DE10148879A1 - Actuator structure for a hydraulic system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Stellgliedaufbau für ein Hydrauliksystem, aufweisend ein Hydraulikfluid, das mit einer Fluidquelle fluidmäßig verbunden ist, und das eine Ventilspule aufweist, um die Fluidströmung durch das Ventil hindurch zu einem Stellglied zu regeln. Der Stellgliedaufbau umfasst außerdem ein piezoelektrisches Stellglied, das mit dem Hydraulikventil zur Bewegung der Ventilspule, ansprechend auf an es angelegte Signale, verbunden ist.The invention relates to an actuator assembly for a hydraulic system, comprising a hydraulic fluid which is fluidly connected to a fluid source and which has a valve coil to regulate the fluid flow through the valve to an actuator. The actuator assembly also includes a piezoelectric actuator connected to the hydraulic valve for moving the valve spool in response to signals applied thereto.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Ventile, und insbesondere einen Stellgliedaufbau für ein Hydrauliksystem für ein Motorfahrzeug.The present invention relates generally to valves, and in particular an actuator structure for a hydraulic system for a motor vehicle.
Es ist bekannt, ein Hydraulikventil in einer Anzahl von Sys temen einzusetzen, die in Fahrzeugen verwendet werden, wie beispielweise in Motorfahrzeugen, in Arbeitsmaschinen, in Ma schinenwerkzeugen und in einer Vielzahl weiterer Anwendungen. Typischerweise werden in Motorfahrzeugen die Hydraulikventile am häufigsten verwendet in einem Antiblockierbremssystem (ABS) und einem Spurführungssteuersystem (TCS) zum Regeln des Bremszylinderdrucks.It is known to use a hydraulic valve in a number of sys to use systems that are used in vehicles, such as for example in motor vehicles, in work machines, in Ma machine tools and in a variety of other applications. The hydraulic valves are typically used in motor vehicles most commonly used in an anti-lock braking system (ABS) and a tracking control system (TCS) for regulating the Brake cylinder pressure.
Außerdem ist bekannt, dass aktuell eine Drahtbremstechnik (Brake-by-Wire (BBW)) für Motorfahrzeughersteller entwickelt wird. Bei einer Variante dieser BBW-Technik handelt es sich um einen elektrohydraulischen Bremsvorgang, der einen Satz von Ventilen erfordert, um die gewünschten Bremswirkungen zu erzielen. In Arbeitsmaschinen werden Ventile verwendet, um Gelenke und Werkzeuge in eine gewünschte Position durch ein Hydrauliksystem zu bewegen. Ventile werden entweder betätigt durch ein elektromagnetisches Solenoid oder durch ein Pilotsystem. Sämtliche elektronisch gesteuerten Ventile werden je doch durch ein elektromagnetisches Solenoid betätigt.It is also known that wire brake technology is currently in use (Brake-by-Wire (BBW)) developed for motor vehicle manufacturers becomes. A variant of this BBW technology is involved an electro-hydraulic braking process, which is a sentence of valves required to achieve the desired braking effects achieve. In work machines, valves are used to Joints and tools in a desired position by one Hydraulic system to move. Valves are either operated by an electromagnetic solenoid or by a pilot system. All electronically controlled valves are each operated by an electromagnetic solenoid.
Obwohl die vorstehend genannten, elektromagnetischen Solenoi de ihre Funktion erfüllen, leiden sie an dem Nachteil elekt romagnetischer Interferenz (EMI). Ein weiterer Nachteil be steht darin, dass die elektromagnetischen Solenoide unidirek tionell arbeiten, d. h., sie können eine Bewegung ausschließ lich in einer Richtung erteilen. Infolge hiervon ist es er forderlich, für die meisten Doppelwirkungshydraulikventile zwei Solenoide zu verwenden, die an den beiden Enden einer Ventilspule des Hydraulikventils zu liegen kommen.Although the electromagnetic solenoi de perform their function, they suffer from the disadvantage elect Romagnetic interference (EMI). Another disadvantage be is that the electromagnetic solenoids unidirek work efficiently, d. that is, they can exclude movement issue in one direction. As a result, he is required for most double action hydraulic valves to use two solenoids, one at both ends Valve coil of the hydraulic valve come to rest.
Es ist deshalb erwünscht, einen Stellgliedaufbau für ein Hyd raulikventil bereit zu stellen, das elektromagnetische Inter ferenz beseitigt. Ferner ist es erwünscht, einen Stellglied aufbau für ein doppelt wirkendes Hydraulikventil bereit zu stellen, das die Notwendigkeit für zwei elektromagnetische Solenoide an beiden Enden der Ventilspule des Hydraulikven tils überflüssig macht. Ferner ist es erwünscht, einen Stell gliedaufbau für ein Hydraulikventil bereit zu stellen, das hysteresefrei ist, das in einem größeren Temperaturbereich arbeitet, und das leichtgewichtig ist. Es besteht deshalb auf diesem Gebiet der Technik ein Bedarf an einem Stellgliedauf bau für ein Hydraulikventil, das diese Anforderungen erfüllt.It is therefore desirable to have an actuator assembly for a hyd raulikventil to provide the electromagnetic inter reference eliminated. It is also desirable to have an actuator ready for a double-acting hydraulic valve represent the need for two electromagnetic Solenoids on both ends of the hydraulic valve valve coil makes tils superfluous. It is also desirable to have a position to provide link structure for a hydraulic valve that is hysteresis-free, that in a wider temperature range works, and that is lightweight. It therefore insists a need for an actuator in the art construction for a hydraulic valve that meets these requirements.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Stellgliedaufbau für ein Hydrauliksystem, aufweisend ein Hydraulikventil, das mit einer Fluidquelle fluidmäßig verbunden ist, und eine Ventil spule zum Regeln der Fluidströmung bzw. des Fluiddurchsatzes durch das Ventil hindurch zu einem Stellglied. Der Stellgliedaufbau umfasst außerdem ein piezoelektrisches Stell glied, das mit dem Hydraulikventil verbunden ist, um die Ven tilspule, ansprechend auf daran angelegte Signale, zu bewe gen.The present invention provides an actuator structure for a hydraulic system, comprising a hydraulic valve that with a fluid source is fluidly connected, and a valve coil for regulating the fluid flow or the fluid throughput through the valve to an actuator. The actuator assembly also includes a piezoelectric actuator member that is connected to the hydraulic valve to the Ven tilspule, in response to signals applied to it gene.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein Stellgliedaufbau für einen Hydraulikventil bereit ge stellt ist, das vom piezoelektrischen (PZT) Typ ist. Ein wei terer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Stellgliedaufbau die Verwendung eines elektromagnetischen Solenoids überflüssig macht und ein PZT-Stellglied verwendet, um eine Ventilspule eines Hydraulikventils zu betätigen. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar in, dass der Stellgliedaufbau problemlos eine bidirektionelle bzw. in zwei Richtungen gerichtete Bewegung erzielen kann, um die Ventilspule in beiden Richtungen zu bewegen, und es ist lediglich ein einziges PZT-Stellglied für ein doppelt wirken des Hydraulikventil erforderlich. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Stell gliedaufbau eine hohe Haltekraft mit dem Ergebnis aufweist, dass entweder eine Feder entfallen oder deren Größe verrin gert sein kann. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfin dung besteht darin, dass der Stellgliedaufbau elektromagneti sche Interferenz beseitigt, weniger Bauteile erfordert und die Kosten reduziert. Ein noch weiterer Vorteil der vorlie genden Erfindung besteht darin, dass der Stellgliedaufbau ei ne bessere Ventilpositionierungsgenauigkeit aufweist, Hyste rese reduziert, in einem größeren Temperaturbereich arbeitet und leichtgewichtig ist (höhere Dichtekraft).An advantage of the present invention is that an actuator assembly for a hydraulic valve is ready which is of the piezoelectric (PZT) type. A white Another advantage of the present invention is that the actuator assembly uses an electromagnetic Eliminates solenoids and uses a PZT actuator to actuate a valve coil of a hydraulic valve. Yet Another advantage of the present invention is in that the actuator assembly is easily a bidirectional or can achieve two-way movement to to move the valve spool in both directions and it is just a single PZT actuator for double acting of the hydraulic valve required. Another benefit of the present invention is that the Stell link structure has a high holding force with the result that either a spring is omitted or its size is reduced can be. Another advantage of the present inven tion is that the actuator structure is electromagnetic eliminated interference, requires fewer components and the cost is reduced. Another advantage of the present Invention is that the actuator structure egg ne has better valve positioning accuracy, hyster rese reduced, works in a wider temperature range and is lightweight (higher density).
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung er schließen sich nach einem Studium der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichungen. Other features and advantages of the present invention he close after studying the following description in connection with the attached drawings.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Stellgliedaufbaus in Ü bereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung unter Darstel lung einer betriebsmäßigen Beziehung mit einem Hydrauliksys tem. Fig. 1 shows a block diagram of an actuator structure in accordance with the present invention, showing an operational relationship with a hydraulic system.
Fig. 2 zeigt eine fragmentarische Aufrissansicht des Stell gliedaufbaus und eines einfach wirkenden Betätigungshydrau likventils des Hydrauliksystems von Fig. 1. Fig. 2 shows a fragmentary elevation view of the actuator assembly and a single-acting hydraulic likventils of the hydraulic system of Fig. 1st
Fig. 3 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, jedoch ohne jegliche Rückstellfedern. Fig. 3 shows a view similar to Fig. 2, but without any return springs.
Fig. 4 zeigt eine fragmentarische Aufrissansicht einer weite ren Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung von dem Stellgliedaufbau und einem doppelt wirken den Hydraulikventil des Hydrauliksystems von Fig. 1. FIG. 4 shows a fragmentary elevation view of another embodiment in accordance with the present invention of the actuator assembly and a double acting hydraulic valve of the hydraulic system of FIG. 1.
Fig. 5 zeigt eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4, jedoch ohne jegliche Rückstellfedern. Fig. 5 shows a view similar to Fig. 4, but without any return springs.
Unter Bezug auf die Zeichnungen, und insbesondere unter Bezug auf Fig. 1 wird nunmehr eine Ausführungsform eines Stell gliedaufbaus 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Er findung in betriebsmäßiger Beziehung zu einem Hydrauliksystem erläutert, das allgemein mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet ist. Das Hydrauliksystem 12 umfasst einen Tank 14, der ein Hydraulikfluid enthält, und eine Pumpe 16, die mit dem Tank 14 durch geeignete Mittel, wie etwa Rohre oder Schläuche 17, fluidmäßig verbunden ist. Der Stellgliedaufbau 10 verbindet die Pumpe 16 fluidmäßig mit einem Stellglied 18, wie etwa ei nem (nicht gezeigten) Bremsscheibensattel eines (nicht ge zeigten) Bremssystems, durch geeignete Mittel, wie etwa Roh re oder Schläuche 17. Das Hydrauliksystem 12 umfasst außerdem einen Motor 20, der mit einer Pumpe 16 durch geeignete Mit tel, wie etwa eine (nicht gezeigte) Kupplung, zum Antreiben der Pumpe 16 verbunden ist. Das Hydrauliksystem 12 umfasst ferner einen elektrischen Kontroller bzw. eine elektrische Steuereinheit 22, die elektrisch mit dem Motor 20 und dem Stellgliedaufbau 10 durch geeignete Mittel, wie etwa Drähte 24, verbunden ist, um dem Motor 20 und dem Stellgliedaufbau 10 Strom zuzuführen und diese zu steuern. Es wird bemerkt, dass der Stellgliedaufbau 10 die Hydraulikfluidströmung von der Pumpe 16 zu dem Stellglied 18 steuert. Außerdem wird be merkt, dass mit Ausnahme des Stellgliedaufbaus 10 das Hydrau liksystem 12 von herkömmlicher und bekannter Technik ist.Referring now to the drawings, and particularly to FIG. 1, one embodiment of an actuator assembly 10 in accordance with the present invention is operationally related to a hydraulic system, generally designated 12 . The hydraulic system 12 includes a tank 14 that contains hydraulic fluid and a pump 16 that is fluidly connected to the tank 14 by suitable means such as pipes or hoses 17 . The actuator assembly 10 fluidly connects the pump 16 to an actuator 18 , such as a brake caliper (not shown) of a brake system (not shown), by suitable means such as tubing or hoses 17 . The hydraulic system 12 also includes a motor 20 connected to a pump 16 by suitable means such as a clutch (not shown) for driving the pump 16 . Hydraulic system 12 further includes an electrical controller 22 that is electrically connected to motor 20 and actuator assembly 10 by suitable means, such as wires 24 , to supply and supply power to motor 20 and actuator assembly 10 Taxes. It is noted that actuator assembly 10 controls hydraulic fluid flow from pump 16 to actuator 18 . It is also noted that, with the exception of the actuator assembly 10, the hydraulic system 12 is of conventional and known technology.
Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, umfasst das Stellgliedaufbauven til 10 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein Hydraulikventil 25 zum Steuern der Hydraulikfluidströmung bzw. des Durchsatzes des Hydraulikfluids. Das Hydraulikventil 25 umfasst ein Gehäuse oder einen Verteilerblock 26 mit einer darin vorgesehenen Fluidkammer 28, die mit den Schläuchen 17 fluidmäßig verbunden ist. Das Gehäuse 26 weist, wie gezeigt, allgemein zylindrischen Aufbau auf, obwohl ein anderer, ge eigneter Aufbau zum Einsatz kommen kann. Das Gehäuse 26 weist einen Durchbruch 30 auf, der sich durch jedes Ende von ihm in Längsrichtung erstreckt. Das Gehäuse 26 ist aus Metallmateri al. wie etwa Aluminium, hergestellt. Das Gehäuse 26 ist ein Aufbau aus einzelnen Bauteilen, einschließlich Hydraulikdich tungen (nicht gezeigt). As shown in Fig. 1 and 2, the Stellgliedaufbauven in accordance with the present invention comprises til 10, a hydraulic valve 25 for controlling the hydraulic fluid flow or the flow rate of the hydraulic fluid. The hydraulic valve 25 comprises a housing or a distributor block 26 with a fluid chamber 28 provided therein, which is fluidly connected to the hoses 17 . The housing 26 has a generally cylindrical structure as shown, although a different suitable structure may be used. The housing 26 has an aperture 30 extending longitudinally through each end thereof. The housing 26 is made of metal material al. such as aluminum. The housing 26 is a structure of individual components, including hydraulic seals (not shown).
Das Hydraulikventil 25 umfasst außerdem eine Ventilspule 32, die in der Fluidkammer 28 des Gehäuses 26 angeordnet und dort beweglich ist. Die Ventilspule 32 weist einen Wellenabschnitt 34 auf, der sich axial sowie durch die Durchbrüche 30 des Ge häuses 26 erstreckt. Der Wellenabschnitt 34 besitzt allgemein zylindrische Form mit allgemein kreisförmigem Querschnitt. Die Ventilspule 32 weist außerdem mehrere, bevorzugt zwei, Scheibenabschnitte 36 auf, die sich radial von dem Wellenab schnitt 34 ausgehend sowie axial beabstandet für eine nach folgend erläuterte Funktion erstrecken. Die Scheibenabschnit te 36 haben allgemein Kreisform. Die Ventilspule 32 besteht aus einem Metallmaterial, wie etwa Aluminium. Die Ventilspule 32 hat monolithische Struktur, ist integral und einheitlich sowie einstückig. Es wird bemerkt, dass das Hydraulikventil 25 herkömmlicher, bekannter Art ist.The hydraulic valve 25 also includes a valve spool 32 which is arranged in the fluid chamber 28 of the housing 26 and is movable there. The valve spool 32 has a shaft portion 34 which extends axially and through the openings 30 of the housing 26 Ge. The shaft portion 34 has a generally cylindrical shape with a generally circular cross section. The valve spool 32 also has a plurality of, preferably two, disc sections 36 which extend radially from the shaft section 34, starting from and axially spaced apart, for a function explained below. The disc sections 36 are generally circular in shape. The valve spool 32 is made of a metal material, such as aluminum. The valve spool 32 has a monolithic structure, is integral and unitary as well as in one piece. It is noted that the hydraulic valve 25 is of a conventional, known type.
Der Stellgliedaufbau 10 umfasst außerdem ein piezoelektri sches Stellglied 38, das mit dem Hydraulikventil 25 zum Bewe gen der Ventilspule 32 in diesem verbunden ist. Das piezo elektrische Stellglied 38 umfasst ein Gehäuse 40 mit einer Kammer 42. Wie gezeigt, weist das Gehäuse 40 allgemein zy lindrischen Aufbau auf, obwohl ein anderer, geeigneter Aufbau zum Einsatz gelangen kann. Das Gehäuse 40 weist einen Durch bruch 44 auf, der sich in Längsrichtung durch jedes Ende von ihm erstreckt. Das Gehäuse 40 besteht aus Metallmaterial, wie etwa Aluminium. Das Gehäuse 40 stellt einen Aufbau aus ein zelnen Bauteilen dar.The actuator assembly 10 also includes a piezoelectric actuator 38 which is connected to the hydraulic valve 25 for moving the valve spool 32 therein. The piezoelectric actuator 38 comprises a housing 40 with a chamber 42 . As shown, housing 40 is generally cylindrical in construction, although another suitable construction may be used. The housing 40 has an opening 44 which extends in the longitudinal direction through each end of it. The housing 40 is made of metal material, such as aluminum. The housing 40 represents a structure made up of individual components.
Das piezoelektrische Stellglied 38 umfasst ferner eine Kern spule 46, die in der Kammer 42 des Gehäuses 40 angeordnet und dort beweglich ist. Die Kernspule 46 weist einen Wellenab schnitt 48 auf, der sich axial erstreckt, sowie durchmesser verringerte Endabschnitte 50, die sich axial, ausgehend vom Wellenabschnitt 48, sowie durch die Durchbrüche 44 des Gehäu ses 40 hindurch erstrecken. Einer der Endabschnitte 50 ist mit der Ventilspule 32 des Hydraulikventils 25 durch geeigne te Mittel, wie etwa mechanische Befestigungselemente (nicht gezeigt), verbunden. Der Wellenabschnitt 48 besitzt allgemei ne Zylinderform mit allgemein kreisförmigem Querschnitt. Die Kernspule 46 besteht aus einem Metallmaterial, wie etwa Stahl.The piezoelectric actuator 38 further includes a core coil 46 which is arranged in the chamber 42 of the housing 40 and is movable there. The core coil 46 has a Wellenab section 48 , which extends axially, and reduced diameter end portions 50 , which extend axially, starting from the shaft portion 48 , and through the openings 44 of the hous ses 40 therethrough. One of the end portions 50 is connected to the valve spool 32 of the hydraulic valve 25 by suitable means such as mechanical fasteners (not shown). The shaft portion 48 has a generally cylindrical shape with a generally circular cross section. The core coil 46 is made of a metal material, such as steel.
Das piezoelektrische Stellglied 38 weist außerdem zumindest einen, bevorzugt mehrere, besonders bevorzugt sechs, piezo elektrische Motoren 52 auf, die sich radial ausgehend von so wie entlang der Kernspule 46 axial beabstandet erstrecken und eine Funktion aufweisen, die nachfolgend erläutert ist. Die piezoelektrischen Motoren 52 haben allgemein Rechteckform. Die piezoelektrischen Motoren 52 sind vom Linearmotortyp, und ein ähnlicher Motortyp ist im U.S.-Patent Nr. 5 453 653, er teilt auf Zumeris, offenbart, und auf den Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift wird vorliegend Bezug genommen. Der pie zoelektrische Motor 52 basiert auf einer piezokeramischen Platte, die es unter Erregungsantrieb und auf Grund der Kera mikgeometrie ermöglicht, einen Querbiegevibrationsmodus in unmittelbarer Nähe zu einem Längsausdehnungsmodus zu erregen. Die piezoelektrischen Motoren 52 sind mit der Steuereinheit 22 durch geeignete Mittel, wie etwa Drähte, verbunden. Das piezoelektrische Stellglied 38 umfasst außerdem zumindest ei ne, bevorzugt mehrere, Stütz- bzw. Tragfedern 54, die in der Kammer 42 zwischen den Motoren 52 und dem Gehäuse 40 angeord net sind. Die Federn 54 sind durch geeignete Mittel mit den piezoelektrischen Motoren 52 und dem Gehäuse 40 verbunden. Es wird bemerkt, dass der piezoelektrische Motor 52 einen großen Bewegungs- bzw. Antriebsbereich besitzt und elektromagneti scher Interferenz nicht zugänglich ist. Ferner wird bemerkt, dass der piezoelektrische Motor 52 dann, wenn ein intern e lektrisches Feld angelegt ist, eine hohe Blockadekraft bie tet, die ihm eigen ist. Es wird bemerkt, dass die piezoelekt rischen Motoren 52 an sich bekannt sind.The piezoelectric actuator 38 also has at least one, preferably a plurality, particularly preferably six, piezoelectric motors 52 which extend radially starting from and along the core coil 46 and have a function which is explained below. The piezoelectric motors 52 are generally rectangular in shape. The piezoelectric motors 52 are of the linear motor type, and a similar motor type is disclosed in U.S. Patent No. 5,453,653, assigned to Zumeris, and reference is made to the disclosure of this document. The pie zoelectric motor 52 is based on a piezoceramic plate, which makes it possible to excite a transverse bending vibration mode in close proximity to a longitudinal expansion mode under excitation drive and due to the ceramic geometry. The piezoelectric motors 52 are connected to the control unit 22 by suitable means, such as wires. The piezoelectric actuator 38 also includes at least ei ne, preferably a plurality of support or suspension springs 54 which are net angeord in the chamber 42 between the motors 52 and the housing 40 . The springs 54 are connected to the piezoelectric motors 52 and the housing 40 by suitable means. It is noted that the piezoelectric motor 52 has a large range of motion and is not accessible to electromagnetic interference. Furthermore, it is noted that when an internal electric field is applied, the piezoelectric motor 52 offers a high blocking force that is inherent to it. It is noted that the piezoelectric motors 52 are known per se.
Der Stellgliedaufbau 10 kann zumindest eine Rückstellfeder 56 aufweisen, die um ein Ende des Wellenabschnitts 34 der Ven tilspule 32 zwischen dem Gehäuse 26 und einem Rückhalteele ment 58 zu liegen kommt, das sich radial, ausgehend vom Wel lenabschnitt 34, erstreckt und mit diesem durch geeignete Mittel, wie etwa mechanische Befestigungselemente (nicht ge zeigt), verbunden ist. Die Rückstellfeder 56 ist vom Schrau benfeder- bzw. Spiralfedertyp. Die Rückstellfeder 56 stellt die Ventilspule 32 in eine vorbestimmte Position rück, wenn das piezoelektrische Stellglied 38 nicht aktiviert ist. Es wird bemerkt, dass die Rückstellfeder 56 dort gehalten ist, wo eine präzise Steuerung der Stellgliedposition nicht imple mentiert ist. Es wird außerdem bemerkt, dass die Rückstellfe der 56 entfallen kann, wenn eine Positionsrückkopplung zur Verfügung steht, oder wenn die Genauigkeit der Position der Ventilspule 32 kein Problem darstellt, wie in Fig. 3 gezeigt.The actuator assembly 10 may have at least one return spring 56 which comes to lie around one end of the shaft portion 34 of the valve spool 32 between the housing 26 and a retaining element 58 which extends radially, starting from the shaft portion 34 , and with this by suitable means Means such as mechanical fasteners (not shown) is connected. The return spring 56 is of the helical spring type. The return spring 56 returns the valve spool 32 to a predetermined position when the piezoelectric actuator 38 is not activated. It is noted that the return spring 56 is held where precise control of the actuator position is not implemented. It is also noted that the reset spring of FIG. 56 can be eliminated if position feedback is available or if the accuracy of the position of the valve spool 32 is not a problem, as shown in FIG. 3.
Wenn der Stellgliedaufbau 10 sich in Betrieb befindet, steu ert die Steuereinheit 22 das piezoelektrische Stellglied 38, um Hydraulikfluid, wie etwa Öl, durch das Hydraulikventil 25 strömen zu lassen. Durch die piezoelektrischen Motoren 52 wird von der Steuereinheit 22 Strom bzw. Energie empfangen, der bzw. die eine Antriebsfrequenz an die Kernspule 46 an legt. Da die Motoren 52 mit der Kernspule 46 verbunden sind, wird auf die Kernspule 46 unter Hervorrufung einer Bewegung eine unsymmetrische Antriebskraft ausgeübt. Die periodische Natur der Antriebskraft mit Frequenzen, die viel höher sind als die mechanische Resonanz der Kernspule 46, erlaubt eine kontinuierliche, gleichmäßige Bewegung für eine unbeschränkte Bewegungs- bzw. Wegstrecke, während eine hohe Auflösung und Positionierungsgenauigkeit beibehalten sind. Die Linearbewe gung der Kernspule 46 ihrerseits bewegt die Ventilspule 32 linear, um die Strömung bzw. den Durchfluss des Hydraulik fluids von der Pumpe 16 durch das Hydraulikventil 25 zu dem Stellglied 18 zu steuern und zu regeln. Es wird bemerkt, dass es sich bei dem Hydraulikventil 25 um ein einfach wirkendes Ventil mit einer Einfachwirkungsventilspule 32 handelt, die durch ein lineares, piezoelektrisches Stellglied 38 betätigt ist.When the actuator assembly 10 is in operation, steu ert the control unit 22, the piezoelectric actuator 38 to the hydraulic fluid such as oil, to flow through the hydraulic valve 25th The piezoelectric motors 52 receive current or energy from the control unit 22 which applies a drive frequency to the core coil 46 . Since the motors 52 are connected to the core coil 46 is applied to the core coil 46 by eliciting an asymmetrical movement, a driving force. The periodic nature of the driving force at frequencies much higher than the mechanical resonance of the core coil 46 allows continuous, smooth movement for unlimited travel while maintaining high resolution and positioning accuracy. The linear movement of the core coil 46 in turn moves the valve coil 32 linearly to control and regulate the flow of the hydraulic fluid from the pump 16 through the hydraulic valve 25 to the actuator 18 . It is noted that the hydraulic valve 25 is a single acting valve with a single acting valve spool 32 which is actuated by a linear piezoelectric actuator 38 .
In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform 110 in Überein stimmung mit der vorliegenden Erfindung des Stellgliedaufbaus 10 gezeigt. Ähnliche Teile wie diejenigen des Stellgliedauf baus 10 besitzen dieselben Bezugsziffern, addiert zu einhun dert (100). Bei dieser Ausführungsform weist der Stellglied aufbau 110 das piezoelektrische Stellglied 128 auf, das dazu ausgelegt ist, eine Bewegung in beiden linearen Richtungen zu erzeugen, und das in Kombination mit einem doppelt wirkenden Hydraulikventil 125 verwendet wird. Das Hydraulikventil 125 weist das Gehäuse 126 auf, das mit einem ersten Schlauch 17a verbunden ist, das mit dem Tank 14 verbunden ist, und das durch einen zweiten Schlauch 17b mit der Pumpe 16 verbunden ist. Das Gehäuse 126 ist außerdem durch einen dritten Schlauch 17c mit einem Stangenende (RE) eines (nicht gezeig ten) Zylinders verbunden, der einen (nicht gezeigten) Kolben und eine (nicht gezeigte) Stange aufweist, die mit dem Kolben verbunden ist und sich aus dem Zylinder heraus erstreckt. Das Gehäuse 126 ist außerdem durch einen vierten Schlauch 17d mit einem Kopfende (HE) des Zylinders verbunden. Die Ventilspule 132 umfasst außerdem einen Dichtungsabschnitt 160, der sich radial, ausgehend von den Scheibenabschnitten 136, erstreckt und axial zwischen diesen beabstandet ist. Der Dichtungsab schnitt 160 weist eine Nut 162 auf, die sich radial einwärts sowie umfangsmäßig erstreckt, und eine Dichtung 164, wie etwa einen in der Nut 162 angeordneten O-Ring. Der Dichtungsab schnitt 160 verhindert, dass Hydraulikfluid zwischen den Plattenabschnitten 136 hindurch gelangt.In FIG. 4, a further embodiment 110 is humor in agreement with the present invention, the actuator assembly 10 is shown. Parts similar to those of the actuator assembly 10 have the same reference numerals, added to one hundred ( 100 ). In this embodiment, actuator assembly 110 includes piezoelectric actuator 128 , which is configured to produce movement in both linear directions and which is used in combination with a double acting hydraulic valve 125 . The hydraulic valve 125 has the housing 126 , which is connected to a first hose 17 a, which is connected to the tank 14 , and which is connected to the pump 16 by a second hose 17 b. The housing 126 is also connected by a third hose 17 c to a rod end (RE) of a (not shown) cylinder which has a piston (not shown) and a rod (not shown) which is connected to the piston and itself extends out of the cylinder. The housing 126 is also connected by a fourth hose 17 d to a head end (HE) of the cylinder. The valve spool 132 also includes a sealing portion 160 that extends radially from the disc portions 136 and is axially spaced therebetween. The Dichtungsab section 160 has a groove 162 which extends radially inward and circumferentially, and a seal 164 , such as an O-ring arranged in the groove 162 . The seal section 160 prevents hydraulic fluid from passing between the plate sections 136 .
Der Stellgliedaufbau 110 kann eine Rückstellfeder 156 aufwei sen, die um beide Enden des Wellenabschnitts 134 der Ventil spule 132 zwischen dem Gehäuse 126 und einem Rückhalteelement 158 angeordnet ist, das sich radial, ausgehend vom Wellenab schnitt 134, mit einem Ende und einer Kupplung 166 am anderen Ende erstreckt. Das Rückhalteelement 158 ist mit dem Wellen abschnitt 134 durch geeignete Mittel, wie etwa mechanische Befestigungselemente (nicht gezeigt), verbunden. Die Kupplung 166 ist sowohl mit dem Wellenabschnitt 134 der Ventilspule 132 wie dem Endabschnitt 150 der Kernspule 146 verbunden. Die Rückstellfedern 156 sind ebenfalls vom Spiralfedertyp. Die Rückstellfedern 156 stellen die Ventilspule 132 in eine vor bestimmte Position rück, wenn das piezoelektrische Stellglied 138 nicht aktiviert ist. Es wird bemerkt, dass die Rückstell federn 156 dort gehalten sind, wo eine präzise Steuerung der Stellgliedposition nicht implementiert ist. Ferner wird be merkt, dass die Rückstellfedern 156 entfallen können, wenn eine Positionsrückkopplung zur Verfügung steht, oder wenn die Genauigkeit der Position der Ventilspule 132 kein Problem darstellt, wie in Fig. 5 gezeigt.The actuator assembly 110 may have a return spring 156 which is disposed around both ends of the shaft portion 134 of the valve spool 132 between the housing 126 and a retaining element 158 which is radial, starting from the shaft portion 134 , with one end and a coupling 166 at extends to the other end. The retention element 158 is connected to the shaft portion 134 by suitable means, such as mechanical fasteners (not shown). The clutch 166 is connected to both the shaft portion 134 of the valve coil 132 and the end portion 150 of the core coil 146 . The return springs 156 are also of the coil spring type. The return springs 156 return the valve spool 132 to a predetermined position when the piezoelectric actuator 138 is not activated. It is noted that the return springs 156 are held where precise control of the actuator position is not implemented. It is also noted that the return springs 156 can be eliminated if position feedback is available or if the accuracy of the position of the valve spool 132 is not a problem, as shown in FIG. 5.
Wenn der Stellgliedaufbau 110 sich in Betrieb befindet, steu ert die Steuereinheit 22 das piezoelektrische Stellglied 138, um die Strömung von Hydraulikfluid, wie etwa Öl, durch das Hydraulikventil 125 zu ermöglichen. Strom bzw. Energie von der Steuereinheit 22 wird durch die piezoelektrischen Motoren 152 empfangen, die eine Antriebsfrequenz an die Kernspule 146 anlegen. Da die Motoren 152 mit der Kernspule 146 verbunden sind, wird auf die Kernspule 146 unter Hervorrufung einer Be wegung eine unsymmetrische Antriebskraft ausgeübt. Die perio dische Natur der Antriebskraft mit Frequenzen, die viel höher sind als die mechanische Resonanz der Kernspule 146, erlaubt eine kontinuierliche, gleichmäßige Bewegung für eine unbe grenzte Wegstrecke, während eine hohe Auflösung und Positio nierungsgenauigkeit beibehalten sind. Die Linearbewegung der Kernspule 146 ihrerseits bewegt die Ventilspule 132 in der jeweiligen Richtung in linearer Weise zum Steuern oder Regeln der Hydraulikfluidströmung zwischen der Pumpe 16, dem Tank 14 und dem Stellglied 18 durch das Hydraulikventil 125. Es wird bemerkt, dass es sich bei dem Hydraulikventil 125 um ein dop pelt wirkendes Ventil mit einer Doppelwirkungsventilspule 132 handelt, die durch ein lineares, piezoelektrisches Stellglied 138 betätigt ist.When the actuator assembly is in operation 110, steu ert the control unit 22, the piezoelectric actuator 138 to allow the flow of hydraulic fluid such as oil, through the hydraulic valve 125th Current from the control unit 22 is received by the piezoelectric motors 152 that apply a drive frequency to the core coil 146 . Since the motors 152 are connected to the core coil 146, is applied to the core coil 146 under a loading movement eliciting an unbalanced driving force. The periodic nature of the driving force with frequencies that are much higher than the mechanical resonance of the core coil 146 allows continuous, smooth movement for an unlimited distance, while maintaining high resolution and positioning accuracy. The linear movement of the core coil 146 in turn moves the valve coil 132 in the respective direction in a linear manner to control or regulate the hydraulic fluid flow between the pump 16 , the tank 14 and the actuator 18 through the hydraulic valve 125 . It is noted that the hydraulic valve 125 is a double acting valve with a double acting valve spool 132 which is actuated by a linear piezoelectric actuator 138 .
Die vorliegende Erfindung ist vorstehend beispielhaft erläu tert worden. Es wird bemerkt, dass die verwendete Terminolo gie die Offenbarung in keinster Weise beschränkt. Zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung erschließen sich angesichts der vorstehend genannten Lehren, und sämtliche von ihnen liegen im Umfang der anliegenden An sprüche.The present invention is exemplified above been tert. It is noted that the terminolo used do not limit revelation in any way. numerous Modifications and modifications of the present invention in view of the above teachings, and all of them are within the scope of the attached appendix claims.
Claims (20)
Ein Hydraulikventil, das mit einer Fluidquelle fluidmä ßig verbunden ist, und das eine Ventilspule zum Regeln der Fluidströmung durch es hindurch zu einem Stellglied aufweist; und
ein piezoelektrisches Stellglied, das mit dem Hydraulik ventil zum Bewegen der Ventilspule, ansprechend auf dar an angelegte Signale, verbunden ist.1. Actuator structure for a hydraulic system, comprising:
A hydraulic valve fluidly connected to a fluid source and having a valve spool for regulating fluid flow therethrough to an actuator; and
a piezoelectric actuator connected to the hydraulic valve for moving the valve spool in response to signals applied thereto.
Ein Hydraulikventil, das mit einer Fluidquelle fluidmäBig verbunden ist, und eine Ventilspule zum Regeln einer Fluidströmung durch es hindurch zu einem Stellglied auf weist; und
ein piezoelektrisches Stellglied, das mit dem Hydraulik ventil verbunden ist und zumindest einen piezoelektri schen Motor zum Bewegen der Ventilspule, ansprechend auf daran angelegte Signale, aufweist.13. Actuator structure for a hydraulic system, comprising:
A hydraulic valve fluidly connected to a fluid source and having a valve spool for regulating fluid flow therethrough to an actuator; and
a piezoelectric actuator connected to the hydraulic valve and having at least one piezoelectric motor for moving the valve spool in response to signals applied thereto.
Einen Tank zur Aufnahme von Hydraulikfluid;
ein Stellglied zum Empfangen des Hydraulikfluids;
eine Pumpe, die mit dem Tank fluidmäßig verbunden ist, um Hydraulikfluid von dem Tank zu dem Stellglied zu pum pen;
einen Motor, der mit der Pumpe verbunden ist, um die Pumpe anzutreiben, um Hydraulikfluid zu pumpen;
einen piezoelektrischen Stellgliedaufbau, der mit dem Tank und dem Stellglied fluidmäßig verbunden ist; und
eine Steuereinheit, die mit dem Motor und dem Stell gliedaufbau elektrisch verbunden ist, um den piezoelekt rischen Stellgliedaufbau so zu steuern, dass Hydrau likfluid durch das Hydraulikventil zu strömen vermag.20. hydraulic system, comprising:
A tank for holding hydraulic fluid;
an actuator for receiving the hydraulic fluid;
a pump fluidly connected to the tank to pump hydraulic fluid from the tank to the actuator;
a motor connected to the pump to drive the pump to pump hydraulic fluid;
a piezoelectric actuator assembly fluidly connected to the tank and the actuator; and
a control unit that is electrically connected to the motor and the actuator assembly to control the piezoelectric actuator assembly so that hydraulic fluid can flow through the hydraulic valve.
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