DE2602375C3 - Elektro-hydraulisches Regelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf °in elektro-hydraulisches Regelventil, enthaltend einen mit einem Gewinde versehenen, durch einen Elektromotor zwecks Längsverschiebung in Drehbewegungen versetzbaren Ventilkörper mit Bunden als Schließgliedern, wobei Elektromotor und Ventilkörper eine bauliche Einheit bilden und der Rotor des Elektromotors unmittelbar mit dem Gewinde des Ventilkörpers verbunden ist und wobei ferner ein Ende des Ventilkörpers zusammen mit einem ihm zugeordneten, elektrischen Abnahmeglied zu einem Abstandsgeber ausgebildet ist, der Teil des den Elektromotor einschließenden Regelkreises ist, nach Patent 24 56 677.

Bei dem elektro-hydraulischen Regelventil nach Patent 24 56 677 ist der Rotor des Elektromotors über gesonderte, hydrostatische Radial- und Axiallager im Ventilgehäuse drehbar gelagert und über eine Tellerfeder drehfest mit dem drehbaren und axial beweglichen Ventilkörper verbunden.

Das elektro-hydraulische Regelventil nach Patent 24 56 677 zeichnet sich insbesondere durch einen hohen hydraulischen Wirkungsgrad, eine verhältnismäßig große Unempfindlichkeil gegenüber Druckschwankungen und Verschmutzungen des jeweils verwendeten Druckmittels und einen kostengünstigen Aufbau aus robusten Teilen aus. und zwar bei gegenüber vorbekannten Regelventilen gleich hoher Verstellgeschwindigkeit, so daß es besonders für den mobilen Einsatz, etwa im Kraftfahrzeugbereich, geeignet ist,

Bei den vorbekannten Regelventilen mit hydraulischer Vörsteüerstufe macht letztere einen gewissen Mindestdruck des jeweils verwendeten Druckmittels, in der Regel Hydrauliköl, erforderlich, um ein ordnungsgemäßes Funktionieren zu gewährleisten. Demgegenüber ist das elektro-hydraulische Regelventil nach Patent 24 56 677 vollkommen druckunabhängig, so daß es nicht nur in einem wesentlichen weiteren Druckmittel-Druckbereich verwendet werden kann, sondern auch unempfindlich gegenüber Druckschwankungen ist. Auch wird die für die Vorsteuerstufe der vorbekannten Regelventi-Ie benötigte Menge an Druckmittel bzw. Hydrauliköl nicht benötigt. Durch all dies wird ein besonders guter hydraulischer Wirkungsgrad erzielt. Da die feinen und genau kalibrierten Düsen oder entsprechenden Komponenten der Vorsteuerstufe der vorbekannten R ^%gelventile wegfallen, ist eine wesentlich gröbere Filterung des Druckmittels ermöglicht, also nicht mehr die üblicherweise erforderliche, feine und starke Filterung nötig. Dies hat nicht nur zur Folge, daß billigere Filter zum Einsatz kommen können, sondern vermindert auch den

is Druckverlust in dem bzw. den Filtern. So lassen sich bei dem elektro-hydraulischen Regelventil nach Patent 24 56 677 Filter mit Porendurchmessern von 63 μ verwenden, während sonst Porendurchmesser von etwa 5 μ üblich waren. Aufgrund des Aufbaues aus verhältnismäßig wenigen, relativ einfachen und großen Bauteilen sind keine speziellen Fertigungseinrichtungen und keine besonders geschulten Fachkräfte für die Herstellung erforderlich, welche damit sehr kostengünstig erfolgen kann. Rotor, Ventilkörper und der Weggeber des Abstandsgebers lassen sich als kompakte, robuste Baueinheit herstellen, welche in ein und derselben Ausführung in Regelkreise der verscniedensien Art eingebaut werden kann, so daß eine rationelle und, kostensparende Lagerhaltung ermöglicht ist. Weil die'

Μ Anpassung an den jeweiligen, elektrischen .bzw. elektronischen Regelkreis auf einfachste Weise elektrisch bzw. elektronisch durch Verstellen eines Justierwiderstandes erfolgt, kommen auch verwickelte, mechanische lustierarbeiten in Wegfall. Schließlich ist eine hohe Verstellgeschwindigkeit erzielbar, welche der Verslellgeschwindigkeit der vorbekannten Regelventile mit Vorsteuerstufe entspricht und im Millisekunden-Bereich liegt. Aus allen diesen Gründen ist das elektro-hydraulische Regelventil nach Patent 24 56 677 vor allem auch bei Kraftfahrzeugen einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das elektro-hydraulische Regelventil nach Patent 24 56 677 hinsichtlich der Lagerung des Rotors des Elektromotors weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß der F.lektromotor als Scheibenläufermotor mit in Druckplatinentechnik hergestelltem Rotor oder als Drehspulmotor mit flacher Drehspule als Rotor ausgebildet ist. daß der Rotor mit dem Ventilkörper starr verbunden ist und daß die aus Rotor und Ventilkörper gebildete Baueinheit allein durch d··· hydraulische Zentrierung der Schließglieder gelagert ist.

Ls wurde gefunden, daß die ohnehin hydraulisch zentrierten, kolbenförmigen Schließglieder des Ventilkörpers gut dazu geeignet sind, alle drehbeweglichen Komponenten des elektro-hydraulischen Regelventils zu lagern, so daß jegliche weitere Lagerung entbehrlich wird. Auch entfällt beim erfindungsgemäßen. elektrohydraulischen Regelventil eine Tellerfeder zwischen Rotor und Ventilkörper.

Beim erfindungsgemäBen elektrohydraulisehen Regelventil kann ein Scheibenläufermotor mit in Druckplatinentechnik hergestelltem Rotor als Elektromotor verwendet werden, wie bei dem eiektro-hydraulischen

M Regelventil nach Patent 24 56 677, wobei der Rotor bzw. Scheibenläufer aus einef kreisrunden Platte aus Isoliermaterial besteht, welche beidseitig mit elektrischen Leiterbahnen versehen ist. Bevorzuet wird iedoch

qls Elektromotor ein Drehspulmotor mit flacher Drehspule als Rotor verwendet. Damit wird eine weitere Reduzierung des Trägheitsmomentes der drehbeweglichen Komponenten des elektro-hydraulischen Regelventils erzielt, was auch der erfindungsgemäßen Lagerung zugute kommt, und ferner der Vorteil erreicht, daß mit der Drehspule ein gegenüber einem Scheibenläufer höheres Drehmoment erhalten wird, so daß mit Drehspulmotor eine besonders große Erhöhung der Verstellgeschwindigkeit oder Grenzfrequenz des elektro-hydraulischen Regelventils gewährleistet ist Durch geeignete gegenseitige Abstimmung der radialen Ausnehmung der Drehspule und der axialen Länge ist es möglich, das Trägheit/Drehmoment-Verhältnis zu optimieren.

Vorzugsweise ist die Drehspule freitragend ausgebildet, was eine noch weitere Verminderung des Trägheitsmomentes und einen entsprechend günstigen Einfluß auf die erfindungsgemäße Lagerung zur Folge hat.

Sowohl die erwähnten Scheibenläufer als auch Drehspulen sind an sich bekannt, und zw >r ist die Verwendung von Drehspulen bei sogenannten Drehspulmeßinstrumenten schon seit langem üblich.

Nachstehend ist eine Ausführungsform mit Drehspulmotor des erfindungsgemäßen elektro-hydraulischen Regelventils anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt und

Fig. 2 den Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 ist in einem Ventilgehäuse 1 zentrisch ein walzenförmiger Ventilkörper 2 mit kolbenförmigen Schließgliedern 3 und 4 angeordnet, welcher mit Ventilkammern 5, 6 und 7 im Ventilgehäuse 1 zusammenwirkt. Letztere sind jeweils mit einer Anschlußöffnung 8 bzw. 9 bzw. 10 für eine Druckmittelquelle bzw. beispielsweise einen druckmittelbetätigbaren Stellzylinder bzw. ein Druckmittelreservoir verbunden. Im Ventilkörper 2 sind Kanäle 11, 12 und 13 vorgesehen welche in Verbindung mit im Ventilgehäuse

1 ausgebildeten Kanälen 14 und 15 zur Ableitung von Leckdruckmittel zur Anschlußöffnung 10 dienen. Der Ventilkörper 2 ist an dem in Fig. 1 linken Ende durch eine Dichtung 16 in der Bohrung des Ventilgehäuses 1 abgedichtet.

An dem der Dichtung 16 abgewundten Ende ist der Ventilkörper 2 mit einem Außengewinde 17 versehen, welches mit zwei Gewindeträgern 18 und 19 mit entsprechendem Innengewinde zusammenwirkt. Der Gewindeträger 18 ist riationär im Ventilgehäuse 1 angeordnet, während der Gewindeträger 19 unter dem Druck von Tellerfedern 20 und 21 steht, welche zwischen den beiden Gewindeträgern 18 und 19 angeordnet sind und diese auseinanderdrücken, so daß jegliches axiale Getvindespiel ausgeschlossen ist.

Auf der den Schließgliedern 3 und 4 abgewandten Seite vom Gewinde 17 ist ein Konus 22 am Ventilkörper

2 ausgebildet, welcher in eine entsprechende Ausnehmung einer Hülse 23 eingreif) und mit dieser über eine Schraube 24 fest verbunden ist. Die Hülse 23 ist von einer Dichtung 25 umschlossen, ohne daB jedoch an dieser Stelle eine Lagerung vorgesehen wäre, Die Hülse 23 ist weiterhin auf der dem Ventilkörper 2 abgewand* ten Seite mit einer Gabel 26 zur Aufnahme einer flachen, korbartigen Drehspule 27 versehen.

Die Drehspule 27 umgibt eine stationäre, ringförmige Rückschlußplatte 28 aus Eisen. Beiderseits der Rückschlußplatte 28 ist jeweils ein Paar sektorförmiger, einander diametral gegenüberliegender Permanentmagnete 29 und 31 bzw. 30 und 32 stationär angeordnet. An die Rückseiten der Permanentmagnete 29 und Jl bzw. 30 und 32 jedes Paares ist eine gemeinsame, ringförmige Rückschlußplatte 33 bzw. 34 aus Eisen angeklebt. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, sind die Permanentmagnete 29 bis 32 so angeordnet, daß jeweils zwei beiderseits der Rückschlußplatte 28 einander gegenüberliegende Permanentmagnete 29 und 30 bzw. 31 und 32 der Rückschlußplatte 28 gleichnamige Pole zuwenden, und zwar die in Fig. 1 oberen Permanentmagnete 29 und 30 jeweils den Nordpol und die in Fig. 1 unteren Permanentmagnete 31 und 32 jeweils den Südpol. Es sind somit vier Luftspalte gebildet, in denen sich die Drehspule 27 bewegt, welche in der Gabel 26 durch Distanzstücke 35 und 36 und durch eine Befestigungsmutter 37 befestigt ist. Zur Stromzufuhr zur Drehspule 27 dienen Spiralfedern 38 und 39, welche über Leitungen 40 und 41 mit einer Anschlußdose 42 bzw. zwei der Kontakte 43 derselben in Verbindung stehen.

Bestimmte Kontakte 43 der Anschlußdose 42 sind über Leitungen 44, 45 und 46 mit einem Weggeber 47 verbunden, der beispielsweise aus einer Differentiilfeldplatte besteht, deren magnetisches Gleichgewicht durch einen Kingnocken 48 am benachbarten Ende des Ventilkörpers 2 beeinflußbar ist, so daß die jeweilige Axialstellung des Ventilkörpers 2 im Ventilgehäuse 1 auf magnetischem Wege durch den Wegs;eber 47 festgestellt wird. Es können auch beliebige andere, beispielsweise induktive, Weggeber verwendet werden.

Das die jeweilige Axialstellung des Ventilkörpers 2 im Ventilgehäuse 1 bzw. bezüglich des damit verbundenen Weggebers 47 repräsentierende Ausgangssignal des Weggebers 47 wird als istwert einem elektrischen Regelkreis zugeführt, um mit einem Sollwert verglichen zu werden und ein Fehlersignal zu erzeugen, welches eine solche Verschwenkung der Drehspule 27 und somit Axialbewegung des Ventilkörpers 2 im Ventilgehäuse 1 bewirkt, daß der Istwert sich dem Sollwert angleicht. Da?u wird an die über die Leitungen 44, 45 und 46 mit dem Weggeber 47 verbundenen Kontakte 43 der Anschlußdose 42 eine mit einem als Potentiometer ausgebildeten Sollwertgeber 49 verbundene Vergleichsstufe 50 angeschlossen, welche ausgangsjeitig mit einem Regelverstärker 51 in Verbindung steht, welcher über die Leitungen 41 und 40 mit der Drehspule 27 verbunden ist. Statt von einem als Potentiometer ausgebildeten Sollwertgeber 49 beaufschlagt zu werden, kann in der Praxis eine sich schnell ändernde, elektronisch gewonnene Größe der Vergleichsstufe 50 als Sollwert zugeführt werden.

In Fig. 1 und 2 ist das elektro-hydraulische Regelventil in der neutralen Mittelstellung wiedergegeben. Die Drehspule 27 ist aus der in Fig. 2 η it ausgezogenen Linien dargestellten Neutral- oder Mittelstellung um einen Winkel von etwa 45° nach beiden Seiten bis in die eine oder andere Endstellung 27a b/w. 27b r'-ehbar, die in Fig. 2 gestrichelt angedeutet sind. Daraus sind auch Schrauben 52 und 53 zur Befestigung der Rückschlußplatte 34 sowie Schrauben 54 und 55 zur Befestigung der Rücksf;hlußplatte 28 ersichtlich, welche sich innerhalb der Drehspule 27 erstreckt. Die Drehspule 27 kann, wie dargestellt,

fti zwecks weiterer Verringerung ihres Trägheitsmomentes in vorteilhafter Weise freitragend gewickelt sein und lediglich zwei Nabenteile 56 und 57 aufweisen. Ein Träger fehlt also.

Das dargestellte, elektro-hydraulische Regelventil funktioniert folgendermaßen.

Wird die Drehspule 27 über die Leitungen 40 und 41 mit Spannung beaufschlagt, so führt sie eine Drehbewegung aus. Diese wird über die Hülse 23 auf den Ventilkörper 2 übertragen. Dieser verschraubt sich aufgrund des in die Gewindeträger 18 und 19 eingreifenden Außengewindes 17, so daß der Ventilkörper 2 sowohl eine Drehbewegung als auch eine 'Axialbewegung ausführt. Die Axialbewegung steuert die Verbindung zwischen den Aiischlußöffnungen 9 und 8 oder 9 und 10. Die Drehspule 27 macht diese Axialbewcgung mit. Sämtliche drehbaren Komponenten sind dabei allein über die kolbenförmigen Schließ-

glieder 3 und 4 des Ventilkörpers 2 hydrostatisch gelagert.

Die jeweilige Axialslellung des Ventilkörpers 2 im Ventilgehäuse 1 wird durch den Weggeber 47 erfaßt, der ein entsprechendes Ausgangssignal abgibt, und zwar auf den Leitungen 44,45 und 46 zu den damit verbundenen Kontakten 43 der Anschlußdose 42. Dieses Ausgangssignal kann beispielsweise im oben geschilderten Regelkreis verarbeitet werden, wie erläutert.

Das Trägheitsmoment der Drehspule 27 ist dann besonders gering, wenn man die Drehspule 27 ohne Spulenkörper bzws Träger auf einer Form freitragend wickelt und hernach die einzelnen Drahlwindungcn mit einem Kleber verfestigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektro-hydraulisehes Regelventil, enthaltend einen mit einem Gewinde versehenen, durch einen Elektromotor zwecks Längsverschiebung in Drehbewegungen versetzbaren Ventilkörper mit Bunden als Schließgliedern, wobei Elektromotor und Ventilkörper eine bauliche Einheit bilden und der Rotor des Elektromotors unmittelbar mit dem Gewinde des Ventilkörpers verbunden ist und wobei ferner ein Ende des Ventilkörpers zusammen mit einem ihm zugeordneten, elektrischen Abnahmeglied zu einem Abstandsgeber ausgebildet ist, der Teil des den Elektromotor einschließenden Regelkreises ist, nach Patent 24 56 677, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor als Scheibenläufermotor mit in Druckplatinentechnik hergestelltem Rotor oder als Drehspulmotor mit flacher Drehspule (27) als Rotor ausgebildet ist, daß der Rotor mit dem Ventilkörper (2) starr verbunden ist und daß die aus Rotor und Ventiikorper (2) gebildete Baueinheit allein durch die hydraulische Zentrierung der Schließglieder (3,4) gelagert ist.

2. Regelventil nach Anspruch 1 mit als Drehspulmotor ausgebildetem Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehspule (27) freitragend ausgebildet ist.