DE4117735C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Ober­ begriff von Patentanspruch 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art für einen mit Druckluft betriebenen Stellmotor (FR-PS 13 97 486) sind die beiden Mittellagen-Steueranschlüsse in einem größeren Abstand zueinander als die Steuerkanten angeordnet, so daß die Steuer­ anschlüsse in der mittleren Hubstellung des Arbeitskolbens mit jeweils einer zugehörigen Arbeitsdruckkammer offen verbunden sind. Andererseits sind die beiden Mittellagen-Steueranschlüsse über ein Wechselsperrventil so mit einem in sich geschlossenen Expansionsgefäß verbunden, daß in der mittleren Hubstellung des Arbeitskolbens die mit der Druckquelle verbundene Arbeits­ druckkammer offen mit dem Expansionsgefäß verbunden, dagegen die andere Arbeitsdruckkammer gegenüber dem Wechselsperrventil abgesperrt ist. Um den Arbeitskolben in der mittleren Hubstel­ lung positionieren zu können, muß eine Verrastung verwendet werden, welche zusätzlich zur Haltefunktion bei drucklosem Zu­ stand eine Bremsfunktion für den Arbeitskolben erfüllen muß, da eine Bremsung allein durch den Arbeitsdruck nicht erreichbar ist. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist es weiterhin erfor­ derlich, den Arbeitsdruck bei Erreichen der mittleren Hubstel­ lung rechtzeitig abzuschalten, bevor das Expansionsgefäß gefüllt ist, da sonst der Arbeitskolben sich wieder in Bewegung setzt und die mittlere Hubstellung wieder verläßt. Ein Expan­ sionsgefäß mit unendlich großem Volumen, oder das Entlasten der zugehörigen Druckleitung nach Atmosphäre hätte zur Folge, daß der Arbeitskolben die mittlere Hubstellung nicht mehr verlassen könnte.

Bei einer bekannten gattungsfremden Vorrichtung (DE-PS 7 12 340) zum Steuern eines Druckmittel-Stellmotores der Axialkolben- Bauart sind am Umfang des Arbeitskolbens zwei axial nebenein­ ander liegende, zur Kolbenachse konzentrische ringförmige Steuerkammern zur Positionierung des Arbeitskolbens in zwei verschiedenen mittleren Hubstellungen ausgebildet, welche durch je eine Steuerbohrung im Arbeitskolben mit der jeweils zu der anderen Steuerkammer benachbart liegenden Arbeitsdruckkammer verbunden sind. Dadurch ist der Aufbau des Arbeitskolbens sowie die Druckzufuhr zum Arbeitszylinder kompliziert, ebenso der Aufbau des die Druckzufuhr steuernden Ventiles.

Aus der US-PS 33 12 146 ist eine gattungsfremde Vorrichtung zum Steuern der Hubstellung eines Druckmittel-Stellmotors der Axialkolben-Bauart bekannt, bei welcher der Arbeitskolben in seiner Hubmittelstellung zusätzlich durch zwei Hilfskolben festgelegt ist, welche jeweils in einer der beiden von der durchgehenden Kolbenstange des Arbeitskolbens durchsetzten Arbeitsdruckkammern angeordnet sind. Die Hilfskolben sind sowohl gegenüber dem Arbeitszylinder als auch gegenüber dem Arbeitskolben derart verschiebbar angeordnet, daß der Arbeitskolben in seinen Hubendstellungen jeweils über den zugehörigen, durch Vermittlung eines 5/3-Wege-Steuerventiles hierbei druckentlasteten Hilfskolben am Arbeitszylinder - dagegen in seiner Hubmittelstellung durch die hierbei über das Steuerventil druckbeaufschlagten Hilfskolben abgestützt ist. Der in den Hubendstellungen jeweils in der unter Arbeitsdruck stehenden Arbeitsdruckkammer angeordnete andere Hilfskolben liegt unter Entkoppelung vom Arbeitskolben an einem die Hubmittelstellung festlegenden Gehäuseanschlag an, wobei eine Steuerkante am Hilfskolben den zugehörigen, unter Umgehung des Steuerventiles ständig mit der druckentlasteten Rücklaufleitung verbundenen Mittellagen-Steueranschluß des Arbeitszylinders gegenüber seiner Arbeitsdruckkammer absperrt. Durch die Hilfskolben sind der bauliche Aufwand erhöht sowie der nutzbare Hub des Arbeitskolbens wie auch der nutzbare Querschnitt des Arbeitszylinders verringert.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zum Steuern der Hubstellung eines Druckmittel-Stellmotors der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß ein mit hydraulischem Arbeitsmittel betriebener Stellmotor der Axialkolben-Bauart mit einfachen, aber funktionssicheren Mitteln in einer mittleren Hubstellung positioniert werden kann.

Diese Aufgabe ist in vorteilhafter Weise mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.

Die Vorrichtung nach der Erfindung zeichnet sich insbesondere durch eine einfache und funktionssichere Ansteuerung in bezug auf das Anfahren und Halten der Hubmittelstellung durch den Arbeitskolben aus. Bei der Vorrichtung nach der Erfindung werden beide Endlagen-Steueranschlüsse synchron mit Druck beaufschlagt und dabei beide Mittellagen-Steueranschlüsse zum Atmosphärendruck geöffnet. Befindet sich der Arbeitskolben in einer der Hubendstellungen, so wird das über den der anderen Hubendstellung zugehörigen Endlagen-Steueranschluß zugeführte Drucköl über einen oder beide Mittellagen-Steueranschlüsse zu dem druckentlasteten Rücklauf abgeführt. Durch die hierbei am Arbeitskolben auftretende Druckdifferenz in den beiden Ar­ beitsdruckkammern wird der Arbeitskolben soweit verschoben, bis er die beiden Mittellagen-Steueranschlüsse mit seinen Steuer­ kanten verschließt und sich am Arbeitskolben Druckgleichgewicht einstellt. Die Druckkräfte der beiden Arbeitsdruckkammern hal­ ten den Arbeitskolben in seiner Hubmittelstellung.

Für die Hubbewegungen des Arbeitskolbens zwischen den drei po­ sitionierbaren Kolbenstellungen ist eine Abstimmung von im Be­ reich der Steueranschlüsse in den Druckleitungen angeordneten Drosselwiderständen getroffen.

Durch die Verrastung des Arbeitskolbens kann der Druck an den Endlagen-Steueranschlüssen nach einer beliebigen Zeit abge­ schaltet werden. Dies hat den Vorteil, daß das gesamte Gang­ wechsel-Steuersystem drucklos ist und somit keine Leckagen aufweist.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung müssen nur drei Druck­ leitungen zwischen Arbeitszylinder und Schaltventil gesteuert werden, weil die beiden Mittellagen-Steueranschlüsse mit einer gemeinsamen Druckleitung, welche zum Schaltventil führt, ver­ bunden werden können. Besondere Steuerkammern sind am Arbeits­ kolben bei der Vorrichtung nach der Erfindung nicht erforder­ lich, um die Hubmittelstellung zu positionieren.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von zwei in der Zeichnung schematisch darge­ stellten Ausführungsformen.

In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 eine Vorrichtung nach der Erfindung in der ersten Ausführungsform nach Art eines hydraulischen Blockschaltbildes, und

Fig. 2 den Stellmotor der Vorrichtung von Fig. 1 in Einzeldarstellung mit einer Variante der Ausbil­ dung der Mittellagen-Steueranschlüsse.

Ein Stellmotor 10 der Axialkolben-Bauart weist einen Arbeits­ zylinder 5 auf, in welchem in der üblichen Weise ein an einer durchgehenden Kolbenstange 34 befestigter Arbeitskolben 11 axial verschiebbar aufgenommen ist, welcher den Zylinderinnen­ raum in zwei Arbeitsdruckkammern 3 und 4 unterteilt sowie in zwei Hubendstellungen 7 und 8 sowie in eine Hubmittelstellung 9 durch ein 5/3-Wegeventil 28 steuerbar ist.

Im Bereich der ersten Hubendstellung 7 mündet in die Arbeits­ druckkammer 3 ein erster Endlagen-Steueranschluß 6 des Ar­ beitszylinders 5, welcher durch eine zugehörige erste Steuer­ kante 13 am Umfang des Arbeitskolbens 11 abgesperrt wird, kurz bevor der Arbeitskolben am betreffenden Zylinderende metallisch anschlagen kann. Der erste Endlagen-Steueranschluß 6 ist durch eine Druckleitung 35 mit einem Ventilanschluß des 5/3- Wegeventiles 28 verbunden.

Im Bereich der zweiten Endstellung 8 mündet in die andere Ar­ beitsdruckkammer 4 ein zweiter Endlagen-Steueranschluß 12 des Arbeitszylinders 5, welcher durch eine zugehörige zweite Steu­ erkante 14 am Umfang des Arbeitskolbens 11 abgesperrt wird, kurz bevor der Arbeitskolben am betreffenden anderen Zylinder­ ende metallisch anschlagen kann. Der zweite Endlagen-Steueranschluß 12 ist durch eine Druckleitung 36 mit einem Ventilanschluß des 5/3-Wegenventiles 28 verbunden.

Im Bereich der Hubmittelstellung 9 münden zwei Mittellagen- Steueranschlüsse 15 und 16 in den Innenraum des Arbeitszylin­ ders 5, welche an eine gemeinsame Druckleitung 37 angeschlossen sind, die zu einem Ventilanschluß des 5/3-Wegeventiles 28 führt. Die beiden Mittellagen-Steueranschlüsse 15 und 16 sind in ihrer Anordnung sowohl zueinander als auch gegenüber den Steuerkanten 13 und 14 so abgestimmt, daß der Arbeitskolben 11 in seiner Hubmittelstellung 9 beide Mittellagen-Steueran­ schlüsse 15 und 16 gegenüber den Arbeitsdruckkammern 3 und 4 absperrt, dagegen bei seiner Verlagerung aus der Hubmittelstellung 9 heraus einen der beiden Steueranschlüsse 15 und 16 bereits nach einem kleinen Hub mit der jeweils expan­ dierenden Arbeitsdruckkammer verbindet.

Zwischen den Steueranschlüssen 6, 12, 15 und 16 einerseits und dem 5/3-Wegeventil 28 andererseits ist jeweils ein in der zu­ gehörigen Druckleitung vorgesehener Drosselwiderstand 27 wirkungsmäßig angeordnet.

Während bei der Ausführungsform der Fig. 1 zwei Einzelan­ schlüsse 15 und 16 mit je einem Drosselwiderstand 27 für die Mittellagen-Steueranschlüsse verwendet sind, ist bei der Aus­ führungsform der Fig. 2 eine axiale Steuernut 38 an der In­ nenwand des Arbeitszylinders 5 vorgesehen, deren zwei endseitige radiale Begrenzungen als Steuerkanten 15a und 16a mit den Steuerkanten 13 und 14 in der gleichen Weise zusammen­ arbeiten wie die Einzelanschlüsse 15 und 16 in Fig. 1.

Im übrigen sind die beiden Ausführungen der Fig. 1 und 2 identisch.

Die Kolbenstange 34 ist für jede der Kolbenstellungen 7 bis 9 mit je einer Raste 39 versehen, in welche eine federbelastete Rastenkugel 40 eingreift.

An das 5/3-Wegeventil 28 sind weiterhin eine zu einem druck­ entlasteten Vorratsbehälter 20 führende Rücklaufleitung 21 und eine von einer nicht mehr dargestellten Druckquelle gespeiste Druckleitung 22 angeschlossen.

Das 5/3-Wegeventil 28 ist durch je ein elektromagnetisches Stellglied 32 bzw. 33 in zwei Ventilstellungen 24 und 25 sowie durch federnde Mittel 29 und 30 in eine mittlere Ventilstellung 31 betätigbar.

In das 5/3-Wegeventil 28 ist eine Absperrventilfunktion in Form eines inneren Ventildurchganges 19 integriert, welcher die ge­ meinsame Druckleitung 37 der Mittellagen-Steueranschlüsse 15 und 16 bzw. 15a und 16a gegenüber der Rücklaufleitung 21 in einer ersten Ventilstellung 17 öffnet - dagegen in einer zweiten Ventilstellung 18 absperrt.

In das 5/3-Wegeventil 28 ist weiterhin eine Schaltventilfunk­ tion für die Hubmittelstellung 9 des Arbeitskolbens 11 in Form eines inneren Ventildurchganges 26 integriert, welcher in einer ersten Ventilstellung - welche mit der Ventilstellung 31 des 5/3-Wegeventiles 28 übereinstimmt - eine offene Verbindung zwischen den Druckleitungen 22, 35 und 36 herstellt, d. h., die Endlagen-Steueranschlüsse 6 und 12 mit der Druckquelle verbin­ det. Diese Schaltventilfunktion in Form des Ventildurchganges 26 ist jedoch in einer noch möglichen zweiten Ventilstellung, welche der Ventildurchgang 26 in den Ventilstellungen 24 und 25 des 5/3-Wegeventiles 28 einnimmt, abgeschaltet.

Schließlich ist in das 5/3-Wegeventil 28 noch die übliche Schaltventilfunktion 23 für die beiden Hubendstellungen des Arbeitskolbens 11 integriert. In der durch das elektromagne­ tische Stellglied 32 geschalteten ersten Ventilstellung 24 der Schaltventilmittel 23 für die Hubendstellung 8 sind die Druck­ leitung 22 der Druckquelle mit der Druckleitung 35 der Ar­ beitsdruckkammer 3 und die Rücklaufleitung 21 mit der Druck­ leitung 36 der Arbeitsdruckkammer 4 verbunden. In der durch den Elektromagneten 33 geschalteten Ventilstellung 25 der Schalt­ ventilmittel 23 sind die Druckleitung 22 der Druckquelle mit der Druckleitung 36 der Arbeitsdruckkammer 4 und die Rücklauf­ leitung 21 mit der Druckleitung 35 der Arbeitsdruckkammer 3 verbunden.

In beiden letztgenannten Ventilstellungen 24 und 25 ist neben dem Ventildurchgang 26 (Schaltfunktion Hubmittelstellung 9) auch der Ventildurchgang 19 (Absperrfunktion) abgesperrt (Ven­ tilstellung 18).

Damit ergibt sich für die Vorrichtung nach der Erfindung fol­ gende Wirkungsweise:
Wenn beide Elektromagneten 32 und 33 stromlos sind, befindet sich das 5/3-Wegeventil 28 in seiner mittleren Ventilstellung 31 durch die Wirkung der federnden Mittel 29 und 30. Da beide Endlagen-Steueranschlüsse 6 und 12 mit der Druckquelle (Druck­ leitung 22) und beide Mittellagen-Steueranschlüsse 15 und 16 mit der Rücklaufleitung 21 verbunden sind, hat sich am Ar­ beitskolben 11 unter Einstellung des letzteren in die Hubmittelstellung 9 Druckgleichgewicht eingestellt.

Beim Erregen eines der Elektromagneten 32, 33 werden die Mit­ tellagen-Steueranschlüsse 15 und 16 über die gemeinsame Druck­ leitung 37 abgesperrt und der Arbeitskolben 11 in bekannter Weise in seine betreffende Hubendstellung 7 oder 8 über die Endlagen-Steueranschlüsse 6 und 12 gesteuert.

Wenn sich der Arbeitskolben 11 in einer seiner Hubendstellungen befindet, beispielsweise in der Hubendstellung 8 gemäß Fig. 1, und die Erregung des betreffenden Elektromagneten 32 abge­ schaltet wird, werden gemäß der Ventilstellung 31 beide Endla­ gen-Steueranschlüsse 6 und 12 mit der Druckquelle (Druckleitung 22) und beide Mittellagen-Steueranschlüsse 15 und 16 mit der Rücklaufleitung 21 verbunden. Dadurch ist die Arbeitsdruckkam­ mer 3 zumindest über den einen Mittellagen-Steueranschluß 15 ebenfalls mit der Rücklaufleitung 21 verbunden, so daß am Ar­ beitskolben 11 eine Druckdifferenz aus dem höheren Druck der nicht mit der Rücklaufleitung 21 verbundenen Arbeitsdruckkammer 4 und dem niedrigeren Druck der Arbeitsdruckkammer 3 resul­ tiert, welche den Arbeitskolben 11 in seine Hubmittelstellung 9 betätigt.

Die drei Ventilfunktionen 19 (Absperren), 23 (Endlagen-Steue­ rung) und 26 (Steuerung Hubmittelstellung) könnten auch mit gesonderten Schaltventilen realisiert sein, wenn sich der da­ durch erhöhte Steuerungsaufwand rechtfertigt.

Die Endlagen-Steueranschlüsse 6 und 12 sind jeweils durch einen gedrosselten Bypaß-Steueranschluß 6a und 12a mit dem Ende der zugehörigen Arbeitsdruckkammer 3 bzw. 4 verbunden, damit eine Druckbeaufschlagung des Arbeitskolbens auch in dessen Hubend­ stellungen zur Rückstellung in die Mittelstellung 9 ermöglicht ist.

In Fig. 2 ist noch eine Variante gestrichelt angedeutet, gemäß welcher in der Mittelstellung 9 die zusammenarbeitenden Steu­ erkanten-Paare 13/15b und 14/16b noch eine gedrosselte Verbindung zwischen der jeweiligen Arbeitsdruckkammer 3 bzw. 4 und der gemeinsamen Druckleitung 37 zulassen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Steuern der Hubstellung eines Druckmittel- Stellmotores der Axialkolben-Bauart,

• - mit einem durch einen doppelt wirkenden Arbeitskolben in eine erste Arbeitsdruckkammer und in eine zweite Arbeitsdruckkammer unterteilten Arbeitszylinder,
• - mit einem am Arbeitszylinder vorgesehenen ersten Endlagen- Steueranschluß, welcher im Bereich der zugehörigen ersten Hub­ endstellung des Arbeitskolbens in die erste Arbeitsdruckkammer einmündet,
• - mit einem am Arbeitszylinder vorgesehenen zweiten Endlagen- Steueranschluß, welcher im Bereich der zugehörigen zweiten Hub­ endstellung des Arbeitskolbens in die zweite Arbeitsdruckkammer einmündet,
• - mit einer ersten am Kolbenumfang des Arbeitskolbens vorgese­ henen Steuerkante, welche in der ersten Arbeitsdruckkammer liegt,
• - mit einer zweiten am Kolbenumfang des Arbeitskolbens vorge­ sehenen Steuerkante, welche in der zweiten Arbeitsdruckkammer liegt,
• - mit zwei am Arbeitszylinder sowohl in gegenseitigem axialen Abstand als auch im Bereich einer Hubmittelstellung des Arbeits­ kolbens vorgesehenen Mittellagen-Steueranschlüssen, welche mit den Steuerkanten zusammenarbeiten,
• - mit einem zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung umsteuerbaren Absperrventil, durch welches die beiden Mittel­ lagen-Steueranschlüsse an eine gemeinsame, zu einem Druckmit­ tel-Behälter führende Druckleitung so angeschlossen sind, daß ein Mittellagen-Steueranschluß in der ersten Ventilstellung des Absperrventils mit der Druckleitung verbunden - dagegen in der zweiten Ventilstellung des Absperrventils gegenüber der Druck­ leitung abgesperrt ist,
• - mit einer Druckquelle und einer als Rücklauf zu einem druck­ entlasteten Vorratsbehälter verwendeten Druckleitung,
• - mit Schaltventilmitteln für die Hubendstellungen des Arbeits­ kolbens, an welche die beiden Endlagen-Steueranschlüsse und die Druckquelle sowie die als Rücklauf verwendete Druckleitung an­ geschlossen sind,
• - mit einer ersten Schaltstellung der Schaltventilmittel, in welcher der erste Endlagen-Steueranschluß mit der Druckquelle und der zweite Endlagen-Steueranschluß mit der als Rücklauf verwendeten Druckleitung verbunden sind, und
• - mit einer zweiten Schaltstellung der Schaltventilmittel, in welcher der erste Endlagen-Steueranschluß mit der als Rücklauf verwendeten Druckleitung und der zweite Endlagen-Steueranschluß mit der Druckquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Steuerkanten (13, 14) des Arbeitskolbens (11) zu den Mittellagen-Steueranschlüssen (15, 16 bzw. 15a, 16a bzw. 15b, 16b) so getroffen ist, daß in der Hubmittelstellung (9) des Arbeitskolbens (11) beide Mittellagen-Steueranschlüsse (15, 16 bzw. 15a, 16a bzw. 15b, 16b) gegenüber den Arbeitsdruck­ kammern (3, 4) abgesperrt oder gedrosselt sind,
• - daß an das Absperrventil (19) als gemeinsame, zu einem Druck­ mittel-Behälter führende Druckleitung die als Rücklauf zu dem druckentlasteten Vorratsbehälter (20) verwendete Druckleitung (21) angeschlossen ist,
• - daß in der ersten Ventilstellung (17) des Absperrventiles (19) beide Mittellagen-Steueranschlüsse (15, 16 bzw. 15a, 16a bzw. 15b, 16b) mit der als Rücklauf verwendeten Druckleitung (21) verbunden sind,
• - daß in der zweiten Ventilstellung (18) des Absperrventiles (19) beide Mittellagen-Steueranschlüsse (15, 16 bzw. 15a, 16a bzw. 15b, 16b) gegenüber der als Rücklauf verwendeten Drucklei­ tung (21) abgesperrt sind, und
• - daß Schaltventilmittel (26) für die Hubmittelstellung (9) vorgesehen sind, durch welche beide Endlagen-Steueranschlüsse (6, 12) synchron an die Druckguelle (Druckleitung 22) anschließ­ bar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (19) und die Schaltventilmittel (26) für die Hubmittelstellung (9) so zusammenarbeiten, daß beide End­ lagen-Steueranschlüsse (6, 12) nur dann mit der Druckquelle (Druckleitung 22) synchron verbindbar sind, wenn beide Mittel­ lagen-Steueranschlüsse (15, 16 bzw. 15a, 16a bzw. 15b, 16b) an die als Rücklauf verwendete Druckleitung (21) angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (19) und die Schaltventilmittel (23) für die Hubendstellungen (7, 8) so zusammenarbeiten, daß beim Ver­ binden nur eines der Endlagen-Steueranschlüsse (6 bzw. 12) mit der Druckquelle (Druckleitung 22) beide Mittellagen-Steueran­ schlüsse (15, 16 bzw. 15a, 16a bzw. 15b, 16b) gegenüber der als Rücklauf verwendeten Druckleitung (21) abgesperrt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den End- sowie Mittellagen-Steueranschlüssen (6, 12, 15, 16 bzw. 15a, 16a bzw. 15b, 16b) und den Absperr- sowie Schaltventilmitteln (19, 23, 26) Drosselwiderstände (27) ange­ ordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubstellungen (7 bis 9) des Arbeitskolbens (11) ver­ rastet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltventilmittel (23, 26) für die Hubstellungen (7 bis 9) des Arbeitskolbens (11) und das Absperrventil (19) zu einem 5/3-Wegeventil (28) mit einer durch federnde Mittel (29, 30) geschalteten mittleren Ventilstellung (31) für die Hubmit­ telstellung (9) des Arbeitskolbens (11) zusammengefaßt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das 5/3-Wegeventil (28) in seine beiden anderen Ventilstel­ lungen (24, 25) durch eine Steuerhilfskraft, insbesondere durch elektromagnetische Stellglieder (32, 33) betätigbar ist.