DE2456677A1 - Elektro-hydraulisches proportionalsteuerventil - Google Patents

Elektro-hydraulisches proportionalsteuerventil

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DE2456677A1
DE2456677A1 DE19742456677 DE2456677A DE2456677A1 DE 2456677 A1 DE2456677 A1 DE 2456677A1 DE 19742456677 DE19742456677 DE 19742456677 DE 2456677 A DE2456677 A DE 2456677A DE 2456677 A1 DE2456677 A1 DE 2456677A1
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valve
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electro
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Adam Dittner
Karl Prenzel
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IHO Holding GmbH and Co KG
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Frieseke and Hoepfner GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/042Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure
    • F15B13/043Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves
    • F15B13/0433Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves the pilot valves being pressure control valves

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Description

  • Elektro-hydraulisches Proportional-Steuerventil Die Erfindung bezieht sich auf ein elektro-hydraulisches Propo t ional-Steuerventil gemäß Oberbegriff des Eauptanspruches.
  • Bisherige elektrisch gesteuerte Servoventile haben eine hinreichend hohe Verstellgeschwindigkeit. Sie bestehen dabei aber aus relativ empfindlichen 3auteilen, z.B. Regeldüsen in der Vorsteuerstufe, sind verschmutzungsempfindlich und daher für rauhen Einsatz weniger geeignet.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektro-hydraulisches Proportional-Steuerventil der vorgenannten Art anzugeben, welches eine sehr hohe Unempfindlichkeit gegen Versc}1nrLftzungen aller Art aufweist, demzufolge insbesondere für mobilen Einsatz verwendbar ist, einen wesentlich höheren hydraulischen Wirkungsgrad und Unempfindlichkeit gegen~Druckschwankungen des )?ördermediums besitzt, sich bei alledem durch eine sehr kostengünstige Fertigungsmöglichkeit auszeichnet und trotzdem eine mit bisherigen Servoventilen erzielbare Verstellgeschwindigkeit aufweist.
  • Das elektro-hydraulische Proportional-Steuerventil nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Ventilkörpers als Gewindespindel zum Eingriff mit ortsfesten Gewindegängen ausgebildet ist, daß ein Ende des Ventilkörpers über eine axial nachgiebige, aber torsionssteife Feder in Antriebsverbindung steht mit dem Rotor eines Scheibenläufermotors an sich bekannter Art, daß eines der beiden Enden des Ventilkörpers zusammen mit einem elektrischen Korrespondenzglied an sich bekannter Art zu einem Abstandsfühler ausgebildet ist, und daß die genannten Teile in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sind.
  • Nachstehend werden anhand zweier in den Zeichnungen veranschaulichter Ausführungsbeispiele zunächst die Erfindung und, daran anschließend, ihre besonderen Vorteile sowie die besonderen Vorteile zweckmäßiger Ausgestaltungen vor dem Hintergrund der genannten Aufgabe erläutert.
  • Es zeigen: Fig. 1 das erfindungsgemäße Steuerventil als Mehrwegeventil, Fig. 2 das erfindungsgemäße Steuerventil in einer Ausgestaltung als einfaches Druckhalteventil.
  • Gemäß Fig. 1 ist in dem Ventilgehäuse 1 zentrisch ein walzenförmiger Steuerschieber 2 angeordnet. Dieser arbeitet in bekannter Weise mit den Ventilkammern 3, 4 und 5 zusammen. Letztere sind mit den Anschlußöffnungen 6, 7 und 8 verbunden. An seinem rechten Ende besitzt der Steuerschieber ein Gewinde 9, welches mit einem korrespondierenden ortsfesten Gewindering 10 korrespondiert.
  • Über eine Schraubverbindung 11 ist dieser Steuerschieber auf Mitnahme gekoppelt mit einer Tellerfeder 12 und einer sich nach rechts erstreckenden Welle 13. Diese trägt die Nabe 14 für den Rotor 15 eines Scheibenläufermotors an sich bekannter Art. Von diesem sind hier noch die Permanentmagnete 16 und eine Stromzuführungskohle 17 zu sehen. Die Rotornabe 14 ist in üblicher Weise bei 18 abgedichtet.
  • Die Rotornabe 14 ist auf der Rotorwelle 13 drehsicher befestigt.
  • Beide Teile sind über hydrostatische Lager schwimmend gelagert.
  • Die hydrostatischen Radiallager sind mit 19 und 20 bezeichnet, die hydrostatischen Axiallager mit 21 und 22. Alle genannten Lager werden über den Kanal 23, der mit der Anschlußöffnung 6 verbunden ist, zwangsgeschmiert. Zum Rückführen von Lecköl dienen die Kanäle 24, 25 und 26, wie im einzelnen nicht weiter erläutert werden soll.
  • Die linke Seite des Steuerschiebers 2 läuft in eine ebene Fläche 27 aus. Diese steht einer Induktionsspule 28 gegenüber.
  • Der Abstand der Spule 28 kann nach Lösen des Fixierringes 29 und Ansetzen eines geeigneten Werkzeuges an einen Mehrkant 30 gegenüber der Fläche 27 verändert werden. Die Fläche 27 und die Spule 28 bilden zusammen einen induktiven Weggeber für die axiale Verschiebung des Steuerschiebers 2. Die Enden der Spule 28 sowie die Anschlüsse für die Stromzuführungskohlen des Scheibenläufermotors sind an eine Anschlußdose 31 geführt.
  • Die Ausführung in Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 lediglich in der Ausbildung der Teile links vom Gewinde 9.
  • Und zwar ist der walzenförmige Ventilkörper hier nicht als Steuerschieber, sondern als Prallkörper 32 ausgebildet und arbeitet mit der Düse 33 zusammen. Letztere sitzt in einem Düsenrohr 34 mit dem Kanal 35. Dieser steht mit der Kammer 36 in Verbindung, welche den 1)ruckmittelzuführungsanschluß 37 aufweist.
  • In entsprechender Weise steht der Raum um den Prallkörper 32 mit der Ventilkammer 38 in Verbindung, welche in den Abflußanschluß 39 mündet. Schließlich steht der Kanal 35 des Düsenrohres 34 mit einem Druckaufnehmer 40 an sich bekannter Art in Druckverbindung.
  • Die Zusammenarbeit der einzelnen Teile des erfindungsgemäßen Steuerventils wird nachstehend erläutert, wobei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen wird.
  • Wird der Scheibenläufermotor 15, 16 über seine Stromzuführungskohlen 17 mit Spannung beaufschlagt, so führt der Rotor 15 eine Drehbewegung aus. Diese wird über die Welle 13 auf die Tellerfeder 12 übertragen und von dieser über die Schraubverbindung 11 auf den Ventilschieber 2. Infolge des Gewindes 9, 10 und der axialen Nachgiebigkeit der Tellerfeder 12 führt der Steuerschieber 2 sowohl eine Drehbewegung aus als auch eine Verschiebung in axialer Richtung. Wie bei IvIehrwegeventilen üblich, wird dadurch eine Verbindung zwischen den Anschlüssen 6 und 7 oder 7 und 8 -hergestellt.
  • Das Maß der axialen Verschiebung des Steuerkörpers 2 wird über die Spule 28 erfaßt, deren Induktivität durch den Abstand zur Fläche 27 bestimmt wird, welche infolge ihrer metallischen Struktur eine mehr oder weniger große Dämpfung und damit Veränderung der Induktivität der Spule 28 bewirkt. An deren Anschlüssen, mithin auch an den betreffenden Kontaktelementen der Anschlußdose 31 steht daher ein elektrisches Abbild des Verschiebeweges des Steuerkörpers 2 zur Verfügung.
  • 3ei Fig. 2 erfolgt bis zum Gewinde 9, 10 der gleiche Bewegungsvorgang. Hier ist jedoch das Ventil als sogenanntes Druckventil ausgebildet, wobei sich der Druck in der Kammer 36, mithin also auch in einem an die Anschlußöffnung 37 angeschlossenen hydraulischen Gerät danach richtet, wie groß der Abstand der Düse 33 zum Prallkörper 32 ist. Der Druck im Kanal 35 ist demgemäß ein Abbild für die axiale Verschiebung des Prallkörpers 32. Da weiterhin der Kanal 35 mit dem Druckaufnehmer 40 in Druckverbindung steht, liefert letzterer auch hier ein elektrisches Abbild des Verschiebeweges des Prallkörpers 32.
  • Die an den entsprechenden Kontakten der Anschlußdose 31 zur Verfügung stehenden Abbilder des Verstellweges der Ventilkörper 2 bzw. 32 können in an sich bekannter Weise als Istwert in einem elektrischen Regelkreis bekannter Art weit erverarbeitet und beispielsweise mit einem Sollwert verglichen werden. An die Vergleichsstufe kann sodann ein Regelverstärker angeschlossen sein, welcher über die Stromzuführungskohlen 17 den ScheibeÄläufermotor 15, 16 erregt. Damit ist der Regelkreis geschlossen. Ein Regelkreis dieser Art, der als solcher nicht Gegenstand der Erfindung ist, ist in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, wobei die mit dem Sollwertgeberpotentiometer 41 beschaltete Vergleichs stufe mit 42 und der Regelverstärker mit 43 bezeichnet ist.
  • Der Rotor 15 des Scheibenläufermotors hat ein sehr geringes Trägheitsmoment und gibt ein relativ großes Drehmoment ab.
  • Daher ist vorteilhafterweise auch eine äußerst kleine Zeitkonstante für das Hochlaufen und das Umsteuern des Motors gegeben. Die Verwendung dieses Scheibenläuiermotors gestattet daher die Ansteuerung durch schnelle elektronische Regler, welche - wie bekannt - mit sehr hohen Regelgeschwindigkeiten verfügbar sind.
  • Als Äbstandsfühler kann an sich jede beliebige Art verwendet werden, zum Beispiel kapazitiv, lichtelektrisch oder dergleichen.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Verwendung eines induktiven Abstandsfühlers hat jedoch den Vorteil, daß sich die Anordnung - etwa im Unterschied zu kapazitiven Anordnungen - besonders einfach und problemlos mit einem robusten Steuerventil dieser Art zusammenbauen läßt. Dies insbesondere, wenn man zur Erzielung einer hohen Grenzfrequenz bei der Messung des Verschiebeweges des Körpers 2 eine relativ hohe Frequenz (z.3. um 100 kHz) für die elektronische Folgeschaltung wählt, in welche die Spule 28 üblicherweise einzuschalten ist.
  • An sich muß der Rotor 15 nicht unbedingt schwimmend gelagert werden; für geringere Anforderungen genügen auch andere bekanntere Lagerungen, beispielsweise Wälzlager. Bei höheren Anforderungen an die Verstellgeschwindigkeit, verbunden mit der hin- und hergehenden 3ewegung des Rotors 15, versagen jedoch beispielsweise Wälzlager, weil ihre Wälzkörper die erforder, lichen Beschleunigungen nicht mitmachen und das Lager demgemäß als simples Gleitlager wirkt, welches, da hierzu nicht ausgebildet, einem erheblichen Verschleiß unterworfen ist. Die schwimmende Lagerung über die hydrostatischen Radiallager 19, 20 und hydrostatischen Axiallager 21, 22 ermöglicht demgegenüber eine größtmögliche Reaktionsfähigkeit bei kaum feststallbarem Verschleiß.
  • Gegenüber bisherigen Servoventilen mit hydraulischer Vorsteuerstufe hat das erfindungsgemäße Steuerventil verschiedene sehr beachtliche Vorteile. Durch den Wegfall von feinen und genau kalibrierten Regeldüsen ist eine wesentlich geringere Filterung des Druckmediums zulässig, was zu einer Verbilligung der damit betrauten Teile und eine Verringerung an Druckverlust bedeutet.
  • So lassen sich durch Einsatz des erfindungsgemäßen Steuerventils Filter mit 63/u Filterfeinheit verwenden, während sonst ca. 5 P üblich sind.
  • Die in beiden Ausführungen gegebene Dreh-Längsbewegung des Ventilkörpers 2, 32 hat dabei eine reinigende Wirkung und setzt die Reibung herab.
  • Das Drehmoment des Motors erfährt in bezug auf die Längsbewegungen der Ventilkörper 2, 32 infolge des Gewindes 9, 10 eine beachtliche Verstärkung. Es stehen daher wesentlich größere Kräfte für die Bewegung der genannten Ventilkörper zur Verfügung als bei der Düsensteuerung der üblichen Servoventile. Demzufolge können auch vergleichsweise größere Fremdkörper im Verschiebeweg der Teile 2, 32 mit überwunden werden. Die Verwendung der Tellerfeder 12 bewirkt dabei, daß die Gewindegänge 9, 10 stets stramm aneinanderliegen, mithin kein Spiel entstehen kann.
  • Der Wegfall von druckbedürftigen Steuerdüsen bisheriger Servoventile bewirkt, daß das erfindungsgemäße Steuerventil auch bei stärkerem Druckabfall funktionsfähig bleibt.
  • Ein weiterer Vorteil liegt im Wegfall komplizierter Justierarbeiten. So kann die Spule 28 in einen fest vorgegebenen Sitz eingesetzt werden und die Anpassung an die elektronische Folgestufe elektronisch durch Verstellung eines Trimmern erfolgen. Selbstverständlich ist es auch - wie in Fig. 2 gezeigt -möglich, die Verstellung mechanisch über die Glieder 29 und 30 vorzunehmen. Dem Konstrukteur stehen mithin zwei Freiheitsgrade zur Verfügung.
  • Der für den Antrieb vorgesehene Scheibenläufermotor oder Teile von ihm können als Massenprodukt preiswert im Handel bezogen werden. Lagerung, Antrieb und Antriebsverbindung der beweglichen Elemente des Ventils sind übliche Maschinenbauteile, welche weder spezielle Fertigungseinrichtungen noch über das Maß des Üblichen hinausgehende Fertigkeiten bei der Herstellung erfordern. Verbunden mit dem geringen Justierbedarf läßt sich daher der Erfindungsgegenstand sehr kostengünstig herstellen.
  • Aus all diesen Gründen läßt sich das erfindungsgemäße Steuerventil als kompakte, robuste Einheit mit hoher Verstellgeschwindigkeit herstellen, deren Einfügung in passende Regelkreise verschiedene neue Anwendungsmöglichkeiten elektro-hydraulischer Regelungen erschließt, beispielsweise in der Anwendung bei Kraftfahrzeugen.

Claims (5)

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Elektro-hydraulisches Proportional-Steuerventil mit einem verschiebbaren walzenförmigen Ventilkörper und einem Verstellantrieb für diesen Ventilkörper, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Ende des Ventilkörpers (2, 32) als Gewindespindel (9) zum Eingriff mit ortsfesten Gewindegängen (10) ausgebildet ist, daß ein Ende des Ventilkörpers über eine axial nachgiebige, aber torsionssteife Feder (12) in Antriebsverbindung steht mit dem Rotor (15) eines Scheibenläufermotors an sich bekannter Art, daß eines der beiden Enden (27) des Ventilkörpers zusammen mit einem elektrischen Eorrespondenzglied (28) an sich bekannter Art zu einem Abstandsfühler ausgebildet ist, und daß die genannten Teile in einem gemeinsamen Gehäuse (1) integriert sind.
2. Steuerventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Ab standsfühl er als induktiver Weggeber (27, 28) ausgebildet ist.
3. Steuerventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß bei Verwendung eines aus Düse (33) und Prallkörper (32) bestehenden Ventils der Abstandsfühler als ein an sich bekannter Druckaufnehmer (40) ausgebildet ist, welcher von der Ölsäule (35) im Düsenkörper (34) beaufschlagt wird.
4. Steuerventil nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der ScheibenläuSerrotor (15) sowohl über hydrostatische Axiallager (21, 22) als auch hydrostatische Radiallager (19, 20) gelagert ist.
5. Verwendung eines der Ventile nach den vorhergehenden Ansprüchen in Kombination mit einem Istwert-Sollwert-Vergleicher (42) und einem an diesem angeschlossenen Regelverstärker (43) für den Scheibenläufermotor (15, 16) in einem geschlossenen Regelkreis.
DE19742456677 1974-11-30 Elektro-hydraulisches Regelventil Expired DE2456677C3 (de)

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Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2456677A1 true DE2456677A1 (de) 1976-06-10
DE2456677B2 DE2456677B2 (de) 1976-09-16
DE2456677C3 DE2456677C3 (de) 1977-04-28

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4133511A (en) * 1977-01-26 1979-01-09 Frieseke & Hoepfner Gmbh Electro-hydraulic regulating valve system
US4190081A (en) * 1976-10-14 1980-02-26 Hawker Siddeley Dynamics Engineering, Ltd. Electro-hydraulic systems
GB2133583A (en) * 1982-12-24 1984-07-25 Kugelfischer G Schaefer & Co Electrically actuated hydraulic regulating valve

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GB2133583A (en) * 1982-12-24 1984-07-25 Kugelfischer G Schaefer & Co Electrically actuated hydraulic regulating valve

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DE2456677B2 (de) 1976-09-16

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C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
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