DE3735103A1 - Hydraulischer stellantrieb - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Stellantrieb nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bekannte Antriebe dieser Art bedienen sich zur Wegmessung elektrischer Mittel und mehr oder weniger auf­ wendiger Mittel zum Positionieren der Kolbenstange, wodurch diese Antriebe aufwendig, unter Umständen sogar störanfällig sind. Insbe­ sondere für rauhen Betrieb eignen sich elektrische Meß- und Stell­ mittel, z. B. infolge Auftretens starker Schwingungen, nicht immer.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Stellantrieb mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er sehr robust ist und für den Antrieb und die Positionierung der Kolbenstange nur das ohnedies notwendige Druckmedium verwendet bzw. eine unkompli­ zierte mechanische Einrichtung.

Besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. So ist es z. B. vorteilhaft, die Kolbenstange durch geeignete Maßnahmen gegen Verdrehen zu sichern. Durch ent­ sprechende Anordnung und Steuerung von Elektromagnetventilen kann ein besonders sicheres Betriebsverhalten des Stellantriebs erzielt werden.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind durch die nachfolgende Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen hydraulischen Stellantrieb, in Fig. 2 einen Querschnitt desselben längs II-II, in Fig. 3 einen Querschnitt längs III-III, in Fig. 4 eine Einzelheit, in Fig. 5 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Stell­ antriebs, in Fig. 6 einen Schnitt längs VI-VI nach Fig. 5, in Fig. 7 einen Schnitt längs VII-VII nach Fig. 5, in Fig. 8 einen weiteren Längsschnitt nach VIII-VIII der Fig. 6, in den Fig. 9 bis 11 Schaltungsalternativen für den Stellantrieb.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist mit 10 das Gehäuse eines Stellantriebs bezeichnet, in dem eine Längsbohrung 11 ausgebildet ist, in der ein Kolben 12 dicht gleitend geführt ist. Dieser ist mit einer Kolbenstange 13 verbun­ den, die einerseits durch ein die Längsbohrung 11 verschließendes Dicht- und Führungselement 14 dringt, andererseits in einer zur Längsbohrung 11 konzentrischen Bohrung 15 des Gehäuses 10 geführt ist, deren Durchmesser aber geringer ist als die der Längsbohrung 11; dieser Teil 13 A der Kolbenstange ist verhältnismäßig lang ausge­ bildet. Dort ist ein bestimmter Bereich 16 vorgesehen, der etwas größer ist als der Hub des Kolbens 12, in seinem Durchmesser etwas reduziert ist und eine große Anzahl konzentrischer Rillen 17 mit sehr geringem Abstand aufweist. Die Längsbohrung 15 ist an ihrem freien Ende durch eine Verschlußschraube 18 verschlossen, welche einen Anlenkbolzen 19 aufweist, an welche ein beliebiges Maschinen­ teil angeschlossen werden kann. Auf der gegenüberliegenden Seite weist die Kolbenstange 13 eine Abflachung 20 mit Querbohrung 21 auf, an welche ebenfalls ein vom Stellantrieb zu betätigendes Maschinen­ teil angelenkt ist.

Im Gehäuse 10 ist an dem der Längsbohrung 11 abgewandten Seite eine Querbohrung 23 ausgebildet, in der ein Stellkolben 24 dicht gleitend geführt ist. Sein Kolbenteil 25 mit geringerem Durchmesser liegt stets im Bereich 16 mit den Rillen 17; dort hat er auch einen ovalen Durchgang 26, dessen kleiner Durchmesser dem Durchmesser der Kolben­ stange 13 A entspricht. An seiner Oberseite ist der Durchgang glatt, an seiner Unterseite weist er ebenfalls Rillen 27 auf, welche genau den Rillen 17 an der Kolbenstange entsprechen. Hierzu sei auch auf Fig. 4 verwiesen, in welcher die Rillen vergrößert dargestellt sind. Die Unterseite, an der die Rillen 27 ausgebildet sind, kann eben oder der Rundung der Kolbenstange angepaßt sein. Im unteren Teil der Bohrung 23 sind mehrere Tellerfedern 28 angeordnet, welche den Kolbenteil 25 mit seinen Rillen 27 in die Rillen 17 der Kolben­ stange 13 A drücken. Die Tellerfedern 26 stützen sich an einer die Bohrung 23 dicht verschließenden Scheibe 30 ab. Auf die entgegen­ gesetzte Seite des Kolbens 24 wirkt eine Druckfeder 31 ein, die jedoch wesentlich schwächer ist als die Vorspannkraft der Teller­ federn 28. Die Feder 31 liegt in einem Raum 32 als Teil der Bohrung 23 und stützt sich an einer diese Bohrung verschließenden Verschluß­ scheibe 33 ab; sie legt sich gegen einen Sprengring 34.

Im Gehäuse 10 ist ein Kanal 35 ausgebildet, über den der Raum 32 mit Druckmittel beaufschlagt oder von diesem entlastet werden kann. Die Ovalität des Durchgangs 26 ist so groß, daß dann, wenn der Stell­ kolben 24 beaufschlagt ist, die Rillen 17 und 27 nicht mehr im Ein­ griff miteinander stehen, so daß sich die Kolbenstange 13 bewegen kann, wenn der Kolben 12 druckmittelbeaufschlagt ist. Zu diesem Zweck münden in die Druckräume 36, 37 Bohrungen 38, 39, die mit Räumen 40, 41 in Verbindung stehen, an welche Elektromagnetventile 42, 43 angeschlossen sind. Bevor die Druckräume 36 bzw. 37 über die Elektromagnetventile beaufschlagt oder entlastet werden sollen, muß der Stellkolben 24 beaufschlagt werden, so daß die Kolbenstange 13 frei beweglich ist. Die Steuerung hierfür erfolgt über den Kanal 35 und zweckmäßigerweise über ein wie in Fig. 1 dargestelltes Wechsel­ ventil 64 A, B oder über andere hier nicht dargestellte Steuermittel, insbesondere auch ein Elektromagnetventil. Hierzu sei auf die später besprochenen Fig. 9-11 verwiesen.

Wenn die Kolbenstange 13 durch den beaufschlagten Kolben 12 in eine gewünschte Position gebracht worden ist, wird der Raum 32 entlastet, so daß die Tellerfedern 28 die Rillen 27 in die Rillen 17 drücken. Gleichzeitig wird die Beaufschlagung des Kolbens 12 gestoppt. Damit sich der Kolben 24 nicht verdrehen kann, hat er eine Längsnut 44, in welche ein Stift 45 eingreift. Die Steuerung der Elektromagnet­ ventile kann beliebig durchgeführt werden, insbesondere über ein elektronisches Steuergerät. Je enger die Rillen 17, 27 sind, desto genauer ist die Positionierung des Kolbens bzw. der Kolbenstange. Der gleichmäßige Abstand der Rillen hängt also von der gewünschten Positioniergenauigkeit ab.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 bis 8 unterscheidet sich von dem vorherigen im wesentlichen nur dadurch, daß hier der Stell­ kolben für die Arretierung der Kolbenstange anders ausgebildet ist. Die Kolbenstange 13 weist in ihrem Teil 13 A nunmehr im Bereich der Rillen 17, 27 zwei parallel verlaufende Abflachungen 48, 49 auf, die in Achsrichtung des Stellkolbens verlaufen. Dieser trägt die Bezeichnung 50 und ist nunmehr zweiteilig ausgebildet. Der obere Teil 50 A weist eine in seiner Achsrichtung verlaufende Ausnehmung 51 auf mit zwei parallel verlaufenden Flächen, welche an den Ab­ flachungen 48, 49 der Kolbenstange anliegen. Der untere Teil des Kolbens 50 A weist eine Rundung 52 auf, an welcher die Rillen 27 aus­ gebildet sind. Die lichte Weite der Rundung plus der Ausnehmung 51 ist größer als der Durchmesser des Bereichs 16 der Kolbenstange, so daß die Rillen wieder durch Verschieben des Stellkolbens außer Ein­ griff bringbar sind.

Der Stellkolbenteil 50 A ist nunmehr nicht durch eine Feder belastet, sondern er stützt sich an einer Verschlußschraube 53 ab, wodurch sein Hub von einer Schraube 54 einstellbar ist. Durch die Ab­ flachungen 48, 49 an der Kolbenstange und die Abflachungen an der Ausnehmung 51 ist die Kolbenstange gegen Verdrehen gesichert. Die Druckmittelsteuerung des Kolbens 12 ist wiederum dieselbe wie beim ersten Ausführungsbeispiel.

Wünschenswert ist bei derartigen Stellantrieben ein Weggeber für die Kolbenstangenstellung. Dieser besteht hier aus einer Traverse 55, welche an die Kolbenstange 13 angeschraubt ist. Sie wirkt mit zwei induktiven Weggebern 56, 57 zusammen, welche in parallel zur Kolben­ stange verlaufenden Bohrungen 58, 59 des Stellantrieb-Gehäuses ange­ ordnet sind. Von den Weggebern führen Kabel 60, 61 zu einem elek­ tronischen Steuergerät, das die Beaufschlagung des Stellkolbens 50 sowie die Beaufschlagung des Verstellkolbens 12 durch die ent­ sprechende Ansteuerung der Elektromagnetventile 42 und 43 ent­ sprechend steuert. Die Gegenkraft erfolgt wiederum durch die Teller­ federn 28. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auch das Wechselventil 62 mit Kanal 63 für die Steuerung des Raums 32 dargestellt.

Durch die oben beschriebene Weise erhält man einen unkomplizierten, wenig störanfälligen Stellantrieb für beliebige Maschinenteile.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen Steuerungsmöglichkeiten für den Stell­ antrieb. Die zwei oben erwähnten Elektromagnetventile 42, 43 sind an ein Wechselrückschlagventil 64 angeschlossen, über welches die Steuerung des Raumes 32 erfolgt. Eine Pumpe 65 fördert Druckmittel über Leitungen 66, 67 zu den beiden Elektromagnetventilen. Von dort führen Leitungen 68, 69 einerseits zum Wechselrückschlagventil, andererseits zu den Druckräumen 36, 37 des Kolbens 12. Vom Wechsel­ rückschlagventil führt eine Leitung 70 zum Raum 32. Die Rückleitung zum Tank ist mit 71 bezeichnet. Wenn einer der Druckräume 36, 37 beaufschlagt ist, wird gleichzeitig über das Wechselrückschlagventil 64 auch der Raum 32 beaufschlagt, wodurch der Stellkolben 24 gelöst wird und die Kolbenstange sich verschieben kann. Werden die Ventile auf Rücklauf geschaltet, so bricht der Druck im Raum 32 zusammen und die Tellerfedern 28 arretieren die Kolbenstange 13 A.

Eine weitere Möglichkeit der Steuerung zeigt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 10. Hier sind anstelle des Wechselrückschlagventils 64 zwei einzelne Rückschlagventile 72, 73 den Elektromagnetventilen 42, 43 vorgeschaltet. Auf diese Weise ist der Kolben 12 hydraulisch ein­ gespannt, und bei Ausfall der Hydraulik wird die Klemmung durch den Stellkolben 24 wirksam. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 ist für die Steuerung des Stellkolbens 24 ein eigenes Elektromagnet­ ventil 74 vorgesehen. Die Ansteuerung erfolgt über ein elektro­ nisches Steuergerät. Der Kolben 12 ist wiederum hydraulisch einge­ spannt, die Klemmung durch den Kolben 24 wird wirksam bei Ausfall der Hydraulik, wenn die Elektronik eine Fehlreaktion meldet, z. B. Ventilausfall.

Claims (10)

1. Hydraulischer Stellantrieb mit einem in einer Zylinderbohrung eines Gehäuses gleitenden, druckbeaufschlagten Kolben (12) mit Kolbenstange (13), dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange einen in einer konzentrisch zur Zylinderbohrung verlaufenden Längs­ bohrung (14) einen im Durchmesser reduzierten Bereich (16) aufweist, dessen Länge mindestens dem Kolbenhub entspricht und daß in diesem Bereich am Außenumfang konzentrische Rillen (17) in gleichmäßigem Abstand ausgebildet sind, in welche entsprechende Rillen (27) an der Stirnseite eines quer zur Kolbenstange verschiebbaren Stellkolbens (24) einzugreifen vermögen, der eine mittige Ausnehmung (26, 51) aufweist, durch welche die Kolbenstange hindurchdringt.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stell­ kolben (24) einerseits stets durch mindestens eine Feder (28) belastet ist, andererseits durch ein Druckmittel beaufschlagbar ist.

3. Antrieb nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (50) quergeteilt zweiteilig ausgebildet ist.

4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange im Bereich (16) der Rillen mindestens eine Ab­ flachung (48, 49) aufweist, die mindestens der Länge des Kolbenhubs entspricht und daß der Stellkolben ebenfalls mindestens eine Fläche aufweist, die an der Flachseite der Kolbenstange anliegt.

5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) doppelt beaufschlagbar ist und die Druckmittel­ steuerung durch zwei Elektromagnetventile (42, 43) erfolgt.

6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Stellkolben (24) einwirkende Feder aus mehreren Tellerfedern (28) besteht.

7. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Rillen (17, 27) dem Mindestverstellhub des Kolbens (12) entspricht.

8. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben einteilig ausgebildet ist und einen ovalen Durchgang (26) für die Kolbenstange hat.

9. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (24) durch eine Nut (44) und einem in diese ein­ greifenden Stift (45) am Verdrehen gehindert ist.

10. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Hub des Kolbens (12) durch induktive Weggeber (56 bis 59) erfaßt wird.