WO1997014902A1 - Piezoactor-actuated control valve - Google Patents

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WO1997014902A1
WO1997014902A1 PCT/EP1996/004181 EP9604181W WO9714902A1 WO 1997014902 A1 WO1997014902 A1 WO 1997014902A1 EP 9604181 W EP9604181 W EP 9604181W WO 9714902 A1 WO9714902 A1 WO 9714902A1
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valve
control
control valve
connection
fluid
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PCT/EP1996/004181
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Inventor
Bernhard Johannes Kirsch
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Flutec Fluidtechnische Geräte Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/042—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure
    • F15B13/043—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves
    • F15B13/0433—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves the pilot valves being pressure control valves
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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/0401—Valve members; Fluid interconnections therefor
    • F15B13/0402—Valve members; Fluid interconnections therefor for linearly sliding valves, e.g. spool valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
    • F16K31/007—Piezoelectric stacks
    • F16K31/008—Piezoelectric stacks for sliding valves

Definitions

  • the invention relates to a control valve which, for actuating a valve element, has at least two piezoelectric actuating elements which, separately from one another, compensate for a possible thermal expansion impairing the function of the control valve, the respective actuating element being supported at one end on a support surface, at least one of which Actuating element is supported on the fixed parts of the control valve and is arranged between these and the supporting surface, and another actuating element has the valve element.
  • a control valve In a known control valve according to DE 37 23 287 C2, it can be actuated electrically and is used to control fluid flows. It is provided with a housing and two actuating elements of piezoelectrically reactive material enclosed by the latter and equipped with connecting electrodes, the respective actuating element being designed as a rotationally symmetrical body with parallel end faces and sealed with its outer surface in a correspondingly designed cavity of the housing .
  • One adjusting element consists of an outer ring body and the other adjusting element consists of an inner disk body which fits tightly in it, the electrical properties of the adjusting elements being selected such that the disk body contracts and the ring body contracts to form a fluid-permeable gap under tension react expanding, whereby the latter is sealingly and elastically supported in its outer circumference in the radial direction.
  • Piez actuators generally only have very short travel ranges when working with very high forces; Adjustment path enlargers that can eliminate this, however, have to translate so strongly that the high rigidity of the piezo stack is lost and thus the dynamics of the system are massively deteriorated.
  • the possibility described in DE 37 23 287 C2 to open a gap directly through the piezoelectric actuating elements for a fluid passage is therefore not suitable for directly influencing main fluid flows with large amounts of fluid.
  • the already small stroke of the piezo actuators is further impaired by interference effects, such as mechanical tolerances, friction, thermal expansion and clamping of the actuator due to static pressures, and reduces the functional reliability of the known valve type.
  • Piezoelectric actuating elements or translators are also well known in the field of controlling hydraulic valves, their geometric dimensions being able to be changed with the aid of electrical charge. This is achieved in particular by an inverse piezoelectric effect in special ceramic wafers, in which an electric field applied in the direction of polarization leads to a change in length of the respective ceramic wafers. By stringing together several ceramic disks that are separated from the electrodes, correspondingly large changes in length can be achieved.
  • the invention has for its object to provide a control valve with piezoelectric actuators, which is insensitive to any type of interference, reliable operation, which has good cooling properties and which can be used, among other things, as a pilot valve for valves such as directional valves or suitable as a fine throttle valve.
  • a control valve with the features of claim 1 solves this problem.
  • the support surface is connected to the fixed parts of the control valve via an elastically flexible connecting member, that the connecting member adjusts the actuating elements.
  • the connecting element acts in the manner of an elastic spring and compensates for a wide variety of interference effects by the connecting element forming a cooling surface for control losses in the piezoelectric actuating elements, a mecha ⁇ African pre-tension generated at least one control element, possible clamping forces compensated, as well as the possible thermal expansion of the control elements while reducing the static friction of those valve parts that can be controlled by the valve element. Intensive cooling of the piezoelectric control elements is therefore possible.
  • polarized piezo actuators not only compensates for the isotropic thermal expansion of the actuators, but also the very pronounced anisotropic expansion (pyro effect) in stack actuators. Due to the arrangement according to the invention between the valve element and actuating piezo on the one hand and the valve element and its seat in the non-energized state of the actuating elements on the other hand also under the influence of disturbing factors such as temperature and hydrostatic pressure, an almost force-free positive connection is retained. Due to the common support surface and the establishment of the connection via the elastic connecting member with the actual control valve, a positive connection between the one control element is ensured, whereas the second control element in contact with the valve element is such that only compressive forces but no harmful tensile forces or transverse forces are transmitted can be.
  • the control valve can be designed in the manner of an add-on module, which is flange-mounted on known valves or actuators and controls them.
  • a hydraulic amplifier is implemented in which the actuating travel and actuating force are completely decoupled from one another.
  • the arrangement can thus act as a pure power amplifier, the amplification of which depends, inter alia, only on the bottle ratios between the actuator control element and depends on the valve element. Area ratios predetermined by the valve to be controlled by the control valve can also be included here.
  • the actuating element comprising the valve element is circumferentially encompassed by an adjacently arranged actuating element in such a way that a continuous, fluid-filled separation space is present between the two actuating elements.
  • the mentioned separation space which can be filled with fluid, provides a further cooling possibility for the control elements and mechanical decoupling between them is achieved, so that a complete compensation of the thermal expansion can occur.
  • the connecting member is a corrugated tube which has the support surface for the actuating elements at one end and which is connected at its other end to the fixed parts, between the corrugated tube and the adjacently arranged one Actuating element there is a further separation space that can be filled with fluid.
  • Designing the connecting element as an elastic corrugated tube has a favorable influence on the spring properties required for the connecting element.
  • the further separation space formed, which can be filled with fluid, also serves to cool the control valve, whereby intensive cooling of the piezos is possible during operation.
  • the respective actuating elements are preferably in contact with their ends opposite the support surface in contact with polished contact surfaces of the fixed parts and / or the valve element, completely flat reference surfaces are formed for the two actuating elements in the form of the piezo actuator stack.
  • the polished contact surfaces therefore form a precisely definable reference plane with regard to the actuation paths of the actuating elements, so that a kind of "working point" arises which is caused by a constant electrical field at least one control element is adjustable. Furthermore, all manufacturing tolerances are compensated for by the two polishing processes mentioned.
  • all actuating elements have the same direction of action, in particular an expanding one, and have the same anistropic expansion behavior, the actuating element prestressed by the corrugated tube executing mechanical vibrations. Since all piezoelectric actuators have the same direction of action, they can be more easily designed by calculation and, in particular, their stroke can be determined more easily, the maximum control voltage, the modulus of elasticity and the thermal expansion having to be known. If the pretensioned actuating element is set into a mechanical oscillation by a small alternating electrical field, this can be introduced into the liquid, with the result that dirt cannot settle in the narrow control gaps of the valve and any deposits can be loosened again.
  • the valve element has, within the fixed parts, a valve seat which is connected movably to the fixed parts via a fixed joint. Forces introduced via the valve element onto the associated actuating element, which would suffice to disadvantageously deform this actuating element, can then be introduced into the fixed components of the control valve by the addressed solid-state joint without adversely influencing the actuating element. Furthermore, the inclusion of the hydrostatic pressure on the working behavior of the valve can be compensated, which is otherwise not possible with the known lever arrangements.
  • the solid body joint is preferably formed via an annular recess within the fixed parts of the control valve.
  • the valve element is preferably designed as a pilot cone which, in its open position, provides a fluid-carrying connection between a pilot control chamber of the valve and a pressure-free connection, in particular a tank connection, and between the pilot control chamber and the two separation spaces of the control valve.
  • a pilot control space By including a pilot control space, very large fluid flows can therefore be accomplished via only small feed movements of the pilot control cone by means of the assigned actuating element.
  • the control valve is preferably used for directional control valves, in particular directional spool valves, the valve element acting on a valve spool of the directional control valve, which establishes a fluid-carrying connection between a pressure-carrying connection and the control valve and, depending on the position of the valve spool, there are several of these connects fluid-carrying connections within the directional control valve housing to one another or separates them from one another.
  • Directional control valves and in particular directional spool valves are valves in the respective housing bore of which a spool is movably arranged, which serves to separate or connect annular spaces within the housing due to its controlled movement.
  • the known directional valves have solenoid-controlled pilot valves with pilot pistons (pilot valves) or pilot control by means of a torque motor which drives a nozzle baffle plate system (servo valves).
  • pilot valves pilot pistons
  • nozzle baffle plate system nozzle baffle plate system
  • the valve slide has a central channel which can be connected to a pressure pump in a fluid-carrying manner and which, provided with an orifice or a throttle, ends in at least one pilot chamber of the control valve. That way can get fluid from the pressure line of the directional control valve through the center channel and through the orifice or throttle into the pilot control room and support or effect the intended displacement movement of the spool.
  • a control valve is provided at both ends of the valve slide, the energy accumulator being arranged between the respective valve element and the associated end of the valve slide, and the two energy accumulators in the unactuated position of the directional control valve holding the valve slide in its Hold zero or middle position.
  • the directional control valve can be controlled in both directions of travel of the slide via the assigned two control valves.
  • one control element for opening and the other control element for closing the valve can be supplied with electrical voltage.
  • the travel range can be doubled, and at the same time the electrical efficiency increases, since the electrical charge can be exchanged between the individual piezoelectric control elements for the feed movements which run separately from one another.
  • an activated control element releases the fluid-carrying connection between a pump connection and the control connection in the respectively non-activated other control element, this connection being closed when the activation is reversed and a fluid-carrying connection between Control port and the tank is released.
  • this execution form no control oil is consumed in order to be able to maintain a specifiable pressure at the control outlet.
  • control valve according to the invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a directional spool valve, on the end of which two control valves are flanged;
  • FIG. 3 shows a schematic diagram of a further embodiment of the
  • the respective control valve according to FIG. 1 has two piezoelectric actuating elements 12, 14 for actuating a valve element 10, which functionally separated from one another can compensate for a possible thermal expansion which impairs the function of the control valve.
  • the respective adjusting element 12, 14 is supported at one end on a support surface 16 which is part of a solid base plate 18 which is connected to fixed parts 22 of the control valve via an elastically flexible connecting element in the form of a corrugated tube 20, which serve the flanging of the respective control valve to a valve unit to be controlled, designated as a whole by 24.
  • the corrugated tube 20 surrounds the actuating elements 12, 14 radially or circumferentially and the outermost actuating element 14 is supported on the stationary one Divide 22 of the control valve.
  • the adjusting element 14 extends in the longitudinal direction between the support surface 16 and a contact surface 26, which is formed by the fixed parts 22.
  • the other actuating element 12 which is guided to move freely within the other actuating element 14 and within the connecting member 20, is supported on a contact surface 28 formed at the end by the valve element 10, an energy store 30 in the form of a centering or compression spring supporting the valve element 10 on its valve seat 32, which is formed by the fixed parts 22, holds in the unactuated position of the control valve.
  • the actuating element 12 cooperating with the valve element 10 is circumferentially encompassed by the adjacently arranged actuating element 14 in such a way that between the two actuating elements 12, 14 there is a continuous first separation space 34 which can be filled with fluid.
  • the corrugated tube 20, which has the support surface 16 for the adjusting elements 12, 14 at one end and which is connected at its other end to the fixed parts 22, comprises the respectively most arranged adjusting element 14 in such a way that a further, second separation space 36 which can be filled with fluid is formed.
  • the contact surfaces 26 and 28 of the fixed parts 22 and of the valve element 10 are polished and form a type of commonly defined reference plane.
  • All the control elements 12, 14 used have the same expanding direction of action as soon as an electrical field is applied via the connecting lines 38 which are guided through the respective base plate 18.
  • all the control elements 12, 14 used have the same thermal expansion coefficient and at least the outermost control element 14 carries out mechanical vibrations as soon as an appropriate AC voltage is applied.
  • valve element 10 which cooperates with a valve seat 32 formed by the fixed parts 22, is in its closed position and together yieldingly connected to this valve seat 32 via a fixed joint 40 with these fixed parts 22.
  • the respective fixed part 22 in its flange-like widening has an annular recess 42 which opens into the second separating space 36 on its free side and which weakens the free material cross section of the fixed parts 22 in such a way that a type limited pivoting movement of valve seat 32 with valve element 10 around the remaining material cross section of the respective fixed joint 40 is possible.
  • All movable valve components of the control valve are preferably of rotationally symmetrical design and the actuating elements 12, 14 form cylindrical bodies; however, they can also have a square cross-section, and in particular the outer adjusting element 14 can be formed from individual bars (not shown).
  • the valve element 10 is designed as a pilot cone, which widens conically towards its two ends and which, in its open position (not shown), provides a fluid-carrying connection between a pilot control chamber 44 of the valve and an unpressurized connection, in particular a tank connection T. , and between the pilot room 44 and the two separation rooms 34, 36.
  • the pilot control space 44 can belong to the control valve and can therefore be flange-mounted on conventional valve units as a component of a module; however, as in the case shown here, it can also be part of the valve unit designated as a whole by 24. Due to the conical design of the pilot cone, a relatively large free opening cross-section for controlling main fluid flows is generated even with a small infeed movement.
  • a transverse channel 46 is used, which passes through the ring recess 42 in a fluid-connecting manner and which, facing the end of the valve unit 24, leads out into the open from the fixed parts 22.
  • end seals 48 are provided as well as at the sealing connection point when the valve element 10 engages in the pilot control space 44.
  • the compression or centering spring 30 is supported on its side facing the control valve End at a mandrel of the respective input cone.
  • the mentioned pilot cone, the compression spring 30 and the central control element 12, which is also referred to as control piezo form a directly driven seat valve which, with a suitable construction in the manner of a lifting aid, ensures that the control valve is compensated for flow forces.
  • the fluid or control oil arrives from the pilot control space 44 and via the transverse channel 46 into the tank drain line T and the two separation spaces 34 and 36 are filled with fluid.
  • the corrugated tube 20 then forms a type of spring, which also forms a cooling surface for control losses in the actuating elements 12, 14. Furthermore, the corrugated tube 20 causes a mechanical prestressing of the respective outer actuating element 14, which is also referred to in technical terms as dither piezo.
  • the valve unit 24 shown in the figure shows a directional spool valve in which the usual hydraulic and electromechanical pilot control device with a complicated structure has been omitted.
  • a rod-shaped valve was retained tilschieber 50, which extends in a bore of the directional spool valve housing 52 in the longitudinal direction.
  • the valve slide 50 has four valve disks 54, which are widened in diameter compared to the other valve rod 56 and fit into the associated housing bore so as to be longitudinally movable.
  • the valve rod 56 which has a reduced diameter, delimits opening spaces into which the ports T, A, P and B open into the unactuated position of the valve unit 24 shown in the figure, T for tank connection, P for the pressure-carrying pump connection and ports A and B for the useful connections are.
  • a central channel 58 is arranged in the longitudinal direction, which is in pressure-carrying fluid connection with the pump P via a bore 60.
  • the central channel 58 then emerges from the valve rod 56 at the end of the valve slide 50 and is reduced there in each case via an inlet orifice 62 in the free diameter cross section.
  • the respective compression spring 30 is supported at its end opposite the pilot cone on a holding plate 64 which interacts with the valve slide 50 and which has a widened cross section in diameter compared to the housing bore with the valve rod 56 and is gripped by the valve rod 56 at the end supports the outside of the valve housing.
  • control valve for a directional spool valve in the manner of the valve unit designated as a whole as 24.
  • the two centering springs 30 of the control valves flanged on the left and right hold the valve slide 50 in its central position shown in the figure.
  • the dither piezo 14 and the control piezo 12 of each control valve unit are machined such that the two ends facing the valve unit 24 are arranged in a train level.
  • the mechanical pretension of the control piezo 12 of each control valve by the centering springs 30 is then equal to the pretension of the dither piezo 14 by corrugated tube 20 and solid-state joint 40.
  • This flatness of the dither piezo 14 and control piezo 12 provides an operating point which is determined by a constant electric field on the Ditherpiezo 14 is adjustable.
  • the inlet P When the pump is started up, the inlet P is fluid and pressure-carrying and via the two inlet orifices 62 arranged at the end on the valve slide 50, the respective pilot chamber 44 fills with pressure oil and presses the respective pilot cone 10 into its associated valve seat 32. Since both pilot chambers 44 are pressurized with oil, there is no differential pressure across the end faces of the valve spool 50, so that it remains under pressure in its central position. A force is then exerted on the control piezo 12 via the respective pilot cone 10 such that it would be deformed without the fixed joint 40, the force being introduced into the corrugated tube 20 via the base plate 18. This would inevitably lead to the removal of the positive connection between dither piezo 14 and the fixed parts 22 of the control valve.
  • the solid-state joint 40 Since the dither piezo 14 and control piezo 12 are made of the same material and have the same direction of action, there is no undesirable stroke of the control piezo 12 even with a not inconsiderable thermal expansion. If the dither piezo 14 is set into a mechanical oscillation by a small electrical alternating field, this is caused by the stationary parts 22, the pilot cone 10 and the associated compression spring 30 are transferred to the valve slide piston 50, and when the dither piezos 14 arranged at the opposite ends of the valve unit 24 are driven in phase opposition, the valve slide 50 is set into an oscillation such that a possible one Adhesion of the valve slide 50 to the housing walls 52 is removed and the intended longitudinal method is used without inhibition.
  • an electrical voltage is applied to the control piezo 12 on the left as viewed in the figure .
  • the piezo stack then extends by about 100 ⁇ m compared to the dither piezo 14 and pushes the pilot cone in the direction of the valve spool 50.
  • An annular gap then forms at the valve seat 32 of the pilot cone 10, which has a maximum of 10 times the free inlet cross section of the inlet orifice 62. Associated with this is a pressure drop in the left pilot control space 44 to about 5% of the pilot pressure that was originally present.
  • valve slide 50 A pressure difference then arises at the valve slide 50, since on the right side of the center channel 58 control oil emerges from the inlet orifice 62 into the pilot chamber 44 there, whereas on the left side the control oil is supplied to the unpressurized tank connection T via the transverse channel 46.
  • the slide therefore moves to the left, as seen in the direction of the figure, until either the stop for the valve slide 50 is reached or the control piezo 12 closes the ring gap mentioned again.
  • the pump connection P is connected to the useful connection A; with reverse control the pump connection P with the useful connection B.
  • valve slide 50 As soon as the valve slide 50 has reached its desired working position, only the actuating forces of the main fluid flow, such as flow forces, reactions from the consumers etc., then have to be provided by the two control valves attached to the valve unit 24 at the end.
  • the mentioned annular gap on the valve element 10 is closed until a pressure difference occurs on the valve slide 50, which is multiplied by its free end face equal to the required actuating force.
  • the force therefore only depends on the pressure in the pressure-carrying P line and on the ratio of the free area of the annular gap to the free area of the inlet orifice 62.
  • control valve according to the invention can be used as a pilot valve for a large number of valve tasks.
  • the previously complicated and expensive, in some cases not always functionally reliable, electro-mechanical and hydraulic pilot control devices can be omitted.
  • a pump connection P and a control connection 144 open into the fixed housing parts 122.
  • the diameter of the pump connection P is reduced by means of an orifice 162.
  • the pump connection P and the control connection 144 open out at the end into a passage space 166 which is penetrated by a force accumulator in the form of a compression spring 130.
  • the compression spring 1 30 is supported at the end on a boundary wall of the passage space 166 and on the conical valve member 1 10 and has the tendency to press the valve member 1 10 into its closed position on the valve seat 1 32.
  • the infeed movement of the valve member or valve element 110 extends transversely to the fluid direction via the pump connection P, the orifice 162, the passage space 166 and the control connection 144.
  • a tank connection T is arranged within the housing parts 122, which leads in a fluid-conducting manner both into the separation space 1 34 and into the separation space 1 36.
  • the restriction or orifice 1 62 which produces a pressure drop in the pump line P, for example up to 10% of the fluid pressure present, can alternatively be switched into the tank line T.
  • the piezoelectric actuating element 114 is actuated and thus extended, which moves the base plate 118 downward in the direction of view of FIG. 2, and at the same time the actuating element 112 with the valve element 110 fixedly attached to it the fluid-tight closed position moves down.
  • the elastic corrugated tube 120 is prestressed. If, as shown in FIG.
  • the outer control element 1 14 is kept dead and the voltage via the associated connecting line 1 38 to the inner control element 1 12, this lengthens and the valve element 1 10 lifts off its valve seat 1 32 , so that the fluid-carrying connection between the pump connection P and the control connection 144 in the closed position is at least partially interrupted and the fluid-carrying connection to the tank connection T is established.
  • the travel range can be doubled, whereby the electrical lines required for actuating the individual piezoelectric control elements 1, 12, 14 can be alternately exchanged between these two piezos, which increases the electrical efficiency of the device ⁇ tung increased.
  • three connections are accommodated in the fixed housing parts 222 in the form of the pump connection P, the tank connection T and the control connection 244.
  • the pump connection P extends through the fixed housing parts 222 in the longitudinal direction and opens out its free end in the area of the valve seat 232 into the first separation space 234, which comprises the first actuating element 212 on the circumference.
  • both the control connection 244 and the tank connection T also open outside the valve seat 232 into the first separating space 234.
  • the spring-elastic corrugated pipe 220 is used exclusively as the energy accumulator 230, which acts on the actuating elements.
  • a valve plate is provided as the valve element 210 at the end of the inner piezoelectric actuating element 21 2.
  • the inner control element 212 closes the possible fluid-carrying connection between the pump connection P and the control connection 244.
  • the outer control element 214 closes the connection between the control connection 244 and the tank connection T, the corrugated tube spring 220 generating the closing force. If the outer actuating element 214 is now actuated electrically, this lengthens against the direction of action of the corrugated tubular spring 220 and the inner actuating element 212 lifts off with its valve element 210 from the valve seat 232. This creates a connection between the pump connection P and the ring channel to the control connection 244. This switching state is shown in Fig.3. With reverse control, the inner actuating element 212 is lengthened and the control connection 244 is relieved towards the tank T. With this solution, no control oil is used to maintain a certain pressure at the control outlet.
  • control or control valve can be used as a universal pilot valve but also as a fine throttle valve for small amounts of fluid.

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Abstract

The invention relates to a control valve having two piezoelectric regulators (12, 14) to actuate a valve component (10) which separately compensate for a possible thermal expansion adversely affecting the operation of the control valve, in which the regulator (12, 14) is supported at one end on a supporting surface (16), at least one regulator (14) is supported on the fixed components (22) of the control valve and is arranged between it and the supporting surface (16), and another regulator (12) has the valve component (10). As the supporting surface (16) is connected to the fixed parts (22) of the control valve via an elastically flexible connector (20), said connector (20) radially surrounds the regulators (12, 14) and the piezoelectric regulator (12, 14) lies with its polarization parallel to the operative direction of the valve component (10), a control valve is obtained which operates reliably and is insensitive to any kind of interference.

Description

Piezoaktorbetätigtes Steuerventil Piezo actuator operated control valve
Die Erfindung betrifft ein Steuerventil, das zum Betätigen eines Ventilelementes mindestens zwei piezoelektrische Stellelemente aufweist, die voneinander getrennt eine mögliche, die Funktion des Steuerventils beeinträchtigende ther¬ mische Dehnung kompensieren, wobei das jeweilige Stellelement sich mit einem Ende an einer Abstützfläche abstützt, wobei mindestens ein Stellelement sich an den feststehenden Teilen des Steuerventils abstützt und zwischen diesen und der Abstützfläche angeordnet ist und wobei ein anderes Stellele¬ ment das Ventilelement aufweist.The invention relates to a control valve which, for actuating a valve element, has at least two piezoelectric actuating elements which, separately from one another, compensate for a possible thermal expansion impairing the function of the control valve, the respective actuating element being supported at one end on a support surface, at least one of which Actuating element is supported on the fixed parts of the control valve and is arranged between these and the supporting surface, and another actuating element has the valve element.
Bei einem bekannten Steuerventil nach der DE 37 23 287 C2 ist dieses elek¬ trisch betätigbar und dient dem Steuern von Fluidströmen. Es ist mit einem Gehäuse und zwei von diesem umschlossenen, mit Anschlußelektroden ausge¬ statteten Stellelementen aus piezoelektrisch reagierendem Werkstoff versehen, wobei das jeweilige Stellelement als rotationssymmetrischer Körper mit par¬ allelen Stirnflächen ausgebildet und in einem dementsprechend gestalteten Hohlraum des Gehäuses mit seiner Mantelfläche dichtend eingepackt ist. Das eine Stellelement besteht aus einem äußeren Ringkörper und das andere Stell¬ element aus einem inneren, in diesem dichtend eingepaßten Scheibenkörper, wobei die elektrischen Eigenschaften der Stellelemente derart gewählt sind, daß zwecks Ausbildung eines fluiddurchlässigen Spaltes unter Spannung der Schei¬ benkörper kontrahierend und der Ringkörper expandierend reagieren, wobei letzterer in seinem Außenumfang in radialer Richtung dichtend und elastisch abgestützt ist. Mit dieser bekannten Lösung ist die Steuerung größerer Durch¬ flußmengen auf einfache Weise bei baugrößenmäßiger Minimierung des Ventils und bei Unabhängigkeit desselben von der Umgebungstemperatur möglich. Piezaktoren erbringen bei sehr hohen Kräften grundsätzlich nur sehr kleine Stellwege; Stell wegvergrößerer, die dies beseitigen können, müssen jedoch derart stark übersetzen, daß die hohe Steifigkeit der Piezostapel verloren geht und damit die Dynamik des Systems massiv verschlechtert wird. Die in der DE 37 23 287 C2 beschriebene Möglichkeit, einen Spalt unmittelbar durch die piezoelektrischen Stellelemente für einen Fluiddurchlaß zu öffnen, ist mithin zur direkten Beeinflussung von Fluidhauptströmen mit großen Fluidmengen nicht geeignet. Der an sich schon kleine Hub der Piezoaktoren wird darüber hinaus durch Störeffekte, wie mechanische Toleranzen, Reibung, thermische Dehnung und Klemmung des Aktors durch statische Drücke noch weiter beein¬ trächtigt und setzt die Funktionssicherheit des bekannten Ventiltyps herab.In a known control valve according to DE 37 23 287 C2, it can be actuated electrically and is used to control fluid flows. It is provided with a housing and two actuating elements of piezoelectrically reactive material enclosed by the latter and equipped with connecting electrodes, the respective actuating element being designed as a rotationally symmetrical body with parallel end faces and sealed with its outer surface in a correspondingly designed cavity of the housing . One adjusting element consists of an outer ring body and the other adjusting element consists of an inner disk body which fits tightly in it, the electrical properties of the adjusting elements being selected such that the disk body contracts and the ring body contracts to form a fluid-permeable gap under tension react expanding, whereby the latter is sealingly and elastically supported in its outer circumference in the radial direction. With this known solution, the control of larger flow rates is possible in a simple manner with minimization of the valve in terms of size and with the valve being independent of the ambient temperature. Piez actuators generally only have very short travel ranges when working with very high forces; Adjustment path enlargers that can eliminate this, however, have to translate so strongly that the high rigidity of the piezo stack is lost and thus the dynamics of the system are massively deteriorated. The possibility described in DE 37 23 287 C2 to open a gap directly through the piezoelectric actuating elements for a fluid passage is therefore not suitable for directly influencing main fluid flows with large amounts of fluid. The already small stroke of the piezo actuators is further impaired by interference effects, such as mechanical tolerances, friction, thermal expansion and clamping of the actuator due to static pressures, and reduces the functional reliability of the known valve type.
Vergleichbares gilt für das Steuerventil nach der DE 42 20 1 77 A1 , bei dem eine Antriebseinrichtung mit zwei piezoelektrischen Translatoren, die mit antiparalleler Wirkungsrichtung zwischen dem Grundkörper des Steuerventils und einem Betätigungshebel für das Ansteuern des Ventilelementes derart eingespannt sind, daß sie gegenüber dem Grundkörper und dem Betätigungs¬ hebel jeweils um eine zur Schwenk- oder Kippachse des Betätigungshebels parallele Achse beweglich sind. Zwar kompensiert auch diese bekannte Lösung nichtelektrische Expansionseffekte, sofern sie auf einer Temperaturänderung beruhen und somit in beiden piezoelektrischen Stellelementen in Form von Stapeln gleichartig auftreten; allein alle Arten von Störeffekten lassen sich hierdurch nicht funktionssicher beheben und große Fluidmengen nicht verlä߬ lich beherrschen. Bei einem gattungsgemäßen Steuerventil nach der DE 31 16 687 A1 werden zwei piezoelektrische Stapel, die sich auf einer Abstützfläche abstützen, einge¬ setzt, die eine Kompensation der thermischen Dehnung bei dem bekannten Steuerventil ermöglichen. Die bekannte Lösung kompensiert mithin isotrope thermische Dehnungen, jedoch nicht die bei Piezo- oder Stapelaktoren übli¬ cherweise sehr ausgeprägte anisotrope Dehnung (Pyroeffekt). Desweiteren kommt es ungewollt zu einer entsprechenden Erwärmung der Stellelemente im Betrieb, was wiederum die thermische Kompensation behindert.The same applies to the control valve according to DE 42 20 1 77 A1, in which a drive device with two piezoelectric translators which are clamped with an anti-parallel direction of action between the base body of the control valve and an actuating lever for actuating the valve element in such a way that they are opposite the base body and the actuating lever can each be moved about an axis parallel to the pivoting or tilting axis of the actuating lever. This known solution also compensates for non-electrical expansion effects, provided that they are based on a temperature change and thus occur in the same way in both piezoelectric actuating elements in the form of stacks; All types of interfering effects alone cannot be reliably eliminated in this way and large amounts of fluid cannot be controlled reliably. In the case of a generic control valve according to DE 31 16 687 A1, two piezoelectric stacks, which are supported on a support surface, are used, which enable compensation of the thermal expansion in the known control valve. The known solution therefore compensates for isotropic thermal expansions, but not the anisotropic expansion (pyroeffect) which is usually very pronounced in the case of piezo or stack actuators. Furthermore, there is an unwanted heating of the control elements during operation, which in turn hinders thermal compensation.
Piezoelektrische Stellelemente oder Translatoren sind auch auf dem Gebiet des Ansteuerns von Hydraulikventilen hinreichend bekannt, wobei deren geometi- sche Dimensionen mit Hilfe von elektrischen Ladung geändert werden können. Dies wird insbesondere durch einen inversen piezoelektrischen Effekt in spe¬ ziellen keramischen Scheiben erreicht, bei dem ein elektrisches Feld in Polari¬ sationsrichtung angelegt zu einer Längenänderung der jeweiligen Keramikschei¬ be führt. Durch Aneinanderreihen mehrerer keramischer Scheiben, die von den Elektroden getrennt werden, sind entsprechend große Längenänderungen erreichbar.Piezoelectric actuating elements or translators are also well known in the field of controlling hydraulic valves, their geometric dimensions being able to be changed with the aid of electrical charge. This is achieved in particular by an inverse piezoelectric effect in special ceramic wafers, in which an electric field applied in the direction of polarization leads to a change in length of the respective ceramic wafers. By stringing together several ceramic disks that are separated from the electrodes, correspondingly large changes in length can be achieved.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Steuerventil mit piezoelektrischen Stellelementen zu schaffen, das unempfindlich gegen jedwede Art von Störeffekten funktionssicher im Betrieb ist, das gute Kühleigenschaften aufweist und das sich unter anderem als Vorsteuerventil für Ventile, wie Wegeventile oder als Feinstdrosselventil eignet. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Steuerventil mit den Merkmalen des Anspruches 1.Based on this prior art, the invention has for its object to provide a control valve with piezoelectric actuators, which is insensitive to any type of interference, reliable operation, which has good cooling properties and which can be used, among other things, as a pilot valve for valves such as directional valves or suitable as a fine throttle valve. A control valve with the features of claim 1 solves this problem.
Dadurch, daß gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 die Abstütz¬ fläche über ein elastisch nachgiebiges Verbindungsglied mit den feststehenden Teilen des Steuerventils verbunden ist, daß das Verbindungsglied die Stellele- mente radial umschließt und daß das jeweilige piezoelektrische Stellelement mit seiner Polarisation parallel zur Wirkrichtung des Ventilelementes gerichtet ist, wirkt das Verbindungsglied in der Art einer elastischen Feder und gleicht verschiedenste Störeffekte aus, indem das Verbindunglied eine Kühlfläche für Ansteuerverluste in den piezoelektrischen Stellelementen bildet, eine mecha¬ nische Vorspannung mindestens eines Stellelementes erzeugt, mögliche Klemm¬ kräfte kompensiert, ebenso wie die mögliche thermische Dehnung der Stell- eiemente bei gleichzeitiger Senkung der Haftreibung derjenigen Ventilteile, die von dem Ventilelement ansteuerbar sind. Eine intensive Kühlung der piezoelek¬ trischen Stellelemente ist somit möglich.Characterized in that, according to the characterizing part of claim 1, the support surface is connected to the fixed parts of the control valve via an elastically flexible connecting member, that the connecting member adjusts the actuating elements. radially encloses and that the respective piezoelectric actuator is oriented with its polarization parallel to the direction of action of the valve element, the connecting element acts in the manner of an elastic spring and compensates for a wide variety of interference effects by the connecting element forming a cooling surface for control losses in the piezoelectric actuating elements, a mecha ¬ African pre-tension generated at least one control element, possible clamping forces compensated, as well as the possible thermal expansion of the control elements while reducing the static friction of those valve parts that can be controlled by the valve element. Intensive cooling of the piezoelectric control elements is therefore possible.
Durch die Verwendung von gepolten Piezoaktoren wird nicht nur die isotrope thermische Dehnung der Aktoren kompensiert, sondern auch die bei Stapel¬ aktoren sehr ausgeprägte anisotrope Dehnung (Pyroeffekt). Durch die erfin¬ dungsgemäße Anordnung zwischen Ventilelement und Stellpiezo einerseits und dem Ventilelement und seinem Sitz in nicht erregtem Zustand der Stellelemente andererseits auch unter Einwirkung von Störfaktoren, wie Temperatur und hydrostatischem Druck, bleibt ein nahezu kraftfreier Formschluß erhalten. Durch die gemeinsame Abstützfläche und die Herstellung der Verbindung über das elastische Verbindungsglied mit dem eigentlichen Steuerventil ist ein Form¬ schluß zwischen dem einen Stellelement gesichert, wohingegen das zweite Stellelement in Anlage mit dem Ventilelement derart ist, daß nur Druckkräfte aber keine schädlichen Zugkräfte oder Querkräfte übertragen werden können.The use of polarized piezo actuators not only compensates for the isotropic thermal expansion of the actuators, but also the very pronounced anisotropic expansion (pyro effect) in stack actuators. Due to the arrangement according to the invention between the valve element and actuating piezo on the one hand and the valve element and its seat in the non-energized state of the actuating elements on the other hand also under the influence of disturbing factors such as temperature and hydrostatic pressure, an almost force-free positive connection is retained. Due to the common support surface and the establishment of the connection via the elastic connecting member with the actual control valve, a positive connection between the one control element is ensured, whereas the second control element in contact with the valve element is such that only compressive forces but no harmful tensile forces or transverse forces are transmitted can be.
Das Steuerventil kann in der Art eines Anbaumodules ausgeführt sein, das an bekannte Ventile oder Aktoren angeflanscht deren Ansteuerung übernimmt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist ein hydraulischer Verstärker realisiert, bei dem Stellweg und Stellkraft völlig voneinander entkoppelt sind. Die Anordnung kann mithin als reiner Kraftverstärker wirken, dessen Verstärkung unter ande¬ rem nur von den Fläschenverhältnissen zwischen dem Aktorstellelement und dem Ventilelement abhängt. Flächenverhältnisse vorgegeben durch das mittels des Steuerventils anzusteuernden Ventiles können hier ebenfalls mit einfließen.The control valve can be designed in the manner of an add-on module, which is flange-mounted on known valves or actuators and controls them. In the solution according to the invention, a hydraulic amplifier is implemented in which the actuating travel and actuating force are completely decoupled from one another. The arrangement can thus act as a pure power amplifier, the amplification of which depends, inter alia, only on the bottle ratios between the actuator control element and depends on the valve element. Area ratios predetermined by the valve to be controlled by the control valve can also be included here.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerventiles ist das das Ventilelement aufweisende Stellelement von einem benachbart angeordneten Stellelement umfangsseitig derart umfaßt, daß zwischen den beiden Stellelementen ein durchgehender, mit Fluid befüllbarer Trennraum vorhanden ist. Durch den angesprochenen, mit Fluid befüllbaren Trennraum ist eine weitere Kühlmöglichkeit für die Stellelemente geschaffen und eine mecha¬ nische Entkopplung zwischen denselben ist erreicht, so daß es zu einer voll¬ ständigen Kompensation der thermischen Dehnung kommen kann.In a preferred embodiment of the control valve according to the invention, the actuating element comprising the valve element is circumferentially encompassed by an adjacently arranged actuating element in such a way that a continuous, fluid-filled separation space is present between the two actuating elements. The mentioned separation space, which can be filled with fluid, provides a further cooling possibility for the control elements and mechanical decoupling between them is achieved, so that a complete compensation of the thermal expansion can occur.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungs¬ gemäßen Steuerventils ist das Verbindungsglied ein Wellrohr, das an einem Ende die Abstützfläche für die Stellelemente aufweist und das an seinem ande¬ ren Ende mit den feststehenden Teilen verbunden ist, wobei zwischen dem Wellrohr und dem benachbart angeordneten Stellelement ein weiterer mit Fluid befüllbarer Trennraum vorhanden ist. Das Verbindungsglied als elastisches Wellrohr auszubilden, beeinflußt günstig die benötigten Federeigenschaften für das Verbindungsglied. Der gebildete weitere Trennraum, der mit Fluid befüllbar ist, dient ebenfalls der Kühlung des Steuerventils, wobei hierdurch eine intensi¬ ve Kühlung der Piezos im Betrieb möglich ist.In a further particularly preferred embodiment of the control valve according to the invention, the connecting member is a corrugated tube which has the support surface for the actuating elements at one end and which is connected at its other end to the fixed parts, between the corrugated tube and the adjacently arranged one Actuating element there is a further separation space that can be filled with fluid. Designing the connecting element as an elastic corrugated tube has a favorable influence on the spring properties required for the connecting element. The further separation space formed, which can be filled with fluid, also serves to cool the control valve, whereby intensive cooling of the piezos is possible during operation.
Sofern die jeweiligen Stellelemente sich vorzugsweise mit ihren der Abstütz¬ fläche entgegengesetzten Enden in Anlage mit polierten Anlageflächen der feststehenden Teile und/oder des Ventilelementes befinden, sind völlig ebene Bezugsflächen für die beiden Stellelemente in Form der Piezoaktorstapel ge¬ bildet. Die polierten Anlageflächen bilden mithin eine genau definierbare Bezugsebene im Hinblick auf die Betätigungswege der Stellelemente aus, so daß eine Art "Arbeitspunkt" entsteht, der durch ein elektrisches Gleichfeld an mindestens einem Stellelement einjustierbar ist. Ferner sind durch die beiden angesprochenen Poliervorgänge alle Fertigungstoleranzen ausgeglichen.If the respective actuating elements are preferably in contact with their ends opposite the support surface in contact with polished contact surfaces of the fixed parts and / or the valve element, completely flat reference surfaces are formed for the two actuating elements in the form of the piezo actuator stack. The polished contact surfaces therefore form a precisely definable reference plane with regard to the actuation paths of the actuating elements, so that a kind of "working point" arises which is caused by a constant electrical field at least one control element is adjustable. Furthermore, all manufacturing tolerances are compensated for by the two polishing processes mentioned.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerventils haben alle Stellelemente eine gleiche Wirkrichtung, insbesondere eine expanierende, und verfügen über dasselbe anistropische Ausdehungsver- halten, wobei das von dem Wellrohr vorgespannte Stellelement mechanische Schwingungen ausführt. Da alle piezoelektrischen Stellelemente dieselbe Wirkrichtung aufweisen, lassen sich diese leichter rechnerisch auslegen und insbesondere ihr Hub einfacher ermitteln, wobei maximale Ansteuerspannung, der Elastizitätsmodul und die thermische Dehnung bekannt sein müssen. Sofern man das vorgespannte Stellelement durch ein kleines elektrisches Wechselfeld in eine mechanische Schwingung versetzt, kann diese in die Flüssigkeit einge¬ leitet werden, mit der Folge, daß Verschmutzungen in den engen Steuerspalten des Ventils sich nicht festsetzen können und etwaige Ablagerungen wieder gelöst werden.In a further preferred embodiment of the control valve according to the invention, all actuating elements have the same direction of action, in particular an expanding one, and have the same anistropic expansion behavior, the actuating element prestressed by the corrugated tube executing mechanical vibrations. Since all piezoelectric actuators have the same direction of action, they can be more easily designed by calculation and, in particular, their stroke can be determined more easily, the maximum control voltage, the modulus of elasticity and the thermal expansion having to be known. If the pretensioned actuating element is set into a mechanical oscillation by a small alternating electrical field, this can be introduced into the liquid, with the result that dirt cannot settle in the narrow control gaps of the valve and any deposits can be loosened again.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuerventils weist das Ventilelement innerhalb der feststehenden Teile einen Ventilsitz auf, der über ein Festgelenk mit den feststehenden Teilen nachge¬ bend bewegbar verbunden ist. Etwaig über das Ventilelement auf das zugeord¬ nete Stellelement eingeleitete Kräfte, die ausreichen würden, dieses Stellele¬ ment nachteilig zu verformen, lassen sich dann durch das angesprochene Festkörpergelenk ohne nachteilige Beeinflussung des Stellelementes in die feststehenden Bauteile des Steuerventils einleiten. Ferner kann der Einschluß des hydrostatischen Drucks auf das Arbeitsverhalten des Ventils kompensiert werden, was ansonsten bei den bekannten Hebelanordnungen nicht möglich ist. Vorzugsweise ist das Festkörpergelenk über eine ringförmige Ausnehmung innerhalb der feststehenden Teile des Steuerventiles gebildet. Sofern das Steuerventil an bestehende Ventile und Ventileinrichtungen ange¬ flanscht wird, wird vorzugsweise das Ventilelement als Vorsteuerkegel ausgebil¬ det, der in seiner Öffnungsstellung eine fluidführende Verbindung zwischen einem Vorsteuerraum des Ventils und einem drucklosen Anschluß, insbesonde¬ re einem Tankanschluß, sowie zwischen dem Vorsteuerraum und den beiden Trennräumen des Steuerventils herstellt. Durch Einbeziehen eines Vorsteuer¬ raumes lassen sich mithin sehr große Fluidströme über nur kleine Zustellbewe¬ gungen des Vorsteuerkegels mittels des zugeordneten Stellelementes bewerk¬ stelligen.In a particularly preferred embodiment of the control valve according to the invention, the valve element has, within the fixed parts, a valve seat which is connected movably to the fixed parts via a fixed joint. Forces introduced via the valve element onto the associated actuating element, which would suffice to disadvantageously deform this actuating element, can then be introduced into the fixed components of the control valve by the addressed solid-state joint without adversely influencing the actuating element. Furthermore, the inclusion of the hydrostatic pressure on the working behavior of the valve can be compensated, which is otherwise not possible with the known lever arrangements. The solid body joint is preferably formed via an annular recess within the fixed parts of the control valve. If the control valve is flanged to existing valves and valve devices, the valve element is preferably designed as a pilot cone which, in its open position, provides a fluid-carrying connection between a pilot control chamber of the valve and a pressure-free connection, in particular a tank connection, and between the pilot control chamber and the two separation spaces of the control valve. By including a pilot control space, very large fluid flows can therefore be accomplished via only small feed movements of the pilot control cone by means of the assigned actuating element.
Vorzugsweise wird das Steuerventil für Wegeventile, insbesondere Wege-Schie¬ berventile, eingesetzt, wobei das Ventilelement auf einen Ventilschieber des Wegeventiles einwirkt, der eine fluidführende Verbindung zwischen einem druckführenden Anschluß und dem Steuerventil herstellt und wobei in Abhän¬ gigkeit der Stellung des Ventilschiebers dieser mehrere fluidführende Anschlüs¬ se innerhalb des Wegeventil gehäuses miteinander verbindet oder voneinander trennt. Wegeventile und insbesondere Wege-Schieberventile sind Ventile, in deren jeweiliger Gehäusebohrung ein Schieberkolben bewegbar angeordnet ist, der zum Trennen oder Verbinden von Ringräumen innerhalb des Gehäuses durch seine angesteuerte Bewegung dient. Die bekannten Wegeventile verfü¬ gen über magnetgesteuerte Vorsteuerventile mit Vorsteuerkolben (Pilotventile) oder über eine Vorsteuerung mittels eines Torque-Motors, der ein Düsen-Prall¬ plattensystem antreibt (Servoventile). Mit dem erfindungsgemäßen Steuerventil als Vorsteuerventil läßt sich die Ansteuerung des Schieberkolbens des Wege¬ ventils für extrem schnelle Arbeitsgeschwindigkeiten auslegen.The control valve is preferably used for directional control valves, in particular directional spool valves, the valve element acting on a valve spool of the directional control valve, which establishes a fluid-carrying connection between a pressure-carrying connection and the control valve and, depending on the position of the valve spool, there are several of these connects fluid-carrying connections within the directional control valve housing to one another or separates them from one another. Directional control valves and in particular directional spool valves are valves in the respective housing bore of which a spool is movably arranged, which serves to separate or connect annular spaces within the housing due to its controlled movement. The known directional valves have solenoid-controlled pilot valves with pilot pistons (pilot valves) or pilot control by means of a torque motor which drives a nozzle baffle plate system (servo valves). With the control valve according to the invention as a pilot valve, the control of the spool of the directional valve can be designed for extremely fast working speeds.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Wegeventils weist der Ventilschie¬ ber einen Mittenkanal auf, der fluidführend an eine Druckpumpe anschließbar ist und der mit einer Blende oder einer Drossel versehen endseitig in minde¬ stens eine Vorsteuerkammer des Steuerventils mündet. Auf diese Art und Weise kann Fluid aus der Druckleitung des Wegeventils durch den angesprochenen Mittenkanal und über die Blende oder Drossel in den Vorsteuerraum gelangen und dort die vorgesehene Verschiebebewegung des Schieberkolbens unterstüt¬ zen oder bewirken.In a preferred embodiment of the directional control valve, the valve slide has a central channel which can be connected to a pressure pump in a fluid-carrying manner and which, provided with an orifice or a throttle, ends in at least one pilot chamber of the control valve. That way can get fluid from the pressure line of the directional control valve through the center channel and through the orifice or throttle into the pilot control room and support or effect the intended displacement movement of the spool.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Wegeventils ist an bei¬ den Enden des Ventilschiebers jeweils ein Stellventil vorhanden, wobei der Kraftspeicher zwischen dem jeweiligen Ventilelement und dem zugeordneten Ende des Ventilschiebers angeordnet ist und wobei die beiden Kraftspeicher in der unbetätigten Stellung des Wegeventils den Ventilschieber in seiner Null¬ oder Mittelstellung halten. Auf diese Art und Weise läßt sich in beiden Verfahr¬ richtungen des Schiebers das Wegeventil über die zugeordneten beiden Steuer¬ ventile ansteuern. Es ist aber auch möglich, mit nur einem Steuerventil ein entsprechend zugeordnetes Wegeventil nur einseitig zu beaufschlagen und an¬ zusteuern.In a particularly preferred embodiment of the directional control valve, a control valve is provided at both ends of the valve slide, the energy accumulator being arranged between the respective valve element and the associated end of the valve slide, and the two energy accumulators in the unactuated position of the directional control valve holding the valve slide in its Hold zero or middle position. In this way, the directional control valve can be controlled in both directions of travel of the slide via the assigned two control valves. However, it is also possible to apply and control a correspondingly assigned directional control valve on only one side with only one control valve.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steu¬ erventils ist ein Stellelement zum Öffnen und das andere Stellelement zum Schließen des Ventils mit elektrischer Spannung beaufschlagbar. Hierdurch kann eine Verdoppelung des Stellweges erreicht werden, wobei gleichzeitig der elektrische Wirkungsgrad sich erhöht, da man die elektrische Ladung zwischen den einzelnen piezoelektrischen Stellelementen für die voneinander getrennt ablaufenden Zustellbewegungen austauschen kann.In another preferred embodiment of the control valve according to the invention, one control element for opening and the other control element for closing the valve can be supplied with electrical voltage. As a result, the travel range can be doubled, and at the same time the electrical efficiency increases, since the electrical charge can be exchanged between the individual piezoelectric control elements for the feed movements which run separately from one another.
Bei einer weiteren anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemä¬ ßen Steuerventils gibt ein aktiviertes Stellelement bei dem jeweils nichtakti¬ vierten anderen Stellelement die fluidführende Verbindung zwischen einem Pumpenanschluß und dem Steueranschluß frei, wobei bei umgekehrter Aktivie¬ rung diese Verbindung geschlossen und eine fluidführende Verbindung zwi¬ schen Steueranschluß und dem Tank freigegeben ist. Bei dieser Ausführungs- form wird kein Steueröl verbraucht, um einen vorgebbaren Druck am Steuerausgang halten zu können.In a further other preferred embodiment of the control valve according to the invention, an activated control element releases the fluid-carrying connection between a pump connection and the control connection in the respectively non-activated other control element, this connection being closed when the activation is reversed and a fluid-carrying connection between Control port and the tank is released. In this execution form no control oil is consumed in order to be able to maintain a specifiable pressure at the control outlet.
Im folgenden ist das erfindungsgemäße Steuerventil anhand der Zeichnung nä¬ her erläutert.The control valve according to the invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
Es zeigen:Show it:
Fig.1 einen Längsschnitt durch ein Wegeschieberventil, an dem end¬ seitig zwei Steuerventile angeflanscht sind;1 shows a longitudinal section through a directional spool valve, on the end of which two control valves are flanged;
Fig.2 eine Prinzipdarstellung einer geänderten Ausführungsform des2 shows a schematic diagram of a modified embodiment of the
Steuerventils;Control valve;
Fig.3 eine Prinzipdarstelung einer weiteren Ausführungsform des3 shows a schematic diagram of a further embodiment of the
Steuerventils.Control valve.
Das jeweilige Steuerventil nach der Fig.l weist zum Betätigen eines Ventilele¬ mentes 10 zwei piezoelektrische Stellelemente 12,14 auf, die voneinander funktionell getrennt eine mögliche, die Funktion des Steuerventils beeinträchti¬ gende thermische Dehnung kompensieren können. Das jeweilige Stellelement 12, 14 stützt sich mit seinem einen Ende an einer Abstützfläche 16 ab, die Teil einer massiven Bodenplatte 18 ist, die über ein elastisch nachgiebiges Verbin¬ dungsglied in Form eines Wellrohres 20 mit feststehenden Teilen 22 des Steu¬ erventils verbunden ist, die dem Anflanschen des jeweiligen Steuerventils an eine anzusteuernde, als Ganzes mit 24 bezeichnete Ventileinheit dienen. Das Wellrohr 20 umschließt die Stellelemente 12,14 radial oder umfangsseitig und das zuäußerst angeordnete Stellelement 14 stützt sich an den feststehenden Teilen 22 des Steuerventils ab. Ferner erstreckt sich das Stellelement 14 in Längsrichtung zwischen der Abstützfläche 16 und einer Anlagefläche 26, die durch die feststehenden Teile 22 gebildet ist. Das andere Stellelement 12, das innerhalb des anderen Stellelementes 14 und innerhalb des Verbindungsgliedes 20 frei bewegbar geführt ist, stützt sich an einer endseitig durch das Ventilele¬ ment 10 gebildeten Anlagefläche 28 ab, wobei ein Kraftspeicher 30 in Form einer Zentrier- oder Druckfeder das Ventilelement 10 auf seinem Ventilsitz 32, der durch die feststehenden Teile 22 gebildet wird, in der unbetätigten Stellung des Steuerventils hält.The respective control valve according to FIG. 1 has two piezoelectric actuating elements 12, 14 for actuating a valve element 10, which functionally separated from one another can compensate for a possible thermal expansion which impairs the function of the control valve. The respective adjusting element 12, 14 is supported at one end on a support surface 16 which is part of a solid base plate 18 which is connected to fixed parts 22 of the control valve via an elastically flexible connecting element in the form of a corrugated tube 20, which serve the flanging of the respective control valve to a valve unit to be controlled, designated as a whole by 24. The corrugated tube 20 surrounds the actuating elements 12, 14 radially or circumferentially and the outermost actuating element 14 is supported on the stationary one Divide 22 of the control valve. Furthermore, the adjusting element 14 extends in the longitudinal direction between the support surface 16 and a contact surface 26, which is formed by the fixed parts 22. The other actuating element 12, which is guided to move freely within the other actuating element 14 and within the connecting member 20, is supported on a contact surface 28 formed at the end by the valve element 10, an energy store 30 in the form of a centering or compression spring supporting the valve element 10 on its valve seat 32, which is formed by the fixed parts 22, holds in the unactuated position of the control valve.
Das mit dem Ventilelement 10 zusammenwirkende Stellelement 12 ist von dem benachbart angeordneten Stellelement 14 umfangsseitig derart umfaßt, daß zwischen den beiden Stellelementen 12,14 ein durchgehender, mit Fluid befüll¬ barer erster Trennraum 34 vorhanden ist. Das Wellrohr 20, das an seinem einen Ende die Abstützfläche 16 für die Stellelemente 12,14 aufweist und das an seinem anderen Ende mit den feststehenden Teilen 22 verbunden ist, umfaßt das jeweils zuäußerst angeordnete Stellelement 14 derart mit einem radialen Abstand, daß ein weiterer, mit Fluid befüllbarer zweiter Trennraum 36 gebildet ist. Die Anlageflächen 26 und 28 der feststehenden Teile 22 bzw. des Ventil¬ elementes 10 sind poliert und bilden eine Art gemeinsam definierte Bezugs¬ ebene aus. Alle verwendeten Stellelemente 12,14 verfügen über eine gleiche expandierende Wirkrichtung, sobald über die Anschlußleitungen 38, die durch die jeweilige Bodenplatte 18 geführt sind, ein elektrisches Feld angelegt wird. Darüber hinaus verfügen alle verwendeten Stellelemente 12,14 über denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten und zumindest das zuäußerst angeord¬ nete Stellelement 14 führt mechanische Schwingungen aus, sobald eine ent¬ sprechende Wechselspannung angelegt wird.The actuating element 12 cooperating with the valve element 10 is circumferentially encompassed by the adjacently arranged actuating element 14 in such a way that between the two actuating elements 12, 14 there is a continuous first separation space 34 which can be filled with fluid. The corrugated tube 20, which has the support surface 16 for the adjusting elements 12, 14 at one end and which is connected at its other end to the fixed parts 22, comprises the respectively most arranged adjusting element 14 in such a way that a further, second separation space 36 which can be filled with fluid is formed. The contact surfaces 26 and 28 of the fixed parts 22 and of the valve element 10 are polished and form a type of commonly defined reference plane. All the control elements 12, 14 used have the same expanding direction of action as soon as an electrical field is applied via the connecting lines 38 which are guided through the respective base plate 18. In addition, all the control elements 12, 14 used have the same thermal expansion coefficient and at least the outermost control element 14 carries out mechanical vibrations as soon as an appropriate AC voltage is applied.
Das Ventilelement 10, das mit einem durch die feststehenden Teile 22 gebilde¬ ten Ventilsitz 32 zusammenwirkt, ist in seiner Schließstellung und zusammen mit diesem Ventilsitz 32 über ein Festgelenk 40 mit diesen feststehenden Teilen 22 nachgebend bewegbar verbunden. Für den Erhalt des Festgelenkes 40 weist das jeweilige feststehende Teil 22 in seiner flanschartigen Verbreiterung eine Ringausnehmung 42 auf, die nach ihrer freien Seite hin in den zweiten Trenn¬ raum 36 mündet und die den freien Materialquerschnitt der feststehenden Teile 22 derart schwächt, daß eine Art begrenzte Schwenkbewegung von Ventilsitz 32 mit Ventilelement 10 um den verbleibenden Materialquerschnitt des jeweili¬ gen Festgelenkes 40 möglich ist. Alle bewegbaren Ventilbestandteile des Steu¬ erventils sind vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet und die Stellele¬ mente 12,14 bilden zylindrische Körper aus; sie können aber auch einen qua¬ dratischen Querschnitt aufweisen und insbesondere das äußere Stellelement 14 kann aus Einzelstäben (nicht dargestellt) gebildet sein.The valve element 10, which cooperates with a valve seat 32 formed by the fixed parts 22, is in its closed position and together yieldingly connected to this valve seat 32 via a fixed joint 40 with these fixed parts 22. To maintain the fixed joint 40, the respective fixed part 22 in its flange-like widening has an annular recess 42 which opens into the second separating space 36 on its free side and which weakens the free material cross section of the fixed parts 22 in such a way that a type limited pivoting movement of valve seat 32 with valve element 10 around the remaining material cross section of the respective fixed joint 40 is possible. All movable valve components of the control valve are preferably of rotationally symmetrical design and the actuating elements 12, 14 form cylindrical bodies; however, they can also have a square cross-section, and in particular the outer adjusting element 14 can be formed from individual bars (not shown).
Wie insbesondere die Figur zeigt, ist das Ventilelement 10 als Vorsteuerkegel ausgebildet, der sich zu seinen beiden Enden hin konisch verbreitert und der in seiner nicht dargestellten Öffnungsstellung eine fluidführende Verbindung zwi¬ schen einem Vorsteuerraum 44 des Ventils und einem drucklosen Anschluß, insbesondere einem Tankanschluß T, sowie zwischen dem Vorsteuerraum 44 und den beiden Trennräumen 34,36 herstellt. Der Vorsteuerraum 44 kann dem Steuerventil zugehören und mithin als Bauteil eines Moduls an übliche Ventil¬ einheiten anflanschbar sein; er kann aber auch, wie im vorliegenden gezeigten Fall, Bestandteil der als Ganzes mit 24 bezeichneten Ventileinheit sein. Durch die konische Ausbildung des Vorsteuerkegels wird bereits bei einer geringen Zustellbewegung ein relativ großer freier Öffnungsquerschnitt zur Beherrschung von Fluidhauptströmen erzeugt.As the figure in particular shows, the valve element 10 is designed as a pilot cone, which widens conically towards its two ends and which, in its open position (not shown), provides a fluid-carrying connection between a pilot control chamber 44 of the valve and an unpressurized connection, in particular a tank connection T. , and between the pilot room 44 and the two separation rooms 34, 36. The pilot control space 44 can belong to the control valve and can therefore be flange-mounted on conventional valve units as a component of a module; however, as in the case shown here, it can also be part of the valve unit designated as a whole by 24. Due to the conical design of the pilot cone, a relatively large free opening cross-section for controlling main fluid flows is generated even with a small infeed movement.
Zur Herstellung der fluidführenden Verbindung zwischen dem Vorsteuerraum 44 und dem drucklosen Anschluß T dient ein Querkanal 46, der die Ringaus¬ nehmung 42 fluidverbindend durchgreift und der endseitig der Ventileinheit 24 zugekehrt aus den feststehenden Teilen 22 herausführend ins Freie mündet. Zum Anschluß des jeweiligen Querkanals 46 an die Tankleitung T sind Ab¬ schlußdichtungen 48 üblicher Art vorgesehen ebenso wie an der dichtenden Anschlußstelle beim Eingriff des Ventilelementes 10 in den Vorsteuerraum 44. Die Druck- oder Zentrierfeder 30 stützt sich an ihrem, dem Steuerventil zuge¬ kehrten Ende an einem Aufnahmedorn des jeweiligen Vorsteuerkegels ab. Der angesprochene Vorsteuerkegel, die Druckfeder 30 und das mittlere Stellelement 12, das auch mit Steuerpiezo bezeichnet wird, bilden ein direkt getriebenes Sitzventil aus, das bei geeigneter Konstruktion in der Art einer Hubhilfe dafür sorgt, daß das Steuerventil bezüglich Strömungskräften kompensiert ist.To establish the fluid-carrying connection between the pilot chamber 44 and the unpressurized port T, a transverse channel 46 is used, which passes through the ring recess 42 in a fluid-connecting manner and which, facing the end of the valve unit 24, leads out into the open from the fixed parts 22. For the connection of the respective transverse channel 46 to the tank line T, end seals 48 of the usual type are provided as well as at the sealing connection point when the valve element 10 engages in the pilot control space 44. The compression or centering spring 30 is supported on its side facing the control valve End at a mandrel of the respective input cone. The mentioned pilot cone, the compression spring 30 and the central control element 12, which is also referred to as control piezo, form a directly driven seat valve which, with a suitable construction in the manner of a lifting aid, ensures that the control valve is compensated for flow forces.
Sobald das Steuerventil geöffnet ist, gelangt das Fluid oder Steueröl aus dem Vorsteuerraum 44 und über den Querkanal 46 in die Tankablaufleitung T und die beiden Trennräume 34 und 36 werden mit Fluid befüllt. Das Wellrohr 20 bildet dann eine Art Feder aus, die darüber hinaus eine Kühlfläche für Ansteu¬ erverluste in den Stellelementen 12,14 bildet. Ferner bewirkt das Wellrohr 20 eine mechanische Vorspannung des jeweils äußeren Stellelementes 14, das in der Fachsprache auch mit Ditherpiezo bezeichnet wird. Bedingt durch die me¬ chanische Vorspannung des Ditherpiezos 14, der Kompensation der möglichen thermischen Dehnung der Piezos 12,14 und einer Klemmkraftkompensation mit Hilfe des Festkörpergelenkes 9 ist eine Kompensationseinrichtung geschaffen, die alle möglichen Arten von Störfaktoren eliminiert und mithin die Funktions¬ sicherheit des Steuerventils gewährleistet, mit dem sich verschiedenste Venti¬ laufgaben lösen lassen, insbesondere das Ansteuern von weiteren Ventileinhei¬ ten. Um dies zu verdeutlichen wird im folgenden die Anwendung des Steuer¬ ventils bei einem Wegeventil, im vorliegenden Fall in Form eines Wege-Schie¬ berventils, näher erläutert.As soon as the control valve is open, the fluid or control oil arrives from the pilot control space 44 and via the transverse channel 46 into the tank drain line T and the two separation spaces 34 and 36 are filled with fluid. The corrugated tube 20 then forms a type of spring, which also forms a cooling surface for control losses in the actuating elements 12, 14. Furthermore, the corrugated tube 20 causes a mechanical prestressing of the respective outer actuating element 14, which is also referred to in technical terms as dither piezo. Due to the mechanical pretension of the dither piezo 14, the compensation of the possible thermal expansion of the piezos 12, 14 and a clamping force compensation with the aid of the solid-state joint 9, a compensation device is created which eliminates all possible types of interference factors and thus the functional reliability of the control valve guaranteed, with which a wide variety of valve tasks can be solved, in particular the actuation of further valve units. explained in more detail.
Die in der Figur gezeigte Ventileinheit 24 zeigt ein Wege-Schieberventil, bei dem die übliche hydraulische und elektromechanische, kompliziert aufbauende Vorsteuereinrichtung entfallen ist. Beibehalten wurde ein stangenförmiger Ven- tilschieber 50, der sich in einer Bohrung des Wege-Schieberventilgehäuses 52 in Längsrichtung erstreckt. Der Ventilschieber 50 weist vier Ventilscheiben 54 auf, die gegenüber der sonstigen Ventilstange 56 im Durchmesser verbreitert sind und paßgenau in die zugeordnete Gehäusebohrung längsbewegbar eingrei¬ fen. Die im Durchmesser reduzierte Ventilstange 56 begrenzt Öffnungsräume, in die in der Figur gezeigten unbetätigten Stellung der Ventileinheit 24 die Anschlüsse T, A, P und B münden, wobei T für Tankanschluß, P für den druck¬ führenden Pumpenanschluß und die Anschlüsse A und B für die Nutzanschlüs¬ se stehen. Inmitten der Ventilstange 56 ist in Längsrichtung ein Mittenkanal 58 angeordnet, der über eine Bohrung 60 in druckführender Fluidverbindung mit der Pumpe P steht. Endseitig an dem Ventilschieber 50 tritt dann der Mitten¬ kanal 58 aus der Ventilstange 56 aus und ist dort jeweils über eine Zulaufblen¬ de 62 im freien Durchmesserquerschnitt verringert. Die jeweilige Druckfeder 30 stützt sich an ihrem, dem Vorsteuerkegel jeweils gegenüberliegenden Ende an einer mit dem Ventilschieber 50 zusammenwirkenden Halteplatte 64 ab, die im Durchmesser gegenüber der Gehäusebohrung mit der Ventilstange 56 einen verbreiterten Querschnitt aufweist und von der Ventilstange 56 endseitig durch¬ faßt sich an der Außenseite des Ventilgehäuses abstützt. Bei einer Bewegung des Ventilschiebers 50 nach links oder rechts wird in der jeweiligen Bewe¬ gungsrichtung die zugeordnete Halteplatte 64 über die Stirnseite der benach¬ barten Ventilscheibe 54 mitgeführt und vom Gehäusesitz abgehoben, wobei die Zentrier- oder Druckfeder 30 gespannt wird.The valve unit 24 shown in the figure shows a directional spool valve in which the usual hydraulic and electromechanical pilot control device with a complicated structure has been omitted. A rod-shaped valve was retained tilschieber 50, which extends in a bore of the directional spool valve housing 52 in the longitudinal direction. The valve slide 50 has four valve disks 54, which are widened in diameter compared to the other valve rod 56 and fit into the associated housing bore so as to be longitudinally movable. The valve rod 56, which has a reduced diameter, delimits opening spaces into which the ports T, A, P and B open into the unactuated position of the valve unit 24 shown in the figure, T for tank connection, P for the pressure-carrying pump connection and ports A and B for the useful connections are. In the middle of the valve rod 56, a central channel 58 is arranged in the longitudinal direction, which is in pressure-carrying fluid connection with the pump P via a bore 60. The central channel 58 then emerges from the valve rod 56 at the end of the valve slide 50 and is reduced there in each case via an inlet orifice 62 in the free diameter cross section. The respective compression spring 30 is supported at its end opposite the pilot cone on a holding plate 64 which interacts with the valve slide 50 and which has a widened cross section in diameter compared to the housing bore with the valve rod 56 and is gripped by the valve rod 56 at the end supports the outside of the valve housing. When the valve slide 50 moves to the left or right, the associated holding plate 64 is carried along the end face of the adjacent valve disk 54 in the respective direction of movement and lifted off the housing seat, the centering or compression spring 30 being tensioned.
Zum besseren Verständnis wird nunmehr das erfindungsgemäße Steuerventil bei seiner Anwendung für ein Wege-Schieberventil in der Art der als Ganzes mit 24 bezeichneten Ventileinheit näher erläutert. In der Ruhestellung halten die beiden Zentrierfedern 30 der links und rechts angeflanschten Steuerventile den Ventilschieber 50 in seiner in der Figur gezeigten Mittelstellung. Der Ditherpiezo 14 und der Steuerpiezo 12 einer jeden Steuerventileinheit sind so bearbeitet, daß die beiden der Ventileinheit 24 zugekehrten Enden in einer Be- zugsebene liegen. Die mechanische Vorspannung des Steuerpiezos 12 eines je¬ den Steuerventils durch die Zentrierfedern 30 ist dann gleich der Vorspannung des Ditherpiezos 14 durch Wellrohr 20 und Festkörpergelenk 40. Durch diese Ebenheit von Ditherpiezo 14 und Steuerpiezo 12 ist ein Arbeitspunkt gegeben, der durch ein elektrisches Gleichfeld am Ditherpiezo 14 justierbar ist.For a better understanding, the control valve according to the invention will now be explained in more detail when it is used for a directional spool valve in the manner of the valve unit designated as a whole as 24. In the rest position, the two centering springs 30 of the control valves flanged on the left and right hold the valve slide 50 in its central position shown in the figure. The dither piezo 14 and the control piezo 12 of each control valve unit are machined such that the two ends facing the valve unit 24 are arranged in a train level. The mechanical pretension of the control piezo 12 of each control valve by the centering springs 30 is then equal to the pretension of the dither piezo 14 by corrugated tube 20 and solid-state joint 40. This flatness of the dither piezo 14 and control piezo 12 provides an operating point which is determined by a constant electric field on the Ditherpiezo 14 is adjustable.
Bei Inbetriebnahme der Pumpe ist der Zulauf P fluid- und druckführend und über die beiden endseitig am Ventilschieber 50 angeordneten Zulaufblenden 62 füllt sich der jeweilige Vorsteuerraum 44 mit Drucköl und drückt den jewei¬ ligen Vorsteuerkegel 10 in seinen zugeordneten Ventilsitz 32. Da beide Vor¬ steuerräume 44 mit Drucköl beaufschlagt sind, entsteht kein Differenzdruck über den Stirnseiten des Ventilschiebers 50, so daß er in seiner Mittelstellung auch unter Druck verbleibt. Über den jeweiligen Vorsteuerkegel 10 wird auf den Steuerpiezo 12 dann derart eine Kraft ausgeübt, daß er ohne das Festge¬ lenk 40 verformt würde, wobei die Kraft über die Bodenplatte 18 in das Well¬ rohr 20 eingeleitet wird. Dies würde zwangsläufig zum Aufheben des Form¬ schlusses zwischen Ditherpiezo 14 und den feststehenden Teilen 22 des Steuer¬ ventils führen. Durch das bereits erläuterte Festkörpergelenk 40 ist dies aber vermieden. Da Ditherpiezo 14 und Steuerpiezo 12 aus dem gleichen Material sind und dieselbe Wirkrichtung haben, entsteht selbst bei nicht unerheblicher thermischer Dehnung kein unerwünschter Hub des Steuerpiezos 12. Versetzt man den Ditherpiezo 14 durch ein kleines elektrisches Wechselfeld in eine mechanische Schwingung, so wird diese über die feststehenden Teile 22, den Vorsteuerkegel 10 und die zugeordnete Druckfeder 30 auf den Ventilschieber¬ kolben 50 übertragen und bei gegenphasiger Ansteuerung der einander an den gegenüberliegenden Enden der Ventileinheit 24 angeordneten Ditherpiezos 14 wird der Ventilschieber 50 derart in eine Oszillation versetzt, daß eine mögli¬ che Haftung des Ventilschiebers 50 an den Gehäusewänden 52 aufgehoben wird und das vorgesehene Längsverfahren hemmungsfrei einsetzt. Für einen Arbeitshub bei eingeschalteter Fluidpumpe, beispielsweise für den Fall, daß der Ventilschieber 50 aus seiner in der Figur gezeigten Null- oder Mittelstellung nach links verfahren werden soll, wird an den in Blickrichtung auf die Figur gesehen linken Steuerpiezo 12 eine elektrische Spannung ange¬ legt. Der Piezostapel verlängert sich dann um etwa 100 μm gegenüber dem Ditherpiezo 14 und schiebt den Vorsteuerkegel in Richtung Ventilschieber 50. Am Ventilsitz 32 des Vorsteuerkegels 10 entsteht dann ein Ringspalt, der maxi¬ mal die 10-fache Fläche des freien Zulaufquerschnitts der Zulaufblende 62 hat. Damit verbunden ist ein Druckabfall im linken Vorsteuerraum 44 bis auf etwa 5 % des ursprünglich herrschenden Vorsteuerdrucks. Am Ventilschieber 50 ent¬ steht dann eine Druckdifferenz, da auf der rechten Seite des Mittenkanals 58 Steueröl aus der Zulaufblende 62 in den dortigen Vorsteuerraum 44 austritt, wohingegen auf der linken Seite das Steueröl über den Querkanal 46 dem drucklosen Tankanschluß T zugeführt wird. Der Schieber verfährt mithin in Blickrichtung auf die Figur gesehen nach links, bis entweder der Anschlag für den Ventilschieber 50 erreicht ist oder der Steuerpiezo 12 angesteuert den an¬ gesprochenen Ringspalt wieder schließt. Bei der Verschiebung des Ventilschie¬ bers 50 nach seiner linken Seite hin ist der Pumpenanschluß P mit dem Nutz¬ anschluß A verbunden; bei umgekehrter Ansteuerung der Pumpenanschluß P mit dem Nutzanschluß B.When the pump is started up, the inlet P is fluid and pressure-carrying and via the two inlet orifices 62 arranged at the end on the valve slide 50, the respective pilot chamber 44 fills with pressure oil and presses the respective pilot cone 10 into its associated valve seat 32. Since both pilot chambers 44 are pressurized with oil, there is no differential pressure across the end faces of the valve spool 50, so that it remains under pressure in its central position. A force is then exerted on the control piezo 12 via the respective pilot cone 10 such that it would be deformed without the fixed joint 40, the force being introduced into the corrugated tube 20 via the base plate 18. This would inevitably lead to the removal of the positive connection between dither piezo 14 and the fixed parts 22 of the control valve. However, this is avoided by the solid-state joint 40 already explained. Since the dither piezo 14 and control piezo 12 are made of the same material and have the same direction of action, there is no undesirable stroke of the control piezo 12 even with a not inconsiderable thermal expansion. If the dither piezo 14 is set into a mechanical oscillation by a small electrical alternating field, this is caused by the stationary parts 22, the pilot cone 10 and the associated compression spring 30 are transferred to the valve slide piston 50, and when the dither piezos 14 arranged at the opposite ends of the valve unit 24 are driven in phase opposition, the valve slide 50 is set into an oscillation such that a possible one Adhesion of the valve slide 50 to the housing walls 52 is removed and the intended longitudinal method is used without inhibition. For a working stroke with the fluid pump switched on, for example in the event that the valve slide 50 is to be moved to the left from its zero or middle position shown in the figure, an electrical voltage is applied to the control piezo 12 on the left as viewed in the figure . The piezo stack then extends by about 100 μm compared to the dither piezo 14 and pushes the pilot cone in the direction of the valve spool 50. An annular gap then forms at the valve seat 32 of the pilot cone 10, which has a maximum of 10 times the free inlet cross section of the inlet orifice 62. Associated with this is a pressure drop in the left pilot control space 44 to about 5% of the pilot pressure that was originally present. A pressure difference then arises at the valve slide 50, since on the right side of the center channel 58 control oil emerges from the inlet orifice 62 into the pilot chamber 44 there, whereas on the left side the control oil is supplied to the unpressurized tank connection T via the transverse channel 46. The slide therefore moves to the left, as seen in the direction of the figure, until either the stop for the valve slide 50 is reached or the control piezo 12 closes the ring gap mentioned again. When the valve slide 50 is displaced towards its left side, the pump connection P is connected to the useful connection A; with reverse control the pump connection P with the useful connection B.
Sobald der Ventilschieber 50 seine gewünschte Arbeitsposition erreicht hat, müssen dann nur noch die Stellkräfte des Fluidhauptstromes, wie Strömungs¬ kräfte, Rückwirkungen aus den Verbrauchern etc., von den beiden endseitig an der Ventileinheit 24 angebrachten Steuerventilen erbracht werden. Dazu wird der angesprochene Ringspalt am Ventilelement 10 so weit geschlossen, bis sich am Ventilschieber 50 derart eine Druckdifferenz einstellt, die multipliziert mit seiner freien Stirnfläche gleich der benötigten Stellkraft ist. Die Kraft hängt mithin nur von dem Druck in der druckführenden P-Leitung und von dem Ver- hältnis der freien Fläche des Ringspaltes zu der freien Fläche der Zulaufblende 62 ab.As soon as the valve slide 50 has reached its desired working position, only the actuating forces of the main fluid flow, such as flow forces, reactions from the consumers etc., then have to be provided by the two control valves attached to the valve unit 24 at the end. For this purpose, the mentioned annular gap on the valve element 10 is closed until a pressure difference occurs on the valve slide 50, which is multiplied by its free end face equal to the required actuating force. The force therefore only depends on the pressure in the pressure-carrying P line and on the ratio of the free area of the annular gap to the free area of the inlet orifice 62.
Über das vorhergehend beschriebene Beispiel hinaus läßt sich das erfindungs¬ gemäße Steuerventil als Vorsteuerventil für eine Vielzahl von Ventilaufgaben einsetzen. Die bisher komplizierten und teuren sowie teilweise nicht immer funktionssicher arbeitenden, elektromechanisch und hydraulisch arbeitenden Vorsteuereinrichtungen können entfallen.In addition to the example described above, the control valve according to the invention can be used as a pilot valve for a large number of valve tasks. The previously complicated and expensive, in some cases not always functionally reliable, electro-mechanical and hydraulic pilot control devices can be omitted.
Im folgenden werden zwei geänderte Ausführungsformen des Steuerventils nä¬ her erläutert. Sofern dieselben Bauteile verwendet werden wie bei der ersten Ausführungsform, werden dieselben, aber für jedes Ausführungsbeispiel um 100 erhöhten Bezugsziffern verwendet, wobei für diese Bauteile das bereits Erläuterte gleichermaßen gilt.Two modified embodiments of the control valve are explained in more detail below. If the same components are used as in the first embodiment, the same reference numerals are used, but increased by 100 for each exemplary embodiment, and what has already been explained applies equally to these components.
Bei der Ausführungsform nach der Fig.2 mündet in die feststehenden Gehäuse¬ teile 122 ein Pumpenanschluß P sowie ein Steueranschluß 144. Der Pumpen¬ anschluß P ist im Durchmesser mittels einer Blende 162 verringert. Der Pum¬ penanschluß P und der Steueranschluß 144 münden endseitig in einen Durch¬ gangsraum 166, der von einem Kraftspeicher in Form einer Druckfeder 1 30 durchgriffen ist. Die Druckfeder 1 30 stützt sich endseitig an einer Begrenzungs¬ wand des Durchgangsraumes 166 sowie an dem kegelförmigen Ventilglied 1 10 ab und hat die Tendenz, das Ventilglied 1 10 in seine Schließstellung auf den Ventilsitz 1 32 zu drücken. Die Zustellbewegung des Ventilgliedes oder Ventil¬ elementes 1 10 verläuft quer zu der Fluidrichtung über den Pumpenanschluß P, die Blende 162, den Durchgangsraum 166 sowie den Steueranschluß 144.In the embodiment according to FIG. 2, a pump connection P and a control connection 144 open into the fixed housing parts 122. The diameter of the pump connection P is reduced by means of an orifice 162. The pump connection P and the control connection 144 open out at the end into a passage space 166 which is penetrated by a force accumulator in the form of a compression spring 130. The compression spring 1 30 is supported at the end on a boundary wall of the passage space 166 and on the conical valve member 1 10 and has the tendency to press the valve member 1 10 into its closed position on the valve seat 1 32. The infeed movement of the valve member or valve element 110 extends transversely to the fluid direction via the pump connection P, the orifice 162, the passage space 166 and the control connection 144.
Parallel zum Steueranschluß 144 verlaufend ist innerhalb der Gehäuseteile 122 ein Tankanschluß T angeordnet, der fluidführend sowohl in den Trennraum 1 34 als auch in den Trennraum 1 36 mündet. Die Drosselstelle oder Blende 1 62, die einen Druckabfall in der Pumpenleitung P erzeugt, beispielsweise bis auf 10 % des anstehenden Fluiddruckes, kann auch alternativ in die Tanklei¬ tung T geschaltet werden. Zum Schließen des Ventils wird das piezoelektrische Stellelement 1 14 angesteuert und mithin verlängert, der die Bodenplatte 1 18 in Blickrichtung auf die Fig.2 gesehen nach unten bewegt und dabei gleicherma¬ ßen das Stellelement 1 12 mit dem fest an ihm angeordneten Ventilelement 1 10 in die fluiddichte Schließstellung nach unten verfährt. Dabei wird das elastische Wellrohr 120 vorgespannt. Hält man, wie dies in der Fig.2 gezeigt ist, das äußere Stellelement 1 14 spannungslos und die Spannung über die zugeordnete Anschlußleitung 1 38 an das innere Stellelement 1 12, verlängert sich dieses und das Ventilelement 1 10 hebt von seinem Ventilsitz 1 32 ab, so daß die in der Schließstellung fluidführende Verbindung zwischen dem Pumpenanschluß P und dem Steueranschluß 144 zumindest teilweise unterbrochen und die fluid¬ führende Verbindung zum Tankanschluß T hergestellt ist. Bei einer dahingehen¬ den Anordnung läßt sich also eine Verdoppelung des Stellweges erreichen, wo¬ bei man die zum Betätigen der einzelnen piezoelektrischen Stellelemente 1 12,1 14 benötigten elektrischen Leitungen abwechselnd zwischen diesen bei¬ den Piezos austauschen kann, was den elektrischen Wirkungsgrad der Einrich¬ tung erhöht.Running parallel to the control connection 144, a tank connection T is arranged within the housing parts 122, which leads in a fluid-conducting manner both into the separation space 1 34 and into the separation space 1 36. The restriction or orifice 1 62, which produces a pressure drop in the pump line P, for example up to 10% of the fluid pressure present, can alternatively be switched into the tank line T. To close the valve, the piezoelectric actuating element 114 is actuated and thus extended, which moves the base plate 118 downward in the direction of view of FIG. 2, and at the same time the actuating element 112 with the valve element 110 fixedly attached to it the fluid-tight closed position moves down. The elastic corrugated tube 120 is prestressed. If, as shown in FIG. 2, the outer control element 1 14 is kept dead and the voltage via the associated connecting line 1 38 to the inner control element 1 12, this lengthens and the valve element 1 10 lifts off its valve seat 1 32 , so that the fluid-carrying connection between the pump connection P and the control connection 144 in the closed position is at least partially interrupted and the fluid-carrying connection to the tank connection T is established. With an arrangement such as this, the travel range can be doubled, whereby the electrical lines required for actuating the individual piezoelectric control elements 1, 12, 14 can be alternately exchanged between these two piezos, which increases the electrical efficiency of the device ¬ tung increased.
Bei einer anderen weiteren Ausführungsform des Steuerventils nach der Fig,3 sind in den feststehenden Gehäuseteilen 222 drei Anschlüsse untergebracht in Form des Pumpenanschlusses P, des Tankanschlusses T und des Steueranschlus¬ ses 244. Der Pumpenanschluß P durchgreift in Längsrichtung die feststehenden Gehäuseteile 222 und mündet mit seinem freien Ende im Bereich des Ventilsit¬ zes 232 in den ersten Trennraum 234, der umfangsseitig das erste Stellelement 212 umfaßt. Nach rechtwinkliger Umlenkung münden sowohl der Steueran¬ schluß 244 als auch der Tankanschluß T ebenso aber außerhalb des Ventilsitzes 232 in den ersten Trennraum 234. Als Kraftspeicher 230, der auf die Stellele¬ mente einwirkt, dient diesmal ausschließlich das federelastische Wellrohr 220. Als Ventilelement 210 ist diesmal eine Ventilplatte am Ende des inneren piezo¬ elektrischen Stellelementes 21 2 vorgesehen.In another further embodiment of the control valve according to FIG. 3, three connections are accommodated in the fixed housing parts 222 in the form of the pump connection P, the tank connection T and the control connection 244. The pump connection P extends through the fixed housing parts 222 in the longitudinal direction and opens out its free end in the area of the valve seat 232 into the first separation space 234, which comprises the first actuating element 212 on the circumference. After a right-angled deflection, both the control connection 244 and the tank connection T also open outside the valve seat 232 into the first separating space 234. This time, the spring-elastic corrugated pipe 220 is used exclusively as the energy accumulator 230, which acts on the actuating elements. This time, a valve plate is provided as the valve element 210 at the end of the inner piezoelectric actuating element 21 2.
Im spannungslosen Zustand schließt das innere Stellelement 212 die mögliche fluidführende Verbindung zwischen dem Pumpenanschluß P und dem Steueranschluß 244. Dabei schließt das äußere Stellelement 214 die Verbin¬ dung zwischen Steueranschluß 244 und Tankanschluß T, wobei die Wellrohrfe¬ der 220 die Schließkraft erzeugt. Wird nun das äußere Stellelement 214 elek¬ trisch angesteuert, verlängert sich dieses entgegen der Wirkrichtung der Well¬ rohrfeder 220 und das innere Stellelement 212 hebt mit seinem Ventilelement 210 vom Ventilsitz 232 ab. Hiermit wird eine Verbindung zwischen dem Pumpenanschluß P und dem Ringkanal zum Steueranschluß 244 hergestellt. Dieser Schaltzustand ist in der Fig.3 dargestellt. Bei umgekehrter Ansteuerung verlängert sich das innere Stellelement 212 und der Steueranschluß 244 wird zum Tank T hin entlastet. Bei der dahingehenden Lösung wird kein Steueröl verbraucht, um einen bestimmten Druck am Steuerausgang zu erhalten.In the de-energized state, the inner control element 212 closes the possible fluid-carrying connection between the pump connection P and the control connection 244. The outer control element 214 closes the connection between the control connection 244 and the tank connection T, the corrugated tube spring 220 generating the closing force. If the outer actuating element 214 is now actuated electrically, this lengthens against the direction of action of the corrugated tubular spring 220 and the inner actuating element 212 lifts off with its valve element 210 from the valve seat 232. This creates a connection between the pump connection P and the ring channel to the control connection 244. This switching state is shown in Fig.3. With reverse control, the inner actuating element 212 is lengthened and the control connection 244 is relieved towards the tank T. With this solution, no control oil is used to maintain a certain pressure at the control outlet.
Mit dem erfindungsgemäßen Steuer- oder Stellventil lassen sich vielfältige Aufgaben lösen. So kann es als universelles Vorsteuerventil aber auch als Feinstdrosselventil für kleine Fluidmengen eingesetzt werden. Various tasks can be solved with the control or control valve according to the invention. It can be used as a universal pilot valve but also as a fine throttle valve for small amounts of fluid.

Claims

Paten tan spr ü ch eGodfather tan sayings
Steuerventil, das zum Betätigen eines Ventilelementes (10,110,210) mindestens zwei piezoelektrische Stellelemente (12,14,112,114,212,214) aufweist, die voneinander getrennt eine mögliche, die Funktion des Steu¬ erventils beeinträchtigende thermische Dehnung kompensieren, wobei das jeweilige Stellelement (12,14,112,114,212,214) sich mit einem Ende an einer Abstützfläche (16,116,216) abstützt, wobei mindestens ein Stellele¬ ment (14,114,214) sich an den feststehenden Teilen (22,122,222) des Steuerventils abstützt und zwischen diesen und der Abstützfläche (16,116,216) angeordnet ist und wobei ein anderes Stellelement (12,112,212) das Ventilelement (10,110,210) aufweist, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Abstützfläche (16,116,216) über ein elastisch nachgiebi¬ ges Verbindungsglied (20,120,220) mit den feststehenden Teilen (22,122,222) des Steuerventils verbunden ist, daß das Verbindungsglied (20,120,220) die Stellelemente (12,14,112,114,212,214) radial umschließt und daß das jeweilige piezoelektrische Stellelement (12,14,112,114,212, 214) mit seiner Polarisation parallel zur Wirkrichtung des Ventilelementes (10,110,210) gerichtet ist.Control valve which, for actuating a valve element (10, 110, 210), has at least two piezoelectric actuating elements (12, 14, 12, 114, 212, 214) which, separately from one another, compensate for a possible thermal expansion impairing the function of the control valve, the respective actuating element (12, 14, 112, 114, 212, 214) mating with one another End is supported on a support surface (16, 116, 216), at least one actuating element (14, 114, 214) being supported on the fixed parts (22, 122, 222) of the control valve and being arranged between them and the support surface (16, 116, 216), and another control element (12, 112, 212) the valve element (10, 110, 210), characterized in that the support surface (16, 116, 216) is connected to the fixed parts (22, 122, 222) of the control valve by means of an elastically flexible connecting member (20, 120, 220), that the connecting member (20, 120, 220) controls the actuating elements (12, 14, 12, 114, 214, 212) ) radially encloses and there the respective piezoelectric actuator (12,14,112,114,212, 214) is directed with its polarization parallel to the direction of the valve element (10,110,210).
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das das Ven¬ tilelement (10,110,210) aufweisende Stellelement (12,112,212) von einem benachbart angeordneten Stellelement (14,114,214) umfangsseitig derart umfaßt ist, daß zwischen den beiden Stellelementen (12,14,112,114,212, 214) ein durchgehender, mit Fluid befüllbarer Trennraum (34,134,234) vorhanden ist. 3. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied ein Wellrohr (20, 120,220) ist, das an einem Ende die Abstützfläche (16, 1 16,216) für die Stellelemente (12,14,1 12,1 14,212,214) aufweist und das an seinem anderen Ende mit den feststehenden Teilen (22,122, 222) verbunden ist, und daß zwischen dem Wellrohr (20,120, 220) und dem benachbart angeordneten Stellelement (14,1 14,214) ein weiterer mit Fluid befüllbarer Trennraum (36,136,236) vorhanden ist.Control valve according to claim 1, characterized in that the adjusting element (12, 112, 210) having the valve element (10, 110, 210) is circumferentially surrounded by an adjoining adjusting element (14, 114, 214) in such a way that a continuous, between the two adjusting elements (12, 14, 112, 114, 214, 214). separation space (34, 134, 234) that can be filled with fluid is present. 3. Control valve according to claim 1 or 2, characterized in that the connecting member is a corrugated tube (20, 120,220), which has the support surface (16, 1 16,216) for the adjusting elements (12,14,1 12,1 14,212,214) at one end. and which is connected at its other end to the fixed parts (22, 122, 222), and that between the corrugated tube (20, 120, 220) and the adjacently arranged control element (14, 14, 214) there is a further separable space (36, 136, 236) which can be filled with fluid is.
4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Stellelemente (12,14,1 12, 1 14,212,214) sich mit ihren der Abstützfläche (16,1 16,216) entgegengesetzten Enden in Anlage mit polierten Anlageflächen (26,28,126,128,226,228) der feststehenden Teile (22,122,222) und/oder des Ventilelementes (10, 1 10,210) befinden.4. Control valve according to one of claims 1 to 3, characterized in that the respective adjusting elements (12,14,1 12, 1 14,212,214) with their ends opposite the support surface (16,1 16,216) in contact with polished contact surfaces (26, 28,126,128,226,228) of the fixed parts (22,122,222) and / or the valve element (10, 1 10,210).
5. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle Stellelemente (12,14,1 12,1 14,212,214) eine gleiche Wirkrich¬ tung, insbesondere eine expandierende haben, und über dasselbe aniso¬ trope Ausdehnungsverhalten verfügen, und daß zumindest ein Stellele¬ ment (12,14,1 12,1 14,212,214) mechanische Schwingungen ausführt.5. Control valve according to one of claims 1 to 4, characterized in that all adjusting elements (12,14,1 12,1 14,212,214) have the same effective direction, in particular an expanding one, and have the same anisotropic expansion behavior, and in that carries out at least one adjusting element (12, 14, 12, 14, 14, 12, 214) mechanical vibrations.
6. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (10,1 10,210) innerhalb der feststehenden Teile (22, 1 22,222) einen Ventilsitz (32,132,232) aufweist, der über ein Festgelenk (40,140,240) mit den feststehenden Teilen (22,122,222) nachgebend be¬ wegbar verbunden ist.6. Control valve according to one of claims 1 to 5, characterized in that the valve element (10, 10, 210) within the fixed parts (22, 1, 22, 222) has a valve seat (32, 132, 232) which has a fixed joint (40, 140, 240) with the fixed parts Parts (22, 122, 222) are yieldingly movably connected.
7. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Stellelement (12,1 12) entgegen der Wirkrichtung eines Kraftspeichers (30, 1 30) mit dem Ventilelement (10,1 10) zusammenwirkt und/oder daß der Kraftspeicher (230) aus dem elastischen Verbindungs¬ glied (220) bildbar ist.7. Control valve according to one of claims 1 to 6, characterized in that at least one actuating element (12,1 12) cooperates with the valve element (10,1 10) against the direction of action of an energy accumulator (30, 1 30) and / or that the energy store (230) can be formed from the elastic connecting member (220).
8. Steuerventil nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (10, 1 10) ein Vorsteuerkegel ist, der in seiner Öff¬ nungsstellung eine fluidführende Verbindung zwischen einem Vorsteuer¬ raum (44) oder einem Steueranschluß (144) des Ventils und einem druck¬ losen Anschluß, insbesondere einem Tankanschluß (T), sowie zwischen dem Vorsteuerraum (44) oder dem Steueranschluß (144) und den beiden Trennräumen (34,36, 1 34,136) herstellt.8. Control valve according to one of claims 3 to 7, characterized in that the valve element (10, 1 10) is a pilot cone which, in its open position, a fluid-carrying connection between a pilot chamber (44) or a control connection (144) of the valve and a pressure-less connection, in particular a tank connection (T), and between the pilot control chamber (44) or the control connection (144) and the two separating chambers (34, 36, 1, 34, 136).
9. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellelement (1 12) zum Öffnen und das andere Stellelement (1 14) zum Schließen des Ventils mit elektrischer Spannung beaufschlagbar ist.9. Control valve according to one of claims 1 to 8, characterized in that an adjusting element (1 12) for opening and the other adjusting element (1 14) for closing the valve can be acted upon by electrical voltage.
10. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein aktiviertes Stellelement (214) bei dem jeweils nichtaktivierten anderen Stellelement (212) die fluidführende Verbindung zwischen einem Pumpenanschluß (P) und dem Steueranschluß (244) freigibt und daß bei umgekehrter Aktivierung diese Verbindung geschlossen und eine fluidfüh¬ rende Verbindung zwischen dem Steueranschluß (244) und dem Tank (T) freigegeben ist.10. Control valve according to one of claims 1 to 8, characterized in that an activated control element (214) in the respective non-activated other control element (212) releases the fluid-carrying connection between a pump connection (P) and the control connection (244) and that in reverse Activation of this connection is closed and a fluid-carrying connection between the control connection (244) and the tank (T) is released.
1 1 . Wegeventil, insbesondere Wege-Schieberventil mit mindestens einem Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (10) auf einen Ventilschieber (50) des Wegeventils einwirkt, der eine fluidführende Verbindung zwischen einem druckführen¬ den Anschluß (P) und dem Steuerventil herstellt, und daß in Abhängigkeit der Stellung des Ventilschiebers (50) dieser mehrere fluidführende An- schlüsse (A,B) innerhalb des Wegeventilgehäuses (52) miteinander verbin¬ det oder voneinander trennt.1 1. Directional control valve, in particular directional slide valve with at least one control valve according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the valve element (10) acts on a valve slide (50) of the directional control valve which provides a fluid-carrying connection between a pressure-carrying connection (P) and the control valve, and that, depending on the position of the valve slide (50), the latter has a plurality of fluid-carrying connections Short circuits (A, B) within the directional valve housing (52) are connected or separated from one another.
12. Wegeventil nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Ventil¬ schieber (50) einen Mittenkanal (58) aufweist, der fluidführend an eine Druckpumpe (P) anschließbar ist und der mit einer Blende (62) oder einer Drossel versehen endseitig in mindestens eine Vorsteuerkammer (44) des Steuerventils mündet.12. Directional control valve according to claim 1 1, characterized in that the Ventil¬ slide (50) has a central channel (58) which is fluidly connected to a pressure pump (P) and which is provided with an orifice (62) or a throttle end in at least one pilot chamber (44) of the control valve opens.
13. Wegeventil nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden des Ventilschiebers (50) jeweils ein Stellventil vorhanden ist, daß der Kraftspeicher (30) zwischen dem jeweiligen Ventilelement (10) und dem zugeordneten Ende des Ventilschiebers (50) angeordnet ist und daß die beiden Kraftspeicher (30) in der unbetätigten Stellung des Wegeventiles den Ventilschieber (50) in seiner Null- oder Mittelstellung halten. 13. Directional control valve according to claim 1 1 or 12, characterized in that a control valve is provided at both ends of the valve spool (50) that the energy accumulator (30) between the respective valve element (10) and the associated end of the valve spool (50) is arranged and that the two energy accumulators (30) hold the valve slide (50) in its zero or middle position in the unactuated position of the directional valve.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009017641A1 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Caterpillar Inc. Piezo-electric actuated valve
EP3502486A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-26 Hamilton Sundstrand Corporation Servo valve
US20200185588A1 (en) * 2018-12-06 2020-06-11 Horiba Stec, Co., Ltd. Piezoelectric actuator and fluid control valve

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2001249309A1 (en) * 2000-03-24 2001-10-08 Asco Controls, L.P. Booster pilot valve
DE10103426A1 (en) * 2001-01-26 2002-08-01 Hydraulik Ring Gmbh Control device for hydraulic and / or mechanical components
CN100535486C (en) * 2008-03-11 2009-09-02 浙江大学 Piezo crystal drive high speed switch valve
CN103016596B (en) * 2012-12-10 2014-08-27 河海大学常州校区 Speed sensitive hydraulic rotary damper

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3116687A1 (en) * 1981-04-28 1982-11-11 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart "ELECTRICALLY CONTROLLED ACTUATOR"
US4471256A (en) * 1982-06-14 1984-09-11 Nippon Soken, Inc. Piezoelectric actuator, and valve apparatus having actuator
DE3723287A1 (en) * 1987-07-15 1989-01-26 Kuhnke Gmbh Kg H Electrically actuable valve
DE4220177A1 (en) * 1992-06-19 1993-12-23 Marco Systemanalyse Entw Device for actuating a valve element

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3116687A1 (en) * 1981-04-28 1982-11-11 Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart "ELECTRICALLY CONTROLLED ACTUATOR"
US4471256A (en) * 1982-06-14 1984-09-11 Nippon Soken, Inc. Piezoelectric actuator, and valve apparatus having actuator
DE3723287A1 (en) * 1987-07-15 1989-01-26 Kuhnke Gmbh Kg H Electrically actuable valve
DE4220177A1 (en) * 1992-06-19 1993-12-23 Marco Systemanalyse Entw Device for actuating a valve element

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009017641A1 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Caterpillar Inc. Piezo-electric actuated valve
EP3502486A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-26 Hamilton Sundstrand Corporation Servo valve
US20190195381A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-27 Hamilton Sundstrand Corporation Servo valve
US10767778B2 (en) 2017-12-22 2020-09-08 Hamilton Sunstrand Corporation Servo valve
US20200185588A1 (en) * 2018-12-06 2020-06-11 Horiba Stec, Co., Ltd. Piezoelectric actuator and fluid control valve
US11867308B2 (en) * 2018-12-06 2024-01-09 Horiba Stec, Co., Ltd. Piezoelectric actuator and fluid control valve

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DE19538596A1 (en) 1997-04-24
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