DE2118604A1 - Servoventil - Google Patents

Servoventil

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Description

Patentanwälte
. Dlpl.-Ing. R. BEETZ senV
Dipi-in^. κ. la: ;p;:hcht
Dr.-i.-'.-. ;:. r: : r: τ ζ jr.
8 M ü η eh β η 12, Clo.-iadotiatr. t§
504-16.916P(16.917H) 16.4.1971
Sooiete Anonyme Automobiles CITROÜN, Paris (Prankreich)
Servoventil
Die Erfindung bezieht sich auf ein Servoventil, das einen Arbeitsdruck in Abhängigkeit von einer Steuerkraft mittels eines Steuerorgans einstellt, das eine Arbeitsleitung entweder mit einer Druckmediumquelle oder einer Abflußöffnung verbindet und das einerseits der Steuerkraft, andererseits einer Gegenkraft ausgesetzt ist, die von dem eingestellten Arbeitsdruck abhängt.
In derartigen Steuerventilen ist das Steuerorgan im allgemeinen ein Schieber, dessen Führungsteil sehr genau ausgebildet sein muß. Dabei ist es schwierig, ohne zu großen Aufwand verschiebbare Teile mit sehr kleinem Durch«· messer genau herzustellen· Der Querschnitt des Schiebers, auf den der Arbeitsdruck einwirkt, kann daher nicht beliebig verkleinert werden» Die Steuerkraft, die eine Funktion dieses Querschnitts ist, kann daher nicht so schwach sein, wie es bei gewissen Anwendungsmögliohkeiten günstig wäre.
504-(Doss. 1013)~vKLpE (7)
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen hohen Arbeitsdruck in Abhängigkeit von einer äußeren schwachen Kraft, beispielsweise eines elektrischen Signals, einzustellen und dieses Ergebnis auf wirtschaftliche Weise zu erhalten.
Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Servoventil der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß die Gegenkraft von elastischen Elementen geliefert wird, die zwischen das der Ängriffstelle der Steuerkraft gegenüberliegende Ende des verschiebbar geführten Steuerorgans und einem beweglichen Organ eingefügt sind, dessen Stellung vom Arbeitsdruck abhängt.
Vorzugsweise ist das bewegliche Organ verschiebbar geführt und an einem seiner Enden dem Arbeitsdruck ausgesetzt, der durch eine sich auf einen unbeweglichen Teil des Servoventilgehäuses abstützende Feder ausgeglichen wird, der ein elastisches Element beigeordnet ist, das gegensinnig zur Steuerkraft auf das Steuerorgan einwirkt.
Weiterhin kann das Steuerorgan ein Schieber, insbesondere ein Kolbenschieber, und das bewegliche Teil ein zu dem Schieber koaxialer Kolben sein· Das federnde Element kann eine schraubenförmig ausgebildete, koaxial zu dem Schieber angebrachte Feder sein«
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispielen ergeben. Es zeigen:
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Fig. 1 ein bekanntes Servoventil;
Fig. 2 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines Servoventils gemäß der Erfindung;
Fig. 5 eine Möglichkeit, die Steuerkraft f mittel« eines unter einer veränderbaren Betätigungsspannung stehenden Elektromagneten auszuüben;
Fig. 4 bis 6 in schematisoher Darstellung verschiedene Phasen des Funktionsablaufs eines Servoventils.
Die in Fig. 1 dargestellte bekannte Ausführungsform weist als Steuerorgan einen Kolbenschieber 1 auf» der einerseits einer Steuerkraft F und andererseits einer Gegenkraft unterworfen ist» die sich unmittelbar aus dem Einwirken des Arbeitsdruckes auf die Fläche P, die der Querschnittsfläohe des Kolbenschieber entspricht» ergibt.
Der Schieber 1 gleitet in einer Bohrung 2 mit dem Querschnitt F in dem Gehäuse 3 des Steuerorgans. Diese Bohrung 2» die einerseits nach außen hin offen 1st und andererseits in eine Kammer 4 einer Abdeckung 5 des Gehäuses 3 mündet» weist drei Offnungen 6» 7 bzw. 8 auf» von denen die eine über eine Leitung 9 mit einer Druckmediumquelle, die zweite über eine Leitung 10 mit einer zu betätigenden Einrichtung und die dritte über eine Leitung 12 mit einem Abfluß (beispielsweise dem Sammel-Behälter 11) verbunden-ist.
Die Druckmediumquelle ist in verkleinertem Maßstab schematisiert durch einen von einer Pumpe 14 gespeisten Druckspeicher 13 wiedergegeben» der einen Druckwert P aufrechthält, der über dem benötigten Arbeitsdruck liegt. Die zu betätigende Einrichtung ist durch einen Kolbenzylinder 15 symbolisiert, der mit dem Steuerorgan über die Leitung 10
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verbunden ist, die ihrerseits wiederum mit der Kammer 4 über eine Leitung 16 in Verbindung steht.
Der Schieber 1 weist drei zylindrische Laufflächen 17, l8 und 19 auf, zwischen denen zwei ringförmige Abschnitte 20 bzw. 21 mit geringerem Durchmesser liegen, die über die Öffnungen 6 und 8 mit den Leitungen 9 und 12 ständig in Verbindung stehen.
Je nach Stellung des Schiebers 1 ist die Öffnung 7 ent« weder durch die mittlere zylindrische Lauffläche 18 verschlossen oder sie steht teilweise oder ganz mit dem Abschnitt 20 bzw. mit dem Abschnitt 21 in Verbindung.
Bei einer Veränderung des Gleichgewichtszustandes zwischen der Steuerkraft F und der Gegenkraft, die sich aus dem auf die Kolbenstirnfläche S wirkenden Druck Fu in der Kammer 4 ergibt, findet eine Verschiebung des Sohlebers unter der Wirkung der einen oder der anderen dieser Kräfte statt, im Sinne einer Veränderung des Verhältnisses der Druckverluste in den Durchflußquerschnitten zwischen der Leitung 10 und den Ringnutabschnitten 20, 21 (also der Druckzuführöffnung und der Auslaßöffnung) bis zur Wiederherstellung eines Gleichgewichtszustandes, für den P = Pu · S gilt.
Eine derartige Einrichtung erfordert eine sehr genaue Ausführung des Kolbens 1 und der Bohrung 2 mit kleinen Querschnitten, damit nur eine geringe Kraft P erfordernoh ist> um einen hohen Druck Pu einzustellen; derartige Anforderungen sind aber aus wirtschaftlichen Gründen bei großen Serien nicht vertretbar.
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In Fig· 2 ist ein Servoventil gemäß der Erfindung dargestellt; in dieser Figur sind zur Bezeichnung aller gleichen oder ähnlichen Elemente dieselben Bezugszeichen wie in Fig· I verwendet·
Die Gegenkraft, die eine Funktion des angelegten Druckes darstellt» wird auf der dem Angriff der Steuerkraft f entgegengesetzten Seite des Schiebers, durch eine Kraftwandler-Einrlchtung angelegt» die. in einem zweiten Gehäuse-Körper 22 angeordnet 1st, der fest mit dem Steuer-Gehäuseorgan 3 verbunden und anstelle der Abdeckung 5 der FIg· 1 vorgesehen ist.
Die Bohrung 2 mündet in eine zylindrische Kammer 22 des Körpers 22, die durch eine Wand 24 des Gehäuses 3 abgeschlossen ist* Die Kammer 22 steht über eine Leitung 25 mit dem Sammel-Behälter 11 in Verbindung.
Eine Bohrung 26, die im wesentlichen den gleichen Durohmesser und dieselbe Achse wie die Bohrung 2 aufweist» ist In dem Körper 22 zwischen der zylindrischen Kammer 23 und einer in dem Körper 22 angeordneten Druckkammer 27 eingearbeitet· Diese Kammer 27 steht über eine Leitung 28 mit der zu betätigenden Einrichtung führenden Arbeltsleitung 10 in Verbindung*
Ein Kolben 29 ist in der Bohrung 26 verschiebbar; er ist auf der einen Seite dem in der Kammer 27 herrschenden Druck unterworfen, während die andere Seite dem Ausflußdruck in der Kammer 23 ausgesetzt ist.
In der Kammer 22 liegt der Kolben 29 an einem beweglichen Widerlager-Bauteil 20 an, der auf mindestens zwei
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schraubenförmige Druckfedern 3I und 52 abgestützt ist, die der Kraftdifferenz der Drücke in der Kammer 27 einerseits und der Kammer 23 andererseits entgegenwirken·
Die Steifigkeit der Feder 31 ist sehr viel höher als die der Feder 32· Der Widerlager-Bauteil 30 ist ein Rotationskörper und am Ende des Kolbens 29 zentriert« so daß sein äußerer Durchmesser reibungsfrei zu der zylindrischen Wandung der Kammer 23 axial verschiebbar ist.
Die Federn 31 und 32 liegen konzentrisch ineinander und ihre Achsen fluchten im wesentlichen mit der gemeinsamen Aohse der Bohrungen 2 und 26· Die Feder 31 liegt auf der einen Seite an dem Bauelement 30 an und ist durch einen zylindrischen Bund .3^ des Widerlagers zentriert; die andere Seite der Feder 31 liegt an der Wand 24 an.
Die zweite, im Innern der Feder 31 angeordnete Feder liegt auf der einen Seite ebenfalls an dem Widerlager-Bauteil 30 an und ist durch einen zylindrischen Bund 33 an diesem Widerlager zentriertj die andere Seite der Feder 32 liegt an dem Kolbenschieber 1 an und ist durch einen Bund-Teller an diesem Schieber zentriert.
In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsforra wird die Steuerkraft durch einen Elektromagneten 36 ausgeübt; die Steuerkraft ist dann von der dem Elektromagneten zugeführten Speisespannung abhängig·
In der folgenden Besehreibung der Arbeitsweise des Servoventils ist der Kolben 29 und das Widerlager 30 als
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bewegliches Organ bezeichnet und in den Fig. 4 bis 6 als ein Bauteil dargestellt.
In Fig. 4 sind die Stellungen des beweglichen Organs und des Schiebers dargestellt, wenn die Steuerkraft f Null ist und ein Gleichgewichtszustand mit dem Druck P=O hergestellt ist.
Das bewegliche Organ ist in der zylindrischen Kammer 23 nach rechts gedrückt und die Feder 31 ist vollständig entlastet« was einem Druck gleich Null entspricht.
Der Schieber 1 befindet sich in einer solchen Stellung, daß der zylindrische Laufflächenteil 18 die Öffnung 7, die als Austrittsöffnung bezeichnet ist, von links zu öffnen beginnt.
Die Feder 32 kann in dieser Stellung leicht vorgespannt sein und gleicht höchstens die Reibungskräfte des Schiebers aus.
Wenn die Steuerkraft von O an um einen minimalen Wert f. zunimmt, dann nimmt der Schieber, der die Feder 32 zusammen^"" drückt, eine Stellung ein, in der sein Laufflächenteil 18 noch nahe der Ausgangstellung, in der die Öffnung 7 etwas geöffnet war, sich im Sinne einer Speisung mit Druck verschiebt und ein Ansteigen des Druckes im Arbeitskreis gestattet. Wenn die Kraft f. weiter bis auf einen Wert f zunimmt, dann nimmt auch der D"ruck Pu von 0 an zu und drückt das bewegliche Organ nach links, wodurch die Feder 31 zusammengedrückt wird.
Wenn eine Kraft f konstant gehalten wird, nehmen das be-209841 /0553
wegliche Organ und der Schieber eine Gleichgewichtstellung ein, die einen Druck P ergibt, der durch die Eigenschaften der beiden Federn Jl und 52 bestimmt ist. Pur jede dieser Gleichgewichtsstellungen (Fig. 5) nimmt der Schieber eine Stellung ein, die zwischen der der Fig. 4 und der der Fig. 6 liegt, die eine Gleichgewiehtstellung für Pu max = P zeigt. Dies ist eine Stellung, in der das Lauffläehenteil 18 die öffnung 7 von der Druckzuführung P abschließt·
Wenn in einer dieser Gleichgewichtsstellungen (Pig. 5) die Kraft f zunimmt, dann wird der Schieber nach rechts gedrückt und gibt die öffnung 7 für den Speicherdruck etwas frei (Fig. 6)j der Druck P nimmt zu und drückt das bewegliche Organ nach links, bis der Schieber eine neue Gleichgewiehtstellung einnimmt.
Wenn dagegen in einer dieser Gleichgewichtsstellungen der Druck f abnimmt, dann spielt sich der umgekehrte Vorgang ab.
Wenn der Druck f konstant gehalten wird, aber der Druck Pu abnimmt (beispielsweise infolge einer kleinen Leckstelle), dann verschiebt sich das bewegliche Organ nach rechts und nimmt den Schieber mit (die Ausdehnung der Feder 32 bleibt konstant, wenn der Druck f konstant bleibt), bis wieder ein Gleichgewichtszustand einkehrt.
Ein Servoventil gemäß der Erfindung ermöglicht demnach die Aufrechterhaltung eines angelegten hohen Druckes als Funktion einer schwachen Steuerkraft.
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Der Steuerschieber kann leicht mit einem ausreichenden Durchmesser hergestellt werden, damit er einmal wirtschaftlich ist und so genau wie die Bohrung ist, in der er verschiebbar ist.
Der Kolben des beweglichen Organs kann den gleichen Durchmesser wie der Schieber oder aber auch einen größeren Durchmesser aufweisen. Die Ausführung der gesamten Anordnung ist einfach und es braucht kein sehr genaues Fluchten zwischen den Achsen des Schiebers und des Kolbens des beweglichen Organs eingehalten zu werden.
Ein derartiges Servoventil ist hauptsächlich, aber nicht ausschließlich in Verbindung mit hydraulischen Steuereinri chtungen verwendbar«
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsforraen beschränkt, sondern sie umfaßt auch nooh weitere Modifikationen, bei denen nicht der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
Beispielsweise könnten die federnden Elemente 31 und 52 jeweils aus mehreren schraubenförmigen Federn zusammengesetzt sein, so daß der Zusammenhang zwischen der Steuerkraft und dem einzustellenden Arbeitsdruck von einer im wesentlichen linearen Abhängigkeit abweicht.
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Claims (9)

- ίο - Patentansprüche
1. Servoventil, das einen Arbeitsdruck in Abhängigkeit von einer Steuerkraft mittels eines Steuerorgans einstellt, das eine Arbeitsleitung entweder mit einer Druckmediumquelle oder einer Abflußöffnung verbindet und das einerseits der Steuerkraft, andererseits einer Gegenkraft ausgesetzt ist, die von dem eingestellten Arbeitsdruck abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkraft von elastischen Elementen (Jl, 32) geliefert wird, die zwischen das der Angriffstelle der Steuerkraft gegenüberliegende Ende des verschiebbar geführten Steuerorgans (1) und einem beweglichen Organ (29, 30) eingefügt sind, dessen Stellung vom Arbeitsdruck abhängt»
2. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Organ (29, 30) verschiebbar geführt und an einem seiner Enden dem Arbeitsdruck (P ) ausgesetzt ist, der durch eine sich auf einen unbeweglichen Teil des Servoventilgehäuses (3) abstützende Feder (31) ausgeglichen wird, der ein elastisches Element (32) beigeordnet ist, das gegensinnig zur Steuerkraft (f) auf das Steuerorgan einwirkt .
3. Servoventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan ein in einer Bohrung (2) verschiebbarer Schieber (1) ist.
4. Steuerventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbare Organ einen zu dem Schieber (1)
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koaxialen Kolben (29) aufweist.
5. Servoventil nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Schieber (1) wirkende elastische Element eine koaxial zu dem Schieber angeordnete Schraubenfeder (51) ist.
6. Servoventil nach einem der Ansprüche 2, 3, 4 und 5* dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Organ (29, 30) und die Federn (31, 32) koaxial zueinander sind, und daß die an dem Ventilgehäuse (3) anliegende Feder (31) eine größere Federsteifigkeit als die auf den Schieber (1) einwirkende Feder (32) hat.
7. Servoventil nach einem der Ansprüche 3» ^* 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des dem eingestellten Arbeitsdruck ausgesetzten Organs (29) größer oder gleich dem Querschnitt des Schiebers (1) ist.
8. Servoventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkraft mittels eines Elektromagneten (36) erzeugt ist.
9. Servoventil nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (l) einen zylindrischen Laufflächenteil (18) aufweist, durch den die mit der Arbeitsleitung (10) in Verbindung stehende öffnung (7) im Ventilgehäuse (3) verschließbar ist und durch den zwei ringförmige Abschnitte (20, 21) mit geringerem Durchmesser voneinander getrennt sind, die ihrerseits an eine Druckmediumquelle (13) bzw. einen Sammelbehälter (11) angeschlossen sind.
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DE2118604A 1971-03-17 1971-04-16 Steuerventil zur Einstellung eines Arbeitsdrucks Expired DE2118604C3 (de)

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