DE2547074A1

DE2547074A1 - Steuereinrichtung fuer ein elektro- hydraulisch durch ein kolbensystem entgegen der kraft einer rueckstellfeder betaetigtes stellglied

Info

Publication number: DE2547074A1
Application number: DE19752547074
Authority: DE
Inventors: Jacques Van Heijningen
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1975-09-19
Filing date: 1975-10-17
Publication date: 1977-03-31
Also published as: GB1509368A; FR2324914A1; CH591651A5

Description

Steuereinrichtung für ein elektro-hydraulisch durch ein Kolbensystem entgegen der Kraft einer Rückstellfeder betätigtes Stellglied

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für ein elektro-hydraulisch durch ein Kolbensystem entgegen der Kraft einer Rückstellfeder mittels einer Flüssigkeitspumpe betätigtes Stellglied, mit einem zur Rücklaufbewegung des Stellgliedes die Pumpe überbrückenden, ventilgesteuerten Rücklaufkanal für die Zurückleitung der aus dem Kolbensystem durch die Wirkung der Rückstellfeder verdrängten Flüssigkeit.

Es sind elektro-hydraulische Stellglieder bekannt, bestehend aus einem Druckzylinder, einem Kolben und mindestens einer den Kolben zurückdrückenden Rückstellfeder, die von mindestens einer elektrisch betriebenen Flüssigkeitspumpe betätigt werden. Bei diesen Stellgliedern fördert die Pumpe Flüssigkeit in den Druckzylinder und verdrängt den mit dem beweglichen Teil des

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Stellgliedes verbundenen Kolben entgegen der Kraft der Rückstellfeder. Zur Rückstellung des Kolbens muss die von der Rückstellfeder auch bei abgestellter Pumpe unter Druck stehende Flüssigkeit abgelassen werden. Dazu ist mindestens ein gesondertes Ventil nötig. Die GB-PS 1 222 953 zeigt eine solche Anordnung bei einem Gasdruckregler mit zwei Solenoidventilen für den Rücklauf, von denen eines als Regelventil für langsames Schliessen und das zweite für Schnellschliessen bei Spannungsausfall vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,eine Steuereinrichtung für ein über eine Schwinganker-Kolbenpumpe betätigtes Stellglied so zu vereinfachen, dass auch die Steuerung des Rückflusses ohne ein zusätzliches Ventil zu verwenden direkt von der Pumpe aus erfolgen kann.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruches bezeichneten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der zugehörigen Beschreibung.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es bedeuten: Fig. 1 ein Anwendungsbeispiel für ein Gasventil, Fig, 2 ein Ventilsystem im Pumpbetrieb und Fig. 3 eine andere Anordnung eines Ventilsystems.

Alle Figuren sind im Schnitt dargestellt.

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In den Figuren sind für die gleichen Teile auch die gleichen Bezugszeichen verwendet. 1 bedeutet eine Zylinderbüchse in Form eines zylindrischen Gehäuses. Sie ist auf einer Konsole 2 dichtend befestigt und umschliesst damit einen Raum 3, der zum grössten Teil mit OeI gefüllt ist. Ein unteres Ende der Konsole 2 ist mit einem als Ventil wirkenden Stellglied 4 verbunden. Dieses weist einen Ventilteller 5 auf, der von einer Rückstellfeder 6 gegen einen Ventilsitz 7 gedrückt wird. Ein Ventilstössel 8 durchdringt in einer Dichtungspartie 9 das Gehäuse des Stellgliedes 4. Mit einer Stirnfläche 10 liegt der Ventilstössel 8 an einem weiteren, in der gleichen Achse liegenden Stössel 11 auf. Letzterer durchdringt in einer Lagerstelle 12 dichtend den Boden 13 der Konsole 2. Das innere Ende 14 des Stössels 11 ist in einer zentralen Bohrung einer als zylindrischer Körper ausgeführten Pumpe 15 eingepresst. Da die Bohrung gleichzeitig die Ansaugstelle der Pumpe 15 ist, besitzt der Stössel 11 an seinem Ende 14 eine Längs- und Querbohrung 16. Als Pumpe 15 dient eine an sich bekannte Schwinganker-Kolbenpumpe. Sie besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 17, einem Schwingkolben 18 und dessen Rückstellfedern 19, einer Erregerwicklung 20 und deren elektrischer Zuleitung 21, die öldicht durch die Zylinderbüchse 1 hinausgeführt ist.

Auf der Druckseite der Pumpe 15 ist stirnseitig an deren Gehäuse 17 ein Ventilgehäuse 22 dichtend angeordnet. Zwischen dem Ventilgehäuse 22 und der Pumpe 15 besteht ein erster Druckraum 23, von dem aus, in der gleichen Achse wie der Schwingkolben 18 liegend, eine erste Bohrung 24 zur Aufnahme

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eines Ventilsystems 25 vorhanden ist, die den ersten Druckraum 23 mit einem aktiven Druckraum 26 verbindet.

Im Beispiel der Fig. 1 ist das Ventilgehäuse 22 gleichzeitig ein das Stellglied 4 betätigender Kolben 27. Dabei bildet der Kolben 27 zusammen mit der Zylinderbuchse 1, in welcher er durch eine O-Ring-Dichtung 28 in der Längsachse verschiebbar abgedichtet ist, ein Kolbensystem mit dem zur Betätigung des Stellgliedes 4 aktiven Druckraum 26. Dieser ist durch die der Pumpe 15 abgewandte Stirnseite 29 des Kolbens 27 und eine Abschlusswand 30 der Zylinderbuchse 1 begrenzt.

In den Fig. 2 und 3 ist der aktive Druckraum 26 rein schematisch durch eine gestrichelte Linie dargestellt.

Das in der ersten Bohrung 24 angeordnete Ventilsystem 25 zur Steuerung des Rückflusses von Flüssigkeit aus dem aktiven Druckraum 26 des Kolbensystems zu dem die Ansaugseite der Pumpe 15 bildenden Raum 3 besitzt eine Verengung als Ventilsitz 31 (Fig. 2) für eine Kugel 32. Der Ventilsitz 31 befindet sich im Beispiel der Fig. 2 in einem Drehteil 33, das in die erste Bohrung 24 eingeschraubt und mit einem O-Ring 33a gedichtet ist, wobei dieser gleichzeitig nach erfolgtem Einschrauben des Drehteiles 33 auf die nötige Tiefe (Eichen) das Drehteil gegen ungewolltes Verstellen sichert. Der Ventilsitz 31 für die Kugel 32 ist so gerichtet, dass eine Bewegung der Kugel 32 in Richtung von der Pumpe 15 weg das Ventil schliesst.

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Auf der der Pumpe 15 zugewandten Seite des Drehteiles 33 ist in der Bohrung 24 ein längsverschiebbares Steuerteil 34 vorhanden, das auf seiner der Kugel 32 zugewandten Seite eine Führung 35 für eine Schraubenfeder 36 besitzt und diese lose durchdringt. Der Innendurchmesser der Schraubenfeder 36 ist kleiner als der Durchmesser der Kugel 32, und die Länge der ungespannten Schraubenfeder ist grosser als die Länge der Führung 35 des Steuerteils 34. Das Steuerteil 34 und seine Führung 35 weisen eine durchgehende zentrische Bohrung 37 mit einer als Blende 38 dienenden Verengung auf. Die Bohrung 37 ist beim Aufliegen der Stirnseite der Führung 35 auf der Kugel 32 dicht verschlossen. Ferner ist ein die Schraubenfeder 36 umgebender Raum 39 der ersten Bohrung 24 über einen Verbindungskanal 40 mit dem Ansaugrqum 3 der Pumpe 15 verbunden.

Der erste Druckraum 23 ist ausserdem durch einen Kanal 41, der ein Rückschlagventil 42 aufweist, mit dem aktiven Druckraum 26 verbunden. Das Rückschlagventil 42 besteht aus einer Kugel 43, einem Ventilsitz 44, einer Feder 45 und einer Hohlschraube 46 zum Einstellen des Ansprechdruckes.

In den Beispielen der Fig. 1 und 2 besteht das längsverschiebbare Steuerteil 34 aus einem in der Bohrung 24 dichtend eingepassten Kolben.

Demgegenüber zeigt die Fig. 3 eine andere konstruktive Anordnung, bei welcher das längsverschiebbare Steuer-

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teil 34 mit einer Rollmembrane 55 verbunden ist, beispielsweise durch Aufvulkanisieren. Die Rollmembrane 55 bildet gleichzeitig den Ventilsitz 44 für das Rückschlagventil 42 und die Halterung für die Blende 38. Ausserdem dient die Rollmembrane als Dichtung zwischen dem Ventilgehäuse 22 und dem Gehäuse 17 der Pumpe 15. An Stelle der Rollmembrane könnte auch ein Balg verwendet werden.

Zur Steuerung des Ventilsystems 25 durch Abschalten der Wechselspannung oder Anlegen einer entsprechend gepolten Gleichspannung ist in einer Phasenzuleitung 47 (Fig. 1) der elektrischen Zuleitung 21 zur Erregerwicklung 20 mindestens eine elektrische Schalteinrichtung vorhanden, bestehend aus einem dreistelligen Umschalter 48, mit den Schaltzuständen "Aus", direkter Stromfluss über einen Schaltkontakt 49 oder Stromfluss über einen weiteren Schaltkontakt 51 und einen Gleichrichter 50. Ein zweiter Draht der Zuleitung 21 ist direkt an einem Nulleiter 52 angeschlossen.

An Stelle der mit "Auf", "Stop", "Zu" beschriebenen Funktionen des Stellgliedes kann das Stellglied auch als stetiges Regelorgan mit Rückkehr in die Schliessstellung bei Spannungsausfall verwendet werden. Zu diesem Zweck liegt die Erregerwicklung 2O der Pumpe 15 dauernd an Wechselspannung, und eine in der Fig. 1 gestrichelt eingezeichnete Verbindungsleitung 53 verbindet den aktiven Druckraum 26 mit dem Oelreserve-Raum über ein den Durchfluss stetig veränderndes Regulierventil Dieses kann beispielsweise direkt vom Druck des zu regulie-

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renden Mediums nach dem Stellglied beeinflusst sein, was gesamthaft eine wirtschaftliche Anordnung eines Servo-Druckreglers darstellt.

Eine Steuereinrichtung nach den Fig. 1 bis 3 arbeitet wie folgt:

Sobald der Umschalter 48 (Fig. 1) über seinen Schaltkontakt 49 die Erregerwicklung 20 der Pumpe 15 an Spannung legt, fördert deren Schwingkolben 18 OeI vom Raum 3 in den ersten Druckraum 23 (Fig. 2). Das Rückschlagventil 42 ist vorerst geschlossen. Im ersten Druckraum 23 baut sich ein Druck auf, der auf das Steuerteil 34 wirkt und dieses entgegen der Kraft der Schraubenfeder 36 gegen die Kugel 32 bewegt, bis die Führung 35 auf der Kugel 32 aufliegt. Die von der Blende 38 gebildete kleine Oeffnung bleibt bei diesem Vorgang praktisch ohne Bedeutung. Sobald die Führung 35 auf der Kugel 32 aufliegt, wird die Bohrung 37 und damit auch die Blende 38 von der Kugel 32 dicht verschlossen. Der jetzt schnell ansteigende Druck im ersten Druckraum 23 öffnet das Rückschlagventil und Drucköl wird in den aktiven Druckraum 26 gefördert. Im Beispiel der Fig. 1 bewirkt das OeI eine Verdrängung des als Kolben 27 ausgebildeten Ventilgehäuses 22. Mit diesem bewegt sich die ganze Pumpe 15 nach unten, und über die Stössel 11 und 8 wird der Ventilteller 5 entgegen der Kraft der Feder von seinem Ventilsitz 7 abgehoben.

Nach dem Abschalten der Pumpe 15 und absinkendem Druck im ersten Druckraum 23 schliesst das Rückschlagventil 42 und PA 1881 ·/·

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verhindert ein Zurückfliessen von Drucköl aus dem aktiven Druckraum 26. Der Schwingkolben 18 geht in seine in der Fig. 2 dargestellte Mittellage zurück. Durch die Wirkung der Schraubenfeder 36 bewegt sich das Steuerteil 34 gegen das Ende des Schwingkolbens 18 und legt sich an diesen an. Vorausgesetzt, dass die ungespannte Länge der Schraubenfeder 36 des Ventilsystems 25 bei nicht erregtem Schwingkolben 18 grosser ist als die Einspannlänge der Schraubenfeder 36, gegeben durch den Abstand vom Fusse der Führung 35 des auf der Stirnseite des Schwingkolbens 18 aufliegenden Steuerteils 34 bis zu der auf ihrem Ventilsitz 31 aufliegenden Kugel 32, kann kein OeI aus dem aktiven Druckraum 26 entweichen. Es wird ein dichter Verschluss erreicht, ohne den ein dauernder Oelverlust über den Lagerstellen des Schwingkolbens 18 in Kauf genommen werden müsste. Das Stellglied bleibt daher in seiner eingenommenen Stellung. Erst durch das Anlegen einer entsprechend gepolten Gleichspannung an die Erregerwicklung 2O der Pumpe 15 wird der Schwingkolben 18 bezüglich der Fig. 1 und 2 nach unten einseitig ausgelenkt, so dass das Steuerteil 34 durch die Kraft der Schraubenfeder 36 nach unten ausweichen kann, wobei das vom ersten Druckraum 23 verdrängte OeI durch die Blende 38 entweicht, bis kein Kraftschluss von der Schraubenfeder 36 zur Kugel 32 mehr besteht. Damit kann das OeI vom aktiven Druckraum 26 durch den Kanal 4o zum Raum 3 zurückströmen und das Stellglied 4 schliesst durch die Wirkung der Rückstellfeder 6.

Ist jedoch die ungespannte Länge der Schraubenfeder 36 bei nicht erregtem Schwingkolben 18 kleiner als die Einspannlänge PA 1881 '/·

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der Schraubenfeder 36, gegeben durch den Abstand vom Fusse der Führung 35 des auf der Stirnseite des Schwingkolbens 18 aufliegenden Steuerteils 34 bis zu der auf ihrem Ventilsitz 31 aufliegenden Kugel 32, dann wird beim Abschalten der Pumpe 15 vom Schwingkolben 18 in seiner Mittelstellung keine Kraft mehr über die Schraubenfeder 36 auf die Kugel 32 ausgeübt. Damit kann das OeI vom aktiven Druckraum 26 beim Abschalten der Pumpe sofort zum Raum 3 zurückfliessen. Soll in dieser Anordnung das OeI beim Abschalten der Pumpe nicht zurückfliessen, das heisst, das Stellglied in seiner momentanen Lage verbleiben, dann wird an die Erregerwicklung 2O der Pumpe 18 eine entsprechend gepolte Gleichspannung angelegt, welche den Schwinganker bezüglich der Figuren einseitig nach oben auslenkt. Die Länge der Schraubenfeder 36 ist dabei so bemessen, dass diese jetzt auf die Kugel 32 einen Druck ausübt.

Als Gleichspannung genügt eine ungesiebte, mittels Einweg-Gleichrichtung mit einem Gleichrichter 5O gewonnene Spannung. Mit den Schaltkontakten 49 und 51 des Umschalters 48 kann die gewünschte Betriebsstellung gewählt werden. Durch die Betätigung solcher Kontakte durch den Hub des Stössels 11 sind viele Steuermöglichkeiten gegeben.

In den Verbindungskanal 4O für den Rückfluss des Oeles kann eine allenfalls einstellbare Blende zur Vergrösserung der Rückstellzeit eingebaut sein,

Durch die beschriebene Anordnung ergeben sich zusammenfassend folgende Betriebsmöglichkeiten:

P Δ ι oq-i · / ·

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1. Das Stellglied öffnet, wenn an der Pumpe eine Wechselspannung vorhanden ist,

1.1 es verharrt nach Abschalten der Wechselspannung in der erreichten Stellung und schliesst erst nach Anlegen von Gleichspannung, oder

1.2 es schliesst nach Abschalten der Wechselspannung, verharrt jedoch beim Anlegen von Gleichspannung in der vorher erreichten Stellung.

2. An der Pumpe liegt ständig Wechselspannung an. Das stetig betätigte Regulierventil 54 bestimmt dann die Lage des Stellgliedes. Bei Spannungsausfall schliesst das Stellglied.

4.

/ V

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Claims

LGZ LANDIS & GYR ZUG AG

PATENTANSPRUECHE

S 1.) Steuereinrichtung für ein elektro-hydraulisch durch ein Kolbensystem entgegen der Kraft einer Rückstellfeder mittels einer Flüssigkeitspumpe betätigtes Stellglied, mit einem zur Rücklaufbewegung des Stellgliedes die Flüssigkeitspumpe überbrückenden, ventilgesteuerten Rücklaufkanal für die Zurückleitung der aus dem Kolbensystem durch die Wirkung der Rückstellfeder verdrängten Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass als Pumpe (15) eine mit Wechselspannung betriebene Schwinganker-Kolbenpumpe dient, deren Druckseite in einen ersten Druckraum (23) mündet, der über ein Rückschlagventil (42) mit einem aktiven Druckraum (26) des Kolbensystems des Stellgliedes (4) verbunden ist, und dass zwischen dem ersten Druckraum (23) und dem aktiven Druckraum (26) ein bei stillstehender Pumpe (15) von einer Längsverschiebung ihres Schwingkolbens (18) steuerbares Ventilsystem (25) zur Steuerung des Rückflusses vom aktiven Druckraum (26) des Kolbensystems zu dem die Ansaugseite der Pumpe (15) bildenden Raum (3) angeordnet ist,.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das steuerbare Ventilsystem (25) in einem auf der Druckseite der Pumpe (15) stirnseitig auf dem Gehäuse (17) dichtend' angebrachten Ventilgehäuse (22) angeordnet ist, dass zwischen dem Ventilgehäuse (22) und der Pumpe (15) der erste Druckraum (23) besteht, von dem aus eine erste Bohrung (24) zur Aufnahme

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des Ventilsystems (25) vorhanden ist, in die ein Ende des Schwingkolbens (18) eindringt, welche ferner den ersten Druckraum (23) mit dem aktiven Druckraum (26) verbindet und eine Verengung als Ventilsitz (31) für eine Kugel (32) so aufweist, dass eine Bewegung der Kugel (32) in Richtung von der Pumpe (15) weg das Ventilsystem (25) schliesst, dass auf der der Pumpe (15) zugewandten Seite des Drehteiles (33) in der ersten Bohrung (24) ein längsverschiebbares Steuerteil (34) vorhanden ist, das gegen die Kugel (32) gerichtet eine Führung (35) für eine Schraubenfeder (36) besitzt und diese lose durchdringt, wobei der Innendurchmesser der Schraubenfeder (36) kleiner ist als der Durchmesser der Kugel (32) und die Länge der ungespannten Schraubenfeder (36) grosser ist als die Länge der Führung (35) des Steuerteils (34), dass ferner das Steuerteil (34) und seine Führung (35) eine durchgehende zentrische Bohrung (37) aufweist, und die Bohrung (37) beim Aufliegen der Stirnseite der Führung (35) auf der Kugel (32) von dieser dicht verschlossen ist, und dass ausserdem ein die Schraubenfeder (36) umgebender Raum (39) in der ersten Bohrung (24) über einen Verbindungskanal (4O) mit dem Ansaugraum (3) der Pumpe (15) verbunden ist.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (22) gleichzeitig ein das Stellglied (4) betätigender Kolben (27) ist, wobei dieser zusammen mit der Zylinderbüchse (1) ein Kolbensystem bildet mit einem von einer Abschlusswand (30) der Zylinderbüchse (1 ) und einer der Pumpe (15) abgewandten Stirnseite (29) des Kolbens (27) begrenzten aktiven Druckraum (26).
4. Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ungespannte Länge der Schraubenfeder (36) des Ventilsystems (25) bei nicht erregtem Schwingkolben (18) grosser ist als die Einspannlänge der Schraubenfeder (36), gegeben durch den Abstand vom Fusse der Führung (35) des auf der Stirnseite des Schwingkolbens (18) aufliegenden Steuerteils (34) bis zu der auf ihrem Ventilsitz (31) aufliegenden Kugel (32).

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5- Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ungespannte Länge der Schraubenfeder (36) des Ventilsystems (25) bei nicht erregtem Schwingkolben (18) kleiner ist als die Einspannlänge der Schraubenfeder (36), gegeben durch den Abstand vom Fusse der Führung (35) des auf der Stirnseite des Schwingkolbens (18) aufliegenden Steuerteils (34) bis zu der auf ihrem Ventilsitz (31) aufliegenden Kugel (32).
6. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und einem (oder mehreren) der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das längsverschiebbare Steuerteil (34) aus einem in der Bohrung (24) dichtend eingepassten Kolben besteht.
7. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und einem (oder mehreren) der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das längsverschiebbare Steuerteil (34) mit einer Rollmembrane (55) verbunden ist.
8. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 und einem (oder mehreren) der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung des Ventilsystems (25) durch Abschalten der Wechselspannung oder Anlegen einer entsprechend gepolten Gleichspannung in der elektrischen Zuleitung (21) zur Erregerwicklung (20) mindestens eine elektrische Schalteinrichtung (48) mit den Schaltzuständen "Aus", "direkter Stromzufluss" (49) und "Stromzufluss über einen Gleichrichter" (50; 51 ) vorhanden ist.

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