DE2456677C3

DE2456677C3 - Electro-hydraulic control valve

Info

Publication number: DE2456677C3
Application number: DE19742456677
Authority: DE
Inventors: Karl 8500 Nürnberg; Dittner Adam 8552 Höchstadt Prenzel
Original assignee: Frieseke and Hoepfner GmbH
Current assignee: Frieseke and Hoepfner GmbH
Filing date: 1974-11-30
Publication date: 1977-04-28

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektro-hydraulisches Regelventil, enthaltend einen mit einem Gewinde versehenen, durch einen Elektromotor zwecks Längsverschiebung in Drehbewegungen versetzbaren Ventilkörper, wobei Elektromotor und Ventilkörper eine bauliche Einheit bilden.The invention relates to an electro-hydraulic control valve comprising one with a thread provided valve body which can be set in rotary movements by an electric motor for the purpose of longitudinal displacement, whereby the electric motor and valve body form a structural unit.

Ein solches Regelventil ist aus der DT-OS 22 04 186 bekannt. Dort ist der elektro-hydraulische Ventilteil kombiniert mit einem hydraulischen Axialkolbenmotor zur Verstärkung des Drehmomentes eines elektrischen Schrittmotors. Als Elektromotor ist dort offensichtlich ein üblicher, langgestreckter Motor verwendet. Dieser ist über ein Getriebe mit dem Ventilkörper verbunden. Diese Gestaltung der genannten Teile und das Vorhandensein des Axialkolbenmotors vermitteln dem bekannten System eine erhebliche Trägheit.Such a control valve is known from DT-OS 22 04 186. There is the electro-hydraulic valve part combined with a hydraulic axial piston motor to increase the torque of an electric one Stepper motor. A conventional, elongated motor is obviously used there as the electric motor. This is connected to the valve body via a gear. This design of the parts mentioned and the The presence of the axial piston motor gives the known system considerable inertia.

Aus der DL-PS 44 544 ist ein mit einer Rückführung versehener Drehstellungsgeber für einen Hydraulikzylinder bekannt. Der Verwendung findende Wechselstrommotor ist ohne Zwischenschaltung eines Getriebes mit einem längsverschiebbaren Ventilkörper über ein Gewinde verbunden. Das dort gezeigte System ist für Nachvollzug eines von Hand gegebenen Verstellbefehls, mithin für eine langsame Arbeitsweise bestimmt. Auch der Wechselstrommotor ist wegen eines phasenabhängigen Startverhaltens für hohe Reaktionsgeschwindigkeiten, etwa im Bereich von Millisekunden, nicht brauchbar.From DL-PS 44 544 a rotary position transmitter for a hydraulic cylinder is provided with a feedback known. The AC motor used is without the interposition of a gearbox connected to a longitudinally displaceable valve body via a thread. The system shown there is for the execution of a manually given adjustment command, therefore intended for a slow working method. The AC motor is also suitable for high reaction speeds due to its phase-dependent starting behavior, in the range of milliseconds, not usable.

Bislang bekannte elektro-hydraulische Regelventile bestehen aus relativ empfindlichen Bauteilen. Ein derartiges Regelventil ist beispielsweise aus der DT-PS 11 95 116 bekannt. Dieses Ventil hat eine sogenannte Vorsteuerstufe, welche mit Regeldüsen versehen ist. Diese haben einen sehr kleinen Öffnungsdurchmesser, der größenordnungsmäßig bei 0,1 mm liegt. Daher sind diese Düsen gegen Verschmutzung außerordentlich empfindlich und erfordern eine sehr sorgfältige Filterung des Hydrauliköles. Hinzu kommt, daß derartige Ventile sehr kompliziert aufgebaut sind, eine diffizile Justierung erfordern und damit teuer sind. Wenn dieses Ventile auch eine hinreichend hohe Verstellgeschwindigkeit haben, so sind sie doch aus den erwähnten Gründen für verbreiteten und rauhen Einsatz, etwa im Kraftfahrzeugbereich, nicht geeignet. Es liegt die Aufgabe vor, ein elektro-hydraulischesSo far known electro-hydraulic control valves consist of relatively sensitive components. A Such a control valve is known from DT-PS 11 95 116, for example. This valve has a so-called Pilot stage, which is provided with control nozzles. These have a very small opening diameter, which is on the order of 0.1 mm. Therefore, these nozzles are excellent against pollution sensitive and require very careful filtering of the hydraulic oil. In addition, that Valves of this type have a very complex structure, require difficult adjustment and are therefore expensive. Even if these valves have a sufficiently high adjustment speed, they are still out of the The reasons mentioned for widespread and rough use, for example in the automotive sector, are not suitable. The task at hand is an electro-hydraulic

Regelventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es sich bei gleich hoher Verstellgeschwindigkeit wie die bekannten Ventile durch einen hohen hydi aulischen Wirkungsgrad, große Unempfindüchkeit gegen Druck-Schwankungen und Verschmutzungen des Fördermittels sowie aurch einen kostengünstigen Aufbau aus robusten Teilen auszeichnet und daher besonders für mobilen Einsatz, etwa im Kraftfahrzeugbereich, geeignet ist.To design control valve of the type mentioned so that it is at the same high adjustment speed as the well-known valves due to a high hydraulic efficiency, great insensitivity to pressure fluctuations and soiling of the conveying means as well as a cost-effective structure made of robust Parts and is therefore particularly suitable for mobile use, for example in the automotive sector.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die ίο Kombination folgender Merkmale gelöst:This object is achieved according to the invention by the combination of the following features:

a) Der Elektromotor ist ein Scheibenläufermotor mit hydrostatisch gelagertem Rotor, der unmittelbar mit dem Gewinde des Ventilkörpers auf dessen Mitnahme verbunden ist;a) The electric motor is a pancake motor with a hydrostatically supported rotor that directly is connected to the thread of the valve body on its entrainment;

ein Ende des Ventilkörpers ist zusammen mit einem ihm zugeordneten elektrischen Abnahmeglied zu einem Abstandsgeber ausgebildet, der Teil des den Elektromotor einschließenden Regelkreises ist. Scheibenläufermotoren sind an sich bekannt. Ihr Rotor besteht aus einer runden Isoliermaterialplatte, auf die auf beiden Seiten elektrische Leiterbahnen aufgebracht sind.one end of the valve body is closed together with an electrical pick-up element assigned to it a distance sensor formed, which is part of the control loop including the electric motor. Disc motors are known per se. Your rotor consists of a round plate of insulating material which are applied to both sides of electrical conductor tracks.

Durch die Verwendung des Scheibenläufermotors und die getriebelose Verbindung mit dem Ventilkörper läßt sich das Trägheitsmoment des drehbeweglichen Systems auf sehr geringe Werte herabzusetzen. Der den Abstandsgeber und den Elektromotor einschließende elektrische Regelkreis läßt sich in bekannter Weise leicht für hohe Grenzfrequenz ausbilden, so daß durch diesen keine Begrenzungen der Verstellgeschwindigkeit gegeben sind. Nach alledem läßt sich durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Regelventils eine mit den bekannten Ventilen >'ergleiehhnre Verstellgeschwindigkeit erzielen.By using the pancake motor and the gearless connection with the valve body the moment of inertia of the rotatable system can be reduced to very low values. The den The distance transmitter and the electric motor including the electrical control circuit can be used in a known manner easy to train for a high cut-off frequency, so that this does not limit the adjustment speed given are. After all of this, the design of the control valve according to the invention allows a with the known valves> 'achieve adjustment speed.

Durch den Wegfall des Vorsteuersystems ist das erfindungsgemäße Regelventil unabhängig vom Druck des Hydrau'iköles. Es kann daher in wesentlich größeren Druckbereichen eingesetzt werden als die eingangs genannten bekannten Ventile. Ferner entfält die für das Vorsteuersystem benötigte Menge an Hydrauliköl. Durch beides ist ein besonders guter hydraulischer Wirkungsgrad gegeben.By eliminating the pilot control system, the control valve according to the invention is independent of the pressure of hydraulic oil. It can therefore be used in much larger pressure ranges than the known valves mentioned at the outset. Furthermore, the amount required for the pilot control system unfolds Hydraulic oil. Both of these result in a particularly good hydraulic efficiency.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are explained below with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 das erfindungsgemäße Regelventil als Mehrwegeventil undFig. 1 the control valve according to the invention as a multi-way valve and

Fig. 2 das erfindungsgemäße Regelventil als einfaches Druckhalteventil.Fig. 2 the control valve according to the invention as a simple pressure holding valve.

In der Ausführung nach Fig. 2 ist, wie weiter unten ersichtlich, zwar auch eine Düse vorhanden, die das Hydrauliköl passieren muß. Da die Düse jedoch im Hauptstrom liegt, ist ihr Querschnitt wesentlich größer als bei den Vorsteuerdüsen der bekannten Regelventile und daher nicht verschmutzungsempfindlich wie jene.In the embodiment according to FIG. 2, as can be seen further below, there is also a nozzle which Hydraulic oil must pass. However, since the nozzle is located in the main flow, its cross-section is much larger than with the pilot nozzles of the known control valves and therefore not sensitive to contamination like those.

Gemäß F i g. 1 ist in dem Ventilgehäuse 1 zentrisch ein walzenförmiger Ventilkörper 2 angeordnet. Dieser arbeitet in bekannter Weise mit den Ventilkammern 3,4 und 5 zusammen. Letztere sind mit den Anschlußöffnun-Co gen 6, 7 und 8 verbunden. An seinem rechten Ende besitzt der Ventilkörper ein Gewinde 9, welches mit einem ortsfesten Gewindering 10 korrespondiert.According to FIG. 1, a roller-shaped valve body 2 is arranged centrally in the valve housing 1. This works in a known manner with the valve chambers 3, 4 and 5. The latter are with the Anschlussöffnun-Co gen 6, 7 and 8 connected. At its right end, the valve body has a thread 9, which with a stationary threaded ring 10 corresponds.

Über eine Schraubverbindung 11 ist der Ventilkörper 2 mit einer Tellerfeder 12 und einer sich nach rechts erstreckenden Welle 13 auf Mitnahme gekoppelt. Diese trägt die Nabe 14 für den Rotor 15 eines Scheibenläufermotors an sich bekannter Art. Von diesem sind hier die Permanentmagnete 16 und eine StromzuführungskohleThe valve body is connected via a screw connection 11 2 coupled to a plate spring 12 and a shaft 13 extending to the right for entrainment. This carries the hub 14 for the rotor 15 of a disc motor of a known type Permanent magnets 16 and a power supply carbon

17 zu sehen. Die Rotornabe 14 ist in üblicher weise bei17 to see. The rotor hub 14 is in the usual way

18 abgedichtet.18 sealed.

Die Rotornabe 14 ist auf der Welle 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 Anschluliöffnung 6 verbunden ist, zwangsgeschmiert. Zum Rückführen von Lecköl diener die Kanäle 24,25 und 26, wie im einzelnen nicht weiter erläutert werden soll.The rotor hub 14 is secured against rotation on the shaft 13. Both parts are via hydrostatic bearings floating. The hydrostatic radial bearings are designated 19 and 20, the hydrostatic ones Axial bearings with 21 and 22. All named bearings are connected via the channel 23, which is connected to the connection opening 6 is connected, forcibly lubricated. The channels 24, 25 and 26 serve to return leakage oil, as in detail should not be further explained.

Die linke Seite des Ventilkörpers 2 läuft in eine ebene Fläche 27 aus. Diese steht einer als Abnahmeglied 28 dienenden Induktionsspule gegenüber. Der Abstand dieser Spule gegenüber der Fläche 27 kann nach Lösen des Fixierringes 29 und Ansetzens eines geeigneten Werkzeuges an einen Mehrkant 30 verändert werden. Die Fläche 27 und die Spule bilden zusammen einen indukiiven Abslandsgeber für die axiaJe Verschiebung des Ventilkörpers 2. Die Enden der Spule sowie die Anschlüsse für die Stromzuführungskohlen des Scheibenläulermotors sind an eine Anschlußdose 31 geführt.The left side of the valve body 2 ends in a flat surface 27. This is available as an acceptance link 28 serving induction coil opposite. The distance between this coil and the surface 27 can after loosening of the fixing ring 29 and attaching a suitable tool to a polygon 30 can be changed. The surface 27 and the coil together form an inductive offshore sensor for the axial displacement of the valve body 2. The ends of the coil and the connections for the power supply carbons of the disc motor are led to a junction box 31.

Die Ausführung eines einfachen Druckhalteventils in F i g. 2 unterscheidet sich von der in Fi g. 1 lediglich in der Ausbildung der Teile links vom Gewinde 9. Und zwar ist anstelle des walzenförmigen Ventilkörpers hier ein Prallkörper als Ventilkörper 32 vorgesehen, der mit der Düse 33 zusammenarbeitet. Letztere sitzt in einem Düsenrohr 34 mit dem Kanal 35. Dieser steht mit der Kammer 36 in Verbindung, welche den DruckmittelzuführungsanschluB 37 aufweist. In entsprechender Weise steht der Raum um den Prallkörper mit der Ventilkammer 38 in Verbindung, welche in den Abflußanschluß 39 mündet. Schließlich steht der Kanal 35 des Düsenrohrcs 34 mit einem Druckaufnehmer als Abnahmeglied 40 an sich bekannter Ai t in Druckverbindung.The execution of a simple pressure control valve in FIG. 2 differs from that in FIG. 1 only in the formation of the parts to the left of the thread 9. This is here instead of the cylindrical valve body an impact body is provided as a valve body 32 which works together with the nozzle 33. The latter sits in one Nozzle tube 34 with the channel 35. This is in connection with the chamber 36, which the pressure medium supply connection 37 has. The space around the impact body with the valve chamber is correspondingly 38 in connection, which opens into the drain connection 39. Finally, the channel 35 of the nozzle pipe is available 34 with a pressure transducer as a take-off member 40 known Ai t in pressure connection.

Die Zusammenarbeit der einzelnen Teile des beschriebenen Rcgelventils wird nachstehend erläutert, wobei zunächst auf F i g. 1 Bezug genommen wird.The cooperation of the individual parts of the control valve described is explained below, first referring to FIG. 1 is referred to.

Wird der Scheibenläufermotor über seine Slromzuführungskohlen 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 Ventilkörper 2. Infolge der Schraubverbindung 9,10 und der axialen Nachgiebigkeit der Tellerfeder 12 führt der Ventilkörper 2 sowohl eine Drehbewegung als auch eine Verschiebung in axialer Richtung aus. Wie bei Mehrwegeventilen üblich, wird dadurch eine Verbindung zwischen den Anschlußöffnungen 6 und 7 oder 7 und 8 hergestellt.The pancake motor is powered by its current supply carbons 17 when voltage is applied, the rotor 15 executes a rotary movement. This is over the shaft 13 transferred to the plate spring 12 and from this via the screw connection 11 to the Valve body 2. As a result of the screw connection 9,10 and the axial flexibility of the plate spring 12 leads Valve body 2 from both a rotary movement and a displacement in the axial direction. As in Multi-way valves are common, thereby creating a connection between the connection openings 6 and 7 or 7 and 8 manufactured.

Das Maß der axialen Verschiebung des Ventilkörpers 2 wird über die Induktionsspule erfaßt, deren Induktivität durch den Abstand zur Fläche 27 bestimmt wird, welche infolge ihrer metallischen Struktur eine mehr oder weniger große Dämpfung und damit Veränderi'ng der Induktivität dieser Spule bewirkt. An deren Anschlüssen, mithin auch den den betreffenden Kontaktelementen der Anschlußdose 31 steht daher ein elektrisches Abbild des Verschiebeweges des Ventilkörpers 2 zur Verfügung.The amount of axial displacement of the valve body 2 is detected via the induction coil, its inductance is determined by the distance to the surface 27, which due to its metallic structure is one more or causes less attenuation and thus a change in the inductance of this coil. Others Connections, including the relevant contact elements of the junction box 31, is therefore available electrical image of the displacement path of the valve body 2 is available.

Bei der Ausführung gemäß F i g. 2 erfolgt bei Aktivierung des Scheibenläufermotors bis zur Schraubverbindung 9, 10 der gleiche Bewegungsvorgang. Entsprechend der Funktion dieses Regelventils als Druckhalteventil richtet sich der Druck in der Kammer 36, mithin also auch in einem an den Druckmittelzuführungsanschluß 37 angeschlossenen hydraulischen Gerät danach, wie groß der Abstand der Düse 33 zum Prallkörper ist. Der Druck im Kanal 35 ist demgemäß ein Abbild für die axiale Verschiebung des Prallkörpers. Da weiterhin der Kanai 35 mit dem Druckaufnehmer in Druckverbindung steht, liefert letzterer auch hier ein elektrisches Abbild des Verschiebeweges des Prallkörpers. In the execution according to FIG. 2 takes place when the pancake motor is activated up to the screw connection 9, 10 the same movement process. According to the function of this control valve as Pressure holding valve, the pressure in the chamber 36 is directed, therefore also in one of the pressure medium supply connection 37 connected hydraulic device according to how large the distance from the nozzle 33 to the Impact body is. The pressure in the channel 35 is accordingly an image for the axial displacement of the impact body. Since the channel 35 is still in pressure connection with the pressure transducer, the latter also delivers here electrical image of the displacement path of the impact body.

Die an den entsprechenden Kontakten der Anschlußdose 31 zur Verfugung stehenden Abbilder des Verstellweges dur Ventilkörper 2 bzw. 32 können in an sich bekannter Weise als Istwert in einem elektrischen Regelkreis bekannter Art weiterverarbeitet und mit einem Sollwert verglichen werden. An die Vergleichsstufe kann sodann ein Regelverstärker angeschlossen sein, welcher über die Stromzuführungskohlen 17 den Schcibenläufermotor erregt. Damit ist der Regelkreis geschlossen. Lin Regelkreis dieser Art, der als solcher nicht Gegenstand der Erfindung ist. ist in F i g. 1 gestrichelt angedeutet, wobei die mit dem Sollwertge bcrpotentiometcr 41 beschaltelc Vergleichssiule mit 42 und der Rcgelverstärker mit 43 bezeichnet sind.The images of the available at the corresponding contacts of the junction box 31 Adjustment path dur valve body 2 and 32 can be in on is further processed in a known manner as an actual value in an electrical control loop of a known type and with can be compared to a target value. A control amplifier can then be connected to the comparison stage be, which excites the rotor motor via the power supply carbons 17. So that is the control loop closed. Lin control loop of this type, which as such is not the subject of the invention. is in Fig. 1 indicated by dashed lines, the comparison column connected to the setpoint potentiometer 41 with 42 and the rule amplifier are designated by 43.

Als Abstandsfühler kann an sich jede beliebige Art verwendet werden, zum Heispiel kapazitive oder lichtelektrische Abstandsfühler. Die in Fig. 1 gezeigte Verwendung eines induktiven Abstandsfühlers hut jedoch den Vorteil, daß sich die Anordnung — etwa im Unterschied zu kapazitiven Anordnungen — besonders einfach und problemlos mit einem robusten RegeUentil der geschilderten Art zusammenbauen läßt; dies insbesondere, wenn man zur Erzielung einer hohen Grenzfrequenz bei der Messung des Verschiebeweges des Ventilkörpers 2 eine relativ hohe Frequenz (z. B. um 100 kHz) für die elektronische Folgeschaltung wühlt, ii. weiche die Induktionsspule üblicherweise einzuschalten ist.Any type of distance sensor can be used can be used, for example capacitive or photoelectric distance sensors. The one shown in FIG However, using an inductive distance sensor has the advantage that the arrangement - for example in Difference to capacitive arrangements - particularly simple and problem-free with a robust control valve can be assembled of the type described; This is especially true when looking to achieve a high Cutoff frequency when measuring the displacement of the valve body 2 has a relatively high frequency (z. B. um 100 kHz) for the electronic sequential circuit, ii. soft the induction coil is usually to be switched on.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Claim:

Electro-hydraulic control valve including a threaded through a Electric motor for the purpose of longitudinal displacement in rotary movements displaceable valve body, wherein Electric motor and valve body form a structural unit, characterized by the Combination of the following features:

a) the electric motor is a pancake motor with a hydrostatically mounted rotor (15), the is directly connected to the thread (9) of the valve body (2; 32) on its entrainment;

b) one end of the valve body (2) is together with an electrical pick-up element assigned to it (28; 40) designed to form a distance sensor which is part of the control loop that includes the electric motor.