse 26 angeordnet werden kann,
wenn es die Platzverhältnisse erfordern.
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Mit dem Schrittmotor 48 erfolgt die Eingabe des Sollwertes für den
vom Kolben 11 auszuführenden Hub. Wird die Gewindehülse 30 vom Schrittmotor über
den Zahnriemen 45 angetrieben, so wird die Gewindehülse gegenüber der zunächst noch
feststehenden Spindel 36 verdreht und führt somit entsprechend der Steigung des
Gewindes 34 eine axiale Verschiebung aus, die sich auf das Steuerglied 18 überträgt,
das damit den Steuerkolben 17 verstellt und die Druckmittelverbindung zum Arbeitszylinder
10 herstellt, dessen Kolben 11 nun verstellt wird. Der Kolbenhub wird über die mit
der Kolbenstange 12 verbundene Platte 40 und die mit der Platte 40 fest verbundene
Gewindespindel 36 zurückgemeldet, so daß nach Erreichen
des durch
den Sollwert vorgegebenen Hubes die Gewindehülse 30 eine axiale Verschiebüng erfährt,
durch welche das Steuerglied 18 den Kolbenschieber 17 zurückschiebt, so daß die
Druckmittelverbindung zum Arbeitszylinder unterbrochen wird. Im praktischen Betrieb
erfolgt der Antrieb der Gewindehülse 30 durch den Schrittmotor 48 laufend zusammen
mit der Axialverschiebung der Spindel 36, so daß zum Ausführen eines vollen Hubes
des Kolbens 11 auch die Gewindespindel 36 voll durchfahren wird. Durch die Anordnung
des Schieberventils außerhalb des steuergehäuses 26 wird die Temperatur der Gewindespindel
36 so niedrig gehalten, daß sie durch Temperatureinflüsse nur vernachlässigbar kleine
Längenänderungen erfährt, wodurch die Genauigkeit der Steuerung wesentlich erhöht
ist. Da darüber hinaus der Gehäuseflansch 50 für den Schrittmotor 48 stirnseitig
am Steuergehäuse 26 angeordnet ist, bleibt auch die dem Schrittmotor 48 benachbarte
Längsseite 56 des Steuergehäuses 26 frei, so daß das Steuergehäuse 26 stets von
drei Seiten gekühlt werden kann.
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Da der Kolbenschieber eines Schieberventils von Natur xs stets druckausgeglichen
ist, sind der Hohlraum 58, in dem das Steuerglied 18 angeordnet ist sowie das Innere
des Steuergehäuses 26 druckmittelfrei,- so daß keine Druckmittelkrafte auf das Steuerglied
18 einwirken und die Abdichtung der Gehäuse erleichtert ist.
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Das axiale Spiel zwischen der Schulter 21 des Kolbenschiebers 17 und
dem Steuerglied 18, sowie zwischen der Hülse 24 gegenüber der Gewindehülse 30 und
das Spiel im Gewinde 34 zwischen der Gewindehülse 30 und der Gewindespindel 36 wird
durch eine axiale Verspannung dieser Bauteile ausgeglichen, welches durch die Feder
22 erfolgt, die auf den Kolbenschieber 17 wirkt.
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Sollte durch einen mechanischen Fehler, wie ein Blockieren des Arbeitszylinders
das Steuergiied 1 8 zu zwei axial verschoben werden, so sind zwei Endschalter 60
und 61 vorgesehen, die als berührungslose Annäherungsschalter ausgebildet sind,die
bei Erreichen der zulässigen Endlagen des Steuergliedes 18 umschalten und damit
beispielsweise die Druckmittelverbindung zum Arbeitszylinder 10 unterbrechen.