DE2618874A1

DE2618874A1 - Elektrohydraulisches servoventil

Info

Publication number: DE2618874A1
Application number: DE19762618874
Authority: DE
Inventors: Armin Lang
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1976-04-29
Filing date: 1976-04-29
Publication date: 1977-11-10
Also published as: DE2618874C3; DE2618874B2

Description

Elektrohydraulisches Servoventil Stand der Technik: Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Servoventil nach dem Oberbegriff de Patentanspruchs 1. Derartige Servoventile steuern den UTdurchfluß in Abhängigkeit vom elektrischen Eingangsstrom eines elektromagnetischen Stellantriebs und werden beispielsweise für Druck-, Geschwindigkeits- und Lageregelungen eingesetzt.
Servoventile der angegebenen Bauart sind beispielsweise aus einem Katalog der Firma Herion "Hydraulik und Regel-technik", Ausgabe 4.1975, Seite 241, bekannt, die vorwiegend beim Bau von Werkzeugmaschinen und in der Luftfahrt-Technik Verwendung finden. Diese Servoventile weisen eine Tauchspule auf, die -sich in einem von einem Permanert-agnet erzeugten homogenen Feld bewegt. Die Tauchspule wirkt auf eine Steuermembrane, welche den Uldurchsatz durch eine zwischen einen Arbeits- und einen Rücklaufanschluß eingesetzte Düse steuert. In dieser Ventilanordnung ist die erzeugte Magnetkraft über einen längeren Weg dem elektrischen Strom, der den Elektro-Pagnet durchfließt, proportional, d. h. die Nagnetkraft ist in einem gewissen Bereich unabhängig von der Stellung der Tauchspule. Aus dieser Forderung ergibt sich ein verhältnismäßig großer Luftspalt mit einem vergleichsweise kleinen Wirkungsgrad. Als Folge der kleinen Magnetkräfte muß eine enge Düse verwendet werden, die zu einer gewissen Schmutzempfindlichkeit des Servoventils führt. Außerdem kann das am Luftspalt entstehende magnetische Streufeld in die im Bereich der Düse befindliche \3kammer eindringen, so daß feinste, im Ul mitgeführte Schmutzpartikel, festgehalten werden, die einen Ausfall des Servoventils verursachen können. Aufgrund seines speziellen Einsatzgebietes ist das bekannte Servoventil für eine gute Linearität ausgelegt, wobei ein gewisser Aufwand für die Reinhaltung des verwendeten Drucköls und fur die Baukosten in Kauf genommen wird Aufgabe und Lbsung Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Servoventil zu schaffen, welches vorzugsweise als Steuerglied in einer automatischen, elektrohydraulischen Kraftfahrzeuglenkung Verwendung finden soll. Eine Hauptforderung, die an ein solches Servoventil gestellt wird, besteht einerseits darin, eine sehr geringe Schmutzanfälligkeit und somit hohe Betriebssicherheit zu gewährleisten und andererseits soll der Fertigungsaufwand möglichst niedrig sein. Hinzu kommt als weitere Forderung, anstelle der bei dem bekannten Servoventil vorhandenen, linearen Abhängigkeit zwischen dem elektrischen Eingangsstrom und dem Ul-Ausgangsstrom eine progressive Kennlinie vorzusehen. Dies bedeutet, daß der hydraulische Druck bei kleinem elektrischem Strom zunächst nur allmählich und bei größerem Strom entsprechend stärker ansteigt. Ein solches Wirkverhalten ist besonders bei Fahrzeuglenkungen vorteilhaft, da dieses im Bereich kleiner Lenkkorrekturen einer übersteuerung der Lenkanlage entgegenwirkt.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Erläuterung der Erfindung Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die gewünschte Kennlinie wird dadurch erzielt, daß auf ein z. B.
durch einen Permanent-Magnet erzeugtes magnetisches Feld verzichtet und die magnetische Kraft durch einen topfförmigen Magnet 1 erzeugt wird, der aus einem Magnetkörper 2, einer Spule 3 und einer Rückschlußplatte 4 besteht. Bei konstantem Luftspalt "s" erzeugt der Magnet 1 eine Kraft, die dem Quadrat des durch die Spule 3 fließenden Stromes proportional ist Die Rückschlußplatte 4 ist mit einem aus nichtmagnetisierbaren Material bestehenden, in einer zylindrischen Uffnung 5 des Magnets 1 geführten Stößel 6 verbunden, in welchen ein Rohr 7 eingesetzt ist. Als hydraulisches Ventilteil ist ein Sitzventil 8 mit einem Einsatz 9 und einem als Kugel ausgebildeten Ventilkörper 10 vorgesehen. Das erfindungsgemäße Servoventil arbeitet nahezu leckölfrei und mit einem entsprechend kleinen Olsteuerstrom, so daß der Arbeitshub des Ventil körpers verhältnismäßig klein ist. Beim Erregen der Spule 3 wird ein durch die Rückschlußplatte 4 gehendes Magnetfeld aufgebaut, durch dessen Kraft die Rückschlußplatte anzieht, so daß der Ventilkörper 10 ueber den Stößel 6 und das Rohr 7 in Richtung seines Ventilsitzes gedrückt wird. Das Drucköl wird über einen Zulaufanschluß 11 einer die Druckhöhe bestimmenden Bohrung 12 im Einsatz 9 zugeführt. Ober radiale Drossel bohrungen 13 des Einsatzes 9 strömt das Drucköl aus einem Innenraum 16 in einen Ringkanal 14 und von dort zu einem Rücklaufanschluß 15. Damit kein Drucköl aus dem Innenraum 16 in die zylindrische Uffnung 5 gelangen kann, ist das Rohr 7 durch eine Dichtung 17 geführt.
Ober eine Querbohrung 18 im Rohr 7 kann das Drucköl vom Innenraum 16 zu einer im Stößel 6 vorhandenen Bohrung 20 gelangen, die an ihrem oberen Ende zu einem Rückwirkungsraum 21 erweitert ist. Dieser Rückwirkungsraum 21 ist durch einen Rückwirkungskolben 22 verschlossen, der sich an einer mit dem Gehäuse fest verbundenen Anschlagplatte 23 abstützt. Ohne die vorgenannte Rückwirkungseinrichtung 21, 22, würde der im Innenraum 16 auf die Stirnfläche des Rohres 7 wirkende Uberdruck den Stößel 6 nach oben drücken. Um dies zu verhindern, hat der Rückwirkungsraum 21 einen Querschnitt, der mindestens so groß, vorzugsweise jedoch größer ist als der Querschnitt des Rohres 7. Ist die wirksame Fläche im Rückwirkungsraum 21 größer als der Querschnitt des Rohres 7, dann entsteht am Stößel 6 eine Kraftkomponente in Richtung auf den Ventilkörper 10, so daß dieser stets gegen seinen Sitz gedrückt wird. Dadurch stellt sich der erforderliche Luftspalt "s" selbstätig ein.
Die erläuterte Funktion der Rückwirkungseinrichtung 21, 22, wirkt sich auch auf das dynamische Verhalten des erfindungsgemäßen Servoventils aus: Würde der Ventilkörper 10, beispielsweise durch einen von einer Ulpumpe ausgehenden Druckstoß im Zulaufanschluß 11 oder durch einen Stromabfall in der Spule 3 zu weit von seinem Sitz abgehoben, so könnte sich der Spalt "s' über das zulässige Maß hinaus vergrößern. Infolgedessen wäre der Gleichgewichtszustand zwischen dem elektrischen Strom der Spule 3 und dem hydraulischen Druck im Zulaufanschluß 11 gestört, da bei einem größeren Luftspalt für die gleiche Kraft am Stößel 6 ein wesentlich höherer Strom erforderlich wäre, den Ventilkörper 10 wieder in Schließstellung zu bewegen.
Die Funktion der Rückwirkungseinrichtung 21, 22, wird zusätzlich durch die Drossel bohrungen 13 unterstützt. Bei einem Druckstoß im Zulaufanschluß 11, der ein Abheben des Ventil körpers 1G zur Folge hat, bildet sich im Rückwirkungsraum 21 ein entsprechend hoher, der Abhebebewegung entgegengerichteter Staudruck aus. Der Luftspalt "s" bleibt also erhalten.
Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß das Sitzventil 8 auf der Seite des magnetisch neutralen Teiles des Magnets 1 untergebracht ist. Da das Magnetfeld keinen Einfluß auf den Bereich des Sitzventiles 8 hat, besteht nicht die Gefahr, daß sich im Drucköl mitgeführte, feine ferromagnetische Teilchen verklumpen können.
Leerseite

Claims

Patentans prüche t Elektrohydraulisches Servoventil mit einem zwischen einem Zu-und einem Rücklaufanschluß liegenden und durch Magnetkraft über Betätigungsglieder verstellbaren Ventilkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetkraft durch eine Magnetspule (3; erzeugt wird, auf deren einer Seite eine mit einem Stößel (6) verbundene RückschluEplatte (4) vorgesehen ist, wobei sich der Stößel (6) durch eine zylindrische Uffnung (5) zu dem auf der anderen Seite der gnetspule (3) angeordneten Ventilkörper (10) eines in Schließrichtung beeinflußbaren Sitzventils (8) erstreckt.
2. Elektrohydraulisches Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das dem Ventil körper (10) zugewandte Ende des Stößels (6) koaxial ein Rohr (7) mit einer Querbohrung (18) eingesetzt ist und ein mit dem Rücklaufanschluß (15) verbundener Innenraum (16) des Sitzventils (8! über das Rohr (7) und eine Bohrung (20) an einen Rückwirkungsraum (21j mit einem Rückwirkungskolben (22) angeschlossen ist.
3. Elektrohydraulisches Servoventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Ruckwirkungskolbens (22) größer ist als der Dichtquerschnitt des Rohres (7).
4. Elektrohydraulisches Servoventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (16) über Drossel bohrungen (13) mit dem Rücklaufanschluß (15) verbunden ist.
5. Elektrohydraulisches Servoventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetteil gegenüber dem hydraulischen Ventilteil durch eine das Rohr (7) umschlieDende Heichdichtung (17) abgedichtet ist