DE1964724C2

DE1964724C2 - Elektromagnetisches Servo-Ventil

Info

Publication number: DE1964724C2
Application number: DE1964724A
Authority: DE
Inventors: John Anthony Gordon Portsmouth Hampshire Hammond; Ronald Bernard Wembley Middlesex Walters
Original assignee: Sperry Ltd
Current assignee: Unisys Group Services Ltd
Priority date: 1968-12-24
Filing date: 1969-12-23
Publication date: 1984-04-12
Also published as: US3626983A; GB1245137A; DE1964724A1; FR2027072A1; JPS4933319B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Servo-Ventil mit einem in einem Gehäuse gelagerten Ventilschieber, der mittels eines axial zu diesem t>o angeordneten Düsenprallplattenventils, bestehend aus einem durch einen elektromagnetischen Antrieb über eine axial verlaufende Stange verschiebbaren Düsenprallplattenelement und aus zwei ortsfesten, mit dem Düsenprallplattenelement zusammenwirkenden, sLli b5 gegenüberliegenden Düsen, hydraulisch verschiebbar ist, wobei sich das Düsenprallplattenelement über eine Rückstellfederanordnung am Ventilschieber abstützt und einerseits jeweils eine der beiden Düsen hydraulisch mit einer von zwei endseitig am Ventilschieber ausgebildeten, vom Druckmitteleinlaß gespeisten Druckangriffsflächen zusammenwirkt und andererseits beide Düsen mit dem Druckmittelauslaß zum Tank verbunden sind.

Es ist bereits ein elektromagnetisches Servo-Ventil dieser Art bekannt (US-PS 28 96 588). Hierbei ist das Prallplattenelement in axialer Verlängerung eines Veniilschiebers angeordnet, wobei die Düsen ortsfest im Gehäuse angebracht sind. Die Verbindung zwischen dem Ventilschieber und dem Prallplattenelement erfolgt über eine Stange. Aufgrund dieser Ausbildung benötigt das Servo-Ventil sehr viel Platz. Wegen der relativ langen Verbindung zwischen dem Prallplattenelement und dem Ventilschieber ist die Ansprechgeschwindigkeit darüber hinaus nicht ausreichend hoch.

Bei einem weiieren bekannten elektromagnetischen Servo-Ventil (US-PS 29 72 999) ist der Ventilschieber nach einer oder nach beiden Seiten axial verlängert und besitzt in diesen Verlängerungen Düsen, denen gegenüber die Prallplatten angeordnet sind. Die zu steuernde Hydraulikflüssigkeit wird radial in das Innere des Schiebers und von dort aus axial durch die Düsen geleitet. Auch dieses Servo-Ventil hat einen hohen Platzbedarf, da die Ventilschieberverlängerung in etwa nochmals den gleichen Platzbedarf aufweist wie der eigentliche Ventilschieber. Darüber hinaus muß bei einer Bewegung des Ventilschiebers auch dessen Verlängerung mitbewegt werden, was aufgrund der größeren Masse zu einer niedrigen Ansprechgeschwindigkeit des Ventils führt.

Weiterhin bekannt ist eine Steuereinrichtung (DE-PS 11 95 116), bei der die Prallplatte auf der einen Seite des Ventilschiebers neben diesem angeordnet ist, während ihr Antrieb auf der anderen Seite des Ventilschiebers untergebracht ist. Bei diesem bekannten Ventil ist der Platzbedarf in seitlicher Richtung außerordentlich groß. Die Düsenprallplatte wird in diesem Fall verschwenkt, was dadurch ermöglicht wird, daß der Antrieb der Düsenprallplatte mit Hilfe einer Membran befestigt ist. Auch hier sind nur relativ niedrige Ansprechgeschwindigkeiten möglich, da aufgrund des großen Hebelarms und der großen Masse des Antriebs große Trägheitskräfte auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Servo-Ventil der eingangs genannten Art im Hinblick auf verringerten Platzbedarf und höhere Ansprechgeschwindigkeit und Ansprechgenauigkeit weiter zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Düsen samt Düsenprallplattenelement und Rückstellfederanordnung innerhalb des Ventilschiebers zwischen den beiden ringförmig ausgebildeten Druckangriffsflächen angeordnet sind und daß die Stange des Düsenprallplattenelementes durch die dem elektromagnetischen Antrieb benachbarte Düse hindurchgeführt ist.

Durch diese Maßnahmen wird die Baulänge des Ventils erheblich verkürzt. Die bei Steuerungsvorgängen zu bewegende Masse des Ventils läßt sich außerordentlich klein halten.

In Weiterbildung kann vorgesehen sein, daß das Prallplattenelement zwei durch einen Stangenabschnitt verbundene Prallplatten aufweist, denen jeweils eine Düse zugeordnet ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Rückstellfederanordnung aus zwei hintereinander angeordneten

Rückstellfedern besteht, die den Stangenabschniti umgeben und sich jeweils mit einem Ende an einer Prallplatte und mit dem anderen Ende an einem Vorsprung innerhalb des Ventilschiebers abstützen. Die Rückstellfedern sind an dieser Stelle geschützt, sie können klein ausgeführt werden, so daß sie die Charakteristik des Ventils nicht stören, und sie benötigen keinen zusätzlichen Platz.

Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Durchmesser des Stangenabschnitts gleich den ,₀ Auslaßdurchmessern der Düsen ist Da auf beiden Seiten der Düsenprallplatten der gleiche Hydraulikdruck herrscht, bewirkt diese Maßnahme, daß auf beiden Seiten der Düsenprallplatten die gleiche Kraft einwirkt Daher wird auf den die Prallplatten verbindenden Stangenabschnitt keine Kraft ausgeübt, so daß es nicht zu Beeinträchtigungen der Steuercharakteristik auch bei sehr hohen Steuergeschwindigkeiten kommen kann.

Nach einem weiteren Merkmal kann vorgesehen sein, daß die Stange über das Prallplattenelement hinaus verlängert ist und in die dem elektromagnetischen Antrieb nicht benachbarte Düse hineinragt Dadurch wird auch einfache Art gewährleistet, daß die Strömungsverhältnisse an beiden Enden des Ventil-Schiebers identisch sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt einen Längsschnitt durch ein elektromagnetisches Servo-Ventil nach der vorliegenden Erfindung.

Das Ventilgehäuse 10 enthält einen elektrischen Axialkraftantrieb 12 und den Hauptventilkörper 14.

Der Antrieb 12 besteht aus einem Permanentmagne- 3-, ten 16, einem Anker 18 und einer Steuerspule bzw. -wicklung 20.

Der Anker 1* wird zwischen dem Magneten 16 und der Spule 20 über ein Paar flexibler Membranen 22 mittig gehalten (wie dargestellt). Bei der Zuführung eines Steuergleichstromes zu der Spule 20 sucht sich der Anker (in der dargestellten Lage) nach links oder rechts entgegen der Rückholkraft der Membranen 22 zu verschieben. Die Richtung bzw. Orientierung der Verschiebung hängt von der Richtung des Gleichstro- j-, mes ab, der der Spule 20 zugeführt wird, und das Ausmaß der Verschiebung ist proportional der Strom zuführung zur Spule 20. Für den Antrieb 12 ist eine federbelastete Null-Einstellungsvorrichtung 24 vorgesehen und erstreckt sich durch das Gehäuse 10. Eine an -,n dem Anker 18 mittels einer Klemmschraube 28 angebrachte Stange 26 erstreckt sich zentral durch den Ventilkörper 14 hindurch.

Das Ventil besitzt einen spindel- bzw. spulenförmigen Ventilschieber 30, der in einer Mittelbohrung des -,-. Ventilkörpers 14 gleitend verschiebbar ist. Der Schieber 30 ist hohl und nimmt darin gleitend ein Prallplattenelement 32 auf, das durch einen ringförmigen Vorsprung 30a, der ins Innere des Schiebers 30 vorspringt, zentral darin gehalten ist. Das Prallplattenclement 32 ist auf der «1 Stange 26 des Ankers 18 des Kraftantriebes befestigt und unter Zwischenschaltung zweier Rückholfedern 34 mit dem Schieber 30 verbunden. Die beiden Rückholfedern 34 sind zu beiden Seiten des Vorsprunges 30.7 angeordnet und wirken je zwischen dem Vorsprung und · > einem Begrenzungsflansch b/w . -kragen 32a. der aul der Innenseite der das äußere F.ndc des Prallplaitenelemcntes 32 bildenden Prallplaticn 326 angeordnet ist. Die Federn 34 dienen zur Zentrierung des Prallplatteneiements 32 in dem Schieber 30 bzw., wenn dieses durch den Kraftantrieb 12 bewegt wird, zur Zentrierung des Schiebers zu dem Prallplattenelement 32. In dem Venülkörper 14 ist eine einstellbare Düse 36 montiert, durch deren Mittelbohrung sich die Stange 26 erstreckt Der Flansch bzw. Kragen 32a des Prallplattenelements 32 wirkt mit dem Einlaß der Düse zusammen, um bei Bewegung des Elementes 32 eine variable öffnung zu schaffen. Um die hydraulische Symmetrie aufrechtzuerhalten, erstreckt sich die Stange 26 über das Element 32 hinaus und läuft durch die Bohrung einer zweiten einstellbaren Düse 38 hindurch, die zusammen mit dem zweiten Flansch bzw. Kragen 32a des Prallplattenelementes 32 eine zweite variable öffnung bei Bewegung des Elementes 32 schafft

In dem Ventilkörper 14 sind fest eingestellte Öffnungen bzw. Blenden 44 angebracht, die zur Steuerung des Drucks eingestellt sind. Sie liegen in auseinanderlaufenden Stromungswegen, die sich vom Ventileinlaß zu Steuerdruckkammern 40 und 42 an jedem Ende des Körpers 14 erstrecken. In die auseinanderlaufenden Strömungswege sind Filter 46 eingeschaltet.

Es sei bemerkt, daß der Durchmesser der Stange des Prallplattenelementes gleich dem der Einlaßbohrungen der Düsen 36 und 38 ist um die hydraulischen Kräfte auf das Prallplattenelement auszugleichen.

Im Betrieb wird Hydraulikflüssigkeit mit Zuführungsdruck dem Einlaß 48 zugeführt und läuft durch die auseinanderlaufenden Strömungswege und durch die Filter 46 zu den festen öffnungen bzw. Blenden, wo der Druck auf einen Steuerdruck einreguliert wird, bevor die Flüssigkeit den Steuerdruckkammern 40 und 42 an jedem Ende des Körpers 30 zugeführt wird. Von diesen Kammern strömt die Flüssigkeit durch die öffnungen in den Düsen 36 und 38 in Räume 50 und 52, aus denen die Flüssigkeit durch öffnungen 54 zu Auslässen 56 strömt, die als Rückführungen zu einem Zuführungstank für die Hydraulikflüssigkeit geschaltet sind.

Wenn der Antrieb 12 nicht betätigt ist und die Teile des Ventils sich in den Stellungen befinden, in denen sie in der Zeichnung dargestellt sind, dann sind die Steuerverbindungen 58 des Ventils nicht betätigt, da die Stege bzw. Flansche auf dem spindel- bzw. spulenförmigen Schieber 30 dazu dienen, die Einlasse 48 von den Auslässen 58 zu trennen. Wenn indessen ein Strom in einer bestimmten Richtung durch die Steuerspulen 20 des Kraftantriebes 12 geschickt wird, dann bewegt sich das Prallplattenelement 32, und eine der veränderlichen öffnungen an den Enden des Prallplattenelementes sucht sich zu schließen, während die andere sich zu öffnen sucht. Daraus ergibt sich eine Störung des Druckgleichgewichtes in den Kammern 40 und 42, und es wird eine Axialverschiebung des Schiebers 30 bewirkt, bis die Kraft der Rückholfedern 34 die elektromagnetische Kraft des Antriebes 12 ausgleicht und das Prallplattenelement 32 -wieder zwischen den Düsen 36 und 38 zentriert ist. In der verschobenen Stellung des Schiebers 30, die nicht mehr zentral zum Prallplattenelement 32 ist, ist entweder der eine oder der andere der Last- oder Steuerauslässe 58 des Ventils mit dem F.inlaß 48 für die Hydraulikflüssigkeit verbunden. Die Hydraulikflüssigkeit strömt dadurch zu dem Verbraucher, wie beispielsweise einem Arbeitszylinder, der von dem Ventil gesteuert wird. Die Abschaltung der Gleichstromquelle von dem Kraftantrieb 12 bewirkt eine Rückführung des Ventils zu der

dargestellten Stellung infolge der Eigenkräfte der Membranen 22 und der Federn 34. Die Einschaltung des Antriebes 12 in einer entgegengesetzten Richtung bewirkt, daß der andere Last- oder Steuerauslaß 58 mit dem Speiseeinlaß 48 verbunden wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisches Servo-Ventil mit einem in einem Gehäuse gelagerten Ventilschieber (30), der mittels eines axial zu diesem angeordneten Düsenpraüplattenventils, bestehend aus einem durch einen elektromagnetischen Antrieb (12) über eine axial verlaufende Stange (26) verschiebbaren Düsenprallplattenelement (32) und aus zwei ortsfesten, mit dem Düsenprallplattenelement (32) zusammenwirkenden, sich gegenüberliegenden Düsen (36, 38), hydraulisch verschiebbar ist, wobei sich das Düsenprallplattenelement (32) über eine Rückstellfederanordnung (34) am Ventilschieber (30) abstützt und einerseits jeweils eine der beiden Düsen (36, 38) hydraulisch mit einer von zwei endseitig am Ventilschieber (30) ausgebildeten, vom Druckmittelemlaß gespeisten Druckangriffsflächen zusammenwirkt und andererseits beide Düsen (36,38) mit dem Druckmittelauslaß zum Tank verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (36, 38) samt Düsenprallplattenelement (32) und Rückstellfederanordnung (34) innerhalb des Ventilschiebers (30) zwischen den beiden ringförmig ausgebildeten Druckangriffsflächen angeordnet sind und daß die Stange (26) des Düsenprallplattenelements (32) durch die dem elektromagnetischen Antrieb (12) benachbarte Düse (36) hindurchgeführt ist.

2. Servo-Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prallplattenelement (32) zwei durch einen Stangenabschnitt verbundene Prallplatten (32b) aufweist, denen jeweils eine Düse (36, 38) zugeordnet ist.

3. Servo-Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfederanordnung (34) aus zwei hintereinander angeordneten Rückstellfedern besteht, die den Stangenabschnitt umgeben und sich jeweils mit einem Ende an einer Prallplatte (32b) und mit dem anderen Ende an einem Vorsprung innerhalb des Ventilschiebers (30) abstützen.

4. Servo-Ventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Stangenabschnitts gleich den Auslaßdurchmessern der Düsen (36,38) ist.

5. Servo-Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (26) über das Prallplattenelement (32) hinaus verlängert ist und in die dem elektromagnetischen Antrieb (12) nicht benachbarte Düse (38) hineinragt.