DE2364350C3 - Elektrohydraulisches Servoventil - Google Patents

Description

Durch den bei a) erläuterten Vorteil ergibt sich also eine geringe Länge und durch den bei b) erläuterten Vorteil eine geringe Dicke der als Anker dienenden Metallplatte, d. h. das axiale Trägheitsmoment des Ankers kann durch die Erfindung ganz erheblich reduziert werden, wodurch sich eine entsprechende Empfindlichkeit und ein schnelles Ansprechen des Ventils ergeben. Da ferner beide Dauermagnete einen konstanten Luftspalt haben, ändert sich ihr magnetischer Fluß durch die Bewegung des Ankers nicht, d. h. es ergibt sich außerdem eine ausgezeichnete Linearität.

Auch durch die Anordnung des Steuerglieds am Mittelabschnitt des Ankers wird eine leichtere Bauweise und damit ein geringeres axiales Trägheitsmoment des Ankers begünstigt.

Die Anordnung eines beweglichen Steuerglieds zwischen zwei Steuerdüsen ist bei einem Servoventil aus der US-PS 33 66 132 an sich bekannt.

Eine einfache Montage ergibt sich in Ausgestaltung der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 2.

Während bei dem Servoventil nach der FR-PS 13 90 190 die Seitenteile des Tragteils in Bohrungen eines Formstücks befestigt sind, dienen jetzt zur Lagebestimmung der Seitenteile Distanzstücke von genau bemessener Dicke. Diese können mit sehr kleinen Teleranzen hergestellt werden. Man erreicht so auf sehr einfache Weise, daß die Luftspalte, welche zwischen dem Anker und den Polstücken liegen und eine Größenordnung von einigen Zehntel Millimetern haben, mit hoher Genauigkeit und großer Symmetrie erhalten werden. Sei den aus dem Stand der Technik bekannten Antriebsorganen dagegen ist die Einstellung und genaue Justierung dieser Luftspalte meist mit schwierigen und empfindlichen Arbeitsvorgängen verknüpft Jetzt ergeben sich diese Luftspalte direkt bei der Montage und ohne Justierarbeiten aufgrund der Tatsache, daß ihre Größe nur von drei Maßen abhängt, welche mit großer Genauigkeit durch Planschleifen hergestellt werden können. Dies sind die Dicke der Köpfe an den beiden Enden der Polkerne, die Dicke des Ankers, und die Dicke der Distanzstücke. Im übrigen kann die Symmetrie dieser Luftspalte dadurch gesichert werden, daß man für ein und dasselbe Gerät einerseits Polkerne und andererseits Distanzstücke des gleichen Schleifloses verwendet, deren Höhe infolgedessen auf Tausendstel Millimeter genau dieselbe ist. Man erspart so z. B. die Verwendung von Beilegblechen unterschiedlicher Dicke, Meßvorgänge und erleichtert auch Reparaturen ganz erheblich.

Eine sehr gute Langzeitkonstanz des Ventils ergibt sich durch die Merkmale des Anspruchs' 4. Die so Steuerdüsen und die sie tragenden Teile bestehen aus demselben Metall und dehnen sich daher bei Temperaturerhöhung in derselben Weise aus, und da sich die Düsen gegenüberliegen, haben Temperaturänderungen gegenläufige Bewegungen gleicher Größe zur Folge. Da die Teile, welche die Düsen tragen, im Gerätekörper des Ventils in der Weise befestigt sind, daß ihre Einspannung auch bei der höchsten im Betrieb vorhandenen Temperatur bestand hat, können diese ihre Lage im Gerätekörper nicht ändern. Da außerdem die Düsen in diese Teile eingefügt sind, was zweckmäßig ebenfalls durch einen Preßsitz erfolgt, können auch sie ihre Lage in dem zugeordneten Teil nicht von selbst ändern. Andererseits kann man das Übermaß für ihren Preßsitz so wählen, daß sich eine schwache Einspannung ergibt, welche eine leichte Justierung dieser Düsen ermöglicht; denn eine solche schwache Einspannung läßt bei einer derartigen Werkstoffpaarung im Laufe der Zeit nicht nach. Dies stehl im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, z. B. nach der US-PS 33 66 132. Dort sind die — gewöhnlich aus Stahl bestehenden — Düsen in den — gewöhnlich aus Leichtmetall gegossenen — Gerätekörper eingeschraubt, und die Erfahrung hat gezeigt, daß derartige Verschraubungen durch Erschütterungen und Temperaturwechsel im Laufe der Zeit ihre Lage etwas ändern können, was naturgemäß bei hochempfindlichen Ventilen dieser Art äußerst unerwünscht ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt m>

F i g. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Servoventils mit einer Primär- oder Steuerstufe und einer Sekundärstufe mit Durchflußmengensteuerung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf ein Tragteil, das zu der *>5 beweglichen Einheit der Steuerstufe gemäß F i g. 1 gehört,

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie IH-III in Fig. 1,

Fig.4 eine Darstellung entsprechend Fig. 1, worin jedoch die Sekundärstufe mit Drucksteuerung arbeitet,

Fig.5 ein Diagramm, worin das Verhältnis von Nutzdruck zu Speisedruck als Funktion des Steuerstromes dargestellt ist, entsprechend dem Servoventil nach Fig. 4,

Fig. 6 einen Schnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Servoventils nach F i g. 4, und

Fig. 7 ein Diagramm, worin das Verhältnis Nutzdruck zu Speisedruck als Funktion des Steuerstromes dargestellt ist, entsprechend einem Servoventil nach Fig. 6.

Gemäß F i g. 1 enthält das Servoventil eine Primarstufe 1 als Vorsteuerstufe und eine Sekundärstufe 2 mit Durchflußmengensteuerung. Die Sekundärstufe ist in herkömmlicher Weise aufgebaut und wird demzufolge anschließend nicht im einzelnen beschrieben.

Das Antriebsorgan der Primärstufe besteht aus einem magnetischen Kreis mit zwei zylindrischen Polkernen 3, 3', auf welche je eine Steuerspule 4,4' aufgewickelt ist; diese Steuerspulen werden von einem Steuerstrom gespeist, der über Leiter 5 zugeführt wird. Der magnetische Kreis enthält ferner zwei geradlinige Dauermagnete 6, 6', welche eine Permanentmagneteinrichtung bilden und sich parallel zu den Polkernen 3,3' erstrecken, eine erste Metallplatte 7, die magnetisch ein Ende der Dauermagnete 6,6' mit denjenigen Enden der Polkerne verbindet welche den freien Enden 8, 8' derselben gegenüberliegen, ferner eine ringförmige Metallplatte 9, die an den anderen Enden der Dauermagnete 6,6' befestigt ist und bis unter die freien Enden 8, 8' der Polkerne reicht, und schließlich einen Anker 10 in Form einer ebenen, beweglichen Metallplatte, welche langgestreckt ist und unter die freien Enden 8, 8' der Polkerne reicht und mit diesen Enden gleiche Luftspalte 11,11' bildet.

Wie die F i g. 1 und 2 zeigen, ist der Anker 10 an dem Mittelabschnitt 12 eines Tragteils 13 befestigt, wie das klar in Fig.2 gezeigt ist. Das Tragtei! 13 hat zwei Seitenabschnitte 14,14', die mittels zweier als Drehstab dienender zylindrischer Abschnitte 15, 15' von relativ schwachem Durchmesser an dem Mittelabschnitt 12 befestigt sind. Wie man in F i g. 3 sieht, sind die beiden Seitenabschnitte 14, 14' starr mit einer gehäusefesten, als Dichtelement dienenden Platte 16 durch Schrauben 17 unter Einfügung von Distanzstücken 18, 18' verbunden. Der Mittelabschnitt 12 des Tragteils 13 trägt ferner ein hydraulisches Steuerglied 19, dessen Ende zwischen den öffnungen von zwei Steuerdüsen 20, 20' sitzt, die mit Hydraulikflüssigkeit versorgt werden von einer Anschlußöffnung 21 aus, welche an eine nicht dargestellte Druckmittelquelle angeschlossen ist. Die Steuerdüsen werden durch öffnungen 22,22' von relativ kleinem Durchmesser versorgt, welchen ein Filter 23 vorgeschaltet ist. Der Rückfluß der Flüssigkeit zum Tank erfolgt durch eine Auslaßöffnung 24 in der Sekundärstufe 2 entsprechend dem durch Pfeile angezeigten Weg. Je nach der Stellung des Steuerschiebers 25 in der Bohrung 26 gelangt dann die Arbeitsflüssigkeit zu einem der Verbraucheranschlüsse 27,27'.

Wie die F i g. 1 zeigt, überqueren die magnetischen Flüsse 28 und 29, welche von dem Dauermagnet 6 bzw. den Steuerspulen 4,4' erzeugt werden, den Luftspalt 11 in entgegengesetzten Richtungen, während der Fluß .28' von dem Dauermagneten 6' und der Fluß 29 von den Steuerspulen den Luftspalt 11' im gleichen Sinn überqueren. Hieraus folgt eine Subtraktion der Flüsse

im ersteren Fall und eine Addition der Flüsse im zweiten Fall, und demzufolge tritt ein magnetisches Moment auf, welches auf den Anker 10 wirkt. Dieses Moment hat das Bestreben, den Anker 10 des Magnetsystems und demzufolge auch den Mittelabschnitt 12 des Tragteiles 13 um seine waagerechte Mittelachse zu schwenken, um so das Steuerglied 19 gegen die eine oder die andere der Steuerdüsen 20, 20' zu bewegen. Aufgrund der Verschraubung des Tragteils 13 an den Seitenabschnitten 14,14' mit der als Dichtelement dienenden Platte 16 erfahren die als Drehstäbe dienenden zylindrischen Abschnitte 15,15' eine elastische Verformung und üben ein Rückstellmoment aus, welches versucht, den Mittelabschnitt Yl und demzufolge den fest mit ihm verbundenen Anker 10 in ihre Gleichgewichtslage zurückzuführen, in welcher der Anker 10 wieder parallel zu den Endabschnitten der freien Enden 8, 8' der Polkerne 3,3' zu liegen kommt.

Die üblicherweise aus Stahl hergestellten Steuerdüsen 20, 20' sind in einen Träger 30 gleichen Materials eingefügt, der seinerseits wiederum in den Gerätekörper 31 eingefügt ist, der aus Leichtmetall hergestellt ist.

Die Einspannung der Steuerdüsen 20 und 20' in ihrem Träger 30 bleibt aufgrund der Werkstoffgleichheit bei jeder Temperatur erhalten, was eine hinreichend schwache Einspanniung zur Ermöglichung einer leichten Justierung gestattet sowie eine Verstellung im Falle des Nachlassens der Einspannung aufgrund von thermischen Ausgleichsdehnungen vermeidet.

Aufgrund der Werkstoffgleichheit erhält man auch einen gleichbleibenden Abstand des Ankers 10 von den Steuerdüsen 20,20' bei sich ändernder Temperatur.

Die Einspannung des Trägers 30 in dem Gerätekörper 31 reicht aus, um bei der höchsten im Betrieb auftretenden Temperatur Bestand zu haben.

Der Luftspalt zwischen dem Anker 10 und den freien Enden 8, 8' der Polkerne 3, 3' ergibt sich direkt bei der Montage und ohne die Notwendigkeit, eine Justierung durchzuführen.

Die Anordnung der Teile des magnetischen Kreises gestattet es, die bewegliche Einheit 10, 13, 19 der im Öl befindlichen Primärstufe 1 von den Steuerspulen 4 und 4' zu trennen, für die es vorteilhafter ist. sie an Luft zu belassen. Eine entsprechende Formgebung der Platte IS. weiche die Trennung bewirkt, also als Dichtelement wirkt, läßt einen hohen hydraulischen Druck zu.

Die Fig.4 stellt ein Servoventil dar. welches einen Druck steuert und die gleiche Vorsteuerstufe verwendet wie das Servoventil gemäß Fig. 1 für eine Durchflußmengensteuerung. Die von der Primärstufe gelieferten Erregungsdrücke wirken in den Kammern 32 und 32' auf zwei gleiche, ringförmige Abschnitte des Steuerschiebers 25. Der Nutzdnick in der Kammer 33. die an den Verbraucheranschluß 34 angeschlossen ist. wird über einen Durchlaß 35 im Schieber 25 in eine Kammer 36 geleitet, wo er auf den entsprechenden Abschnitt des Schiebers wirkt. Eine der Kammer 36 gegenüberliegen

de Kammer 37 am anderen Schieberende wird über einen Durchlaß 39 in dem Steuerschieber ständig mit der Rücklauföffnung 38 in Verbindung gehalten.

Diese Anordnung erlaubt die Erzielung eines Nutzdruckes, welcher proportional ist zur Differenz der Steuerdrücke in den Kammern 32 und 32'. Die Regelung der Primärstufe und ihre Wirkungsrichtung sind so, daß der Druck in der Kammer 32 höher oder mindestens gleich demjenigen in der Kammer 32' ist. Wenn diese Drücke gleich sind, ist der Nutzdruck gleich demjenigen des Rücklaufs. Wenn der Druck der Kammer 32 höher ist als derjenige der Kammer 32', so ist der Nutzdruck proportional zu dieser Druckdifferenz; der Proportionalitätsfaktor ist gleich dem Verhältnis der ringförmigen Abschnitte der Kammern 32,32' zum Endabschnitt des Schiebers, der in die Kammer 36 ausmündet.

Wenn sich der Speisedruck Pa ändert, verhalten sich die Kennlinien von Nutzdruck-Steuerstrom als Funktion des Speisedruckes, wie dies das Diagramm gemäß Fig.5 zeigt; dieses entspricht einem Gerät, welches derart geregelt ist, daß der Nutzdruck dem Steuerstrom umgekehrt proportional ist. In diesem Diagramm ist auf

der Abszisse ——als Verhältnis von Erregerstrom zu

M/
Höchststrom und auf der Ordinate

hl

Pa

als Verhältnis

von Nutzdruck zu Speisedruck aufgetragen; es ist der Kennlinienverlauf aufgetragen für einen Speisedruck von 100%, 80%, 50% und 10% vom maximalen Speisedruck.

In F i g. 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Servoventils dargestellt, welches einen Druck steuert und sich von dem vorhergehenden nur durch den Aufbau des Steuerschiebers 25 unterscheidet Dieser besitzt einen Durchlaß 40, welcher die Kammer 37 mit der Versorgungsöffnung 41 verbindet, während bei der vorhergehenden Ausführung diese Kammer mit der Rücklauföffnung 38 in Verbindung stand.

Hieraus ergeben sich Charakteristiken von Nutzdruck zu Steuerstrom, welche sich als Funktion des Speisedruckes entsprechend F i g. 7 ändern. Diese Figur entspricht wie oben einer Regelung der Primärstufe derart, daß der Nutzdruck umgekehrt proportional dem Steuerstrom ist. Der Nutzdruck ist hier unempfindlich gegenüber dem Rücklaufdruck bei geringen Schwankungen desselben im Verhältnis zum Speisedruck. Eine andere Eigenheit besteht darin, daß die Charakteristiken nach den Fig. 5 und 7 sich wahlweise ergeben, wenn man einen der beiden beschriebenen Schieber verwendet und die Primärstufe dementsprechend regelt: Im Fall der Fig.6 ist der Druck in der Kammer 32' größer oder gleich demjenigen in der Kammer 32. Die eine oder die andere der beiden Kurvenformen kann in Abhängigkeit der Verwendungsart ausgewählt werden. Eine mögliche Verwendung stellen die Bremsregelsysteme dar.

Hierzu 3 Blatt Zeichiumsien

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrohydraulisches Servoventil, insbesondere zur Verwendung in einem Bremsdruck-Regelsystem, mit einer Primärstufe, welche zur Steuerung einer hydraulischen Sekundärstufe dient, mit einem elektromagnetischen Antriebsorgan für die Primärstufe, welches einen magnetischen Kreis mit zwei parallelen, jeweils von einer Steuerspule umgebenen Polkernen aufweist, deren eine Enden durch eine erste Metallplatte verbunden sind, gegen welche eine Permanentmagneteinrichtung einpolig anliegt, wobei das Antriebsorgan eine bewegliche Metallplatte als Anker aufweist, die gegenüber den anderen, freien Enden der Polkerne und mit diesen Enden in der Ruhelage zwei gleiche Luftspalte bildend angeordnet ist, wobei der Anker an einem Tragteil befestigt ist, das zwei seitliche Drehstäbe aufweist, an die sich je ein Seitenabschnitt anschließt, der in den festen Aufbau des Servoventil eingesetzt ist, und mit einem mit dem Anker verbundenen Steuerglied, dem zwei Steuerdüsen in der Weise zugeordnet sind, daß sie durch das Steuerglied jeweils gegensinnig im öffnungs- bzw. Schließsinn beeinflußbar sind, wobei der magnetische Kreis so ausgebildet ist, daß sich im Betrieb im einen Luftspalt der von der Permanentmagneteinrichtung erzeugte Fluß zum von den Steuerspulen erzeugten Fluß addiert, im anderen Luftspalt dagegen subtrahiert, um eine Drehung des Ankers entsprechend der Größe des in den Steuerspulen fließenden Stromes zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (19) am Mittelabschnitt (12) des Tragteils (13) und etwa senkrecht zu der als Anker (10) dienenden beweglichen Metallplatte angeordnet ist und zwischen den beiden Steuerdüsen (20,20') liegt und daß die Permanentmagneteinrichtung zwei zu den Polkernen (3, 3') parallele Dauermagnete (6, 6') aufweist, die beiderseits der Polkerne sowie außerhalb von diesen angeordnet sind und deren andere Pole gegen eine zweite Metallplatte (9) anliegen, welche sich bis unter die freien Enden (8,8') der Polkerne (3,3') erstreckt und mit diesen jeweils einen Luftspalt (11, 11') bildet, wobei sich in jeden Luftspalt ein Ende der als Anker (10) dienenden beweglichen Metallplatte hineinerstreckt.

2. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Seitenabschnitte (14, 14') des Tragteils (13) auf dem festen Aufbau des Servoventils mittels Schrauben (17) unter Einfügung von Distanzstücken (18,18') befestigt sind.

3. Servoventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (17) in einem zum festen Aufbau des Servoventils gehörenden Dichtelement eingeschraubt sind, welches zwischen den belüfteten Steuerspulen (4, 4') und der beweglichen, von der Hydraulikflüssigkeit umspülten Anordnung, bestehend aus dem Anker (10), dem Tragteil (13) und dem Steuerglied (19), angeordnet sind.

4. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Metall bestehenden Steuerdüsen (20, 20') jeweils in einen Träger (30) aus dem gleichen Metall eingefügt sind, welcher seinerseits in dem zum festen Aufbau gehörenden Gerätekörper (31) des Servoventils befestigt ist.

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Servoventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Ventil ist bekannt aus der FR-PS 13 90 190. Bei diesem bekannten Ventil hat der Anker s ein erhebliches axiales Trägheitsmoment, wodurch sich eine niedrige Ansprechgeschwindigkeit und eine niedrige obere Grenzfrequenz dieses bekannten Ventils ergeben. Bei vielen Anwendungsfällen, z. B. bei sogenannten Antiblockiersystemen, ist aber ein rasches ίο Ansprechen von großer Wichtigkeit, denn nur so kann man z. B. bei einem Flugzeug erreichen, daß die benötigte Landebahn möglichst kurz wird.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrohydraulisches Servoventil der genannten Art is hinsichtlich seiner Ansprechgeschwindigkeit und der Zuverlässigkeit seiner Arbeitsweise bei höheren elektrischen Eingangsfrequenzen zu verbessern.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen.

Bei der Erfindung sind also die beiden Polkerne mit ihren Spulen direkt beieinander angeordnet, und beiderseits dieser Anordnung liegt je ein Dauermagnet Dadurch ergeben sich verschiedene Vorteile:

a) Da die Polkerne keinen großen Abstand voneinander haben, braucht auch die als Anker dienende bewegliche Metallplatte, die die beiden Polkerne überdeckt, nur entsprechend kurz zu sein.

b) Die Dauermagnete haben jeweils einen eigenen magnetischen Kreis, der sich im wesentlichen über die erste Metallplatte, den dem betreffenden Dauermagneten benachbarten Polkern, einen konstanten Luftspalt und die zweite Metallplatte zurück zum Dauermagneten erstreckt In diesen konstanten Luftspalt ragt die als Anker dienende Metallplatte und wird daher nur senkrecht zu ihrer Ebene vom Fluß des betreffenden Dauermagneten durchsetzt, während in ihrer Längsrichtung nur der — gewöhnlich kleinere — Fluß fließt, der von den beiden Steuerspulen erzeugt wird. Zur Leitung dieses kleinen magnetischen Flusses genügt eine geringe Dicke der als Anker dienenden beweglichen Metallplatte.

c) Durch die trägheitsarme Ausbildung des Ankers ist die Zuverlässigkeit der Arbeitsweise auch bei höheren elektrischen Eingangsfrequenzen gewährleistet.