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Steuerung mit Kolbenschieber und düsenartigen Auslaßöffnungen Die
Erfindung betrifft eine Steuerung mit einem den Zufluß des Druckmittels zum Verbraucher
steuernden Kolbenschieber sowie zwei mit Druckmittel beaufschlagten, gegeneinandergerichteten
düsenartigen Auslaßöffnungen, die beim Auftreten eines Steuerimpulses durch den
zwischen den Auslaßöffnungen angeordneten beweglichen Anker eines mit zwei gegensinnig
erregten Wicklungen versehenen Elektromagneten jeweils im umgekehrten Verhältnis
freigegeben oder geschlossen werden und die hierdurch den Druck in zwei zu beiden
Seiten des Kolbenschiebers liegenden Druckkammern derart ändern, daß der Kolbenschieber
unter Veränderung des Querschnitts der Druckkammer-Einlaßöffnungen in eine dem Steuerimpuls
entsprechende neue Gleichgewichtsstellung geführt wird.
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Es ist bereits eine elektrohydraulische Servosteuerung bekannt, die
einen den Zufluß der Druckflüssigkeit zum hydraulischen Motor steuernden Schieber
sowie zwei mit Druckflüssigkeit beaufschlagte, gegeneinandergerichtete düsenartige
Auslaßöffnungen aufweist. Beim Auftreten eines Steuersignals werden diese düsenartigen
Ausl'aßöffnungen durch einen Elektromagneten jeweils im umgekehrten Verhältnis freigegeben
oder geschlossen und ändern hierdurch den Flüssigkeitsdruck in zwei zu beiden Seiten
des Schiebers liegenden Druckkammern derart, daß der unter Federkraft stehende Schieber
in eine neue Gleichgewichtsstellung geführt wird.
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Der Steuerschieber dieser bekannten Ausführung hat somit dann seine
Gleichgewichtslage erreicht, wenn die Summe der auf das Schieberende wirkenden hydraulischen
Kraft und der Federkraft auf beiden Seiten gleich groß ist. Eine derartige Ausführung
weist nun den Nachteil auf, daß die den einzelnen Steuersignalen entsprechenden
Gleichgewichtsstellungen des Schiebers stark von der Konstanz der Federkräfte abhängen
und im übrigen auch nur dann über eine längere Betriebszeit einwandfrei erhalten
bleiben, wenn die für die Erzeugung des Differentialdruckes in den beiden Druckkammern
entscheidenden, mit kleinem konstantem Querschnitt ausgeführten Zufluß- und Abflußöffnungen
nicht verstopft sind, was eine häufigere Wartung erforderlich macht.
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Es ist weiterhin eine zweistufige Steuerung mit gegeneinandergerichteten
düsenartigen Auslaßöffnungen und einem zwischen zwei Druckkammern beweglichen Kolbenschieber
bekannt, bei der die düsenartigen Auslaßöffnungen und die Druckkammerauslaßöffnungen
jeweils parallel an die Druckmittelzufuhr angeschlossen sind. Die Auslaßöffnungen
der Druckkammern sind bei dieser bekannten Ausführung konisch ausgebildet, wobei
in diese Öffnungen in axialer Richtung ein stiftartiger Ansatz des Kolbenschiebers
eingreift, der je nach seiner Stellung die konische Auslaßöffnung mehr oder weniger
sperrt.
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Diese bekannte Ausführung besitzt eine verhältnismäßig geringe Empfindlichkeit
und eine nicht allzu hohe Verstärkung; ein weiterer Nachteil liegt ferner in dem
durch die Parallelschaltung der düsenartigen Auslaßöffnungen und der Druckkammerauslaßöffnungen
bedingten hohen Druckmittelverbrauch sowie in der durch die Form der Druekkammerauslaßöffnungen
gegebenen mangelnden Proportionalität zwischen den Bewegungen des vor den düsenartigen
Auslaßöffnungen befindlichen Steuerelementes und den Bewegungen des Kolbenschiebers.
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Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, bei einer mit zu beiden
Seiten eines Kolbenschiebers angeordneten Druckkammern und mit von einem beweglichen
Anker gesteuerten düsenartigen Auslaßöffnungen versehenen Steuerung durch die Bewegung
des Kolbenschiebers eine mindestens annähernd gleich große gegensinnige Änderung
des Querschnitts der Druckkammereintaßöffnungen herbeizuführen. Bei dieser älteren
Lösung sind die Druckkammereinlaßöffnungen am Umfang des Steuerschiebers ausgebildet;
die Querschnittsänderung erfolgt durch die Außenseite des Kolbenschiebers.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der aufgezeigten
Mängel eine Steuerung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die sich
durch
eine hohe Empfindlichkeit, einen guten Verstärkungsgrad und einen geringen Druckmittelverbrauch
auszeichnet und die darüber hinaus fertigungstechnisch einfach aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Zufluß
des Druckmittels zu den düsenartigen Auslaßöffnungen in an seich bekannter Weise
durch die Druckkammern erfolgt und d'aß deren Einlaßöffnungen durch an sich bekannte
hutartige Ausnehmungm gebildet werden, die am Umfang von die Druckkammern abdichtenden
Kolben des Kolbenschiebers vorgesehen sind und in Längsrichtung des Kolbenschiebers
einen unterschiedlichen Querschnitt aufweisen.
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Da bei der erfindungsgemäßen Steuerung die düsenartigen Auslaßöffnungen
in Reihe mit den zugehörigen Druckkammern liegen, ergibt sich ein geringer Druckmittelverbrauch
und eine hohe Empfindlichkeit der Steuerung. Da ferner die am Umfang der Kolben
des Schiebers vorgesehenen hutartigen Ausnehmungen eine in weiten Grenzen beliebige
Länge erhalten können, so daß jeder gewünschte Hub des Kolbenschiebers erreichbar
ist, läßt sich eine hohe Verstärkung der zweiten Verstärkerstufe erzielen.
In fertigungstechnischer Hinsicht ist von Vorteil, daß bei der Herstellung des Kolbenschiebergehäuses
auftretende Toleranzen nur einen verhältnismäßig kleinen Einfluß auf die FlüssigkeitsrDurchtrittsmenge
durch die hutartigen Ausnehmungen haben.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Achse des Kolbenschiebers, Fig. 2 einen
Längsschnitt längs der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt durch den
Verteiler längs der Linie III-111 der Fig. 1, Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie
IV-IV der Fig. 2, Fig. 5 ein Schaltschema der Steuerung, Fig. 6 eine Außenansicht
der an den hydraulischen Motor angebauten Steuerung, Fig. 7 ein Schaltschema einer
Steuerung mit zwei elektromagnetisch gesteuerten Düsenanordnungen. Das Gehäuse weist
zwei zueinander parallele Bohrungen auf. In diesen Bohrungen sind ein Futter 2 bzw.
zwei Halterungen 3 für einen Filter 4 vorgesehen. Die das Futter 2 aufnehmende Bohrung
ist an .ihren beiden Enden durch je eine Platte 5 verschlossen, die mit Schrauben
6 befestigt ist.
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Das Futter 2 ist seinerseits mit einer zentralen Längsbohrung versehen,
in der ein Kolbenschieber 7 geführt ist. Die beiden Enden dieses Kolbenschiebers
7 begrenzen jeweils eine Kammer 8; deren Durchmesser größer als der des Kolbenschiebers
7 ist. Die Kammern 8 werden nach außen durch einen zapfenartigen Ansatz 9 der Platte
5 verschlossen. Die Abdichtung zwischen dem Gehäuse 1 und dem Futter 2 wird durch
eine Anzahl von Ringdichtungen 10 bewirkt, während die Abdichtung der Kammern 8
gegenüber dem Zapfen 9 durch die Ringdichtungen 11 erfolgt.
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Der Kolbenschieber 7 enthält - jeweils mit Gleitsitz in der Bohrung
des Futters 2 geführt - einen mittleren Bund 12, zwei äußere Bunde 13 und zwei dazwischenliegende
Zwischenbunde 14. Auf diese Weise sind zwischen dem mittleren Bund 12 und den Zwischenbunden
14 zwei ringförmige Kammern 15 und zwischen den Zwischenbunden 14 und den äußeren
Bunden 13 zwei ringförmige Kammern 16 vorhanden.
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In der in Fig. 1 veranschaulichten mittleren Stellung des Kolbenschiebers
7 verschließt der mittlere Bund 12 die radialen Kanäle 17, die mit einem Ringkanal
IS in Verbindung stehen. Dieser Ringkanal 18 ist einerseits - wie aus Fig. 3 hervorgeht
- über einen Kanal 19 mit der Zuflußleitung 20 verbunden, durch die das Druckmittel
zugeführt wird; anderseits steht der Ringkanal 18 über einen Kanal 21 mit einer
weiteren ringförmigen Kammer 22 in Verbindung, die den Filter 4 umschließt.
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In der in Fig. 1 dargestellten mittleren Lage des Kolbenschiebers
7 verschließen die beiden Zwischenbunde 14 die radialen Kanäle 23, die jeweils mit
einem Ringkanal 24 in Verbindung stehen. Die Ringkanäle 24 sind ihrerseits über
eine Öffnung 25 mit dem Kanal 26 verbunden (vgl. Fig. 3), der somit beiden CSffnungen
25 gemeinsam ist und der über einen Kanal 27 mit der Abflußleitung 28 verbunden
ist. Die äußeren Bunde 13 trennen die beiden Kammern 8 und 16 voneinander.
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Die Kammern 16 stehen jeweils über radial verlaufende Kanäle 29 mit
einem Ringkanal 30 und einem Kanal 31 in Verbindung, der seinerseits zu einer ringförmigen
Kammer 32 führt. Diese Kammer 32 umschließt die rechte bzw. linke Halterung 3 des
Filters 4 und ist über Kanäle 33 und 34, die in der Halterung 3 vorgesehen sind,
mit der Bohrung 35 des Filters 4 verbunden. Die Halterungen 3 sind mit Hilfe der
in das Gehäuse 1 eingeschraubten Bolzen 36 starr festgelegt; sie tragen ferner
Dichtungselemente 37.
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Die Kammern 8 stehen über radiale Kanäle 38 mit je einem Ringkanal
39 in Verbindung, der seinerseits über Kanäle 40 und 41 (vgl. Fig. 2) mit je einer
Bohrung 42 des Gehäuses 1 verbunden ist.
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Die beiden Düsen 43 (Fig. 2 und 4), die in der Halterung 44 durch
eine stirnseitige Verschweißung festgelegt sind, weisen kapillare Düsenöffnungen
45 auf, die an axiale Kanäle 46 angeschlossen sind, die ihrerseits über radiale
Kanäle 47 in je eine ringförmige Kammer 48 münden. Diese Kammern 48 stehen über
je einen Kanal 49 mit den beiden Bohrungen 42 und damit auch mit den beiden Kammern
8 in Verbindung.
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In den Zwischenräumen zwischen den beiden Düsen 43 ragt mit einem
gewissen Spiel ein Verschlußteil 50 hinein, das mit einer Platte 51 fest verbunden
ist. Diese Platte 51 ist über einen flexiblen röhrenförmigen Bauteil 52 mit einer
Aufnahme 53 verbunden, die mittels Schrauben 54 an der Halterung 44 befestigt ist.
Die Platte 51 trägt den Anker 55 eines dreipoligen Elektromagneten 56 (Pole
a, b, c)
mit den Wicklungen 57 und: 58. Diese Wicklungen werden in Abhängigkeit
von einem elektrischen Steuerimpuls, und zwar über einen nicht dargestellten elektronischen
Verstärker gespeist.
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Das aus den Düsen 43 ausgespritzte Druckmittel wird durch die Kammer
59 aufgenommen, die über die Kanäle 60, 61 und 62 mit dem Abflußkanal 27 verbunden
ist.
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Die auf der Halterung 44 angeordneten Bauteile werden von einer Haube
63 umschlossen, die über ein Dichtungselement am Gehäuse 1 befestigt ist.
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Nach Fig. 5 ist der Motor M über die Leitungen 64 mit den Auslaßkanälen
65 (vgl. Fig. 1) verbunden.
Diese Kanäle 65 münden in je einen Ringkanal
66, der in dem Futter 2 vorgesehen ist und über die radialen Kanäle 67 mit einer
der beiden Kammern 15 in Verbindung steht. Je nach der Stellung des Kolbenschiebers
7 wird somit dem Motor M über eine der beiden Leitungen 64 mehr oder weniger Druckmittel
von der Zuflußleitung 20 her zugeführt.
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Die Kammern 8, die die Düsen 43 speisen, stehen mit den Kammern 16
über je eine am Umfang der Bunde 13 des Kolbenschiebers 7 vorgesehenen nutartige
Ausnehmung F (Fig. 1 und 5) in Verbindung. Die beiden Ausnehmungen F sind in bezug
auf den mittleren Bund 12 symmetrisch zueinander angeordnet; sie sind so ausgebildet,
d'aß sich der Durchlaßquerschnitt in Strömungsrichtung vermindert. Die Druckmittelmenge,
die in einer bestimmten Zeiteinheit durch eine der Ausnehmüngen F strömen kann,
ist daher abhängig von der Stellung des betreffenden Bundes 13 gegenüber der durch
den inneren Rand der Kammer 8 gebildeten Stirnfläche A, somit abhängig von der Stellung
des Kolbenschiebers 7.
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Die erfindungsgemäße Steuerung wirkt folgendermaßen: Solange sich
die von den Spulen 57 und 58 des Elektromagneten 56 auf den Anker 55 ausgeübten
Kräfte das Gleichgewicht halten, was beim Fehlen eines Steuerimpulses oder bei einem
bestimmten Wert der Fall ist, liegt das Verschlußteil 50 in gleicher Entfernung
vor den Öffnungen 45 der Düsen 43. Der Druck in den beiden Kammern 8 ist daher gleich.
Der Kolbenschieber 7 des Verteilers nimmt infolge Gleichheit der auf ihn ausgeübten
Kräfte somit seine mittlere Lage ein, in der der mittlere Bund 12 den Zufluß von
Druckmittel zum Motor M unterbricht. Die durch die Ausnehmungen F in die Kammern
8 strömenden, durch die zugehörigen Düsen 43 ausgespritzten Druckmittelmengen sind
gleich.
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Tritt nun ein Steuerimpuls auf oder verändert sich ein solcher, so
werden hierdurch auch die von den Spulen 57 und 58 auf den Anker 55 des Magneten
56 ausgeübten Kräfte verändert. Infolgedessen verändert das Verschlußtei150 seine
Stellung gegenüber den Düsen 43. Das Ausspritzen aus derjenigen Düse, der sich das
Verschlußteil genähert hat, wird hierdurch behindert bzw. verringert. Danut verändert
sich jedoch auch der Druck in den zu den Düsen 43 gehörenden Kammern B.
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Der Kolbenschieber 7 verschiebt sich unter der Wirkung der auf ihn
ausgeübten ungleichen Kräfte infolgedessen in Richtung auf diejenige Kammer 8, in
der der geringere Druck herrscht. Bei dieser Verschiebung des Kolbenschiebers 7
wird der wirksame Querschnitt der Ausnehmungen F der beiden Bunde 13 in umgekehrtem
Sinne verändert, so daß in die Kammer mit geringerem Druck verstärkt Druckmittel
nachströmt. Die Verschiebung erfolgt dabei so lange, bis wieder gleicher Druck in
den beiden Kammern 8 herrscht. Jeder bestimmten Stellung des Verschlußteils 50 entspricht
somit eine bestimmte Schieberstellung und damit auch eine bestimmte Druckmittelmenge,
die pro Zeiteinheit dem vorzugsweise hydraulischen Motor M zugeführt wird.
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In Fig. 6 ist die Verbindung zwischen der Steuerung und einem hydraulischen
Motor veranschaulicht. Das Gehäuse 1 kann mit Hilfe eines einzigen Verbindungsteiles
68 am Motor M befestigt werden. An dem Verbindungsteil 68 sind zwei Rohrstutzen
69 vorgesehen, die die gesamte Anordnung mit der Zuflußleitung bzw. der Abflußleitung
verbinden. Alle anderen Verbindungen sind im Innern der Anordnung vorgesehen und
weisen infolgedessen eine sehr kleine Länge auf.
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Wie aus dem Schaltschema in Fig. 7 hervorgeht, kann man die Düsenanordnung
verdoppeln, sei es; um die Betriebssicherheit zu erhöhen, für den Fall, daß eine
der beiden parallel oder hintereinandergeschalteten Stufen ausfällt, sei es, um
die beiden ersten Stufen wechselweise für unterschiedliche Eingangssignale zu verwenden.
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Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der zu steuernde
hydraulische Motor M einen doppeltwirkenden Kolben auf, wie er beispielsweise für
Winden und Hebevorrichtungen Verwendung findet. Bei einer derartigen Winde ist es
erforderlich, die gerade vorhandene Stellung des beweglichen Kolbens durch geeignete
Mittel zu messen. Hierfür ist - wie in Fig. 7 dargestellt - häufig ein Potentiometer
70 vorgesehen. Wenn der von diesem Potentiometer 70 gelieferte Impuls dem Steuerimpuls
gleich ist, so befindet sich die Düsenanordnung im Gleichgewicht; der Zufluß des
Druckmittels zum Motor M ist infolgedessen unterbrochen. Falls - wie in der Zeichnung
dargestellt - zwei Düsenanordnungen C 1 und C 2 wechselweise Verwendung finden,
so werden hierfür zwei Potentiometer vorgesehen.
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Um die wechselweise Einschaltung der beiden Düsenanordnungen C 1 und
C 2 zu steuern, ist weiterhin ein Umkehrventil vorgesehen mit einem Zylinder 71
und einem Schieber 72. Dieser Schieber 72 steht unter der Wirkung einer Feder 73
und kann gegen die Kraft dieser Feder durch den Elektromagneten 74 verschoben werden.
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In der dargestellten Stellung des Schiebers 71 ist der Elektromagnet
74 erregt; die Düsenanordnung C 1 ist infolgedessen mit den zu beiden Seiten des
Kolbenschiebers 7 liegenden Kammern 8 verbunden.
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Wird der Elektromagnet 74 ausgeschaltet, so sind die beiden Kammern
8 mit der zweiten Düsenanordnung C 2 verbunden.
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Die beschriebene Steuerung besitzt einen großen Anwendungsbereich,
z. B. zu Kopier- und Steuerzwecken, ferner zum Höhenausgleich, zur Synchronisation
u. dgl.; der Steuerimpuls kann dabei je nach dem Verwendungszweck auf photoelektrischem
Wege von einem Film- oder einem Lochstreifen abgetastet werden.