FI71710B - Elektriskt styrd ventilanordning - Google Patents

Description

71 71 O

SÄHKÖISESTI OHJATTU VENT TIIL ILAI TE

Edellä olevan keksinnön kohteena on sähköisesti ohjattu venttiililaite, joka on erityisesti tarkoitettu hydrauli-5 siin hisseihin tai vastaaviin.

Hydraulisten hissien kehittyessä on niiden toiminnalle asetettu eräitä tärkeitä vaatimuksia, joista mainittakoon kuormituksesta riippumaton ajonopeus, kuormituksesta riip-10 pumaton portaaton kiihdytys ja hidastus molempiin suuntiin sekä myöskin kuormituksesta riippumaton lähestymisnopeus. Lisäksi eräät valmistajat ovat pyrkineet vähentämään myös tarvittavan elektroniikan määrää viitaten muun muassa sähkönkulutuksen vähentämiseen.

15

Esimerkiksi SE-kuulutusjulkaisussa 367 172 esitetään rat kaisu, jossa on pyritty kahden magneettiventtii1 in käyttöön. Tässä on onnistuttukin, mutta tuloksena on hydrauliikan kannalta erittäin monimutkainen venttii1irakenne, jonka 20 magneettiventtiilit ovat yksinkertaisia on-off- tyyppisiä, toisin sanoen ne joko sulkevat oman virtaustiensä tai kyseinen virtaustie on täysin auki.

Myöskin DE-kuulutusjulkaisun 1 268 801 mukainen venttiili-25 ratkaisu täyttää edellä esitetyt nykyaikaisen tekniikan vaatimukset, mutta vielä mainittua SE-julkaisuakin monimutkaisemmalla hydrauliikalla. Laitteeseen muun muassa kuuluu kaksi on-off- tyyppistä magneettiventtiiliä, kaksi ajoka-raa, tarkkuusajokara sekä lisäksi kaksi kuristusventtii1iä 30 ja virranjakoventtiili. Jälkimmäisiä tarvitaan kuormituksesta riippumattomaan ajoon.

Kolmantena esimerkkinä on US-patenttijulkaisu 4 418 794.

Tässä julkaisussa varsinaiseen venttiiliin kuuluu kolme 35 ajokaraa, joista yhtä käytetään portaattomasti sähkömootto- 2

7171 O

rin, kierreholkin ja kierretangon avulla, sekä on-off-magneettiventtiili ja yksi paineohjattu suuntaventtii1i . Siten tämäkin venttiililaite on kohtalaisen monimutkainen johtuen mm. useista eri tyyppisistä komponenteista.

5

Yhteenvetona mainituille tekniikan tasoa edustaville julkaisuille on sähköisten komponenttien välttäminen ja siitä johtuva hydrauliikan monimutkaisuus ja samalla myös laitteen teknisen toteutuksen sekavuus. Kuitenkaan mitään lai-10 tetta ei ole saatu toteutetuksi ilman sähköisiä magneetti-venttiileitä, jotka yhtä lukuunottamatta olivat on-of f-tyyppisiä. Myöskin vetoaminen virrankulutuksen vähentämiseen sähköisiä komponentteja vähentämällä, tuntuu perusteettomalta, koska hydrauliikan virtaushäviöt ovat todennä-15 köisesti monimutkaisissa venttiileissä suuremmat kuin elektroniikan tarvitsema sähkömäärä.

Esillä olevassa keksinnössä on kuitenkin hylätty vanha ajattelu ja päädytty käyttämään nykyaikaisen elektroniikan 20 antamia mahdollisuuksia, jotka virrankulutuksen puolesta ovat ehdottomasti edullisempia kuin monimutkainen hydrauliikka virtaushäviöineen. Samalla on koko venttiiliäjattelu voitu ottaa uudelleen käsiteltäväksi. Lähtökohdaksi on otettu tietenkin pyrkimus hydrauliikan yksinkertaistamiseen 25 ja itse laitteen teknisen toteutuksen selkeyteen. Siten hydrauliikan hoidettavaksi on jätetty vain pakolliset toimenpiteet, ja kaikki, mikä on voitu hoitaa sähköisillä komponenteilla, on myöskin niillä tehty. Teknisen toteutuksen lähtökohtana on pidetty omaa ohjauspiiriä kummallekin 1ii — 30 kesuunnalle sekä varsinaisten ajoventtii1ika rojen yhteiskäyttöä. Siten on päädytty ratkaisuun, jossa toisessa liikesuunnassa toinen karoista mittaa virtausta ja toinen säätää. Vastaavasti liikesuunnan muuttuessa vaihtavat myöskin karat tehtäviään. Lisäksi kuormituksesta riippumattomaan 35 ajoon on päästy, kun on oivallettu mitata kuristusventtii- 71710 3

Iin virtauspoikkipintaa, toisin sanoen karan aksiaalista liikematkaa, joka on suoraan verrannollinen tilavuusvir-taan. Siten pitämällä tilavuusvirta vakiona, pysyy myöskin ajonopeus vakiona.

3

Seuraavassa keksinnön mukaisen venttiililaitteen erästä edullista suoritusmuotoa selitetään yksityiskohtaisemmin oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa

Kuvio 1 esittää leikattuna keksinnön mukaisen venttiililai-10 tettaja

Kuvio 2 esittää kyseisellä venttiililaitteella saavutettua hissikorin nopeuspiirrosta.

Kuvion 1 mukaisesti koostuu venttiililaite venttiilirungos-13 ta 1, jossa hydraulinesteen tulosuunnasta katsottuna on paineaukko P, josta pumpun paineistama neste saapuu ventti i li lait teeseen . Seuraavana on vastaventtiili 2 jousineen 3. Tämän ohitettuaan paineneste joutuu tilaan 4, josta neste painaa kahta jousikuormitteista karaa 5 ja 6. Karan 5 20 avautuessa jousivoimaa vastaan vasemmalle avautuu nesteelle paluukanava T suoraan säiliöön. Karaan 5 kuuluu lisäksi tanko 7, joka ulkonee venttiilirungosta 1. Samoin venttii-lirungosta 1 ulkonee tanko 8, johon on kiinnitetty anturit 9 ja 10, jotka reagoivat tangon 7 liikkeeseen antaen siitä 25 impulssit ohjauselektroniikalle .

Vastaavasti karan 6 kohotessa istukaltaan jousivoimaa vastaan pääsee paineneste kanavaan S, joka johtaa hissin toimilaitteelle. Karaan 6 kuuluu myöskin tanko 11 ja venttii-30 lirungosta 1 ulkoneva tanko 12 antureineen 13 ja 14, jotka antavat ohjauselektroniikalle impulsseja karan 6 liikkeiden mukaan. Karan 6 yläpuolella on kammiotila 15, johon johtaa poraus 16 toimi laiteli Hännästä S. Kammiosta 15 johtaa myös poraus 17 vastaventtiilin 18 kautta sähköisesti ohjatulle 35 kuristusventtiilille 19, jonka kara 20 voi sulkea kanavan

71 71 O

4 21 vastaventtiiliin 18 nähden sen vastakkaiselta puolelta. Karassa 20 on tappimainen kärki, joka avaa vastaventtiilin 18 kanavasta 21 ennenkuin kara 20 sulkee virtaustien 21. Kuristusvent tiili Itä 19 johtaa poraus 22 suoraan nestesäi-5 liöön.

Toisen karan 5 vasemmanpuoleisesta tilasta 23 johtaa poraus 24 sähköisesti ohjatulle kuristusventtiili lie 25, jonka kara 26 on neulaventtiilimäinen, jolla voidaan säätää vir- 10 tausta tilasta 23 porauksen 24 kautta poraukseen 27, joka johtaa nestesäiliöön. Lisäksi tila 23 on yhdistetty porauksella 28 pumppuliitäntään P.

Keksinnön mukaisen venttiililaitteen toimintaa selostetaan 15 kuviossa 2 esitettyyn nopeuspiirrokseen viittaamalla. Läh tötilanteessa ollaan kuvion 1 esittämässä venttiililaitteen tilassa ja kuvion 2 pisteessä A. Pumpun käynnistyttyä avautuu vastaventtiili 2, jolloin tilaan 4 päässyt nestepaine siirtää karaa 5 vasemmalle ja päästää nestevirtauksen kana-20 vaa T pitkin takaisin säiliöön. Tilassa 23 oleva neste puristuu poraukseen 24, työntää karan 26 auki ja poistuu porausta 27 pitkin takaisin säiliöön. Kun tähtikolmiokytkentä on kytkenyt pumpulle täyden tehon, on samanaikaisesti alettu syöttää virtaa piiriin, johon kuuluvat sähköisesti oh-25 jattu kuristinventtiili 25 ja anturit 13 ja 14. Koko ajan on painenestettä virrannut porausta 28 pitkin paineaukosta P tilaan 23, josta porauksia 24 ja 27 pitkin takaisin säi-

1 t M M

Iloon.

30 Lisättäessä jännitettä tasaisella nopeudella venttiilille 25 tämä työntää karaa 26 oikealle ja kuristaa porausta 24, jolloin paine tilassa 23 nousee ja kara 5 siirtyy paineen ja jousen vaikutuksesta oikealle kuristaen paluuvirtausta kanavaan T. Tällöin paine nousee tilassa 4 karan 6 alapuo- 35 lella. Toisaalta toimilaitteen, jolla hissikoria nostetaan, 5 71710 paine vaikuttaa kanavassa S ja myös porauksen 16 kautta karan 6 yläpuolisessa tilassa 15. Kun sitten tilan 4 paine-vaikutus voittaa tilan 15 painevaikutuksen ja jousikuorman, nousee kara 6 ylöspäin. Hissi alkaa nousta tasaisesti kiih-5 tyvällä nopeudella, A - B, kuvio 2, koska jännitettä nostetaan venttiilillä 25 tasaisesti. Kun kara 6 on kohonnut ylös niin, että tanko 11 on noussut anturin 13 tasolle, antaa anturi 13 impulssin elektroniikalle, joka pysäyttää jännitteen nostamisen venttiilillä 25. Tällöin ollaan ku-10 vion 2 pisteessä B. Siten voidaan sanoa, että kara 6 mittaa virtauksen ja kara 5 säätää virtauksen korin nostovaihees-sa.

Kuvion 2 väli B-C ajetaan muuttamatta venttiilin 25 jänni-15 tearvoa, jolloin myöskin karat 5 ja 6 pysyvät paikoillaan ja siten myös hissin nopeus vakiona. Kun tullaan korkeudelle C, hissi antaa pulssin elektroniikalle, joka aloittaa jännitteen alentamisen tasaisesti venttiilillä 25. Tällöin kara 5 siirtyy hitaasti vasemmalle karan 26 auetessa, mistä 20 seuraa, että yhä suurempi osa pumpulta tulevasta nestevir-rasta joutuu suoraan kanavaan T. Seurauksena on karan 6 laskeutuminen alaspäin ja hissin nopeuden hidastuminen. Tätä jatkuu kunnes tullaan kuvion 2 kohtaan D, jolloin todellisuudessa tangon 11 pää on laskeutunut anturin 14 tasolle, 25 jolloin anturi 14 antaa pulssin elektroniikalle, joka lopettaa jännitteen alentamisen venttiilillä 25. Tällöin vakioituu tilavuusvirta toimilaitteelle ja siten myöskin his-sikorin nopeus. Täten kori jatkaa edelleen nousuaan, mutta huomattavasti pienemmällä nopeudella, väli D-E, kuva 2. Kun 30 kori on saavuttanut korkeuden E, pysähtyy pumppu ja virta katkeaa pienen elektroniikkaan järjestetyn viiveen jälkeen venttiililtä 25, jolla viiveellä estetään korin äkkinäinen pysähtyminen.

35 6

7171 O

Kun hissi lähtee alaspäin kohdasta F kuviossa 2, antaa hissi signaalin elektroniikalle, joka aktivoi toisen virtapiirin, johon kuuluvat sähköisesti ohjattu kuristinventtiili 19 ja anturit 9 ja 10. Elektroniikka syöttää venttiilille 5 19 koko jännitteen, jolloin venttiilin 19 kara 20 iskeytyy alaspäin avaten edellään vastaventtiilin 18 ja sulkien itse kanavan 21. Tämän jälkeen elektroniikka aloittaa jännitteen vähentämisen tasaisesti, jolloin kara 20 alkaa kohota ja avata kanavaa 21. Tällöin neste tilasta 15 alkaa purkautua 10 porausten 17 ja 22 kautta säiliöön. Koska poraus 16 on pienempi kuin poraus 17, laskee paine tilassa 15 ja kara 6 pääsee kohoamaan antaen nesteen virrata toimilaitteelta tilaan 4. Tästä tilasta neste pääsee poistumaan säiliöön työntämällä karaa 5 jousivoimaa vastaan vasemmalle. Kun ka-15 ran 5 tangon 7 pää on saavuttanut anturin 9, on nopeus kohonnut kuvion 2 mukaisesti F-G. Tällöin elektroniikka pysäyttää jännitteen alentamisen ja nopeus jää määriteltyyn maksimiarvoonsa. Kuvion 2 väli G-H.

20 Pisteestä H hissi antaa impulssin elektroniikalle, joka alkaa lisätä jännitettä tasaisesti, jolloin kara 20 alkaa kuristaa virtausta kanavassa 21. Tästä seuraa paineen nousu tilassa 15, karan 6 siirtyminen alaspäin ja karan 5 siirtyminen oikealle, jolloin hissin nopeus pienenee H-I. Kun 25 piste I on saavutettu, on myös tangon 7 pää tullut anturin 10 kohdalle, jolloin anturi 10 antaa pulsein elektroniikalle, joka pysäyttää jännitteen kohottamisen, josta seuraa tasaisen nopeuden vaihe I -K. Pisteessä K taas hissi antaa uuden signaalin ja katkaisee virran venttiililtä 19, jol-30 loin kara 20 nousee ylös ja vastaventtiili 18 pysäyttää virtauksen porausten 17 ja 22 kautta. Tällöin paine kohoaa tilassa 15 ja painaa karan 6 alas istukkaansa vaaten sulkien virtaustien toimilaitteelta säiliöön. Seurauksena on hissin pysähtyminen. Siten paluuvaiheessa kara 5 mittaa 35 virtausta ja kara 6 hoitaa virtauksen säädön.

7

71 71 O

Kuten edellä esitetystä huomataan, on venttiililaite muodostunut kahdesta sähköhydraulisesta ohjauspiiristä. Sähköisesti ohjattu kuristinventtiili 19, poraukset 17 ja 22 sekä anturit 9 ja 10 ja toinen sähköisesti ohjattu kuri s-5 tinventtiili 25, poraukset 24 ja 27 sekä anturit 13 ja 14. Lisäksi karoja 5 ja 6 käytetään eri tehtäviin riippuen hissin toimintasuunnasta. Samoin voidaan huomata, että silloin, kun pumppu ei ole käynnissä hoitaa vast aven11ii1i 18 hissikorin pysyttämisen määrätyllä korkeudellaan. Kuten ku-10 viosta 1 nähdään on kuristinventtii1in 19 kara 20 lepotilassa sisäänpäin vedettynä ja kuristinventtiilin 25 kara 26 ulostyöntyneenä.

Mitä tulee anturien 9, 10, 13 ja 14 tekniseen toteutukseen, 15 voidaan niiksi ajatella esimerkiksi magneettista tai foto-sähköistä anturia tai jotakin muuta vastaavaa jo ennestään tunnettua ja hyväksi havaittua tyyppiä. Samoin tankojen 7 ja 11 päät voivat muodostaa anturin kanssa jonkin aktiivisesti toimivan parin tai sitten ne voivat vain esimerkiksi 20 katkaista valonsäteen, joka kulkee anturin anturin valoa emittoivalta diodilta, LED;ltä, fototransistoriin. Edelleen on mahdollista ajatella myöskin ratkaisua, jossa liiketun-nistimet sijaitsevat itse venttiilirungossa ja reagoivat vaikkapa karan pinnassa olevaan Fe-rakenteeseen. Tällöin 25 ven11ii1i1 ai11een rakenteesta tulisi huomattavasti yksinkertaisemman näköinen ja toisaalta myöskin vähemmän haavoittuva. Toisaalta, kun anturit sijaitsevat ulkonevissa tangoissa, on antureita siirtelemä 11ä helppoa muuttaa hissin liikenopeuksien raja-arvoja tarvittaessa.

30

Edellä esitetyssä selityksessä ei ole tarkoituksellisesti puututtu sen tarkemmin sähköisesti ohjattujen kuristinvent-tiilien 19 ja 25 ohjausosan tekniseen toteutukseen, koska siihenkin löytyy useita eri mahdollisuuksia. On mahdollista 35 ratkaista edellytyksenä oleva säädeltävä lineaarinen liike

71 71 O

8 pyörivän sähkömoottorin, kierreholkin ja kierretapin avulla, 1 ineaarimoottorin ja jousen avulla tai jollakin muulla jo ennalta tunnetulla tavalla.

5 Toisaalta on myöskin syytä huomata, että itse venttiilin sisäisen teknisen toteutuksen ei välttämättä tarvitse edes muistuttaa kuvassa 1 esitettyä, koska poraukset ja eri venttiilit voivat sijaita monella eri tavalla järjestettyinä, jonka järjestyksen määrää lähinnä käyttökohteen asetta- 10 mat vaatimukset ja valmistustekniikka. Siten edellä esitetyllä ei ole millään muotoa pyritty rajoittamaan keksintöä ja sen suojapiiriä siitä, mikä on esitetty oheisissa patet-tivaatimuksissa.

15 Samoin selityksessä ei ole myöskään elektroniikkaan ts. ohjausyksikköön ja sen yksityiskohtaiseen rakenteeseen kiinnitetty enempää huomiota, koska sen rakenteessa ei ole mitään erikoista, mikä poikkeaisi tavanomaisesta tekniikasta yleensäkin ohjaus- ja säätötekniikan alalla.

20

Claims (6)

1. 71710 9 I. Sähköisesti ohjattu venttiililaite, jossa laitteessa on liitännät pumpulle (P), säiliölle (T) ja toimintalaitteelle 5 (S), kaksi sähköisesti ohjattua kuristinventtii1iä (19, 25), kaksi vastaventtii1iä (2, 18) ja kaksi karaa (5, 6), t u n n e t t u siitä, että venttiililaitteessa on lisäksi kaksi sähköisesti ristiinkytkettyä hydraulista piiriä, joista toinen muodostuu karasta (5), kuristinventtiilistä 10 (25), karan (6) 1iikeantureista (13, 14) ja porauksista (24, 27, 28), ja toinen karasta (6), kuristinventtiilistä (19), karan (5) liikeantureista (9, 10) ja porauksista (16, 17, 22).
2. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen venttiililaite, tun nettu siitä, että karojen (5, 6) liikeanturit on kytketty ohjauslaitteeseen, joka antaa toimintakäskyt kuristin ven t t i i lei 1 le (25, 19).
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen venttiililaite, t u n - n e t t u siitä, että tangot (7, 11) ulkonevat karoista (5, 6), joiden tankojen päiden liikkeeseen anturit (9, 10; 13, 14) reagoivat.
4. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen venttiililaite, tun nettu siitä, että anturit (9, 10, 13, 14) ovat fotosähköiset .
5. 5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen venttiililaite, t u n - 30. e t t u siitä, että anturit (9, 10, 13, 14) ovat mag neetti antureita.
6. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen venttiililaite, t u n -n e t t u siitä, että hissin tai vastaavan nousuvaiheessa 35 kara (6) on mittaava osa ja kara (5) virtausta säätävä osa, kun taas laskuvaiheessa kara (5) on. mittaava osa ja kara (6) virtausta säätävä osa.