DE2227551A1

DE2227551A1 - Verteiler oder ventil, dessen verteilerorgan direkt an einen elektrodynamischen motor angekuppelt ist

Info

Publication number: DE2227551A1
Application number: DE2227551A
Authority: DE
Inventors: Albert Grosseau
Original assignee: Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Citroen SA
Priority date: 1971-06-09
Filing date: 1972-06-07
Publication date: 1973-01-11
Also published as: US3840045A; SE384401B; AR196405A1; FR2140926A5; DE2227551C2; IT959094B; ES403633A1; GB1347605A; BE784006A

Description

DR. HEINZ FEDER DR. WOLF-D. FEDER

PATENTANWÄLTE

Düsseldorf

6. Juni 19 72 Dr.P/Si

Societe Anonyme Automobiles Citroen, P 75 Paris 15e, 117 ä 167 Quai Andre Citroen

Verteiler oder Ventil, dessen Verteilerorgan direkt an einen elektrodynamischen Motor angekuppelt ist.

Die Erfindung bezieht sich auf Ventile oder Verteiler, die ein % verschiebbares Verteilerorgan .besitzen, das einer axialen Krafteinwirkung ausgesetzt ist, die eine Punktion des ausgeübten Druckes ist und das mit einem elektrodynamischen Motor verbunden ist, d.h. mit einem Motor, der eine in einem Magnetfeld bewegliche Wicklung enthält und die von einem Strom durchflossen ist, der von einem Steuersignal abhängig ist.

Derartige Ventile können beispielsweise benutzt werden in den Bremssystemen von Kraftfahrzeugen, um das Blockieren der Räder zu vermeiden, indem ein elektrisches Steuersignal den Beginn des Blockierens meldet und das Ventil aufgrund dieses Steuersignals den Druck der Bremsflüssigkeit herabsetzt. Auch für andere Zwecke, z.B. zur Regelung von Heizbrennern, zur Temperaturregelung von Kühlsystemen und ganz allgemein

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in allen Fällen, in denen es sich darum handelt, bestimmte Parameter zu berücksichtigen, sind derartige Verteiler oder Ventile verwendbar.

Es sind Regelvorrichtungen bekannt, bei denen die Wicklung eines elektromagnetischen Ventils durch elektrische ImpuD se veränderbarer Dauer und/oder Frequenz gespeist wird. Es 'ist auch bekannt, eine Sägezahnspannung zu erzeuger}, und durch Vergleich dieser Sägezahnspannung mit einem Steuersignal einen vom Steuersignal beeinflussten pulsierenden Strom zu erzeygen, der der Wicklung des gesteuerten Ventils zugeführt wird.

Zweck der Erfindung ist eine Verbesserung an Ventilen oder Verteilern, deren Verteilerorgan direkt an einen elektrodynamischen Motor angekuppelt und einer axialen Kraft in Abhängigkeit vom Druck unterworfen ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Wicklung des elektrodynamischen Motors direkt an das Verteilerorgan angekuppelt und wird von einem pulsierenden Strom durchflossen, der von einem Steuersignal abhängig ist.

Die Wicklung integriert den pulsierenden Strom und ist einer mittleren Kraft unterworfen, die gleich der Kraft ist, die ein Gleichstrom erzeugen würde, dessen Stromstärke gleich dem Mittelwert des pulsierenden Stromes ist. Es besteht jedoch

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ein Rest der Modulation, die Mikrovibrationen des verschiebbaren Vertexlerorganes erzeugt, durch die das Kleben verhindert und die Genauigkeit erhöht wird.

Der pulsierende Strom kann aus Rechteckimpulsen. mit konstanter Frequenz bestehen, aber mit einer in Abhängigkeit von dem Steuersignal veränderbaren Größe oder aus Impulsen konstanter ; Größe, jedoch in Abhängigkeit von dem Steuersignal veränder- · barer Frequenz.

Im ersten Fall kann die Vorrichtung Mittel enthalten, um eine ' Sägezahnspannung zu erzeugen und einen Komparator,um den Wert dieser Spannung zu vergleichen mit der ,S teuer spannung, sowie eine bistabile Wippe, die an den Komparator so angeschlossen ist, daß sie ihren Zustand ändert, wenn die Differenz zwischen dem Wert der Steuerspannung und dem Wert der Sägezahnspannung das Vorzeichen ändert, wobei der Ausgang der Wippe mit der Wicklung verbunden ist.

Im zweiten Fall kann die Vorrichtung einen Spannungs—Frequenz-Umformer eines bekannten Typs enthalten.

Der Verteiler gemäß der Erfindung liefert einen Druck, dessen Wert oder dessen Änderung proportional ist, dem Mittelwert des Steuersignales. Durch die Erfindung wird die Genauigkeit der Wechselbeziehung zwischen dem Druck und dem Steuersignal verbessert.

Im folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel eines Elektroventils gemäß der Erfindung beschrieben.

Figur 1 zeigt einen Axialschnitt durch das Elektroventil. ' [ Figur 2 zeigt schematisch die Mittel zur Speisung der Wicklung

des Elektroventils nach Figur 1. -

Figur 3 ist eine grafische Darstellung, die den Verlauf der S teuer spannung und der Sägezahnspannung .zeigt.

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Figur 4. zeigt die Impulse, die erhalten werden, wenn sich die Steuerspannung ändert, wie in Figur 3 dargestellt.

Figur 5 zeigt eine von Figur 2 abweichende Variante der Mittel zur Speisung der Wicklung des Elektrov.entils.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, enthält das Elektroventil eine Ver- - teileranordnung, die aus einem Körper 1 mit einer Bohrung 2 besteht, in der das Verteilerorgan 3 verschiebbar angeordnet ist. Dieses Verteilerorgan besitzt eine ringförmige Einschnürung -4,- «ht· die es ermöglicht, daß eine Querbohrung 5, die mit der Nutzvorrichtung in Verbindung steht, wahlweise in Verbindung gebracht wird, entweder mit einer Querbohrung 6, die an eine Druckquelle P, die beispielsweise durch einen hydraulischen von einer Pumpe gespeisten Speicher gebildet wird, oder mit einer Querbohrung 7, die mit dem Auslaß in Verbindung steht. Wenn das Verteilerorgan aus der in der Zeichnung dargestellten Lage nach oben verschoben wird, so wird die Querbohrung 5 in zunehmendem Maße mit der Bohrung 7 in Verbindung gebracht, während die Verbindung der Bohrung 5 mit der Bohrung 6 fortschreitend abgeschnitten wird. Auf diese Weise entsteht eine Verminderung des Druckes im Nutzkreis.

Das eine Ende der. Bohrung 2 mündet in eine Kammer 8, durch deren Boden das Ende einer Nadel 9 hindurchtritt.- Das obere Ende dieaar Nadel ist mit dem Verteilerorgan 3 einstückig verbunden oder stützt sich gegen dessen untere Stirnfläche ab, das andere Ende befindet sich in einer Kammer 10, die durch eine Bohrung 11 mit der Querbohrung 5 in Verbindung steht.

Wird tfauf das der Kammer 10 entgegengesetzt liegende Ende des Verteilerorgans 3 eine Kraft F ausgeübt, so verschiebt sich das Verteilerorgan 3 nach unten in Richtung auf die in Figur 1 dargestellte Lage. Der Druck Pu, der dein Nutsdruck entspricht, der in der Kammer 10 herrscht, ist dagegen bestrebt, die Nadel 9 nach oben zu drücken, die auf dia se V/eise auf das Verteilerorgan eine Kraft ausübt, deren Wert s * Fu ist, wobei s der Querschnitt der Nadel 9 ist, Das Verteilerorgan

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nimmt deshalb eine Stellung ein, in der die beiden Kräfte gleich groß sind und in der der Nutzdruck Pu den Wert P/s hat. ' .

Im vorliegenden Fall wird die Kraft F durch eine Feder 12 erzeugt und ist so bestimmt, daß sie mit Rücksicht auf den Querschnitt der Nadel 9 auch bei dem maximalen Druck überwiegt und das Verteilerorgan in der in Figur 1 dargestellten Lage hält, in der das Verteilerorgan auf dem Boden der Kammer 8 aufsitzt. Auf diese Weise hat der Nutzdruck normalerweise den Wert P.

Das Verteilerorgan kann gegen die Wirkung der Feder 12 verschoben werden durch einen in Figur 1 oben dargestellten . ' j elektrodynamischen Motor. Dieser Motor besteht aus einem Permanentmagnet 13, der an einem Polstück 14 befestigt ist, und ; einem topfförmigen Joch 15, das zusammen mit dem Polstück 14 einen ringförmigen Luftspalt 16 begrenzt. Dieses Joch, das im vorliegenden Fall aus drei Teilen zusammengesetzt ist, die durch zwei.Bolzen 17 verbunden sind, ist mittels der Bolzen 18 mit dem Körper 1 der Verteileranordnung fest verbunden.

In dem Luftspalt 16 ist eine Wicklung 19 angeordnet, die auf einen Spulenkörper 20 aufgebracht ist. Dieser Spulenkörper ist aufgesteckt auf einen Teller 21, dessen Boden mit seiner, dem Verteilerorgan 3 zugewandten. Seite in Berührung mit diesem Verteilerorgan ist, unter Zwischenschaltung einer elastischen Scheibe 22, die zur Filterung der Vibrationen dient. Die Feder befindet sich zwischen der anderen Seite des Tellers und dem Polstück 14. Der Teller 21 ist verschiebbar angeordnet auf einer ^: Nabe 23, die mit Endklauen 24 versehen ist,.in Form von Haken, j die in eine ringförmige Rille 25 im Polstück eingreifen. Die Nabe ist an ihrem anderen Ende verlängert durch Klauen 26_r die \ in Öffnungen im Teller 21 eingreifen. ;

Unter diesen Bedingungen herrscht bei Abwesenheit eines Stromes in der Wicklung im Nutzkreis der Maximaldruck. Wird jedoch in der Wicklung+ ein in entsprechender Richtung fließender Strom

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erzeugt, so ist die Wicklung bestrebt, sich in Figur 1 in
axialer. Richtung nach oben zu verschieben und nimmt dabei
den Teller 21 mit. Die auf den Teller ausgeübte Kraft ist'entgegengesetzt der Kraft der Feder 12 derart, daß von einer bestimmten mittleren Stromstärke in der Wicklung 19 an, die
Kraft der Feder 12 nicht mehr überwiegt und das Verteilerorgan 3 sich nach oben verschiebt. Dadurch sinkt der Druck im Nutzkreis
ab. Diese Verminderung ist proportional der Änderung der Kraft,
die durch die Wicklung 19 auf den Teller 21 ausgeübt wird..

Erfindungsgemäß ist der in der Wicklung 19 fließende Strom kein
Gleichstrom, sondern ein pulsierender Strom, dessen mittlere
Stromstärke diesem entspricht.

Figur 2 zeigt eine Anordnung um einen soienen pulsierenden
Strom zu erhalten, die aus einem Generator 27 zur Erzeugung j der Sägezahnspannung besteht, und der/ eine Spannung vom Wert

Ud liefert, die sich zwischen den Werten Ul und U2 ändert. ;

' —zahn— :

Ein Komparator 28 hat einen, mit dem Säge/spannungsgenerator 27

verbundenen Eingang und einen zweiten Eingang, durch den er
das Steuersignal Uc erhält. Der Ausgang ist verbunden mit dem : Eingang einer bistabilen Wippe 29, oteren Ausgang verbunden ist
mit der Wicklung 19, unter Zwischenschaltung eines Verstärkers
30. Die Wippe liefert eine Spannung Us, wenn Ud kleiner ist
als Uc und liefert eine Spannung 0 im entgegengesetzten Fall,
d.h. wenn Ud größer ist als Uc.

Wenn die Spannung Uc kleiner als Ul ist, so ist die Spannung j

am Ausgang der Wippe gleich Null. Wenn sie größer ist als [

U2, so hat die Spannung am Ausgang der Wippe den Wert Us. Wenn ; die Spannung Uc zwischen Ul und U2 liegt, so ist die Spannung

Ud kleiner als Uc, während eines ersten Teils der Periode, j

der umso langer ist, je höher Uc ist. Sie ist größer als Uc !

während der restlichen Dauer der Periode (Figur 3). Während I

des ersten Teils der Periode ist die Differenz Uc-Ud ; positiv und die Wippe 2:9 liefert einen Spannungsimpuls Us
(Figur 4). Dieser Impuls ist beendet, sobald die Spannung Ud

— -.7 —

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den Wert von Uc erreicht. Man sieht daraus, daß die von der Wippe 29 ausgehenden Impulse eine feste Frequenz haben, die der des Sägezahngenerators 27 entspricht, aber eine veränderliche Breite, die abhängig ist von der Änderung der Steuerspannung Uc.

Diese Impulse werden in der Spule 19 gewissermaßen integriert und das Elektroventil erzeugt einen mittleren Druck, dessen Differenz gegenüber dem Maximalwert proportional der Breite der Zacken ist, d.h. er ist eine lineare Funktion des Wertes der Steuerspannung. Der Grenzwert Ul kann gleich Null Volt sein, in welchem Fall die Druckdifferenz proportional dem Wert der Steuerspannung ist. Es verbleibt aber ein Rest der Modulation, der Mikrovibrationen des Vertexlerorganes 3 erzeugt. Diese verhindern das Kleben des Verteilerorgans in dem Körper 1, das auftreten könnte im Falle der Unbeweglichkeit in einer bestimmten Stellung. Außerdem erzeugen sie eine fiktive Überlappung zwischen dem Zufluß des hohen Druckes und der Abflußleitung, die die Genauigkeit der Steuerung erhöht.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 wird die Steuerspannung Uc einem Spannungs—Frequenzumformer 31 zugeführt, der Impulse konstanter Größe erzeugt, deren Frequenz jedoch eine Funktion des Wertes der Spannung Uc ist. Wie vorstehend, werden diese Impulse in einem Verstärker 30 verstärkt, der die Wicklung 19 speist. Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist die gleiche wie die der Ausführungsform nach Figur 2 und der Nutzdruck zeigt im Vergleich zum Maximaldruck eine Differenz,die proportional der Impulsfrequenz und dementsprechend proportional dem Wert der Steuerspannung ist.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Man kann beispielsweise auch mit einer beweglichen Ölkupplung arbeiten, die einen Dämpfungseffekt Ί einbringt, der es ermöglicht mit schwachen Impulsfrequenzen, ' beispielsweise in der Größe von 20 Hz, zu arbeiten. ■

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Verteiler oder Ventil, dessen Verteilerorgan direkt an einen elektrodynamischen Motor angekuppelt und einer axialen Kraft in Abhängigkeit vom Druck unterworfen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung (19) des elektrodynamischen Motors direkt an das Verteilerorgan- (3) angekuppelt ist und von einem vom Steuersignal abhängenden pulsierenden Strom durchflossen wird.
2. Verteiler oder Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pulsierende Strom aus Impulsen mit konstanter Frequenz aber in Abhängigkeit vom Signal veränderbarer Größe besteht.
3. Verteiler oder Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pulsierende Strom aus Impulsen konstanter Größe aber in Abhängigkeit vom Signal veränderbarer Frequenz besteht.
4. Verteiler oder Ventil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel (27) enthält zur Erzeugung einer Sägezahnspannung, einen Komparator (28) um diese Spannung mit der Steuerspannung zu vergleichen und eine bistabile

Wippe (29), die mit dem Komparator derart verbunden ist, daß sie ihren Zustand ändert, wenn die Differenz zwischen dem Wert der Steuerspannung und dem Wert der Sägezahnspannung das Vorzeichen ändert, wobei der Ausgang der Wippe (29) mit der Wicklung (19) verbunden ist. '
5. Elektroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Wicklung ausgeübte Kraft und die vom Nutzdruck abhängige Kraft gleichsinnig gerichtet sind, und daß Mittel vorgesehen sind, um auf das Verteilerorgan eine diesen beiden Kräften entgegengesetzt gleiche Kraft auszuüben.

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6. Elektroventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel, das auf das Verteilerorgan (3) die entgegengesetzt gerichtete Kraft ausübt, eine Feder (12) ist.
7. Elektroventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (12) eine vorgespannte Feder ist, die auf das Verteilerorgan (3) eine Kraft ausübt, die ausreicht um dieses Organ in der Lage zu halten, in der die Nutzleitung,· auch bei maximalem Druck in der Nutzleitung, in Verbindung mit der Quelle des Flüssigkeitsdruckes steht, die aber nicht ausreicht, um das Verteilerorgan in dieser Stellung zu halten!, wenn die auf die Wicklung ausgeübte Kraft einen bestimmten . ι Wert überschreitet. ' ί
8. Elektroventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch' gekennzeichnet, daß das Mittel, um auf das Verteilerorgan (3) eine vom in der Nutzleitung herrschenden Druck abhängige Kraft auszuüben aus einer mit der Nutzleitung (5) in Verbindung stehenden Kammer (10) besteht, in die ein Ende eines beweglichen Druckorganes (9) hineinragt, dessen Querschnitt kleiner ist als der Querschnitt des Verteilerorgans (3) und dessen anderes Ende mit dem Verteilerorgan in Verbindung steht.
9. Elektroventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieses andere Ende des Druckorgans (9) sich gegen das Verteilerorgan (3) abstützt.

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