DE2730144A1 - Elektrohydraulisches servoventil - Google Patents

Elektrohydraulisches servoventil

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DE2730144A1 DE19772730144 DE2730144A DE2730144A1 DE 2730144 A1 DE2730144 A1 DE 2730144A1 DE 19772730144 DE19772730144 DE 19772730144 DE 2730144 A DE2730144 A DE 2730144A DE 2730144 A1 DE2730144 A1 DE 2730144A1
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Description

DIPLING. R. BEETZ SEN. - DIPL-ING. K. LAMPRECHT
OR--ING. R. BEETZ JR. - RA DIPL-PHYS. U. HEIDRICH
DR.-ING. W. TIMPE ■ DIPL-ING. J. SIEGFRIED
Sttinsdorfstna· 10 · SON MtWdWi 22 2 7 3 O Ί
310-27.o7lP(27.o72H) 1^- J"ü 1977
SOCIETE D'OPTIQUE, PRECISION ELECTRONIQUE ET MECANIQUE -SOPELEM, Paris, Frankreich
Elektrohydraulisches Servoventil
Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Servoventil mit einer Betätigungsachse, auf die eine Rückholfeder und ein Schwingmotor mit elektrischer Steuerung wirken, der die Betätigungsachse in einer Ebene schwenkt. Die Erfindung betrifft somit ein Organ, das die Steuerung einer hydraulischen Durchsatzmenge oder eines hydraulischen Drucks proportional zu einem elektrischen Steuersignal geringer Energie ermöglicht.
Ein Servoventil enthält mindestens einen von einem Elektromotor gesteuerten hydraulischen Verteiler. Man unterscheidet Servoventile mit Durchsatzmengenregelung und Servoventile mit Druckregelung. Ein Servoventil mit Durchsatzmengenregelung hat zum Ziel, die öldurchsatzmenge proportional zu einem elektrischen Steuersignal zu regeln. Ein Servoventil mit Druckregelung hat zum Ziel, den Druck proportional zum.*·
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Steuersignal zu regeln.
Ein üblicher hydraulischer Verteiler wird durch einen in eine Buchse (oder Hülse) eingebauten Steuerschieber gebildet. Die Buchse ist mit Durchtrittsöffnungen für Hydraulikfluid versehen. Die Verschiebung des Steuerschiebers verändert die Durchtrittsquerschnitte zu den öffnungen, wobei diese Durchtrittsquerschnitte ringförmig sind.
Der mit Steuerschieber arbeitende Verteiler wird im allgemeinen von einer Druckdifferenz betätigt, die von einem hydraulischen Verstärker gesteuert wird, der eine Verringerung der Betätigungskraft und die Erzielung einer genauen Positionierung ermöglicht. Dieser Steuerschieber bildet daher nur die zweite Stufe des Servoventils. Der hydraulische Verstärker, der zum Betätigen des Steuerschiebers der zweiten Stufe dient, enthält einerseits eine zwischen zwei Einspritzdüsen bewegliche Platte und andererseits zwei feste Düsen.
Der obige hydraulische Verstärker, der auch noch hydraulisches Potentiometer genannt wird, kann als unmittelbare Betätigung eines Antriebsorgans dienen. Jedoch ist die von einer mit beweglicher Platte versehenen Stufe gelieferte Energie begrenzt und es ist im allgemeinen nicht möglich, große Durchsatzmengen bei geringen Drücken zu erzielen.
Die französische Patentanmeldung 72-12601 gibt bereits ein Servoventil mit Platte an, das mit einer einzigen Stufe große Durchsatzmengen bei geringen Drücken erzielen kann. Dieses Servoventil ist im wesentlichen gekennzeichnet durch die senkrecht zur Achse der Einspritzdüsen erfolgende Verschiebung der Platte. Dies ermöglicht die Vermeidung des Nachteils der bisherigen Systeme, bei denen die Verschiebung der Platte auf die Strecke zwischen den Einspritzdüsen beschränkt ist. Jedenfalls darf die von dieser Art von Servoventil gesteuerte Energie
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nicht zu hoch sein.
Aufgabe der Erfindung ist die Vermeidung der Nachteile der bekannten Servoventile.
Dies wird bei einem Servoventil der eingangs angegebenen Art erreicht durch eine Buchse, die über ein Gelenk mit dem Ende der Betätigungsachse verbunden ist und deren zylindrische Bohrung auf einer feststehenden Hülse sitzt, die wenigstens einen inneren Kanal für Hydraulikfluid aufweist und wenigstens eine Öffnung bildet, die ein im wesentlichen radiales Strömen des Hydraulikfluids nach außen zuläßt, wobei der Querschnitt der öffnung von der Buchse gesteuert wird.
Die Erfindung schafft somit ein Servoventil zur Steuerung der Durchsatzmenge oder des Drucks. Das Servoventil ermöglicht zusammen mit einer einzigen Stufe die Erzielung von großen Durchsatzmengen bei geringen Drücken und von verhältnismäßig hohen Energien. Die Durchtrittsflächen des Fluids sind nicht den Beschränkungen unterworfen, die bei den mit Platte arbeitenden Systemen angetroffen werden. Das Servoventil nach der Erfindung ist leicht herzustellen sowie zu regeln und ist wenig empfindlich gegenüber Verschmutzung. Das Servoventil nach der Erfindung kann leicht mit einer veränderlichen Verstärkung versehen werden durch Veränderung des Durchtrittsquerschnitts des Fluids gemäß einem nicht linearen Gesetz in Abhängigkeit vom Steuerstrom (parabolische Veränderung usw.). Das Servoventil nach der Erfindung kann eine einzige Stufe enthalten oder kann Teil eines Servoventils mit mehreren Stufen sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die bewegliche Buchse wenigstens eine Öffnung auf, die ein radiales Strömen des Fluids ermöglicht und einer in der Hülse ausgebildeten Auslaßöffnung zugeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Schwingmotor so angeordnet, daß die Schwenkebene der Betätigungsachse parallel zur Achse der Hülse und der Buchse ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Schwingmotor so angeordnet, daß die Schwenkebene der Betätigungsachse senkrecht zur Achse der Hülse und der Buchse ist,
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt einer ersten Ausführungsfonn des Servoventils nach der Erfindung;
Fig. 2 einen Schnitt II-II von Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt einer zweiten Ausführungsfonn des Servoventils nach der Erfindung;
Fig. 4 einen Schnitt IV-IV von Fig. 3;
Fig. 5 einen Schnitt einer dritten Ausführungsform des Servoventils nach der Erfindung;
Fig. 6 einen Schnitt VI-VI von Fig. 5;
Fig. 7 einen Schnitt eines Servoventils mit drei Wegen nach der Erfindung und zur Drucksteuerung;
Fig. 8 einen Schnitt einer Ausführungsfonn eines Servoventils mit vier Wegen nach der Erfindung zur Steuerung eines Differenzdrucks;
Fig. 9 einen Schnitt IX-IX von Fig. 8;
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Fig. 10 eine schematische Darstellung eines zweistufigen
Servoventils nach der Erfindung mit einer mechanischen Regelung zwischen den beiden Stufen.
Ein in Fig. 1 bis 10 dargestelltes Servoventil enthält einen Schwingmotor 1, der ein elektrisches Signal aufnimmt und zur Einstellung der beweglichen Teile des Servoventils dient. Dieser Schwingmotor enthält einen beweglichen Anker im Luftspalt eines Permanentmagneten 31 mit Nord- und Südpolen N bzw. S. Der bewegliche Anker 2 ist verbunden einerseits mit einer Feder 4, die zur Rückstellung des Ankers in die neutrale Stellung dient, und andererseits mit einer Achse 5, die zum Betätigen der beweglichen Teile dient. Der Anker 2 ist von Spulen 32 umgeben, die die Steuerströme aufnehmen.
Bei den dargestellten Ausführungsformen ist der Schwingmotor von trockener Bauweise. Die Feder 4 ist rohrförmig und wird von der Achse 5 durchquert. Die rohrförmige Feder 4 ist mit einer Abdichtung am Gehäuse 6 des Servoventils befestigt und dient zur Abdichtung zwischen dem Fluid und den Bestandteilen des Schwingmotors. Der Schwingmotor 1 könnte auch von nasser Bauart sein.
Das Servoventil weist eine Buchse 7 auf, die in einer Kammer 61 des Servoventils untergebracht ist. Diese Buchse ist über ein Gelenk 8 an das untere Ende der Achse 5 angeschlossen. Das Gelenk 8 ermöglicht das Schwenken der Buchse gegenüber der Achse 5 und ermöglicht die Aufnahme geringer Verschiebungen der Buchse gegenüber der Achse 5 längs deren Achslinien. Dieses Gelenk enthält eine Kugel 51, die am unteren Ende der Achse 5 ausgebildet ist und spielfrei in einem in der Buchse 7 ausgebildeten Sitz 71 eingesetzt ist. Das Gelenk 8 könnte auch durch jegliche andere äquivalente Mittel hergestellt werden.
Das Servoventil weist eine Hülse 9 auf, die die Kammer 61 durchquert, in der die Buchse 7 untergebracht ist. Diese Hülse wird
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im Gehäuse 6 des Servoventils festgehalten. Die Hülse ist mit einer zylindrischen Auflagefläche 91 versehen. Die Buchse 7 ist auf die Hülse 9 aufgepaßt. Die innere Bohrung 72 der Buchse ist mit minimalem Spiel auf die äußere Auflagefläche 91 der Hülse 9 in der Weise aufgepaßt, daß die Führung der Buchse genau ist und die inneren Leckverluste an Hydraulikfluid zwischen der Buchse und der Hülse auf ein Minimum zurückgeführt sind.
Die Kammer 61, in der die Hülse und die Buchse untergebracht sind, mündet an einem Auslaß 62, der zur Rückführung des Öls dient. Diese Kammer 61 ist gegenüber dem öleinlaß 63 getrennt. Bei den dargestellten Ausführungsformen ist die Kammer 61 durch die rohrförmige Feder 4 vom Schwingmotor 1 getrennt.
Die Hülse 9 weist wenigstens einen inneren Kanal 92 auf, der zum Leiten des Hydraulikfluids dient. Das Ende der Leitung 92 ist vorzugsweise durch eine Dichtung 11 verschlossen, während der Zutritt des Hydraulikfluids in den Kanal 92 über eine oder mehrere seitliche Bohrungen 93 erfolgt. Der Zutritt des Hydraulikfluids bis zu den Bohrungen 93 erfolgt über einen Einlaßkanal 63 und über eine die Hülse 9 umgebende ringförmige Kammer 64. Die Abdichtung dieser zwischen der Hülse und dem Gehäuse angeordneten ringförmigen Kammer 64 erfolgt durch Dichtungen 101 und 102.
Die Hülse 9 weist eine oder mehrere seitliche öffnungen 94 auf, die ein radiales Strömen des Hydraulikfluids vom Kanal 92 zur Kammer 61 ermöglichen. Der Durchtrittsquerschnitt des Hydraulikf luids durch die öffnungen wird von der Buchse 7 gesteuert, deren Stellung durch das am Schwingmotor angelegte elektrische Signal bestimmt wird.
Die zur Steuerung des Auslaßquerschnitts des Hydraulikfluids durch die öffnungen 94 verwendete Einrichtung unterscheidet sich entsprechend den Ausführungsformen.
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Bei der Ausführungsform von Fig. 1 und 2 ist eine ringförmige Stirnfläche 73 der Buchse 7 gegenüber den öffnungen 94 angeordnet. Der durch die öffnungen 94 austretende ölstrom strömt radial an der Stirnfläche 73. Die Steuerung des Durchtrittsquerschnitts des Hydraulikfluids erfolgt durch Verschieben der Buchse 7 parallel zur Achslinie 12 der Buchse und der Hülse. Der Schwingmotor 1 wird in der Weise positioniert, daß die Schwenkebene P der Achse 5 durch die Achslinie 12 der Buchse und der Hülse verläuft.
Bei der Ausführungsform von Fig. 3 und 4 und derjenigen von Fig. 5 und 6 ist die Buchse durch öffnungen 74 durchbrochen, der ölstrom strömt folglich radial nach außen und verläuft zwischen den vier Flanken jeder öffnung 74.
Bei der Ausführungsform von Fig. 3 und 4 ist die Verschiebung der Buchse gegenüber der Hülse eine geradlinige Verschiebung, die parallel zur Achslinie 12 der Hülse und der Buchse erfolgt. In jeder Öffnung 74 bestimmt eine zur Achslinie 12 senkrechte Flanke den Durchtrittsquerschnitt des Hydraulikfluids. Der Schwingmotor 1 ist in der Weise positioniert, daß die Schwenkebene P der Achse 5 durch die Achslinie 12 der Hülse und der Buchse verläuft oder parallel zur Achslinie 12 ist. Die öffnungen sind vorzugsweise rechteckig. In diesem Fall ist die zur Achslinie 12 parallele Länge L der öffnungen 94 und 74 verhältnismäßig klein, während die senkrecht zur Achslinie 12 stehende Breite D verhältnismäßig groß ist. Diese Form der öffnungen ermöglicht große Querschnittsveränderungen bei geringen geradlinigen Verschiebungen der Buchse.
Bei der Ausführungsform von Fig. 5 und 6 ist die Verschiebung der Buchse gegenüber der Hülse eine Drehung gegenüber der Achslinie 12 der Hülse und der Buchse. In der öffnung 74 bestimmt eine zur Achslinie 12 parallele Flanke den Durchtrittsquerschnitt des Hydraulikfluids. Der Schwingmotor ist in der Weise positioniert, daß die Schwenkebene P der Achse 5 senkrecht zur Achslinie 12 der Hülse und der Buchse ist. Die öffnungen sind vorzugsweise rechteckig. In diesem Fall ist die zur
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Achslinie 12 parallele Länge L der öffnungen 94 und 74 verhältnismäßig groß, während die zur Achslinie 12 senkrechte Breite D verhältnismäßig gering ist. Diese Form der öffnungen ermöglicht große Querschnittsveränderungen bei geringen Drehungen der Buchse.
Das Servoventil nach der Erfindung kann zur Steuerung der Durchsatzmenge dienen. Die Fig. 1 und 6 zeigen Servoventile zur Steuerung der Durchsatzmenge. Die dargestellten Servoventile sind solche mit zwei Wegen, wobei die veränderliche Düse zwischen dem Einlaß 63 und dem Auslaß 62 angeordnet ist.
Das in Fig. 7 gezeigte Servoventil dient zur Drucksteuerung. Es ist dies ein Servoventil mit drei Wegen mit fester Düse der Bauart "einfaches hydraulisches Potentiometer". Der Kanal der Hülse wird von der Zuführung 13 aus über die feste Düse 14 und über in die Bohrung 93 mündende Kanäle mit unter Druck stehendem Fluid gespeist. Der Nutzauslaß mündet über eine Bohrung 95 in die Hülse. Die Steuerung der Ausflußmenge durch die Buchse kann durch geradlinige Verschiebung oder durch Drehung der Buchse erfolgen.
Das in Fig. 8 und 9 gezeigte Servoventil dient zur Drucksteuerung. Es ist dies ein Servoventil mit vier Wegen der Bauart "doppeltes hydraulisches Potentiometer". Die Hülse weist zwei voneinander unabhängige und durch eine Trennwand 96 getrennte Kanäle 92, 92* auf. In jeden Kanal mündet von der Buchse 7 gesteuerte Auslaßöffnungen 94, 94* des Hydraulikfluids. Jeder Kanal 92 oder 92' wird über eine feste Düse 14 oder 14* oder eine Bohrung 93 oder 93' von der Zufuhrbohrung 13 aus mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid gespeist. Zwei Nutzauslässe 95 und 95* münden jeweils in einen Kanal 92 bzw. 92' der Hülse 9.
Die Anordnung der Bohrungen 94 und 94* ist so angepaßt, daß jede Verschiebung der Buchse 7 eine Zunahme des Durchtrittsquerschnitts durch die einem Kanal der Hülse zugeordneten öffnungen hervorruft und gleichzeitig die Verminderung des
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Durchtrittsquerschnitts durch die dem anderen Kanal der Hülse zugeordneten öffnungen hervorruft. In Ruhestellung sind die Durchtrittsquerschnitte gleich groß. Die Verschiebung der Buchse vergrößert die Auslaßmenge durch beispielsweise die öffnungen und vermindert die Auslaßmenge durch die Öffnungen 94', wobei folglich der Druck im einen Nutzauslaß auf Kosten des Drucks im anderen Nutzauslaß zunimmt.
Die Buchse verschiebt sich geradlinig längs der Achslinie der Hülse. In Ruhestellung sind die an der Buchse ausgebildeten öffnungen 74 und 74' bezüglich der öffnungen 94 und 94' symmetrisch und bedecken diese teilweise in der Weise, daß die Auslaßmengen gleich groß sind. Die Verschiebung der Buchse 7 längs der Achslinie der Hülse vergrößert (oder verkleinert) die Durchsatzmenge durch die öffnungen 94 und verkleinert (oder vergrößert) die Durchsatzmenge durch die öffnungen 94·
Bei einer nicht dargestellten Variante könnte die Buchse durch Drehung um die Hülse nach Art des in Fig. 5 und 6 gezeigten Servoventils verschoben werden.
Das in Fig. 10 gezeigte Servoventil ist ein solches mit zwei Stufen und vier Wegen. Die Buchse 7 ist durch eine rückwirkende Stange 16 verlängert, die zur mechanischen Steuerung des Steuerschiebers 17 der zweiten Stufe dient.
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Claims (8)

27 3 U UA Ansprüche
1. Elektrohydraulisches Servoventil mit einer Betätigungsachse, auf die eine Rückholfeder und ein Schwingmotor mit elektrischer Steuerung wirken, der die Betätigungsachse in einer Ebene schwenkt,
gekennzeichnet
durch eine Buchse (7), die über ein Gelenk (8) mit dem Ende der Betätigungsachse (5) verbunden ist und deren zylindrische Bohrung auf einer feststehenden Hülse (9) sitzt, die wenigstens einen inneren Kanal (92) für Hydraulikfluid aufweist und wenigstens eine öffnung (94) bildet, die ein im wesentlichen radiales Strömen des Hydraulikfluids nach außen zuläßt, wobei der Querschnitt der öffnung (94) von der Buchse (7) gesteuert wird.
2. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eine ringförmige Stirnfläche (73) der beweglichen Buchse (7) gegenüber wenigstens einer von der Hülse (9) gebildeten Durchtrittsöffnung (94) für Hydraulikfluid angeordnet ist, und
daß der Schwingmotor (1) so angeordnet ist, daß die Schwenkebene (P) der Betätigungsachse (5) parallel zur Achslinie (12) der Hülse (9) und der Buchse (7) verläuft.
3. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die bewegliche Buchse (7) wenigstens eine öffnung (74) aufweist, die ein radiales Strömen des Hydraulikfluids ermöglicht und einer in der Hülse (9) ausgebildeten Auslaß-Öffnung (94) zugeordnet ist.
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ORIGINAL INSPECTED
27 3014
4. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwenkmotor (1) so angeordnet ist, daß die Schwenkebene (P) der Betätigungsachse (5) parallel zur Achslinie (12) der Hülse (9) und der Buchse (7) verläuft.
5. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwingmotor (1) so angeordnet ist, daß die Schwenkebene (P) der Betätigungsachse (5) senkrecht zur Achslinie (12) der Hülse (9) und der Buchse (7) verläuft.
6. Servoventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet
durch eine feststehende Düse (14) , durch die das Hydraulikfluid vor dem Strömen in die Hülse (9) hindurchtritt, und durch eine in die Hülse (9) mündende Fluidentnahme (95).
7. Servoventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülse (9) zwei voneinander unabhängige Fluidzufuhrkanäle (92, 92") und wenigstens zwei öffnungen (94, 94') aufweist,
von denen die eine (94) mit dem einen Kanal (92) und die andere (94') mit dem anderen (92*) Kanal in Verbindung steht, und die so angeordnet sind, daß die Verschiebung der Buchse (7) eine Zunahme des Durchtrittsquerschnitts der einen öffnung (94) und eine Verminderung der Durchtrittsquerschnitts der anderen öffnung (94') ermöglicht,
wobei jeder Kanal (92, 92') der Hülse (9)von einer festen Düse (14, 14') gespeist wird und mit einer Fluidentnahme (95, 95') in Verbindung steht.
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8. Servoventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das zwischen der üetätigungsachse (5) und der Buchse (7) angeordnete Gelenk einen in der Buchse (7) ausgebildeten Sitz und eine am Ende der Eetätigungsachse (5) ausgebildete Kugel (51) aufweist, die in den Sitz der Buchse (7) eingreift.
8 0 9808/0618
DE19772730144 1976-08-20 1977-07-04 Elektrohydraulisches servoventil Withdrawn DE2730144A1 (de)

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