-
Elektrohydraulische Verstellvorrichtung Für die Verstellung von Bremsen,
Schiebern, Ventilen, Pressen u..dgl. kommen vielfach elektrohydraulische Verstellvorrichtungen
zur Anwendung, die aus einem Elektromotor, einer von diesem angetriebenen Pumpe,
einem von der Druckflüssigkeit dieser Pumpe beaufschlagten Stellkolben sowie einem
Flüssigkeitsbehälter bestehen. Bei einer besonderen Bauform dieser elektrohydraulischen
Verstellvorrichtungen sind zur Vereinfachung des Aufbaues diePumpe und gegebenenfalls
der Stellkolben durch einen vom Motor angetriebenen Propeller ersetzt, wobei jetzt
der Propeller als Treibelement der Vorrichtung wirkt.
-
Weiter sind flüssigkeitsmagnetische Vorrichtungen, wie Kupplungen,
Bremsen u. dgl., bekannt, bei denen eine magnetisierbare Flüssigkeit, die vorwiegend
aus einer Mischung von hochpermeablem Eisenpulver und Öl in kolloidaler Verteilung
besteht, einem magnetischen Feld ausgesetzt wird. Durch Veränderung der Feldstärke
kann die Viskosität der magnetisierbaren Flüssigkeit in weiten Grenzen geändert
werden, wodurch Kupplungs- und Ventileffekte mannigfacher Art erzeugt werden können.
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrohydraulischeVerstellvorrichtung
mit einem Flüssigkeitsbehälter und einem sich in diesem befindenden Treibelement,
das von einem Elektromotor angetrieben wird. Die Erfindung besteht im wesentlichen
darin, daß bei einer derartigen elektrohydraulischen Verstellvorrichtung als Betriebsflüssigkeit
eine magnetisierbare Flüssigkeit dient, deren Strömung durch ein magnetisches Feld
steuerbar ist. Auf diese Weise erhält man eine 'Verstellvorrichtung, die bei einfachem
Aufbau praktisch trägheitslos arbeitet und so als Steuer- oder Regelelement für
die
mannigfachsten Aufgaben eingesetzt werden kann. Bei dauernd laufendem Motor kann
das Einleiten und Beendigen des Verstellvorganges einfach durch Einschalten. bzw.
Abschalten .des magnetischen Feldes bewirkt werden, wodurch sich eine Schalthäufigkeit
von 3000 und mehr pro Stunde erreichen läßt. Für die Erregung der das magnetische
Feld erzeugenden Magnetspule sind nur schwache Steuerströme erforderlich, so daß
das Einleiten und Beendigen des Verstellvorganges nicht nur von Hand, sondern auch
von den schwachen Steuerströmen einer Programmsteuerung und oder eines Reglers herbeigeführt
werden kann. Dabei können durch Verstärkung oder Abschwächung des Erregerstroms
die Hub- und Senkzeiten in weiten Grenzen geändert werden, so daß die Vorrichtung
weitgehend unterschiedlichen Betriebsbedingungen a.ngepaßt werden kann. Die als
Betriebsflüssigkeit dienende magnetisierbare Flüssigkeit hat ein wesentlich höheres
spezifisches Gewicht als die bisher ausschließlich verwendeten 051e. Aus dem höheren
spezifischen Gewicht ergeben sieh aber auch eine wesentlich höhere Leistung bei
gleichen Baumassen bzw. bei gleicher Leistung eine wesentliche Verringerung der
Baumasse.
-
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
-
Abb. i der Zeichnung zeigt im Längsschnitt eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung,
die im wesentlichen aus dem Flüssigkeitsbehälter io, dem Elektromotor i i mit Ständerwicklung
12, Läufer 13 und hohler Welle 1d, ferner aus dem Propeller 15 nebst Welle 16 und
Kupplungsöse 17 sowie aus der Magnetspule 18 und dem Zwischendeckel ig mit Abdichtung
2o besteht. 21 ist ein zwischen der zylindrischen Magnetspule i8 und der Innenwandung
des Behälters io bestehender Ringkanal.
-
Der Behälter io ist etwa biss zur angegebenen Höhe mit einer magnetisierbaren
Flüssigkeit, z. B. einer Mischung von i Teil 01 und 5 Teilen Cärbonyleisenpulver,
gefüllt. Die Abdichtung 2o verhindert einen Durchtritt dieses Eisenöles zum unteren
Motorlager im Zwischendeckel 1g sowie in das Innere .des Motors i i. Der Motorraum
kann dabei mit 01 gefüllt sein, um gegebenenfalls mit Unterstützung von Außenrippen
.die Verlustwärme des Motors besser abzuführen und so eine höhere Belastbarkeit
des Motors zu erzielen.
-
Die Propellerwelle 16 ist durch die hohle Motorwelle 1q. nach oben
geführt, wobei sie in der Längsrichtung in der Motorwelle frei verschiebbar ist,
in der Drehrichtung dagegen .durch eine Keilnuten-oder Vierkantkupplung mit der
Motorwelle gekuppelt ist. Die zur Kupplung .der Propellerwelle 16 mit dem zu verstellenden
Gerät dienende Kupplungsöse 17 sitzt auf dem oberen Ende der Welle 16, und zwar
derart, daß sie von der Propellerwelle 16 zwar in der Längsrichtung, nicht aber
in der Drehrichtung mitgenommen wird.
-
DieZeichnung zeigt dieVorrichtung in der oberen Hubstellung des Propellers
15. Der Motor i i ist ' eingeschaltet, die Spule 18 Ist erregt. Die im Ringkanal
21 befindliche Flüssigkeit ist unter der Einwirkung des magnetischen Feldes so versteift,
daß die mit den Pfeilen angedeutete Umlaufströmung von .der unteren zur oberen Beaufschlagungsseite
des Propellers 15 praktisch unterbunden ist. Da bei konstanter Drehzahl des Propellers
der Axialdruck am Propeller ,der Strömungsgeschwindigkeit umgekehrt proportional
ist, wird die maximale Stellkraft bei völliger Drosselung der Strömung erhalten
und umgekehrt die geringste Stellkraft dann,- wenn die Drosselung am kleinsten ist.
-
Wird also in der gezeichneten Arbeitsphase der Vorrichtung .die Erregung
der Magnetspule 18 abgeschaltet, so geht der Axialdruck des Propellers, 1 5 auf
Null zurück, und der Propeller wird unter dem Einfluß der beim Arbeitshub gespeicherten
Gegenkraft (Gewicht oder Feder) in die untere Ausgangslage zurückgedrückt. Soll
ein neuer Verstellvorgang ausgeführt werden, so genügt ein Wiedereinschalten der
Erregung. Das Arbeitsspiel wiederholt sich. Der Motor i i kann dauernd durchlaufen
und braucht infolgedessen nicht bei jedem Arbeitsspiel beschleunigt und verzögert
zu werden.
-
Wirkt auf die Propellerwelle 16 in axialer Richtung eine wegabhängige
Gegenkraft, so kann die jeweilige Hubstellung von der Größe der Spulenerregung abhängig
gemacht. werden.
-
Man erhält so ein wegabhängiges Steuer- oder Regelelement mit kleinem
Trägheitsmoment und hoher Schalthäufigkeit. Durch mechanische oder elektrische Maßnahmen.
kann verhindert werden, daß beim Abwärtsstegern der Erregung infolge Remanenz ein
Festsetzen, insbesondere eine Pfropfenbildung, der Flüssigkeit eintritt. Als mechanische
Maßnahme kommt z. B. ein mit dem Propeller umlaufender Finger oder Zylinder in Frage,
.der in den Ringkanal 21 eintaucht und die in diesem befindliche Flüssigkeit umrührt.
Als. elektrische Schaltmaßnahme kann z. B. ein kurzzeitiges Abschalten oder Abschwächen
der Erregung .in Betracht kommen, was eine Aufhebung bzw. eine solche Minderung
der Remanenz zur Folge hat, :daß der Erstarrun gszustand .der Flüssigkeit aufgehoben
und in einen Bewegungsvorgang überführt wird. Während der Einschaltdauer des Motors
kann die Magnetspule auch in den Pausen der Verstellvorgänge so schwach erregt bleiben,
daß zwar kein Verstellhub erfolgt, daß aber die magnetisierbarenFlüssigkeitsteile
magnetisch ausgerichtet bleiben und nur eine geringe Erhöhung der Spulenerregung
den Verstellvorgang sofort einleitet.
-
In Weiterbildung der Ausführung nach Abb. i sind bei der Ausführung
.der Abb. 2 zwei Propeller i5a und 15b vorgesehen, wobei jedem Propellereine besondere
Magnetspule i 8a bzw. 18b und j e ein Ringkanal 21a bzw. 21b zugeordnet sind. Die
beiden Propell-er 15a und i5b arbeiten gegensinnig. - Bei Erregung der Spule 18a
wird eine Hubkraft nach oben und bei Erregung .der Spule i8b eine Zugkraft nach
unten ausgeübt. Man erhält so eine in beiden Bewegungsrichtungen wirkende Stehkraft,
ohne daß es einer besonderen Gegenkraft bedarf, die
beim Verstellhub
überwunden werden muß und die daher den Leistungsbedarf der Vorrichtung unerwünscht
vergrößert. Insbesondere wird in diesem Fall auch eine besonders einfache Wegsteuerung
möglich, wobei die Arbeitsweise beliebigen Steuerkennlin.ien angepaßt werden kann.
-
Das gleiche kann man auch mit einer Ausführung nach Abb. i erreichen,
wenn man als Antriebsmotor einen Motor mit umkehrbarer Drehrichtung vorsieht. Allerdings
setzt dies voraus, daß der Motor bei jedem Arbeitsspiel von seiner Betriebsdrehzahl
bis auf Null heruntergeholt und in entgegengesetzter Drehrichtung wieder beschleunigt
werden muß, was aus verschiedenen Gründen wenig erwünscht ist.
-
Bei der Ausführung der Abb. 3 sind gleichfalls zwei Propeller 1511
und 15b sowie zwei Magnetspulen i8a und r8b und zwei Ringkanäle 21a und 21b vorgesehen.
Die Propeller, Spulen und Kanäle liegen hierbei aber nicht auf der gleichen Stirnseite
des Motors wie bei der Ausführung Abb. 2, sondern zu beiden Stirnseiten des Motors,
so daß sie .diesen, in Längsrichtung gesehen, einschließen. Die Zwischendeckel iga
und igb teilen .dabei den Behälter io in drei Räume, wobei die außenliegenden Propellerräume
gegenüber dem mittleren Motorraum abgedichtet sind. Die Propeller i5a und i5b sind
unmittelbar auf beidseitigen Verlängerungen der Motorwelle 14 befestigt. Der Läufer
13 des Motors i i wird also beim Stellhub jeweils mit verschoben. Damit der Läufer
13 immer noch im Drehfeld der Ständerwicklung 12 bleibt, ist der Läufer um das Maß
des Stellhubes axial verlängert. Jede der Propellerwellen ist nach außen geführt
und kann über je eine Kupplungsöse 17a bzw. 17b mit einem zu verstellenden Gerät
gekuppelt werden. Die Vorrichtung kann mithin gleichzeitig drücken und ziehen. Sie
kommt mit Vorteil in liegender Anordnung zur Anwendung.
-
Für besonders hochwertige Aufgaben empfiehlt es sich, eine Anordnung
und Ausbildung der Spule 18 nach Abb. 4a und 4b zu wählen, wobei Abb. 4!' einen
Querschnitt durch die Spule i8 mit einer Draufsicht auf den Propeller 15 darstellt,
während Abb. 4b einen Teilschnitt in Längsrichtung der Vorrichtung wiedergibt. Die
Spule 18 wird hiernach von vier Teilspulenkörpern gebildet, deren Kerne lamelliert
sind und die den Propeller kastenförmig umschließen.
-
Die Erfindung ist auf die dargestellten Ausführungsbeispiele nicht
beschränkt. Sie kann beispielsweise auch dann zur Anwendung kommen, wenn an Stelle
eines Propellers als Treibelement eine Kreiselpumpe mit Kolben vorgesehen ist. Weiter
kann an Stelle der Eisen-Öl-Mischung als Betriebsmedium auch reines Eisenpuder,
gegebenenfalls mit einem geringen Zusatz von einer oxvdationsver'hindernden Flüssigkeit
verwendet werden.