DE2159926C2

DE2159926C2 - Schalteinrichtung für einen doppelt wirkenden Kolbenmotor

Info

Publication number: DE2159926C2
Application number: DE2159926A
Authority: DE
Inventors: Beldon L. Buffalo Grove Ill. Rich
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1970-12-04
Filing date: 1971-12-02
Publication date: 1984-08-02
Also published as: US3661053A; DE2159926A1; AU459065B2; GB1338282A; CA935719A; AU3578871A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinrichtung p für einen doppelt wirkenden Kolbenmotor gemäß

H Oberbegriff des Hauptanspruchs.

|j Aus der US-PS 29 60 077 ist eine Schalteinrichtung

f!\j für einen doppelt wirkenden Kolbenmotor der eingangs

% genannten Art bekannt. Bei dieser Schalteinrichtung ist

j'i< ein stabförmiges Betätigungselement mit einem relativ

f j großen Durchmesser als Schaltelement vorgesehen. Mit

':,!■ dieser Auslegung wird gewährleistet, daß das stabförmi-

t,\ ge Betätigungselement seitlich wirkenden Kräften

;..·', standhalten kann. Aufgrund des relativ großen Durch-

^:i messers des stabförmigen Betätigungselements bildet

/'' sich für den Fluiddruck eine relativ große Wirkfläche, so

daß bei der Fluiddruckbcaufschlagung eine beträchtlich ■':■■'■ große, nach außen gerichtete Kraft auf das Betätigungselement wirkt. Um dieser Kraft entgegenwirken zu können, ist daher eine starke Feder erforderlich. Um eine solche starke Feder zu vermeiden, isl bei der US-PS 60 077 vorgesehen, den Fluiddruck auf die Oberseite '·■ eines Flansches an dem stabförmigen Betätigungselement so einwirken zu lassen, daß die Federkraft durch den Fluiddruck gleichgerichtet unterstützt wird. Hierzu ist jedoch eine Dichtung an dem Flansch erforderlich und die Unterseite des Flansches muß mit der Umgebung über Bohrungen in Verbindung stehen, die in dem stabförmigen Betätigungselement ausgebildet sind. Auch muß zur Gewährleistung einer ausreichenden Dichtigkeit noch eine weitere Dichtung vorgesehen sein. Da in dem ütabförmigen Betätigungselement sechs Bohrungen vorgesehen sind, kann der Durchmesser des Betätigungselements nicht unbegrenzt vermindert werden. Auch hat die Schalteinrichtung wach der US-PS 29 60 077 einen komplizierten Aufbau und es müssen mehrere Dichtungen vorgesehen sein, die zu Leckstellen führen und schnell versagen können.

Aus der US-PS 29 49 098 ist eine Schalteinrichtung für einen doppelt wirkenden Kolbenmotor bekannt, bei der ein Betätigungselement direkt durch die Stirnfläche des Kolbens betätigt wird. Das Druckmittel wirkt an der rechten Seite über eine Vergrößerung und unter Zwisdenschaltung von Bohrungen in dem Ventilschieber ein. Die linke Seite der Vergrößerung ist mit einer Entlüftungsöffnung verbunden. Auch bei dieser Auslegungsform einer Schalteinrichtung sind mehrere Dic.htungen, nämlich insgesamt drei Dichtungen, erforderlich, die den Aufbau verkomplizieren und zu einer störungsanfäüigen Arbeitsweise führen.

Schließlich ist aus der US-PS 35 30 896 ein Wälzkörper in einer Schalteinrichtung für einen doppelt wirkenden Kolbenmotor bekannt. Diese Schalteinrichtung umfaßt eine Druckausgleichsbohrung, die das Druckmittel auf die Oberseite des stabförmigen Betätigungselements der Schallt ein rie^v!tung leitet. Das stabförmige Betätigungselement bildet hierbei einen Ventilschieber, der den Druckmittelstrom direkt regelt Bei einer derartigen direkten Flegelung braucht kein bewegliches Bauteil vorgesehen zu sein, das dem Umgebungsdruck ausgesetzt ist, was aber bei einer indirekten Regelung mittels eines elektrischen Schalters notwendig ist. Der Ventilschieber muD· hierbei unter Einhaltung enger Fertigungstoleranzen hergestellt werden, um ein Verkanten zu vermeiden. Auch muß der Wälzkörper genau hierzu passend ausgelegt sein. Hierdurch bedingt, ergeben sich Fertigungsschwierigkeiten. Auch sind bei dieser Auslegungsform einer Schalteinrichtung Urngsbohrungen in dem stabförmigen Betätigungsclement vorgesehen, die eine unbegrenzte Reduzierung der Abmessungen des stabförmigen Beiätigungselements unmöglich machen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinrichtung der gattungsgemäßen Art bezüglich des Aufbaus zu vereinfachen und einen störungsfreien Betrieb langzeiüg sicherzustellen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Weilere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfiiidungsgemäßen Schalteinrichtung wird ein stabförmiges Betätigungselement verwendet, das für die Einwirkung des Fluids eine kleine wirksame Fläche hat, so daß man nur geringe Rückstellkräfte für dasselbe benötigt. Daher reicht zur Rückstellung des Betätigungselements eine schwache Feder aus. Die Feder ist hierbei so zu bemessen, daß der auf das Betätigungselement einwirkende Fluiddruck kompensiert und darüber hinaus die Andrückkraft aufgebracht wird. Für die Einwirkung des Fluids auf das stabförmige Betätigungselement verbleibt lediglich eine kleine wirksame Fläche, so daß der auf das stabförmige Betätigungselement einwirkende Fluiddruck gegenüber der Federkraft vcrnachläs-

b^r> sigbar ist. Auch hat das stabförmige Betätigungselement nur eine geringe träge Masse, wodurch das Ansprechverhaltcn der Schalteinrichtung verbessert wird. Bei der erfindungsgemäßen Auslegung der Schalteinrichtung ist

nur eine Dichtung an der Stelle erforderlich, an der das stabförmige Betätigungselement durch das Motorgehäuse nach außen austritt Diese Dichtung ist leicht zugänglich und kann daher ohne Schwierigkeiten im Falle eines Versagens schnell ausgetauscht werden. Somit ist die erfindungsgemäße Schalteinrichtung auch wartungsfreundlich gestaltet. Da bei der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung nur eine einzige Dichtung vorgesehen ist, arbeitet diese Schalteinrichtung auch betriebszuverlässig, da wenig Störungen aufgrund des Versagens einer Dichtung zu erwarten sind. Ferner ist der radial bzw. im Durchmesser erweiterte Abschnitt des stabförmigen Betätigungselements bei der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung unter Einhaltung einer Spielpassung in die Bohrung derart eingesetzt, daß das Druckmittel in der Bohrung nach unten durchgehen kann und daß aber andererseits gleichzeitig verhindert ist daß sich das dünne Betätigungselement zur Seite hin biegen kann.

Bei der in Anspruch 3 angegebenen Ausführungsform hat der radial erweiterte Abschnitt des stabförmigen Betätigungselements eine ebene Stirnfläche, gegen die die Kugel anliegt so daß eine Zentrierung nicht erforderlich ist Daher brauchen beim Einbau fertigungstechnisch bedingte Toleranzen nicht berücksichtigt werden, sondern durch diese Anordnung wird selbsttätig ein Ausgleich gewährleistet Daher lassen sich die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit der Einzelteile der Schalteinrichtung herabsetzen, so daß eine kostengünstige Herstellung möglich ist.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht einer Schalteinrichtung für einen doppelt wirkenden Kolbenmotor, dessen Bewegung automatisch umsteuerbar ist,

F i g. 2 eine Querschnittsansicht des Kopfendes des Kolbenmotors mit der Schalteinrichtung, und

F i g. 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Ausschnit.3 zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Schalteinrichtung für einen doppelt wirkenden Kolbenmotor.

Fig. 1 zeigt eine Schalteinrichtung zur automatischen Bewegungsumkehrung eines doppelt wirkenden Kolbenmotors mit einem Zylinder und einem Kolben. Eine Pumpe 2 saugt Druckmittel aus e'nem Druckmittelbehälter 2 an und gibt das Druckmittel unter Druck über ein Umsteuer-Magnetventil 4 an das stangen- oder kopfseitige Ende des Motors 1 ab. Auf den Zylinderköpfen des Gehäuses 6, 7 ."und Schalter 5 montiert, die aufgrund der zu dem betreffenden Zylinderkopf hingehenden Bewegung des Kolbens 8 die zugeordneten Elektromagnete 9 bzw. 10 einschalten, so daß das Umsteuer-Magnetventil 4 betätigt wird und eine Bewegung des Kolbens 8 in der entgegengesetzten Richtung einleitet.

Wenn sich der Kolben 8 beispielsweise nach rechts bewegt, befindet sich das Umsteuer-Magnetventil 4 in der dargestellten Stellung, so daß unter Druck stehendes Druckmittel in das stangenseitige Ende des Motors 1 eingeleitet wird und das vom Kopfende des Motors 1 verdrängte Druckmittel durch das Umsteuer-Magnetventil 4 in den Behälter 2 gelangt Wenn sich der Kolben 8 dem rechten Ende seines Hubes nähert, wird der rechte Schalter 5 geschlossen, so daß der rechte Elektromagnet 10 eingeschaltet und daher das Umsteuer-Magnetventil 4 so verstellt wird, daß unter Druck stehende". Druckmittel in das K.-pfende des Motors 1 eingeleitet wird und das von dem stangenseiligen Ende verdrängte Druckmittel durch das Umsteuer-Magnetventil 4 in den Behälter 2 gelangt Wenn sich der Kolben 8 nach links bewegt wird der rechte Schalter 5 geöffnet, während das Umsteuer-Magnetventil 4 in der betätigten Stellung bleibt Wenn sich der Kolben 8 dem Ende seines linken Hubes nähert wird der linke Schalter 5 geschlossen, so daß der linke Elektromagnet 9 eingeschaltet und das Umsteuer-Magnetventil 4 in die in F i g. 1 gezeigte Stellung geschoben wird, in der unter Druck stehendes

ίο Druckmittel wieder in das stangenseitige Ende eingeleitet und das verdrängte Druckmittel über den Schieber 4 in den Behälter 2 geleitet wird.

Da die beiden Schalters und ihre Betätigungseinrichtungen im wesentlichen gleich sind, bis auf die Durchmesser eines Kurvenschaltkörpers 11 und einer Hülse 12 auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens 8, sind in den F i g. 2 und 3 nur einer der Schalter 5 und seine Betätigungseinrichtung dargestellt Gemäß Fig.2 ist das Gehäuse 7 am Kopfende des Motors mit einer Axialbohrung 14 ausgebildet, in die sich bei der Bewegung des Kolben 8 nach rechts der K^-venschaltkörper 11 des Kolbens 8 lose hineinbewegt Da- Gehäuse 7 des Motors besitzt ferner eine radiale Bohrung 15, in der ein Kugelführungsring 16 sitzt, der eine Sitzfläche 17 aufweist Diese bestimmt die in F i g. 3 gezeigte, radial innerste Stellung einer Kugel 18. In dieser Stellung befindet sich die Kugel 18 in der Bewegungsbahn des Kurvenschaltkörpers 11.
In die Bohrung 15 ist ein Halteteil 19 eingeschraubt das beispielsweise mittels eines Dichtungsrings 20 in der Bohrung 15 abgedichtet ist und einen gewindetragenden oberen Endteil besitzt, der eine öffnung in einem Schaltergehäuse 21 durchsetzt. Dieses enthält den Schalter 5, dessen axial bewegbarer Stößel 23 mit dem Halteteil 19 koaxial ist. Das Schaltergehäuse 21 ist am Gehäuse 7 durch eine Kontermutter 24 befestigt, die auf das obere Ende des Halteteils 19 geschraubt ist.

Es ist ein als Federanschlag dienender, radial erweiterter Abschnitt 25 vorgesehen, dessen axia4 innere Stirnfläche eben ist, die an der Kugel 18 anliegt. Zwischen dem Halteteil 19 und dem radial erweiterten Abschnitt 25 ist eine Feder 26 angeordnet welche die Kugel 18 gegen die Sitzfläche 17 drückt, so daß sich der innere Teil der Kugel 18 in der Bahn des Kjrvenschaltkörpers 11 befindet.

Die Bewegung der Kugel 18 und des radial erweiterten Abschnitts 25 wird auf den Schalterstößel 23 übertragen, so daß die nicht gezeigten Kontakte in dem Schalter 5 geschlossen werden. Zur Übertragung des Drucks ist ein stabförmiges Betätigungselement mit einem nicht radial erweiterten Abschnitt 27 kleineren Durchmessers vorgesehen, der an dem radial erweiterten Abschnitt 25 befestigt, z. B. im Preßsitz darin eingesetzt und im strengen Schiebesitz in einer zentralen Bohrung des Haiteteils 19 angeordnet ist.

Der Abschnitt 27 des stabförmigen Betätigungselements sitzt mittels eines O-Rings 28 dicht und verschiebbar in der Bohrung des Halteteils 19.
Als praktisches Ausführungsbeispiel sei ein doppelt

bo wirkender Kolbenmotor 1 angeführt, der mit einem Druck von etwa 206 bar beaufschlagt wird und in dem die Bewegung der Kugel 18 und des stabfö;^-migen Betätigungselements 1,6 mm betragen soll. In einem derartigen Motor hat sich bei einem Durchmesser des nicht

Μ radial erweiterier. Abschnitts 27 von etwa 1,6 mm eine Kugel 18 mit einem Durchmesser von 9,6 mm als befriedigend erwiesen. Es genügt, wenn die Feder 26 eine Kraft von etwa 44 N ausübt, damit sich das stabförmige

Betätigungselement unter der Wirkung des Druckes von etwa 206 bar nicht auswärts bewegt.

Der Kugelführungsring 16 ist mit einem Schlitz 29 zur Herstellung eines Druckausgleichs zwischen der Kugel 18 und dem als Federanschlag dienenden radial erwei- i terten Abschnitt 25 versehen, so daß der hohe Druck nur auf die Wirkfläche des nicht radial erweiterten Abschnitts 27 des Betätigungselements wirkt.

Das obere Ende des radial nicht erweiterten Abschnitts 27 läßt sich mit einem Schalterberührungsknopf 30 3US Kunststoff oder dergleichen versehen.

Aus der Fig. 3 geht hervor, daß bei der Bewegung des Kurvenschaitkörpers 11 nach rechts gegen Ende des Hubes des Kolbens 8 der Kurvenschaltkörper 11 zunächst an der Kugel 18 an deren Rand 31 angreift so r> daß der Kurvenschaltkörper 11 auf die Kugel 18 axiale und radiale Kräfte ausübt, die trachten, die Kugel 18 nach rechts und aufwärts von der Sitzfläche 17 weg zu bewegen, wenn der Kurvenschaltkörper 11 seine Bewegung fortsetzt. Diese Kräfte trachten ferner, die Kugel

18 in der Richtung des Pfeils zu drehen, so daß die auf den als Federanschlag dienenden radial erweiterten Abschnitt 25 und den nicht radial erweiterten Abschnitt 27 des Betätigungselements ausgeübte Querkraft ausgeglichen wird. Die Kugel 18 liegt ferner gegen die ebene Stirnfläche des radial erweiterten Abschnitts 25 an, so daß die in dem Kugelführungsring 16 vorgesehene Bohrung zum Führen der Kugel !8 und die in dem HalteteM

19 vorgesehene Bohrung zum Führen des Betätigungselements nicht vollkommen konzentrisch zu sein brau- jo chen. Etwaige Exzentrizitäten dieser Führungsbohrungen führen daher nicht zu einer Klemmung, welche die Bewegung der Kugel 18 oder des stabförmigen Be:ätigungselements in der entsprechenden Führungsl>ohrung behindern würde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

50

60

Claims

Patentansprüche:

1. Schalteinrichtung für einen doppelt wirkenden Kolbenmotor mit einem stabförmigen, einen radial erweiterten Abschnitt aufweisenden Betätigungselement, das mit seinem nicht radial erweiterten Abschnitt in Längsrichtung in einem Gehäuse gleitend beweglich ist, einen außerhalb des Gehäuses liegenden elektrischen Schalter zur Bewegungsumkehr des Motors betätigt, innerhalb des Gehäuses durch den Fluiddruck und an seinem Ende von einem mit dem Kolben gekoppelten Kurvenschaltkörper beaufschlagt wird und gegen den Kurvenschaltkörper durch eine zwischen dem Gehäuse und dem radial erweiterten Abschnitt des stabförmigen Betätigungselements wirkende Feder angedrückt wird, wobei der Fluiddruck beidseits des radial erweiterten Abschnitts einwirkt dadurch gekennzeichnet, daß der nicht radial erweiterte Abschnitt (27) rtes stabförmigen Betätigungselements im Bereich des Durchgangs durch das Gehäuse (6,7) für eine möglichst geringe Einwirkung des Fluiddrucks einen kleinen Durchmesser hat, daß zwischen dem stabförmigen Betätigungselement und dem Kurvenschaltkörper (11) eine Kugel (18) angeordnet ist, die mit dem radial erweiterten Abschnitt (25) und der Außenfläche des Kurvenschaltkörpers (11) zusammenarbeitet, und daß der radial erweiterte Abschnitt (25) und die Kugel (18) vollständig dem Fluiddruck ausgesetzt sind.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sitzfläche (17) die Bewegung der Kugel (18) in Richtung auf den Kurvenschaltkörper (11) begrenzt.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der radial erweiterte Abschnitt (25) eine ebene Stirnfläche hat, gegen die die Kugel (18) anliegt.