DE2604355B2 - Elektro-hydraulisches regelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektro-hydraulisches Regelventil, enthaltend einen mit einem Gewinde versehenen, durch einen Elektromotor zwecks Längsverschiebung in Drehbewegung versetzbaren Ventilkörper, wobei Elektromotor und Ventilkörper eine bauliche Einheit bilden und der Elektromotor einen hydrostatisch gelagerten Rotor aufweist, der 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 56 677.6

Bei dem elektro-hydraulischen Regelventil nach Patent 24 56 677.6 ist der Elektromotor als Scheiben-Iäufermotor ausgebildet. Der Rotor bzw. Scheibenläufer besteht aus einer runden Scheibe aus Isoliermaterial, auf deren beide Seiten elektrische Leiterbahnen aufgebracht sind. Durch die Verwendung eines Scheibenläufermotors und die getriebelose Verbindung mit dem Ventilkörper läßt sich das Trägheitsmoment der drehbeweglichen Komponenten des elektro-hydraulischen Regelventils verhältnismäßig stark vermindern.

Das elektro-hydraulische Regelventil nach Patent 24 56 677.6 zeichnet sich insbesondere durch einen hohen hydraulischen Wirkungsgrad, eine verhältnismäßig große Unempfindlichkeit 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 Vorsteuerstufe macht letzlere 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 56 677.6 vollkommen druckunabhängig, so daß es nicht nur in einem wesentlich weiteren Druckmittel-Druckbereich verwendet werden kann, sondern auch unempfindlich gegenüber Druckschwankungen ist. Auch wird die für die Vorsteuerstufe der vorbekannten Regelventile 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 Regelventile wegfallen, ist eine wesentlich gröbere Filterung des Druckmittels ermöglicht, also nicht mehr die üblicherweise erforderliche, feine und starke Filterung nötig. Dies hat nicht zur Folge, daß billigere Filter zum Einsatz kommen können, sondern vermindert auch den Druckverlust in dem bzw. den Filtern. So lassen sich bei dem elektro-hydraulischen Regelventil nach Patent 24 56 677.6 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, weiche in ein und derselben Ausführung in Regelkreise der verschiedensten Art eingebaut werden kann, so daß eine rationelle und kostensparende Lagerhaltung ermöglicht ist. Weil die Anpassung an den jeweiligen, elektrischen bzw. elektronischen Regelkreis auf einfachste Weise elektrisch bzw. elektronisch durch Verstellen eines Justierwiderstandes erfolgt, kommen auch verwikkelte, mechanische Justierarbeiten in Wegfall. Schließlieh ist eine hohe Verstellgeschwindigkeit erzielbar, welche der Verstellgeschwindigkeit der vorbekannten Regelventile mit Vorsteuerstufe entspricht und im Millisekunden-Bereich liegt. Aus allen diesen Gründen ist das elektro-hydraulische Regelventil nach Patent 24 56 677.6 vor allem auch bei Kraftfahrzeugen einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das elektro-hydraulische Regelventil nach Patent 24 56 677.6 weiter zu verbessern, insbesondere das Trägheitsmoment der drehbeweglichen Komponenten weiter zu vermindern und das vom Elektromotor gelieferte Drehmoment zu erhöhen, so daß eine besonders große Verstellgeschwindigkeit oder Grenzfrequenz des Regelventils gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rotor des Elektromotors als flache Drehspule ausgebildet ist, welche eine stationäre, ringförmige Rückschlußplatte umgibt und in Luftspalten zwischen dieser Rückschlußplatte und beiderseits davon vorgesehenen stationären Permanentmagneten angeordnet ist, wobei einander gegenüberliegende Permanentmagnete mit gleichnamigen Polen der Rückschlußplatte zugewandt sind.

Auf diese Weise wird das Trägheitsmoment der

h^r) drehbeweglichen Komponenten des elektro-hydraulischen Regelventils weiter vermindert, und ist dasjenige Drehmoment, welches der Elektromotor liefern kann, erhöht. Diese beiden Wirkungen gewährleisten wieder-

um eine besonders große Erhöhung der Verstellgeschwindigkeit oder Grenzfrequenz des elektro-hydraulischen Regelventils, wobei das Trägheit/Drehmoment-Verhältnis auf einfache Weise durch geeignete, gegenseitige Abstimmung der radialen Ausdehnung und der axialen Länge der Drehspule optimiert werden kann.

Vorzugsweise ist die Drehspule freitragend ausgebildet, was eine noch weitere Verminderung des Trägheitsmomntes bewirkt.

Drehspulen sind an sich bekannt, und zwar ist ihre Verwendung bei sogenannten Drehspulmeßinstrumenten schon seit langem üblich.

Nachstehend ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen eiektro-hydraulischen Regelventils anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben, deren Figur einen Längsschnitt dadurch zeigt.

in einem Ventilgehäuse 1 ist zentrisch ein Ventilkörper 2 angeordnet, welcher walzenförmige Schließglieder 3 und 4 aufweist und mit Ventilkammern 5, 6 und 7 zusammenwirkt. Letztere sind mit Anschlußöffnungen 8, 9 und 10 verbunden. Kanäle 11, 12, 13, 14 und 15 dienen zur Ableitung von Lecköl in die Anschlußöffnung 10, welche zum Anschluß eines Druckmittelsammelbehälters bestimmt ist. Der Ventilkörper 2 ist auf der in der Zeichnung linken Seite durch eine Dichtung 16 abgedichtet.

Auf der in der Zeichnung rechten Seite setzt sich der Ventilkörper 2 in einem Gewinde 17 fort. Dessen Gegengewinde 18 ist drehfest im Ventilgehäuse 1 angebracht. Axialbohrungen 19 dienen zur Ableitung von Lecköl aus dem in der Zeichnung rechten Teil des Ventilgehäuses 1.

Auf der den Schließgliedern 3 und 4 abgewandten Seite setzt sich das Gewinde 17 mit einem Konus 20 fort. Dieser steht in drehstarrer Verbindung mit einer Achse 21, und zwar mittels einer Tellerfeder 22 mit hutförmigem Teil 23, das durch eine Schraube 24 mit dem Konus 20 verschraubt ist.

Zur Lagerung der Achse 21 dient einmal ein hydrostatisches Radiallager 25, zum anderen ein hydrostatisches Axiallager 26, welche beide einen Kanal 27 mit der Druckanschlußöffnung 8 in Verbindung stehen. Ein Ringkanal 28 und eine Längsbohrung 29 dienen zur Abführung von Lecköl in einen Raum 30, welches von dort über die Axialbohrungen 19 und die Kanäle 14, 15 in die Anschlußöffnung 10 zum Druckmittelsammelbehälter gelangt.

Die Achse 2i setzt sich auf der der Tellerfeder 22 abgewandten Seite in einer Gabel 31 fort. Diese dient zur Aufnahme einer flachen Drehspule 32. Letztere so umgibt eine ringförmige Rückschlußplatte 33 aus Eisen. Ihr gegenüber sind sektorförmige Permanentmagnete 34, 35, 36 und 37 angeordnet, an deren Rückseiten ringförmige Rückschlußplatten 38 und 39 aus Eisen aufgeklebt sind. Wie ersichtlich, sind die Permanentmagnete 34 bis 37 so angeordnet, daß sie mit gleichnamigen Polen der Rückschlußplatte 33 gegenüberstehen. Es werden mithin vier Luftspaite gebildet, in denen sich die Drehspule 32 bewegt, die in der Gabel 31 durch Distanzstücke 40 und 41 sowie eine Befestigungs- t>o mutter 42 gehalten ist. Zur Stromzuführung dienen Spiralfedern 43 und 44, welche über Leitungen 45 und 46 mit Kontakten eines Einsatzes 47 einer Anschlußdose 48 in Verbindung stehen.

V/eitere Kontakte des Einsatzes 47 stehen über Leitungen 49, 50 und 51 mit dem Weggeber 52 in Verbindung. Dieser besteht aus einer Differentialfeldplatte, deren magnetisches Gleichgewicht durch eine Ringnocke 53 beeinflußbar ist, welche sich an dem in der Zeichnung linken Ende des Ventilkörper 2 befindet und demgemäß die jeweilige Axialstellung des Ventilkörpers 2 im Ventilgehäuse 1 auf magnetischem Wege in dem Weggeber 52 abbildet. Anstelle der Differentialfeldplatte können auch beliebig andere, zum Beispiel induktive, Wegaufnehrner verwendet werden.

Wie erwähnt, sind mit den Leitungen 49, 50 und 51 bestimmte Konttakte des Einsatzes 47 der Anschlußdose 48 verbunden. An diesen Kontakten steht daher ein Abbild der jeweiligen Axialstellung der Ringnocke 53, mithin des Ventilkörpers 2, im Ventilgehäuse 1 zur Verfugung. Dieses Abbild wird als Istwert in einem elektrischen Regelkreis weiterverarbeitet.

Der Regelkreis enthält eine mit einem Sollwertgeberpotentiometer 54 beschaltete Vergleichsstufe 55 und einen Regelverstärker 56. Letzterer steht über die Leitungen 45, 46 mit der Drehspule 32 in Verbindung wodurch der elektrische Regelkreis zwischen Weggeber 52 und Drehspule 32 geschlossen ist. Anstelle des Ausgangssignals des Potentiometers 54 wird in der Praxis eine sich schnell ändernde, elektronisch gewonnene Größe der Vergleichsstufe 55 als Sollwert zugeführt.

Die Arbeitsweise dieses eiektro-hydraulischen Regelventiles ist, wie folgt

Wird die Drehspule 32 über die Leitungen 45,46 mit Spannung beaufschlagt, so führt sie eine Drehbewegung aus. Diese wird über die Schraube 24, den hutförmigen Teil 23, die Tellerfeder 22 und den Konus 20 auf das Gewinde 17 übertragen, und von dort auf den Ventilkörper 2. Infolge der Gewinde 17 und 18 fül: t der Ventilkörper 2 sowohl eine Drehbewegung als auch eine Verschiebung in axialer Richtung aus. Wie bei Mehrwegeventilen üblich, wird durch diese Verschiebung eine Verbindung zwischen den Anschlußöffnungen 8 und 9 oder 9 und 10 hergestellt.

Das Ausmaß der axialen Verschiebung des Ventilkörpers 2 wird durch den Weggeber 52 erfaßt, indem das magnetische Gleichgewicht der darin untergebrachten Differentialfeldplatte gestört wird. Auf den Leitungen 49, 50 und 51, mithin auch an den betreffenden Kontakten des Einsatzes 47 der Anschlußdose 48, steht daher ein elektrisches Abbild des Verschiebeweges bzw. der Axialstellung des Ventilkörpers 2 im Ventilgehäuse 1 als Istwert zur Verfügung.

Das Trägheitsmoment des als Drehspule 32 ausgebildeten Rotors kann weiter verringert werden, wenn man die Drehspule 32 ohne Spulenkörper auf einer Form freitragend wickelt und hernach die einzelnen Drahtwindungen mit Klebstoff verfestigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. 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 und der Elektromotor einen hydrostatisch gelagerten Rotor aufweist, der 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 56 677,6 dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor des Elektromotors als flache Drehspule (32) ausgebildet ist, welche eine stationäre, ringförmige Rückschlußplatte (33) umgibt und in Luftspalten zwischen dieser Rückschlußplatte (33) und beiderseits davon vorgesehenen stationären Permanentmagneten (34 bis 37) angeordnet ist, wobei einander gegenüberliegende Permanentmagnete (34 und 35 bzw. 36 und 37) mit gleichnamigen Polen der Rückschlußplatte (33) zugewandt sind.

2. Regelventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehspule (32) freitragend ausgebildet ist.