WO2012028312A1 - Elektrohydraulische betätigungseinheit und verfahren für deren betrieb - Google Patents

Elektrohydraulische betätigungseinheit und verfahren für deren betrieb Download PDF

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WO2012028312A1
WO2012028312A1 PCT/EP2011/004386 EP2011004386W WO2012028312A1 WO 2012028312 A1 WO2012028312 A1 WO 2012028312A1 EP 2011004386 W EP2011004386 W EP 2011004386W WO 2012028312 A1 WO2012028312 A1 WO 2012028312A1
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WO
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piston
drive motor
holding magnet
power supply
hydraulic
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Application number
PCT/EP2011/004386
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English (en)
French (fr)
Inventor
Eberhard Spengler
Uwe Jaschke
Original Assignee
Emg Automation Gmbh
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    • 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
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/26—Locking mechanisms
    • 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
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/18—Combined units comprising both motor and pump

Definitions

  • Electrohydraulic actuator and method of operation thereof are Electrohydraulic actuator and method of operation thereof
  • the invention relates to an electro-hydraulic actuating unit according to the preamble of claim 1 and a method for its operation.
  • An essential feature of a eiektrohydrauiischen actuator unit is that after switching off the electric drive motor, the piston and with it the piston rod and the driven element to be moved by a mechanical force, for example by means of springs or weights back to the initial position.
  • This initial position of the piston corresponds to a rest state and in particular when braking the state "brake closed".
  • This state z. B. in the crane and conveyor technology prevents the movement of a crane element.
  • This fail-safe principle also known as fail-safe principle ensures that even if an error such. B. failure of the power supply for the electric drive motor of the actuator, braking or holding the driven element is reliable.
  • This mode of operation of an electrohydraulic actuating unit in the hitherto known design means that during the operating period, ie when the piston is in the end position and thus the brake is open, the electric drive motor of the actuating unit must be in operation and thereby be electrically operated. consumes energy because the driven by the drive motor pump must maintain the hydraulic pressure on the piston. A holding of the piston in this end position by means of mechanical locking instead of by operation of the electric drive motor is excluded, because thus the failsafe (fail-safe) principle would not be met.
  • this fail-safe principle of an electro-hydraulic actuating or lifting unit is not limited to use in brakes, but it can be applied wherever there are e.g. if the power supply fails, the initial position of a linear movement must be reached again.
  • the object of the invention is to form an electro-hydraulic actuator unit so that it requires less electrical energy when holding the piston in its end position as in the previously known embodiment.
  • an electrically operated, preferably cup-shaped holding magnet is provided for the piston, which holds the piston in the end position instead of the electric drive motor.
  • less energy is required for the energy supply of the holding magnet than for the operation of the drive motor of the electro-hydraulic actuation unit.
  • the electromagnet is designed so that its holding force is greater than the actuating or lifting force of the electro-hydraulic actuator unit, so that the piston is reliably held even with vibration of the actuator unit.
  • the holding magnet is preferably formed so that it is arranged symmetrically about the piston rod. Furthermore, to simplify the installation of the electro-hydraulic actuator on or within this, an electrical circuit is provided which accepts the switching on and off of the holding magnet and the drive motor of the electro-hydraulic actuator and thereby ensures the fail-safe principle.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through an electro-hydraulic actuating unit, in which the piston is in the initial position, Fig. 2 in the same view the piston in the end position,
  • Figures 1 and 2 show an electro-hydraulic actuating or lifting unit with a guide or hydraulic cylinder 1, in which a piston 2 by the pressure of a hydraulic pump 5 from the reproduced in Fig. 1 initial position to the left in the in Fig. 2 reproduced end position is adjustable.
  • the piston 2 is connected to a piston rod 3, which is connected at the free end with a not shown driven element, such as a drum or disc brake.
  • a bearing plate 4 is fixed, in which the pump 5 is rotatably mounted in the form of an impeller, which is driven by a shaft 6.1 via an electric drive motor 6.
  • This pump 5 generates the hydraulic pressure which acts on the piston 2 by means of the hydraulic fluid contained in the cylinder 1 and moves it.
  • the pump 5 may also consist of several impellers.
  • the hydraulic cylinder 1 is surrounded by the housing 7, which also forms the housing for the drive motor 6. Outside of this housing 7 there is a connection box 8, via which the supply of the drive motor 6 takes place with a three-phase AC voltage. In the cavity between the hydraulic cylinder 1 and the housing 7 circulates the hydraulic fluid, which is sucked by the pump 5.
  • a holding magnet 9 is reproduced on the end face 1.1 of the hydraulic cylinder 1, wherein Fig. 1 shows the initial position in which the piston 2 made of ferromagnetic material z. B. is held by a spring, not shown, or a weight in its initial position. Fig. 2 shows the end position of the piston 2, in which the piston 2 bears against the holding magnet 9 and is held by the holding magnet 9.
  • a pot-shaped holding magnet 9 is attached to the front side 1.1 of the hydraulic cylinder 1.
  • the holding magnet 9 has a ferromagnetic hollow-cylindrical iron core 9.1, which has a U-shaped cross-section, which is filled with a winding 9.2.
  • the iron core 9.1 of the holding magnet 9 may, for. B. be secured with screws on the front side 1.1 of the hydraulic cylinder 1.
  • the ferromagnetic iron core 9.1 with the winding 9.2 interacts with the ferromagnetic piston 2 in the end position shown in FIG. 2 such that when the winding 9.2 is supplied with power, the piston 2 is held on the holding magnet 9 as an armature through which the magnetic flux passes.
  • the iron core 9.1 is further designed so that it reaches the shortest possible fall time after switching off the electrical supply voltage and thus immediately begins the movement to the initial position in Fig. 1.
  • the duration of the return of the piston 2 from the end to the initial position is preferably designed using the holding magnet 9 is smaller to a maximum equal to the duration of the return in a conventional design of the operating unit.
  • the iron core 9.1 may have a milling cut-out or else be constructed from sheets in order to reduce the influence of eddy currents.
  • the magnetic force of the holding magnet 9 is preferably designed so that it is greater than the lifting or actuating force of the electro-hydraulic actuating unit to To ensure that the piston 2 is held securely even when the operating unit vibrations.
  • the holding force of the magnet 9 may correspond to at least 1.5 times the lifting force exerted by a spring or a weight to move the piston 2 to the initial position.
  • the ferromagnetic piston 2 abuts with a flat surface on the flat end face of the holding magnet 9.
  • this arrangement is not mandatory. It can e.g. Also, a piston 2 are provided with overlying annular armature, so that the piston 2 may consist only partially of ferromagnetic material.
  • the hydraulic cylinder 1 is formed on the inner periphery so that the piston 2 abuts in the end position of Fig. 2 only to the holding magnet 9, so that the formation of a gap between the holding magnet 9 and piston 2 is prevented.
  • the adjacent surfaces can be processed accordingly or also have a different geometry than the reproduced in Fig. 1 and 2 flat surface.
  • a paragraph of the ferromagnetic part of the piston 2 can engage in a recess or a shoulder of the holding magnet 9 in the end position or vice versa can be provided on the piston a recess into which a projection o- the shoulder engages the holding magnet, as shown in FIG and 5 show.
  • an electrical circuit is provided by means of which the winding 9.2 of the holding magnet 9 is supplied with voltage.
  • the voltage supply of the holding magnet 9 takes place from the three-phase AC voltage of the electric drive motor 6. This ensures that no separate supply lines or switching devices outside the electro-hydraulic actuator unit are required.
  • This electrical circuit preferably operates in such a way that the holding magnet 9 is switched on simultaneously with the drive motor 6.
  • the drive motor 6 is switched off while the voltage supply of the holding magnet 9 is maintained. In this state, the piston 2 is only by held the holding magnet 9 in the end position, without that on the side of the pump 5, a hydraulic pressure for holding the piston 2 is maintained in the end position.
  • the holding magnet 9 consumes for holding the piston 2 at most 10% of the electrical energy required for the operation of the drive motor 6 to hold the piston in the end position by the built-up hydraulic pressure.
  • At least one position sensor or a limit switch is provided in the actuating unit, by means of which the end position of the piston is determined. After reaching the end position of the piston, the drive motor 6 is switched off by a signal from the position sensor or limit switch, whereupon the piston 2 remains in the end position by the holding magnet 9 until the applied three-phase alternating voltage is switched off.
  • the end position of the piston can also be derived from the electrical data (eg, the current consumption after closing the magnetic circuit by the piston 2) of the holding magnet 9 and used for switching off the drive motor 6.
  • the not shown in detail, preferably in the operating unit integrated electrical circuit includes control electronics, a position detection and a circuit breaker.
  • the electrical circuit and the holding magnet 9 are supplied from the three-phase alternating voltage, which is connected via the terminal box 8 to the electro-hydraulic actuator.
  • the holding magnet 9 is fed from a derived voltage of the three-phase AC voltage and is turned on as long as the three-phase AC voltage remains switched on.
  • the control electronics switches by means of the electronic or electromechanical circuit breaker in dependence on the position of the piston 2, the drive motor 6 as long as until the piston 2 has reached the end position and the magnetic circuit of the holding magnet 9 is closed.
  • Fig. 3 shows schematically a circuit configuration for the supply of the holding magnet 9 in conjunction with a position or end position sensor 14.
  • a circuit breaker between the drive motor 6 and drive electronics 12 is designated.
  • With 10 of the part of the circuit for the power supply of the holding magnet 9 is designated, from which an electrical line 11 leads to the holding magnet 9.
  • With L1, L2 and L3 the connected to the terminal box 8 of the housing 7 three-phase AC voltage is indicated.
  • FIG. 4 and 5 show partial views of a practical embodiment, wherein on the piston 2, an annular recess 2.1 is formed, in which engages the end face of the lifting magnet 9 in the reproduced in Fig. 5 end position.
  • the front side of the hydraulic cylinder 1 is designed approximately conical in Fig. 4 and 5 and supported on the end face 7.1 of the housing 7.
  • 15 is a regulating plug, by means of which a flow opening 15a for the hydraulic fluid can be adjusted in its cross section.
  • the cross-sectionally U-shaped ferromagnetic part of the holding magnet 9 is formed in two parts.
  • the winding 9.2 can be applied to the cross-sectionally L-shaped or flanged sleeve-shaped inner part 9a. Thereafter, an outer sleeve-shaped element 9b can be pushed onto the winding 9.2 to complete the Ii cross-section around the winding 9.2.
  • a stop within the hydraulic cylinder 1 in the form of a sleeve 1a is formed, on which the piston 2 rests in the initial position of FIG.
  • the design of the holding magnet 9 and the holding magnet voltage-supplying electrical circuit are preferably designed so that when switching off the holding magnet 9 whose magnetic field short-circuit-like breaks down, so that the piston 2 is released from the holding magnet 9 without delay.

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Abstract

Elektrohydraulische Betätigungseinheit, umfassend einen in einem Zylinder (1) von einer Anfangstellung in eine Endstellung und umgekehrt verstellbaren Kolben (2) sowie einen elektrischen Antriebsmotor (6) für eine Pumpe (5) für Hydraulikflüssigkeit, mittels der der Kolben (2) durch einen hydraulischen Druck entgegen einer mechanischen Rückstellkraft bewegbar ist, wobei eine Spannungsversorgung für den elektrischen Antriebsmotor (6) an einem Gehäuse (7) der Betätigungseinheit vorgesehen und in oder an dem Zylinder (1) ein durch elektrische Energie betriebener Haltemagnet (9) angeordnet ist, der mit einem wenigstens teilweise ferromagnetischen Kolben (2) als Anker zusammenwirkt und durch eine elektrische Schaltung an die Spannungsversorgung des elektrischen Antriebsmotors (6) angeschlossen ist.

Description

Elektrohydraulische Betätigungseinheit und Verfahren für deren Betrieb
Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Betätigungseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren für deren Betrieb.
Nach dem Einschalten des elektrischen Antriebsmotors einer eiektrohydrauiischen Betätigungseinheit wird durch diesen eine hydraulische Kreiselpumpe in einer Kolben-Zylindereinheit angetrieben, worauf der durch die Kreiselpumpe erzeugte hydraulische Druck den Kolben von einer Anfangs- in eine Endstellung linear bewegt. In der Endstellung wird der Kolben dadurch gehalten, dass der Antriebsmotor eingeschaltet bleibt und somit der hydraulische Druck aufrechterhalten wird. Mit dem Kolben verbunden ist eine Kolbenstange, welche die lineare Bewegung auf das anzutreibende Element überträgt.
Ein wesentliches Merkmal einer eiektrohydrauiischen Betätigungseinheit ist, dass nach Abschalten des elektrischen Antriebsmotors der Kolben und mit ihm die Kolbenstange sowie das anzutreibende Element durch eine mechanische Kraft beispielsweise mittels Federn oder Gewichten zurück in die Anfangstellung bewegt werden. Diese Anfangstellung des Kolbens entspricht einem Ruhezustand und insbesondere bei Bremsen dem Zustand "Bremse geschlossen". In diesem Zustand wird z. B. in der Kran- und Fördertechnik die Bewegung eines Kranelementes verhindert. Durch dieses ausfallsichere Prinzip (auch als fail-safe-Prinzip bekannt) wird gewährleistet, dass auch bei Auftreten eines Fehlers wie z. B. Ausfall der Spannungsversorgung für den elektrischen Antriebsmotor der Betätigungseinheit, eine Bremsung bzw. ein Halten des anzutreibenden Elementes zuverlässig erfolgt.
Diese Funktionsweise einer eiektrohydrauiischen Betätigungseinheit in der bisher bekannten Ausführung bedeutet, dass während der Betriebsdauer, also wenn sich der Kolben in der Endstellung befindet und somit die Bremse geöffnet ist, der elektrische Antriebsmotor der Betätigungseinheit in Betrieb sein muss und dabei elektri- sehe Energie verbraucht, weil die von dem Antriebsmotor angetriebene Pumpe den hydraulischen Druck am Kolben aufrechterhalten muss. Ein Halten des Kolbens in dieser Endstellung mittels mechanischer Verriegelung anstelle durch Betrieb des elektrischen Antriebsmotors wird ausgeschlossen, weil damit das ausfallsichere (fail- safe-) Prinzip nicht eingehalten würde.
Grundsätzlich ist dieses ausfallsichere Prinzip einer elektrohydraulischen Betäti- gungs- oder Hubeinheit nicht auf den Einsatz in Bremsen beschränkt, sondern es kann überall dort angewendet werden, wo z.B. bei Ausfall der Spannungsversorgung die Anfangstellung einer linearen Bewegung wieder erreicht werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist, eine elektrohydraulische Betätigungseinheit so auszubilden, dass sie beim Halten des Kolbens in seiner Endstellung weniger elektrische Energie benötigt als in der bisher bekannten Ausführung.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass in der elektrohydraulischen Betätigungseinheit ein elektrisch betriebener, vorzugsweise topfförmiger Haltemagnet für den Kolben vorgesehen ist, der anstelle des elektrischen Antriebsmotors den Kolben in der Endstellung hält. Hierbei wird für die Energieversorgung des Haltemagneten weniger elektrische Energie benötigt als für den Betrieb des Antriebsmotors der elektrohydraulischen Betätigungseinheit.
Vorteilhafter Weise wird der Elektromagnet so ausgelegt, dass seine Haltekraft größer als die Stell- bzw. Hubkraft der elektrohydraulischen Betätigungseinheit ist, damit der Kolben auch bei Erschütterungen der Betätigungseinheit zuverlässig gehalten wird.
Zur Erzielung einer hohen Haltekraft wird der Haltemagnet vorzugsweise so ausgebildet, dass dieser symmetrisch um die Kolbenstange angeordnet ist. Weiterhin wird zur Vereinfachung der Installation der elektrohydraulischen Betätigungseinheit an oder innerhalb dieser eine elektrische Schaltung vorgesehen, welche das Ein- und Ausschalten des Haltemagneten und des Antriebsmotors der elektrohydraulischen Betätigungseinheit übernimmt und dabei das fail-safe-Prinzip gewährleistet. Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine elektrohydraulische Betätigungseinheit, bei der sich der Kolben in der Anfangstellung befindet, Fig. 2 in gleicher Ansicht den Kolben in der Endstellung,
Fig. 3 schematisch eine elektrische Schaltung für die Betätigungseinheit,
Fig. 4+5 Teilansichten einer praktischen Ausführungsform.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine elektrohydraulische Betätigungs- bzw. Hubeinheit mit einem Führungs- bzw. Hydraulikzylinder 1 , in dem ein Kolben 2 durch den Druck einer hydraulischen Pumpe 5 aus der in Fig. 1 wiedergegebenen Anfangstellung nach links in die in Fig. 2 wiedergegebene Endstellung verstellbar ist. Der Kolben 2 ist mit einer Kolbenstange 3 verbunden, die am freien Ende mit einem nicht dargestellten anzutreibenden Element, beispielsweise einer Trommel- oder Scheibenbremse verbunden ist. In einem Gehäuse 7 der Betätigungseinheit ist ein Lagerschild 4 befestigt, in dem die Pumpe 5 in Form eines Flügelrades drehbar gelagert ist, das über eine Welle 6.1 von einem elektrischen Antriebsmotor 6 angetrieben wird. Diese Pumpe 5 erzeugt den hydraulischen Druck, der mittels der im Zylinder 1 enthaltenen Hydraulikflüssigkeit auf den Kolben 2 wirkt und diesen bewegt. Die Pumpe 5 kann auch aus mehreren Flügelrädern bestehen.
Der Hydraulikzylinder 1 ist von dem Gehäuse 7 umgeben, welches auch das Gehäuse für den Antriebsmotor 6 bildet. Außen an diesem Gehäuse 7 befindet sich ein Anschlusskasten 8, über den die Versorgung des Antriebsmotors 6 mit einer Dreipha- senwechselspannung erfolgt. In dem Hohlraum zwischen Hydraulikzylinder 1 und Gehäuse 7 zirkuliert die Hydraulikflüssigkeit, welche von der Pumpe 5 angesaugt wird.
Dieser Aufbau ist an sich bekannt, weswegen in Fig. 1 und 2 die Öffnungen und Leitungen für die Führung der Hydraulikflüssigkeit in der Betätigungseinheit nicht wiedergegeben sind. Weiterhin sind - weil bekannt - eine zwischen Kolben 2 und Stirnwand 1.1 des Hydraulikzylinders 1 angeordnete Feder oder Gewichte nicht wiedergegeben, durch die der Kolben 2 in die Anfangsstellung der Fig. 1 bewegt wird, wenn der elektrische Antriebsmotor 6 abgeschaltet wird oder im Störfall die Spannungsversorgung des elektrischen Antriebsmotors 6 ausfällt.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Haltemagnet 9 an der Stirnseite 1.1 des Hydraulikzylinders 1 wiedergegeben, wobei Fig. 1 die Anfangstellung wiedergibt, in der der Kolben 2 aus ferromagnetischem Material z. B. durch eine nicht dargestellte Feder bzw. ein Gewicht in seiner Anfangstellung gehalten wird. Fig. 2 zeigt die Endstellung des Kolbens 2, in der der Kolben 2 am Haltemagneten 9 anliegt und durch den Haltemagneten 9 gehalten wird.
Vorzugsweise ist an der Stirnseite 1.1 des Hydraulikzylinders 1 ein topfförmiger Haltemagnet 9 befestigt. Der Haltemagnet 9 weist einen ferromagnetischen hohlzylindrischen Eisenkern 9.1 auf, der einen U-förmigen Querschnitt hat, der mit einer Wicklung 9.2 ausgefüllt ist. Der Eisenkern 9.1 des Haltemagneten 9 kann z. B. mit Schrauben an der Stirnseite 1.1 des Hydraulikzylinders 1 befestigt sein.
Der ferromagnetische Eisenkern 9.1 mit der Wicklung 9.2 wirkt mit dem ferromagnetischen Kolben 2 in der in Fig. 2 wiedergegebenen Endstellung derart zusammen, dass bei Spannungsversorgung der Wicklung 9.2 der Kolben 2 als Anker, durch den der Magnetfluss verläuft, am Haltemagneten 9 gehalten wird.
Der Eisenkern 9.1 ist weiterhin so ausgebildet, dass er nach dem Abschalten der elektrischen Versorgungsspannung eine möglichst kurze Abfallzeit erreicht und somit die Bewegung in die Anfangsstellung in Fig. 1 unverzüglich einsetzt. Die Dauer der Rückführung des Kolbens 2 von der End- in die Anfangsstellung wird vorzugsweise bei Einsatz des Haltemagneten 9 kleiner bis maximal gleich der Dauer der Rückführung bei einer herkömmlichen Bauform der Betätigungseinheit ausgelegt.
Zum Erreichen einer kurzen Abschaltzeit des Haltemagneten 9 kann der Eisenkern 9.1 eine Einfräsung aufweisen oder auch aus Blechen aufgebaut sein, um den Ein- fluss von Wirbelströmen zu verringern.
Die Magnetkraft des Haltemagneten 9 wird vorzugsweise so ausgelegt, dass sie größer als die Hub- bzw. Stellkraft der elektrohydraulischen Betätigungseinheit ist, um sicherzustellen, dass der Kolben 2 auch bei Erschütterungen der Betätigungseinheit sicher gehalten wird. Beispielsweise kann die Haltekraft des Magneten 9 wenigstens dem 1 ,5-fachen der Hub- bzw. Stellkraft entsprechen, die durch eine Feder oder ein Gewicht ausgeübt wird, um den Kolben 2 in die Anfangsstellung zu bewegen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der ferromagnetische Kolben 2 mit einer ebenen Fläche an der ebenen Stirnfläche des Haltemagneten 9 an. Allerdings ist diese Anordnung nicht zwingend. Es kann z.B. auch ein Kolben 2 mit aufliegendem ringförmigem Anker vorgesehen werden, sodass der Kolben 2 nur teilweise aus ferromagnetischem Material bestehen kann.
Der Hydraulikzylinder 1 wird auf dem Innenumfang so ausgebildet, dass der Kolben 2 in der Endstellung der Fig. 2 nur an dem Haltemagneten 9 anliegt, so dass die Bildung eines Spaltes zwischen Haltemagnet 9 und Kolben 2 verhindert wird. Um den Luftspalt zwischen Haltemagnet 9 und Kolben 2 so klein wie möglich zu halten, können die anliegenden Flächen entsprechend bearbeitet sein oder auch eine andere Geometrie aufweisen als die in Fig. 1 und 2 wiedergegebene ebene Fläche. Z.B. kann ein Absatz des ferromagnetischen Teils des Kolbens 2 in eine Ausnehmung oder einen Absatz des Haltemagneten 9 in der Endstellung eingreifen oder umgekehrt kann an dem Kolben eine Vertiefung vorgesehen sein, in die ein Vorsprung o- der Absatz an dem Haltemagneten eingreift, wie Fig. 4 und 5 zeigen.
Vorzugsweise ist in dem Anschlusskasten 8 oder auch im Inneren der elektrohyd raulischen Betätigungseinheit eine im Einzelnen nicht dargestellte elektrische Schaltung vorgesehen, mittels der die Wicklung 9.2 des Haltemagneten 9 mit Spannung versorgt wird. Die Spannungsversorgung des Haltemagneten 9 erfolgt aus der Dreipha- senwechselspannung des elektrischen Antriebsmotors 6. Damit wird erreicht, dass keine separaten Versorgungsleitungen oder Schalteinrichtungen außerhalb der elekt- rohydraulischen Betätigungseinheit erforderlich sind. Diese elektrische Schaltung arbeitet vorzugsweise derart, dass der Haltemagnet 9 gleichzeitig mit dem Antriebsmotor 6 eingeschaltet wird. Wenn der Kolben 2 die Endstellung entsprechend Fig. 2 erreicht und somit den magnetischen Kreis des Haltemagneten 9 schließt, wird der Antriebsmotor 6 ausgeschaltet, während die Spannungsversorgung des Haltemagneten 9 aufrechterhalten wird. In diesem Zustand wird der Kolben 2 nur durch den Haltemagneten 9 in der Endstellung gehalten, ohne dass auf der Seite der Pumpe 5 ein hydraulischer Druck zum Halten des Kolbens 2 in der Endstellung aufgebaut bleibt.
Bei Unterbrechung der Spannungsversorgung der elektrohydraulischen Betätigungseinheit und damit auch des Haltemagneten 9 fällt dessen Haltekraft auf den Wert Null und der Kolben 2 wird durch eine mechanische Kraft, beispielsweise durch eine nicht dargestellte Feder bzw. ein Gewicht, in die Anfangstellung entsprechend der Fig. 1 zurückbewegt. Auf diese Weise wird das ausfallsichere (fail-safe-) Prinzip auch dann gewährleistet, wenn der Kolben 2 in der Endstellung nur durch den Haltemagneten 9 gehalten wird.
Dadurch, dass in der Endstellung auf der Druckseite des Kolbens 2 kein hydraulischer Druck vorliegt, wird bei Spannungsausfall die Rückstellung des Kolbens durch die vorgesehene mechanische Rückstellkraft in die Anfangstellung begünstigt gegenüber der bekannten Bauform, bei der auch nach Spannungsausfall oder Ausschalten -bedingt durch das Auslaufen des elektrischen Antriebsmotors- die Pumpe noch hydraulischen Druck auf der Druckseite des Kolbens 2 ausübt.
Der Haltemagnet 9 verbraucht zum Halten des Kolbens 2 höchstens 10 % der elektrischen Energie, die für den Betrieb des Antriebsmotors 6 benötigt wird, um durch den aufgebauten hydraulischen Druck den Kolben in der Endstellung zu halten. Somit wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine erhebliche Einsparung an elektrischer Antriebsenergie erreicht, ohne dass die zuverlässige Arbeitsweise der Betätigungseinheit beeinträchtigt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird in der Betätigungseinheit wenigstens ein Positionssensor oder ein Endlagenschalter vorgesehen, mittels dem die Endstellung des Kolbens ermittelt wird. Nach dem Erreichen der Endlage des Kolbens wird durch ein Signal von dem Positionssensor bzw. Endlagenschalter der Antriebsmotor 6 abgeschaltet, worauf der Kolben 2 durch den Haltemagneten 9 in der Endstellung verharrt, bis die anliegende Drei-Phasen-Wechselspannung abgeschaltet wird. Anstelle eines Positionssensors oder Endlagenschalters kann auch aus den elektrischen Daten (z. B. der Stromaufnahme nach dem Schließen des magnetischen Kreises durch den Kolben 2) des Haltemagneten 9 die Endstellung des Kolbens abgeleitet und für die Abschaltung des Antriebsmotors 6 verwendet werden.
Die im einzelnen nicht dargestellte, in der Betätigungseinheit vorzugsweise integrierte elektrische Schaltung umfasst eine Steuerelektronik, eine Positionserfassung sowie einen Leistungsschalter. Die elektrische Schaltung und der Haltemagnet 9 werden aus der Dreiphasenwechselspannung versorgt, welche über den Anschlusskasten 8 an die elektrohydraulischen Betätigungseinheit angeschlossen ist. Der Haltemagnet 9 wird aus einer abgeleiteten Spannung der Dreiphasenwechselspannung gespeist und ist solange eingeschaltet, solange die Dreiphasenwechselspannung eingeschaltet bleibt.
Die Steuerelektronik schaltet mittels des elektronischen bzw. elektromechanischen Leistungsschalters in Abhängigkeit von der Position des Kolbens 2 den Antriebsmotor 6 solange ein, bis der Kolben 2 die Endstellung erreicht hat und der magnetische Kreis des Haltemagneten 9 geschlossen wird.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Schaltungsaufbau für die Versorgung des Haltemagneten 9 in Verbindung mit einem Positions- bzw. Endlagensensor 14. Mit 13 ist ein Leistungsschalter zwischen Antriebsmotor 6 und Ansteuerelektronik 12 bezeichnet. Mit 10 ist der Teil der Schaltung für die Spannungsversorgung des Haltemagneten 9 bezeichnet, von dem eine elektrische Leitung 11 zum Haltemagneten 9 führt. Mit L1 , L2 und L3 ist die an dem Anschlusskasten 8 des Gehäuses 7 angeschlossene Dreiphasenwechselspannung angedeutet.
Fig. 4 und 5 zeigen Teilansichten einer praktischen Ausführungsform, wobei an dem Kolben 2 eine ringförmige Vertiefung 2.1 ausgebildet ist, in die die Stirnseite des Hubmagneten 9 in der in Fig. 5 wiedergegebenen Endstellung eingreift. Die Stirnseite des Hydraulikzylinders 1 ist in Fig. 4 und 5 etwa kegelig gestaltet und an der Stirnseite 7.1 des Gehäuses 7 abgestützt. Bei 1.2 sind Schrauben wiedergegeben, mittels denen der Haltemagnet 9 an der Stirnwand 1.1 des Hydraulikzylinders 1 befestigt ist. Mit 15 ist ein Regulierstopfen bezeichnet, mittels dem eine Durchflussöffnung 15a für die Hydraulikflüssigkeit in ihrem Querschnitt eingestellt werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der im Querschnitt U-förmige ferro- magnetische Teil des Haltemagneten 9 zweiteilig ausgebildet. Dadurch kann die Wicklung 9.2 auf dem im Querschnitt L-förmigen bzw. mit einem Flansch versehenen hülsenförmigen inneren Teil 9a aufgebracht werden. Danach kann auf die Wicklung 9.2 ein äußeres hülsenförmiges Element 9b aufgeschoben werden, um den Ii- Querschnitt um die Wicklung 9.2 zu vervollständigen.
Weiterhin ist bei diesem Ausführungsbeispiel ein Anschlag innerhalb des Hydraulikzylinders 1 in Form einer Hülse 1a ausgebildet, an dem der Kolben 2 in der Anfangsstellung der Fig. 4 anliegt.
Die Ausgestaltung des Haltemagneten 9 und die den Haltemagneten mit Spannung versorgende elektrische Schaltung werden vorzugsweise so ausgestaltet, dass bei Abschalten des Haltemagneten 9 dessen Magnetfeld kurzschlussartig zusammenbricht, damit der Kolben 2 ohne Verzögerung vom Haltemagneten 9 freigegeben wird.

Claims

Ansprüche
1. Elektrohydraulische Betätigungseinheit, umfassend
einen in einem Zylinder (1 ) von einer Anfangstellung in eine Endstellung und umgekehrt verstellbaren Kolben (2),
einen elektrischen Antriebsmotor (6) und
eine von dem Antriebsmotor angetriebene Pumpe (5) für Hydraulikflüssigkeit, die einen hydraulischen Druck erzeugt, um den Kolben (2) entgegen einer mechanischen Rückstellkraft zu verstellen,
wobei eine Spannungsversorgung für den elektrischen Antriebsmotor (6) an einem Gehäuse (7) der Betätigungseinheit vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass in oder an dem Zylinder (1 ) ein durch elektrische Energie betriebener Haltemagnet (9) angeordnet ist, der mit einem wenigstens teilweise ferromag- netischen Kolben (2) als Anker zusammenwirkt und durch eine elektrische Schaltung mit der Spannungsversorgung des elektrischen Antriebsmotors (6) in Verbindung steht.
2. Betätigungseinheit nach Anspruch 1 , wobei der Haltemagnet (9) topfförmig ausgebildet und an der Stirnseite (1.1 ) des Zylinders (1 ) befestigt ist.
3. Betätigungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Wicklung (9.2) des Haltemagneten (9) von einer U-förmigen Umhüllung (9.1 ) aus ferromagneti- schem Material umgeben ist und der Magnetkreis durch Anlage des Kolbens (2) an der U-förmigen Umhüllung geschlossen wird.
4. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Schaltung an oder in das Gehäuse (7) der Betätigungseinheit integriert ist.
5. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Haltemagnet (9) eine Haltekraft erzeugt, die größer als die Stell-/ oder Halte- kraftkraft der elektrohyd raulischen Betätigungseinheit ist.
6. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Positionssensor oder ein Endlagenschalter zum Erfassen insbesondere der Endstellung des Kolbens (2) vorgesehen ist.
7. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Schaltung eine Steuerelektronik, eine Positionserfassung des Kolbens (2) sowie einen Leistungsschalter umfasst und die elektrische Schaltung aus der Dreiphasenwechselspannung des Antriebsmotors mit Spannung versorgt wird.
8. Verfahren zum Betreiben einer elektrohydraulischen Betätigungseinheit, in deren Hydraulikzylinder (1 ) ein wenigstens teilweise ferromag netischer Kolben (2) mit einem durch elektrische Energie betriebenen Haltemagneten (9) zusammenwirkt, der an die Spannungsversorgung eines elektrischen Antriebsmotors (6) einer hydraulischen Pumpe (5) der Betätigungseinheit angeschlossen ist,
wobei beim Verstellen des Kolbens (2) aus seiner Anfangstellung in eine Endstellung der Haltemagnet (9) zusammen mit dem Antriebsmotor (6) mit Spannung versorgt wird und bei Erreichen der Endstellung des Kolbens (2) am Haltemagneten (9) die Spannungsversorgung des Antriebsmotors (6) abgeschaltet und die Spannungsversorgung des Haltemagneten (9) aufrechterhalten wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Spannungsversorgung des Antriebsmotors (6) durch Signale von einem Positionssensor oder Endlagenschalter gesteuert wird, der die Position des Kolbens (2) ermittelt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Spannungsversorgung des Antriebsmotors (6) unter Auswertung der magnetischen Kenngrößenänderung des Haltemagneten (9) gesteuert wird, aus der die Position des Kolbens (2) abgeleitet wird.
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