DE3017834A1

DE3017834A1 - Zweistufiges servoventil in miniaturausfuehrung

Info

Publication number: DE3017834A1
Application number: DE19803017834
Authority: DE
Inventors: Alger T Daniel; Robert D Nicholson; Harish S Patel
Original assignee: Koehring Co
Current assignee: Koehring Co
Priority date: 1979-05-22
Filing date: 1980-05-09
Publication date: 1980-11-27
Also published as: GB2050000A; US4378031A; GB2050000B

Description

5512

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. R. DÖRING - 6 - DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

KOEHRING COMPANY
♦ 200 Executive Drive

Brookfield, Wisconsin U.S.A.

"Zweistufiges Servoventil in Miniaturausführung"

Die Erfindung betrifft ein zweistufiges Servoventil in Miniatur ausführung, insb. für die Anwendung in der Raumfahrt.

Bisherige Servoventile für die vorliegenden Zwecke bereiteten bisher Schwierigkeiten, um den Anforderungen, insb. bezüglich einfacher Aufbau, Stabilität in der Funktionsweise, Robustheit und Zuverlässigkeit in Raumfahrzeugen zu genügen,. insb. wenn das Ventil ausreichend klein und an Gewicht gering sein muß, wie dies bei den meisten Raumfahrtanwendungsfällen notwendig ist.

Bisherige Servoventile besaßen Stellungsgeber, die mechanisch, hydraulisch oder elektrisch betätigt wurden. Solche Ventile umfaßten häufig auch Vorsteuerstufen mit Schiebern oder Ventilklappen. Außerdem besaßen sie in der zweiten oder Hauptstufe hydraulische Vierwegeventile, deren Schieber nur drei Stege aufwiesen, sodaß die kritischen Abmessungen des Schiebers merklich auf Dehnung durch variierende hydraulische Drücke beein-L flußt und beansprucht wurden.

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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein zweistufiges Servoventil in Miniaturausführung der Eingangs näher bezeichneten Art zu schaffen, das besonders für die Raumfahrt geeignet ist, da es bei geringen Abmessungen und geringem Gewicht eine hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit in der Funktion gewährleistet und wenig störanfällig ist, auch gegenüber Verunreinigung des hydraulischen Fluids durch Feststoffteilchen, soweit diese eine vorbestimmte Größe nicht übersteigen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektromagnetischen Stellungsgeber zur Steuerung einer Strahlrohr-Pilot-Stufe, die ihrerseits ein hydraulischen Vierwege-Hauptventil mit einem durch Folgesteuerung betätigbaren Ventilschieber steuert.

Vorteilhafterweise weist der Stellungsgeber einen Antriebsarm und ein Biegerohr auf, das zur frei ausbiegbaren Montage des Antriebsarmes an einer Montageplatte dient. Außerdem ist ein Ankerglied an dem Antriebsarm befestigt, Weiterhin ist vorgesehen, daß eine aus Polstücken, Permanentmagneten und Elektromagnetspulen bestehende Magnetsteuereinrichtung zwischen der Montageplatte und dem Ankerglied zur Veränderung der Stellung des Ankergliedes und des damit verbundenen Antriebsarmes proportional dem an die Spulen angelegten Strom vorgesehen. Dabei wird das magnetische Feld der Permanentmagneten mit dem magnetischen Feld kombiniert, das durch die variablen elektrischen Stromsignale erzeugt wird, um den Antriebsarm in üeiner Stellung zu verändern. Die Veränderung der Stellung des Antriebsarmes wird durch die Montage mit Hilfe eines Biege-·

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rohres ermöglicht. Die Verstellung des Antriebsarmes erfolgt in genauer und einfacher Übereinstimmung mit der Größe und Polarität der angewendeten elektrischen Signale. '

Die Strahlrohr-Pilot-Stufe umfa-ßt zweckmäßigerweise ein Strahlrohrglied an einem Ende eines Antriebsarmes eines Stellungsgebers. Das Strahlrohrglied besitzt eine Strahlrohrdüse in axialer Fluchtung mit dem Antriebsarm und einen Speisekanal für diese^Düse, der etwa rechtwinkelig zur Düsenachse verläuft. Eine zweite Strahldüse von gegenüber der ersten größerer Kapazität ist in Fluchtung mit dem Speisekanal und in Verbindung mi-t einer Druckmittelquelle zur berührungslosen Speisung der Strahlrohrdüse angeordnet.

Die Strahlrohrdüse speist mit ihrem Strahl zwei etwa radial in dem Schieber eines Hauptventils verlaufende Empfängerkanäle, die durch eine dünne Trennwand voneinander getrennt sind, wobei die Empfängerkanäle über axiale Kanäle mit den Enden des Schiebers verbunden sind, sodaß an den Enden bei der Gleichgewichtsstellung des Schiebers gegenüber der Strahlrohrdüse gleiche Drücke zur Bestimmung der Ruhestellung des Schiebers erzeugt werden. Bei Auslenkung des Antriebsarmes wird auch die Strahlrohrdüse ausgelenkt und ein Druckungleichgewicht an den Enden des Schiebers erzeugt, der sich axial verschiebt, bis der Gleichgewichtszustand wieder hergestellt ist. Auf diese Weise läßt sich die Stellung des Ventilhauptschiebers genau und berührungslos in Abhängigkeit von der Größe und Polarität der Eingangsstromsignale steuern.

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Das hydraulische Hauptventil weist zweckmäßigerweise in einer Bohrung des Gehäuses eine fest eingesetzte Steuerhülse und in einer Bohrung der Steuerhülse einen Ventilschieber auf, die zusammenwirkende Steuernuten und Steuerstege aufweisen. Dabei besitzt die Steuerhülse auf ihrer Innenseite zweckraäßxgerweise zwei Steuernuten, während der Ventilschieber fünf Stege aufweist, von denen der zentrale Steg etwas geringeren Durchmesser besitzt und vorteilhafterweise die Mündungen der beiden Strahlempfängerkanäle besitzt. Die beiden äußeren Stege dienen gleichzeitig zur zuverlässigen Abdichtung der Enden des Schiebers gegenüber der Bohrung der Hülse während die beiden dazwischen liegenden Stäbe die eigentlichen Steuerstege sind, die in der ausbalancierten Stellung des Schiebers gegenüber der Strahlrohrdüse in Fluchtung mit den Steuernuten der Hülse stehen.

Das Hauptventil, die Strahlrohr-Pilot-Stufe und der Stellungsgeber haben jeweils für sich eigene Bedeutung auch im Zusammenhang mit anderen entsprechend ausgebildeten Einrichtungen. Bevorzugt besteht die Erfindung jedoch in der Kombination der jeweils besonderen Ausführungen von Stellungsgeber, Pilot-Stufe und Hauptventil.

In der Pilot-Stufe kann dem Antriebsarm ein Gegengewicht zugeordnet sein, das mit dem Antriebsarm über elastische Mittel verbunden ist, um entstehende Eigenschwingungen zu dämpfen.

Die neue Anordnung ist insgesamt von geringen Abmessungen und sehr einfachem Aufbau und gewährleistet bei geringem Gewicht

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eine sehr genaue zuverlässige Funktion, wobei eine Störung durch variierende Drücke oder durch die Zuspeisung des hydraulischen Mittels nicht zu befürchten ist, insb. weil die Betätigung ohne mechanische Verbindungen erfolgt. Dabei erweist sich insb. die Ausbildung des Schiebers mit fünf Stegen als besonders vorteilhaft zur Ausschaltung jeglicher Einflüsse der Druckänderungen auf die Genauigkeit der Steuerung.

Die Anordnung ist auch in ihrer Funktion außerordentlich stabil und zuverlässig und gegenüber Außeneinflüssen sehr rubust, da eine enorme Kraftverstärkung eine sehr starre Halterung des Ventilschiebers in der gewünschten Stellung gewährleistet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines zweistufigen elektrohydraulischen Servoventils in Miniaturausführung gemäß der Erfindung. - '

Fig. 2 in größerem Maßstabe einen Schnitt durch den Teil der Figur 1, der durch einen Kreis hervorgehoben ist.

Fig. 3 einen Teilschnitt durch das Servoventil nach Fig. Ί entlang der Schnittlinie III-III der Figur 1 und

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Fig. 4 einen Schnitt entlang der Schnittlinie IV-IV der Figur 1.

Das zweistufige elektrohydraulische Servoventil 10 in Miniaturausführung gemäß der Erfindung umfaßt einen elektromagnetischen Stellungsgeber 12, eine erste oder Pilot-Stufe 14 und eine zweite oder Hauptventilstufe 16.

Der elektromagnetische Stellungsgeber 12 umfaßt eine Montageplatte 18, Polteile 20 und 22, die an der Montageplatte 18 durch nicht dargestelte übliche Mittel befestigt ist, sowie eine obere Platte 24 mit darin befindlichen Öffnungen 26 und Magnete 28,auf, die sich zwischen der Montageplatte 18 und der oberen Platte 24 beiderseits der Montageplatte 18 und parallel zueinander erstrecken. Die obere Platte, die Magnete und die Montageplatte sind miteinander durch übliche Einrichtungen wie Schraubbolzen 25 und 2? nach fig. 4 verbunden.

Der elektromagnetische Stellunggeber 12 umfaßt ferner vier getrennte Spulen 36, 38, 40 und 42, die jeweils über die Pole 20 und 22 paarweise gefädelt sind, wie am besten aus Figur 1 hervorgeht. Wie gezeigt ist, ist das eine Ende der Spulen 36 und 38 jeweils mit dem einen Ende der anderen Spulen 40, 42 verbunden. Die jeweils paarweise verbundenen Spulen sind miteinander in Reihe geschaltet und um die zugehörigen Pole 20 und in entgegengesetzten Richtungen gewickelt. Die anderen beiden Spulen sind ähnlich verbunden und um die zugehörigen Pole im entgegengesetzten Wickelsinn gewickelt. Die anderen Enden jeder

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der Spulen sind so wiedergegeben, daß die vier Spulen als nur zwei Spulen mit identischen Funktionen erscheinen.

Diese beiden Spulen können dann nach Wunsch gemeinsam oder in Reihe oder parallel zueinander betrieben werden. Wenn dabei entgegengesetzte Ströme an die beiden Gesamtspuleneinheiten angelegt werden, heben sich die magnetischen Wirkungen beider Spulen auf. Wenn jedoch ein Strom größer ist als der andere ist dib Wirkung die gleiche, als wenn nur die Differenz der Ströme an die Spule mit dem größeren Stromfluß angelegt würde. Eine Kontrolle wird somit bewirkt durch Differentialstromeingänge für die beiden Spulen.

Der elektromagnetische Stellungsgeber 12 umfaßt weiterhin ein Biegerohr 44. Dieses weist ein radial erweitertes Ende 46 auf, das mit einem Flansch 48 in der elektrohydraulischen Ventileinrichtung 10 zwischen der Montageplatte 18 und der zweiten Stufe des Ventils 16 befestigt ist. Wie am besten aus Fig. 1 hervorgeht, ist eine O-Ring-Dichtung 50 zwischen dem Biegerohr 44 und der zweiten Stufe 16 vorgesehen.

Ein Treibarm 52 ist an dem Ende 54 des Biegerohrs 44 unterstützt. Ein Anker 56 ist an dem Ende 54 des Biegerohrs 44 mit üblichen Mitteln, z.B. Schrauben 58 und 60, befestigt. Bewegungsbegrenzungsschrauben 52 und 64 sind in der Ankerplatte 56 nach Fig. 1 vorgesehen, um die Bewegung des Ankers 56 bei Betrieb des elektromagnetischen Stellungsgebers 12 zu begrenzen.

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Bei Betrieb des elektromagnetischen Stellungsgebers 12 wird das Eingangssignal des elektrischen Stromes den Spulen 36, 38, 40 und 42 zugeführt. Dieser Strom wird magnetisch in eine Stellungskraft für den Antriebsarm 52 umgewandelt. Der Stellungsgeber ist deshalb als elektromagnetischer Stellungsgeber bezeichnet.

Die Eingangs/Ausgangs-Beziehung zwischen dem elektrischen Strom und dem Antriebsarm ist linear ausgebildet und proportional und zwar über die Permanentmagnete 28, die auf entgegengesetzten Seiten des Biegerohrs 44 angeordnet sind. Diese Permanentmagnete bilden ein Permanentmagnetfeld, das in Kombination mit den magnetischen Bewegungskräften aufgrund der Eingangsströme an den Spulen 36, 38,40 und 42 wirksam wird.

Wenn so ein positiver Strom an die Spulen angelegt wird, bewegt sich der Arm 52 in einer Richtung. Als Beispiel wird angenommen erbewege sich nach rechts in Figur 1. Bei einem negativen Strom an den Spulen bewegt sich der Antriebsarm 52 in entgegengesetzter Richtung oder in figur 1 nach links. Wenn nur die Hälfte des Stromes an die spulen 36,38,40 und 42 angelegt wird, ist die Bewegung des Antriebsarms 52 auch nur halb so groß.

Bei einer solchen Bewegung des Antriebsarmes 52 gelangt der durch die Magnete 28 erzeugte Fluß von der oberen Platte 24 zum Anker 56 über die Luftspalte 66 um den Umfang der Ankerplatte. Die b'lußdichte in dem Luftspalt 66 ist relativ niedrig. Der Fluß verläßt den Anker durch zwei parallele Wege, welche durch

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die Luftspalte 68 und 70 zwischen den Enden des Ankers 56 und den Polen 20 und 22 gebildet wird. Da die Pole 20 und 22 an der Montageplatte 18 befestigt sind, wird der Magnetkreis durch die Magnete 28 geschlossen. In beiden Luftspalten 68 und 70 zwischen den Polen 20 und 22 und dem Aaker 56 ist die Flußrichtung die gleiche, d.h. von oben nach unten.

Wenn Strom an die Spulen 36,38,40 und 42 angelegt wird, wird ein Kontrollfluß proportional dem angewendeten Strom erzeugt. Dieser Kontrollfluß geht in einem der Pole 20 und 22 nach oben, durch den zugehörigen Luftspalt 68 oder 70 in den Anker 56. Nach Durchqueren des Ankers und des Luftspaltes über dem anderen Pol gelangt der Fluß nach unten durch den Pol und quer über die Montageplatte 18 zurück zum ersten Pol, sodaß dadurch der Kontrollflußkreis geschlossen wird. Wenn die Polarität des Stromes in der Spule umgekehrt wird, wird auch der Flußstrom in dem beschriebenen Flußweg umgekehrt.

Da der Steuerfluß durch den einen Luftspalt nach oben und durch den anderen Luftspalt nach unten läuft, ist ersichtlich, daß der Steuerfluß in einem der Luftspalte 68 oder 70 in der gleichen Richtung wie der Permanentfluß verläuft und von entgegengesetzter Richtung in. dem entgegengesetzten Luftspalt. Das Ergebnis ist eine verzögerte Anziehungskraft auf den Anker 56 an dem einen Ende des Ankers und zwar an dem Ende, wo beide Flüsse in der gleichen Richtung verlaufen, und eine verminderte Anziehungskraft auf den Anker am anderen Ende, nämlich dort, wo Steuerfluß und Permanentfluß entgegengesetzte Rieh-

tungen haben. Das Ergebnis ist eine unausgeglichene Kraft an dem Anker 56, die proportional dem Eingangsstrom ist. Diese unbalancier'te Kraft wird in eine proportionale Verstellung des Ankers 56 durch die Federkraft des Biegerohrs 54 umgewandelt. Das Biegerohr 44 dient auch zur Isolierung des elektromagnetischen Stellungsgebers gegenüber dem hydraulischen Fluid und zwar bei der Übertragung der Bewegung auf den Antriebsarm 52 über einen reibungslosen Schwenkpunkt.

Ein Aluminiumdeckel 32 umgibt den elektromagnetischen Stellungsgeber 12, wie dies dargestellt ist. Er ist an dem Hauptventilabschnitt 16 des elektrohydraulischen Servoventils 10 durch übliche Mittel, z.B. nicht dargestellte Schrauben, angebracht. Eine Abdichtung 34 stellt die notwendige Dichtung zwischen dem Deckel 32 und der zweiten oder Hauptventilstufe 16 her.

Die Pilot- oder erste Stufe 14 des elektrohydraulischen Servoventils 10 umfaßt ein Strahlrohrglied 72 mit einer öffnung 74 auf, mit der das Strahlrohrglied 72 an dem Ende 76 des Antriebsarmes 52 befestigt ist. Eine Strahlrohrdüse 78 ist in dem Strahlrohrglied 72 auf der Achse 80 des Antriebsarmes 52 nach Fig. 1 befestigt. Weiterhin ist ein Speisekanal 82 mit einem vergrößerten Ende 84 in dem Strahlrohrglied 72 vorgesehen, wie dies Fig. 2 zeigt. Eine zweite Strahlrohrdüse 86 nach Fig. 4 ist in dem Gehäuseteil 88 der zweiten oder Hauptventilstufe des Servoventils 10 vorgesehen. Die Düse 86 ist mit der Zuführungsleitung 90 für ein unter Druck stehendes hydraulisches Fluid verbunden. Die Eingangsleitung 10 ragt durch die Haupt-

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ventiistufe 16 und ist über einen Verbindungskanal· 92 in dem Ventilgehäuse 88 mit der Düse verbunden. Ein Filtersieb 91 oder dgl. ist lösbar in dem Kanal 90 zwischen der Düse 86 und der Eingangsleitung 90 durch einen lösbaren Stöpsel 93 nach Fig. A gehalten.

Es wird weiter darauf hingewiesen, daß die zweite Düse 86 mit dem Strahlrohrglied 72 unter einem rechten Winkel gegenüber der Bewegungsrichtung der Strahlrohrdüse 78 zusammen mit dem Antriebsarm 52 verbunden ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Strömungskräfte des hydraulschen Fluids durch das Strahlrohrglied 72 nicht die Stellung beeinflußt, die durch den elektromagneteischen Stellungsgeber vorgegeben ist. Dadurch ergibt sich auch kein Einfluß auf die Strömung des hydraulischen Fluids von der Strahlrohrdüse 78, wenn diese in die Empfängerkanäle 1OA und 106 in dem Ventilschieber 96 der Hauptventilstufe 16 übertritt.

Bei Betrieb wird ein hydraulisches Fluid unter Druck von beispielsweise 210 Kg/cm^ von der Eingangsleitung 90 durch Filter 91 in den Kanal 92 geleitet. Das Fluid tritt aus der Düse 86 in den Zuführungskanal 82 des Strahlrohrgliedes 72. Von dem Strahlrohrglied gelangt das Fluid anschließend durch die Strahlrohrdüse 78 und zwar mit einem verminderten Druck von beispielsweise 70 Kg/cm^. Der Filter 92 verhindert, daß die Düsen verstopfen. Da der hydraulische Druck in dem Biegerohr AA und der Druck, im Umgebungsber.eich des Strahlrohrgliedes 72 und der Düse 78 effektiv gleich dem rücklaufdruck in der Rückleitung 9A für das hydraulische Fluid ist, wird der

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- 17 Druck aus der Strahlrohrdüse 78 auf annähernd 70 Kg/cm² reduziert,

Die Fluidverbindung zwischen der Eingangsleitung 90 und der Strahlrohrdüse in der Polit-Stufe des Ventils 10 wird somit ohne jegliche mechanische Verbindungen hergestellt und ist einfacher und zuverlässiger als jede mechanische Verbindung. Hinzu kommt, daß die Strahlrohrausbildung einen Durchgang von Feststoffteilchen bis zu einer Größe von 150 Mikron gestattet, ohne daß die Funktion des in Miniaturausführung ausgebildeten Ventils zu befürchten sind.

Die Pilot-Stufe umfaßt auch ein Gegengewicht 90a, das mit dem Antriebsarm 52 durch nachgiebige elastomere O-Ringe 100, 102 befestigt ist. Das Gegengewicht dient zur Dämpfung von Schwingungen und ist aus Wolframkarbid ausgebildet und dient zum Ausgleichen der Kräfte auf dem hängend befestigten Antriebsarm und dem Strahlrohrglied 72. Die elastomere Befestigung des Gegengewichtes dämpft die Bewegung des Ankers, wenn dieser mit seiner natürlichen Frequenz angetrieben wird. Die Dämpfung erfolgt durch Absorbierung eines Teils der Schwingungsenergie.

Die Pilot-Stufe 14 des elektrohydraulischen Servoventils 10 umfaßt ferner die Empfängerkanäle 104 und 102 in dem Ventilschieber 96, welche jeweils über Kanäle 108 bzw. 110 mit den entgegengesetzten Enden des Schiebers 96 in Verbindung stehen. Die Empfängerkanäle 104 und 106 sind durch eine dünne Trennwand im Bereich der Strahlrohrdüse 78 getrennt. Sie weisen rechteckförmigen Querschnitt auf. Dadurch wird die Wikrung von unge-

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nauer Fluchtung der rechteckförraigen Öffnungen gegenüber der Bewegungsebene des Antriebsarmes 52 und der Strahlrohrdüse kleingehalten. ' ·,

Bei Betrieb erzeugt die Pilot-Stufe 14 eine Bewegung des Schiebers 96 und verstärkt das relativ geringe Kraftniveau des · Ausgangs des elektromagnetischen Stellungsgebers in eine hohe Steifigkeit, die für eine zuverlässige Bewegung der Spule erforderlich ist. In diesem Zusammenhang liefern die Empfängerkanäle 104 und 106 die Funktion des Stellungs-Feedbacks für den Schieber. Auf diese Weise ist der rechte Einp fange rkanal 106 mit der Kammer 112 am linken Ende des Schiebers 96 und der linke Empfängerkanal 104 mit der Kammer 114 am rechten Ende des Schiebers 96 nach Fig. 1 verbunden.

Wenn sich die Strahlrohrdüse 78 beispielsweise "in Fig. 1 nach rechts bewegt, und zwar aufgrund eines unausgeglichenenelektrischen Kraft an den Spulen 36,38,40 und 42 nimmt der Druck in dem rechten Empfängerkanal 106 zu. Entsprechend nimmt der Druck im linken Empfängerkanal 104 ab. Dadurch erhält man

j eine Druckänderung in den Kammern 112 und 114, wodurch sich der Schieber 96 nach rechts bewegt. Der Schieber 96 bewegt'sich unter dem Einfluß dieser Kraft, bis die Empfängerkanäle ΪΟ4 und 106 wieder unter der Strahlrohrdüse 78 zentriert sind. jDadurch werden die Drücke an den beiden Enden des Schiebers wieder gleich.

Das bedeutet, daß der Schieber die gleiche Bewegung ausführt, wie die Strahlrohrdüse. Diese Bewegung ist proportional dem

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Eingangsstrom. Das hydraulische. Feedback der Schieberbewegung erfolgt ohne jeden mechanischen Kontakt und liefert eine glatte Steuerung ohne Unstetigkeiten und gestattet eine präzise Kon= trolle der Null-Stellung des Ventils.

Die zweite Stufe oder Hauptstufe des Ventils 10 umfaßt den Ventilkörper 88, eine Hülse 116, die mit Schrumpfsitz in die öffnung 118 in dem Ventilkörper 88 eingepaßt ist und die zwei innere ringförmige und im axialen Abstand angeordnete Zumeßnuten 120 und 122 aufweist.

Der Schieber 96 ist innerhalb der öffnung 124 der Hülse 116 angeordnet. Der Schieber 96 weist fünf getrennte Stege 126, 128, 130, 132 und 134 auf, die jeweils durch Nuten 136, 138, 140 und 142 voneinander getrennt sind. Eine Keil-Keilnutenverbindung 144 ist zwischen Hülse 116 und Schieber 96 an einem Ende vorgesehen, um jede relative Drehung zu verhindern.

Die Endkappen 146 und 148 sind an entgegengesetzten Enden auf die Hülse 116 aufgeschraubt und mit entsprechenden Dichtringen, z.B. O-Ringen 150, 152, versehen.

Die Grundoperation der zweiten Stufe 16 des elektrohydraulischen Servoventils 10 ist die eines hydraulischen Vierwegeventils. Dieses weist vier Steuerkanten auf, von denen jedoch normalerweise nur zwei in jeder Bewegungsrichtung des Schiebers wirksa, sind. Die Steuerkanten, das sind die Kanten der Stege 128 und 132, sind individuell an die Nuten 120 und 122 in der

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Hülse 116 angepaßt, so daß jeder Überdeckungsgrad, z.B. Unterdeckung, überdeckung oder Null-Deckung oder dgl. erreicht werden kann.

Aufgrund der Ausbildung mit fünf Stegen für den Schieber 96 und der Anordnung des Rückstelldruckes in den Nuten 138 und 140 und des Zuführungsdruckes in den Nuten 136, 142 sorgen die Stege 126 und 134 für eine Abdichtung des Schiebers an den entgegengesetzten Enden, während die Stege 128 und 132 Steuerkanten bilden und der mittlere Steg 130 von geringfügig kleinerem Druchmesser 104 und 106 aufnimmt. Die Folge ist, daß die variierenden Drücke an den Ausgangsöffnungen nicht auf den Schieber einwirken und keinerlei Veränderung der kritischen Abmessungen der Überdeckung bewirken können. Die Drücke in den Nuten sind relativ unveränderlich und jede Abmessungsänderung entland der Nuten ist ohne Folge. Eine effektivere Arbeitsweise wird so erhalten im Vergleich zu den üblichen Schiebern mit nur drei Stegen, bei denen unterschiedliche Ausgangsdrücke in den Nuten die kritischen überdeckungen des Ventilschiebers verändern.

Es ist ersichtlich, daß das hydraulische Fluid in den Kanälen 154 und 158 in Abhängigkeit von der Stellung des Schiebers 96 gesteuert wird, wobei maßgeblich die jeweilige Stellung der Steuerkanten der Stege 128 und 132 ist'.

-Ii-

Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE

,DRl-ING. R. DÖRING DIPL.^PHYS. DR. J. FRiCKB

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Ansprüche

f1.^Zweistufiges Servoventil in Miniaturausführung, insb. für Anwendung in der Raumfahrt, gekennzeichnet durch einen elektromagnetischen Stellungsgeber (12) zur Steuerung einer Strahlrohr-Pilot-Stufe (14), die ihrerseits ein hydraulisches Vierwege-Hauptventil (16) mit einem durch Folgesteuerung betätigbaren Ventilschieber (96) steuert,
2. Elektromagnetischer Stellungsgeber, insb. für ein zweistufiges Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebsarm (52) des Stellungsgebers (12) und ein Biegerohr (44) zur frei ausbiegbaren Montage des Antriebsarmes (52) an einer Montageplatte (18) vorgesehen ist und ein Ankerglied (56) an einem Antriebsarm (52) befestigt ist, und daß eine aus Polstücken (20,22), Permanentmagneten (28) und Elektromagnetspulen (36,38,40,42) bestehende Magnetsteuereinrichtung zwischen der Montageplatte (18) und dem Ankerglied (56) zur Veränderung der Stellung des Ankergliedes und des damit verbundenen Antriebsarmes (52) proportional dem an die Spulen angelegten Strom vorgesehen ist.
3. Stellungsgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Polstücke (20,22) und zwei Permenentmagnete (28) beiderseits des Antriebsarmes (52) auf

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der Montageplatte (18) montiert sind und jeweils unter Bildung von Luftspalten (68.70) bzw. (66) bis dicht an Begrenzungsflächen des Ankergliedes (56) reichen und daß die Elektromagnetspulen (36,38,40,42) den Polstücken derart zugeordnet sind, daß auf das Ankerglied (56) aus dem Zusammenwirken von permanentmagnetischen und elektromagnetischen Fluß resultierende Stellkräfte einwirken.
4. Stellungsgeber nach anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei gesonderte elektromagnetische Spulen jedem Polstück zugeordnet sind und daß das eine Ende der beiden Spulen auf dem einen Polstück mit einer anderen Spule auf dem anderen Polstück verbunden ist und die miteinander verbundenen Spulen in entgegengesetzten Richtungen auf den genannten Polstücken aufgewickelt sind der Art, daß die vier Spulen als zwei Spulen wirksam sind und wahlweise in Reihe oder parallel zueinander mit einem Stromkreis verbunden werden können und ein elektrisches Feld zwischen den Polstücken und dem Anker (56) in Abhängigkeit von der Polarität und der Stärke des elektrischen Stromsignals an den Spulen erzeugen.
5.Stellungsgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellbewegung des Ankers (56) begrenzende Elemente (62,64) zwischen Anker (56) und Polstücken (20,22) vorgesehen sind.

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6. Stra.hlrohr-Pilot-Stufe, insb. für ein zweistufiges Servoventil nach anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Strahlrohrglied (72) an einem Ende eines Antriebsarmes (52) eines Stellungsgebers (12) aufweist, das Strahlrohrglied (72) eine Strahlrohrdüse (78) in axialer Fluchtung zu dem Antriebsarm (52) und einen' Speisekanal (82,8A) für die Düse in etwa rechtwinkeliger Anordnung zur Düsenachse aufweist, und daß eine zweite Strahldüse (86) von gegenüber der Ersten größerer Kapazität in Fluchtung mit dem Speisekanal (82,8A) und in Verbindung mit einer Druckmittelquelle (90) zur berührungslosen Speisung der Strahlrohrdüse (78) vorgesehen ist.
7. Strahlrohr-Pilot-Stufe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schieber (96) des Hauptventils (16) vorgesehen ist, in dem Strahlempfängerkanale (1OA,106) etwa radial verlaufend angeordnet sind, die ihrerseits über axiale Kanäle (108,110) mit den entgegengesetzten Enden des Schiebers (96) verbunden sind, wobei die Strahlempfängerkanale (10A,106) in ihrem äußeren Mündungsbereich durch eine dünne Trennwand voneinander getrennt sind und unmittelbar nebeneinanderliegend gegenüber der Strahlrohrdüse (78) münden der Art, daß der Fluidstrahl aus der Strahlrohrdüse (78) zwischen den radialen Empfängerkanälen (10A,106) aufgeteilt wird und im Gleichgewichtszustand an den entgegengesetzten Enden des Schiebers (96) gleiche Drücke erzeugen, welche die axiale Stellung des Schiebers in Abhängigkeit von der Auslenkung des Antriebsarmes (52) bestimmen.

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8. Strahlrohr-Pilot-Stufe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Strahldüse (86) senkrecht zur Bewegungsebene des Antriebsarmes (52) angeordnet ist.
9. Strahlrohr-Pilot-Stufe nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Ausgleichsgewicht (90a) an dem Antriebsarm (52) vorgesehen und· mit diesem über elastomere Verbindungselemente (100.102) verbunden ist.
10. Hydraulisches Vierwegeventil, insb. für das zweistufige Servoventil nach Anspruch 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieses in einer Bohrung (118) seines Gehäuses (88) eine fest eingesetzte Steuerhülse (116) und in einer Bohrung der Steuerhülse (116) einen Ventilschieber (96) aufweist,welche zusammenwirkende Steuernuten und Steuerstege aufweisen.
11. Ventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhülse (116) zwei Steuernuten (120,122) auf ihrer Innenfläche aufweist und der Schieber (96) fünf Stege (124,128,130,132 und 134) aufweist, die durch vier entsprechende Umfangsnuten getrennt sind, wobei der zentrale Steg (130) einen kleineren Durchmesser als die anderen Stege aufweist, zwei Steuerstege (128,132) den Steuernuten (120,122) der Hülse (116) in Fluchtung zugeordnet sind, wenn die Spule eine axial zentrische Stellung

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in der Hülse einnimmt, und zwei Stege (124,13A) die Enden des Schiebers (96) gegenüber den Enden der Bohrung der Hülse (116) abdichten.
12. Ventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch g e k e η'η zeichnet, daß Hülse (116) und Schieber (96) über eine relative Drehung der beiden Teilen verhindernde Eingriffselemente (144) miteinander verschieblich verbunden sind.

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