DE2345768A1

DE2345768A1 - Proportional wirkende betaetigungsvorrichtung und damit ausgeruestete steuerventilkombination

Info

Publication number: DE2345768A1
Application number: DE19732345768
Authority: DE
Inventors: Kishor J Patel
Original assignee: Applied Power Inc
Current assignee: Enerpac Tool Group Corp
Priority date: 1972-09-11
Filing date: 1973-09-11
Publication date: 1974-03-21
Also published as: DE2345768C2; FR2199069A1; GB1400381A; ES418624A1; FR2199069B1; JPS5232434B2; JPS4964784A; NL7312327A; IT994209B; US3875849A; CA972658A

Description

■;■..·■"- I I

vVll. I'i -^ '"■ ^{H V} '■- Heg.-Nr. P 92/230

κΛΚ.. W i· !.:.".!*! >■ Dr.F/F

Hi MÜNCHEN 'U) 10. 9. I973

23^5768

APPLIED POiJEE INC. Milwaukee, Wisconsin 53218, V.St.A.

Proportional wirkende Betätigungsvorrichtung und damit ausgerüstete Steuerventilkombination

Die Erfindung betrifft eine proportional wirkende Betätigungsvorrichtung mit einem in einem Gehäuse unter Steuerung durch ein selektiv betätigbares Servoventil in zwei zueinander entgegengesetzten Richtungen verschiebbaren Kolben sowie eine mit einer solchen Betätigungsvorrichtung ausgerüstete Steuerventilkoinbination.

Hydraulische Servoventile und Servobetätiger sind bereits in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Viele dieser Einrichtungen besitzen eine Signaleingangsstufe mit einem auf mechanische oder elektrische Eingangssignale ansprechenden Steuerventil, eine Verstärkerstufe und eine Leistungsausgangsstufe mit einem Kolben, der zur Erfüllung einer Funktion verschiebbar ist. Üblicherweise läßt sich dabei das Steuerventil von Hand oder mit Hilfe eines Elektromagneten betätigen. In manchen Fällen sind zwei Elektromagnete erforderlich, um eine lineare Bewegung des Kolbens in entgegengesetzten Eichtungen zu bewirken. Bei einigen bekannten Einrichtungen ist auch eine Bückkopplungssteuerung zum Kegeln des steuernden Fluiddruckes vorgesehen, die mitunter einen Nockenstößel enthält, der auf einer schrägen Oberfläche des Kolbens aufsitzt und auf eine Bewegung des Kolbens reagiert, um eine Hickkopplungssteuerung für das Steuerventil zu erreichen„

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungsvorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sie sich durch beliebige Eingangssignale pneumatischer, mechanischer oder elektrischer

409812/0 492

Art betreiben läßt, daß sie eine unterschiedliche Verstärkungseinstellung für die Verstärkung der Eingangssignale gestattet, daß ihr Kolben sich unabhängig von der Bruckfluidzufuhr za zentrieren vermag und auch bei Ausfall einer elektrischen Eingangssignaleingabe von Hand betätigbar bleibt und daß sie eine Einjustierung der Nullpunktslage zwecks Ausgleichs von Fertigungstoleranzen und einen integralen Zusammenbau mit einer zu betätigenden Hydraulikeinrichtung wie beispielsweise einem hydraulischen Ventil zuläßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben zwei Kolbenflächen von unterschiedlicher Größe aufweist, von denen die kleinere Kolbenfläche ständig unter konstantem Fluiddruck steht, während die größere Kolbenfläche unter Steuerung durch das Servoventil zwecks Bewegung des Kolbens wahlweise mit Fluiddruck beaufschlagt oder davon entlastet werden kann, und daß zwischen dem Kolben und dem Servoventil eine Rückkopplungsverbindung besteht, die auf eine Verschiebung des Kolbens anspricht und dann das Servoventil so betätigt, daß der Kolben in der Stellung gehalten wird, in die er gebracht worden ist.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Betätigungsvorrichtung weist im Vergleich zu den bisher bekannten Geräten gleicher Art zahlreiche Vorteile auf. So läßt sie sich anstelle durch Elektromagnete oder Spulen auch durch pneumatische oder mechanische Eingangssignalgeber betreiben. Durch einfache Veränderung der Neigungswinkel für schräge Flächen an Kolben und Nockenstößel lassen sich unterschiedliche Verstärkungsfaktoren für die Verstärkung der Eingangssignale im Kolbenhub erreichen, wobei stets eine strenge Proportionalität zwischen Eingangssignalen und Ausgangssignalen gewährleistet bleibt. Für den Fall einer Fehlfunktion zentriert sich der Kolben unter Federwirkung selbst. Im Falle einer elektrischen Fehlfunktion läßt sich der Kolben mit Hilfe einer Übersteuerung, deren Bau dem jeweiligen Anwendungszweck angepaßt werden kann, von Hand betätigen. Der beispielsweise als Solenoid ausgebildete Eingangssignalgeber ist so am Gehäuse der Betätigungsvorrichtung angebracht, daß er "sich in einstellbarer Weise

409812/04

in eine Nullstellung bringen läßt, um die Auswirkungen von Fertigungstoleranzen zu kompensieren. Außerdem läßt sich die Betätigungsvorrichtung als ganzes mit einem hydraulischen Ventil oder sonst einem Gerät integral zusammenbauen, für dessen Betätigung sie bestimmt ist.

Den Kerngegenstand der Erfindung bilden zwei elektrohydraulische, proportional wirkende Servobetätiger, die jeweils eine elektromagnetische Einrichtung wie einen Drehmomentantrieb oder ein Proportionalsolenoid enthalten, die für die Betätigung eines als hydraulisches Dreiwegeventil ausgebildeten Servoventils erregbar ist, das seinerseits eine proportionale und verstärkte, lineare Bewegung eines federzentrierten hydraulischen Kolbens im Servobetätiger auslöst. Dieser Kolben weist zwei Kolbenflächen von unterschiedlicher Größe auf, von denen die kleinere Kolbenfläche ständig dem vollen Fluiddruck im System ausgesetzt ist. Das Servoventil arbeitet so, daß es die größere Kolbenfläche des Kolbens mit steuerndem Fluiddruck beaufschlagt oder davon entlastet, was zu einer eine Bewegung des Kolbens bewirkenden Differenz in den darauf einwirkenden Druckkräften führt. Bei einer Ausführungsform ist zwischen Abschnitten des Dreiwegeventils und dem Kolben eine Eickkopplungsverbindung vorgesehen, um den Kolben in der gewünschten Stellung zu halten. Bei dieser Ausführungsform sind von Hand betätigbare Übersteuerungsmittel vorgesehen, um eine Verschiebung des Kolbens auch bei Ausfall der elektromagnetischen Eingangssignaleingabe unter Handbetrieb zu ermöglichen. Bei einer zweiten Ausführungsform ist das Dreiwegeventil zu Bückkopplungszwecken unmittelbar und unter Wegfall getrennter Hückkopplungselemente und von Hand betätigbarer Übersteuerungseinrichtungen mit dem Kolben verbunden.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter elektrohydraulischer, proportional wirkender Servobetätiger besitzt ein Proportionalsolenoid, ein Servoventil in Form eines hydraulischen Dreiwegeventils und einen hydraulischen Kolben, der sich in Reaktion auf die Betätigung von Solenoid und Servoventil in einer ersten Bohrung im Gehäuse des Servobetätigers aus einer federzentrierten Stellung nach entgegengesetzten Eichtungen linear verschieben läßt, um eine Steuerfunktion zu erfüllen. -

409812/0492

Dabei läßt der Kolben in seiner Gehäusebohrung eine Hochdruckkammer und eine Steuerdruckkammer entstehen, wobei er der Steuerdruckkammer beispielsweise eine doppelt so große Kolbenfläche zuwendet wie der Hochdruckkammer. Auf jeden Fall ist die Kolbenfläche in der Steuerdruckkammer stets größer als die Kolbenfläche in der Hochdruckkammer. Die Hochdruckkammer ist stets dem vollen Systemdruck ausgesetzt. Der Fluß des Steuerfluids in die und aus der Steuerdruckkammer wird durch das Dreiwegeventil gesteuert, das eine federzentrierte hohle Servospindel enthält, die in einer federzentrierten hohlen Servohülse gleitend geführt ist, die ihrerseits in einer zweiten Bohrung im Gehäuse gleitende Aufnahme findet. Die Servohülse und die Servospindel enthalten beide Meßdüsen, die ohne Erregung des Solenoids nicht miteinander fluchten, also geschlossen sind, bei Erregung des Solenoids zwecks Bewegung der Servospindel dagegen gemeinsam eine Meßöffnung für das Druckfluid definieren. Der Fluidstrom von der und zu der Steuerdruckkammer setzt den Kolben wegen des Unterschieds in den darauf einwirkenden Druckkräften in Bewegung.

Zwischen der Servohülse und dem Kolben besteht eine auf dessen Bewegung ansprechende Rückkopplungsverbindung, die der Servohülse eine Bewegung in der gleichen Richtung wie der der Servospindel aufprägt, wodurch sich dann die ^eßöffnung für das Druckfluid schließt und der Kolben in der gewünschten Lage gehalten wird. Diese Rückkopplungsverbindung umfaßt einen ersten Nockenstößel auf der Servohülse, der bei einer Ausführungsform unmittelbar an einer schrägen Oberfläche des Kolbens anliegt, bei einer anderen Ausführungsform dagegen an einer ersten schrägen Oberfläche eines gleitend verschiebbaren zweiten Nockenstößels zur Anlage kommt, der seinerseits an der obengenannten oder zweiten schrägen Oberfläche am Kolben anliegt.

Um einen Handbetrieb des Kolbens bei Versagen der Signaleingabe über das Solenoid zu ermöglichen, ist eine manuelle Übersteuerungaeinrichtung vorgesehen. Bei der oben an zweiter Stelle erwähnten Ausführungsform weist diese Übersteuerungseinrichtunf; ein von Hand im Gegentakt bewegbares Gestänge auf, das eine Verschiebung der schrägen

A0981 2/0492

Oberfläche des zweiten Nockenstößels bewirkt, die wiederum eine Bewegung der Servohülse zur Folge hat. Bei einer anderen Version dieser zweiten Ausführungsform enthält die Übersteuerungseinrichtung ein von Hand betätigbares.Gestänge, das mit der Servospindel gekoppelt ist und diese bewegen kann. Bei noch einer anderen Version dieser zweiten Ausführungsform umfaßt die Übersteuerungseinriehtung ein von Hand betätigbares Segentaktgestänge, das mit dem Anker des Proportionalsolenoids verbunden isti ' · .

Einen bevorzugten Anwendungsfall für eine erfindungsgemäß ausgebildete Betätigungsvorrichtung stellt eine Steuerventilkombination dar, die orfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß mit dem Kolben der Betätigungsvorrichtung eine in axialer Richtung verschiebbare Ventilspindel eines Steuerventils, gekoppelt ist, das gemeinsam mit der kleineren Kolbenfläche des Kolbens ständig mit konstantem Fluiddruck beaufschlagt ist.

Im übrigen sind für die Erfindung zahlreiche vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen möglich, die im einzelnen in Unteransprüchen gekennzeichnet sind.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele veranschaulicht; dabei zeigen:

Fig. 1 eine achematisch gehaltene Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Betätigungsvorrichtung in elektrohydraulischer Ausführung mit den zugehörigen elektrischen und hydraulischen Schaltungen,

Fig. 2 einen im Maßstab vergrößerten Schnitt durch die Betätigungsvorrichtung von Fig. 1,

Fig. J eine Stirnansicht der Betätigungsvorrichtung von Fig. 1 und 2 mit in Fig. 2 durch Pfeile 3 - J> angedeuteter Blickrichtung,

Fif. h eine graphische Darstellung des Kolbenhubs der Betätigungsvorrichtung in Abhängigkeit von dem eingangsaeitig dem Solenoid zugeführten elektrischen Strom,

/♦0 9 812/0492
BAD ORIGINAL

Fig. 5 einen Ausschnitt aus der Darstellung in Fig. 2 mit in

eine gewünschte Stellung gebrachter Servoventilspindel,

Fig» 6 den gleichen Ausschnitt wie in Fig. 5 nach Nachführung der ServoventilhüTse in die Schließstellung des Servoventils durch die Rückkopplung zum Festhalten des Kolbens in der gewünschten Stellung,

Fig. 7 einen Schnitt durch das Servoventil von Fig. 2 mit Darstellung einer anderen Ausführungsform für eine manuelle Übersteuerungseinrichtung,

Fig. 8 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines weiteren Typs von Proportionalsolenoid mit noch einer anderen Ausführungsform für eine mit dem Anker des Solenoids verbundene Übersteuerungseinrichtung,

Fig. 9 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Betätigungsvorrichtung mit schematisch angedeuteten elektrischen und hydraulischen Schaltungen für deren Betrieb und

Fig. 10 einen Schnitt durch die Darstellung von Fig. 9 entlang der Schnittlinie 1O>-1O in Fig. 9.

Der in Fig. 1 dargestellte elektrohydraulische Servobetätiger 10 mit proportionaler Wirkung weist ein Gehäuse 11 auf, in das von der einen Seite her ein Proportionalsolenoid 12 hineinreicht und aus dem auf der anderen Seite ein Kolben 70 (Fig. 2) herausgeführt ist, der seine Fortsetzung in einer Kolbenstange 13 findet. Das Proportionalsolenoid 12 dient dabei als Eingangssignalgeber, während der Kolben das Ausgangsglied für die Abgabe der Ausgangsleistung darstellt. Beim Betriebe der Betätigungsvorrichtung 10 bewirkt eine Betätigung eines Eheostaten 29j an den das Proportionalsolenoid 12 angeschlossen iut, eine proportionale lineare Bewegung des Kolbens 70, die wiederum eine Steuerfunktion wie beispielsweise den Betrieb eines in der Zeichnung nicht dargestellten, über die Kolbenstange 1j5 angekoppelten Ventils übernehmen kann.

Das Gehäuse 11 besitzt weiterhin einen Fluideinlaß 15 und einen Fluidauslaß 16. Der Fluideinlaß 15 ist über eine hydraulische Druckfluidleitung 17 an die Druckseite einer üblichen motorbetriebenen Hydraulikfluidpurnpe 18 angeschlossen, die ihrerseits über eine

409812/0492

BAD ORIGINAL

Speiseleitung 19 für Hydraulikfluid mit einem Fluidreservoir 20 in Verbindung steht. Der Fluidauslaß 16 des Gehäuses 11 ist über eine Eückleitung 21 für Hydraulikfluid mit dem Fluidreservoir 20 verbunden. Von der Druckfluidleitung 17 geht eine Zweigleitung mit einem Überdruckventil 22 üblicher Bauart ab, die ebenfalls zum Fluidreservoir 20 führt.

Das Proportionalsolenoid 12 weist elektrische Anschlußklemmen 25 und 26 auf. Die Anschlußklemme 25 ist über eine elektrische Leitung 27 mit einem beweglichen Kontakt 28 des Rheostaten 29 verbunden. Die Enden 35 und 36 des Widerstandselements 30 des Eheostaten 29 sind an den positiven Pol 32 bzw. an den negativen Pol 33 einer elektrischen Stromquelle angeschlossen, die bei dem dargestellten. Beispiel aus einer Batterie 3^ besteht. Die Anschlußklemme 26 des Proportionalsolenoids 12 ist über eine elektrische Leitung ^fO jeweils mit dem beweglichen Kontakt 41 bzw. k2 zweier Endschalter ^3 und Mf verbunden. Die festen Kontakte *f6 bzw. k7 der beiden Endschalter *f3 und Mf sind an den positiven Pol 32 bzw. an den negativen Pol 33 äer Batterie 3^ angeschlossen.

Der in Fig. 2 im Detail gezeigte Servobetätiger 10 umfaßt generell drei Stufen.

Die erste dieser drei Stufen enthält das Proportionalsolenoid 12, eine Servospindel 50, die gleitend in einer Servohülse 5I montiert ist, die ihrerseits gleitende Aufnahme in einer Bohrung 52 im Gehäuse 11 findet, und je eine Vorspannfeder 53 bzw. *jh für die Servospindel 50 und die Servohülse 5I·

Zur zweiten Stufe gehören eine Nockenstößelhülse 57, die gleitend in einer Bohrung 58 im Gehäuse 11 geführt ist, und ein Stößelkern 591 der wiederum in einer Bohrung 60 in der Nockenstößelhülse 57 gleitend geführt ist. Die Bohrung 58 verläuft rechtwinklig zur Bohrung 52, mit der iäie verbunden ist, und sie wird an ihrem äußeren Ende durch eine stopfbuchse 61 mit Außengewinde und einer zentralen Bohrung 62 abge-

4 09812/0492

schlossen. Weiter umfaßt die zweite Stufe eine durch die Bohrung 62 in der Stopfbüchse 61 hindurch gleitend nach außen geführte Schub- und Zugstange 6k mit einem Betätigungshandgriff 65 an ihrem äußeren Ende, einen Sprengring 66, eine Zubringerfeder 67 und eine Haltefeder 68.

Die dritte Stufe bildet der Kolben 70, der im Gehäuse 11 in einer Bohrung 71 gleitend geführt ist, die rechtwinklig zur Bohrung 58 verläuft und damit verbunden ist. Ein Ende der Bohrung 71 ist durch" einen eingeschraubten Stopfen 72 verschlossen, und in das andere Ende der Bohrung 71 ist eine Stopfbüchse 73 ^mit Außengewinde und einer zentralen Bohrung 7k für den Durchgang des Kolbens 70 eingeschraubt.

Das Proportionalsolenoid 12 ist von zylindrischer Form und weist ein Außengewinde 75 auf, mit dem es in ein komplementäres Innengewinde 76 in einer Bohrung 77 im Gehäuse 11 einschraubbar ist. Auf diese Weise läßt sich das Proportionalsolenoid 12 durch Verdrehen um seine Längsachse in der Bohrung 77 axial nach innen oder nach außen bewegen, wodurch sein Anker 78, der sich aus einer zentralen Stellung heraus in axialer Richtung vorwärts oder rückwärts bewegen kann, auf einen Nullpunkt eingestellt werden kann.

Der Anker 78 des Proportionalsolenoids 12 liegt zwar an der Servospindel 50 an, ist aber nicht körperlich damit verbunden. Die Servospindel 5O enthält einen zentralen Kanal 85, der sich an.einem Ende unter Ausbildung einer Schulter 86 erweitert und am anderen Ende in einer Querbohrung 95 für die Abführung von Fluid mündet. Die Vorspannfeder 53 für die Servospindel 50 liegt mit einem Ende an der Schulter 86 und mit dem anderen Ende an der Bückseite eines Nockenstößels 87 an, dessen Schaft mit Preßsitz in eine zentrale Bohrung in der Servohülse 51 eingebracht ist. Der Nockenstößel 87 läßt sich daher gemeinsam mit der Servohülse 51 bewegen, und sein freies Ende liegt an einer schrägen, konischen Nockenfläche 103 an der Nockenstößelhülse 57 an.

409812/0492

Die Servohülse51 enthält drei Ringnuten mit anschließenden Durchlässen 90, 91 und 92. Die Servospindel 50 weist eine kalibrierte tragende Fläche IO6, eine Ringnut 9^» eine weitere Ringnut mit anschließenden Durchlässen 93 und außerdem die durchgehende Querbohrung 95 auf.

Der Fluideinlaß 15 im Gehäuse 11 steht über einen Kanal 96 mit der Bohrung 52 und über weitere Kanäle 97 und 98 mit der Bohrung 71 in Verbindung. Der Fluidauslaß 16 im Gehäuse 11 hat über Kanäle 99 und 100 Verbindung mit der Bohrung 52. Die Bohrung 52 ist über einen Kanal 105 mit der Bohrung 71 verbunden. Wie die Darstellungen in Fig. 2, 5 und 6 erkennen lassen, arbeiten die Servohülse 5I und die relativ dazu verschiebbare Servospindel 50 in unten im einzelnen erläuterter Weise so zusammen, daß die tragende Fläche 106 an der Servospindel 50- den Fluidfiuß aus dem Kanal 96 zum Kanal 105 und aus dem Kanal IO5 über den Kanal 85 und die Querbohrung 95 zu den Kanälen 99 und 100 steuert.

Der Kolben 70 läßt in der Bohrung 71 zwei getrennte Kammern 110 und 111 entstehen, mit denen die Kanäle 98 bzw. 105 verbunden sind. Abdichtende Kolbenringe 112 und II3 am Kolben 70 verhindern einen Fluidauatritt aus den Kammern 110 bzw. 111. Der Kolben 70 läßt sich in der Bohrung 71 nach entgegengesetzten Richtungen axial gleitend verschieben und wird in seiner mittleren Lage gehalten durch eine Vorspannfeder 11^, die zwischen einer Schulter 115 am Kolben 70 und dem inneren Ende der Stopfbuchse 73 angeordnet ist, und durch eine Vorspannfeder 117, die zwischen einer Schulter II8 am Kolben 70 und der inneren Stirnseite des Stopfens 72 liegt. Die in der Kammer 110 liegende zylindrische Oberfläche 120 des Kolbens ?0, auf die Druckfluid zur Wirkung kommt, ist beispielsweise etwa halb so groß wie die zylindrische Oberfläche 121 und die ebene Stirnfläche 122 des Kolbens 70 in der Kammer 111, auf welche Flächen, die im folgenden gemeinsam als Kolbenfläche 123 bezeichnet werden sollen, das Steuerfluid einwirkt.

409812/0492

Zwischen seinen Schultern II5 und II8 weist der Kolben 70 einen konischen Abschnitt auf, der eine Nockenfläche 125 schafft, gegen die der Stößelkern 59 angedrückt wird.

Der oben in seinem Aufbau beschriebene Servobetätiger 10 arbeitet in folgender Weise. Als Ausgangslage sei angenommen, daß sich der Servobetätiger 1Q in dem in Fig. 2 gezeigten Zustand befindet und der Iffiteostat 29 die in Fig. 1 dargestellte zentrierte Stellung einnimmt. In dieser Ausgangslage verhindert die tragende Fläche 106 an der Servospindel ^O jeden Fluidfluß zur oder aus der Kammer 111.

Es sei nun weiter angenommen, daß der Kolben 70 um eine vorgegebene Strecke nach innen in das Gehäuse 11 hinein in eine neue Lage gebracht werden soll. Dies wird dadurch bewirkt, daß der bewegliche Kontakt des Bheostaten 29 - bei geschlossenem Endschalter Vj oder hk - in passender Bichtung verdreht wird, um das Proportionalsolenoid ΛZ zu erregen. Bei Erregung des Proportionalsolenoids 12 bewegt sich dessen Anker ?8 aus der in Fig. 2 dargestellten Lage beispielsweise in die in Fig. 5 gezeigte Lage und bewirkt dabei eine entsprechende Bewegung der Servospindel 50« Diese Bewegung der Servospindel 50 bringt deren Durchlaß 93 zum Fluchten mit dem Durchlaß 90 in der Servohülse 5I» und Fluid kann aus der Kammer 111 zum Fluidauslaß 16 strömen. Das Fluid zeigt eine Tendenz zu einem Fluß in dieser Eichtung, da in der Kammer 110 der volle Fluiddruck des Systems aufrechterhalten wird und der Kolben 7O sich daher - in Fig. 2 - nach links zu verschieben sucht. Die Bewegung des Kolbens 70 wird von dessen Nockenfläche auf den Stößelkern 59 und von der Nockenfläche IO3 an der Nockenstößelhülse 57 auf den Nockenstößel 87 an der Servohülse 5I übertragen, wie die Darstellung in Fig. 6 erkennen läßt.

Angemerkt sei, daß bei der Bewegung des Kolbens 70 - in Fig. 2, 5 und 6 - nach links der Stößelkern 59 und die Nockenstößelhülse sich nach aufwärts bewegen und damit der Servohülse 5I die Möglichkeit zu einer Bewegung nach rechts, also in der gleichen Richtung wie die Servospindel 50, geben. Diese Bewegung der Servohülse 51 hat zur

409812/0492

Folge, daß die tragende Fläche 106 der Servospindel 50 den Durchlaß 90 in der Servohülse 5I absperrt und einen weiteren Austritt von Fluid aus der Kammer 111 unterbindet. Dementsprechend wird der Kolben 70 in der neuen Lage, in die er gebracht worden ist, festgehalten.

Aus der vorstehenden Darlegung ist ersichtlich, daß die Servospindel· 50 und die Servohülse 51 mit den darin enthaltenen Kanälen und Durchlässen für das Fluid wie ein hydraulisches Dreiwegeventil wirken. Außerdem wirken die Nockenflächen und Nockenstößel als ein mechanisches Bückkopplungssystem, das eine passende Ventileinstellung und Bewegung aufrechterhält.

Um den Kolben 70 in entgegengesetzter Eichtung - also in Fig. 2, 5 und 6 nach rechts - zu verschieben, wird das Proportionalsolenoxd 12 so erregt, daß sich sein Anker 78 nach links bewegt. Sobald dies geschieht, drückt die Vorspannfeder 53 ^an der Schulter 86 die Servospindel 50 nach links, so daß die tragende Fläche 106 an der Servospindel 50 dem Fluid den Weg vom Fluideinlaß 15 durch den Kanal 96, den Durchlaß 91 in der Servohülse 51> die Kingnut 9^ in. der Servospindel 50 und den Kanal 10-5 zur Kammer 111 freigibt. Da die Kolbenflache 123 -des Kolbens 70 in der Kammer 111 erheblich größer ist als die andere Oberfläche 120 des Kolbens 70, stellt sich ein Druckunterschied ein, der den Kolben 70 - in Fig. 2, 5 ^un.d 6 - nach rechts zu verschieben sucht. Wenn dies geschieht, bewegen sich der Stößelkern 59 und die Nockenstößelhülse 57 nach unten, und durch diese Abwärtsbewegung der Nockenstößelhülse 57 werden der Nockenstößel 87 und die daran befestigte Servohülse 51 in eine Bewegung - in Fig. 2, 5 und 6 nach links versetzt. Damit wird der Fluidfluß zur Kammer 111 wieder unterbrochen, und der Kolben 70 wird in der neuen Stellung, .in die er gebracht worden ist, festgehalten.

Wenn ein elektrisches Versagen eine Betätigung des Servabetätigers . 10 mit Hilfe des Proportionalsolenoids 12 unmöglich macht, läßt sich eine Bewegung des Kolbens 70 immer noch mit Hilfe der Schub- und Zugstange Gk erreichen, die insoweit als mechanische ilbersteuerungsein-

409 81 2/0492

richtung wirkt. Beispielsweise führt ein Drücken auf den Betätigungshandgriff 65 zu einer Abwärtsbewegung der Schub- und Zugstange 6k und zu. einem Zusammendrücken der Haltefeder 68. Diese Belastungszunahme versetzt die Nockenstößelhülse 57 in eine Bewegung nach abwärts. Dadurch wiederum wird eine Bewegung der Servohülse 51 - in Fig. 2 nach links ausgelöst, und Fluid kann aus der Kammer 111 über den Kanal IO5, den Durchlaß 90 in der Servohülse 51, den Durchlaß 9j5 in der Servospindel 50» den Kanal 85, die Querbohrung 95 und die Kanäle 99 und 100 zum Fluidauslaß 16 entweichen. Als Folge davon sucht sich der Kolben 70 - in Fig. 2 - nach links zu verschieben, und diese Bewegung ist deshalb möglich, weil der Stößelkern 59 unter der Vorspannung der Haltefeder 68.steht und sich trotz der Abwärtsbewegung der Nockenstößelhülse 57 nach oben bewegen kann.

Eine Bewegung des Kolbens 70 nach rechts läßt sich dadurch erzielen, daß am Betätigungshandgriff 65 gezogen wird, um eine Bewegung der Schub- und Zugstange Sk nach aufwärts zu bewirken. Offensichtlich wirken die Schub- und Zugstange Gk und die damit gekoppelten Bauelemente außer als mechanisches Eückkopplungssystem auch als mechanische Übersteuerungseinrichtung.

Bei dem oben beschriebenen Beispiel wird die Bewegung der Servospindel 50 durch das Proportionalsolenoid 12 bewirkt. Selbstverständlich lassen sich aber auch andere Eingangssignalgeber wie beispielsweise pneumatische, hydraulische oder mechanische Signalgeber dazu verwenden, der Servospindel 50 die gewünschte Bewegung aufzuprägen.

Angemerkt sei weiter, daß in der Praxis beispielsweise eine nur sehr kleine Bewegung der Servospindel 50 ausreicht, um eine erheblich größere Bewegung des Kolbens 70 zu bewirken. Beispielsweise lag bei einem praktisch erprobten Modell der maximale Verschiebeweg für den Anker 78 des Proportionalsolenoids 12 und die Servospindel 50 in der Größenordnung von plus oder minus 0,5 mm (20/1000 in.), und dieser Verschiebeweg ergab beispielsweise eine maximale Verschiebung für den

Λ 0 9 δ 1 2/0492

Kolben 70 in der Größenordnung von plus oder minus 12,7 mm (0,5 in.). Bei diesem Ausführungsbeispiel betrug die Größe der Kolbenfläche 123 am Kolben 70 größenordnungsmäßig das Doppelte von der der Oberfläche 120. Selbstverständlich lassen sich diese Verhältnisse zwecks Änderung der Leistung des Servobetätigers 10 variieren, und auch die Neigung und die Form der verschiedenen Nockenflächen können geändert werden, um unterschiedliche Kolbenwege zu erhalten .

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Übersteuerungseinrichtung für einen Handbetrieb des Servobetätigers 10 im wesentlichen, aus der Schub- und Zugstange 6k und deren Betätigungshandgriff 65. Zwei andere Ausführungsbeispiele für Übersteuerungseinrichtungen mit Handbetrieb sind in Fig. 7 und 8 veranschaulicht.

Bei der in Fig. 7 gezeigten zweiten Aus,führungsform fur die Übersteuerungseinrichtung liegt die Vorspannfeder 5^ an einer Beilagscheibe 130 an, die durch einen im Gehäuse 11 befestigten Sprengring 131 an ihrem Platz gehalten wird. Zur unmittelbaren Bewegung der Servospindel 50 von Hand ist eine Stange 132 vorgesehen, die mit einem Ende mittels einer Kopfschraube 133 starr an dem dem Proportionalsolenoid 12 zugewandten Ende der Servospindel 50 befestigt ist. Das andere Ende der Stange 132 ist mittels einer Kopfschraube 13^ mit einem Übersteuerungskolben 135 verbunden, der sich in einem Übersteuerungszylinder 136 nach beiden Seiten entlang seiner Achse verschieben läßt. Zwischen den Enden des Übersteuerungskolbens 135 einerseits und den Enden des Übersteuerungszylinders I36 andererseits sind Zentrierfedern 137 und I38 angeordnet, die den Übersteuerungskolben 135 im Übersteuerungszylinder 136 in zentrierter Stellung, halten. Eine Schub- und Zugstange 1^fO ist mit einem Ende am Übersteuerungskolben 135 und mit dem anderen Ende an einem Betätigungsorgan befestigt, das bei dem dargestellten Beispiel aus einem Handgriff 1M besteht.

Bei dieser zweiten Ausführungsform der Übersteuerungseinrichtung sind die Schub- und Zugstange 6*f mit ihrem Betätigungshandgriff 65

409812/0492

und die Haltefeder 68 des Ausführungsbeispiels nach. Fig. 2 entbehrlich, und der Stößelkern 59 bildet einen integralen Bestandteil der Nockenstößelhülse 57» oder er ist direkt damit verbunden. Die Übersteuerungseinrichtung von Fig. 7 arbeitet in der Weise, daß mittels des Handgriffes 1*f1 die Servospindel 50 verschoben wird, worauf dann Fluid aus der oder in die Kammer 111 strömt und in der oben beschriebenen Weise eine Verschiebung des Kolbens 70 bewirkt.

Bei der in Fig. 8 dargestellten dritten Ausführungsform für die Übersteuerungsexnrichtung wird ein Proportionalsolenoid 12A verwendet, das sich von dem oben beschriebenen Proportionalsolenoid 12 dadurch unterscheidet, daß es einen beweglichen Anker 78A. aufweist, der an beiden Enden aus dem Sblenoidgehäuse "iMt herausgeführt ist. Mit seinem inneren Ende liegt der Anker 7&A an der Servospindel 50 an und wirkt mit ihr in der gleichen Weise zusammen, wie dies oben für den Anker 78 von Fig. 2 erläutert ist. Der Anker 7°Ά läßt sich jedoch außerdem von Hand mit Hilfe einer Schub- und Zugstange 1^5 bewegen, die beispielsweise über eine Verschraubung 1^f6 unmittelbar mit seinem äußeren Ende verbunden ist. Die Schub- und Zugstange 1^5 ist in axialer Richtung verschiebbar in einem Gehäuse 1^7 gelagert, das beispielsweise am Solenoidgehäuse 1^ angebracht ist. Zwischen dem Solenoidgehäuse 1^fA- und einer Schulter an der Schub- und Zugstange 1^5 ist eine Vorspannfeder 148 eingefügt.

Auch bei dieser dritten Ausführungsform für die Übersteuerungsexnrichtung braucht es die Schub- und Zugstange 6k mit dem Betätigungshandgriff 65 und die Haltefeder 68 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 nicht, und der Stößelkern 59 bildet wieder einen integralen Bestandteil der Nockenstößelhülse 57» oder er ist direkt damit verbunden. Die Übersteuerungsexnrichtung von Fig. 8 arbeitet in der Weise, daß eine Bewegung der Schub- und Zugstange 1^5 eine entsprechende Bewegung des Ankers 78A und der Servospindel 50 bewirkt, die dann ihrerseits in der oben geschilderten Weise eine Bewegung des Kolbens 70 zur Folge hat.

4098 1 2/0492

Die beiden in Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen für die Übersteuerungseinrichtung lassen sich nicht nur für das in Fig. 1 bis 3 und 5 und 6 dargestellte erste Ausfuhrungsbeispiel für einen Servobetätiger verwenden, sie eignen sich auch zu einem Einsatz bei einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel dafür, wie es unten in Verbindung mit den Darstellungen in Fig. 9 und 10 erläutert wird.

Der in Fig. 9 und 10 dargestellte Servobetätiger .210 besitzt ein Gehäuse 211, in das von der einen Seite her ein Proportionalsolenoid 212 hineinreicht und aus dem quer dazu ein Kolben 270 herausgeführt ist. Beim Betriebe des Servobetätigers 210 bewirkt, wie dies unten noch im einzelnen beschrieben wird, die Betätigung eines Eheostaten 229 eine proportionale lineare Bewegung des Kolbens 270, die wiederum eine Steuerfunktion wie beispielsweise den Betrieb eines angebauten Ventils 213 übernehmen kann.

Wie Fig. 9 und 10 zeigen, ist das Gehäuse 211 des Servobetätigers 210 mit dem Ventil 213 starr verbunden, wozu mehrere Schrauben 21 *f, die durch Bohrungen 300 im Gehäuse 211 hindurchgehen, in Gewindelöcher 3°2 im Gehäuse 304 des Ventils 213 eingeschraubt sind. Das Gehäuse 304 enthält eine. Bohrung 3O6, die in axialer Eichtung mit einer Bohrung 271 im Gehäuse 211 fluchtet und verbunden ist, sich im Durchmesser jedoch davon unterscheidet. An einem Ende ist die Bohrung 3O6 durch einen eingeschraubten Stopfen 308 abgeschlossen. In der Bohrung 306 ist eine Ventilspindel 31° axial verschieblich geführt, die mit einem Ende am Kolben 270 im Gehäuse 211 anliegt und sich gemeinsam damit bewegen läßt. Zwischen dem Stopfen 308 und einer Schulter 312 an der Ventilspindel 310 nahe deren Ende ist eine Vorspannfeder 2114 angeordnet, die für eine Anlage der Ventilspindel 310 am Kolben 270 sorgt und außerdem in Zusammenwirken mit einer auf den Kolben 270 wirkenden Vorspannfeder 2117 den Kolben 270 und die Ventilspindel in' ihren jeweiligen Bohrungen 271 bzw. 3O6 zentriert hält.

Das Gehäuse JOk des Ventils 213 enthält drei Fluideinlässe 317 und 318. Die Fluideinlässe 316 und 318 haben Verbindung zur

409812/0492

Bohrung 306 und sind_;über von einer Druckfluidleitung 21? abzweigende Speiseleitungen 217 A bzw. 217^B für Druckfluid an die Druckseite einer üblichen motorbetr*iebenen Hydraulikfluidpumpe 218 angeschlossen, die ihrerseits über eine Speiseleitung 219 für Hydraulikfluid mit einem Fluidreservoir 220 verbunden ist. Zwischen der Druckfluidleitung 217 und dem Fluidreservoir 220 besteht eine Verbindung über ein Überdruckventil 222 üblicher Bauart. Der Fluideinlaß 317ist mit der Druckseite der Hydraulikfluidpumpe 218 über die Druckfluidleitung 217 und eine davon abzweigende Speiseleitung 217C für Druckfluid verbunden und speist über eine Serie von miteinander verbundenen Kanälen 32OA, 320B, 320C und 320D im Gehäuse 304 des Ventils 213 eine Kammer 31OA mit Druckfluid, die in der Bohrung J>OG zwischen dem Stopfen 308 und der Schulter 312 an der Ventilspindel 310 liegt. Der Kanal 320A ist außerdem mit einem Fluideinlaß 215 i^ffl Gehäuse 211 des Servobetätigers 210 verbunden und speist diesen Fluideinlaß 215 mit Druckfluid aus der Hydraulikfluidpumpe 218. Das Gehäuse 304 enthält weiterhin drei Fluidauslässe 322, 324 und 326, die mit der Bohrung 306 verbunden sind und von denen Bückleitungen 322A, 324A bzw. 326A für die Rückführung von Hydraulikfluid zum Fluidreservoir 220 führen. Außerdem enthält das Gehäuse 304 des Ventils 213 zwei Durchlässe 330 und 332, die von der Bohrung 3O6 ausgehen und über Fluidleitungen 334 bzw. 336 mit auf entgegengesetzten Seiten eines Kolbens 342 in einem hydrostatischen Zylinder 344 liegenden Kammern 338 bzw. 340 verbunden sind.

Allgemein betrachtet bewirkt eine durch Betätigung des Proportionalsolenoids 212 veranlaßte axiale Bewegung des Kolbens 270 eine entsprechende axiale Bewegung der Ventilspindel 310. Bewegt sich die Ventilspindel 310 - in- Fig. 9 oder 10 - nach rechts, so strömt Druckfluid von der Hydraulikfluidpumpe 218 über die Druckfluidleitung 217, die Speiseleitung 217B, den Fluideinlaß 318 im Gehäuse 304, eine Bingnut 318B in der Ventilspindel 310, den Durchlaß 332 und die Fluidleitung 3?6 zur Kammer 3^0 im Zylinder ?kk und versetzt dort den Kolben 342 in eine Bewegung - in Fig. 9 - nach links. Das bei dieser Bewegung des Kolbens 3^2 aus der Kammer 3.38 im Zylinder $

Λ 0 9 812/0492

verdrängte Fluid strömt über die Fluidleitung 33'l·, den Durchlaß 33O, eine Ringnut 322B in der Ventilspindel 310 und die Eückleitung 322A zum Fluidreservoir 220. Bewegt sich die Ventilspindel 310 dagegen in Fig. 9 oder 10 - nach links, so strömt Druckfluid von der Hydraulikfluidpumpe 218 über die Druckfluidleitung 217, die Speiseleitung 217Λ, den Fluideinlaß 316 im Gehäuse 30^t, eine Eingnut 316B in der Ventilspindel 310, den Durchlaß 330 und die Fluidleitung 33^f zur Kammer 338 im Zylinder J>kk und versetzt dort den Kolben 3^2 in eine Bewegung - in Fig. 9 - nach rechts. Das bei dieser Bewegung des Kolbens 3^2 aus der Kammer 3^0 im Zylinder 3'^ verdrängte Fluid strömt über die Fluidleitung 336, den Durchlaß 332, eine Ringnut 326B in der Ventilspindel 31O und die Rückleitung 326A zum Fluidreservoir 220.

Das Gehäuse 211 des Servobetätigers 210 enthält außer dem Fluideinlaß 215 auch einen Fluidauslaß 216. Der Fluideinlaß 215 hat über den Kanal 320A und den Fluideinlaß 317 im Gehäuse 304 des Ventils Verbindung zur Druckseite der Hydraulikfluidpumpe 218, während der Fluidauslaß 216 über die Bohrung 3O6 im Gehäuse 30*l· des Ventils 213 und die Rückleitung 322A mit dem Fluidreservoir 220 verbunden ist.

Das Proportionalsolenoid 212 weist elektrische Anschlußklemmen und 226 auf. Die Anschlußklemme 225 ist über eine elektrische Leitung 227 mit einem beweglichen Kontakt 228 des Rheostaten 229 verbunden. Die Enden 235 und 236 des Widerstandselements 230 des Rheostaten 229 sind an den positiven Pol 232 bzw. an den negativen Pol 233 einer elektrischen Stromquelle angeschlossen, die bei dem dargestellten Beispiel aus einer Batterie 23^ besteht. Die Anschlußklemme 226 des Proportionalsolenoids 212 ist über eine elektrische Leitung 2*fO jeweils mit dem beweglichen Kontakt 2*f1 bzw. 2^2 zweier Endschalter 2^3 und 2hk verbunden. Die festen Kontakte 2^+6 bzw. 2^7 der beiden Endschalter 2^3 und 2kk sind an den positiven Pol 232 bzw. an den negativen Pol 233 der Batterie 23^ angeschlossen.

Der in Fig. 9 im Detail gezeigte üervobetätiger 21G α si s zwei Stufen aufi

4 0 9 8 1 2/0492 BAD ORiGiNAL

Die erste dieser beiden Stufen umfaßt das Proportionalsolenoid 212, eine Servospindel 250, die gleitend in einer Servohülse 251 montiert ist, die ihrerseits gleitende Aufnahme in einer Bohrung 252 im Gehäuse 211 findet, und je eine Vorspannfeder 253 bzw. Z^k für die Servospindel 25O und die Servohülse 251.

Zur zweiten Stufe gehört der Kolben 270, der im Gehäuse 211 in der Bohrung 271 gleitend geführt ist. Die Bohrung 271 verläuft im Gehäuse 211 rechtwinklig zur Bohrung 252, mit der sie verbunden ist. Ein Ende der Bohrung 271 ist abgeschlossen, und am anderen Ende steht die Bohrung 271 mit der Bohrung 306 im Gehäuse JiOk des Ventils 213 in Verbindung.

Das Proportionalsolenoid 212, das dem oben beschriebenen Proportionalsolenoid 12 gleicht, ist von zylindrischer Form und weist ein Außengewinde 275 auf, mit dem es in ein komplementäres Innengewinde 276 in einer Bohrung 277 im Gehäuse 211 einschraubbar ist. Auf diese Weise läßt sich das Proportionalsolenoid 212 durch Verdrehen um seine Längsachse in der Bohrung 277 axial nach innen oder nach außen bewegen, wodurch sein Anker 278, der sich aus einer zentralen Stellung heraus in axialer Richtung nach oben oder nach unten bewegen kann, auf einen Nullpunkt eingestellt werden kann.

Der Anker 278 des Proportionalsolenoids 212 liegt zwar an der Servospindel· 25O an, ist aber körperlich nicht damit verbunden. Die Servospindel 25O enthält einen zentralen Kanal 285, der sich an einem Ende unter Ausbildung einer Schulter 286 erweitert und am anderen Ende in einer Querbohrung 295 für die Abführung von Fluid mündet. Die Vorspannfeder 253 für die Servospindel 250 liegt mit einem Ende an der Schulter 286 und mit dem anderen Ende an der Kückseite eines Nockenstößels 287 an, dessen Schaft mit Preßsitz in eine zentrale Bohrung 288 in der Servohülse 251 eingebracht ist. Der Nockenstößel 287 läßt sich daher gemeinsam mit der Servohülse 251 bewegen, und sein freies Ende liegt an einer konischen Nockenfläche 2125 affl Kolben 270 an.

409812/0 4-9 2
BAD ORIGINAL

Die Servohülse 251 enthält drei Ringnuten mit anschließenden Durchlässen 290, 29ί;und292* Die /Serv.aspindei 250"weist eine ,kali-' :■"-"" brierte tragende Fläche 2106^ eine Kinghut 29*t,, eine weitere Ringnut mit anschließenden Durchlässen 293 und außerdem die durchgehende Querbohrung 295 auf.

Der Fluideinlaß 215 im Gehäuse 211 ist mit der Bohrung 252 unmittelbar und mit der Bohrung 271 über eitifen Kanal 2105 Verbunden. Der Fluidaufilaß 216 im Gehäuse 211. liegt zwischen der Bohrung 252 und'dem Fluidreservoir 220, wie dies oben erläutert ist* Die Servohülse 251. und die relativ dazu verschiebbare Servospindel 25O wirken in unten im einzelnen erläuterter Weise so zusammen, daß die tragende Fläche 2106 an der Servospindel 250 den Fluidfluß aus der Ringnut 29^ zum Kanal 2105 und vom Kanal 2105 zu einer Kammer 2111 im Gehäuse 211 steuert. Der Rückfluß des Fluids aus der Kammer 2111 vollzieht sich in unten im einzelnen erläuterter Weise über die Kanäle 2105 und 285 und die Durchlässe 292 und 293 zum Flüidauslaß 216.

Der Kolben 270 trennt in der Bohrung 271 die Kammer 2111 ab, und die Ventilspindel 31° definiert in der Bohrung 306 die Kammer 2110. Ein abdichtender Kolbenring 2113 am Kolben 270 verhindert einen Austritt von Fluid aus der Kammer 2111. Der Kolben 270 und die Ventilspindel 31O liegen unter Vorspannung aneinander an und lassen sich in ihren jeweiligen Bohrungen 271 bzw. 306 nach entgegengesetzten Richtungen axial gleitend gleichzeitig verschieben. Die in der Kammer 2110 zwischen der' Schulter 312 an der Ventilspindel 310 einerseits und dem Stopfen 3°8 andererseits angeordnete Vorspannfeder 211^ und die in der Kammer 2111 zwischen einer Schulter 2118 am Kolben einerseits und dem geschlossenen Ende der Bohrung 271 andererseits angeordnete Vorspannfeder 2117 halten den Kolben 270 und die Ventilspindel 310 in einer zentrierten .Lage. Die in der Kammer 2110 liegende und mit Druckfluid beaufschlagt kreisförmige Oberfläche dejr Ventilspindel 310 ist beispielsweise etwa halb so groß wie. die kreisförmige Oberfläche des Kolbens 270, die in der Kammer 2111 liegt und dem Steuerfluid ausgesetzt ist.

AO98 12/0492

Zwischen seinen Enden weist der Kolben 270 einen konischen Abschnitt auf, der die Nockenfläche 2125 bildet, an der das Ende des Nockenstößels 287 zur Anlage gebracht wird. Dadurch ergibt sich eine Bückkopplungsverbindung, über die der Nockenstößel 287 die Bewegung oder die Lage des Kolbens 270 abfühlt. 1

Für die Beschreibung der Arbeitsweise des oben in seinem Aufbau beschriebenen Ser.vobetätigers 210 sei angenommen, daß er als Ausgangslage den in Fig. 9 und 10 dargestellten Zustand aufweist und daß sich der Rheostat 229 in der in Fig. 9 gezeigten zentrierten Stellung befindet. Bei dieser Ausgangslage verhindert die tragende Fläche 2106 an der Servospindel 250 jeden Fluidfluß in die oder aus der Kammer 2111.

Es sei nun weiter angenommen, daß der Kolben 270 und die Ventilspindel 310 um eine vorgegebene Strecke - in Fig. 9 - nach links in eine neue Lage gebracht werden sollen und auf diese Weise das Ventil 213 betätigt werden soll. Dies wird dadurch erreicht, daß der bewegliche Kontakt 228 des Eheostaten 229 bei geschlossenem Endschalter 2^3 oder Zhk in entsprechendem Sinne verdreht wird, um das Proportionalsolenoid 212 zu erregen. Bei Erregung des Proportionalsolenoids 212 bewegt sich dessen Anker 278 aus seiner in Fig. 9 gezeigten Lage nach außen und bewirkt eine entsprechende Bewegung der Servospindel 250. Diese Bewegung der Servospindel 25O bringt deren Durchlaß 293 zum Fluchten mit dem Durchlaß 290 in der Servohülse 251, und Fluid aus der Kammer 2111 kann zum Fluidauslaß 216 gelangen, wenn sich der Kolben 270 nach links bewegt. Das Fluid zeigt eine Tendenz zu einem Fluß in dieser Eichtung, da in der Kammer 2110 der volle Fluiddruck des Systems aufrechterhalten wird, während der Steuerfluiddruck in der Kammer 2111 vermindert wird. Auf diese Weise suchen sich der Kolben 270 und die Ventilspindel 31° unter dem Einfluß des Druckes in der Kammer 2110 in Fig. 9 nach links zu bewegen. Die Bewegung des Kolbens 270 wird von dessen Nockenfläche 2125 auf den Nockenstößel 287 an der Servohülse 251 übertragen, wie Fig. 9 zeigt.

4 0 9 8 12/0492

Angemerkt sei, daß sich bei der Bewegung des Kolbens 270 - in Fig. 9 - nach links die Servohülse 251 nach abwärts bewegt. Diese Bewegung der Servohülse 251 hat zur Folge, daß die tragende Fläche 2106 an der Servospindel 250 den Durchlaß 290 in der Servohülse 251 absperrt und einen weiteren Austritt, von Fluid aus der Kammer 2111 unterbindet. Dementsprechend wird der Kolben 270 in der neuen Lage, in die er gebracht worden ist, festgehalten.

Aus der vorstehenden Darlegung geht hervor, daß die Servospindel 250 und die Servohülse 25I mit den darin enthaltenen Kanälen und Durchlässen wie ein hydraulisches Dreiwegeventil wirken. Außerdem bilden die Nockenfläche 2125 am Kolben 270 und der Nockenstößel 287 an der Servohülse 251 ein mechanisches Eückkopplungssystem, das eine passende Ventilbewegung und Einstellung aufrechterhält.

Um den Kolben 270 in entgegengesetzter Richtung - also in Fig. 9 nach rechts - zu verschieben, wird das Proportionalsolenoid 212 so erregt, daß sich sein Anker 278 nach aufwärts bewegt. Wenn dies geschieht, drückt die Vorspannfeder 253 an der Schulter 286 die Servospindel 250 nach aufwärts, so daß ihre tragende Fläche 2106 dem Fluid den Weg vom Fluideinlaß 215 über den Durchlaß 291 in der Servohülse 251, die Eingnut 29^ in der Servospindel 250 und den Kanal 2105 zur Kammer 2111 freigibt. Da die Oberfläche des Kolbens 27O in der Kammer 2111 doppelt so groß ist wie die Oberfläche der Ventilspindel 310 in der Kammer 2110, stellt sich ein Druckunterschied ein, der die Ventilspindel 310 und den Kolben 270 gemeinsam relativ zu ihrer Lage in Fig. 9 nach rechts zu verschieben sucht. Bei dieser Bewegung des Kolbens 270 werden der Nockenstößel 287 und die damit verbundene Servohülse 25I gegenüber ihrer Lage in Fig. 9

nach oben verschoben. Dies führt zu einer erneuten Absperrung des Fluidflusses zur Kammer 2111, und der Kolben 270 wird in der neuen Lage, in die er gebracht worden ist, festgehalten.

Allgemein betrachtet wird eine axiale Bewegung des Kolbens 270 und der Ventilspindel 310 durch eine Betätigung des Proportional-

-409812/0492

solenoids 212 bewirkt, wie dies oben erläutert ist. Wird die Ventilspindel 310 aus ihrer in Fig. 9 und 10 dargestellten Lage nach rechts verschoben, so strömt Druckfluid aus der Hydraulikfluidpumpe 218 über die Druckfluidleitung 217, die Speiseleitung 217B, den Fluideinlaß 318 im Gehäuse 30*f des Ventils 213, die Eingnut 318B in der Ventilspindel 310, den Durchlaß 332 und die Fluidleitung 336 zur Kammer 3*fO im Zylinder ^hk und verschiebt den Kolben 3^2 gegenüber seiner in Fig. 9 gezeigten Lage nach links. Bei dieser Bewegung des Kolbens 3^2 nach links aus der Kammer 338 im Zylinder ~*hk verdrängtes Fluid strömt über die Fluidleitung 33^> den Durchlaß 330, die Ringnut 322B in der Ventilspindel 310 und die Eückleitung 322A zum Fluidreservoir 220. Bei einer Bewegung der Ventilspindel 310 aus ihrer in Fig. 9 und 10 dargestellten Stellung nach links strömt Druckfluid aus der Hydraulikfluidpumpe 218 über die Druckfluidleitung 217, die Speiseleitung 217A, den Fluideinlaß 31? im Gehäuse 30*f des Ventils 213, die Eingnut 316B in der Ventilspindel 310, den Durchlaß 330 und die Fluidleitung 33^ in die Kammer 338 des Zylinders 3^j wodurch sich der Kolben 3^2 aus seiner in Fig. 9 gezeigten Stellung nach rechts verschiebt. Bei dieser Bewegung des Kolbens 3^2 nach rechts aus der Kammer 3²K) des Zylinders Jkk verdrängtes Fluid strömt über die Fluidleitung 336, den Durchlaß 332, die Eingnut 326B in der Ventilspindel 310, den Fluidauslaß 326 und die Eückleitung 326A zum Fluidreservoir 220 zurück.

Bei dem oben beschriebenen Beispiel wird die Bewegung der Servospindel 250 durch das Eroportionalsolenoid 212 bewirkt. Stattdessen können aber auch andere Eingangssignalgeber wie insbesondere solche mechanischer, hydraulischer oder pneumatischer Art verwendet werden, um der Servospindel 250 eine gewünschte Bewegung aufzuprägen.

Angemerkt sei weiter, daß schon sehr kleine Bewegungen der Servospindel 25O zu erheblich größeren Bewegungen des Kolbens 270 und der Ventilspindel 310 führen. Beispielsweise kann das Streckenverhältnis für die Bewegung der ServoBpindel 250 in Eelation zur Bewegungdes Kolbens 270 und der Ventilspindel 310 bei 1 ': 25 liegen, wobei steLc

409812/0492

eine strenge Proportionalität zwischen der Größe des Eingangssignals einerseits und der ausgangsseitigen Verschiebungsstrecke andererseits gewährleistet ist, wie sich dies aus der graphischen Darstellung in Fig. k ersehen läßt, in der längs der Abszisse der dem Proportionalsolenoid 212 - oder 12 oder 12A - zugeführte elektrische Strom in Ampere und·längs der Ordinate der Hub des Kolbens 270 oder 70 - in mm aufgetragen ist.

In der vorstehenden Beschreibung ist ein elektrohydraulischer Servobetätiger 10 (oder 210) mit proportionaler Arbeitsweise dargestellt, der ein Gehäuse 11 (oder 211), ein Proportionalsolenoid 12 Coder 212), ein als hydraulisches Dreiwegeventil ausgebildetes Servoventil und einen hydraulischen Kolben 70 (oder 270) aufweist, der sich aus einer federzentrierten Mittellage in einer ersten Bohrung 71 (oder 271) im Gehäuse 11 (oder 211) in Reaktion auf eine Betätigung des Proportioneülsolenoids 12 (oder 212) und des Servoventils nach beiden Eichtungen linear verschieben läßt, um eine Steuerfunktion zu übernehmen.

Bei einer ersten Ausführungsform definiert der Kolben 70 in seiner Bohrung 71 im Gehäuse 11 eine Hochdruckkammer 110 und eine Steuerdruckkammer 111. Bei einer zweiten Ausführungsform ist der Kolben 2?0 mit einer Ventilspindel 310 gekoppelt, die in ihrer Bohrung 306 eine Hochdruckkammer 2110 abgrenzt, während der Kolben 270 selbst in seiner Bohrung 271 eine Steuerdruckkammer 2111 definiert.

Die wirksame Kolbenfläche in der Steuerdruckkammer 111 (oder 2111) ist in beiden Fällen beispielsweise etwa doppelt so groß wie die wirksame Kolbenfläche - bzw. Ventilspindelfläche - in der Hochdruckkammer 110 (oder 2110), die ständig unter dem vollen Fluiddruck im System steht. Der Fluß des Steuerfluids in die bzw. aus der Steuerdruckkammer 111 (oder 2111) wird durch das als Dreiwegeventil ausgebildete Servoventil gesteuert, das eine federzentrierte hohle Servospindel 50 (oder 250) aufweist, die in einer zweiten Bohrung 52 (oder 252) im Gehäuse 11 (oder 211) gleitend geführt ist.

409812/049 2

- Zk -

Die ßervospindcl 50 (oder 250) und eine sie gleitend aufnehmende Servohülse 51 (oder 251) weisen jeweils Meßdüsen 90, 91 bzw. 93 (oder 290, 291 bzw. 293) auf, die abgesperrt sind, solange das Proportionalsolenoid 12 (oder 212) nicht erregt ist, und zu gegenseitiger Deckung kommen und eine Meßöffnung entstehen lassen, wenn das Proportionalsolenoid 12 (oder 212) erregt wird und sein Anker 78 (oder 278) die Servospindel 50 (oder 25O) bewegt. Ein Fluidfluß in die oder aus der ßteuerdruckkammer 111 (oder 2111) versetzt wegen des sich daraus ergebenden Druckunterschieds auf beiden Seiten des Kolbens 70 (oder 270) diesen und die Ventilspindel 310 in Bewegung. Eine zwischen der Servohülse 5I (oder 251) einerseits und dem Kolben 70 (oder 270) andererseits bestehende Rückkopplunjsverbindung spricht auf die Bewegung des Kolbens 70 (oder 270) an und bewegt die Servohülse 51 (oder 251) in der gleichen Richtung wie die Servospindel· (oder 250), so daß die Meßöffnung für das Fluid sich wieder schließt und der Kolben 70 (oder 270) in der gewünschten Lage gehalten wird.

Diese Rückkopplungsverbindung umfaßt bei einer ersten Ausführungsform einen ersten Nockenstößel 87 an der Servohülse 51» der an einer ersten schrägen Oberfläche IO3 an einem zweiten gleitend bewegbaren Nockenstößel 57 anliegt, der seinerseits an einer zweiten schrägen Oberfläche 125 &^m Kolben 70 anliegt. Bei einer zweiten Ausführungsform weist die Rückkopplungsverbindung einen ersten Nockenstößel 2S7 auf, der unmittelbar an einer schrägen Oberfläche 2125 am Kolben anliegt.

Im Falle einer Fehlfunktion zentriert sich der Kolben 70 (oder 270) unter der Einwirkung von Vorspannfedern 114 und 117 (oder 211²+ und 2117) selbst. Bei Ausfall des elektrischen Antriebs läßt sich der Kolben 70 (oder 270) mit Hilfe einer manuellen Übersteuerungseinrichtung von Hand bewegen, die bei einer ersten Ausführunjsform eine mit dem zweiten Nockenstößel 57 verbundene Schub- und Zugstange 6'f aufweist. Das Proportionalsolenoid 12 (oder 212) ist mit dem Gehäuse 11 ( oder 211) des Servobetätigers 10 (oder 210) über Gewinde 75 und (oder 275 ^un£i 276) so verbunden, daß es sich in axialer Richtung in

4 0 9 8 1 2/0492

BAD ORIQfNAL

eine Nullstellung einstellen läßt, um die Auswirkungen von Fertigungstoleranzen auszugleichen.

Bei dem in Fig. 9 und 10 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist der Servobetätiger 210 unmittelbar mit einem davon betriebenen Ventil 213 zusammengebaut, das seinerseits dem Betriebe bzw. der Steuerung eines hydraulischen Zylinders J>hh dient.

- Patentansprüche -

40981 2/0492

Claims

Patentansprüche

ι 1. /Proportional wirkende Betätigungsvorrichtung mit einem in einem Gehäuse unter Steuerung durch ein selektiv betätigbares Servoventil in zwei zueinander entgegengesetzten Eichtungen verschiebbaren Kolben, da dur ch gekenn ζ e i chn e t, daß der Kolben (70; 270) zwei Kolbenflächen von unterschiedlicher Größe aufweist, von denen die kleinere Kolbenfläche ständig unter konstantem Fluiddruck steht, während die größere Kolbenfläche unter Steuerung durch das Servoventil (50, 51; 2^0, 251) zwecks Bewegung des Kolbens wahlweise mit Fluiddruck beaufschlagt oder davon entlastet werden kann, und daß zwischen dem Kolben und dem Servoventil eine Eückkopplungsverbindung (57» 59 > 87; 287» 2125) besteht, die auf eine Verschiebung des Kolbens anspricht und dann das Servoventil so betätigt, daß der Kolben in der Stellung gehalten wird, in die er gebracht worden ist.

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (70; 270) einerseits mit einer ständig unter konstantem Fluiddruck stehenden ersten Kammer (HO; 2110) und andererseits mit einer wahlweise mit Fluiddruck speisbaren zweiten Kammer (111; 2111) in Verbindung steht, der er die größere effektive Kolbenfläche (I23) zuwendet.

3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (7O; 270) mittels Vorspannfedern (11^ und 117; 211*f und 2117) in einer zentrierten Lage gehalten ist.

*f« Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (110; 2110) in ständiger Fluidverbindung mit einer Druckfluidquelle (18; 218) steht, während die Fluidverbindung zwischen dieser Druckfluidquelle und der zweiten Kammer (111; 2111) über das S-teuerventil (50, 51; 250, 251) läuft.

5. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis ^, dadurch gekennzeichnet, daß zum selektiven Betätigen des Servoventils (50, 51; 25Ο, 251) ein Proportionalsolenoid (12; 12A; 212) vorgesehen ist.

409812/0492 BAD ORIGINAL

6. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Froportionalsolenoid (12; 12A; 212) mit dem Gehäuse (11; 211) verstellbar verbunden ist.

7. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionalsolenoid (12; 12A; 212) mit dem Gehäuse (11; 211) über axiale Schraubgewinde (75> 76; 275» 276) verbunden ist.

8. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11; 211) eine erste und eine zweite Bohrung (71 bzw. 52; 271 bzw. 252) enthält, in denen der Kolben (70; 270) bzw. das Servoventil (50, 51; 250, 251) jeweils gleitend geführt sind.

9. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (70) in seiner Bohrung (71) im Gehäuse (11) die ständig unter Fluiddruck stehende erste Kammer (HO) und die wahlweise mit Fluiddruck speisbare zweite Kammer (111) abgrenzt, der er die größere effektive Kolbenfläche (123) zuwendet.

10. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß das Servoventil eine Servospindel (5O; 250) aufweist, die in einer Servohülse (5I; 251) gleitend geführt ist und gemeinsam damit Durchlässe (90, 91, 92, 93, 9^, 95; 290, 291, 292, 293j 29^i 295) für die Bestimmung des Fluidflusses zur größeren Kolbenfläche definiert.

11. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Servospindel (5O; 250) mit dem Antrieb (12; 12A; 212) für das Servoventil gekoppelt ist, während die Servohülse (51; 251) ihren Bewegungsantrieb von der ßückkopplungsverbxndung (57j 59» 87» 287, 2125) zwischen dem Servoventil und dem Kolben (7O; ZlO) erhält.

12. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Servoventil eine hohle Servohülse (51; 251),

Α09812/0Λ92

die in der zweiten Bohrung (52; 252) im Gehäuse (11; 211) aus einer zentrierten Lage nach entgegengesetzten Richtungen gleitend verschiebbar ist und einen ersten Durchlaß (90; 290) enthält, und eine in dieser Servohülse aus einer zentrierten Lage nach entgegengesetzten Richtungen gleitend verschiebbare Servospindel (50; 250) mit einem zweiten Durchlaß (93; 293) aufweist, der bei zentrierter Lage von ßervohülse und Servospindel nicht mit dem ersten Durchlaß in der Servohülse fluchtet und damit einen Fluidfluß in die oder aus der zweiten Kammer (111; 2111) im Gehäuse verhindert, bei Verschiebung der Servospindel durch ihren Antrieb (12; 12A; 212) relativ zur Servohülse dagegen gemeinsam mit deren erstem Durchlaß eine Durchtrittsöffnung bildet, die einen Fluidfluß von und zur zweiten Gehäusekammer und damit eine Verschiebung dee Kolbens (70; 270) ermöglicht, auf welche Verschiebung die Rückkopplungsverbindung (57» 59» 87; 287, 2125) zwischen dem Kolben und der Servohülse mit einer die Durchlässe in der Servohülse und der Servospindel außer Deckung bringenden und damit den Fluidfluß durch die Durchtrittsöffnung und die daraus resultierende Kolbenbewegung zum Stillstand bringenden Verschiebung der Servohülse relativ zur Servospindel reagiert.

13· Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionalsolenoid (12; 12A; 212) einen mit der Servospindel (50; 250) verbundenen axial verschiebbaren Anker (7$; 78A; 278) aufweist.

1*f. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13t dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsverbindung zwischen dem Kolben (70) und der Servohülse (5I) aus einer ersten Nockenfläche (I25) am Kolben, einem im Gehäuse (11) gleitend geführten und an der Nockenfläche am Kolben anliegenden ersten Nockenstößel (571 59) mit einer zweiten Nockenfläche (iOj>) und einem mit der Servohülse verbundenen und an der zweiten Nockenfläche am ersten Nockenstößel anliegenden zweiten Nockenstößel (87) besteht.

40981 2/0492
BAD ORIGINAL

15· Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1^, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Nockenstößel (57i 59) im Gehäuse (11) in einer dritten Bohrung (58) gleitend geführt ist, die senkrecht zu der den Kolben (70) enthaltenden ersten Bohrung (71) und zu der das Servoventil (50, 51) enthaltenden zweiten Bohrung (52) verläuft.

16» Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 14 oder. 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Nockenstößel aus einer im Gehäuse (11) gleitend geführten und die zweite Nockenfläche (IO3) aufweisenden Nockenstößelhülse (57) und einem in einer axialen Bohrung (60) dieser Nockenstößelhülse gleitend verschiebbaren Stößelkern (59) besteht, der an der ersten Nockenfläche (125) am Kolben (70) anliegt.

17· Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsverbindung zwischen dem Kolben (270) und der Servohülse (251) aus einer Nockenfläche (2125) am Kolben und einem daran anliegenden und mit der Servohülse verbundenen Nockenstößel (287) besteht.

18. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17» dadurch gekennzeichnet, daß eine manuelle Übersteuerungseinrichtung (6^; 1^0; 1^5) für eine Betätigung des Servoventils (50, 51) von Hand vorgesehen ist.

19· Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ubersteuerungseinrichtung (Gh) mit der Eückkopplungsverbindung (57, 59, 87) zwischen dem Kolben (70) und dem Servoventil (50, 5I) verbunden ist.

20. betätigungsvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ubersteuerungseinrichtung eine mit dem ersten Nockenstößel (57, 59) verbundene Schub- und Zugstange (,Gk) aufweist.

21. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Schub- und Zugstange (6^f) in Schubrichtung durch die Nocken-

40 9'8 12/0492

stößelhülse (57) hindurch mit dem Stößelkern (59) und in Zugrichtung über einen Sprengring (66) mit der Nockenstößelhülse verbunden ist.

22. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schub- und Zugstange (6%) und dem Stößelkern (59) eine Haltefeder (68) und zwischen der Kockenstößelhülse (57) und dem Gehäuse (11) eine Zubringerfeder (6?) eingefügt ist.

23· Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersteuerungseinrichtung (1^0) mit dem Servoventil (50, 51) verbunden ist.

2^. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet, daß die Übersteuerungseinrichtung eine mit der Servospindel (50) verbundene Schub- und Zugstange (1^fO) aufweist.

25. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersteuerungseinrichtung (1^5) mit dem Proportionalsolenoid (12A) verbunden ist.

26. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersteuerungseinrichtung eine mit dem Anker (78A) des Proportionalsolenoids (12A) verbundene Schub- und Zugstange (1^5) aufweist.

27. Steuerventilkombination mit einer proportional wirkenden Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Kolben (2?0) der Betätigungsvorrichtung (210) eine in axialer Richtung verschiebbare Ventilspindel (310) eines Steuerventils (213) gekoppelt ist, das gemeinsam mit der kleineren Kolbenfläche des Kolbens ständig mit konstantem Fluiddruck beaufschlagt ist.

28. Steuerventilkombination nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilspindel (310) des Steuerventils (213) in einer zur

409812/0492

Bohrung (271) im Gehäuse (211) der Betätigungsvorrichtung (210) koaxialen und damit verbundenen Bohrung (3O6) im Gehäuse (30*0 des Steuerventils gleitend verschiebbar geführt ist.

29· Steuerventilkombinatxon nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (270) und die Ventilspindel (310) jeweils mit ihren einander abgewandten Enden in ihren Bohrungen (271 bzw. 306) die zweite bzw. die erste Kammer (2111 bzw. 2110) begrenzen und daß die mit Fluiddruck beaufschlagte effektive Fläche der Ventilspindel in der ständig unter konstantem Fluiddruck stehenden ersten Kammer kleiner ist als die mit Fluiddruck beaufschlagte effektive Fläche des Kolbens in der selektiv unter Steuerfluiddruck setzbaren zweiten Kammer.

30. Steuerventilkombination nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden den Kolben (270) zentrierenden Vorspannfedern (211*f und 2117) die eine Vorspannfeder (211*f) in der ersten Kammer (2110) zwischen der Ventilspindel (31O) und dem gegenüberliegenden Kammerende (308) und die andere Vorspannfeder (2117) in der zweiten Kammer (2111) zwischen dem Kolben und dem gegenüberliegenden Kammerende angeordnet ist.

31. Steuerventilkombination nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (2110) mit der Druckfluidquelle (218) unmittelbar verbunden ist, während die Verbindung zwischen der Druckfluidquelle und der zweiten Kammer (2111) über das Servoventil (250, 251) läuft.

409812/0492