DE3736750C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen oder elektropneumatischen Linear-Stellantrieb mit einem in einem Zylindergehäuse axial verschiebbaren Kolben, der das Zylindergehäuse in zwei Zylinderkammern unterteilt, die zur Positionierung des Kolbens wechselweise mit Druck beaufschlagbar und drucklos machbar sind, und mit einer hydraulischen oder pneumatischen Sicherheits- Blockiereinrichtung zur Blockierung des Kolbens in der eingenommenen Stellung im Störfall, wobei für die hydraulische oder pneumatische Sicherheitsblockierung in die Druckmittelverbindung zu den von den Stirnflächen des Kolbens begrenzten Zylinderkammern und dem jeweiligen Ausgangsanschluß je ein hydraulisch oder pneumatisch entsperrbares Rückschlagventil mit einem Steueranschluß eingeschaltet ist.

Linear-Stellantriebe sind allgemein in aufgelöster Bauform bekannt. Dazu werden in der Regel einzelne hydraulische oder pneumatische und mechanische Bauelemente miteinander verbunden oder auch Ventile durch Rohrleitungen und Verschraubungen verbunden. Der bekannte Aufbau hat den Nachteil, daß ein großer Platz- und Raumbedarf besteht und ein großer Aufwand an Bauteilen und Montage- und Wartungsarbeit nötig ist.

Bei elektrohydraulischen oder elektropneumatischen Linear- Stellantrieben mit nur einer hydraulischen oder pneumatischen Sicherheitsblockiereinrichtung kann es im Stör­ fall bei gleichzeitigem Druckabfall und Stromausfall, wenn also einerseits der Antrieb nicht mehr die volle Betriebskraft abgeben kann und andererseits der Regel­ kreis nicht mehr arbeitet, zu einem Zusammenspiel kommen, das zu zusätzlichen, nicht erwünschten und sogar ge­ fährlichen Zuständen führt.

Aus der US-PS 41 43 584 ist ein elektrohydraulischer Linear-Stellantrieb bekannt mit einem Servoventil zur Steuerung der Kolbenbewegung und mit einer Einrichtung zur Sperrung des Kolbens, wobei diese Einrichtung ein elektromagnetisches 3/2-Wegesitzventil und hydraulisch steuerbare Zentrierventile umfaßt. Die Sperrung des Kolbens erfolgt aber bei diesem bekannten Linear-Stellantrieb nur in einer bestimmten Position, nämlich der Mittelstellung. Eine Sperrung des Kolbens in der jeweils eingenommenen Stellung ist nicht möglich, wenn es sich hierbei nicht um die Mittelstellung handelt. Weiterhin ist die Sperrung nur bei Erregung des elektromagnetischen 3/2-Wegesitzventils und dementsprechend nur bei Stromausfall möglich. Bei Druckausfall ist eine Blockierung des Kolbens nicht mehr gegeben; denn der Kolben wird nur so lange in der Mittelstellung gehalten, so lange der Betriebsdruck der Pumpe in den Kammern 94 und 104 wirksam ist. Bricht der Druck infolge einer Störung zusammen, so entfällt auch die Zentrierkraft, die den Kolben in seiner Mittelstellung hält. Eine Sicherheits-Blockierung des Kolbens in der jeweils eingenommenen Stellung ist daher bei diesem bekannten Linear-Stellantrieb nicht möglich.

Aus der DD-PS 2 25 171 ist ein Linear-Stellantrieb mit (den weiteren) Merkmalen der eingangs genannten Art bekannt, wobei es sich allerdings nicht um einen elektrohydraulischen, sondern nur um einen hydraulischen Stellantrieb handelt. Deshalb sind bei diesem auch keine Mittel vorgesehen, die eine elektrische Beeinflussung der hydraulischen Sicherheitsblockierung ermöglichen könnten.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem elektrohydraulischen oder elektropneumatischen Linear-Stellantrieb, bei dem die Positionierung des Kolbens über ein elektromagnetisches Servoventil durchführbar ist, für Positionieraufgaben die Sicherheitsvorkehrungen für den Störfall zu verbessern, um zu erreichen, daß nicht nur bei einem Druckausfall, sondern auch bei einem Stromausfall der Kolben in seiner Bewegung blockiert wird, unabhängig von der jeweiligen Kolbenstellung. Dies soll bei geringstem Bauteile- und Platzbedarf erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Positionierung des Kolbens über ein elektromagnetisches Servoventil durchführbar ist, daß der Steueranschluß der Rückschlagventile über (ein) elektromagnetische(s) Vorsteuerventil(e) mit einer hydraulischen oder pneumatischen Energiequelle oder mit einem drucklosen Tank bzw. mit der Atmosphäre verbindbar ist und daß das (die) Vorsteuerventile in erregtem Zustand die Verbindung zwischen der Energiequelle und dem Steueranschluß der Rückschlagventile öffnet (öffnen) und die Verbindung zwischen dem Steueranschluß und dem Tank oder der Atmosphäre schließt (schließen).

Die elektromagnetischen Vorsteuerventile sind vorzugsweise zwei 2/2-Wegesitzventile, von denen das eine zwischen der Energiequelle und den hydraulischen oder pneumatischen Steueranschlüsse der Rückschlagventile und das andere zwischen den hydraulischen oder pneumatischen Steueranschlüssen und dem drucklosen Tank oder der Atmosphäre angeordnet ist.

Damit wird die Sicherheit, mit der der Kolben des Stell­ antriebs im Falle eines durch Druck- oder/und Stromaus­ fall verursachten Störfalls in der zuvor eingenommenen Stellung gehalten und blockiert wird, beträchtlich er­ höht; unerwünschte und sogar gefährliche Zustände, die durch das Zusammenspiel mehrerer Faktoren bei Druck- oder/und Stromausfall hervorgerufen werden können, werden mit großer Sicherheit vermieden. Die hydraulisch oder pneumatisch entsperrbaren Rückschlagventile sprechen sowohl bei Stromausfall als auch bei Druckausfall an und unterbrechen die Zuleitungen zu den Zylinderkammern des Stellantriebs, so daß sich in diesen die Druckverhältnisse nicht mehr ändern können, der Kolben also in seiner Bewegung über das Druckmedium selbst blockiert wird.

In einer anderen Ausführungsform kann das Vorsteuerventil ein elektromagnetisches 3/2-Wegeventil sein.

Vorzugsweise besteht die zusätzliche erfindungsgemäße hydraulisch- oder pneumatisch-mechanische Sicherheits- Klemmeinrichtung aus einem in einer Zylinderbohrung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens des Stell­ antriebs verschiebbaren Klemmkolben, dessen Stirnfläche durch Federkraft an den Umfang des Kolbens kraft- und form­ schlüssig andrückbar ist und der durch Druckmittelbeaufschla­ gung gegen die Federkraft von dem Kolben abhebbar ist.

Der Klemmkolben wird also bei Druckausfall seitlich an den Kolben des Stellantriebs angepreßt, und dieser ist zusätzlich zur hydraulischen Blockierung auch mechanisch an seiner Bewegung gehindert.

Vorzugsweise ist der Klemmkolben als Stufen-Klemmkolben ausgebildet, dessen Ringfläche gegen eine Federkraft mit Druckmittel beaufschlagbar ist.

Um eine sichere und einwandfreie Funktionsweise der Klemmeinrichtung zu gewährleisten, soll das Produkt aus der hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagbaren (Ring-) Fläche des (Stufen-)Klemmkolbens und dem darauf aufbring­ baren Druck (p · A) größer sein als die Federkraft plus einer Reservekraft.

Die Stirnfläche des (Stufen-)Klemmkolbens ist vorzugsweise der Umfangsfläche des Kolbens des Stellantriebs für eine ver­ besserte kraft- und formschlüssige Anlage angepaßt.

Zusätzlich kann die Stirnfläche des (Stufen-)Klemm­ kolbens ein Zahnprofil aufweisen, das mit einem ent­ sprechenden Zahnprofil am Kolben des Stellantriebs in Eingriff kommen kann. Dadurch wird der Kolben auch form­ schlüssig blockiert.

Der (Stufen-)Klemmkolben kann auf der seiner Stirnfläche abgewandten Seite eine Kolbenstange tragen, deren Stirn­ fläche an einem den Abschlußdeckel der Zylinderbohrung durchragenden Stift anliegt. Dieser Stift kann für weitere sicherheitstechnische Verriegelungen und zur Kontrolle der Freigabe der Bewegung des Kolbens im Stellantrieb durch den Klemmkolben genutzt werden. An der Stellung des Stiftes läßt sich ablesen, ob sich der Klemmkolben in Klemmstellung oder in gelüfteter Stellung befindet.

Die Druckmittelbeaufschlagung des (Stufen-)Klemmkolbens ist vorzugsweise über (ein) Vorsteuerventil(e) steuer­ bar, über die (das) der von der Beaufschlagungsfläche (Ringfläche) des (Stufen-)Klemmkolbens begrenzte Raum entweder mit einer hydraulischen oder pneumatischen Energiequelle oder mit einem drucklosen Tank bzw. mit Atmosphäre verbunden werden kann.

Die Vorsteuerventile sind vorzugsweise zwei elektro­ magnetische 2/2-Wegesitzventile, von denen das zwischen der Energiequelle und dem Raum der Beaufschlagungs­ (Ring-)fläche des (Stufen-)Klemmkolbens in erregtem Zu­ stand geöffnet und das zwischen diesem Raum und dem drucklosen Tank oder der Atmosphäre in erregtem Zustand geschlossen ist.

Auf diese Weise wird bei Stromausfall der Raum der Be­ aufschlagungs-(Ring-)fläche des (Stufen-)Klemmkolbens von der hydraulischen oder pneumatischen Energiequelle getrennt und mit dem drucklosen Tank oder der Atmosphäre verbunden, so daß die Druckmittelbeaufschlagung aufge­ hoben und der Klemmkolben an dem Kolben des Stellantriebs in Anlage bzw. Eingriff gebracht wird. Auch bei Strom­ ausfall ist also die Blockierung des Kolbens zusätzlich zur hydraulischen Blockierung kraft- und/oder form­ schlüssig gesichert.

In einer anderen Ausführungsform kann das Vorsteuerventil ein elektromagnetisches 3/2-Wegesitzventil sein.

In vorteilhafter Weise sind nach der Erfindung das Servo­ ventil zur Positionierung des Stellantriebs und die Rückschlagventile und Vorsteuerventile der rein hy­ draulischen oder pneumatischen Sicherheits-Blockierein­ richtung in einem seitlich am Gehäuse des Stellantriebs montierbaren Ventilgehäuse untergebracht, und die hy­ draulisch- oder pneumatisch-mechanische Sicherheits- Klemmeinrichtung ist in einem ebenfalls seitlich am Gehäuse des Stellantriebs angebrachten Gehäuse unter­ gebracht, wobei die Druckmittelverbindungen durch Längs- und Querbohrungen in den Gehäusen hergestellt sind.

So ergibt sich eine kompakte Bauweise der gesamten Vor­ richtung mit den Vorteilen eines geringen Platzbedarfs, eines geringeren Aufwandes an Bauteilen und leichterer Montage und Wartung.

Das Gehäuse der hydraulisch- oder pneumatisch-mechanischen Sicherheits-Klemmeinrichtung kann in vorteilhafter Weise einstückig mit dem Gehäuse des Stellantriebs ausgebildet sein.

Das Ventilgehäuse des Servoventils und der rein hydrau­ lischen (oder pneumatischen) Sicherheits-Blockiereinrich­ tung kann mit dem Gehäuse des Stellantriebs verschraubt sein und weist zu seiner Zentrierung vorteilhafterweise eine Ausnehmung auf, in die ein seitlich aus dem Gehäuse des Stellantriebs herausragender Befestigungsflansch paßt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der anhängenden Zeichnung näher beschrieben. Das dargestellte Ausführungs­ beispiel zeigt einen elektrohydraulischen Stellantrieb mit entsprechend auch hydraulischer Sicherheits-Blockier­ einrichtung. Die Erfindung ist aber in äquivalenter Weise auch auf eine pneumatisch betriebene Vorrichtung anwendbar.

Fig. 1 zeigt den Längsschnitt durch einen elektrohydrau­ lischen Linear-Stellantrieb mit seitlich montiertem Gehäuse für Servoventil und hydraulische Sicher­ heitseinrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt den Längsschnitt durch das Gehäuse für Servoventil und hydraulische Sicherheitsblockier­ einrichtung gemäß Fig. 1 noch einmal in größerem Maßstab.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch das Gehäuse gemäß Fig. 2.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch den Linear-Stell­ antrieb samt Gehäuse für Servoventil und hy­ draulischer Sicherheits-Blockiereinrichtung gemäß Fig. 1 mit seitlich integrierter hydraulisch- mechanischer Klemmeinrichtung.

Fig. 5 zeigt den Hydraulik-Schaltplan der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung bei normalem, d. h. störungs­ freiem Betrieb des Linear-Stellantriebs.

Fig. 6 zeigt den Hydraulik-Schaltplan der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung nach Ansprechen der Sicher­ heitsblockierung und -klemmung.

In Fig. 1 ist im unteren Teil eine für einen Linear- Stellantrieb geeignete Kolben-Zylinder-Anordnung zu sehen. In einem Zylindergehäuse 1 ist ein gegen die Zylinderwand abgedichteter Kolben 3, der den Zylinderraum in zwei Zylinderkammern 12, 13 unterteilt, axial verschiebbar. Der Kolben 3 trägt beidseitig aus dem Zylindergehäuse 1 dicht herausge­ führte Kolbenstangen 7, 8 und ist mit einer zentrischen Bohrung und außerdem in seinem mittleren Bereich zwischen zwei gegen die Zylinderwand abgedichteten Kolbenab­ schnitten 4, 5 mit einem längs und mittig zur Achse ver­ laufenden, durchgehenden Schlitz 14 versehen. In dem so im Kolben 3 entstehenden Freiraum ist in Mittellage und zentrisch ein Weg-Meßwertgeber 15 angeordnet, der von einem in der Wand des Zylindergehäuses 1 befestigten und aus dieser Wand nach außen herausragenden Befesti­ gungsflansch 16 gehalten wird.

Seitlich am Zylindergehäuse 1 ist ein Ventilgehäuse 50 mittels Schrauben 51 befestigt. Um das Ventilgehäuse 50 leicht in seiner richtigen Lage am Zylindergehäuse 1 montieren zu können, weist es eine Ausnehmung 52 auf, in die der aus der Zylinderwand herausragende Befesti­ gungsflansch 16 recht genau paßt (siehe auch Fig. 2). Von dieser Ausnehmung 52 ausgehend sind in dem Ventil­ gehäuse 50 zwei Steuerbohrungen 56, 57 ausgeführt, die in je eine senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufende Querbohrung 53, 54 münden, in denen, wie weiter unten noch beschrieben wird, jeweils ein hydraulisch entsperr­ bares Rückschlagventil 75 angeordnet ist. Von den Quer­ bohrungen 53, 54 führen weitere Längs- und Querbohrungen im Ventil- und im Zylindergehäuse 50 und 1 zu den Zy­ linderkammern 12, 13 des Stellantriebs. Von der Aus­ nehmung 52 her sind die Steuerbohrungen 56, 57 jeweils mit einem Stopfen 60 verschlossen. Gekreuzt werden die Steuerbohrungen 56, 57 von einer Längsbohrung 55 im Ventilgehäuse 50, in der der Ventilkörper 61 eines Servoventils axial verschiebbar ist.

Dieses elektrohydraulische oder elektropneumatische Servoventil 61 ist ein einstufiges, direkt betätigbares Ventil in einer 4/3-Wegeausführung und kann in Verbin­ dung mit einem nicht dargestellten elektronischen Regler, einem U/I-Wandler und dem in der Zylinder-Kolben-An­ ordnung 1, 3 eingebauten Wegmeßwertgeber 15 mit einem nicht dargestellten Wegmeßwertgeber-Verstärker eine Positionierung des Kolbens 3 durchführen.

Der Ventilkörper 61 des Servoventils ist ein im wesent­ lichen zylindrischer Körper. Durch ringförmige Aus­ nehmungen 62, 63, 64 in seiner Umfangsfläche entstehen die Schaltstege 58, 59, die zusammen mit den Steuerboh­ rungen 56, 57 die Steuerkanten K₁ und K₂ bzw. K₃ und K₄ bilden. Bohrungen im Ventilgehäuse 50, die in Fig. 3 bei 65 teilweise zu sehen sind, verbinden die durch die Ausnehmungen 62, 63, 64 zwischen dem Ventilkörper 61 und der Wand der Längsbohrung 55 gebildeten Ringräume 62, 63, 64 mit einer hydraulischen oder pneumatischen Energiequelle P wie einer Pumpe, einem Speicher oder Kompressor, bzw. mit einem drucklosen Tank T oder im Falle einer pneumatisch betriebenen Anlage mit Atmos­ phäre.

Das Servoventil 61 kann drei Schaltstellungen einnehmen. In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten, mittleren Schaltstellung sind die beiden Steuerbohrungen 56, 57 durch die Schaltstege 58, 59 am Ventilkörper 61 an den Steuerkanten K₁, K₂ bzw. K₃, K₄ verschlossen, d. h. es besteht kein Durchgang für das Druckmedium. In zur einen oder anderen Seite verschobenen Schaltstellungen ist für die eine der Steuerbohrungen 58, 59 über einen der Ringräume, vorzugsweise den mittleren Ringraum 63, die Verbindung zur Energiequelle P und für die andere der Steuerbohrungen 58, 59 über einen anderen, vor­ zugsweise einen der seitlichen Ringräume 62, 64, die Verbindung zum drucklosen Tank T bzw. zur Atmosphäre hergestellt (siehe dazu auch die Schaltschemata der Fig. 5 und 6). Der Ventilkörper 61 des Servoventils ist fest verbunden mit einem Koppelstab 66. In der dargestellten Ausführungsform ist dazu der Ventil­ körper 61 als einseitig verschlossener hohlzylindrischer Körper ausgebildet, und das eine Ende des Koppel­ stabes 66 ist an der verschlossenen Seite des Ventil­ körpers 61 mit diesem fest verschraubt 67. Das andere Ende des Koppelstabes 66 ragt durch die Längsbohrung 55 im Ventilgehäuse 50 bis in den Raum eines seitlich am Ventilgehäuse 51 befestigten Motorgehäuses 68. In diesem Motorgehäuse 68 ist der elektromechanische Wandler für das Servoventil 61 in Form eines Torque- Motors oder Drehankermotors 69 fest montiert. Der Drehanker 70 dieses Motors ist mit dem Koppelstab 66 des Servoventilkörpers 61 fest verbunden. Die Bewegung des Ankers 70 überträgt sich über den Koppelstab 66 proportional auf den Ventilkörper 61, der in einer Längsbohrung 55 des Ventilgehäuses 50 läuft, und öffnet oder schließt somit die Steuerbohrungen 56 und 57 über die Steuerkanten K₁ . . . K₄ an den Steuerstegen 58 und 59.

Am Motorgehäuse 68 ist auch eine Steckverbindung 71 für die elektrischen Anschlußleitungen vorgesehen. Mit dieser Steckverbindung 71 sind auch die Anschlußkabel des in der Kolben-Zylinder-Anordnung 1, 3 des Stell­ antriebs angeordneten Wegmeßwertgebers 15 (siehe Fig. 1) verbunden (verlötet oder gecrimpt), die durch den Be­ festigungsflansch 16 und eine die Ausnehmung 52 für den Befestigungsflansch 16 im Ventilgehäuse 50 mit dem Raum des Motorgehäuses 68 verbundene Bohrung 72 geführt sind.

Auf der der Ausnehmung 52 für den Befestigungsflansch 16 abgewandten Seite des Ventilgehäuses 50 kann vorteilhafter­ weise ein Gehäusesteg 73 mit Gewindebohrungen 74 (siehe auch Fig. 3) vorgesehen sein; er ermöglicht eine form- und kraftschlüssige Anbindung des Stellantriebes zur Kraft­ übertragung.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch das Ventilgehäuse 50 gemäß Fig. 2, und zwar in der Ebene einer der zwei Querbohrungen 53, 54, in die die Steuerbohrungen 56, 57 münden und in denen, wie bereits erwähnt, jeweils ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil 75 ange­ ordnet ist. Diese beiden Rückschlagventile, vorzugs­ weise in Patronenbauart, sind Teil einer hydraulischen Sicherheitsblockiereinrichtung, die bei Strom- oder Druckausfall eine Blockierung des kraftübertragenden Kolbens 3 des Stellantriebs (siehe Fig. 1) über das Betriebsmedium (druck- und verdrängungsübertragendes Medium) sicherstellen soll und auch bei Einwirken von äußeren Kräften auf die Kolbenstangen 7 und/oder 8 nur eine minimale Verschiebung des Kolbens im Bereich der Steifigkeit des verwendeten Betriebsmediums zu­ läßt, indem beide Steuerbohrungen 56 und 57 durch die hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventile 75 verschlossen werden und somit die Verbindung der Steuerbohrungen 56, 57 zu den Zylinderkammern 12,13 der Kolben-Zylinder-Anordnung des Stellantriebs (siehe auch Fig. 5) unterbrochen wird.

In Fig. 3 ist eines der Rückschlagventile 75 in ange­ hobener oder hydraulisch entsperrter Stellung darge­ stellt. Die betreffende Steuerbohrung 56 oder 57 mündet in einen zwischen der Wand der Querbohrung 53 oder 54 und dem Ventilkörper des Rückschlagventils 75 ausge­ bildeten Ringraum 76, von wo aus Verbindung zu einer der Zylinderkammern 12, 13 besteht. In dieser Stellung gehalten wird das Rückschlagventil 75 durch einen gegen eine Rückstellkraft auf der Stirnfläche 77 seines Ventilkörpers anstehenden und über eine Steuerbohrung 78 herangeführten hydraulischen oder pneumatischen Druck. Wird dieser Steuerdruck von dem Ventilkörper weggenommen, so bringt die Rückstellkraft das Rück­ schlagventil 75 in eine in Fig. 3 nach links ver­ schobene Stellung, in der die Verbindung zwischen der Steuerbohrung 56, 57 des Stellantriebs und dem Ring­ raum 76 des Rückschlagventils 75, also auch den Zy­ linderkammern 12, 13 unterbrochen ist.

Die Rückschlagventile 75 werden über Vorsteuerventile 79, 80 geöffnet und geschlossen, die vorzugsweise als 2/2-Magnet-Wegesitzventile ausgebildet sind, um eine hohe Schaltsicherheit bei Drücken von 200 bar zu ge­ währleisten. An Stelle von zwei 2/2-Magnet-Wegesitz­ ventilen kann auch ein 3/2-Magnet-Wegesitzventil als gemeinsames Vorsteuerventil zum Einsatz kommen.

Wie aus dem Schaltschema in Fig. 5 zu ersehen ist, sind die Zylinderkammern 12, 13 der Kolben-Zylinder-Anordnung des Stellantriebs über jeweils eines der hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventile 75 mit den beiden Aus­ gangsanschlüssen des als 4/3-Wegeventil ausgebildeten Servoventils 61 verbunden. Der eine der beiden Eingangs­ anschlüsse des Servoventils 61 ist mit einer hydrau­ lischen oder pneumatischen Energiequelle P, der andere mit einem drucklosen Tank T oder Atmosphäre verbunden. Die Steuerbohrungen 78 der hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventile 75 sind gemeinsam mit jeweils einem Anschluß der als 2/2-Wegesitzventile ausgebildeten Vor­ steuerventile 79, 80 verbunden. Der zweite Anschluß des einen Vorsteuerventils 79 ist mit der Energiequelle P, der zweite Anschluß des zweiten Vorsteuerventils 80 mit dem drucklosen Tank T bzw. mit Atmosphäre verbunden.

Die beiden elektro-magnetischen Vorsteuerventile 79, 80 werden gemeinsam mit einer elektrischen Spannung ange­ steuert, wobei die Schaltung so gewählt ist, daß im normalen, d. h. störungsfreien Betriebsfall das mit der Energiequelle P verbundene Vorsteuerventil 79 geöffnet ist (P → A) und das mit dem drucklosen Tank T oder mit Atmosphäre verbundene Vorsteuerventil 80 geschlossen ist (A → T). Die Steuerbohrungen 78 der beiden Rück­ schlagventile 75 sind dann also vom drucklosen Tank T getrennt und mit der Energiequelle P verbunden, d. h. es gelangt der Steuerdruck über das Vorsteuerventil 79 auf die Pilotstufe der hydraulisch vorsteuerbaren Rückschlagventile 75, und diese werden beide gegen eine Rückstellkraft geöffnet. Es besteht also über die geöffneten Rückschlagventile 75 eine Verbindung von den Ausgangsanschlüssen des Servoventils 61 zu den Zylinderkammern 12, 13 der Kolben-Zylinder-Anordnung 1, 3. Durch Betätigung des Servoventils 61 können die Zylinderkammern 12, 13 wahlweise mit der Energiequelle P und die jeweils andere mit dem drucklosen Tank T verbunden werden, so daß der Kolben 3 in der einen oder anderen Bewegungsrichtung beaufschlagbar ist. In Schließstellung des Servoventils 61 sind die Zylinder­ kammern 12, 13 sowohl von der Energiequelle P als auch vom Tank T getrennt; der Kolben 3 verharrt also in der eingenommenen Stellung.

Bei Druckausfall, einem der beiden annehmbaren Stör­ fälle, schließen die beiden hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventile 75 nach der Bedingung eines Mini­ maldrucks am Steueranschluß 78. Ein Druckabfall in der zuvor beaufschlagten Zylinderkammer 12 oder 13 wird so ungeachtet der Stellung des Servoventils 61 verhindert und der Kolben 3 des Stellantriebs in seiner einge­ nommenen Stellung gehalten, d. h. in seiner Bewegung blockiert.

Bei Stromausfall fallen beide Vorsteuerventile ab, das Vorsteuerventil 79 schließt die Druckleitung zur Energie­ quelle P und das Vorsteuerventil 80 stellt eine Ver­ bindung zum drucklosen Tank T her, die hydraulisch ent­ sperrbaren Rückschlagventile 75 schließen und blockieren die Steuerbohrungen 56 und 57 und somit den Kolben 3 des Stellantriebs über das Betriebsmedium (siehe dazu Fig. 6).

Zusätzlich zu der soeben beschriebenen rein hydraulischen Sicherheits-Blockiereinrichtung ist erfindungsgemäß noch eine zweite, unabhängig arbeitende hydraulisch-mechanische Sicherheitseinrichtung vorgesehen, die auf einer Klemm­ wirkung beruht.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch den Linear-Stell­ antrieb samt Ventilgehäuse 50 gemäß Fig. 1, wobei seit­ lich an der Kolben-Zylinder-Anordnung 1, 3 des Stellan­ triebs und zum Ventilgehäuse 50 um 90° verdreht die er­ findungsgemäße Klemmvorrichtung ihrerseits im Längs­ schnitt erscheint. Das Gehäuse 81 der Klemmeinrichtung ist in der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einstückig mit dem Zylindergehäuse 1 des Stellantriebs ausgebildet. Denkbar wäre selbstverständ­ lich auch eine Ausführungsform, bei der das Gehäuse 81 der Klemmeinrichtung separat hergestellt und dann seitlich am Zylindergehäuse 1 montiert wird.

In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird das Gehäuse 81 von einem seitlichen Fort- oder Ansatz am Zylindergehäuse 1 gebildet. In ihm ist eine abgestufte Zylinderbohrung 82 vorgesehen, deren radial kleinerer Abschnitt bis zum Zylinderraum des Zylindergehäuses 1 durchgeht, also mit ihm Verbindung hat. In der abge­ stuften Zylinderbohrung 82 läuft gegen die Zylinder­ wand abgedichtet ein Stufenkolben 83, der als Klemm­ kolben wirkt. Dazu ist die Stirnfläche 84 des radial kleineren Abschnitts des Stufenkolbens 83 der Form des Kolbens 3 des Stellantriebs, vorzugsweise zwischen dessen Kolbenabschnitten 4 und 5, angepaßt, so daß der Stufen- Klemmkolben 83 mit seiner Stirnfläche 84 kraft- und form­ schlüssig am Umfang des Kolbens 3 aufsitzen kann. Vor­ zugsweise kann an der Stirnfläche 84 ein Zahnprofil 85 vorgesehen sein, das mit einem anderen Zahnprofil zweckmäßig in den Freiraum 14 zwischen den Kolbenab­ schnitten 4 und 5 des Kolbens 3 formschlüssig ein­ greifen kann. Die Ringfläche 86 an der Abstufung des Stufen-Klemmkolbens 83 ist aktiv mit Druckmedium be­ aufschlagbar, und zwar gegen eine auf die entgegen­ gesetzte Fläche 87 der größeren Kolbenstufe wirkende Rückstellkraft, die in der dargestellten Ausführungs­ form von einem Paket Tellerfedern 88 aufgebracht wird, das auf dieser Fläche 87 mit Vorspannung aufliegt. Die Vorspannung der Tellerfedern 88 ist dabei so groß, daß von der bei fehlender Druckbeaufschlagung auf der Ringfläche 86 von der am Kolben 3 aufliegenden bzw. in das Zahnprofil eingreifenden Stirnfläche 84 des Stufen-Klemmkolbens 83 auf diesen Kolben 3 eine Klemm­ wirkung ausgeübt wird, die dessen Bewegung blockiert. Von der von den Tellerfedern 88 beaufschlagten Fläche 87 ragt durch die Tellerfedern 88 hindurch eine Kolben­ stange 89 ab, an deren Stirnfläche ein Stift 90 auf­ liegt, der mittig in den die Zylinderbohrung 82 ab­ schließenden Abschlußdeckel 91 verschiebbar ein­ gelassen ist. Er ist durch eine ihn teilweise um­ gebende und auf einer kleinen Abstufung aufliegende Schraubenfeder gegen die Stirnfläche der Kolben­ stange 89 vorgespannt und ragt aus dem Abschlußdeckel 91 um ein gewisses Maß heraus. Dieser Stift 90 ist für weitere sicherheitstechnische Verriegelungen vorgesehen und dient der Kontrolle der Freigabe für die Bewegung des Kolbens 3 des Stellantriebs.

In Fig. 4 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in Klemm­ stellung dargestellt. Das heißt die Bewegung des Kolbens 3 des Stellantriebs ist durch den Klemmkolben 83 bloc­ kiert; die Ringfläche 86 des Stufen-Klemmkolbens 83 ist nicht mit Druckmedium beaufschlagt.

Die Beaufschlagung der Ringfläche 86 des Stufen-Klemm­ kolbens 83 wird über elektromagnetische Vorsteuerven­ tile 92, 93 gesteuert, die als 2/2-Wegesitzventile ausgebildet sind und die gemäß Fig. 5 in der Druckmittel­ verbindung zwischen der hydraulischen oder pneumatischen Energiequelle P und dem von der Ringfläche 86 des Klemm­ kolbens 83 begrenzten Ringraum einerseits und eben diesem Ringraum und dem drucklosen Tank T oder der Atmosphäre andererseits eingeschaltet ist. Die Schal­ tung ist so gewählt, daß im normalen, störungsfreien Betriebsfall das Vorsteuerventil 92 zwischen der Energiequelle P und dem von der Ringfläche 86 be­ grenzten Ringraum geöffnet und das Vorsteuerventil 93 zwischen diesem Ringraum und dem drucklosen Tank T geschlossen ist (siehe Fig. 5). Beide Vorsteuerventile 92, 93 befinden sich dabei in elektromagnetisch er­ regtem Zustand wie die Vorsteuerventile 79, 80 der rein hydraulischen Sicherheits-Blockiereinrichtung bei störungsfreiem Betrieb auch. Durch den an der Ringfläche 86 des Stufen-Klemmkolbens 83 anstehenden Druck wird der Stufen-Klemmkolben 83 in einer gegen die Kraft der Tellerfedern 88 angehobenen Stellung gehalten, und die Klemmwirkung auf den Kolben 3 des Stellantriebs ist aufgehoben. Die sich aus dem Produkt des von der Energiequelle P gelieferten Drucks und der Ringfläche 86 ergebende Kraft p · A muß für das Lüften größer sein als die Federkraft der Tellerfedern 88 in Lüftposition plus einer Reservekraft.

Bei Druckausfall wird die Ringfläche 86 nicht mehr be­ aufschlagt und die Rückstellkraft der Tellerfedern 88 bringt den Stufen-Klemmkolben 83 in kraft- und/oder formschlüssige Klemmstellung am Kolben 3 des Stell­ antriebs, so daß dessen Bewegung blockiert ist.

Diese Klemmung des Kolbens 3 erfolgt zusätzlich zu und unabhängig von der oben beschriebenen rein hydraulischen Blockierung des Kolbens 3, die sich bei Druckausfall durch die sich selbsttätig schließenden hydraulisch ent­ sperrbaren Rückschlagventile 78 einstellt.

Bei Stromausfall werden die beiden Vorsteuerventile 92, 93 entregt und nehmen ihre jeweils andere Schaltstellung ein; die Verbindung des vor der Ringfläche 86 liegenden Ringraums zur Energiequelle P ist dann unterbrochen, und die Verbindung zum drucklosen Tank T der Atmosphäre ist hergestellt (siehe Fig. 6). An der Ringfläche 86 anstehender Druck kann entweichen, und der Stufen-Klemm­ kolben 83 wird von den Tellerfedern 88 in Klemmstellung am Kolben 3 gebracht.

Auch diese Klemmung erfolgt zusätzlich zu und unabhängig von der durch die Vorsteuerventile 79, 80 bei Stromaus­ falls bewirkten rein hydraulischen Blockierung, wie sie oben bereits beschrieben wurde.

Nach der Erfindung ist also die Sicherheitsblockierung des Stellantriebs sowohl bei Druck- als auch bei Strom­ ausfall doppelt und unabhängig voneinander gesichert.

Um den elektrohydraulischen oder elektropneumatischen Linear-Stellantrieb wieder in Betrieb zu setzen, müssen sowohl die rein hydraulische Sicherheitsblockierung als auch die hydraulisch-mechanische Sicherheitsklemmung aufgehoben werden, indem die Vorsteuerventile 79, 80 der hydraulischen Sicherheitsblockierung und die Vor­ steuerventile 92, 93 der hydraulisch-mechanischen Sicher­ heitsklemmung erregt werden, damit sie ihre Schaltstel­ lung gemäß Fig. 5 einnehmen. Wenn der dann anstehende Druck sowohl die hydraulisch entsperrbaren Rückschlag­ ventile 75 der hydraulischen Sicherheitsblockierung entsperrt, d. h. geöffnet und den Klemmkolben 83 aus seiner Klemmstellung angehoben hat, kann der Linear- Stellantrieb über das Servoventil 61 und eine nicht dargestellte Regelelektronik erneut positioniert werden.

Claims (16)

1. Elektrohydraulischer oder elektropneumatischer Linear- Stellantrieb mit einem in einem Zylindergehäuse axial verschiebbaren Kolben, der das Zylindergehäuse in zwei Zylinderkammern unterteilt, die zur Positionierung des Kolbens wechselweise mit Druck beaufschlagbar und drucklos machbar sind, und mit einer hydraulischen oder pneumatischen Sicherheits-Blockiereinrichtung zur Blockierung des Kolbens in der eingenommenen Stellung im Störfall, wobei für die hydraulische oder pneumatische Sicherheitsblockierung in die Druckmittelverbindung zu den von den Stirnflächen des Kolbens begrenzten Zylinderkammern und dem jeweiligen Ausgangsanschluß je ein hydraulisch oder pneumatisch entsperrbares Rückschlagventil mit einem Steueranschluß eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung des Kolbens (3) über ein elektromagnetisches Servoventil (61) durchführbar ist, daß der Steueranschluß (78) der Rückschlagventile (75) über (ein) elektromagnetische(s) Vorsteuerventil(e) (79, 80) mit einer hydraulischen oder pneumatischen Energiequelle (P) oder mit einem drucklosen Tank (T) bzw. mit der Atmosphäre verbindbar ist und daß das (die) Vorsteuerventil(e) (79, 80) in erregtem Zustand die Verbindung zwischen der Energiequelle (P) und dem Steueranschluß (78) der Rückschlagventile (75) öffnet (öffnen) und die Verbindung zwischen dem Steueranschluß (78) und dem Tank (T) oder der Atmosphäre schließt (schließen).

2. Linear-Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetischen Vorsteuerventile (79, 80) zwei 2/2-Wegesitzventile sind, von denen das eine (79) zwischen der Energiequelle (P) und den hydraulischen oder pneumatischen Steueranschlüssen (78) der Rückschlagventile (75) und das andere (80) zwischen den hydraulischen oder pneumatischen Steueranschlüssen (78) und dem drucklosen Tank (T) oder der Atmosphäre angeordnet ist.

3. Linear-Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorsteuerventil ein elektromagnetisches 3/2-Wegesitzventil ist.

4. Linear-Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außer einer rein hydraulischen oder pneumatischen Sicherheits- Blockiereinrichtung (75, 79, 80) eine davon unabhängig arbeitende, hydraulisch oder pneumatisch betätigbare, mechanische Sicherheits-Klemmeinrichtung (81, 83, 92, 93) vorgesehen ist.

5. Linear-Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrau­ lisch- oder pneumatisch-mechanische Sicherheits- Klemmeinrichtung aus einem in einer Zylinderbohrung (82) senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens (3) des Stellantriebs verschiebbaren Klemmkolben (83) be­ steht, dessen Stirnfläche (84) durch Federkraft (88) an den Umfang des Kolbens (3) des Stellantriebs kraft- und formschlüssig andrückbar ist und der durch Druck­ mittelbeaufschlagung gegen die Federkraft (88) von dem Kolben (3) abhebbar ist.

6. Linear-Stellantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Klemmkolben als Stufen-Klemmkolben (83) ausgebildet ist, dessen Ringfläche (86) gegen eine Federkraft (88) mit Druckmittel beaufschlagbar ist.

7. Linear-Stellantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Produkt aus der hydraulisch oder pneumatisch beaufschlagbaren (Ring-)Fläche (86) des (Stufen-)Klemmkolbens (83) und dem darauf aufbring­ baren Druck (p · A) größer ist als die Federkraft (88) plus einer Reservekraft.

8. Linear-Stellantrieb nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (84) des (Stufen-)Klemmkolbens (83) der Umfangsfläche des Kolbens (3) des Stellantriebs für eine kraft- und formschlüssige Anlage angepaßt ist.

9. Linear-Stellantrieb nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (84) des (Stufen-)Klemmkolbens (83) ein Zahnprofil (85) auf­ weist, das mit einem entsprechenden Zahnprofil am Kolben (3) des Stellantriebs in Eingriff bringbar ist.

10. Linear-Stellantrieb nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der (Stufen-)Klemmkolben (83) auf der seiner Stirnfläche (84) abgewandten Seite eine Kolbenstange (89) trägt, deren Stirn­ fläche an einem den Abschlußdeckel (91) der Zylinder­ bohrung (82) durchragenden Stift (90) anliegt.

11. Linear-Stellantrieb nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelbeaufschla­ gung des (Stufen-)Klemmkolbens (83) über (ein) Vor­ steuerventil(e) (92, 93) steuerbar ist, über die (das) der von der Beaufschlagungsfläche (Ringfläche) (86) des (Stufen-)Klemmkolbens (83) begrenzte Raum ent­ weder mit einer hydraulischen oder pneumatischen Energiequelle (P) oder mit einem drucklosen Tank (T) bzw. mit Atmosphäre verbindbar ist.

12. Linear-Stellantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorsteuerventile (92, 93) zwei elek­ tromagnetische 2/2-Wegesitzventile sind, von denen das (92) zwischen der Energiequelle (P) und dem Raum der Beaufschlagungs-(Ring-)fläche (86) des (Stufen-) Klemmkolbens (83) in erregtem Zustand geöffnet und das (93) zwischen diesem Raum und dem drucklosen Tank (T) oder der Atmosphäre in erregtem Zustand ge­ schlossen ist.

13. Linear-Stellantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Vorsteuerventil ein elektromagne­ tisches 3/2-Wegesitzventil ist.

14. Linear-Stellantrieb nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Servoventil (61) zur Positionierung des Stellantriebs und die Rückschlagventile (75) und Vorsteuerventile (79, 80) der rein hydraulischen oder pneumatischen Sicherheits­ blockiereinrichtung in einem seitlich am Gehäuse (1) des Stellantriebs montierbaren Ventilgehäuse (50) untergebracht sind und die hydraulisch- oder pneu­ matisch-mechanische Sicherheits-Klemmeinrichtung (81, 83, 92, 93) in einem ebenfalls seitlich am Gehäuse (1) des Stellantriebs angebrachten Gehäuse (81) unter­ gebracht ist, wobei die Druckmittelverbindungen durch Längs- und Querbohrungen in den Gehäusen (1, 50, 81) hergestellt sind.

15. Linear-Stellantrieb nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (81) der hydraulisch-mecha­ nischen Sicherheits-Klemmeinrichtung (81, 83, 92, 93) einstückig mit dem Gehäuse (1) des Stellantriebs aus­ gebildet ist.

16. Linear-Stellantrieb nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse (50) des Servo­ ventils (61) und der rein hydraulischen oder pneu­ matischen Sicherheits-Blockiereinrichtung mit dem Ge­ häuse (1) des Stellantriebs verschraubt ist und zu seiner Zentrierung eine Ausnehmung (52) aufweist, in die ein seitlich aus dem Gehäuse (1) des Stell­ antriebs herausragender Befestigungsflansch (16) paßt.