DE4012890A1

DE4012890A1 - Steuereinrichtung fuer den arbeitskolben eines druckmittelbetaetigten stellmotors

Info

Publication number: DE4012890A1
Application number: DE19904012890
Authority: DE
Inventors: Alfred Marian; Hans-Juergen Poeting
Original assignee: Paul Pleiger Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Paul Pleiger Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 1990-04-23
Filing date: 1990-04-23
Publication date: 1991-10-24
Anticipated expiration: 2010-04-24
Also published as: DE4012890C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß vorbestimmte Zwischenstellungen des Arbeitskolbens zuverlässig eingestellt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Durch das von einem vorwählbaren Steuerdruck beaufschlagbare Steuerelement, das relativ zum Steuerschieber zum Absperren und Freigeben der Zu- und Ablaufleitungen verschiebbar ist, wobei durch die Verstellung des Steuerschiebers in Abhängigkeit von der Bewegung des Arbeitskolbens wiederum eine Relativverstellung zwischen Steuerschieber und Steuerelement erfolgt, kann durch die Wahl des Steuerdrucks eine bestimmte Zwischenstellung des Arbeitskolbens angefahren werden, wobei bei Erreichen dieser Zwischenstellung der Arbeitskolben selbsttätig die Steuereinrichtung wieder abschaltet, so daß er in dieser Zwischenstellung stehenbleibt.

Bei dieser Bauweise ist es in einfacher Weise möglich, auch eine zuverlässige Anzeige der Zwischenstellungen des Arbeitskolbens zu erhalten, wenn in dem Steuerelement und in dem Steuerschieber Durchflußkanäle mit geringem Querschnitt vorgesehen werden, die während der Stellbewegung des Arbeitskolbens die Steuerleitung mit der Rücklaufleitung verbinden, während in einer Ruhestellung des Arbeitskolbens diese Verbindung unterbrochen ist. Dieser Durchfluß von der Steuer- zur Rücklaufleitung bzw. die Unterbrechung dieses Durchflusses kann durch eine an sich bekannte Anzeigevorrichtung festgestellt und für die Anzeige der Stellung des Arbeitskolbens ausgewertet werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in einem teilweisen Längsschnitt einen Stellmotor mit einer darauf angebrachten Steuereinrichtung,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung von zwei Stellmotoren, und

Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Schaltung von Stellmotoren.

In Fig. 1 ist mit 1 der Arbeitskolben eines allgemein mit 2 bezeichneten Stellmotors bezeichnet. Der Kolben 1 ist in einem Zylinder 3 verschiebbar und mit einem Zahnstangenabschnitt 4 versehen, der mit einem Ritzel in Eingriff steht, das auf der Welle einer Ventilklappe, eines Kugelhahns oder dergleichen angeordnet ist. Der Arbeitskolben 1 ist mit einer Ausnehmung 5 versehen, in die ein Hebel 6 über eine Rolle 7 eingreift, deren Durchmesser so ausgelegt ist, daß sie spielfrei in der Ausnehmung 5 senkrecht zur Achse des Kolbens 1 gleiten kann. Am gegenüberliegenden Ende ist der Hebel 6 bei 8 verschwenkbar gelagert, wobei dieses Ende des Hebels gabelförmig ausgebildet ist. Nahe der Anlenkstelle 8 ist der Hebel 6 mit Mitnehmerstiften 9 versehen, die auf dem gabelförmigen Abschnitt diametral gegenüberliegend von einem stangenförmig ausgebildeten Steuerschieber 10 angeordnet sind und in eine senkrecht zur Achse des Steuerschiebers verlaufende Nut 11 eingreifen. Bei einer Schwenkbewegung des Steuerhebels 6 um die Anlenkstelle 8 wird somit der Steuerschieber 10 parallel zum Kolben 1 mit dessen Stellbewegung verstellt.

Der Steuerschieber 10 ist in einer Steuerhülse 12 verschiebbar angeordnet, die in einer Bohrung eines auf dem Zylinder 3 fest montierten Gehäuses 13 verschiebbar ist. Auf der einen Seite ist die Steuerhülse 12 von einer Druckfeder 14 beaufschlagt, die sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an einem aufgesetzten Teil 13′ des Gehäuses abstützt. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Steuerhülse 12 von einem Steuerdruck P_S beaufschlagbar, der über eine Leitung 15 im Gehäuse 13 anlegbar ist, die in eine Kammer 41 führt, in die die Steuerhülse 12 hineinragt.

Die Steuerhülse 12 und der Steuerschieber 10 sind mit Steuerkanten bzw. Ringnuten und Leitungen versehen, die durch eine Relativbewegung zwischen Steuerschieber 10 und Steuerhülse 12 abgesperrt und freigegeben werden können. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Steuerschieber 10 beiderseits der Mitte mit jeweils einer Ringnut 16 bzw. 16′ versehen, die jeweils eine Steuerkanten 17 und 18 aufweisen. In der in Fig. 1 dargestellten linken Endstellung des Arbeitskolbens 1 überdeckt die linke Steuerkante 17 die Mündung einer in Längsrichtung durch die Steuerhülse 12 führenden Druckmittelleitung 19, die über einen radialen Verbindungsabschnitt 20 in der Steuerhülse 12 mit einer Ringnut 21 im Gehäuse 13 in Verbindung steht, in die eine im Gehäuse 13 ausgebildete Druckmittelleitung 22 mündet, über die ein Druck P_B für die Beaufschlagung des Arbeitskolbens 1 zugeführt wird. Im Bereich der Ringnut 16 bzw. 16′ ist im Gehäuse 13 eine Ringnut mit einer Verbindungsleitung 23 bzw. 23′ ausgebildet, die über eine Leitung 24 bzw. 24′ im Zylinder 3 zur jeweiligen Stirnseite des Arbeitskolbens 1 führt. Eine radiale Bohrung 25 in der Steuerhülse 12 verbindet die Ringnut 16 mit der Leitung 23, 24.

Die jeweils innenliegende Steuerkante 18 bzw. 18′ des Steuerschiebers 10 wirkt mit einer Ausnehmung 26 in der Steuerhülse 12 zusammen, um eine Verbindung mit einer Bohrung 27 herzustellen, die mit der Rücklaufleitung T verbunden ist.

Die Steuerdruckleitung 15 und die Druckmittelleitung 22 sind durch eine Verbindungsleitung 28 im Gehäuse 13 miteinander verbunden, in der ein Rückschlagventil 29 angeordnet ist, das von der Steuerdruckleitung zur Druckmittelleitung 22 einen Durchlaß freigeben kann und in der Gegenrichtung absperrt. In der Druckmittelleitung 22 ist ferner ein Rückschlagventil 30 angeordnet, das eine Rückströmung in der Druckmittelleitung 22 verhindert.

Die Druckfeder 14 ist so ausgelegt, daß bei einem Steuerdruck null die Steuerhülse 12 und der Steuerschieber 10 sich in der dargestellten Stellung in Fig. 1 befinden, bei der die Steuerkanten 17 bzw. 17′ die Druckmittelzufuhr absperren und sich der Arbeitskolben 1 in der linken Endstellung im Zylinder 3 befindet. Da alle Steuerkanten abgedeckt sind, kann weder von der Druckmittelleitung 22 noch von der Steuerdruckleitung 15 ein Durchfluß zum Rücklaufanschluß 27 stattfinden. Wird durch die Steuerdruckleitung 15 ein bestimmter Steuerdruck angelegt, der zwischen 0 und 20 bar liegen kann, so wird die Steuerhülse 12 gegen die Druckfeder 14 um einen bestimmten Betrag nach rechts verschoben. Hierbei liegt dieser Steuerdruck zwar auch auf der Stirnseite des Steuerschiebers 10 an, jedoch wird dieser dadurch nicht verschoben weil Reibung und Hebelwirkung am Steuerhebel 6 einen zu hohen Widerstand entgegensetzen. Durch die Verschiebung der Steuerhülse 12 relativ zum Steuerschieber 10 gibt die Steuerkante 17 die Druckmittelleitung 19 frei, so daß das Druckmittel von der Druckmittelleitung 22 über die Leitungen 19, 23 und 24 auf die linke Stirnseite des Arbeitskolbens 1 gelangen kann, wodurch dieser aus der Endstellung nach rechts bewegt wird. Gleichzeitig gibt die Steuerkante 18′ am Steuerschieber 10 die Ausnehmung 26 an der Steuerhülse 12 frei, so daß von der rechten Stirnseite des Arbeitskolbens 1 über die Leitungen 24′, 23′ ein Rückfluß zur Rücklaufleitung 27 bzw. T erfolgen kann.

Während der so eingeleiteten Stellbewegung des Arbeitskolbens 1 wird über den Hebel 6 der Steuerschieber 10 nach rechts bewegt, bis die Steuerkante 17 den weiteren Zustrom von Druckmittel absperrt, wobei der Steuerschieber 10 relativ zur Steuerhülse 12 über den Hebel 6 verschoben wird. Sobald durch die Steuerkante 17 der weitere Zustrom von Druckmittel abgesperrt ist, bleibt der Arbeitskolben 1 in der erreichten Stellung stehen. Die Druckfeder 14 ist so ausgelegt, daß der Arbeitskolben 1 bei einem Steuerdruck P_S von 20 bar die rechte Endstellung erreicht. Durch einen Steuerdruck zwischen 0 und 20 bar können verschiedene Zwischenstellungen angefahren und gehalten werden.

Der gleiche Vorgang läuft bei einer Verstellbewegung des Arbeitskolbens 1 von der rechten in die linke Endstellung ab, wobei lediglich der Steuerdruck P_S entsprechend reduziert wird, um eine bestimmte Zwischenstellung zu erreichen. Hierbei erfolgt ein Rücklauf über die Leitungen 24, 23, wenn die Steuerkante 18 die Absperrung zwischen der Ringnut 16 und der Ausnehmung 26 freigibt.

Der Steuerschieber 10 ist mit einer Längsbohrung 31 versehen, die mit einem Ende im Bereich der Ausnehmung 26 in der Steuerhülse 12 mündet und mit dem anderen Ende in der dargestellten Stellung zwischen zwei radialen Drosselbohrungen 32 in der Steuerhülse 12 liegt. So lange die Steuerkante 17 bzw. 17′ den Zufluß von Druckmittel freigibt, also eine Bewegung des Arbeitskolbens 1 noch stattfindet, ist auch eine Verbindung zwischen der Rücklaufleitung 27 über die Bohrung 31 im Steuerschieber 10 und eine der radialen Bohrungen 32 geringen Querschnitts mit der Steuerdruckseite vorhanden, so daß von der Steuerdruckleitung 15 ein geringer Durchfluß zur Rücklaufleitung T bzw. 27 erfolgt. Diese Verbindung wird abgesperrt, sobald der Arbeitskolben 1 in einer Zwischen- oder Endstellung stehenbleibt. Dieser Durchfluß zur Rücklaufleitung während der Stellbewegung des Arbeitskolbens 1 wird über an sich bekannte Elemente in mechanische oder elektrische Signale umgewandelt, die dann die Stellbewegung des Kolbens und das Erreichen der gewählten Stellung anzeigen, wenn der Durchfluß unterbrochen wird. Eine derartige Anzeigeeinrichtung ist beispielsweise in der DE-OS 35 06 331 beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung mit zwei Schwenktrieben bzw. Stellmotoren 2, wobei die Funktion der Steuereinrichtung bei 13 schematisch angedeutet ist. Die beiden Steuereinrichtungen sind jeweils mit einer Ringleitung P_B verbunden, die von einer Pumpe 33 mit Druckmittel von beispielsweise maximal 180 bar versorgt wird. Ferner sind die Steuereinrichtungen mit einer Ringleitung T verbunden, die als Rücklaufleitung dient. Mit 34 ist eine Pumpe bezeichnet, die den Steuerdruck erzeugt, wobei jeweils über ein von Hand einstellbares Ventil 35 eine Leitung zum Steuerdruckanschluß 15 jeder Steuereinrichtung führt. Mit 36 sind Proportional- Druckminderventile bezeichnet, die den von der Pumpe 34 erzeugten Druck auf den Steuerdruck von 0 bis 20 bar reduzieren. Mit 37 ist ein elektrisch betätigtes Ventil bezeichnet, das zwischen den Ventilen 35 und 36 und an die Druckleitung von der Pumpe 34 angeschlossen ist.

Der Vorteil dieser Anordnung nach Fig. 2 liegt darin, daß alle vorhandenen Stellmotore an die Ringleitungen P_B und T angeschlossen werden können. Die unterhalb der Trennlinie 38 angeordneten Elemente können in einem Schaltschrank untergebracht werden, von dem aus nur Steuerleitungen mit geringem Querschnitt zu den einzelnen Stellmotoren 2 zu verlegen sind. Bei Störungen an der Pumpe 33 oder bei Bruch einer Ringleitung kann über das Ventil 37 eine Notbetätigung der einzelnen Stellmotore über den Steueranschluß 15 und die Verbindungsleitung 28 (Fig. 1) in eine Sicherheitsstellung vorgenommen werden. Hierbei schließt das Rückschlagventil 30 die zur Ringleitung führende Druckmittelleitung 22 ab.

Fig. 3 zeigt eine andere Schaltungsanordnung, bei der eine gesonderte Pumpe für den Steuerdruck entfällt. Gleiche bzw. entsprechende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 versehen. Das Proportional-Druckminderventil 36 arbeitet bei dieser Ausführungsform im Bereich von 100 bis 120 bar, wenn 100 bar zur Betätigung des Stellmotors ausreichen, statt im Bereich von 0 bis 20 bar wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2. Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 entfällt die Verbindungsleitung 28 mit den Rückschlagventilen 29 und 30 in der Steuereinrichtung 13. Der von der Pumpe 39 erzeugte Druck von maximal 180 bar wird über die Proportional-Druckminderventile 36 auf 100 bis 120 bar reduziert und sowohl an den Steuerdruckanschluß 15 als auch an den Druckmittelanschluß 22 der Steuereinrichtung 13 gegeben. Als Ringleitung kann hierbei nur die T-Leitung ausgeführt werden. Vom Schaltschrank aus muß zu jedem Stellmotor nur eine Leitung 40 gezogen werden, die zugleich Steuer- und Druckleitung ist.

Die Stellungsvorwahl durch Einstellung des Steuerdrucks und die Stellungsanzeige ist bei den Schaltungsanordnungen nach Fig. 2 und 3 gleich.

Es sind verschiedene Abwandlungen der beschriebenen Bauweise möglich. So kann der Arbeitskolben 1 starr über einen Steuerhebel 6 mit dem Steuerschieber 10 verbunden sein, um diesen während der Stellbewegung des Kolbens zu verstellen, jedoch wird vorzugsweise der in Fig. 1 wiedergegebene, bei 8 angelenkte Schwenkhebel 6 vorgesehen, weil sich hierdurch ein kürzerer Verstellhub des Steuerschiebers 10 ergibt.

Auch ist es möglich, anstelle der Steuerhülse 12 ein in anderer Weise ausgebildetes Steuerelement vorzusehen, das einerseits durch den Steuerdruck entgegen der Federkraft relativ zum Steuerschieber 10 verstellbar ist, während andererseits der Steuerschieber 10 durch den Hub des Arbeitskolbens 1 relativ zu diesem Steuerelement verstellbar ist.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 kann in der Steuereinrichtung nach Fig. 1 der äußere Abschnitt der Leitung 15 entfallen, während die Verbindungsleitung 28 beibehalten wird, so daß der von der Pumpe 39 erzeugte Druck nur an den Druckmittelanschluß 22 angelegt zu werden braucht. Die Rückschlagventile 29, 30 entfallen hierbei und die Kammer 41 wird über den Druckmittelanschluß 22 mit Druckmittel versorgt.

Gegenüber bekannten Einrichtungen wird durch die erfindungsgemäße Bauweise ein beachtlicher Teil an Leitungen eingespart, da Druck- und Rücklaufleitung als Ringleitung ausgeführt werden können und zu jedem Antrieb nur eine Niederdruck-Steuerleitung (0-20 bar) von kleiner Nennweite geführt werden muß, wie Fig. 2 zeigt. Auch bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ist die Leitungsführung zu den einzelnen Antrieben auf jeweils eine Druckmittelleitung 40 beschränkt.

Claims

1. Steuereinrichtung für den Arbeitskolben eines druckmittelbetätigten Stellmotors, mit einem Zylinder, in dem Leitungen für den Zu- und Ablauf des Druckmittels ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (1) mit einem Steuerschieber (10) verbunden ist, der durch die Stellbewegung des Arbeitskolbens (1) relativ zu einem Steuerelement (12) bewegbar ist, das gegen die Kraft einer Feder (14) von einem Steuerdruck (P_S) beaufschlagbar und relativ zu dem Steuerschieber (10) bewegbar ist, wobei am Steuerschieber (10) Steuerkanten (17, 18) zum Absperren und Freigeben von durch das Steuerelement (12) führenden Leitungen (19, 26) für den Zu- und Ablauf des Druckmittels ausgebildet sind.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (1) durch einen verschwenkbar gelagerten Steuerhebel (6) mit dem Steuerschieber (10) verbunden ist.

3. Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Steuerdruck (P_S) beaufschlagbare Steuerelement als Steuerhülse (12) ausgebildet ist, die den Steuerschieber (10) umgibt und in einer Bohrung eines Gehäuses (13) verschiebbar geführt ist.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) mit Steuerschieber (10) und Steuerhülse (12) auf dem Zylinder (3) des Stellmotors (2) montiert ist.

5. Steuereinrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet,
daß Durchflußkanäle (31, 32) im Steuerschieber (10) und in der Steuerhülse (12) so ausgebildet sind, daß während der Stellbewegung des Arbeitskolbens (1) die Steuerdruckleitung (15) mit der Rücklaufleitung (27) durch diese Durchflußkanäle (31, 32) verbunden ist,
und daß in einer Ruhestellung des Arbeitskolbens (1) durch eine Relativbewegung zwischen Steuerschieber (10) und Steuerhülse (12) diese Verbindung unterbrochen ist.

6. Steuereinrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklaufanschluß (27) und der Druckmittelanschluß (22) jeweils an eine Ringleitung (T, P_B) angeschlossen sind, während der Steueranschluß (15) mit einer zu einer Steuerdruckpumpe (34) führenden Leitung verbunden ist. (Fig. 2)

7. Steuereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Druckmittelanschluß (22) und Steuerdruckanschluß (15) eine Verbindungsleitung (28) vorgesehen ist, wobei ein Rückschlagventil (30) in der Druckmittelleitung und ein Rückschlagventil (29) in dieser Verbindungsleitung (28) angeordnet sind.

8. Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Druckmittelanschluß (22) und Steuerdruckanschluß (15) gemeinsam mit einer Druckmittelleitung (40) verbunden sind, während der Rücklaufanschluß (27) mit einer Ringleitung (T) verbunden ist. (Fig. 3)