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Hydraulische oder pneumatische Steuergeräte mit Steuerschieber und
Servomotor Bei hydraulisch oder pneumatisch betriebenen Steuergeräten mit Servomotoren,
welche vor allem im rauhen Betrieb arbeiten, z. B. an landwirtschaftlichen Geräten
usw., kommt es oft vor, daß der eingeläppte Steuerschieber durch Fremdkörper im
Arbeitsmittel Riefen und Beschädigungen an den Steuerkanten bekommt und undicht
wird. Hierdurch ist der Abschlug des Arbeitsmittels zwischen Servomotor und Steuerschieber
nicht mehr gewährleistet, so daß Steuergeräte, die ihre Stellung unter Last unbedingt
halten müssen, ausfallen.
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Die vorliegende Erfindung soll diesem Mangel abhelfen, indem in die
Arbeitsmittelleitungen zwischen Steuerschieber und Servomotor je ein Ventil, z.
B. Kugel- oder Tellerventil, eingeschaltet wird, die vorn Arbeitsmittel selbst gesteuert
Nverden. Solche Ventile dichten erfahrungsgemäß auch bei schmutzigem Betrieb sehr
gut ab, sind billig und lassen sich auch sehr schnell auswechseln. Im Ruhezustand
übernehmen die Ventile die Abdichtung, so daß der Servomotor auch unter Last ruhig
steht, während dem Steuerschieber nur seine eigentliche Aufgabe, das Steuern des
Arbeitsmittels beim Steuervorgang, zufällt. Wird nun der Steuerschieber aus den
obengenannten Gründen undicht, so kann er ohne weiteres seine Aufgabe als Steuerorgan
weitererfüllen. !Darüber hinaus gestattet die Erfindung, den Steuerschieber von
vornherein nicht so genau und damit billiger zu fertigen.
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Die Betätigung der Ventile erfolgt durch einen besonderen Ventilsteuerschieber,
der vom Arbeitsmittel betätigt wird. An Stelle des Ventilsteuerschiebers kann auch
ein anderes Bauelement verwendet werden, z. B. eine oder zwei Membranen
(Abb.
4, 5 und 6). Die Betätigung der Ventile kann auch vom Hauptsteuerschieber selbst
erfolgen (Abb. 7), wenn dieser durch einen Vorsteuerschieber immer in die Endlage
gesteuert wird.
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Die Abb. i und 2 zeigen ein solches Ausführungsbeispiel. Im Steuergehäuse
i befindet sich der Steuerschieber 2. Das Arbeitsmittel wird dem Steuerschieber
2 über die Bohrung 3 zugeführt, während es über die Bohrung ¢ und 5 zurückfließt.
Der Steuerschieber 2 besitzt in der Mitte die Steuerbunde 6 und 7, die durch die
Ausdrehungen 8, 9 und io gebildet werden. Im Steuergehäuse i befindet sich ferner
der Ventilsteuerschieber i i, der durch die Federn 12 und 13 und die Federteller
14 und 15 im entlasteten Zustand in seiner Mittelstellung gehalten wird. Die Federn
12 und 13 befinden sich in dem Raum 16 und 17. Der Hub des Steuerschiebers wird
begrenzt durch die Anschläge i8 und i9. Der Ventilsteuerschieber i i besitzt auf
seiner unteren Seite die Ausfräsungen 20 und 21, die durch die Bohrungen 22 und
23 mit den Räumen 16 und 17 verbunden sind. Die Ventile 24 und 25 werden durch die
Stößel 26 und 27 betätigt. Der !Hub der Stößel 26 und 27 wird bewirkt durch die
schrägen Flächen 28 und 29. Die Stößel 26 und 27 sind auf drei Seiten abgefräst,
wodurch die Räume 30 und 31 gebildet werden. Der Steuerschieber 2 ist mit
dem Raum 16 durch die Leitung 32 verbunden, während der Raum 17 durch die Leitung
33 verbunden ist. Der Servomotor besteht aus dem iGehäuse 34, in dem sich der Kolben
35 befindet. Die Bewegung des Kolbens 35 wird auf die Pleuelstange 36, die Kurbelwelle
37 und auf den Abtriebshebel 38 übertragen. Das Steuergehäuse i ist mit dem Gehäuse
34 durch die Leitungen 39 und 40 verbunden.
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In Abb. i ist das Gerät in Ruhe. Der Steuerschieber 2 steht in seiner
Mittellage. Aus der Ausdrehung 9 kann kein Arbeitsmittel in die Leitungen 32 und
33 eintreten, da die Steuerbunde 6 und 7 die beiden Leitungen 32 und 33 verschließen.
Die Ventile sind geschlossen, wodurch der Kolben 35 in seiner Lage durch das eingeschlossene
Arbeitsmittel gehalten wird.
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Wird nun der Steuerschieber 2, wie Abb. 2 zeigt, nach rechts verschoben,
so kann das Arbeitsmittel von der Bohrung 3, Ausdrehung 9, über Leitung 32 in den
Raum 16 gelangen. Hier wirkt es auf den \'entilsteuerschieber I i und verschiebt
diesen nach links gegen die Kraft der Feder 13 bis zum Anschlag i9. Da das Arbeitsmittel
aus dem Raum 17 über Leitung 33, Ausdrehung 8 und Bohrung 4 entweichen kann, ist
der Gegendruck sehr gering. Während dessen gleitet der Stöße127 auf der schrägen
Fläche 28 nach unten und öffnet das Ventil 25. Das Arbeitsmittel strömt inzwischen
aus (lern Raum 16 durch die Bohrung 22 in die Aus-, fräsung 21 ein und von dort
durch den Raum 31 an dem Ventil 24 vorbei, das sich unter dem Druck öffnet, Tiber
die Leitung 39 in das Gehäuse 34 ein, wo es den Kolben 35 verschiebt. Das vom Kolben
verdrängte Arbeitsmittel strömt über die Leitung .lo zurück. Durch das Ventil 25,
Raum 3o, Ausfräsung 2o, Bohrung 23, Raum 17, Leitung 33, Ausdrehung 8 gelangt es
zur Bohrung -4.
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Wird nun der Steuerschieber wieder in seine Mittellage (Abb. i) gebracht,
dann verschließt Steuerbund 7 die Leitung 32. Der Zufluß des Arbeitsmittels in den
Raum 16 hört damit sofort auf. Durch die negative Überdeckung ä kann nun das Arbeitsmittel
in die Ausdrehung io zurücktreten, wodurch der Druck in dem Raum 16 absinken kann.
Nun verschiebt die vorher gespannte Feder 13 den Ventilsteuerschieber i i nach rechts
bis zur Mittelstellung, wobei das aus deni Raum 16 verdrängte Arbeitsmittel über
Leitung 32 in die Ausdrehung io gelangen kann. Dadurch kann sich auch das Ventil
25 wieder schließen, und der Kolben 35 wird durch das im Gehäuse 34 und Leitung
39 und 40 eingeschlossene Arbeitsmittel festgehalten. Wird nun der Steuerschieber
nach links verschoben, so erfolgt entsprechend der vorhergehenden Beschreibung die
Bewegung in entgegengesetzter Richtung.
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In Abb.3 ist eine weitere Ausführung der in Abb. i und 2 beschriebenen
Erfindung gezeigt. Hier sind als weiteres Ausführungsbeispiel Tellerventile gezeigt,
die über einen Doppelwinkelhebel von dein Ventilsteuerschieber betätigt werden.
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Die übrige Anordnung ist identisch mit der in Abb. i und 2 beschriebenen
Anordnung. Der Ventilsteuerschieber 41 besitzt in der ':Mitte eine Ausfräsung 42,
durch die eil] Stift 43 hindurchführt. Um das Lager 44 kann sich der doppelte Winkelhebel
45 drehen, der auf seinen beiden Armen 46 und 47 die Einstellschrauben 48 und 49
trägt. Die Einstellschrauben 48 und 49 dienen zur Einstellung des Ventilspieles.
Im Gehäuse i befinden sich ferner die Ventile 5o und 5i, die durch den doppelten
Winkelhebel 45 über die Einstellschrauben 48 und,49 betätigt werden. Der Raum 16
ist finit dem Ventil 5o über die Leitung 52 verbunden, während der Raum 17 mit dem
Ventil 51 über Leitung 53 verbunden ist.
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Wird nun wieder der Steuerschieber 2 nach rechts bewegt, so tritt
wieder, wie in Abb. i und 2 beschrieben, das Arl>eitsinittel in den Raum 16 ein
und verschiebt den Ventilsteuerschieber 41 bis zum Anschlag i9. Dadurch wird der
doppelte Winkelhebel 45 durch den Stift 43 ucn das Lager 44 entgegen dem Uhrzeiger
lcew-egt. Die Einstellschraube 49 drückt nun auf das Ventil 51 und öffnet es. Nun
erfolgt die 'Steuerung wie in @l>b. i und 2 beschrieben.
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In Abb. 4 ist eine weitere :lusfiihrungsinögliciikeit gezeigt. Der
@'entilsteuerschieber 41 (Abb. 3) ist durch zwei Membranen 81 und 82 ersetzt, die
durch die Membranringe 83 und 84 im Steuergehäuse befestigt, werden. Die Membran
81 wird innen durch die Membranteller 85 und 86 gehalten, während die ;Membran 82
durch die Membranteller 87 und 88 gehalten wird. Die Membranen 81 und 82 werden
durch das Zwischenstück 89 finit den Anschlagschrauben 9o und 9i verschraubt. Der
Membranraum 92 ist mit der Leitung 32 durch die Bohrung 94 verbunden, während der
Nlembranraum 93 mit der Leitung 33 durch die Bohrung 95 verbunden
ist.
Die Ventile 24 und 25 werden durch die Stößel 96 und 97 betätigt. Alle übrigen Teile
sind gleich mit Abb. 3.
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Wird der Steuerschieber 2 nach rechts verschoben, so tritt das Arbeitsmittel
durch die Leitung 32 über Bohrung 94 in den Membranraum 92 ein. Durch den Druck
des Arbeitsmittels wird das ganze Meml)ransystem 8i, 85, 86, ,89, 87, 8$i, 82, 90
und 9i gegen die Kraft der Feder 13 nach links verschoben, bis die Anschlagschraube
9i am .Anschlag 19 anliegt. Dadurch wird das Ventil 25 über den doppelten
Winkelhebel45, der durch den Stift 43 mitgenommen wird, Einstellschraube 49 und
Stößel 97 geöffnet. Die übrige Arbeitsweise ist gleich mit der in Abb. 3 beschriebenen
Anordnung.
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Die Anordnung in Abb. 5 ist gleich mit der in Abb.4 beschriebenen,
jedoch wird nur eine Membran verwendet, wodurch sich wieder etwas andere Bauelemente
ergeben. Die Membran 81 wird wieder im Steuergehäuse i durch den Membranring 83
gehalten. In der Mitte wird die Membran durch den Membranteller 85 und 86 gehalten.
Durch die Anschlagstücke 98 und 99, die mit den Ausfräsungen Zoo und toi und den
Stiften 1o2 und 103 versehen sind, wird der Membranhub auf die Winkelhebel 104 und
1o5 übertragen. Wird nun der Steuerschieber 2 nach rechts verschoben, so tritt in
bekannter Weise das Arbeitsmittel über Leitung 32, Bohrung 94 in den Membranraum
92 ein und verschiel>t das Membransystem 98, 85, 8li, 86 und 99 bis zum ltischlag
i9, gegen die Kraft der Feder 13. Dadurch wird das Ventil 25 über Stift 103, Winkelhebel
1o5, Einstellschraube 49 und Stößel 97 geöffnet. Die übrige Wirkungsweise entspricht
der in Abb. 3 beschriebenen Anordnung.
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In Abb. 6 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit gezeigt, bei der
auch wieder zwei :Membranen verwendet werden, die aber jede für sich ein Ventil
betätigen.
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Die Membran 1o6 ist im Steuergehäuse i durch das Membrangehäuse
107 verschraubt und durch Anschlag 1o8 im Hub begrenzt. Die Membran 1o6 wird
innen durch die Membranteller 1o9 und 1o9' mit der Membranschraube i io -verschraubt.
Der Membranhub wird durch den Stößel i i i auf das Ventil 24 übertragen. Die Membran
112 ist mit dem Steuergehäuse i durch das Membrangehäuse 113 verschraubt und durch
den Anschlag 114 im Hub begrenzt. 'Die Membran 112 wird innen durch die Membranteller
1 i 5 und i 15' mit der @Membranschraube i 16 verschraubt. Der Membranhub wird über
die Stößel 117 auf das Ventil 25 übertragen. Im Ruhezustand werden die Membranen
io6 und 112 durch die Federn 118 und i i9 gegen Anschlag tob und 114 gedrückt. Das
Membrangehäuse 107 ist finit der Leitung 33 durch die Impulsleitung 120 verbunden,
während das Membrangehäuse 113 mit der Leitung 32 durch die Impulsleitung 121 verbunden
ist. Alle übrigen Bauteile sind gleich mit :11>l>. 3 bis 5.
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Wird nun wieder durch Verschieben des Steuerschiebers 2 nach rechts
der Steuervorgang eingeleitet, so tritt (las Arbeitsmittel in die Leitung 32 ein.
Von dort gelangt es über Ventil 24, das unter dem Druck des Arbeitsmittels geöffnet
wird, über Leitung 39 in das Gehäuse 34 ein. Gleichzeitig wird das Arbeitsmittel
über die Impulsleitung 121 in das Membrangehäuse 113 geleitet und bewegt das Membransystem
1.i2, 115, 115' und 116 gegen die Kraft der Feder 119 nach unten. Über Stößel 117
wird das Ventil 25 geöffnet.
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Im Gehäuse 34 des Sertvomotors verschiebt das Arbeitsmittel den Kolben
35, dessen Bewegung über die Pleuelstange 36, Kurbelwelle 37 auf den Abtriebshebel
38 übertragen wird. Das vom Kolben 35 verdrängte Arbeitsmittel gelangt über Leitung
40, Ventil 25, Leitung 33, Ausdrehung 8 zurück zur Bohrung 4.
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,Der Steuervorgang ist beendet, wenn der Steuerschieber 2 in die Mittelstellung
gebracht wird. Dadurch wird die Leitung 32 wieder durch Steuerbund 7 verschlossen,
und das Arbeitsmittel kann sich wieder über die negative Überdeckung a' entspannen.
Dadurch kann sich das Membransystem 112, 115, 11,5' und 116 bis zum Anschlag
114 heben, und das Ventil 25 wird geschlossen, wodurch der Steuervorgang
beendet :wird. Die @Membransysteme i o6, i i o und 112 und 116 (Abb. 6) können auch
durch zwei Kolben ersetzt werden.
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In Abb. 7 ist eine weitere Ausführung des Erfindergedankens gezeigt.
iBei Steuergeräten, welche einen Vorsteherschieber besitzen und bei denen der Hauptsteuerschieber
von dieser Vorsteuerung betätigt stets in die Endlage geht, kann der Hauptsteuerschieber
und der Ventilsteuerschieber zu einem Bauteil vereinigt werden. Durch die Bohrung
54 wird das Arbeitsmittel .dem Hauptsteuerschieber 57 zugeführt, während es über
die Bohrung 55 und 56 zurückfließen kann. Durch die Bohrung 58 und 59 tritt das
Arbeitsmittel von dem Vorsteuerschieber ein und aus und verschiebt den Hauptsteuerschieber
57. Der Hauptsteuerschieber 57 besitzt die .Ausdrehung 6o, 61 und 62, durch hie
die Steuerbunde 63 und 64 gebildet werden. iDurch die Ausdrehungen 6o und 62 werden
ferner die schrägen Flächen 65 und 66 gebildet. Durch die Stößel 67 und 68 werden
die Ventile 24 und 25 betätigt. Der Hauptsteuerschieber 57 wird durch die Federn
73 und 74 und die Federteller 75 und 76 in seiner Mittellage gehalten und im Hub
durch die Anschläge 77 und 78 begrenzt. Die Feder 73 befindet sich im Raum 79, während
sich die Feder 74 im Raum 8o befindet. Vom Hauptsteuerschieber 57 gelangt das Arbeitsmittel
über die Leitung 69, Ventil 25 und Leitung 71 einerseits und Leitung 70, Ventil
24 und Leitung 72 anderseits in das Gehäuse 34 des Servomotors. Tritt nun das Arbeitsmittel
durch die Bohrung 58 in den .Raum 8o ein, so verschiebt es den Hauptsteuerschieber
57 gegen die Kraft der Feder 73 nach rechts. Dabei wird der Stößel 67 von der schrägen
Fläche 65 nach abwärts gedrückt und öffnet somit das Ventil 24. Gleichzeitig gibt
der Steuerbund 63 und 64 die Leitung 69 und 70 frei, und (las Arbeitsmittel kann
ivon .der Bohrung 54 über die Ausdrehung 61 in die Leitung 69 eintreten. Unter dem
Druck des Arbeitsmittels öffnet
sich das Ventil 25, und das Arbeitsmittel
tritt über die Leitung 71 in das Gehäuse 34 des Servomotors ein, wo es den
Kolben 35 verschiebt. Über Pleuelstange 36, Kurbelwelle .37 wird der Abtriebshebel
38 bewegt. Das vom Kolben 35 verdrängte Arbeitsmittel gelangt über die Leitung 72,
über das geöffnete Ventil 24, Leitung 7o, Ausdrehung 6o zur Bohrung 55.
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Wird der Hauptsteuerschieber 57 wieder in seine Mittellage gebracht,
so schließen die Steuerbunde 63 und 64 die Leitungen 70 und 69 ab, und gleichzeitig
schließt auch Ventil 24, da Stößel 67 von der schrägen Fläche 65 abgleitet. Der
Steuervorgang ist damit beendet. Die Leitung 69 und 70 wird durch die negative
Überdeckung d und ä entlastet. Eine Bewegung des Hauptsteuerschiebers in entgegengesetzter
Richtung hat die Umkehrung der Steuerrichtung, wie vorher beschrieben, zur Folge.