DE3507278C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer elektrohydraulischen Steuer­ einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon eine solche Steuereinrichtung aus der DE-PS 28 40 831 bekannt, die neben einer Regelfunktion eine zusätzliche Sicherheits­ funktion aufweist. Zu diesem Zweck hat der längsbewegliche Steuerschieber in der Vorsteuerstufe neben einer Neutralstel­ lung nach beiden Seiten hin angrenzende Arbeitsstellungen so­ wie eine außenliegende Sicherheits-Stellung. Diese Sicherheits­ stellung, die auch als Fail-Safe-Stellung bezeichnet wird, bei welcher der Zulauf abgesperrt und beide Motoranschlüsse entwe­ der miteinander oder zum Ablauf verbunden sind, muß hauptsäch­ lich Sicherheitsforderungen abdecken und fällt deshalb mit dem passiven Zustand des magnetischen Antriebssystems zusammen. Wird nun bei dieser Steuereinrichtung aus der in der Mitte liegenden Neutralstellung heraus die Sicherheits-Stellung an­ gefahren, so wird hierbei eine Arbeitsstellung voll durchfah­ ren und der zugehörige Steuerschieber der Hauptstufe kann unter Umständen eine unerwünschte Bewegung ausführen, die zu einer unzulässigen Stellbewegung am angeschlossenen Hydromo­ tor führen kann. Obwohl das Sicherheitsverhalten dieser Steuer­ einrichtung in vielen Anwendungsfällen ausreicht, gibt es doch eine Reihe von Anwendungsfällen, bei denen derartige, kurzzeitige Stellbewegungen ausgeschlossen werden sollen.

Ferner ist aus der DE-PS 31 29 594 eine elektrohydraulische Steuer­ einrichtung bekannt, die mit zwei Signaleingängen arbeitet. Dabei dient ein erster Signaleingang als Steuerkommandopfad, über den translatorische Eingangsbewegungen unmittelbar auf einen längsbeweg­ lichen Steuerschieber der Steuereinrichtung übertragen werden. Der zweite Signaleingang besteht aus einem elektromotorischen Drehan­ trieb, dessen Rotationsbewegung über einen im Steuerkommandopfad sitzenden Wandler in eine Längsbewegung umgewandelt wird, so daß sich beide Signale am Steuerschieber überlagern. Der in einer gehäu­ sefesten Hülse geführte Steuerschieber arbeitet hier mit Steuerkan­ ten, die jeweils rings um den Umfang von Kolbenabschnitten verlaufen und in einer radialen Ebene liegen. Diese Steuereinrichtung, die für Flugzeugsteuerungen vorgesehen ist, hat den Nachteil, daß sie keine zwei Signaleingänge für translatorische Bewegungen aufweist. Vor al­ lem aber ist von Nachteil, daß der Steuerschieber dieser Steuerein­ richtung nur eine Funktion wahrnehmen kann, obwohl sich an ihm die Einflüsse aus zwei Signaleingängen überlagern. Der Steuerschieber selbst kann daher keine zusätzliche Funktion übernehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrohydraulische Steuereinrichtung zu schaffen, die bei einfacher und kompakter Bau­ weise ein besonders hohes Maß an Sicherheitsverhalten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekenn­ zeichnete Steuereinrichtung gelöst. Die erfindungsgemäße elektrohy­ draulische Steuereinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat somit den Vorteil, daß sie trotz relativ ein­ facher und kompakter Bauweise ein besonders hohes Maß an Sicher­ heitsverhalten ermöglicht. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Steuereinrichtung im Sicherheitsfall unerwünschte Stellbewegungen vermeiden. Durch Verwendung eines elektromagnetischen Antriebs für translatorische Bewegungen für den zweiten Signaleingang läßt sich der Herstellungsaufwand niedrig halten. Die Steuereinrichtung läßt sich an unterschiedliche Forderungen im Sicherheitsfall leicht an­ passen; die Gefahr einer Blockierung beweglicher Bauelemente ist stark vermindert.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuereinrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist ei­ ne Ausbildung gemäß den Ansprüchen 2 und 3, wodurch sich bei einer zweistufigen Steuereinrichtung in Fail-Safe-Fall erreichen läßt, daß ein doppeltwirkender Hydromotor in beiden Arbeitsrichtungen gesperrt ist. Ferner ist eine Ausbildung nach Anspruch 4 besonders zweck­ mäßig, wodurch bei einem doppeltwirkenden Hydromotor im Sicherheits­ fall erreicht wird, daß nur eine seiner beiden Bewegungsrichtungen gesperrt ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste elektrohy­ draulische Steuereinrichtung in Neutralstellung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil der ersten Steuerein­ richtung nach Fig. 1 in Pfeilrichtung a,

Fig. 3 ein Schaltschema der ersten Steuereinrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Teil einer zweiten Steuerein­ richtung und

Fig. 5 ein Schaltschema der zweiten Steuereinrichtung nach Fig. 4.

Die Fig. 1 zeigt eine elektrohydraulische Steuereinrich­ tung 10, die in einem Gehäuse 11 eine rohrförmige Schieber­ hülse 12 aufnimmt, in der ein Steuerschieber 13 längs- und drehbeweglich gelagert ist.

Das Gehäuse 11 hat in üblicher Weise einen mit P bezeichne­ ten Zulaufanschluß 14, einem mit A bezeichneten, ersten Mo­ toranschluß 12 sowie einen zweiten Motoranschluß 16, der mit B bezeichnet ist. Ferner sind eine erste (17) sowie ei­ ne zweite Rücklaufkammer 18 miteinander und mit einem Rück­ laufanschluß 19 verbunden.

Die Schieberhülse 12 weist im Bereich einer mit dem ersten Motoranschluß A verbundenen Motorkammer diametral angeord­ nete Steueröffnungen 21 auf, deren rechteckige Form aus Fig. 2 deutlich erkennbar ist und deren stirnseitige En­ den zugleich als gehäusefeste Steuerkanten dienen. In ent­ sprechender Weise hat die Schieberhülse 12 im Bereich einer mit dem zweiten Motoranschluß B verbundenen Motorkammer diametral liegende Steueröffnungen 22, die ebenfalls eine rechteckige Form aufweisen und als Steuerkanten dienen.

Der Steuerschieber 13 weist im Bereich der ersten Steuer­ öffnung 21 einen ersten Kolbenabschnitt 23 auf, an dem ent­ sprechend den Steueröffnungen 21 diametral erste (24) und zweite Steuernuten 25 angeordnet sind. Wie aus Fig. 2 nä­ her ersichtlich ist, haben diese Steuernuten 24, 25 eben­ falls rechteckige Form und bilden mit ihren jeweils innen­ liegenden Rändern die den Steueröffnungen 21 zugeordneten Steuerkanten am Steuerschieber 13. In entsprechender Weise sind an einem zweiten Kolbenabschnitt 26 im Bereich der Steueröffnungen 22 dritte (27) und vierte Steuernuten 28 ausgebildet. Die ersten bis vierten Steuernuten 24, 25, 27, 28 an beiden Kolbenabschnitten 23 und 26 sowie sämt­ liche Steueröffnungen 21, 22 in der Schieberhülse 12 lie­ gen in einer der Normalfunktion zugeordneten ersten Ebene 29, welche durch die Längsachse des Steuerschiebers 13 verläuft und die in Fig. 1 der Zeichenebene entspricht.

Der Steuerschieber 13 weist am ersten Kolbenabschnitt 23 diametral liegende erste Längsnuten 31 auf. In entsprechen­ der Weise sind am zweiten Kolbenabschnitt 26 zweite Längs­ nuten 32 diametral angeordnet. Alle Längsnuten 31, 32 lie­ gen in einer zweiten Ebene 33, welche einer Sicherheits­ funktion zugeordnet ist, ebenfalls durch die Längsachse des Steuerschiebers 13 verläuft und relativ zur ersten Ebene 29 um einen bestimmten Winkel verdreht ist. Sämtliche Längsnu­ ten 31, 32 sind jeweils zu ihren zugeordneten Rücklaufkam­ mern 17 bzw. 18 hin geöffnet. Wie aus Fig. 2 deutlicher hervorgeht, sind die Längsnuten 31, 32 in axialer Richtung so lang ausgebildet, daß sie, in axialer Richtung des Steuerschiebers 13 gesehen, in jeder möglichen Stellung des Steuerschiebers 13 ihre zugeordneten Steueröffnungen 21 bzw. 22 überlappen.

Zum Antrieb des Steuerschiebers 13 für seine Regelfunktion ist am Gehäuse 11 ein Proportionalmagnet 34 angeflanscht, der den ersten Hubantrieb bildet. Sein zugeordneter längs­ beweglicher Anker 35 treibt den Steuerschieber 13 in ei­ ner Richtung an. In Gegenrichtung wird der Steuerschieber 13 von einer Regelfeder 36 über ein Federteller 37 bela­ stet.

An der zum Proportionalmagnet 34 entgegengesetzt liegenden Stirnseite des Gehäuses 11 ist ein Getriebe 38 angeflanscht, an dem sich nach außen hin als zweiter elektromagnetischer Hubantrieb 39 ein Schaltmagnet anschließt. Das Getriebe 38 weist in einem Getriebegehäuse 41 ein Steilgewinde 42 auf, in dem ein Schraubenbolzen 43 mit seinem Gewindeabschnitt 44 koaxial zum Steuerschieber 13 geführt ist. Der Schrau­ benbolzen 43 wird an seinem einen Ende über ein Federtel­ ter 45 von einer Rückstellfeder 46 belastet und bildet dort zugleich einen Signaleingang 47 des Getriebes 38. Der Signaleingang 47 steht mit einem Ankerstift 48 in Wirkver­ bindung, der eine translatorische Hubbewegung des Schalt­ magneten 39 in das Getriebe 38 eingibt. Bei nicht erregtem Schaltmagneten 39 wird der federbelastete Federteller 45 gegen einen gehäusefesten Anschlag gedrückt; damit ist die Drehlage des Schraubenbolzens 43 fixiert.

An seinem anderen Ende ist der Schraubenbolzen 43 durch beidseitige Abfräsungen als schmaler Steg 49 ausgebildet, der zugleich als Signalausgang des Getriebes 38 dient. Der Steg 49 ragt in einen Längsschlitz 52 des Steuerschie­ bers 13, so daß der Signalausgang 51 des Getriebes 38 ver­ drehfest aber längsverschieblich mit dem Steuerschieber 13 gekuppelt ist.

Die Steuereinrichtung 10 bildet die Vorsteuerstufe eines 4/3-Hauptsteuerventils 53, dessen Steueranschlüsse 54, 55 an die Motoranschlüsse 15 bzw. 16 angeschlossen sind. Das Hauptsteuerventil 53 hat einen Längsschieber 56, der von Federn 57 in einer mittig liegenden Sperrstellung 58 zentriert wird. Der Längsschieber 56 ist nach beiden Sei­ ten hin in eine Parallelstellung 59 und eine Kreuzstellung 61 hydraulisch auslenkbar.

Die Wirkungsweise der elektrohydraulischen Steuereinrich­ tung wird wie folgt erläutert, wobei auf die Fig. 1 und 2 sowie das zugehörige Schaltbild nach Fig. 3 Bezug genommen wird.

In den Fig. 1 bis 3 ist die Steuereinrichtung 10 stets in den gleichen Stellungen gezeichnet. Der Steuerschieber 13 wird in bekannter Weise vom Proportionalmagnet 34 über dessen Anker 35 in axialer Richtung gegen die Kraft der Regelfeder 36 verstellt. Es sei davon ausgegangen, daß der Steuerschieber 13 die in Fig. 1 bis 3 gezeigte Neu­ tralstellung 63 einnimmt. Zugleich sei davon ausgegangen, daß der Schaltmagnet 39 erregt ist, wodurch dessen Anker­ stift 48 den Schraubenbolzen 43 in einer bestimmten axia­ len Lage gegen die Kraft der Rückstellfeder 46 im Getrie­ begehäuse 41 hält. Durch den in den Längsschlitz 52 des Steuerschiebers 13 greifenden Steg 49 ist der Steuerschie­ ber 13 in seiner Drehlage längsverschieblich aber verdreh­ fest geführt. In dieser fixierten Drehlage des Steuerschie­ bers 13 liegen dessen erste bis vierte Steuernuten 24, 25, 27, 28 zusammen mit den Steueröffnungen 21 und 22 in der Schieberhülse 12 in der ersten Ebene 29 für die Normalfunk­ tion, wie dies besonders deutlich in Fig. 2 erkennbar ist. Der Steuerschieber 13 kann somit für seine Regelfunktion aus der Neutralstellung 63 in üblicher Weise in seine Ar­ beitsstellungen 64 oder 65 gebracht werden und dement­ sprechend das Hauptsteuerventil 53 ansteuern. Bei dieser Normalfunktion bilden die gehäusefesten Steueröffnungen 21 und 22 mit den jeweils zugehörigen Steuernuten 24, 25, 27, 28 sogenannte erste Steuerfenster 66.

Tritt nun der sogenannte Sicherheitsfall ein, so entfällt das elektrische Eingangssignal am Schaltmagneten 39. Der Schaltmagnet 39 fällt ab, wobei dessen Ankerstift 48 vom Schraubenbolzen 43 durch die Kraft der Rückstellfeder 46 in seine Ausgangslage verstellt wird. Die Längsbewegung des Schaltmagneten 39 wird durch das Getriebe 38 in eine zugehörige Drehbewegung an dessen Signalausgang 51 umge­ wandelt, wodurch dessen Steg 49 den Steuerschieber 13 ent­ gegen dem Uhrzeigersinn soweit um seine Längsachse ver­ dreht, daß die in der zweiten Ebene 33 liegenden Längs­ nuten 31, 32 nun unmittelbar in die Ebene der Steueröff­ nungen 21, 22 zu liegen kommen. Die Längsnuten 31, 32 bil­ den dabei mit den gehäusefesten Steueröffnungen 21, 22 zweite Steuerfenster 67, welche eine Sicherheitsstellung 68 ermöglichen, in der beide Motoranschlüsse 15, 16 mit­ einander und mit dem Rücklaufanschluß 19 verbunden sind. In der Sicherheitsstellung 68 kann sich der Druck in bei­ den Steueranschlüssen 54, 55 ausgleichen bzw. zum Tank entlasten, so daß der Längsschieber 56 im Hauptventil 53 von seinen Federn 57 in seiner Sperrstellung 58 zentriert wird und dadurch einen angeschlossenen Hydromotor in sei­ ner jeweiligen Lage blockiert. Durch die völlige mecha­ nische Entkoppelung der beiden Stellantriebe 35, 39 läßt sich die Sicherheitsstellung 68 aus jeder Stellung (63, 64, 65) bei Normalfunktion heraus anfahren, ohne daß ir­ gendwelche Zwischenstellungen überfahren werden. Uner­ wünschte Stellbewegungen am Hauptsteuerventil bzw. am an­ geschlossenen Hydromotor werden dadurch sicher vermieden.

Die Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil ei­ ner zweiten Steuereinrichtung 70, die sich von derjenigen nach Fig. 1 bzw. Fig. 2 wie folgt unterscheidet, wobei für gleiche Bauelemente gleiche Bezugszeichen verwendet wer­ den.

Die zweite Steuereinrichtung 70 hat einen anderen Steuer­ schieber 71, an dessen Kolbenabschnitt 26 lediglich anstel­ le der bisherigen Längsnuten 32 eine dritte (72) sowie ei­ ne vierte Längsnut 73 ausgebildet sind. Diese beiden Längs­ nuten 72, 73 liegen in der gleichen Ebene wie die erste Längsnut 31, entsprechend aber in ihrer axialen Länge der dritten (27) bzw. vierten Steuernut 28.

Die Wirkungsweise der zweiten Steuereinrichtung 70 unter­ scheidet sich von derjenigen der ersten Steuereinrichtung 10 lediglich dadurch, daß im Sicherheitsfall nunmehr eine einseitige Funktion durchführbar ist. Werden im Sicher­ heitsfall die erste (31), die dritte (72) sowie die vier­ te Längsnut 73 aus der zweiten Ebene 33 in die erste Ebe­ ne 29 gedreht, so kann zwar im Steueranschluß 55 des Haupt­ steuerventils 53 noch ein Druck aufgebaut und damit eine einseitige Funktion durchgeführt werden, jedoch bleibt der andere Steueranschluß 54 stets zum Tank entlastet und damit die andere Funktion gesperrt. Ein derartiges Sicherheits­ verhalten wird oft bei vorgesteuerten Ventilen gefordert, wo bei bestimmten Bedingungen, die durch elektrische Signa­ le definiert sind, der hydraulische Motor nunmehr in einer bestimmten Richtung betätigbar sein darf. Insbesondere ist dies in hydraulischen Steuerungen von Spritzgießmaschinen der Fall, wo auf der Schließseite bei geöffnetem Schließ­ gitter der Schließzylinder das Werkzeug nur noch öffnen darf.

Die Fig. 5 zeigt das Schaltsymbol der zweiten Steuerein­ richtung nach Fig. 4. In der Sicherheitsstellung 74 ist der eine Motoranschluß 15 stets entlastet; dagegen kann im anderen Motoranschluß 16 ein Steuerdruck aufgebaut werden.

Obwohl die Fig. 1 eine besonders vorteil­ hafte Kombination von Merkmalen zeigt, kann anstelle des schaltenden Elektromagneten 39 als zweiter Hubantrieb ein stetiges Stellsystem, z. B. ein zweiter Proportionalmagnet verwendet werden. Dadurch kann über die elektrisch ein­ stellbare Drehlage des Steuerschiebers eine Vielzahl von Zwischenfunktionen ermöglicht werden. In Verbindung mit dem Umstand, daß Schieberhülse 12 und Steuerschieber 13 über Steuerfenster 66, 67 zusammenwirken, läßt sich bei einer stetig einstellbaren Winkellage des Steuerschiebers auch eine stetig beeinflußbare Volumenstrom-Verstärkung in der Steuereinrichtung 10 erzielen. Wenn dabei die Steuerfenster entsprechend ausgestaltet werden, kann dar­ über hinaus bei einem stetig arbeitenden Stellsystem als zweiter Hubantrieb auch eine veränderliche Druckverstär­ kung erreicht werden.

Claims (10)

1. Elektrohydraulische Steuereinrichtung mit einem in einem Gehäuse angeordneten, längsbeweglichen Steuerschieber, durch den die Verbin­ dungen zwischen einem Zulauf-, einem Rücklauf- und zwei Motoran­ schlüssen steuerbar sind, um mehrere Schaltfunktionen zu erreichen, wobei der Steuerschieber durch Längsbewegung aus einer Neutralstel­ lung heraus nach beiden Seiten in eine erste und zweite Arbeitsstel­ lung auslenkbar ist und bei der der Steuerschieber als zusätzliche Schaltfunktion eine Sicherheitsstellung einnehmen kann und von einem elektromagnetischen Hubmagneten, insbesondere einem Proportionalma­ gneten, gegen die Kraft einer Regelfeder betätigbar ist, sowie mit diesen Schaltfunktionen zugeordneten Steuerkanten und Steuerausneh­ mungen am Steuerschieber, wobei die der Normalfunktion zugeordneten Steuerausnehmungen in Umfangsrichtung des Steuerschiebers begrenzte, erste Steuerfenster bilden, die in einer ersten durch die Längsachse des Steuerschiebers verlaufenden Ebene liegen, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuereinrichtung (10; 70) einen zweiten Huban­ trieb (39) aufweist, dessen Signalausgang (48) mit einem Ein­ gang (47) eines Getriebes (38) in Wirkverbindung steht, das die vom Hubantrieb (39) abgegebene Längsbewegung in eine Drehbewegung an seinem Ausgang (51) umwandelt, der seinerseits verdrehfest und längsbeweglich mit dem Steuerschieber (13; 71) gekoppelt ist, und daß der Sicherheitsstellung (68) zweite Steuerfenster (67) zugeord­ net sind, deren zugehörige Längsausnehmungen (31, 32; 72, 73) in einer zur ersten Ebene (29) um die Längsachse verdrehten, zweiten Ebene (33) liegen.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß über die zweiten Steuerfenster (67) in einer Sicherheitsstellung (68) beide Motoranschlüsse (15, 16) miteinander und insbesondere mit dem Rücklaufanschluß (19) verbindbar sind.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sicherheitsstellung (68) mit verbundenen Mo­ toranschlüssen (15, 16) aus jeder Hubstellung des Steuer­ schiebers (13) herum durch dessen Drehung um seine Längs­ achse erreichbar ist, insbesondere ohne Durchfahren anderer, der Normalfunktion zugeordneter Stellungen.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die zweiten Steuerfenster (67) in einer Sicher­ heitsstellung (74) in einem Motoranschluß (16) über drit­ te und vierte Längsnuten (72, 73) einen Druckauf- oder einen Druckabbau ermöglichen, während der andere Motoran­ schluß (15) über die erste Längsnut (31) unabhängig von der axialen Lage des Steuerschiebers (13) zum Rücklaufan­ schluß (19) entlastet ist.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der zweite Hubantrieb ein Schaltmagnet (39) ist.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der zweite Hubantrieb ein Proportionalmagnet ist.

7. Steuereinrichtung nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hubantriebe (35, 39) und das Getriebe (38) koaxial zum Steuerschieber (13) angeordnet sind.

8. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Getriebe (38) einen in des­ sen Getriebegehäuse (41) in einem Gewinde (42) drehbar ge­ lagerten Schraubenbolzen (44) aufweist, der einerseits mit dem Anker (48) des zweiten Hubantriebs (39) in Wirkverbin­ dung steht und andererseits, insbesondere über eine Schlitz- Steg-Verbindung (52, 49), drehfest und längsbeweglich mit dem Steuerschieber (13) gekoppelt ist.

9. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß im Getriebe (38) den Steuerschie­ ber (13) in seiner Normalebene (29) verdrehfest führende Mittel (45, 46, 48, 49) angeordnet sind, die insbesondere als den Schraubenbolzen (43) belastende Feder (46), als Anschlag (48) und als Stegführung (49) ausgebildet sind.

10. Steuereinrichtung nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Steuerfenster (66, 67) von gehäusefesten Steueröffnungen (21, 22), insbesondere mit rechteckiger Form und von zugeordneten Steuernuten (24, 25, 27, 28) und Längsnuten (31, 32; 72, 73) im Steuerschieber (13; 71) gebildet sind.