DE102005058673A1

DE102005058673A1 - Positionsrückkopplungsservoventil-Stellorgan für ein Spulensteuerventil

Info

Publication number: DE102005058673A1
Application number: DE200510058673
Authority: DE
Inventors: Dennis R. Pewaukee Barber
Original assignee: Husco International Inc
Current assignee: Husco International Inc
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2006-07-13
Also published as: US20060130914A1; US7422033B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil vom Spulentyp, das durch ein elektrisch angetriebenes Servoventil angetrieben ist. Ein Servokolben ist an der Steuerspule angebracht. Wenn ein elektrisches Stellorgan die Servospule bewegt, wird ein größerer Druck an eine Seite des Servokolbens angelegt als an die andere Seite, wodurch eine Bewegung der Steuerspule hervorgerufen wird. Wenn die Steuerspule die gewünschte Stellung erreicht, legt ihre Positionsbeziehung zu dem Servoventil eine Druckdifferenz über dem Servokolben fest, der eine Nettokraft auf die Steuerspule ausübt, die eine Federkraft ausgleicht, die auf die Steuerspule einwirkt. Hierdurch wird eine Gleichgewichtsstellung festgelegt, in der die Steuerspule bleibt, bis eine nachfolgende Bewegung der Steuerspule auftritt, die die Druckdifferenz über dem Servokolben ändert.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft servobetätigte Hydrauliksteuerventile. Insbesondere betrifft die Erfindung elektrisch betätigte Servoventile mit Positionsrückkopplungsmechanismus.

Landwirtschaftliche Traktoren und dergleichen Arten hydraulisch betätigter Maschinen weisen üblicherweise Komponenten auf, die durch eine Hydraulikzylinder/Kolbenanordnung bewegt werden. Der Kolben gleitet innerhalb des Zylinders und unterteilt das Zylinderinnere in zwei Kammern. Durch selektives Anlegen von unter Druck stehendem Hydraulikfluid an eine Kammer und Abziehen von Hydraulikfluid aus der anderen Kammer kann sich der Kolben zwangsweise innerhalb des Zylinders in entgegengesetzter Richtung bewegen. Diese Bewegung treibt eine Stange an, die zwischen dem Kolben und einer Komponente der Maschine in Verbindung gebracht ist.

Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Hydraulikbasissystem 10 für eine Maschine einen Zylinder 12 und einen Kolben 14, der durch ein manuell betätigtes Spulensteuerventil 16 mit einem Paar von Zufuhr- und Rückführleitungen 18 und 20 verbunden ist. Die Zufuhrleitung 18 empfängt unter Druck stehendes Fluid von einer Pumpe 22, während die Rückführleitung 20 Hydrau likfluid von dem Zylinder 12 zurück in einen Tank 24 überführt. Bei dem Steuerventil 16 handelt es sich um ein herkömmliches, manuell betätigtes Dreistellungs-Vierwegespulenventil mit einem Paar von Arbeitsanschlüssen 15, MIT denen die Kammern des Zylinders 12 in Verbindung stehen. Die zentrale bzw. neutrale Stellung des Steuerventils trennt den Hydraulikzylinder 12 von sowohl der Zufuhrleitung 18 wie der Rückführleitung 20. In den beiden anderen Stellung des Steuerventils 16 ist die Zufuhrleitung 18 mit einer der Zylinderkammern 26 bzw. 28 verbunden und die andere Kammer ist mit dem Tank 24 über die Rückführleitung 20 verbunden.

In landwirtschaftlichen Anlagen besteht aktuell ein Trend weg von einer manuellen Betätigung von Hydraulikventilen zu elektrisch betätigten Ventilen. Dies erlaubt es nicht nur, dass die Ventile entfernt von der Bedienpersonstellung angeordnet werden können; vielmehr erlaubt dies eine Computersteuerung der Ventile, wodurch ausgeklügeltere Funktionen bereitgestellt werden können. Durch elektrische Steuervorgänge manipuliert die Bedienperson einen Steuerknüppel oder eine andere Art einer elektrischen Eingabeeinrichtung zum Senden von Signalen zu einem Mikrocomputer basierten Controller, wodurch die gewünschte Bewegung der zugehörigen Komponenten der landwirtschaftlichen Anlage angezeigt wird. Der Controller interpretiert die elektrischen Signale von der Eingabeeinrichtung der Bedienperson und erzeugt Steuersignale, die die Hydraulikventile betätigen, die ein Hydraulikstellorgan steuern, das die gewünschte Bewegung erzeugt.

Um ein herkömmliches Spulenventil in reziproken Richtungen zu bewegen, sind typischerweise Solenoidstellorgane an gegenüberliegenden Enden der Spule angebracht. Jedes Solenoid wird unabhängig zur Bewegung der Spule in der geeigneten Richtung in einer Stellung mit Energie versorgt, in der der geeignete Fluidstrom zu dem Hydraulikzylinder und ausgehend von diesem stattfindet. Obwohl eine Beziehung zwischen der Höhe des elektrischen Stroms, der an ein Solenoid angelegt wird, und der resultierenden Spulenstellung besteht, variiert diese Beziehung von Ventil zu Ventil und ändert sich außerdem während der Lebensdauer von jedem Ventil auf Grund einer Anzahl von Faktoren. Verschiedene Arten von Stellungserfassungseinrichtungen sind deshalb an dem Spulenventil angebracht worden und stellen ein elektrisches Rückkopplungssignal für den Controller bereit, das die tatsächliche Stellung der Spule anzeigt. Der Controller vergleicht die tatsächliche Stellung mit der gewünschten Stellung bzw. die Ist-Stellung mit der Soll-Stellung der Spule und stellt den elektrischen Strom ein, der der Solenoidwicklung zugeführt wird, um die Spule in der gewünschten Stellung zu positionieren. Obwohl diese Positionserfassungsrückkopplungsmechanismen in zufrieden stellender Weise arbeiten, erfordern sie zusätzliche elektrische Komponenten, was zu den Kosten und der Komplexität des solenoidbetätigten Spulenventils beiträgt.

Außerdem besteht eine Grenze für die Kraft und den Hub, die ein Solenoidstellventil auf das Spulensteuerventil ausüben kann, was wiederum die Strömung bzw. den Durchfluss und die Druckfähigkeit des Ventils beschränkt. Um diese Begrenzungen zu überwinden, kann das Spulensteuerventil durch ein Servoventil betätigt werden, das direkt durch das Solenoidstellorgan gesteuert wird. Obwohl ein Servoventiloperator eine höhere Durchfluss- und Druckfähigkeit ausgehend vom Hauptsteuerventil erzielt, hat er Nachteile in seinem Leistungsvermögen, wie etwa bezüglich Hysterese, Positionsauflösung und Fähigkeit zur Reaktion auf kleine Änderungen der befohlenen Stellung. Diese Beschränkungen resultieren aus der offenen Schleifennatur der servobetätigten Ventilsteuerung. Bessere Steuermechanismen sind für elektrisch betätigte Spulenventile deshalb erwünscht.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein erfindungsgemäßer Ventilaufbau umfasst eine Steuerspule, die Fluidströmung zwischen zumindest einem Arbeitsanschluss und Zufuhr- und Rückführdurchlässen steuert. Die Steuerspule wird durch ein Servoventil betätigt, das eine Kolbenbohrung umfasst, die in einem Körper des Ventilaufbaus gebildet ist, und in die sich ein Abschnitt der Steuerspule erstreckt. Ein Servokolben ist mit der Steuerspule verbunden und in der Kolbenbohrung gleitend aufgenommen, wodurch eine erste Kammer und eine zweite Kammer in der Kolbenbohrung auf gegenüberliegenden Seiten des Servokolbens festgelegt werden. Eine Servospule ist in dem Körper gleitverstellbar aufgenommen und relativ zu der Steuerspule zum Öffnen und Schließen eines Fluidpfads zwischen der ersten Kammer und sowohl dem Zufuhrdurchlass wie einem Rückführdurchlass beweglich, und zwischen der zweiten Kammer und sowohl dem Zufuhrdurchlass wie einem Rückführdurchlass. Ein lineares Stellorgan, wie etwa ein Solenoid oder ein Schrittmotor beispielsweise, ist betätigbar angeschlossen, um die Servospule relativ zur Steuerspule zu bewegen.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Ventilaufbaus fluchtet die Kolbenbohrung mit einem Abschnitt der Bohrung zur Spulensteuerung. Die Kolbenbohrung umfasst eine erste Öffnung, die entweder mit dem Zufuhrdurchlass oder dem Rückführdurchlass kommuniziert, und sie umfasst eine zweite Öffnung, die mit dem anderen Durchlass, dem Zufuhrdurchlass und dem Rückführdurchlass kommuniziert. Die Steuerspule erstreckt sich durch den rohrförmigen Servokolben und ist mit diesem verbunden. Eine Einfüllöffnung bzw. ein Einfülldurchbruch in dem Servokolben kommuniziert mit der ersten Öffnung und dem Körper und mit der zweiten Öffnung bzw. einem zweiten Durchbruch in der Steuerspule.

Eine Servospule ist in der Servobohrung in der Steuerspule gleitverstellbar aufgenommen und der erste Durchbruch mündet in die Servobohrung aus. Die Servospule besitzt eine erste Stellung, in der sie einen ersten Durchlass zwischen dem ersten Durchbruch und der ersten Kammer in der Zylinderbohrung öffnet, und einen zweiten Durchlass zwischen dem ersten Durchbruch und der zweiten Kammer in der Zylinderbohrung öffnet. In einer zweiten Stellung öffnet die Servospule den ersten Durchlass und einen dritten Durchlass zwischen der zweiten Kammer und der zweiten Öffnung in der Zylinderbohrung. In einer dritten Stellung öffnet die Servospule den zweiten Durchlass und einen vierten Durchlass zwischen der ersten Kammer und der zweiten Öffnung. Ein lineares Stellorgan ist betriebsmäßig in Verbindung gebracht, um die Servospule in der Steuerspule zu bewegen.

In einer weiteren Ausführungsform besitzt der Ventilaufbaukörper eine Kolbenbohrung und eine getrennte Servoventilbohrung, die in die Kolbenbohrung mündet. Ein Servokolben ist mit der Steuerspule verbunden und in der Kolbenbohrung gleitverstellbar aufgenommen, wodurch die ersten und zweiten Kammern in der Kolbenbohrung festgelegt sind. Der Servokolben besitzt eine Oberfläche vorbestimmter Kontur, wie etwa beispielsweise einer linearen Verjüngung. Der Körper enthält ferner einen ersten Servodurchlass, der sich von der ersten Kammer zu der Servoventilbohrung erstreckt, und einen zweiten Servodurchlass, der sich von der zweiten Kammer zu der Servo ventilbohrung erstreckt. Der Zufuhrdurchlass mündet ebenfalls in die Servoventilbohrung.

Eine rohrförmige Servobuchse ist in der Servoventilbohrung gleitverstellbar aufgenommen und besitzt eine Außenseite und eine Innenseite, die eine Servospulenbohrung festlegen. Mehrere Querdurchlässe erstrecken sich zwischen den Innen- und Außenseiten und kommunizieren mit dem Zufuhrdurchlass, dem ersten Servodurchlass und dem zweiten Servodurchlass. Die rohrförmige Servobuchse steht im Eingriff mit der Oberfläche des Servokolbens, wobei die Bewegung des Servokolbens eine Bewegung der rohrförmigen Servobuchse erzeugt. Eine Servospule ist innerhalb der rohrförmigen Servobuchse in mehrere Stellungen beweglich, die Fluidpfade zwischen ausgewählten Kombinationen der mehreren Querdurchlässe bereitstellen. Ein lineares Stellorgan ist mit der Servospule zum Bewegen der Servospule in der rohrförmigen Servobuchse verbunden.

Eine Bewegung der Servospule durch das lineare Stellorgan öffnet Pfade für Fluid, damit dieses zu den Kammern und aus diesen heraus auf gegenüberliegenden Seiten des Servokolbens strömt, wodurch die Steuerspule bewegt wird. Wenn sich der Servokolben bewegt, reitet die Servobuchse entlang der konturierten Servokolbenoberfläche, die eine Bewegung der Servobuchse innerhalb der Servobohrung erzeugt. Dies führt zu einer Rückkopplungsanzeige des Orts der Steuerspule. Wenn sich die Steuerspule am gewünschten Ort befindet, hat sich die Servobuchse in eine Stellung bewegt, in der die Kammern auf den gegenüberliegenden Seiten des Servokolbens von dem Zufuhrdurchlass abgeschlossen sind. Dies beendet eine weitere Bewegung des Servokolbens und der Steuerspule, bis das lineare Stellorgan die Stellung der Servospule ändert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Hydraulikbasissystem in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik;
2 zeigt eine Querschnittsansicht durch einen Ventilaufbau mit einer Steuerspule, die durch ein Servoventil betätigt wird, das einen Spulenstellungsrückkopplungsmechanismus in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufweist;
3 zeigt einen vergrößerten Querschnitt des Servoventils, wenn die Steuerspule zentriert ist;
4 und 5 zeigen das Servoventil in zwei Stufen der Bewegung der Steuerspule in einer Richtung ausgehend vom Zentrum;
6 und 7 zeigen das Servoventil in zwei Stufen der Bewegung der Steuerspule in der entgegengesetzten Richtung ausgehend vom Zentrum;
8 zeigt eine Teilquerschnittsansicht durch einen zweiten Ventilaufbau in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wobei ein Servoventil mit der Steuerspule ausgerichtet ist, wobei sich die Komponenten in zentrierter Stellung befinden;
9 und 10 zeigen das Servoventil in zwei Stufen der Bewegung der Steuerspule in einer Richtung ausgehend vom Zentrum; und
11 zeigt das Servoventil, das in der entgegengesetzten Richtung ausgehend vom Zentrum bewegt wird.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Das herkömmliche, manuell betätigte Spulenventil 16 in 1 kann durch den elektrisch betätigten Ventilaufbau 30 ersetzt werden, der in 2 gezeigt ist. Mehrere derartige Ventilaufbauten 30, einen für jeden Hydraulikzylinder, können miteinander liegend angebracht werden, um eine Ventilkonstruktion für ein Hydrauliksystem der Maschine zu bilden.
Der Ventilaufbau 30 weist ein Gehäuse 32 mit einem Hauptventilgehäuse 34 mit einem Zufuhrdurchlass 50 auf, der mit der Zufuhrleitung 18 von der Pumpe 22 und einem Satz von Tankdurchlässen 52 verbunden ist, die mit der Rückführleitung 20 verbunden sind. Die Zufuhr- bzw. Versorgungs- und Tankdurchlässe 50 und 52 erstrecken sich in der Zeichnungsebene ausgehend von einem Ventilaufbau zum nächsten Ventilaufbau. Eine Steuerspule 36 ist in einer Bohrung 38 in dem Hauptventilgehäuse 34 aufgenommen und in einer neutralen zentralen Stellung dargestellt, in der Fluid nicht durch das Ventil strömt. Eine Federanordnung 47 ist mit einem Ende der Steuerspule 36 verbunden und spannt die Steuerspule in die neutrale zentrale Stellung vor.
Die Steuerspule 36 bewegt sich hin- und herlaufend in der Bohrung 38 durch Betätigung eines Servoventils 44, das am gegenüberliegenden Ende der Steuerspule von der Federanordnung 47 angebracht ist. Abhängig davon, in welcher Richtung sich die Steuerspule 36 bewegt, werden Pfade erzeugt, die unter Druck stehendes Hydraulikfluid durch einen der Arbeitsanschlüsse bzw. Öffnungen 46 bzw. 48 zur unteren oder oberen Kammer 26 oder 28 des Zylinders 12 richtet, wodurch der Kolben 14 jeweils auf- oder abwärts angetrieben wird (1). Die Stellung der Steuerspule 36 in der Bohrung 38 bestimmt die Menge dieses Fluiddurchsatzes und damit die Geschwindigkeit des Zylinderkolbens 14. Bezugnahmen auf Richtungsbeziehungen und die Bewegung, wie etwa nach oben und unten bzw. links und rechts, beziehen sich auf die Beziehung und die Bewegung der Ventilkomponenten in der in den Zeichnungen dargestellten Ausrichtung, bei der er sich nicht um die Ausrichtung der Komponenten handeln kann, wenn diese in der Maschine angebracht sind.
Um den Kolben 14 anzuheben, bewegt die Maschinenbedienperson die Steuerspule 36 aus der dargestellten zentralen Stellung nach rechts. Hierdurch wird ein Pfad geöffnet, der Fluid aus dem Zufuhrdurchlass 50 durch eine Dosieröffnung strömen lässt, die durch einen Satz von Kerben 40 in der Steuerspule 36 gebildet ist, und durch einen herkömmlichen Druckkompensator 54 in einen Brückendurchlass 56 hinein. Das Hydraulikfluid breitet sich weiter aus ausgehend vom Brückendurchlass 56 zu einem ersten Arbeitsanschlussdurchlass 58 hinter einem ersten Druckentlastungsventil 60 und hinaus aus dem ersten Arbeitsanschluss 46 zu der unteren Kammer 26 des Zylinders 12.
Der an die untere Zylinderkammer 26 angelegte Druck veranlasst den Kolben 14 dazu, sich aufwärts zu bewegen, wodurch Hydraulikfluid aus der oberen Zylinderkammer 28 gedrängt wird. Dieses austretende Fluid strömt in den zweiten Arbeitsanschluss 48 hinter einer zweiten Druckentlastungsventil 64 und durch den zweiten Arbeitsanschlussdurchlass 52 in die Spulenbohrung 38. Die vorliegende Stellung der Steuerspule 36 erzeugt einen Pfad zwischen dem zweiten Arbeitsanschlussdurchlass 62 und einem der Tankdurchlässe 52 in dem Hauptventilgehäuse 34.
Um den Kolben 14 abzusenken, wird die Steuerspule 36 nach links bewegt, wodurch ein entsprechender Satz von Pfaden derart geöffnet wird, dass sich Fluid aus dem Zufuhrdurchlass 50 über den Brückendurchlass 56 und den zweiten Arbeitsanschlussdurchlass 62 zu dem zweiten Arbeitsanschluss 48 ausbreitet. Die neue Spulenstellung bildet einen weiteren Pfad, durch den Fluid, das aus der unteren Zylinderkammer 26 ausgelassen wird, durch den ersten Arbeitsanschluss 46 zu dem anderen Tankdurchlass 52 in dem Hauptventilgehäuse 34 strömt.
Die Steuerspule 36 wird in Reaktion auf Kräfte bewegt, die durch das Servoventil 44 angelegt werden, das ein Servogehäuse 70 aufweist, das an dem Hauptventilgehäuse 34 durch ein geeignetes Mittel angebracht ist, wie etwa durch Maschinenschrauben (nicht gezeigt). Alternativ können das Servogehäuse 70 und das Hauptventilgehäuse 34 durch einen einzigen Metallguss für den Körper 32 gebildet sein. Das Servogehäuse 70 weist eine Kolbenbohrung 72 auf, die mit der Spulenbohrung 38 in dem Hauptventilgehäuse 34 fluchtet. Ein Servokolben 74 ist an dem Ende der Steuerspule 36 angebracht, das von dem Ventilgehäuse 34 in die Kolbenbohrung 72 vorsteht. Der Servokolben 74 ist an der Steuerspule 36 durch eine Mutter 77 (wie gezeigt) durch eine Maschinenschraube oder durch einen anderen geeigneten Mechanismus fest angebracht. Der Servokolben 74 und die Steuerspule 36 gleiten deshalb innerhalb der Bohrungen 38 und 72 als integraler Aufbau. Alternativ können der Servokolben 74 und die Steuerspule 36 aus einem Material einstückig hergestellt sein.
Eine erste Servokammer 76 ist in der Kolbenbohrung 72 zwischen dem Servokolben 74 und einem Steg der Steuerspule 36 erzeugt, und eine zweite Servokammer 78 ist zwischen dem Servokolben 74 und einem Stopfen 80 gebildet, der das offene En de der Kolbenbohrung verschließt. Der Servokolben 74 weist eine Ringausnehmung 82 mit einer verjüngten Fläche 84 auf, die eine Zwischenservokammer 86 zwischen den ersten und zweiten Servokammern 76 und 78 festlegt und von dort durch Elemente des Servokolbens 74 isoliert sind. Eine Verzweigung des Tankdurchlasses 52 kommuniziert mit der Zwischenservokammer 86.
Eine Servoventilbohrung 90 mündet in die Zwischenservokammer 86 aus und erstreckt sich orthogonal ausgehend von der Kolbenbohrung 72 zur einer Oberfläche des Servogehäuses 70. Ein erster Servodurchlass 92 erstreckt sich ausgehend von der ersten Servokammer 76 zu in etwa dem Mittenpunkt entlang der Länge der Servoventilbohrung 90. Ein zweiter Servodurchlass 94 erstreckt sich ausgehend von der zweiten Servokammer 78 zu einem Ort in der Servoventilbohrung 90 zwischen der Öffnung des ersten Servodurchlasses 92 und der Kolbenbohrung. Eine Verzweigung des Zufuhrdurchlasses 50 erstreckt sich in das Servogehäuse 70 hinein und mündet in die Servoventilbohrung 90 zwischen den ersten und zweiten Servodurchlässen 92 und 94. Ein Servobrückendurchlass 96 erstreckt sich zwischen der Öffnung des Zufuhrdurchlasses 50 in die Servoventilbohrung 90 und einen weiteren Punkt entlang der Servoventilbohrung auf einer entfernten Seite des ersten Servodurchlasses 92.
Die rohrförmige Servobuchse 98 ist in der Servoventilbohrung 90 gleitverschiebbar aufgenommen und weist einen Vorsprung 99 auf, der sich in die Kolbenbohrung 72 erstreckt und mit der Oberfläche der Kolbeneintiefung 82 im Eingriff steht. Das gegenüberliegende Ende der Servobuchse 98 ist in Richtung auf den Servokolben 74 durch eine erste Feder 107 vorgespannt. Die rohrförmige Servobuchse 98 weist eine Servospulenbohrung 95 auf. Die Servobuchse 98 weist vier Sätze von Querdurchläs sen 101, 102, 103 und 104 auf, die sich zwischen ihren gegenüberliegenden Innen- und Außenseiten erstrecken. Wenn sich die Servobuchse 98 in der Servoventilbohrung 90 gleitend bewegt, steht jeder dieser Querdurchlässe 101–104 weiterhin in Kommunikation mit einem der Durchlässe 94, 50, 92 und 96 in dem Servogehäuse 70.
Eine Servospule 100 ist in der zentralen Öffnung der Servobuchse 98 gleitverschiebbar aufgenommen und in Richtung auf das Ende der Buchse mit dem Vorsprung 99 durch eine zweite Feder 109 vorgespannt. Das obere Ende der Servospule 100 weist einen Kopf 108 auf, der mit einem Schlitz in einer Welle 110 eines Schrittmotors 112 im Eingriff steht. Die Drehung des Schrittmotors 112 veranlasst die Welle 110 dazu, sich linear in das Motorgehäuse hinein und aus diesem heraus zu bewegen, wodurch die Servospule 100 innerhalb der Servobuchse 98 auf- und abwärts bewegt wird. Wie erläutert werden wird, öffnet und schließt die Bewegung zwischen der Servospule 100 und der Servobuchse 98 die Querdurchlässe 101–104 in der Servobuchse. Kerben 105 und 106 in der Servospule 100 stellen Durchlässe zwischen diesen Durchbrüchen bereit. Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem Schrittmotor 112 erläutert wird, der eine Linearbewegung der Servospule 100 erzeugt, können andere Arten von linearen Stellorganen, wie etwa eine Servospule, anstelle des Schrittmotors verwendet werden. Ein Schrittmotor ist jedoch bevorzugt, weil dieser eine größere Bewegungsauflösung bereitstellt.
Um die Steuerspule 36 in den Zeichnungen nach rechts zu bewegen, wird der Schrittmotor 112 zum Drehen seiner Welle 110 in eine Richtung aktiviert, in der sich die Servospule 100 hinauf in eine Stellung bewegt, wie sie in 4 gezeigt ist. In dieser Ausrichtung wird ein Pfad entlang der Servospule 100 zwischen den zweiten und dritten Querdurchlässen 102 und 103 der Buchse 98 erzeugt. Diese Querdurchlässe 102 und 103 fluchten mit dem Tankdurchlass und dem ersten Servodurchlass 92 in dem Servogehäuse 70. Diese Ausrichtung kommuniziert unter Druck stehendes Fluid von dem Zufuhrdurchlass 50 zu der ersten Servokammer 76. Zu diesem Zeitpunkt stellt die Stellung der Servospule 100 einen weiteren Pfad zwischen dem ersten Querdurchlass 101 und der Innenbohrung 91 der Servobuchse 98 bereit. Der erste Querdurchlass 101 fluchtet mit dem zweiten Servodurchlass 94 in dem Servogehäuse 70. Dadurch kann Fluid aus der zweiten Servokammer 78 in die Innenbohrung 91 und durch einen Enddurchbruch 116 in die Zwischenservokammer 86 strömen, ausgehend von der das Fluid in den Tankdurchlass 52 strömt. Dies senkt den Druck in der zweiten Servokammer 78. Hierdurch treibt das Druckfluid, das in die erste Servokammer 76 geleitet wird, den Servokolben 74 und die daran angebrachte Steuerspule 36 in den Zeichnungen nach rechts, wodurch Fluid zu den beiden Arbeitsanschlüssen 46 und 48 sowie aus diesen heraus strömen kann, wie vorstehend unter Bezug auf 2 erläutert.
Wenn sich der Servokolben 74 nach links bewegt, reitet der Vorsprung 99 der Servobuchse 98 auf der Schrägfläche 84 des Servokolbens 74 hinauf. Hierdurch wird die Servobuchse 98 hinauf in der Servoventilbohrung 90 gegen die Kraft der ersten Feder 107 geschoben sowie in die in 5 gezeigte Stellung. Wenn sich der Servokolben 74 und die daran angebrachte Steuerspule 36 in die gewünschte Stellung bewegt haben, die durch die Höhe des Stroms festgelegt ist, der dem Schrittmotor 112 zugeführt wird, hat sich die Servobuchse 98 in eine Stellung bewegt, in der die Querdurchlässe 101 und 103 geschlossen sind auf Grund einer Ausrichtung mit Stegen auf der Servospule 100. Diese Ausrichtung führt zu einer Blockade der Fluidströmung zu sowie aus den beiden Servokammern 76 und 78, wodurch eine weitere Bewegung des Servokolbens 74 beendet wird.
Es wird bemerkt, dass der Grad, mit dem sich die Servobuchse 98 innerhalb des Servogehäuses 70 auf Grund eines Eingriffs der Schrägfläche des Servokolbens 74 bewegt, dem Grad entspricht, mit dem die Servospule 100 durch den Schrittmotor 112 bewegt worden ist. Diese Relativbewegung der Servobuchse 98 stellt einen Stellungsrückkopplungsmechanismus bereit, der die Fluidströmung bzw. den Fluiddurchfluss beendet, wenn der Servokolben 74 und die Steuerspule 36 geeignet positioniert sind.
Wenn daraufhin andere Kräfte eine Bewegung der Steuerspule 36 und des Servokolbens 74 erzeugen sollten, erzeugt der Eingriff des Servobuchsenvorsprungs 99 mit der Buchsenschrägfläche 84 eine entsprechende Bewegung der Servobuchse (unter Schrägfläche wird vorliegend auch eine verjüngte Fläche verstanden). Diese Bewegung der Servobuchse öffnet erneut die beiden Servodurchlässe 92 und 94 und dadurch wird weiteres unter Druck stehendes Fluid an die Servokammern 76 und 78 angelegt bzw. diesen zugeführt und die Steuerspule in die gewünschte Stellung rückgeführt.
Wenn es erwünscht ist, den Servokolben 74 und die Steuerspule 36 nach links aus der in 3 gezeigten zentralen Stellung zu bewegen, wird der Schrittmotor 112 betätigt, um die Servospule 100 innerhalb der Servobuchse 98 nach unten zu bewegen. Dies führt zu einer Flucht von Servospule und Buchse, wie in 6 gezeigt, wodurch ein Pfad durch die Servobuchse 98 zwischen dem Zufuhrdurchlass 50 und dem zweiten Servodurchlass 94 erzeugt wird. Dieser Pfad führt zur Anlage von unter Druck stehendem Fluid aus dem Zufuhrdurchlass 50 an die zweite Servokammer 78. Fluid aus dem Zufuhrdurchlass 50 strömt außerdem durch die Servobuchse 98, durch den Servobrückendurchlass 96 und in den vierten Querdurchlass 104 der Servobuchse. Von dort strömt das Fluid weiter um den Servokolben 74 zu dem dritten Querdurchlass 103 und in den ersten Servodurchlass 92 in dem Servogehäuse 70. Dadurch kann unter Druck stehendes Fluid aus dem Zufuhrdurchlass 50 in die erste Servokammer 76 eintreten. Es wird bemerkt, dass sich jeglicher Druck am unteren Ende der Servospulenbohrung 95 in der Buchse 98 durch die Zwischenservokammer 86 in die Tankdurchlässe 52 ausbreitet, wodurch jeglicher Druck in diesen Bereichen des Servoventilaufbaus abgebaut wird.
Diese Ausrichtung der Servospule 100 führt zur Anlage von unter Druck stehendem Fluid aus der Zufuhrleitung 50 sowohl an die erste wie die zweite Servokammer 76 und 78 auf gegenüberliegenden Seiten des Servokolbens 74. Es wird bemerkt, dass der Druck innerhalb der Servokammer 76 auf eine relativ kleine Oberfläche des Servokolbens 74 einwirkt im Vergleich zu der kombinierten Oberfläche des Kolbens in der zweiten Servokammer 78. Auf Grund dieser Oberflächendifferenz zwingt das unter Druck stehende Fluid in der zweiten Servokammer 78 den Servokolben 74 und die daran angebrachte Steuerspule 36 in 6 nach links. Diese Bewegung öffnet die Kommunikation innerhalb des Hauptventilgehäuses 34 zwischen den Arbeitsöffnungen 46 und 48 und dem Zufuhrdurchlass und den Tankdurchlässen 52.
Wenn sich der Servokolben 74 nach links bewegt, bewegt sich der Vorsprung 99 der Servobuchse 98 nach unten entlang der verjüngten Fläche bzw. Schrägfläche 84 des Kolbens auf Grund der Vorspannwirkung der Feder 107, wie in 7 gezeigt.
Wenn der Servokolben 74 und die Steuerspule 36 die gewünschte Stellung erreichen, hat sich die Servobuchse 98 in eine Stellung bewegt, in der die ersten und dritten Querdurchlässe 101 und 103 in der Servobuchse 98 durch Stege auf der Servospule 100 geschlossen werden. Diese Stellung beendet eine weitere Anlage des unter Druck stehenden Fluids an den ersten und zweiten Servokammern 76 und 78, wodurch der Servokolben 74 und die Steuerspule 36 in der aktuellen Stellung bleiben.
Aus dieser Stellung öffnet eine Bewegung der Servospule 100 durch den Schrittmotor 112 erneut die Kommunikation zwischen verschiedenen Querdurchlässen 101–104 in der Servobuchse 98 abhängig von der Richtung, in der sich die Servospule bewegt. Diese Aktion führt zur Anlage von unter Druck stehendem Fluid an einer oder an beiden Servokammern 76 und 78, wie vorstehend erläutert, und der Bewegung des Servokolbens 74 in eine neue gewünschte Stellung.
8 bis 10 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des vorliegenden Stellungsrückkopplungsservoventil-Stellorgans für ein Spulensteuerventil. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen in 2 bis 7 dadurch, dass die Servospule und das lineare Stellungsorgan in Reihe zu liegen kommen mit der Steuerspule bzw. mit dieser fluchten, anstatt orthogonal ausgerichtet zu sein. Diese zuletzt genannte Ausführungsform weist einen Ventilkörper 200 auf, der ähnlich ist zu dem Hauptventilgehäuse 34 in 2 mit der Ausnahme, dass die Spule 36 durch eine Spule 206 ersetzt ist, und dass das Servoventil 44 durch einen in 8 gezeigten Reihen-Servoventilaufbau ersetzt ist.
Wie in 8 gezeigt, mündet die Spulenbohrung 202 in eine koaxiale Kolbenbohrung 204 größeren Durchmessers. Die Kolben bohrung 204 erstreckt sich ausgehend von der Spulenbohrung zu einer Öffnung in der Oberfläche des Körpers 200. Eine Verzweigung 208 des Zufuhrdurchlasses 50 für den Ventilaufbau mündet in den zentralen Abschnitt der Kolbenbohrung 204 und einer der Tankdurchlässe 52 besitzt eine Öffnung in die Kolbenbohrung 204. Die Steuerspule 206 steht von der Spulenbohrung 202 in die Kolbenbohrung 204 vor. In einer alternativen Konfiguration kann die Kolbenbohrung 204 einen ähnlich bemessenen Querschnitt aufweisen wie die Spulenbohrung 202, wobei in diesem Fall der Außendurchmesser der Steuerspule in dem Kolbenbohrungsabschnitt verringert ist.
Der Abschnitt der Steuerspule 206 in der Kolbenbohrung 204 erstreckt sich durch einen rohrförmigen Servokolben, wodurch erste und zweite Kammern 234 und 238 in der Kolbenbohrung 204 festgelegt sind. Ein Eingriff des Servokolbens mit einer Außenumfangsfläche der Steuerspule 206 und der Oberfläche der Kolbenbohrung 204 stellt eine Fluidtrennung zwischen den ersten und zweiten Kammern 234 und 238 bereit. Die Außenumfangsfläche des Servokolbens 210 besitzt eine breite, zentral angeordnete ringförmige Nut 222, ausgehend von der sich mehrere Einlassöffnungen 224 zu einer Innenumfangsfläche erstrecken, die an der Steuerspule 206 anliegt. Ringförmige erste und zweite Innennuten 232 und 236 sind in der Innenfläche bzw. Innenumfangsfläche des Servokolbens 210 an gegenüberliegenden Enden gebildet.
Ein erster Satz von Queröffnungen bzw. -durchbrüchen 214 ist radial beabstandet um die Steuerspule 206 zur Bereitstellung von Fluidpfaden zwischen der Außenumfangsfläche und einer Servoventilbohrung 212 in der Steuerspule. Eine Ringkerbe erstreckt sich um die Außenumfangsfläche durch die Öffnungen des ersten Satzes von Querdurchbrüchen 214 und ein erster Schnappring 216 kommt innerhalb dieser Ringkerbe zu liegen. Ein ähnlicher zweiter Satz von Querdurchbrüchen 218 ist durch die Steuerspule 206 am gegenüberliegenden Ende des Servokolbens 210 angeordnet und ein zweiter Schnappring 220 passt in eine weitere Außennut, die durch die Öffnungen dieser Querdurchbrüchen 214 verläuft. Die beiden Schnappringe 216 und 220 fixieren die Stellung des Servokolbens 210 um die Steuerspule 206 und übertragen Kraft zwischen diesen.
Erste radiale Durchbrüche 226 sind radial um die Steuerspule 206 beabstandet und münden in eine Ringkerbe in der Innenseite des Servokolbens, der die Einlassöffnungen 224 verbindet, wodurch Durchlässe in die Servoventilbohrung 212 bereitgestellt werden. Zweite radiale Durchbrüche 228 durch die Steuerspule 206 befinden sich auf einer Seite der ersten radialen Durchbrüche 226 und dritte radialen Durchbrüche 230 in der Steuerspule 206 befinden sich auf der gegenüberliegenden Seite der ersten radialen Durchbrüche 226. Die erste Innennut 232 an einem Ende des Servokolbens 210 stellt einen Durchlass zwischen den zweiten radialen Durchbrüchen 228 und der ersten Kammer 234 in der Kolbenbohrung 204 zu einer Seite des Servokolbens 210 bereit. Die zweite Innennut 236 des Servokolbens 210 stellt einen Durchlass zwischen den dritten Querdurchlässen 230 in der Steuerspule 206 und der zweiten Kammer 238 auf der anderen Seite des Servokolbens 210 in der Kolbenbohrung 204 bereit.
Eine Servospule 240 ist in der Servoventilbohrung 212 am Ende der Steuerspule 206 gleitverschiebbar aufgenommen. Eine Vorspannfeder 242, die am Grund dieser Servoventilbohrung 212 zu liegen kommt, steht im Eingriff mit dem Innenende der Servospule 240 und neigt dazu, die Servospule aus der Bohrung heraus zu drängen. Die Servospule 240 besitzt einen primären Durchbruch 244 in Längsrichtung dort hindurch. Ein erster Satz von Auslassdurchbrüchen 246 erstreckt sich radial nach außen ausgehend von dem primären Durchbruch 244 zur Außenseite der Servospule 240. Der erste Satz von Auslassdurchbrüchen 246 mündet durch die Außenseite der Servospule an einer Stelle aus, die zwischen den Querdurchbrüchen 214 und den zweiten radialen Durchbrüchen 228 in der Steuerspule 206 zu liegen kommen, wenn die Steuerspule in der neutralen Stellung in 8 zentriert ist. Ein zweiter Satz von Auslassdurchbrüchen 248 erstreckt sich radial zwischen dem primären Durchbruch 244 und der Außenseite der Servospule 240, wobei Außenöffnungen zwischen dem zweiten Satz von Querdurchbrüchen 218 und den dritten Querdurchbrüchen 230 der Servospule in der zentrierten neutralen Stellung zu liegen kommen. Die Beziehung zwischen den Sätzen von Durchbrüchen 246 und 248 in der Servospule relativ zu den Durchbrüchen in der Steuerspule 206 ändert sich in Reaktion auf eine Bewegung zwischen diesen Komponenten, wie nachfolgend erläutert. Die Servospule 240 besitzt ebenfalls ringförmige erste und zweite Außennuten 243 und 245, die durch einen Steg 241 getrennt sind.
Eine Überlastfeder 250 kommt in einem vergrößerten Abschnitt des primären Durchbruchs 244 durch die Servospule 240 zu liegen und weist an einem Ende aus dem Ventilkörper 200 heraus. Ein Ende der Überlastfeder 250 liegt an einer Innenschulter des primären Durchbruchs 244 an und eine kappenförmige Federführung 252 ist in dem gegenüberliegenden Ende der Überlastfeder aufgenommen. Eine Halteklammer 254 passt in eine Ringkerbe in der Servoventilbohrung 212 der Steuerspule 206, um die Servospule 240 im Innern zu halten.
Ein Schrittmotor 256 dient als bidirektionales lineares Stellorgan, das, wenn es elektrisch angetrieben ist, eine Ab triebswelle 256 in die Ventilbohrung 212 hinein und aus dieser heraus vorrückt bzw. rückzieht. Das entfernte Ende der Schrittmotorwelle 256 sitzt im Grund der Federführung 252. Der Schrittmotor 256 ist im offenen Ende der Kolbenbohrung 204 festgelegt.
Weiterhin unter Bezug auf 8 kommt die Steuerspule 206 normalerweise in der dargestellten zentrierten neutralen Stellung zu liegen, in der Fluid nicht in der Lage ist, zu den beiden Arbeitsöffnungen bzw. -anschlüssen oder ausgehend von diesen zu strömen. Diese Positionierung der Steuerspule 206 wird durch Anordnen des Schrittmotors 256 in etwa auf der halben Strecke seiner Bewegungsbahn bewirkt, wodurch die Spulenrückstellfeder 47 die Steuerspule zu zentrieren vermag. In dieser Ausrichtung strömt unter Druck stehendes Fluid aus der Zufuhrleitungsverzweigung 208 durch die Eintrittsöffnung 224 im Servokolben 210 und die ersten radialen Durchbrüche 226 in der Steuerspule 206 in beide Außenringnuten 243 und 245 um die Servospule 240. Ausgehend von diesen Außennuten 243 und 245 bewegt sich das Fluid weiterhin durch die zweiten und dritten radialen Durchbrüche 228 und 230 in der Steuerspule 206 und die Innennuten 232 und 236 des Servokolbens 210 und es strömt letztendlich in die ersten und zweiten Kammern 234 und 238 auf gegenüberliegenden Seiten dieses Servokolbens. Hierdurch sind in der zentrierten neutralen Stellung der Steuerspule 206 die Drücke zu beiden Seiten des Servokolbens 210 gleich, wodurch die Stellung des Servokolbens und der daran angebrachten Steuerspule beibehalten wird.
Wenn es erwünscht ist, die Steuerspule 206 in den Zeichnungen nach links zu bewegen, legt der Controller für das Hydrauliksystem ein Treibersignal an den Schrittmotor 256 an, der ein Ausfahren der Welle 258 in den Ventilkörper 200 erzeugt. Die se Bewegung der Motorwelle 258 komprimiert die Überlastfeder 250 nicht, die die Kraft der Bewegung zu der Servospule 240 überträgt. Hierdurch bewegt sich die Servospule in der Zeichnung nach links und drückt die Vorspannfeder 242 zusammen. Wie in 9 gezeigt, bewegt sich die Servospule 240 in eine Stellung, in der die ersten radialen Durchbrüche 226 in der Steuerspule ausschließlich in die zweite Ringnut 245 um die Servospule ausmünden. Unter Druck stehendes Fluid von der Zufuhrleitungsverzweigung 208 wird dadurch über die Nut, die dritten Querdurchbrüche 230 in der Servospule und die Innennut 236 des Servokolben in die zweite Bohrungskammer 238 angelegt bzw. zugeführt. Die neue Stellung der Servospule 240 ist derart, dass ihr erster Satz von Auslassdurchbrüchen 246 in die zweiten Durchbrüche 214 in der Steuerspule ausmünden. Dies erzeugt einen Durchlass ausgehend von der ersten Kammer 234 durch die Servospule 240 in den Hohlraum, in dem die Vorspannfeder 242 angeordnet ist, und weiter zum Rückführdurchlass 52 in dem Ventilkörper 200. Dieser Fluiddurchlass entspannt jeglichen Druck innerhalb der ersten Kammer 234 durch Aufbauen einer Druckdifferenz über dem Servokolben 210. Der größere Druck in der zweiten Kammer 238 drängt den Kolben 210 und die daran angebrachte Steuerspule 206 in den Zeichnungen nach links in die gewünschte Stellung, die durch die Linearbewegung der Schrittmotorwelle und der Servospule festgelegt ist.
Gegebenenfalls bewegen sich die Steuerspule 206 und der daran angebrachte Servokolben 210 in eine Stellung ähnlich derjenigen, die in 10 gezeigt ist. In dieser Stellung kommuniziert die erste Kammer 234 weiterhin mit dem Tankdurchlass 52 und die zweite Kammer 238 befindet sich in Kommunikation mit der Zufuhrleitungsverzweigung 208. Die Größe der Öffnung zwischen der zweiten Nut 245 um die Servospule 240 und die ers ten radialen Durchbrüche 226 in der Steuerspule 206, durch die unter Druck stehendes Fluid fließt bzw. strömt, wird jedoch nunmehr derart verringert, dass der Druck in der zweiten Kammer 238 durch die Kraft von der Feder 47 am gegenüberliegenden Ende der Steuerspule ausgeglichen wird (siehe 2). In diesem Zustand des Ventilaufbaus existiert ein Gleichgewicht zwischen der Kraft auf Grund des Fluiddrucks und der Kraft der Steuerspulenfeder und die Bewegung der Komponenten stoppt. Es wird bemerkt, dass die Gleichgewichtsstellung der Steuerspule festgelegt ist durch die Relativstellung der Servospule 240, gesteuert durch das lineare Stellorgan, den Schrittmotor 256.
Die Federkraft der Überlastfeder 250 ist derart, dass sie während des normalen Betriebs des Ventilaufbaus nicht zusammengedrückt wird. Wenn der Schrittmotor 256 jedoch sehr schnell betätigt wird, kann die Servospule gegen die Innenschulter 260 der Servoventilbohrung 212 getrieben werden, bevor sich die Druckdifferenz über dem Kolben 210 aufgebaut hat. Zu diesem Zeitpunkt kann eine weitere Bewegung des Schrittmotors 256 keine zusätzliche Bewegung der Servospule erzeugen und die Welle 258 rutscht innerhalb des Schrittmotors (durch). Dieses Durchrutschen ändert die Beziehung zwischen der Drehstellung des Schrittmotors und der Linearstellung der Welle, was unerwünscht ist. Die Überlastfeder 250 verhindert ein Durchrutschen durch Komprimieren bzw. Zusammendrücken unter der Ausübung der zusätzlichen Kraft durch den Schrittmotor 256, wenn die Servospule gegen die Innenschulter 260 der Servoventilbohrung 212 zur Anlage gebracht wird.
Zum Rückführen der Steuerspule 206 in das Zentrum, die neutrale Stellung, wird der Schrittmotor 256 erregt, um die Welle 258 teilweise nach rechts rückzuziehen. Die Vorspannfeder 242 übt eine Kraft aus, die die Servospule 240 veranlasst, der Rückziehbewegung der Schrittmotorwelle 258 zu folgen, wodurch sie sich in der Zeichnung nach rechts bewegt. Diese neue Ausrichtung der Servospule 240 in der Servoventilbohrung 212 am Ende der Steuerspule 206 eröffnet Durchlässe derart, dass unter Druck stehendes Fluid von der Zufuhrleitungsverzweigung 208 in die erste Kammer 234 zugeführt wird, während Fluid in der zweiten Kammer 238 zu dem Tankdurchlass 52 ausgetragen wird. Insbesondere erlaubt die neue Stellung der Servospule 240, das unter Druck stehende Fluid durch die ersten radialen Durchbrüche 226 in der Spule zu strömen, um sich ausschließlich in die erste Außennut 243 um die Servospule und durch die zweiten Durchbrüche 228 und die erste Kolbeninnennut 232 zu der ersten Kammer 234 weiter zu bewegen. Ein weiterer Durchlass wird erzeugt durch Kommunikation des zweiten Satzes von Auslassdurchbrüchen 248 in der Servospule 240 mit dem Satz von Querdurchbrüchen 218 in der Steuerspule 206. Diese Ausrichtung von Durchbrüchen erlaubt es, dass Fluid aus der zweiten Kammer 238 durch den primären Servospulendurchbruch 244 und den Hohlraum der Vorspannfeder 242 in die Tankleitung 52 strömt. Diese Durchlässe legen einen größeren Druck an die erste Kammer 234 als in der zweiten Kammer 238 an, wodurch eine Nettokraft ausgeübt wird, die den Servokolben 210 und die daran angebrachte Steuerspule 206 nach rechts treibt. Gegebenenfalls erreichen der Servokolben und die Steuerspule die Ausrichtung, die in 8 gezeigt ist, demnach Fluid aus der Zufuhrdurchlassverzweigung 208 sowohl in die Servospulenaußennuten 243 und 245 eintritt, wodurch ein gleicher Druck an die ersten und zweiten Kammern 234 und 238 angelegt wird, wodurch eine weitere Bewegung stoppt.
Wie sich dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik ohne weiteres erschließt, erzeugt das Rückziehen der Schrittmotorwelle 258 in den Zeichnungen nach rechts ausgehend von der zentralen neutralen Stellung in 8 eine Bewegung der Servospule 240 nach rechts, wie in 11 gezeigt. Eine derartige Bewegung der Servospule 240 führt zur Anlage von unter Druck stehendem Fluid an die erste Kammer 234 und verbindet die zweite Kammer 238 mit dem Tankdurchlass 52. Unter Bezug auf 2 wird die doppelt wirkende Feder 47, die das gegenüberliegende Ende der Steuerspule 206 vorspannt, ebenfalls zusammengedrückt auf Grund der nach rechts gerichteten Bewegung der Steuerspule, wodurch eine Gegenkraft zu dem Druck in der ersten Kammer 234 ausgeübt wird. Wie bei der vorstehend erläuterten Bewegung nach links erreicht dann, wenn diese Federkraft die Kraft aus dem Druck in der ersten Kammer 234 ausgleicht, die Steuerspule eine Gleichgewichtsstellung und stoppt ihre Bewegung in der gewünschten Stellung, ermittelt durch die Stellung der Servospule 240.
Einem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik erschließt sich, dass die Zufuhr- und Rückführdurchlässe 208 und 52 umgekehrt werden können mit entsprechender Abänderung der Durchlässe, die Abänderung bzw. Abfolge der Durchlässe, die in der Steuerspule 206, dem Servokolben 210 und der Servospule 240 gebildet sind.
Die vorstehend angeführte Erläuterung ist primär auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gerichtet. Obwohl den verschiedenen Alternativen im Umfang der Erfindung eine gewisse Aufmerksamkeit gewidmet wurde, erschließen sich dem Fachmann die Möglichkeiten zur Realisierung zusätzlicher Alternativen, die sich nunmehr aus der Offenbarung der Ausführungsformen der Erfindung ergeben. Der Umfang der Erfindung ist deshalb aus den nachfolgenden Ansprüchen abzuleiten und ist nicht auf die vorstehende Offenbarung beschränkt.

Claims

Servoventil in einem Ventilaufbau, der einen Körper aufweist, in dem eine Steuerspule selektiv einen Fluidstrom zwischen zumindest einem Arbeitsanschluss und sowohl einem Zufuhrdurchlass wie einem Rückführdurchlass steuert, aufweisend: Eine Kolbenbohrung, die in dem Körper gebildet ist; einen Servokolben, der mit der Steuerspule verbunden und gleitverschiebbar in der Kolbenbohrung aufgenommen ist, wodurch eine erste Kammer und eine zweite Kammer in der Kolbenbohrung festgelegt sind; eine Servospule, die in dem Körper gleitverstellbar aufgenommen und relativ zu der Steuerspule zum Öffnen und Schließen von Fluiddurchlässen zwischen der ersten Kammer und sowohl dem Zufuhrdurchlass wie dem Rückführdurchlass beweglich ist, sowie zwischen der zweiten Kammer und dem Zufuhrdurchlass und dem Rückführdurchlass; und ein lineares Stellorgan, das mit der Servospule im Eingriff steht, um die Servospule relativ zur Steuerspule zu bewegen.
Servoventil nach Anspruch 1, wobei die Servospule Durchlässe aufweist, die die Fluidpfade zwischen sowohl der ersten Kammer wie der zweiten Kammer und dem Zufuhrdurchlass und dem Rückführdurchlass in gewählten Stellungen der Servospule bilden.
Servoventil nach Anspruch 1, außerdem aufweisend: Eine Servoventilbohrung in dem Körper und die Kolbenbohrung schneidend; einen ersten Servodurchlass, der sich in dem Körper ausgehend von der ersten Kammer zur Servoventilbohrung er streckt; einen zweiten Servodurchlass, der sich in dem Körper ausgehend von der zweiten Kammer zu der Servoventilbohrung erstreckte; und eine rohrförmige Servobuchse, die in der Servoventilbohrung gleitverstellbar aufgenommen ist und eine Außenseite sowie eine Innenseite aufweist, mehrere Querdurchlässe, die sich zwischen den Innen- und Außenseiten erstrecken und mit dem Zufuhrdurchlass, dem ersten Servodurchlass und dem zweiten Servodurchlass kommunizieren; wobei die Servospule in der rohrförmigen Servobuchse gleitverstellbar aufgenommen ist, um Fluiddurchlässe zwischen ausgewählten der mehreren Querdurchlässe bereitzustellen.
Servoventil nach Anspruch 3, wobei der Servokolben eine Oberfläche mit vorbestimmter Kontur aufweist, und wobei die rohrförmige Servobuchse mit der Oberfläche des Servokolbens im Eingriff steht.
Servoventil nach Anspruch 1, wobei der Servokolben rohrförmig ist und sich um die Steuerspule erstreckt, und wobei die Servospule in einer Bohrung in der Steuerspule gleitverstellbar aufgenommen ist.
Servoventil nach Anspruch 1, wobei die Servospule Durchlässe aufweist, die die Fluiddurchlässe zwischen den ersten und zweiten Kammern und dem Zufuhrdurchlass sowie einem Rückführdurchlass in ausgewählten Stellungen der Servospule bilden.
Servoventil in einem Ventilaufbau, aufweisend eine Steuerspule, die selektiv Fluidströmung zwischen zumindest einem Arbeitsanschluss und sowohl einem Zufuhrdurchlass wie einem Rückführdurchlass steuert, aufweisend: Einen Körper mit einer Kolbenbohrung und einer Servoventilbohrung, die in die Kolbenbohrung mündet, wobei der Zufuhrdurchlass in die Servoventilbohrung mündet; einen Servokolben, der mit der Steuerspule verbunden und gleitverstellbar in der Kolbenbohrung aufgenommen ist, wodurch eine erste Kammer und eine zweite Kammer in der Kolbenbohrung festgelegt sind, wobei der Servokolben eine Oberfläche mit vorbestimmter Kontur aufweist; wobei der Körper außerdem einen ersten Servodurchlass aufweist, der sich ausgehend von der ersten Kammer zu der Servoventilbohrung erstreckt, und einen zweiten Servodurchlass, der sich ausgehend von der zweiten Kammer zur Servoventilbohrung erstreckt; eine rohrförmige Servobuchse, die in der Servoventilbohrung gleitverstellbar aufgenommen ist und eine Außenseite und eine Innenseite aufweist, die eine Servoventilbohrung festlegen, mehrere Querdurchlässe, die sich zwischen den Innen- und Außenseiten erstrecken und mit dem Zufuhrdurchlass, dem ersten Servodurchlass und dem zweiten Servodurchlass kommunizieren; ein Element, das mit der Oberfläche des Servokolbens im Eingriff steht und auf die rohrförmige Servobuchse einwirkt, wobei eine Bewegung des Servokolbens die Bewegung der rohrförmigen Servobuchse erzeugt; eine Servospule, die in der röhrförmigen Servobuchse gleitverstellbar aufgenommen ist, um Fluidpfade zwischen ausgewählten der mehreren Querdurchlässe bereitzustellen; und ein lineares Stellorgan, das mit der Servospule zum Bewe gen der Servospule in der rohrförmigen Servobuchse verbunden ist.
Servoventil nach Anspruch 8, wobei die Oberfläche des Servokolbens eine Zwischenkammer in der Kolbenbohrung festlegt, wobei der Rückführdurchlass mit der Zwischenkammer in Verbindung steht.
Servoventil nach Anspruch 8, wobei die Servospulenbohrung mit der Zwischenkammer in Verbindung steht.
Servoventil nach Anspruch 7, außerdem aufweisend eine Feder, die die rohrförmige Servobuchse in Eingriff mit der Oberfläche des Servokolbens vorspannt.
Servoventil nach Anspruch 7, wobei das Element ein Vorsprung ist, der sich ausgehend von der rohrförmigen Servobuchse erstreckt.
Servoventil nach Anspruch 7, wobei das lineare Stellorgan ein Schrittmotor ist.
Servoventil nach Anspruch 7, wobei der erste Servodurchlass in die Servoventilbohrung in einer ersten Position ausmündet, wobei der zweite Servoduchlass in die Servoventilbohrung in einer zweiten Position zwischen der ersten Position und der Kolbenbohrung ausmündet, und wobei der Zufuhrdurchlass in die Servoventilbohrung in einer dritten Position zwischen den ersten und zweiten Positionen ausmündet.
Servoventil nach Anspruch 13, außerdem aufweisend die Zufuhrdurchlassöffnung in die Servoventilbohrung in einer vierten Position auf einer entfernten Seite der ersten Position von der dritten Position.
Servoventil nach Anspruch 7, wobei die Servospule eine erste Kerbe und eine zweite Kerbe aufweist.
Servoventil nach Anspruch 15, wobei: Die Servospule eine erste Stellung aufweist, in der die erste Kerbe einen Pfad zwischen dem Zufuhrdurchlass und dem zweiten Durchlass bereitstellt, und in der der zweite Durchlass mit dem Rückführdurchlass kommuniziert; und die Servospule eine zweite Stellung aufweist, in der die erste Kerbe einen Pfad zwischen dem Zufuhrdurchlass und dem zweiten Durchlass bereitstellt, und die zweite Kerbe einen Pfad zwischen dem Zufuhrdurchlass und der ersten Durchlass bereitstellt.
Servoventil nach Anspruch 7, wobei der Servokolben eine größere Oberfläche in der zweiten Kammer als in der ersten Kammer aufweist.
Servoventil zum Öffnen einer Steuerspule, die selektiv eine Fluidströmung zwischen zumindest einem Arbeitsanschluss und sowohl einem Zufuhrdurchlass wie einem Rückführdurchlass steuert, wobei das Servoventil aufweist: Einen Körper mit einer Kolbenbohrung und einer Servoventilbohrungsöffnung in die Kolbenbohrung hinein; einen Servokolben, der mit der Steuerspule verbunden und gleitverstellbar in der Kolbenbohrung aufgenommen ist, wodurch eine erste Kammer und eine zweite Kammer in der Kolbenbohrung festgelegt sind, wobei der Servokolben eine verjüngte Oberfläche aufweist; wobei der Körper einen ersten Servodurchlass aufweist, der sich ausgehend von der ersten Kammer zu einer ersten Öffnung in der Servoventilbohrung erstreckt, und einen zweiten Servodurchlass, der sich ausgehend von der zweiten Kammer zu einer zweiten Öffnung in der Servoventilbohrung erstreckt, und wobei der Zufuhrdurchlass mit der Servoventilbohrung in einer dritten Öffnung benachbart zu der ersten Öffnung und einer vierten Öffnung benachbart zu der zweiten Öffnung in Verbindung steht; eine rohrförmige Servobuchse, die in der Servoventilbohrung gleitverstellbar aufgenommen ist und eine Außenseite und eine Innenseite aufweist, die eine Servospulenbohrung festlegen, wobei die rohrförmige Servobuchse außerdem erste, zweite, dritte und vierte Querdurchlässe aufweist, die sich zwischen den Innen- und Außenseiten erstrecken und jeweils mit den ersten, zweiten, dritten und vierten Öffnungen kommunizieren, wobei die rohrförmige Servobuchse mit der Oberfläche des Servokolbens im Eingriff steht, wobei eine Bewegung des Servokolbens eine Bewegung der rohrförmigen Servobuchse erzeugt; eine Servospule, die gleitverstellbar in der röhrförmigen Servobuchse aufgenommen ist und Fluidpfade zwischen ausgewählten der ersten, zweiten, dritten und vierten Querdurchlässe bereitstellt; und ein lineares Stellorgan, das mit der Servospule zum Bewegen der Servospule in der rohrförmigen Servobuchse verbunden ist.
Servoventil nach Anspruch 18, wobei die Oberfläche des Servokolbens eine Zwischenkammer in der Kolbenbohrung festlegt, wobei der Rückführdurchlass mit der Zwischenkammer in Verbindung steht.
Servoventil nach Anspruch 19, wobei die Servospulenbohrung mit der Zwischenkammer in Verbindung steht.
Servoventil nach Anspruch 18, außerdem aufweisend eine Feder, die die rohrförmige Servobuchse in Eingriff mit der Oberfläche des Servokolbens vorspannt.
Servoventil nach Anspruch 18, wobei das lineare Stellorgan ein Schrittmotor ist.
Servoventil nach Anspruch 18, wobei: Die Servospule eine erste Stellung aufweist, die einen Pfad zwischen dem Zufuhrdurchlass und dem ersten Durchlass bereitstellt, und wobei der zweite Durchlass mit dem Rückführdurchlass in Verbindung steht; und die Servospule eine zweite Stellung aufweist, die einen Pfad zwischen dem Zufuhrdurchlass und dem zweiten Durchlass bereitstellt und einen Pfad zwischen dem Zufuhrdurchlass und dem ersten Durchlass.
Servoventil nach Anspruch 18, wobei der Servokolben eine größere Oberfläche in der zweiten Kammer als in der ersten Kammer aufweist.
Servoventil in einem Ventilaufbau, aufweisend eine Steuerspule, die selektiv eine Fluidströmung zwischen zumindest einem Arbeitsanschluss und sowohl einem Zufuhrdurchlass wie einem Rückführdurchlass steuert, wobei das Servoventil aufweist: Einen Körper mit einer Bohrung, in der sich die Steuerspule erstreckt, wobei eine erste Öffnung in die Bohrung mit entweder dem Zufuhrdurchlass oder dem Rückführdurchlass in Verbindung steht, und wobei eine zweite Öffnung in die Bohrung mit dem anderen Durchlass, dem Zufuhrdurchlass bzw. dem Rückführdurchlass in Verbindung steht; einen Servokolben, der mit der Steuerspule verbunden und gleitverschiebbar in der Bohrung aufgenommen ist, wodurch eine erste Kammer und eine zweite Kammer in der Bohrung festgelegt sind, wobei der Servokolben eine erste Zufuhröffnung aufweist, die mit der ersten Öffnung in dem Körper in Verbindung steht und mit einem ersten Durchbruch in der Steuerspule; eine Servospule, die in der Servobohrung in der Steuerspule gleitverstellbar aufgenommen ist und eine erste Stellung besitzt, die Fluidpfade zwischen dem ersten Durchbruch und sowohl der ersten Kammer wie der zweiten Kammer in der Bohrung bereitstellt, eine zweite Stellung, in der eine Kommunikation zwischen dem ersten Durchbruch und der ersten Kammer und zwischen dem zweiten Durchbruch und der zweiten Kammer bereitgestellt wird, und eine dritte Stellung, in der eine Kommunikation zwischen dem zweiten Durchbruch und der ersten Kammer und zwischen dem ersten Durchbruch und der zweiten Kammer bereitgestellt wird; und ein lineares Stellorgan, das betriebsmäßig in Verbindung gebracht ist, um die Servospule in der Steuerspule zu bewegen.
Servoventil nach Anspruch 25, wobei der Servokolben eine rohrförmige Form aufweist, durch die sich die Steuerspule erstreckt.
Servoventil nach Anspruch 25, außerdem aufweisend eine Feder, die die Servospule relativ zu der Steuerspule vorspannt.
Servoventil nach Anspruch 25, wobei das lineare Stellorgan mit der Servospule durch eine Feder verbunden ist.
Servoventil nach Anspruch 25, wobei die Servospule ein Paar von Nuten auf einer Außenseite aufweist, durch die Fluid in gewählten Stellungen der Servospule strömt.
Servoventil nach Anspruch 25, wobei die Servospule einen primären Durchbruch sowie mehrere Auslassdurchbrüche aufweist, durch die Fluid zu der zweiten Öffnung in dem Körper in gewählten Stellungen der Servospule strömt bzw. ausgehend von dort strömt.
Servoventil nach Anspruch 25, wobei das lineare Stellorgan ein Schrittmotor ist.
Servoventil in einem Ventilaufbau, aufweisend eine Steuerspule, die selektiv eine Fluidströmung zwischen zumindest einem Arbeitsanschluss und sowohl einem Zufuhrdurchlass wie einem Rückführdurchlass steuert, wobei das Steuerventil aufweist: Einen Körper mit einer Kolbenbohrung, in der sich ein Abschnitt der Steuerspule erstreckt, wobei eine erste Öffnung in die Bohrung mit entweder dem Zufuhrdurchlass oder dem Rückführdurchlass kommuniziert, und wobei eine zweite Öffnung in die Bohrung mit dem anderen Durchlass, dem Zufuhrdurchlass bzw. dem Rückführdurchlass kommuniziert; einen rohrförmigen Servokolben, durch den sich die Steuerspule erstreckt und damit verbunden ist, wobei der Servokolben in der Kolbenbohrung gleitverstellbar aufgenommen ist, wodurch eine erste und eine zweite Kammer in der Kolbenbohrung festgelegt sind, wobei der Servokolben einen Zufuhrdurchbruch aufweist, der mit der ersten Öffnung in dem Körper und mit einem ersten Durchbruch in der Steuerspule kommuniziert; eine Servospule, die in der Servobohrung in der Steuerspule gleitverschiebbar aufgenommen ist und eine erste Stellung besitzt, die einen ersten Durchlass zwischen dem ersten Durchbruch in der Steuerspule und der ersten Kammer in der Kolbenbohrung öffnet, und einen zweiten Durchlass zwischen dem ersten Durchbruch und der zweiten Kammer in der Kolbenbohrung öffnet, eine zweite Stellung, die einen ersten Durchlass und einen dritten Durchlass zwischen der zweiten Kammer und der zweiten Öffnung in der Kolbenbohrung öffnet, und eine dritte Stellung, die den zweiten Durchlass und einen vierten Durchlass zwischen der ersten Kammer und der zweiten Öffnung öffnet; und ein lineares Stellorgan, das betriebsmäßig in Verbindung gebracht ist, um die Servospule in der Steuerspule zu bewegen.
Servoventil nach Anspruch 32, wobei die Servospule einen länglichen primären Durchbruch aufweist, aus dem sich ein erster Auslassdurchbruch und ein zweiter Auslassdurchbruch zu einer Außenseite erstrecken, wobei der primäre Durchbruch und die ersten und zweiten Auslassdurchbrüche zumindest teilweise die dritten und vierte Durchlässe bilden.
Servoventil nach Anspruch 33, wobei die Steuerspule einen ersten Querdurchlass und einen zweiten Querdurchlass aufweist, die sich beide zwischen einer Außenseite und einer Servobohrung erstrecken, wobei der erste Querdurchlass mit dem ersten Auslassdurchbruch zusammenwirkt, um den vierten Durchlass zu bilden, und wobei der zweite Quer durchlass mit dem zweiten Auslassdurchbruch zusammenwirkt, um den dritten Durchlass zu bilden.
Servoventil nach Anspruch 32, wobei die Servospule eine erste Außennut und eine zweite Außennut aufweist, wobei die ersten und zweiten Außennuten zumindest teilweise den ersten Durchlass und den zweiten Durchlass bilden.
Servoventil nach Anspruch 35, wobei die Steuerspule einen zweiten Durchbruch und einen dritten Durchbruch aufweist, die sich beide zwischen einer Außenseite und der Servobohrung erstrecken, wobei der zweite Durchbruch mit der ersten Außennut zusammenwirkt, um den ersten Durchlass zu bilden, und wobei der dritte Durchbruch mit der zweiten Außennut zusammenwirkt, um den zweiten Durchlass zu bilden.
Servoventil nach Anspruch 35, wobei der Servokolben eine erste Innennut aufweist, die mit dem zweiten Durchbruch der Steuerspule zusammenwirkt, um den ersten Durchlass zu bilden, und eine zweite Innennut aufweist, die mit dem dritten Durchbruch der Steuerspule zusammenwirkt, um den zweiten Durchlass zu bilden.
Servoventil nach Anspruch 32, außerdem aufweisend eine Feder, die die Servospule relativ zur Steuerspule vorspannt.
Servoventil nach Anspruch 32, wobei das lineare Stellorgan mit der Servospule durch eine Feder verbunden ist.