DE1035999B - Elektrohydraulisches Stellgeraet - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Stellgerät, bei welchem das den Stellmotor beaufschlagende hydraulische Mittel von einer hydrostatischen Pumpe geliefert wird.

Die bisher bekannten und auf dem Markte befindlichen elektrohydraulischen Stellgeräte sind mit einer Pumpe ausgerüstet, die in einer oder mehreren Stufen den benötigten Flüssigkeitsdruck für die Erzeugung der Hubkraft liefert. Als Pumpen werden sowohl hydrostatische, wie z. B.Zahnrad- oder Kapselpumpen, als auch hydrodynamische, z. B. Flügelradpumpen, verwendet. Mit den letzteren sind die bekannten Eldrogeräte, bei denen Motor, Pumpe, Kolben und Kolbenstange achsmittig zueinander angeordnet sind, ausgerüstet.

Bei den hydrostatischen Pumpen steigt der Druck sehr stark an, wenn der Kolben seine Endstellung erreicht hat, d. h. kein öl mehr zu fördern ist. Die Leistungsaufnahme steigt ebenfalls, so daß keine Dauereinschaltung möglich ist, wenn nicht der Motor und damit auch — zwecks Abkühlung — das gesamte Gerät überdimensioniert werden soll. Um unzulässige Druckspitzen zu vermeiden, ist außerdem die Anordnung eines Überdruckventils, notwendig.

Demgegenüber haben hydrodynamische Pumpen infolge ihrer Druck-Fördermengen-Charakteristik den Vorteil, eine geringere Leistung vom Motor abzufordern, wenn der Kolben an einem Endanschlag anliegt, also stillsteht. Bei den auf dem Markt befindlichen Geräten wurde z. B. nur die Hälfte bis ein Drittel der Leistungsaufnahme festgestellt, diie während des Durchlaufens des Verstellweges abgefordert wird. Diese Geräte erlauben deshalb auch o'hne Ausnahme eine Dauereinschaltung. Als Nachteil der Flügelradpumpen ist aber anzugeben, daß infolge des niedrigen Druckes, z. B. 0,4 bis 0,8 atü, die Abmessungen des Kolbens und damit auch die sekundlich zu fördernde ölmenge und die Kanalquerschnitte groß werden. Mit Zahnrad- und Kapselpumpen dagegen können leicht höhere Druckwerte, ζ. B. 20 atü und mehr, erreicht und damit kleinere Kolben und kleinere zu beschleunigende Massen ermöglicht werden.

Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, mehrere hydrostatische Pumpen parallel auf den gleichen Stellmotor zu schalten, wobei mindestens eine Pumpe unabhängig von den anderen abschaltbar ist. Dabei kann die Abschaltung z. B. zwangläufig in Abhängigkeit von der Stellung des Stellmotors erfolgen. Durch die Erfindung werden kleine Abmessungen des Stellkolbens, der Kanalquerschtnitte und auch der Pumpen eines elektrohydraulischen Stellgerätes erzielt und gleichzeitig ein günstiger Leistungsfoedarf erreicht, da nach dem Erreichen der Endlage nur noch ein Bruchteil der vollen Leistung gebraucht wird.

Elektrohydraulisches Stellgerät

Anmelder:

Elektro-Mechanik G. m. b. H.,
Wendenerhütte über Olpe (Westf.)

Dipl.-Ing. Walter Sußebach, Olpe (Westf.),
ist als Erfinder genannt worden

Die Abschaltung kann z. B. durch End- oder Zwischenstellungskontakte, sie kann aber auch in Abhängigkeit vom Druck des hydraulischen Mittels, beispielsweise durch einen vom Druck des hydraulischen Mittels beaufschlagten Steuerschieber, erfolgen.

Die Abschaltung einer Pumpe kann in üblicher Weise durch Abschalten des zugehörigen Antriebsmotors oder dadurch bewirkt werden, daß die Pumpe von ihrem Antriebsmotor abgekuppelt wird, sie kann aber auch durch einen Kurzschluß der Pumpe erfolgen, wobei die Pumpe das hydraulische Mittel drucklos in einem Kreislauf fördert.

Vorzugsweise werden die einzelnen Pumpen unterschiedlich ausgelegt, wobei die größere Pumpe abgeschaltet wird, so daß nach der Abschaltung nur noch eine geringe Antriebsleistung benötigt wird.

Die Pumpen werden vorzugsweise alle von einem gemeinsamen Motor angetrieben. Dabei kann der Antriebsmotor mit den Pumpen und dem Stellmotor z. B. gleichachsig in einem gemeinsamen Gehäuse eingebaut sein, wobei vorzugsweise alle Einbauteile am Deckel des gemeinsamen, als Behälter für das hydraulische Mittel dienenden Gehäuses befestigt sind.

In der Zeichnung ist als Beispiel ein Stellgerät nach der Erfindung dargestellt, bei welchem zwei von einem gemeinsamen Elektromotor angetriebene Zahnradpumpen verwendet werden, wobei die eine durch einen Steuerschieber kurzgeschlossen werden kann. Als hydraulisches Mittel wird in diesem Falle öl verwendet.

Fig. 1 zeigt als Skizze einen Schnitt durch das Hubgerät;

Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei welcher Motor, Pumpe und Stellkolben gleichachsig zueinander in einem gemeinsamen Gehäuse vereinigt sind;

Fig. 3 zeigt einen Schieber, welcher von einem Doppelmagnet gesteuert wird.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Zahnradpumpe bezeichnet, deren Fördermenge ein Mehrfaches, beispielsweise das Vierfache, der kleineren Zahnradpumpe 11 beträgt. Beide Zahnradpumpen 10, 11 sind auf einer gemeinsamen Welle angeordnet und werden von einem Motor 12 angetrieben. Die große Zahnradpumpe 10 fördert in den Kanal 13, die kleinere in den Kanal 14. In die beiden vorgenannten Kanäle ist nun ein druckabhängiges Steuerschiebersystem 15 mit seinem Schieber 16 eingeschaltet, das ab einer bestimmten Druckhöhe den Kanal 13 mit dem frei in den ölsumpf mündenden Rücklaufkanal 17 verbindet. Damit fördert die große Pumpe ihre ölmenge drucklos in den Rücklauf und erfordert, abgesehen von ihrer Leerlaufreibung, keine Antriebsleistung mehr, so daß die gesamte Antriebsleistung um 80%> absinkt.

Der Steuerschieber 16 wird vom von der kleinen Pumpe erzeugten Öldruck an seiner in Fig. 1 rechts dargestellten Fläche 18 beaufschlagt. In der Zeichnung ist der Schieber in der mittleren Stellung b gekennr zeichnet, in der er sich befindet, wenn der Kolben 19 in Bewegung ist. Dann hält die hydraulisch erzeugte Kraft an der Schieberfläche 18 der durch die Feder 20 hervorgerufenen Kraft das Gleichgewicht. Beide Pumpen fördern dabei ihre ölmengen durch die Kanäle 13 bzw. 14 und 21 unter den Kolben 19. Der Schieber 16 hat in seiner Mitte eine Durchlaßöffnung 22, so daß der Kanal 13 voll geöffnet ist. Ebenfalls ist auch das Rückschlagventil 23 in der Leitung 14 offen.

Wenn der Kolben 19 in seiner Endstellung, die auch durch einen äußeren Anschlag bestimmt sein kann, angekommen ist, wird keine Fördermenge mehr benötigt. Der Druck in den Leitungen 13 und 14 steigt an. Die an der Schieberfläche 18 wirksame Kraft steigt dabei ebenfalls an und drückt den Schieber 16 in seine linke Endstellung c, wodurch infolge der Aussparung 24 an der Unterseite des Schiebers der Druckkanal 13 mit der Rücklaufleitung 17 verbunden wird. Damit strömt das von der großen Pumpe 10 geförderte öl drucklos in den ölsumpf ab, und die Pumpe 10 benötigt dann — bis auf einen geringen Restwert -— keine Antriebsleistung mehr. Der Druck unter dem Kolben 19 wird nur allein von der kleinen Pumpe 11 aufrechterhalten. Der Kanal 21 ist durch den Schieber 16 bei dessen Verschiebung nach links in die Stellung c geschlossen worden, und zwar bevor die öffnung des Kanals 13 nach dem Rücklauf 17 erfolgte. Ebenfalls ist der Kanal 25 geschlossen, so daß das gesamte oberhalb des Schiebers 16 befindliche System unter dem Druck der Pumpe 11 steht.

Damit auch der Druckanstieg der Pumpe 11 bei Stillstand des Kolbens 19 nicht unzulässig hoch ist, kann längs durch den Steuerschieber 16 noch eine Abflußbohrung 26 vorgesehen werden, die das überschüssige öl durch eine weitere Bohrung 27 abführt. In dem linken unteren Teil des Steuerschiebers ist dazu noch eine Aussparung 28 vorgesehen, die in der Stellung c des Steuerschiebers die Bohrung 27 frei läßt. Statt der Anordnung 26, 27, 28 kann auch an geeigneter Stelle des Kanals 14 eine einstellbare Drosselbohrung vorgesehen werden.

Wird der Antriebsmotor 12 der beiden Pumpen 10, 11 abgeschaltet, so geht augenblicklich mit dem Absinken der Motordrehzahl der Druck auf Null zurück. Damit kehrt der Schieber 16 infolge der Einwirkung der Feder 20 in seine rechte Stellung α zurück. In dieser Stellung ist der Kanal 25 mit dem Rücklauf 17 verbunden, so daß das unter dem Kolben 19 befindliche öl abströmen kann. Der Kolben 19 wird dabei durch den Druck der Feder in seine Ausgangsstellung zurückgedrückt.

Soll das Gerät erneut arbeiten, d. h. der Kolben 19 seinen Hubweg durchlaufen, so muß der Motor 12 wieder eingeschaltet werden. Durch den in der Leitung 14 mit dem Hochlaufen der Pumpen ansteigenden Druck wird der Schieber 16 wieder in die Stellung b

ίο verschoben. Dabei muß die Feder des Rückschlagventils 23 so bemessen sein, daß der anfängliche Druck genügt, den Schieber 16 in die Stellung b zu bringen, wonach erst anschließend das Überdruckventil 23 geöffnet wird. Es ist auch zweckmäßig, statt der einen gezeichneten Feder 20 zwei konzentrisch zueinander liegende Federn zu verwenden, wobei die schwächere Feder die Rückstellkraft für den Verschiebeweg von a nach b bzw. b nach α liefert. Erst für das Durchlaufen des Verschiebeweges von b nach c bzw. von c nach b

so addiert sich die Kraft der stärkeren zweiten Feder. Von der Oberseite des Kolbens 19 führt noch ein — in der Fig. 1 aber nicht gezeichneter — Kanal in den ölsumpf zurück, damit das sich oberhalb des Kolbens sammelnde Lecköl nach dem ölsumpf zurückfließen

as kann.

Die gesamte vorbeschriebene Anordnung kann in ein gemeinsames Gehäuse eingebaut werden, wobei vorzugsweise Motor 12, Pumpen 10, 11 und Stellkolben 19 mit seinem zugehörigen Zylinder gleichachsig zueinander angeordnet sein können, wie es in Fig. 2 prinzipmäßig dargestellt ist. Damit das Gerät leistungsmäßig voll ausgenutzt werden kann, ist es weiterhin zweckmäßig, das Gehäuse mit Kühlrippen 29 auszurüsten. Schließlich kann es noch für die Montage und Wartung des Gerätes vorteilhaft sein, das Gehäuse so zu teilen, daß es aus einem kleineren Oberteil besteht, an den die gesamten vorbeschriebenen Funktionsteile montiert sind, und aus einem größeren unteren Teil, der lediglich als ölsammelbehälter dient.

Es kann andererseits für bestimmte Aufgaben zweckmäßig sein, den Stellkolben 19 mit seinem Zylinder als besonderen getrennten Teil umzubilden, wobei dann dieser Zylinder mit dem Pumpenteil, in den auch das Steuerschiebersystem eingebaut ist, durch zwei Schläuche verbunden wird. Der eine Schlauch führt das Drucköl zu bzw. leitet das Rücklauföl ab; er dient also als Verlängerung des Kanals 21. Der andere führt das sich oberhalb des Kolbens 19 sammelnde Lecköl in das Pumpengehäuse zurück. Da Anordnungen mit getrenntem Pumpengerät und Zylinder bereits seit langem bekannt und üblich sind, sind die vorstehenden Ausführungen nur der Vollständigkeit halber gemacht worden und gehören nicht mehr zum Erfindungsgedanken.

Das vorgeschlagene Gerät arbeitet nur bei einer Drehrichtung des Motors 12 ordnungsgemäß. Soll es in beiden Drehrichtungen arbeiten, so muß noch in die Kanäle 13 und 14 zwischen den Pumpen und dem Steuerschieber je ein an sich bekanntes Umschaltventil eingesetzt werden.

Das vorgeschlagene Gerät nach Fig. 1 bietet über die vorstehende Ausführung hinaus die Möglichkeit, sehr schnelle Verstellvorgänge zu verwirklichen. Man kann, wie es als Beispiel in Fig. 3 dargestellt ist, die Feder 20 durch ein Kolbenmagnetsystem ersetzen, so daß man die Stellungen a, b und c mit elektrischen Steuerströmen einsteuern kann. Die Druckbeaufschlagung der Fläche 18 durch die kleinere Pumpe 11 entfällt dabei. Man kann nun den Antriebsmotor mit den angekuppelten Pumpen durchlaufen lassen. Der

Steuerschieber muß in etwas abgewandelter Form gebaut werden, damit auch in der Stellung α die von den Pumpen geförderte ölmenge drucklos in den ölsumpf zurückfließen kann.

Der Steuervorgang·ist dabei wie folgt: Die beiden in Fig. 3 gekennzeichneten Magnete 30 und 31 sind gleichachsig zum Steuerschieber 32 angeordnet und haben einen gemeinsamen Anker 33, der wie die Kerne selbst lamelliert ist. Durch die Lamellierung werden weitgehend Wirbelströme unterdrückt, so daß kürzeste Steuerzeiten erreicht werden; außerdem ist die Speisung mit Wechselstrom möglich. Anker 33 und Steuerschieber 32 sind in der Stellung b gekennzeichnet worden, so daß beide Pumpen 10 und 11 durch die Kanäle 13 bzw. 14 ihre volle Ölmenge in den Zylinder fördern. Der Kolben 19 durchläuft also seinen Hubweg. Ist der letztere in seiner Endstellung angekommen, so kann entweder von Hand oder automatisch durch einen kurz vor Endstellung der Kolbenstange angeordneten Kontakt der linke Magnet 31 mit seiner Spule 34 eingeschaltet werden. Der Anker 33 wird nach links angezogen und verschiebt den Steuerschieber 32 in die linke Endstellung c. Hierbei ist der Kanal 13 mit 17 verbunden worden, so daß die große ölpumpe 10 drucklos in den Rücklaufkanal 17 fordem kann. Der Kolben wird wieder lediglich von der kleinen Pumpe 10 durch den Kanal 14, Rückschlagventil 23 und oberen Teil des Kanals 13 beaufschlagt. Wenn nun umgekehrt der Kolben 19· in seine Ausgangsstellung zurückkehren soll, wird die linke Magnetwicklung 34 aus- und die rechte Magnetwicklung 35 eingeschaltet. Dadurch wird der Anker 33 in seine rechte Endstellung und auch der Steuerschieber 16 in die Stellung α gezogen. Jetzt sind sowohl Kanal 13 als auch der Kanal 14, letzterer über das Rückschlagventil 23 und den Kanal 25, mit dem Rücklauf 17 verbunden. Beide Pumpen fördern also in den Rücklauf, außerdem drückt auch die oberhalb des Kolbens 19 befindliche Feder die unter dem Kolben befindliche ölmenge durch den Kanal 25 in den Rücklauf 17 zurück. Wird jetzt die Wicklung 35 ausgeschaltet, so kehrt der Anker durch die Federanordnung 36 in die Mittelstellung und damit der Steuerschieber in die Stellung b zurück, und der Kolben 19 beginnt wiederum seinen Hubweg zu durchlaufen.

Bei der vorbeschriebenen Anordnung entfallen also die Anlauf- und Auslaufzeiten des Motors, so daß der Hubweg in jeder Richtung in der kürzest möglichen Zeit durchlaufen wird.

Der Vollständigkeit halber wird noch erwähnt, daß statt des axialen Steuerschiebers 16 und der ebenfalls axialen Magnetanordnung 30, 31, 33 auch ein Drehschieber mit einem Doppeldrehmagnet verwendet werden kann.

In der Zeichnung sind als Pumpen für das hydraulische Mittel Zahnradpumpen dargestellt. Selbstverständlich kann auch jede andere Art von hohen Druck erzeugenden Pumpen verwendet werden, z. B. Kapselpumpen.

Claims (9)

1. Patentanspruch ε-1. Elektrohydraulisches Stellgerät, bei welchem das den Stellmotor beaufschlagende hydraulische Mittel von einer hydrostatischen Pumpe geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere hydrostatische Pumpen parallel auf den gleichen Stellmotor geschaltet sind, wobei mindestens eine Pumpe unabhängig von den anderen abschaltbar ist.
2. 2. Stellgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen unterschiedlich ausgelegt sind, wobei die größere abgeschaltet wird.
3. 3. Stellgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltung zwangläufig in Abhängigkeit von der Stellung des Stellmotors erfolgt.
4. 4. Stellgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stellungsabhängige Abschaltung durch End- oder Zwischenkontakte erfolgt.
5. 5. Stellgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltung zwangläufig in Abhängigkeit vom Förderdruck der nicht abschaltbaren Pumpe erfolgt.
6. 6. Stellgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die druckabhängige Abschaltung durch einen vom Druck des hydraulischen Mittels beaufschlagten Steuerschieber erfolgt.
7. 7. Stellgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschalten der Pumpen durch ein Kurzschließen derselben erfolgt.
8. 8. Stellgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor mit den Pumpen und dem Stellmotor gleichachsig in einem gemeinsamen Gehäuse eingebaut ist.
9. 9. Stellgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Einbauteile am Deckel des gemeinsamen, als Behälter für das hydraulische Mittel dienenden Gehäuses befestigt sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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