DE19832306A1 - Operating device for control rod displaced between 2 switch positions e.g. for piston/cylinder valve device. - Google Patents
Operating device for control rod displaced between 2 switch positions e.g. for piston/cylinder valve device.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für eine in axialer Richtung zwischen zwei Schaltstellungen bewegbaren Steuerstange gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to an actuating device for one in the axial direction between two Switch positions movable control rod according to the Preamble of the main claim.
Betätigungsvorrichtungen sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Sie dienen dazu, eine Steuerung vorzunehmen. Insbesondere bei in nur zwei Richtungen drehbar antreibbaren Vorrichtungen ist es wünschenswert, dass eine weitestgehend selbständige Umschaltung der diesen beiden Drehrichtungen zugeordneten Steuerzuständen möglich ist.Actuators are available in a variety of Embodiments known. They serve one Control. Especially in only two It is directions rotatably drivable devices desirable that a largely independent Switching of these two directions of rotation assigned control states is possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemässe Steuerungsvorrichtung gemäss dem Oberbegriff so auszubilden, dass sie in Abhängigkeit von der Drehrichtung automatisch gesteuert wird.The invention is based on the object Generic control device according to the Form the generic term so that it is dependent is automatically controlled by the direction of rotation.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemässen Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäss durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. This task is done with a generic Device according to the preamble of the main claim according to the invention by its characteristic features solved.
Durch die in beide Drehrichtungen drehbare Betätigungswelle, die mit der Steuerstange verbunden ist, steht sie in eine letztere bei Drehung in die eine Richtung in axialer Richtung auf die eine der beiden Schaltstellungen und bei Drehung in die andere Richtung auf die andere Schaltstellung hin bewegenden gewindeartigen Wirkverbindung. Hierdurch ist sichergestellt, dass - jeweils bei Antrieb in die eine Richtung - der betreffende Steuerzustand zuvor durch Betätigung der Steuerstange in axialer Richtung eingestellt wird. Dies gesteht überdies jeweils automatisch und bei Bewegung der Betätigungswelle in die eine oder in die andere Drehrichtung, wobei zunächst eben die Steuerstange verschoben und erst bei Erreichen der jeweiligen Endlage (Schaltstellung) gewissermassen die Steuerstange weiter mitdreht, wodurch über diese Bewegung ein Antrieb, abgeleitet von der Steuerstange, die dann als Welle für den Antrieb dient, erfolgt.By rotating in both directions Actuating shaft connected to the control rod , it is in the latter when it is rotated into the a direction in the axial direction to one of the two switch positions and when turning to the other Moving towards the other switching position thread-like active connection. This is ensures that - each time the drive in the one direction - the tax state in question beforehand by operating the control rod in the axial direction is set. This also admits in each case automatically and when the actuating shaft moves in one or the other direction of rotation, whereby first just moved the control rod and first when the respective end position is reached (switch position) so to speak, the control rod continues to rotate, whereby a drive is derived via this movement from the control rod, which then acts as a shaft for the Drive is used.
Außerdem ist erfindungsgemäß eine Ansteuerung für das wechselnde Umschalten zweier Ventile vorgesehen, die einfach, sinnfällig und störunanfällig ausgebildet ist, wobei zugleich ein Minimum an Platzbedarf notwendig ist. Hierbei ist das erste und zweite angesteuerte Ventil der Ventileinrichtung jeweils als 3/2-Ventil und beide Ventile zur Bildung der Ventileinrichtung insgesamt als 4/2-Ventil ausgebildet.In addition, a control for the invention alternating switching of two valves provided that simple, practical and insensitive to faults is, at the same time a minimum of space necessary is. Here is the first and second controlled valve of the valve device each as 3/2 valve and both valves to form the Overall valve device as a 4/2 valve educated.
Alternativ wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die axiale Verschiebebewegung der Steuerachse auf ein als Ventilschieber wirkendes Ventildichtelement übertragen, das die von der Pumpe kommende Leitung in der einen Schaltstellung nur mit der einen, z. B. zu dem einen Zylinderraum führenden Leitung und in der anderen Schaltstellung nur mit der anderen, z. B. zu dem anderen Zylinderraum führenden Leitung verbindet, wobei die jeweils nicht an die Pumpe angeschlossene Leitung mit dem Tank verbunden ist. Zur Minimierung der Reibung bei der Verschiebebewegung wird das Ventildichtelement nur mit ganz geringer Kraft einer Feder auf den Steuerbereich (Mündungen der drei Leitungen) gedrückt. Diese Andruckkraft wird weiter durch eine in gleicher Richtung wirkende hydraulische Kraft verstärkt, die dadurch bewirkt wird, daß die beiden hydraulisch wirksamen Flächen, nämlich die vordere Andruckfläche des Ventildichtelements kleiner als die rückwärtige, hydraulisch wirksame Querschnittsfläche ist, wobei diese Vorder- und Rückseite durch die in der Ausnehmung vorgesehene Bohrung verbunden sind. Zur weiteren Minimierung der Verschiebekraft wird an der Rückseite des in dem Mitnehmer geführten Hohlkörpers eine Linearführung angeordnet, die sich ihrerseits rückseitig an einem gehäusefesten, planebenen Widerlager abstützt. Somit werden an dieser Stelle bei der Verschiebebewegung keine Gleitreibungskräfte erzeugt, sondern mittels Rollreibung ein geringster Widerstand erzielt.Alternatively, in an advantageous embodiment Invention the axial displacement movement of the Control axis on a acting as a valve spool Valve sealing element that is transferred from the pump incoming line in one switch position only with the one, e.g. B. leading to a cylinder space Line and in the other switch position only with the other, e.g. B. leading to the other cylinder chamber Line connects, but not to the Pump connected line connected to the tank is. To minimize friction at the The valve sealing element only moves with very little force of a spring on the Control area (mouths of the three lines) pressed. This pressure force is further increased by a hydraulic force acting in the same direction amplified, which is caused by the two hydraulically effective surfaces, namely the front Pressure area of the valve sealing element is smaller than that rear, hydraulically effective cross-sectional area is, this front and back through the in the recess provided bore are connected. To further minimize the displacement force is on the back of the led in the driver A linear guide arranged in the hollow body in turn on the back of a housing-fixed, supports plane abutments. Thus, on at this point when moving Generating sliding friction forces, but by means of Rolling friction achieved the least resistance.
Weitere zweckmässige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further expedient configurations and Developments of the invention are in the Subclaims marked.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt: An embodiment of the invention will hereinafter with reference to the drawing explained. In this shows:
Fig. 1 den Querschnitt durch eine hydraulische Kolben-Zylindereinheit mit Antrieb; Fig. 1 shows the cross section through a hydraulic piston-cylinder unit with drive;
Fig. 2 eine erste Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung, im schematischen Querschnitt; Fig. 2 shows a first embodiment of the actuating device, in schematic cross section;
Fig. 3 die Ausführungsform gemäss Fig. 2, in Seitenansicht; Fig. 3 shows the embodiment according to Figure 2, in side view.
Fig. 4 die Einzelheit IV gemäss Fig. 1; FIG. 4 shows the detail IV according to FIG. 1;
Fig. 5 eine Teilansicht gemäss Fig. 1, im grösseren Massstab und teilweise abgebrochener Darstellung; FIG. 5 is a partial view according to FIG. 1, on a larger scale and partially broken away;
Fig. 6 eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung. Fig. 6 shows an alternative embodiment of the valve device according to the invention.
In Fig. 1 ist im schematischen Querschnitt die eine Seite einer hydraulischen Kolbenzylindereinheit 10 mit einem Augloch 11 zum mechanischen Anschluss dargestellt, neben dem eine kombinierte Antriebs- und Steuereinheit 12 vorgesehen ist. Diese weist einen reversierbaren, insgesamt mit 13 bezeichneten E-Motor auf, dessen Motorwelle 14 als Betätigungswelle 15 (Fig. 2 und 4) einer Betätigungsvorrichtung mit einer in axialer Richtung zwischen 2 Schaltstellungen bewegbaren Steuerstange 16 ausgebildet ist. Die Betätigungswelle 15 und die Steuerstange 16 stehen in einer gewindeartigen Wirkverbindung, deren erste Ausführungsform in den Fig. 2 und 3 und deren alternative Ausführung hierzu in Fig. 4 dargestellt ist.In Fig. 1 in schematic cross section one side of a hydraulic piston-cylinder unit 10 is shown with a Augloch 11 for mechanical connection, in addition to the combined drive and control unit 12 is provided. This has a reversible, generally designated 13 electric motor, the motor shaft 14 of which is designed as an actuating shaft 15 ( FIGS. 2 and 4) of an actuating device with a control rod 16 which can be moved in the axial direction between two switching positions. The actuating shaft 15 and the control rod 16 are in a thread-like operative connection, the first embodiment of which is shown in FIGS . 2 and 3 and the alternative embodiment of which is shown in FIG. 4.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4 ist eine axiale Sackbohrung 17 in der Steuerstange 16 mit einem Innengewinde 18 vorgesehen, wobei ein an dieses angepasstes Aussengewinde 19 der Betätigungswelle 15 vorgesehen ist. Nachdem das in die Sackbohrung 17 über das Innengewinde 18 eingeschraubte Aussengewinde 19 nur einen bestimmten Hub (wenige Gewindegänge) ausführen kann, wird während der ersten Drehbewegung der Betätigungswelle 15 zunächst die Steuerstange 16 in axialer Richtung verschoben. Wenn die Betätigungswelle 15 am Ende des Gewindes angelangt oder am Ende der Sackbohrung zur Anlage gekommen ist, nimmt sie die Steuerstange 16 in der einen oder der anderen Drehrichtung mit.In the embodiment according to FIG. 4, an axial blind bore 17 is provided in the control rod 16 with an internal thread 18 , an external thread 19 of the actuating shaft 15 adapted to this being provided. After the external thread 19 screwed into the blind bore 17 via the internal thread 18 can only carry out a certain stroke (a few threads), the control rod 16 is first displaced in the axial direction during the first rotary movement of the actuating shaft 15 . When the actuating shaft 15 has reached the end of the thread or has come to rest at the end of the blind bore, it drives the control rod 16 in one or the other direction of rotation.
Eine hierzu alternative Ausführungsform ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Dort ist die Betätigungswelle 15 mit einem radial abstehenden Betätigungsnocken 20 versehen, der längs einer wendelartigen Nut 21 an der Steuerstange 16 als in die Nut 21 eingreifender Bolzen ausgebildet. Sobald dieser unter Verschiebung der Steuerstange 16 in axialer Richtung an dem Ende der wendelartigen Nut 21 angekommen ist, ist die Verschiebebewegung in axialer Richtung beendet und nimmt der Bolzen 20 als Mitnehmer die Steuerstange 16 mit, wodurch die von der Betätigungswelle 15 abgegebene Drehbewegung an die dann als Steuerwelle wirkende Steuerstange abgegeben wird.An alternative embodiment to this is shown in FIGS. 2 and 3. There, the actuating shaft 15 is provided with a radially projecting actuating cam 20 , which is formed along a helical groove 21 on the control rod 16 as a bolt engaging in the groove 21 . As soon as it arrives at the end of the helical groove 21 while displacing the control rod 16 in the axial direction, the displacement movement in the axial direction has ended and the pin 20 takes the control rod 16 as a driver, as a result of which the rotary movement emitted by the actuating shaft 15 then control rod acting as a control shaft is delivered.
In Fig. 1 ist ferner dargestellt, dass an der Steuerwelle (16) ein Exzenter 30 vorgesehen ist, welcher auf einen insgesamt mit 31 bezeichneten Pumpenkolben einwirkt und auf diesen eine hin- und hergehende Hubbewegung zum Zwecke des Pumpens der Hydraulikflüssigkeit überträgt. Der Pumpenkolben ist in Richtung auf die Betätigungswelle 16 mit der Kraft einer Feder 33 federbelastet. Diese Bewegung wird von einem auf der Steuerwelle 16 im Bereich des Exzenters 30 angebrachtes Kugellager 32 vorgesehen, mit dem in einfachster Art und Weise die Hubbewegung erzeugt und auf den Pumpenkolben 31 (bzw. auf dessen rückwärtige Verlängerung 34 Fig. 1 und 5) übertragen wird.In Fig. 1 it is also shown that an eccentric 30 is provided on the control shaft ( 16 ), which acts on a pump piston designated overall by 31 and transmits a reciprocating stroke movement for the purpose of pumping the hydraulic fluid. The pump piston is spring-loaded in the direction of the actuating shaft 16 with the force of a spring 33 . This movement is provided by a ball bearing 32 mounted on the control shaft 16 in the region of the eccentric 30 , with which the lifting movement is generated in the simplest manner and transmitted to the pump piston 31 (or to its rear extension 34, FIGS. 1 and 5) .
Ausserdem ist an dem zu der Betätigungswelle 15 entgegengesetzten freien Ende der Steuerwelle 16 ein Radiallager 40 vorgesehen, dessen äusserer Lagerring mit Spiel an der Gehäuseinnenseite 35 angeordnet ist bzw. sich hieran abstützt. Der die Steuerwelle 15 und die Betätigungswelle 16 symmetrisch umgebende Aufnahmezylinder 36 ist bezüglich des Radiallagers 40 rotationssymmetrisch ausgebildet. Ausserdem ist das Radiallager 40 in Richtung der Achse der Steuerwelle 16 mit dieser axial von der Steuerstange 16 verschieblich ausgebildet. An dem äusseren Lagerring des Radiallagers 40 ist ferner ein Steuerbolzen 37 vorgesehen, der auf den Steuerarm 38 eines insgesamt mit 39 bezeichneten Steuerhebels wirkt, was unter Bezugnahme auf Fig. 5 nachfolgend näher erläutert wird.In addition, a radial bearing 40 is provided on the free end of the control shaft 16 opposite the actuating shaft 15 , the outer bearing ring of which is arranged with play on the inside 35 of the housing or is supported thereon. The receiving cylinder 36 , which surrounds the control shaft 15 and the actuating shaft 16 symmetrically, is designed to be rotationally symmetrical with respect to the radial bearing 40 . In addition, the radial bearing 40 formed in the direction of the axis of the control shaft 16 with this axially of the control rod 16 slidably. On the outer bearing ring of the radial bearing 40 , a control pin 37 is also provided, which acts on the control arm 38 of a control lever denoted overall by 39 , which is explained in more detail below with reference to FIG. 5.
Der Steuerhebel 39 ist als um ein Kipplager 41 beweglicher, zweiarmiger Hebel ausgebildet, dessen einer Betätigungsarm 42 einen Steueranschluss eines als erstes Ventil 44 ausgebildeten Ventileinrichtung einwirkt, während der andere Betätigungsarm 43 den anderen Steueranschluss eines zweiten Ventils 45 der Ventileinrichtung freigibt und umgekehrt. Sowohl das erste Ventil 44 der Ventileinrichtung als auch das zweite Ventil 45 sind als 3/2- und beide zusammen als 4/2-Ventil ausgebildet sein. In jedem Falle handelt es sich um ein sitzgedichtetes Wegeventil. Beispielhaft sei das Ventil 44 nachfolgend beschrieben, welches im aber identischen Aufbau wie jenes Ventil 45 aufweist.The control lever 39 is designed as a two-armed lever movable about a tilting bearing 41 , one actuating arm 42 of which acts on a control connection of a valve device designed as a first valve 44 , while the other actuating arm 43 releases the other control connection of a second valve 45 of the valve device and vice versa. Both the first valve 44 of the valve device and the second valve 45 are designed as 3/2 and both together as a 4/2 valve. In any case, it is a seat-sealed directional valve. The valve 44 is described below by way of example, but has an identical structure to that of the valve 45 .
So ist das erste Ventil 44 mit zwei auf je einem Sitz aufliegenden Kugeln 441 und 442 versehen, die über einen Steuerstab 443 wechselweise von dem Sitz abhebbar sind, wobei der Steuerstab 443 mit radialem Spiel in einer Bohrung 444 geführt ist und wobei diese an ersten Anschluss 445 angeschlossen ist, der über die eine der beiden Kugeln entweder mit der den Pumpendruck führenden Leitung 46 oder über die andere der beiden Kugeln mit der zum Tank führenden Leitung 446 verbindbar ist. Dieselbe Ausgestaltung gilt für das zweite Ventil 45. Gleiche Teile erhalten daher von der dreistelligen Bezugszahl die letzte gleiche Ziffer.Thus, the first valve 44 is provided with two balls 441 and 442 , each resting on a seat, which can alternately be lifted off the seat via a control rod 443 , the control rod 443 being guided with radial play in a bore 444 and this being at the first connection 445 is connected, which can be connected via the one of the two balls either to the line 46 carrying the pump pressure or via the other of the two balls to the line 446 leading to the tank. The same configuration applies to the second valve 45 . Identical parts therefore receive the last identical digit from the three-digit reference number.
Ferner kann der auf die eine der beiden Kugeln 441 drückende eine (von zwei vorhandenen) Betätigungsarm 42 des Steuerhebels 39 elastisch nachgiebig ausgebildet sein, wobei die Kraft auf diese eine der beiden Kugeln 441 so einstellbar ist, dass bei einem bestimmten Pumpendruck in der diesen führenden Leitung 46 diese eine Kugel 441 von ihrem Sitz im Sinne einer Druckbegrenzung abhebt, wodurch über die zum Tank führende Leitung 446 ein Druckabfall erzeugt wird.Further, pressing on one of the two balls 441, a (two existing) operating arm 42 of the control lever 39 elastically yielding be, wherein the force to said one of the two balls 441 is adjustable so that the leading at a certain pump pressure in this Line 46 lifts a ball 441 from its seat in the sense of a pressure limitation, as a result of which a pressure drop is generated via line 446 leading to the tank.
Die andere der beiden Kugeln 442 wird von einem federbelasteten Haltekolben 47 in den Bereich ihres Sitzes gedrückt, wobei der Haltekolben 47 Durchtrittsöffnungen für die Hydraulikflüssigkeit aufweist. The other of the two balls 442 is pressed into the region of its seat by a spring-loaded holding piston 47 , the holding piston 47 having passage openings for the hydraulic fluid.
In Fig. 6 ist eine alternative Ausführungsform einer Ventileinrichtung gezeigt. An dem äußeren Lagerring des Radiallagers 40 ist ein im Querschnitt U-förmiger, nach unten offener Mitnehmer 50 vorgesehen, in dem ein insgesamt mit 61 bezeichneter, nach einer Seite, nämlich in Fig. 6 nach unten offener Hohlkörper 61 geführt ist. In diesem ist im hohlen Bereich ein insgesamt mit 51 bezeichnetes Ventildichtelement vorgesehen, welches mittels der Kraft einer Druckfeder 56 nach unten, in Richtung auf einen insgesamt mit 57 bezeichneten Steuerbereich drückt, der in Form einer parallel zur Verschieberichtung der Steuerachse 16 verlaufenden Dichtfläche vorgesehen ist. In den Steuerbereich 57 münden eine mittlere Leitung 52, welche von der Pumpe kommt und deren Druck führt. Beiderseits in Verschieberichtung versetzt davon ist die zu dem einen Zylinderraum führende Leitung 53 und die zu dem anderen Zylinderraum führende Leitung 54 vorgesehen.In FIG. 6, an alternative embodiment of a valve means is shown. Provided on the outer bearing ring of the radial bearing 40 is a driver 50 which is U-shaped in cross section and is open at the bottom and in which a hollow body 61 , indicated overall by 61, is guided on one side, namely in FIG. 6, downwards. Provided in the hollow area is a valve sealing element, generally designated 51 , which, by means of the force of a compression spring 56 , presses downward in the direction of a control area, generally designated 57 , which is provided in the form of a sealing surface running parallel to the direction of displacement of the control axis 16 . A central line 52 , which comes from the pump and carries its pressure, opens into the control region 57 . The line 53 leading to one cylinder space and the line 54 leading to the other cylinder space are provided offset on both sides thereof.
Das Ventildichtelement 51 verbindet in jeder der beiden Schaltstellungen, von der die linke in Fig. 6 dargestellt ist, die von der Pumpe kommende Leitung 52 mit einer der beiden Leitungen zu den beiden verschiedenen Zylinderräumen 53 bzw. 54. Hierzu weist es eine einen Dichtrand 58 umgebene Ausnehmung 59 auf, über die die Verbindung der beiden Leitungen jeweils bewirkt wird. In der Ausnehmung ist noch eine Bohrung 60 vorgesehen, die die Ausnehmung mit dem rückwärtigen Teil des Ventildichtelements 51 verbindet. Infolgedessen ist die hydraulisch wirksame Querschnittsfläche im Innenbereich größer als im Außenbereich. Hierdurch ergibt sich eine resultierende Kraft des Ventildichtelements 51 auf den Steuerbereich 57 was bedeutet, daß bei Druckbeaufschlagung eine zusätzlich zu der Kraft der Feder dichtende Kraft auf das Ventildichtelement 51 einwirkt.In each of the two switching positions, of which the left one is shown in FIG. 6, the valve sealing element 51 connects the line 52 coming from the pump with one of the two lines to the two different cylinder spaces 53 and 54 . For this purpose, it has a recess 59 surrounded by a sealing edge 58 , via which the connection of the two lines is effected in each case. A bore 60 is also provided in the recess, which connects the recess to the rear part of the valve sealing element 51 . As a result, the hydraulically effective cross-sectional area is larger in the interior than in the exterior. This results in a resultant force of the valve sealing element 51 on the control area 57, which means that when pressure is applied, a force which acts in addition to the force of the spring acts on the valve sealing element 51 .
Zur zusätzlichen Verringerung der Gleitreibung beim Schalten der Ventileinrichtung kann erfindungsgemäß eine Linearführung 62 (Kugel-/Rollenlagerführung) auf der Rückseite des Hohlzylinders 61 angeordnet sein, die sich ihrerseits rückseitig an einem gehäusefesten Widerlager 63 abstützt, welches eine planebene Auflagefläche aufweist. Hierdurch bedingt entsteht im rückwärtigen Bereich des Hohlzylinders 61 keine Gleit-, sondern nur Rollreibung, wodurch der Widerstand beim Betätigen der Ventileinrichtung weiter verringert ist.To additionally reduce the sliding friction when switching the valve device, according to the invention a linear guide 62 (ball / roller bearing guide) can be arranged on the back of the hollow cylinder 61 , which in turn is supported on the rear side on an abutment 63 which is fixed to the housing and has a flat bearing surface. As a result, no sliding friction occurs in the rear region of the hollow cylinder 61 , but only rolling friction, which further reduces the resistance when the valve device is actuated.
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