EP0388635A1 - Elektrohydraulische Stelleinrichtung - Google Patents

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EP0388635A1
EP0388635A1 EP19900102933 EP90102933A EP0388635A1 EP 0388635 A1 EP0388635 A1 EP 0388635A1 EP 19900102933 EP19900102933 EP 19900102933 EP 90102933 A EP90102933 A EP 90102933A EP 0388635 A1 EP0388635 A1 EP 0388635A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control
piston
actuating
valve
control valve
Prior art date
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Granted
Application number
EP19900102933
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0388635B1 (de
Inventor
Paul Dipl.-Ing. Baier (Fh)
Eckard Schuttenberg
Walter Gerschwitz
Wolfgang Dipl.-Ing. Kötter
Reiner Dipl.-Ing. Kunz (Fh)
Klaus-Jürgen Dipl.-Ing. Geissler (FH)
Horst Holzweissig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0388635A1 publication Critical patent/EP0388635A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0388635B1 publication Critical patent/EP0388635B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/042—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure
    • F15B13/043—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves

Definitions

  • the invention is based on an electro-hydraulic actuating device according to the preamble of the main claim.
  • Such an electrohydraulic actuating device is already known from DE 32 34 231 A1, which works for a precise actuation of the control slide of a directional control valve with a position control by force comparison.
  • the actuator works with a differential piston, the two ends of which are controlled by two 3-way control valves.
  • a disadvantage of this double-acting actuator is that the mechanical components used for the return, such as measuring springs, control valves and their associated magnet actuation, are arranged in the longitudinal direction of the control slide of the directional control valve, so that there is a large axial overall length.
  • the way of tapping off the spool of the directional control valve is unfavorable and costly via two inner cones located in the piston, a ring of balls fixed to the housing and a component having an outer cone.
  • This design makes it very difficult to adjust the control device relative to the directional valve.
  • the measuring springs arranged inside the actuating unit cannot operate under operating conditions can be set.
  • the actuating device works with a differential piston which is acted upon on both sides in a deflection direction, which not only leads to a higher control oil consumption, but also to a more critical failure behavior of the device.
  • an electrohydraulic actuating device for the spool of a directional control valve in which the actuating piston has pressure surfaces of equal size and an oblique cam surface on a cone, which is used for position feedback.
  • the proportional control valve that controls the control piston is arranged here perpendicular to the longitudinal axis of the piston valve in the directional control valve, which makes adjustment easier.
  • This adjusting device has only a single measuring spring and a single cam surface, so that the force comparison for both directions takes place with the same measuring spring. This adjusting device is therefore not suitable for different strokes in both directions, where, in addition to the zero point, an operating point must be set after a certain stroke.
  • this control device works with a complex 4/3 proportional directional control valve, which is connected to a hydraulic full bridge and thus always controls a differential pressure on the control piston. Switching as a full bridge results in greater hysteresis and thus lower load rigidity. In addition, the position is returned by means of a complex sliding sleeve.
  • the bridge circuit leads to a relatively high control oil consumption; Furthermore, the control valve must be energized to control the spring-centered central position of the spool. If the directional control valve is actuated via the additional, manual actuating device, the actuating device controls it; this leads to high actuation forces during manual actuation.
  • the electrohydraulic actuating device according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that it enables a simple and inexpensive construction, which is also characterized by safe failure behavior and easy adjustment during operation. Different measuring springs can be used for both directions of actuation, which can be individually adjusted.
  • the use of a pressure-balanced actuating piston and its control in a pressure build-up system ensure that the actuating device fails reliably. Both the adjustment of the adjusting device relative to the directional control valve and the setting of any working points can be carried out easily and inexpensively.
  • FIG. 1 An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description.
  • the single figure shows a longitudinal section through an electrohydraulic actuating device in a simplified representation.
  • the figure shows a longitudinal section through an electrohydraulic actuating device 10, which is attached to the end of a directional control valve 11 and by means of which the longitudinally movable piston valve 12 is remotely adjustable.
  • the actuating device 10 has an actuating housing 13 which has a tubular housing part 15 starting from a flange 14.
  • This tubular housing part 15 accommodates an actuating piston 17 in a longitudinal bore 16 as a displaceable, piston-like part.
  • the tight and slidably guided control piston 17 divides the longitudinal bore 16 into a first control chamber 18 facing the directional control valve 11 and into an outer, second control chamber 19 which is further sealed by an outwardly projecting piston rod 21.
  • the piston rod 21 is also guided in the tubular housing part 15 and has an internal hexagon 22 at its outer, front end as a key surface.
  • a protective hood 23 plugged onto the housing part 15 encloses the protruding end of the piston rod 21.
  • the actuating piston 17 has a first, frustoconical cone 24, on which a first cam surface 25 extending obliquely to the longitudinal axis of the actuating piston 17 is formed.
  • the actuating piston has a second cone 26, on which the obliquely extending, second cam surface 27 is formed.
  • the actuating piston 17 with its two cone sections 24, 26 and with its piston rod 21 is guided coaxially with the piston valve 12 of the directional control valve 11 and coupled to the piston valve 12 by a threaded bolt 28.
  • the threaded bolt 28 is screwed on the one hand with its threaded end 29 directly into the piston slide 12, while at the other end 31 it is coupled to the actuating piston 17 by a positive, non-rotating connection, which can be designed in the form of a T-slot attachment 32 .
  • a positive, non-rotating connection which can be designed in the form of a T-slot attachment 32 .
  • the end wall 37 of the directional control valve 11 and, on the other hand, a shoulder 38 in the longitudinal bore 16 serve as housing-fixed stops for the two spring plates 34, 35.
  • the actuating housing 13 has two funnel-shaped housing projections 39, 41 which are placed next to one another, parallel to one another and perpendicular to the longitudinal axis of the actuating piston 17, on the tubular housing part 15, the central axes of which lie in the region of the cones 24, 26.
  • Each housing extension 39, 41 accommodates a first (44) or second control valve 45 in its multiple recesses 42 and 43, which are identical to one another. In the following, therefore, only the first control valve 44 is described, the same reference numerals being used for the identical second control valve 45 for the same components, but with the index '.
  • the first control valve 44 consists of a valve insert 46 and an associated feedback device 47.
  • the valve insert 46 has a valve housing 48 which is offset several times in accordance with the recess 42 and which can be screwed into the first housing extension 39 with a threaded connector 49 and thereby an internal spring chamber 51, one centrally located drain chamber 52 and an external control chamber 53 tightly separates one from the other.
  • the spring chamber 51 is connected via an inlet channel 54 to an inlet connection 55 in the flange 14, which is supplied with control pressure medium from the directional control valve 11.
  • An outlet space 52 is connected via an outlet channel 56 to an outlet connection 57, which is also relieved of pressure via the directional valve 11 for the return.
  • the control chamber 53 has a connection to the first control chamber 18 via a control channel 58 which is offset from the plane of the drawing, this control channel 58 being shown in simplified form.
  • the valve housing 48 receives in its slide bore as a control slide a longitudinally movable control slide 59, which connects the spring chamber 51 to an armature chamber 62 via its longitudinal channel 61.
  • a pressure control edge 63 on the inlet side is formed on the hollow slide 59 by a transverse bore penetrating the longitudinal channel 61 and a discharge control edge 64 is formed by an external screwing in.
  • the armature chamber 62 is closed pressure-tight to the outside and receives an armature 65 which can be actuated by a magnet 66 placed on the valve housing 48.
  • the magnet 66 is a proportional magnet which exerts a force on the armature 65 and thus on the hollow slide 59 in accordance with the size of its electrical input signal.
  • the hollow slide 59 is supported with its end projecting into the spring chamber 51 on a measuring spring 67, which acts with its other end on a measuring pin 68 which is guided tightly and slidably in a bottom part 69 of the first housing attachment 39.
  • the measuring pin 68 thus seals the spring chamber 51 against the first control chamber 18 and probes with its spherical end in the first control chamber 18, the oblique, first cam surface 25.
  • the valve insert 46 and the feedback device 47 are thus arranged coaxially to one another and are perpendicular to the longitudinal axis of the actuating piston 17.
  • the identical, second control valve 45 is connected in parallel to the first control valve 44 to the inlet channel 54 and the outlet channel 56, while its control chamber 53 ' the corresponding control channel 58 'is connected to the second control chamber 19.
  • the adjusting piston 17 has between its actual piston and the two cones 24, 26 each a conical transition section 72, 73, which are particularly expediently designed as cones and which, together with a chamfer 74 facing the piston rod 21, serve to ensure that the adjusting piston 17th without dismantling the control valves 44, 45 and their measuring pins 68, 68 'can be removed and installed in the control housing 13; this design also favors the use of measuring pins 68, 68 'with a relatively small diameter.
  • the two magnets 66, 66 'on the control valves 44, 45 are de-energized.
  • the control pressure provided at the inlet connection 55 which moves in the low pressure range and can reach an order of magnitude of approximately 15-20 bar, reaches the spring chambers 51, 51 'via the inlet channel 54 and in each case via the longitudinal channels 61, 61' in the hollow slide 59 , 59 'in the anchor rooms 62, 62'.
  • the hollow slide 59, 59 ' are held by current-free magnets by their measuring springs 67 in the drawn starting positions, so that the control pressure at the pressure-balanced hollow slide 59, 59' only reaches up to the closed pressure control edges 63, 63 '.
  • the control pressure at the pressure-balanced hollow slide 59, 59' only reaches up to the closed pressure control edges 63, 63 '.
  • the control channels 58, 58 ' the control rooms 53, 53' and the open drainage control edges 64, 64 'to the drainage chambers 52, 52' and further to the drain connection 57.
  • no pressure force acts on the actuating piston 17.
  • the adjusting piston 17 and thus also the piston slide 12 coupled via the threaded bolt 28 are centered by the double-acting resetting device 33 in the neutral position shown.
  • control oil displaced from the second control chamber 19 flows through the control channel 58 ', the control chamber 53', the open drain control edge 64 'and an outer annular groove on the hollow slide valve 59' into the drain chamber 52 'and further via the drain channel 56 to the drain connection 57
  • the measuring spring 67 is tensioned more strongly by the measuring pin 68 running onto the first, inclined cam surface 25.
  • the actuating piston 17 now moves to the right until the force of the measuring spring 67 has become so great that it closes the pressure control edge 63 again and the drain control edge 64 does not yet open.
  • the hollow slide 59 is then in a force equilibrium in which the magnetic force exerted by the armature 65 on the hollow slide 59 is the same as the force of the counteracting measuring spring 67.
  • the actuating piston 17 has then reached a corresponding stroke to the right, the size of which is proportional to the current value entered at magnet 66.
  • the control piston 17 and thus the piston slide 12 can be deflected in a corresponding manner from the neutral position shown to the left, for which purpose the magnet 66 'is correspondingly energized at the second control valve 45 and thus a pressure build-up takes place in the second control chamber 19, which follows the control piston 17 left deflects.
  • the size of the stroke is proportional to the size of the electrical signal input to the magnet 66 '.
  • the electrohydraulic actuating device 10 thus works in both directions of movement with a position control by comparing the forces, the same effective pressure areas being formed on the actuating piston 17 in both control chambers 18, 19 and the actuating piston 17 being controlled via a pressure build-up system, so that the actuating device 10 assures safe failure behavior results.
  • the piston slide 12 In the neutral position, the piston slide 12 is centered by the resetting device 33, the spring plates 34, 35 of which abut the end wall 37 or the shoulder 38, while at the same time forming stops for the piston slide 12 and the actuating piston 17.
  • the length tolerances caused by the reset device 33 can lead to a longitudinal play of the spool 12, which can, however, be compensated for by means of the threaded bolt 28 which can be screwed into the spool 12.
  • the adjusting piston 17, and thus also the threaded bolt 28 coupled with it in a rotationally fixed manner is screwed into the piston slide 12 until the minimal play is achieved. This adjustment process can be carried out very easily from the outside and under operating conditions.
  • the various operating points can be set in an advantageous manner on the electrohydraulic actuating device 10.
  • An operating point is represented by the stroke of the piston slide 12 with a specific electrical control signal on a magnet. These operating points are set by tensioning the measuring springs 67, 67 ', the control valves 44, 45 being screwed correspondingly deep into their housing extensions 39, 41.
  • two working points are set on the actuating device 10, one working point for each direction of movement from the neutral position.
  • the directional control valve 11 is a 3-position valve, these operating points can be set identically for both directions of actuation. However, if there is a 4-position valve, a different operating point is set for each direction of actuation.
  • an actuation direction has only one switching position, the operating point can be set with a relatively small stroke.
  • the actuating device 10 is under operating conditions and is supplied with control oil via the directional valve 11.
  • the actuating direction of the actuating piston 17 to the right is set by screwing in the left control valve 44, while the actuating direction to the left is done by screwing in the second control valve 45.
  • the magnet 66 is subjected to a predetermined electric current depending on the stroke to be set and then the control valve 44 is screwed from the outside into the housing extension 39 until the piston slide 12 has reached the desired stroke.
  • the first valve insert 46 has a key surface 71 suitable for this.
  • the actuating device 10 thus works advantageously with two different or the same measuring springs 67, 67 'for both directions of actuation, which can be adjusted individually. These measuring springs can be adjusted from the outside under operating conditions, any working points being adjustable.

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Abstract

Es wird eine elektrohydraulische Stelleinrichtung (10) zur Fernbetätigung eines Kolbenschiebers (12) eines Wegeventils (11) vorgeschlagen, bei der beiderseits eines Stellkolbens (17) mit gleichgroßen Druckflächen Konusse (24, 26) angeordnet sind, von denen eine Lagerückführung zu zwei 3-Wege-Regelventilen (44, 45) erfolgt, die senkrecht zur Längsachse des Stellkolbens (17) angeordnet sind. Die Regelventile (44, 45), an deren Hohlschiebern (59, 59') ein Kraftvergleich durchgeführt wird, sind unter Betriebsbedingungen von außen im Stellgehäuse (13) einschraubbar, wodurch über die unterschiedlichen, verschieden stark vorspannbaren Meßfedern (67, 67') verschiedene Arbeitspunkte in beiden Bewegungsrichtungen einstellbar sind. Die leicht justierbare Stelleinrichtung (10) zeigt bei einfacher Bauweise ein sicheres Ausfallverhalten.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer elektrohydraulischen Stelleinrich­tung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • Es ist schon eine solche elektrohydraulische Stelleinrichtung aus der DE 32 34 231 A1 bekannt, die für eine genaue Betätigung des Steuerschiebers eines Wegeventils mit einer Lageregelung durch Kraftvergleich arbeitet. Dabei arbeitet die Stelleinrichtung mit einem Differentialkolben, dessen beide Stirnseiten über zwei 3-Wege-Regelventile angesteuert werden. Von Nachteil bei dieser doppelt wirkenden Stelleinrichtung ist, daß die für die Rückführung dienenden mechanischen Bauelemente, wie Meßfedern, Regelventile und deren zugehörige Magnetbetätigung in Längsrichtung des Steuerschie­bers des Wegeventils angeordnet sind, so daß sich einmal eine große axiale Baulänge ergibt. Zum anderen gestaltet sich der Wegabgriff vom Kolbenschieber des Wegeventils über zwei im Kolben liegende Innenkegel, einen Kranz von gehäusefest angeordneten Kugeln und einem einen Außenkegel aufweisenden Bauteil ungünstig und aufwendig. Durch diese Bauweise ist es sehr schwierig, die Stelleinrichtung re­lativ zum Wegeventil zu justieren. Vor allem können die im Inneren der Stelleinheit angeordneten Meßfedern nicht unter Betriebsbedin­gungen eingestellt werden. Zudem arbeitet die Stelleinrichtung mit einem bei einer Auslenkungsrichtung beidseitig beaufschlagten Differen­tialkolben, was nicht nur zu einem höheren Steuerölverbrauch, son­dern auch zu einem kritischeren Ausfallverhalten der Einrichtung führt.
  • Ferner ist aus der DE 26 35 472 C2 eine elektrohydraulische Stell­einrichtung für den Kolbenschieber eines Wegeventils bekannt, bei der der Stellkolben gleichgroße Druckflächen und eine schräge Nockenfläche an einem Konus aufweist, der zur Lagerückführung dient. Das den Stellkolben steuernde, proportional arbeitende Regelventil ist hier senkrecht zur Längsachse des Kolbenschiebers im Wegeventil angeordnet, wodurch die Justage erleichtert wird. Diese Stellein­richtung weist nur eine einzige Meßfeder und eine einzige Nocken­fläche auf, so daß der Kraftvergleich für beide Richtungen mit der gleichen Meßfeder erfolgt. Diese Stelleinrichtung eignet sich daher nicht für unterschiedliche Hübe in beiden Richtungen, wo außer dem Nullpunkt ein Arbeitspunkt nach einem bestimmten Hub einzustellen ist. Ferner arbeitet diese Stelleinrichtung mit einem aufwendigen 4/3-Proportional-Wegeventil, das in eine hydraulische Vollbrücke ge­schaltet ist und somit am Stellkolben stets einen Differenzdruck steuert. Durch die Schaltung als Vollbrücke ergibt sich eine größere Hysterese und somit eine geringere Laststeifigkeit. Zudem erfolgt die Lagerückführung durch eine aufwendig bauende Schieberhülse. Die Brückenschaltung führt zu einem relativ hohen Steuerölverbrauch; ferner muß zum Ansteuern der federzentrierten Mittelstellung des Kolbenschiebers das Regelventil bestromt werden. Wird das Wegeventil über die zusätzliche, manuelle Betätigungseinrichtung betätigt, so steuert die Stelleinrichtung dagegen; dies führt zu hohen Betäti­gungskräften bei der Handbetätigung.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße elektrohydraulische Stelleinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie eine einfache und kostengünstige Bauweise ermög­licht, die sich zudem durch ein sicheres Ausfallverhalten und durch eine leichte Justage im Betrieb auszeichnet. Dabei können für beide Betätigungsrichtungen unterschiedliche Meßfedern verwendet werden, die sich einzeln justieren lassen. Durch die Verwendung eines druck­ausgeglichenen Stellkolbens und dessen Ansteuerung in einem Druck­aufbausystem wird ein sicheres Ausfallverhalten der Stelleinrichtung erreicht. Sowohl die Justage der Stelleinrichtung relativ zum Wege­ventil als auch die Einstellung beliebiger Arbeitspunkte ist leicht und kostengünstig durchführbar.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Stelleinrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung nach Anspruch 2, wodurch die Justage einzelner Arbeits­punkte für beide Bewegungsrichtungen in einfacher Weise unter Be­triebsbedingungen durchführbar ist. Zweckmäßige Weiterbildungen las­sen sich nach den Ansprüchen 3 und 4 erzielen, die eine einfache, kompakte und kostengünstige Bauweise unterstützen. Vorteilhaft ist es, die Stelleinrichtung gemäß Anspruch 5 weiterzubilden, was neben einem sicheren Ausfallverhalten den Energieverbrauch niedrig hält. Der Stellkolben läßt sich dadurch in einem Druckaufbausystem an­steuern, wobei seine beiden Druckflächen bei nicht bestromten Regel­ventilen ständig zum Rücklauf entlastet sind. Äußerst zweckmäßig ist eine Ausbildung der Stelleinrichtung nach Anspruch 7, was deren ein­fache Justage zum Wegeventil begünstigt, indem das Längsspiel in Neutralstellung des Kolbenschiebers weitgehend ausgeglichen werden kann. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen 8 - 12, die zudem eine kompakte und robuste Bau­ weise sowie eine relativ kurze Baulänge der Stelleinrichtung begün­stigen. Besonders zweckmäßig ist ferner eine Ausbildung nach An­spruch 14, wodurch der Stellkolben ohne Demontage der Regelventile und ihrer Meßstifte im Stellgehäuse aus- und einbaubar ist; zudem können die Meßstifte kleine Durchmesser aufweisen.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine elektrohydrauli­sche Stelleinrichtung in vereinfachter Darstellung.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine elektrohydraulische Stelleinrichtung 10, die an ein Wegeventil 11 stirnseitig angebaut ist und mit deren Hilfe dessen längsbeweglicher Kolbenschieber 12 fernverstellbar ist.
  • Die Stelleinrichtung 10 weist ein Stellgehäuse 13 auf, das ein von einem Flansch 14 ausgehendes, rohrförmiges Gehäuseteil 15 aufweist. Dieses rohrförmige Gehäuseteil 15 nimmt in einer Längsbohrung 16 als verschiebbares, kolbenartiges Teil einen Stellkolben 17 auf. Der dicht und gleitend geführte Stellkolben 17 unterteilt die Längsboh­rung 16 in eine dem Wegeventil 11 zugewandte, erste Steuerkammer 18 und in eine äußere, zweite Steuerkammer 19, die ferner durch eine nach außen ragende Kolbenstange 21 abgedichtet ist. Die Kolben­stange 21 ist zudem im rohrförmigen Gehäuseteil 15 geführt und weist an ihrem äußeren, stirnseitigen Ende als Schlüsselfläche einen Innensechskant 22 auf. Eine auf das Gehäuseteil 15 aufgesteckte Schutzhaube 23 umschließt das herausragende Ende der Kolbenstange 21.
  • Im Bereich der ersten Steuerkammer 18 weist der Stellkolben 17 einen ersten, kegelstumpfförmigen Konus 24 auf, an dem eine schräg zur Längsachse des Stellkolbens 17 verlaufende erste Nockenfläche 25 ausgebildet ist. In entsprechender Weise weist der Stellkolben im Bereich der zweiten Steuerkammer 19 einen zweiten Konus 26 auf, an dem die schräg verlaufende, zweite Nockenfläche 27 ausgebildet ist. Der Stellkolben 17 mit seinen beiden Konus-Abschnitten 24, 26 sowie mit seiner Kolbenstange 21 ist koaxial zum Kolbenschieber 12 des We­geventils 11 geführt und durch einen Gewindebolzen 28 mit dem Kol­benschieber 12 gekoppelt. Der Gewindebolzen 28 ist einerseits mit seinem Gewindeende 29 unmittelbar in den Kolbenschieber 12 einge­schraubt, während er an seinem anderen Ende 31 durch eine form­schlüssige, verdrehgesicherte Verbindung, die in Form einer T-Nut-Einhängung 32 ausgebildet sein kann, an den Stellkolben 17 ge­koppelt ist. Innerhalb des rohrförmigen Gehäuseteils 15 ist im Be­reich des Gewindebolzens 28 ferner eine doppelt wirkende Rückstell­einrichtung 33 angeordnet, die einen inneren (34) sowie einen äuße­ren Federteller 35 aufweist, zwischen denen eine vorgespannte Rück­stellfeder 36 liegt. Als gehäusefeste Anschläge für die beiden Fe­derteller 34, 35 dient einerseits die Stirnwand 37 des Wegeventils 11 und andererseits ein Absatz 38 in der Längsbohrung 16.
  • Das Stellgehäuse 13 weist zwei trichterförmige Gehäuseansätze 39, 41 auf, die nebeneinander, zueinander parallel und senkrecht zur Längs­achse des Stellkolbens 17 auf das rohrförmige Gehäuseteil 15 aufge­setzt sind, wobei deren Mittelachsen im Bereich der Konusse 24, 26 liegen. Jeder Gehäuseansatz 39, 41 nimmt in seiner mehrfach abge­setzten Ausnehmung 42 bzw. 43 ein erstes (44) bzw. zweites Regelven­til 45 auf, die untereinander baugleich sind. Im folgenden wird des­halb lediglich das erste Regelventil 44 beschrieben, wobei für das baugleiche zweite Regelventil 45 für gleiche Bauelemente gleiche Be­zugszeichen gelten, die jedoch mit dem Index′ versehen sind.
  • Das erste Regelventil 44 besteht aus einem Ventileinsatz 46 und einer zugeordneten Rückführeinrichtung 47. Der Ventileinsatz 46 hat ein entsprechend der Ausnehmung 42 mehrfach abgesetztes Ventilgehäu­se 48, das mit einem Gewindestutzen 49 in den ersten Gehäuseansatz 39 einschraubbar ist und dabei einen innen liegenden Federraum 51, einen mittig liegenden Ablaufraum 52 sowie einen außen liegenden Steuerraum 53 voneinander dicht trennt. Der Federraum 51 steht über einen Zulaufkanal 54 mit einem Zulaufanschluß 55 in dem Flansch 14 in Verbindung, der vom Wegeventil 11 aus mit Steuerdruckmittel ver­sorgt wird. Ein Ablaufraum 52 ist über einen Ablaufkanal 56 mit einem Ablaufanschluß 57 verbunden, der ebenfalls über das Wegeventil 11 zum Rücklauf entlastet ist. Der Steuerraum 53 hat über einen ver­setzt zur Zeichenebene liegenden Steuerkanal 58 mit der ersten Steuerkammer 18 Verbindung, wobei dieser Steuerkanal 58 vereinfacht dargestellt ist.
  • Das Ventilgehäuse 48 nimmt in seiner Schieberbohrung als Steuer­schieber einen längsbeweglichen Steuerschieber 59 auf, der über sei­nen Längskanal 61 den Federraum 51 mit einem Ankerraum 62 verbindet. Durch eine den Längskanal 61 durchdringende Querbohrung sind am Hohlschieber 59 eine zulaufseitige Drucksteuerkante 63 und durch eine außen liegende Eindrehung eine Ablaufsteuerkante 64 ausgebil­det. Der Ankerraum 62 ist nach außen hin druckdicht verschlossen und nimmt einen Anker 65 auf, der von einem auf das Ventilgehäuse 48 aufgesetzten Magneten 66 betätigbar ist. Der Magnet 66 ist ein Pro­portionalmagnet, der entsprechend der Größe seines elektrischen Ein­gangssignals eine Kraft auf den Anker 65 und damit auf den Hohl­schieber 59 ausübt. Der Hohlschieber 59 stützt sich mit seinem in den Federraum 51 ragenden Ende auf einer Meßfeder 67 ab, die mit ihrem anderen Ende auf einen Meßstift 68 wirkt, der in einem Boden­teil 69 des ersten Gehäuseansatzes 39 dicht und gleitend geführt ist. Der Meßstift 68 dichtet somit den Federraum 51 gegen die erste Steuerkammer 18 ab und tastet mit seinem kugelförmigen Ende in der ersten Steuerkammer 18 die schräge, erste Nockenfläche 25 ab. Der Ventileinsatz 46 und die Rückführungseinrichtung 47 sind somit koa­xial zueinander angeordnet und liegen senkrecht zur Längsachse des Stellkolbens 17. Das baugleiche, zweite Regelventil 45 ist parallel zum ersten Regelventil 44 an den Zulaufkanal 54 bzw. den Ablaufkanal 56 angeschlossen, während sein Steuerraum 53′ über den entsprechen­den Steuerkanal 58′ mit der zweiten Steuerkammer 19 verbunden ist.
  • Der Stellkolben 17 weist zwischen seinem eigentlichen Kolben und den beiden Konussen 24, 26 jeweils einen kegelförmigen Übergangsab­schnitt 72, 73 auf, die besonders zweckmäßig als Konusse ausgebildet werden und die zusammen mit einer zur Kolbenstange 21 hin liegenden Fase 74 dazu dienen, daß der Stellkolben 17 ohne Demontage der Re­gelventile 44, 45 und deren Meßstifte 68, 68′ im Stellgehäuse 13 aus- und eingebaut werden kann; diese Bauweise begünstigt auch die Verwendung von Meßstiften 68, 68′ mit relativ kleinem Durchmesser.
  • Die Wirkungsweise der elektrohydraulischen Stelleinrichtung 10 zum Fernbetätigen des Kolbenschiebers im Wegeventil 11 wird wie folgt erläutert:
  • In der gezeichneten Neutralstellung des Kolbenschiebers 12 im Wege­ventil 11 sind die beiden Magnete 66, 66′ an den Regelventilen 44, 45 stromlos. Der am Zulaufanschluß 55 bereitgestellte Steuerdruck, der sich im Niederdruckbereich bewegt und eine Größenordnung von ca. 15 - 20 bar erreichen kann, gelangt über den Zulaufkanal 54 in die Federräume 51, 51′ und jeweils über die Längskanale 61, 61′ in den Hohlschiebern 59, 59′ in die Ankerräume 62, 62′. Die Hohlschieber 59, 59′ werden bei stromlosen Magneten von ihren Meßfedern 67 in den gezeichneten Ausgangsstellungen gehalten, so daß der Steuerdruck an den druckausgeglichenen Hohlschiebern 59, 59′ lediglich bis vor die geschlossenen Drucksteuerkanten 63, 63′ gelangt. In diesen Ausgangs­stellungen der Hohlschieber 59, 59′ sind die zugeordneten Steuer­ kammern 18, 19 über die Steuerkanäle 58, 58′, die Steuerräume 53, 53′ und die geöffneten Ablaufsteuerkanten 64, 64′ zu den Ablaufräu­men 52, 52′ und weiter zum Ablaufanschluß 57 entlastet. Somit wirkt auf den Stellkolben 17 keine Druckkraft. Der Stellkolben 17 und da­mit auch der über den Gewindebolzen 28 gekoppelte Kolbenschieber 12 werden von der doppelt wirkenden Rückstelleinrichtung 33 in der ge­zeigten Neutralstellung zentriert.
  • Für eine Auslenkung des Stellkolbens 17 und damit des Kolbenschie­bers 12 nach rechts wird der Magnet 66 am ersten Regelventil 44 mit einem bestimmten Strom erregt, während das zweite Regelventil 45 stromlos bleibt. Dadurch bewegt die Magnetkraft den Hohlschieber 59 gegen die Meßfeder 67 nach unten, wobei die Ablaufsteuerkante 64 ge­schlossen und die Drucksteuerkante 63 geöffnet wird. Vom Zulaufan­schluß 55 kommendes Steueröl fließt nun über den Federraum 51, den Längskanal 61 im Hohlschieber 59 und vorbei an der geöffneten Druck­steuerkante 63 in den Steuerraum 53 und weiter über den Steuerkanal 58 in die erste Steuerkammer 18. Der druckbeaufschlagte Stellkolben 17 bewegt sich nunmehr nach rechts. Bei dieser Bewegung aus der zweiten Steuerkammer 19 verdrängtes Steueröl fließt dabei über den Steuerkanal 58′, den Steuerraum 53′, die geöffnete Ablaufsteuerkante 64′ und eine äußere Ringnut am Hohlschieber 59′ in den Ablaufraum 52′ und weiter über den Ablaufkanal 56 zum Ablaufanschluß 57. Bei der Rechtsbewegung des Stellkolbens 17 wird die Meßfeder 67 durch den auf die erste, schräge Nockenfläche 25 auflaufenden Meßstift 68 stärker gespannt. Der Stellkolben 17 bewegt sich nun solange nach rechts, bis die Kraft der Meßfeder 67 so groß geworden ist, daß sie die Drucksteuerkante 63 wieder schließt und die Ablaufsteuerkante 64 noch nicht öffnet. Der Hohlschieber 59 befindet sich dann in einem Kräftegleichgewicht, bei dem die vom Anker 65 ausgeübte Magnetkraft auf den Hohlschieber 59 gleich groß ist wie die Kraft der entgegen­wirkenden Meßfeder 67. Der Stellkolben 17 hat dann einen entspre­chenden Hub nach recht erreicht, dessen Größe proportional ist zu dem am Magnet 66 eingegebenen Stromwert.
  • Aus der ausgelenkten Stellung des Stellkolbens 17 kann durch weite­res Erhöhen des Stromwerts am Magnet 66 der Kolbenschieber 12 weiter nach rechts bis in seine maximale Endstellung ausgelenkt werden.
  • Wird andererseits nach einer Betätigung des nach rechts ausgelenkten Stellkolbens 17 der Strom am Magneten 66 wieder bis auf Null zurück­genommen, so wird durch die Kraft der Meßfeder 67 der Hohlschieber 59 in die gezeichnete Ausgangsstellung verschoben, wodurch die Ab­laufsteuerkante 64 die erste Steuerkammer 18 zum Ablaufanschluß 57 entlastet. Beim Abbau des Drucks in der ersten Steuerkammer 18 wird der Stellkolben 17 von der Rückstellfeder 36 wieder zurückgestellt bis er schließlich die gezeichnete Neutralstellung erreicht.
  • Der Stellkolben 17 und damit der Kolbenschieber 12 kann in ent­sprechender Weise aus der gezeichneten Neutralstellung heraus nach links ausgelenkt werden, wozu am zweiten Regelventil 45 der Magnet 66′ entsprechend bestromt wird und damit ein Druckaufbau in der zweiten Steuerkammer 19 erfolgt, welche den Stellkolben 17 nach links auslenkt. Auch hierbei ist die Größe des Hubes proportional zur Größe des am Magneten 66′ eingegebenen elektrischen Signals.
  • Die elektrohydraulische Stelleinrichtung 10 arbeitet somit in beiden Bewegungsrichtungen mit einer Lageregelung durch Kraftvergleich, wo­bei am Stellkolben 17 in beiden Steuerkammern 18, 19 gleich große wirksame Druckflächen ausgebildet sind und der Stellkolben 17 über ein Druckaufbausystem gesteuert wird, so daß sich ein sicheres Aus­fallverhalten der Stelleinrichtung 10 ergibt.
  • In der Neutralstellung ist der Kolbenschieber 12 durch die Rück­stelleinrichtung 33 zentriert, deren Federteller 34, 35 an der Stirnwand 37 bzw. am Absatz 38 anschlagen, während sie zugleich An­schläge für den Kolbenschieber 12 und den Stellkolben 17 bilden. Die von der Rückstelleinrichtung 33 verursachten Längentoleranzen können zu einem Längsspiel des Kolbenschiebers 12 führen, das jedoch mit Hilfe des in den Kolbenschieber 12 einschraubbaren Gewindebolzens 28 ausgeglichen werden kann. Für einen Spielausgleich in Neutralstel­lung wird bei abgenommener Schutzhaube 23 mit Hilfe der Schlüssel­fläche 22 der Stellkolben 17 und damit auch der verdrehfest mit ihm gekoppelte Gewindebolzen 28 in den Kolbenschieber 12 soweit einge­schraubt, bis das minimale Spiel erreicht ist. Dieser Einstellvor­gang kann sehr leicht von außen und unter Betriebsbedingungen vorge­nommen werden. Als nicht ausgleichbares Längsspiel am Kolbenschieber 12 verbleibt dann lediglich ein kleines, vernachlässigbares Spiel infolge der T-Nut-Einhängung 32. Durch die Ausbildung der schrägen Nockenflächen 25, 27 an den Konussen 24, 26 ist dieser Einstellvor­gang besonders leicht durchführbar. Die Justage der Stelleinrichtung 10 zum Wegeventil 11 gestaltet sich daher einfach.
  • An der elektrohydraulischen Stelleinrichtung 10 lassen sich die ver­schiedenen Arbeitspunkte in vorteilhafter Weise einstellen. Ein Ar­beitspunkt wird dabei durch den Hub des Kolbenschieber 12 bei einem bestimmten elektrischen Ansteuersignal an einem Magneten darge­stellt. Das Einstellen dieser Arbeitspunkte erfolgt durch Verspannen der Meßfedern 67, 67′, wobei die Regelventile 44, 45 entsprechend tief in ihre Gehäuseansätze 39, 41 eingeschraubt werden. An der Stelleinrichtung 10 werden in der Regel zwei Arbeitspunkte einge­stellt, für jede Bewegungsrichtung aus der Neutrallage heraus ein Arbeitspunkt. Handelt es sich bei dem Wegeventil 11 um ein 3-Stel­lungsventil, so können diese Arbeitspunkte für beide Betätigungs­richtungen gleich eingestellt werden. Liegt jedoch ein 4-Stellungs­ventil vor, so wird für jede Betätigungsrichtung ein anderer Ar­beitspunkte eingestellt. Hat eine Betätigungsrichtung nur eine Schaltstellung so kann der Arbeitspunkt bei relativ kleinem Hub ein­gestellt werden. Hat eine Betätigungsrichtung z. B. zwei Schaltstel­lungen, so ist es zweckmäßig den Hub für die Zwischenstellung einzu­ stellen. Beim Einstellvorgang steht die Stelleinrichtung 10 unter Betriebsbedingungen und wird über das Wegeventil 11 mit Steueröl versorgt. Die Betätigungsrichtung des Stellkolbens 17 nach rechts wird durch Einschrauben des linken Regelventils 44 eingestellt, wäh­rend die Betätigungsrichtung nach links durch Einschrauben des zwei­ten Regelventils 45 erfolgt. Beim Einstellvorgang nach rechts wird z. B. der Magnet 66 mit einem abhängig von dem einzustellenden Hub vorbestimmten elektrischen Strom beaufschlagt und dann das Regelven­til 44 solange von außen in dem Gehäuseansatz 39 eingeschraubt, bis der Kolbenschieber 12 den gewünschten Hub erreicht hat. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß der erste Ventileinsatz 46 eine hierfür geeignete Schlüsselfläche 71 aufweist.
  • Die Stelleinrichtung 10 arbeitet somit in vorteilhafter Weise mit zwei unterschiedlichen oder gleichen Meßfedern 67, 67′ für beide Be­tätigungsrichtungen, die sich einzeln justieren lassen. Dabei lassen sich diese Meßfedern unter Betriebsbedingungen von außen einstellen, wobei beliebige Arbeitspunkte justierbar sind.
  • Selbstverständlich sind an der gezeigten Stelleinrichtung 10 Ände­rungen möglich, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen.

Claims (14)

1. Elektrohydraulische Stelleinrichtung zum Betätigen eines in einer Längsbohrung verschiebbaren kolbenartigen Teils, insbesondere des Kolbenschiebers eines Wegeventils, bei dem an beiden Stirnseiten eines das Teil antreibenden Stellkolbens je eine Steuerkammer ange­ordnet ist, von denen jede Steuerkammer zur Auslenkung des durch eine Rückstellfeder in einer Grundstellung zentrierten Teils nach beiden Richtungen über ein elektromagnetisch betätigtes Regelventil mit Druckmittel beaufschlagbar bzw. entlastbar ist, wobei jedes Re­gelventil einen Steuerschieber aufweist, an dem ein Kraftvergleich zwischen der Größe des elektrischen Eingangssignals und der Kraft einer Meßfeder durchführbar ist, die in eine mechanische Rückführung mit dem kolbenartigen Teil geschaltet ist, wozu das Teil zur Rück­führung der Lage für jede Bewegungsrichtung eine schräge Nockenflä­che aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Nockenflächen (25, 27) am kolbenartigen Teil (12, 17) im Abstand voneinander ange­ordnet sind und zwischen ihnen der die Steuerkammern (18, 19) von­einander trennende Stellkolben (17) angeordnet ist, der gleich große Druckfächen in den Steuerkammern (18, 19) aufweist und daß die bei­den Regelventile (44, 45) senkrecht zur Längsachse des kolbenartigen Teils (12, 17) angeordnet sind und jedes Regelventil (44, 45) mit nur einer Nockenfläche (25, 27) in Wirkverbindung steht.
2. Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je­des Regelventil (44, 45) einen Ventileinsatz (46, 46′) aufweist, der von außen verstellbar in einem Stellgehäuse (13) eingebaut ist.
3. Stelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß je­der Ventileinsatz (46, 46′) einen Steuerschieber (59, 59′) aufweist, der über die Meßfeder (67, 67′) mit einem Meßstift (68 68′) in Wirkverbindung steht, daß jeder Meßstift (68, 68′) einer Nockenfläche (25, 27) zugeordnet ist, koaxial zur Meßfeder (67, 67′) und zum Steuerschieber (59, 59′) liegt und senkrecht zur Längsachse des kol­benartigen Teils (12, 17) angeordnet ist.
4. Stelleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ventileinsatz (46, 46′) ein proportional wirkender Ma­gnet (66 66′) angeordnet ist, dessen Anker (65, 65′) mit dem Steuerschieber (59, 59′) gekoppelt ist.
5. Stelleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Regelventil (44, 45) als 3-Wege­ventil ausgebildet ist, das wahlweise eine Steuerkammer (18, 19) ab­sperrt, mit dem Steuerdruck-Zulaufanschluß (35) oder einem Ablaufan­schluß (57) verbindet.
6. Stelleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß je­des Regelventil (44, 45) als Steuerschieber einen Hohlschieber (59, 59′) aufweist, dessen beide stirnseitigen Enden vom Steuerdruck-Zu­laufanschluß (55) her mit Druckmittel beaufschlagt sind und der einen außenliegenden Bund aufweist, an dem die zulaufseitige Druck­steuerkante (63) und die rücklaufseitige Ablaufsteuerkante (64) an­geordnet sind.
7. Stelleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das den Stellkolben (17) aufweisende, verschiebbare Teil an einem aus einer Steuerkammer (19) dicht he­rausgeführten Ende (21) mindestens eine Schlüsselfläche (22) auf­weist
und an seinem gegenüberliegenden Ende (24) mit einem dem axialen Spielausgleich dienenden Gewindebolzen (28) verdrehfest verbunden ist.
8. Stelleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellgehäuse (13) das kolbenartige Teil (17) in einer insbesondere sacklochartigen Längsbohrung (16) geführt ist und das Stellgehäuse (13) zwei senkrecht zur Längsboh­rung (16) angeordnete, die Ventileinsätze (46, 46′) aufnehmende Aus­nehmungen (42, 43) aufweist, in deren jeweiligem Bodenteil (69, 69′) die Meßstifte (68, 68′) dicht und gleitend geführt sind, welche in die zugeordneten Steuerkammern (18, 19) ragen.
9. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Stellgehäuse (13) einen Flansch (14) zum stirnsei­tigen Anbau an ein Wegeventil (11) aufweist und das Stellgehäuse (13) im Bereich zwischen Flansch (14) und der ersten Nockenfläche (25) eine doppeltwirkende Rückstelleinrichtung (33) aufnimmt.
10. Stelleinrichtung nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Gewindebolzen (28) über eine formschlüssige ver­drehfeste Verbindung (32) lösbar mit dem Stellkolben (17) gekoppelt ist und insbesondere im Bereich der Rückstelleinrichtung (33) ange­ordnet ist.
11. Stelleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenfläche (25, 27) jeweils an einem kegelstumpfförmigen Konus (24, 26) ausgebildet sind.
12. Stelleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbar gelagerte Teil mit seinem Stellkolben (17) und seinem herausragenden kolbenstangenför­migen Ende (21) in dem Stellgehäuse (13) längsbeweglich und dicht geführt ist.
13. Stelleinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Regelventil (44, 45) einen druckausgeglichenen Steuer­schieber (59, 59′) aufweist.
14. Stelleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits des Stellkolbens (17) sprungförmige Änderungen des Außendurchmessers vermeidende, kegel­förmige Übergangsabschnitte (72, 73), insbesondere Konusse, ausge­bildet sind.
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