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Hydraulischer Endlagenschalter Bei Maschinenteilen, Werkstücken od.
dgl., die durch hydraulische Stellmotoren bewegbar sind, wird es häufig erforderlich,
den motorischen Antrieb stiU-zusetzen, wenn das zu bewegende Teil eine Endlage erreicht
hat. Anderenfalls würde der Stellmotor das Teil beispielsweise ständig weiter gegen
einen Begrenzungsanschlag pressen, was einen unzuträglichen Materialverschleiß und
Energieverlust bedeutet. Zur Stillsetzung der Antriebsmittel werden selbsttätige
Absperrschieber vorgesehen, die den Druckölzufluß zu dem hydraulischen Stellmotor
automatisch unterbrechen, sobald das von diesem bewegte Teil seine Endlage erreicht
hat.
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Bekannt ist ein Endlagenschalter, der, in die Druckmittelzuleitungen
zum Stellmotor eingeschaltet, die Druckmittelzufuhr unterbricht, sobald das zu bewegende
Teil seine Endlage erreicht hat. Hierzu betätigt das angetriebene Teil in seiner
Endlage einen mechanischen Kontakt des Endlagenschalters, wodurch in demselben z.
B. ein Absperrkolben in eine Sperrstellung geschoben wird. Ist die Bewegungsrichtung
des zu bewegenden Teils umkehrbar, wozu ein reversierbarer Stellmotor vorgesehen
werden kann, der seine Bewegungsrichtung durch Umkehr der Strömungsrichtung des
Drucköles ändert, so gibt der Endlagenschieber den Durchfluß zum Stellmotor allmählich
wieder frei, sobald durch einen Wechselschalter die Laufrichtung des Drucköles umgekehrt
worden ist. Nachteilig bei diesem bekannten Endlagenschieber ist jedoch, daß Absperr-
und öffnungsvorgang verhältnismäßig lange Zeiten in Anspruch nehmen, so daß insbesondere
beim Absperren der Stellmotor noch eine gewisse Strecke weiterläuft. Das liegt vor
allem daran, daß die abzusperrenden Querschnitte in den Druckmittelleitungen einen
gewissen, zwecks Vermeidung störender Druckverluste nicht unterschreitbaren Durchmesser
aufweisen. Der Stellmotor muß, nachdem das von ihm bewegte Teil bereits die Endlage
erreicht hat ' dasselbe noch um diesen Durchmesser über die Endlage hinaus
weiterbewegen, bis eine vollständige Absperrung erfolgt ist. Da sich dabei der Absperrquerschnitt
allmählich verringert, verringert sich auch die Geschwindigkeit des Stellmotors,
so daß die Stillsetzung der Anlage verzögert wird (»schleichende Abschaltung«).
Noch entscheidender ist jedoch der Nachteil, daß die Endlage bei der Verwendung
eines solchen Endlagenschalters nicht genau difiniert ist.
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Es ist weiterhin ein Endlagenschalter für mittels Druckluft angetriebene
Ventile bekannt, bei dem ein in der zum Motor führenden Luftspeiseleitung angeordnetes
Absperrventil vorgesehen ist, das in Ab-
hängigkeit von der Stellung des Ventils
über ein vorgesehenes Hebelsystem derart gesteuert ist, daß in den Ventilendlagen
die Luftzufuhr zum Motor gesperrt wird. Hierzu ist eine mit der Ventilspindelbewegung
in ihrer SteRung veränderliche Steuerkulisse vorgesehen, die das Absperrventil betätigt.
Die Anordnung ist derart getroffen, daß die Steuerkulisse in den Endlagen des Ventils
einrastet.
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Diese Anordnung weist den Nachteil auf, daß das Ventil in seiner Endlage
stets blockiert ist und eine Verstellung aus einer seiner beiden Endlagen erst nach
einer Verstellung des Ventils von Hand herausgefahren werden kann, wodurch eine
Fernsteuerung des Ventils nicht durchführbar ist.
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Weiterhin ist es bekannt, im Speisekreis eines Ventilverstellmotors
einen Endlagenschalter anzuordnen, der durch das durch den Motor bewegte Teil über
Abstützfedem betätigt wird. Bei solchen Anordnungen ist eine, Wiederinbetriebsetzung
des Motors nach Erreichen einer Endlagenstellung lediglich durch zusätzliche Schaltmittel,
die den Endlagenschalter überbrücken, durchführbar. Dieses ist besonders bei hydraulischen
Endlagenschaltern nachteilig, da in diesem Falle eine Verdoppelung des Schalter-
und 1-j--itungsaufwandes erforderlich wird.
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Erfindungsgemäß wird daher zur Vermeidung dieser Nachteile ein hydraulischer
Endlagenschalter zur Abschaltung eines zu einem DrucknÜttelmotor strömenden Druckmittels
mit einem in die Druckmittelleitung eingeschalteten Schieberkolben und einem darauf
einwirkenden Kontakt, bei dem der gegen Rückstellkräfte durch den Kontakt betätigbare,
Schieberkolben den Durchfluß durch die Druckmittelleitung sperrt und Mittel vorgesehen
sind, die
bei Umkehrung der Durchflußrichtung in der Druckmittelleitung
den Schieberkolben in öffnungsrichtung verschieben, vorgeschlagen, der sich dadurch
kennzeichnet, daß der Schieberkolben durch das abzusperrende, mittels einer von
dem Kontakt beaufschlagten Steuervorrichtung gesteuerte Druckmittel verschiebbar
gelagert ist, und dadurch, daß Mittel zur selbsttätigen Entlastung des Schieberkolbens
vom Druck des Druckmittels bei Umkehrung der Wirkrichtung in der Druckmittelleitung
vorgesehen sind.
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Die bei den bekannten Anordnungen erläuterten Umstände sind bei dem
Schalter nach der Erfindung im wesentlichen dadurch beseitigt, daß die Verstellung
des die Druckmittelzufuhr absperrenden Hauptsteuerschiebers nach Art der bekannten
Hilfsschiebersteuerungen dem Druckmittel, das abzusperren ist, selbst überlassen
wird, wobei nach Umkehrung der Druckrichtung in den Druckmittelzuleitungen zum Stellmotor
infolge des Druckloswerdens der abgesperrten Leitung eine selbsttätige Öffnung der
Leitung herbeiführbar ist.
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Die Anwendung und die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Endlagenschalters
ist in den Zeichnungen dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Schaltplan,
der der Erfindung entsprechende Endlagenschieber enthält, während Fig. 2 den Aufbau
der Endlagenschieber im Schnitt erläutert.
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In Fig. 1 bezeichnet 4 einen mit einem Druckmittel gespeisten
Motor. Er dient zum Antrieb einer Gewindespindel 9, durch die z. B. das Verschlußteil
eines Absperrventils betätigt wird. Gleichlaufend mit dem Verschlußteil wird dabei
ein Büggel 7, dessen jeweilige Stellung die Stellung des Verschlußteils reproduziert,
in einer der beiden dargestellten Pfeilrichtungen verschoben. Der Bügel
7 betätigt in zwei Endlagen die vorgesehenen Endlagenschalter 10 bzw.
11, in dem er die Endlagenkontakte 8 bzw. 8' betätigt. Die
Kontakte 8 und 8' bestimmen die Endlagen des Bügels 7. Sie
entsprechen den Endstellungen des Verschlußteils.
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Mit a, b, c, d, e und
f sind die zum Motor 4 füh-
renden ölzu- bzw. -ableitungen bezeichnet.
Die Drehrichtung des Ölmotors 4 ist abhängig von der Flußrichtung des öles. Zur
Umkehrung der Flußrichtung des Druckmittels ist in der ölzuleitung der Umschalter
1 angeordnet.
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Die Druckmittelleitung b ist mit dem Stutzen 2 des Endlagenschalters
10 verbunden. Die Stutzen 3 und 5
der Endlagenschalter stehen
über die Leitung c, den ölmotor 4 und die Leitung d miteinander in Verbindung.
Der Stutzen 6 des Endlagenschalters 11 ist durch die Leitung e mit
dem Umschalter 1 verbunden.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung arbeitet derart, daß bei
einer Bewegung des Bügels 7 nach oben oder unten der Kontakt 8' bzw.
8 betätigt wird, wodurch der Fluß des Druckmittels entweder durch den Endlagenschalter
11 oder den Endlagenschalter 10
unterbrochen und der Motor stillgesetzt
wird. Sobald mittels des Umschalters 1 die Flußrichtung in den Leitungen
umgekehrt wird, schließt der sperrende Endlagenschalter den Ölkreis durch selbsttätige
Behebung der Sperrung, und der Ölmotor 4 läuft in der umgekehrten Drehrichtung wieder
an. Damit wird der Bügel 7 zum anderen Endlagenschalter hin bewegt, und zwar
so lange, bis nach Erreichen der anderen Endlage wiederum die selbsttätige Stillsetzung
erfolgt. Danach kann durch den Umschalter wiederum die Gegenbewegung eingeleitet
werden.
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Der in Fig. 2 dargestellte Schalter besitzt ein Gehäuse 21. Dieses
weist eine zylindrische Bohrung 22 auf, in die die der Ölzu- bzw. -ableitung dienenden
Bohrungen 23 und 23' einmünden. Auf diese Bohrungen sind die Anschlußstutzen
2 und 3 bzw. 5
und 6 aufgesetzt. In der Bohrung 22 ist ein hohlzylindrischer
Schieberkolben 24 gegen Federkraft bewegbar angeordnet. In seinem Inneren ist seinerseits
ein gegen Federkraft verschiebbarer, an sich bekannter Hilfsschieber 25 gelagert.
Der Schieberkolben 24 ist mit radialen Bohrungen 26 versehen, die von dem
Hilfsschieber 25 verschlossen und freigegeben werden können.
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Die Feder 27 übt ständig eine Kraft auf den Schieberkolben
24 aus und versucht, ihn in die gezeichnete Stellung zu treiben. In dieser Stellung
sind die Bohrungen 23 und 23' miteinander über eine Ringnut
28 verbunden. Die Ringaut 28 umfängt den Schieberkolben 24, von den
Kolbenabschnitten 29
und 29' abgesehen, auf seiner ganzen Länge.
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Der Hilfsschieber 25 steht unter der Wirkung einer Feder
30, wodurch er in der Offenstellung des Endlagenschalters nach rechts gedrückt
wird und mit seinem Bund 31 die Bohrungen 26 verschließt. Der mechanische
Endlagenkontakt ist durch den Stößel 32
gegeben, der im Falle seiner Betätigung
durch den Bügel 7 (s. Fig. 1) den Hilfsschieber 25 nach links
treibt. Die Feder 30 befindet sich in einem Raum 33,
der als Antriebsdruckraum
dient und nach oben unter anderem durch die Stirnflächen 34 und 35 be-
grenzt
ist. Diese Stirnflächen sind kreisringförmig ausgebildet und gegeneinander stufenförmig
abgesetzt. In der Längsrichtung des Hilfsschiebers 25 ist in an sich bekannter
Weise eine axiale Bohrung 36 vorgesehen, die mit dem Antriebsdruckraum
33 kommuniziert. Durch eine radiale Bohrung 37 steht sie außerdem
in Verbindung mit dem Innenraum 38 des Schieberkolbens 24. Ferner ist eine
Bohrung 39 vorgesehen, mittels der die axiale Bohrung 36 mit dem Raum
40 verbunden ist. Der Raum 40 befindet sich außerhalb des Schieberkolbens 24 und
ist an eine in Fig. 1 nicht dargestellte Leekölleitung 41 angeschlossen.
Die Bohrung 39 ist als Drosselstelle ausgebildet.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist die folgende: In
der Offenstellung weisen alle Bauteile des Schalters die dargestellten Stellungen
auf. Das Drucköl tritt durch die Bohrung 23' in das Gehäuse 21 ein, fließt
ohne wesentliche Druckverluste durch die Ringnut 28 und tritt über die Bohrung
23
wieder aus. Wird durch den Bügel 7 der mechanische Kontakt
32 betätigt, so verschiebt sich der Hilfsschieber 25 nach links, und
der Bund 31 gibt die Bohrungen 26 frei. Hierzu ist etwa eine Bewegung
von 1 bis höchstens 11/2 mm erforderlich. Der in der Druckmittelzuleitung
und damit auch in der Bohrung 23' anstehende Druck überträgt sich deshalb
durch Einströmen des Druckmittels in den Innenraum 38
über die Bohrung
37 und die axiale Bohrung 36 in den Antriebsdruckraum 33. Dieser
Druck wirkt zunächst auf die kreisringförmige Stirnfläche 35 des Schieberkolbens
24 und treibt diesen nach rechts, wodurch der Druck auch an der Stirnfläche 34 zur
Wirkung kommt, so daß jetzt der Schieberkolben 24 mit großer Kraft nach rechts getrieben
wird und mit seinem Kolbenabschnitt 29 die Bohrung 23 verschließt.
Damit
ist der ölkreislauf unterbrochen und der ölmotor 4 stillgesetzt.
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Die Freigabe des Endlagenschalters erfolgt - wie erwähnt
- durch Umkehr der Druckmittelflußrichtung mittels des Umschalters
1. Ist der Wechsel der öllaufrichtung erfolgt, so ist die Bohrung
23' drucklos. Der Druck im Antriebsdruckraum 33 kann sich deshalb
abbauen. Dies ist auf zwei verschiedene Weisen möglich: Einmal ist ein ständiger
ölverlust vorhanden, weil der Antriebsdruckraum 33 über die axiale Bohrung
36 und die Drosselbohrung 39 mit dem Raum 40 und mit der Leckölableitung
41 kommuniziert. Ist daher der Öldruck in der Bohrung 23' nicht mehr vorhanden,
so baut er sich auch im Antriebsdruckraum 33 ab. Zum anderen ist aber auch
der Rückfluß des Drucköles aus der Antriebsdruckkammer 33 in die nun drucklose
Bohrung 23'
über Bohrung 36, radiale Bohrung 37, Innenraum
38,
radiale Bohrung 26 und Ringnut 28 möglich. Die Kraft der
Feder 27 wird deshalb wirksam und drückt den Schieberkolben 24 nach links,
so lange, bis die Bohrung 23 wieder freigegeben ist. Jetzt steht zwar auch
die Bohrung 23 mit dem Antriebsdruckraum 33
in Verbindung, doch wird
dadurch in dem letzteren kein neuer Druck aufgebaut, da die Bohrung 23, wie
überhaupt der ganze Endlagenschalter, sich jetzt -
im Gegensatz zu dem Zeitpunkt
vor der Umschaltung der öllaufrichtung - im ölkreislauf an der Stelle befindet,
die stromabwärts vom ölmotor 4 gelegen ist. Der Druckabfall erfolgt jedoch nahezu
ausschließlich im ölmotor. Der in der Bohrung 23 anstehende Druck ist daher
nicht mehr in der Lage, die Kraft der Feder27 zu überwinden.
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Man wird daher zweckmäßig, wie in Fig. 1 dargestellt, die Endlagenschalter
derart anordnen, daß im ölkreislauf ein Endlagenschalter vor, der andere hinter
dem Stellmotor liegt, oder aber, daß bei einseitiger Endlagenbegrenzung der dann
nur erforderliche einzige Endlagenschalter an der passenden Stelle im Ölkreislauf
vor oder hinter dem ölmotor angeordnet ist. Mit anderen Worten: Der jeweils im Sinne
der Absperrung betätigte Endlagenschalter muß zum Zeitpunkt der Absperrung in der
Versorgungsleitung liegen, die gerade der Druckmittelzuführung zum Stellmotor dient.
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Der ölmotor bewegt nun das Ventilverschlußstück und den Bügel
7 in die Gegenrichtung. Dadurch erfolgt eine Freigabe des Kontaktes
32, so daß die Feder 30 auch den Hilfsschieber 25 wieder in
die Offenstellung treibt, in der der letztere mit seinem Bund 31 die radialen
Bohrungen 26 des Schieberkolbens 24 verschließt. Damit ist der ursprüngliche
Zustand wiederhergestellt.
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Es sei noch bemerkt, daß der Druckabbau im Anitriebsdruckraum
33 nach erfolgter Umschaltung der Öllaufrichtung natürlich auch allein durch
den Abfluß in die Leckölleitung 41 oder auch allein durch den Rückfluß in die Bohrung
23' erfolgen kann oder aber, wie im dargestellten Beispiel, auf beiden Wegen.
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Es ist ersichtlich, daß die völlige Absperrung bereits dann eintritt,
wenn der Bügel 7 den Kontakt 32
und den Hilfsschieber 25 nur
um einen geringen Weg verschoben hat. Dann bewirkt der anstehende hohe Druck des
Druckmittels die völlige und sofortige Ab-
sperrung. Es ist daher nicht erforderlich,
den Kontakt 32 um eine längere Strecke zu verschieben, die dem Durchmesser
der Mündung der Bohrung 23 in die Ringnut 28 entspricht. Es sei noch
erwähnt, daß als Rückstellkräfte für den Schieberkolben 24 und den Hilfsschieber
25 nicht notwendigerweise Federkräfte Verwendung finden müssen. Es ließen
sich die Federn 27 und 30 auch durch andere elastische Mittel ersetzen,
sofern man nicht sogar besondere Steuerungen für die Bewegung der Kolben 24 bzw.
25 vorsehen will. Ebenso ist die beschriebene Vorrichtung unabhängig von
der Art des verwendeten Kontaktes. So könnte beispielsweise vor den Kontakt
32 auch ein elektrischer Kontakt geschaltet sein, und es könnte der Hilfsschieber
25
durch elektromagnetische Kräfte bewegt werden.