DE3208651C2 - Servoventilvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Servoventileinrichtung hat ein Servoventil und einen Kraftmotor, der wirkungsmäßig mit einem Ventilelement des Servoventils für den Antrieb des Ventilelements verbunden ist. Der Kraftmotor hat einen Ringmagneten und ein erstes und zweites Element, die miteinander zur Bildung eines Ringraums zwischen sich konzentrisch zu dem Ringmagneten zusammenwirken. Eine wirkungsmäßig mit dem Ventilelement verbundene zylindrische Spule ist in dem Ringspalt konzentrisch dazu angeordnet und wird in dem Ringspalt ansprechend auf den durch die Spule gehenden elektrischen Strom hin- und herbewegt. Ein erstes und ein zweites zylindrisches elastisches Element verbinden das eine und das andere axiale Ende der zylindrischen Spule thermisch mit einem ersten bzw. einem zweiten Anschlag, wodurch die von der Spule erzeugte Joulesche Wärme zum ersten und zweiten Anschlag geleitet wird.

Description

durch Verdampfen eines Mediums mit niedrigem Siedepunkt, beispielsweise eines Fluorkohlenwasserstoffs, abtransportiert wird. Das verdampfte Medium wird entfernt von der Stelle, wo die Wärme erzeugt wird, in einem Wärmeaustauscher kondensiert

Es sind also ein Medium mit niedrigem Siedepunkt und ein Wärmetauscher zum Kühlen des Mediums erforderlich, was bedingt, daß die gesamte Vorrichtung relativ groß gebaut werden muß. Dadurch kann die Vorrichtung nur fiort verwendet werden, wo der erforderliche Raum vorhanden ist

Die der Erfindung zugrunde liegende A.ufgabe besteht nun darin, die Servoventilvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß bei ausreichender und einfacher Kühlung der zylindrischen Spule der für diese Kühlung erforderliche Platz minimal ist um so die Vorrichtung kompakt bauen zu können.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Die .Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Servoventilvorrichtung.
' Aufgrund des wärmeleitenden Kontakts zwischen der zylindrischen Spule und den zylindrischen elastischen Elementen wird die in der zylindrischen Spule erzeugte Wärme direkt an das Ventilgehäuse und an das zweite Magnetjoch des elektromagnetischen Antriebs abgeleitet. Durch diese direkte thermische Verbindung mit Teilen großer Wärmekapazität wird eine ausreichende Kühlung der zylindrischen Spule durch direkte Ableitung möglich, so daß der für ein Verdampfen des Kühlmittels erforderliche Aufwand entfällt und der dafür benötigte Platz nicht berücksichtigt zu werden braucht. Das Ventilelement kann so mit hoher Geschwindigkeit betätigt werden.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 schematisch im Schnitt eine erste Ausführungsform einer Servoventilvorrichtung,

F i g. 2 eine Teilansicht der Servoventilvorrichtung von Fig. 1 im Schnitt,

F i g. 3 eine Abwicklung der zylindrischen elastischen Elemente und der zylindrischen Spule von Fig. 1,

Fig.4 schematisch im Schnitt eine zweite Ausführungsform einer Servoventilvorrichtung,

F i g. 5 eine Teilansicht der Servoventilvorrichtung von F i g. 4 im Schnitt und

F i g. 6 einen TeU einer Abwicklung des zylindrischen elastischen Elements, der zylindrischen Spule und des hohlzylindrischen Ventilelements von F i g. 4.

Die in F i g. 1 im Schnitt gezeigte Servoventilvorrichtung hat ein Steuerservoventil 10, einen elektromagnetischen Antrieb 40 für den Antrieb des Steuerservoventils 10 und eine Betätigungseinrichtung 80 für ein getriebenes Teil 99, beispielsweise ein Steuerschieber eines Hauptservoventils, der ansprechend auf das Steuerdrucksignal aus dem Servoventil arbeitet.

Das Steuerservoventil 10 hat ein Ventilgehäuse 11 mit einem Hohlzylinderabschnitt 12, der eine Bohrung 13 aufweist. Mit dem einen axialen Ende des Hohlzylinderabschnitts 12 ist angrenzend an den elektromagnetischen Antrieb 40 in einem Stück eine Stirnwand 14 ausgebildet. An der Stirnwand 14 ist einstückig ein Ringfortsatz 16 ausgebildet, der aus der Stirnseite 15 der Stirnwand 14 zum elektromagnetischen Antrieb 40 vorsteht. Die Stirnwand 14 hat eine zentrale Bohrung 17, welche mit der zentralen Bohrung 13 in Verbindung steht und deren Durchmesser gegenüber dem der Bohrung 13 verringert ist so daß eine Schulter 18 gebildet wird. In der zylindrischen Bohrung 13 ist eine hohlzylindrische Büchse 19 eingepaßt die aD der Schulter 18 anliegt In einer Bohrung 21 in der Büchse 19 sitzt für eine Hin- und Herbewegung darin ein Steuerschieber 20.

Das Ventilgehäuse 11 hat einen Einlaßkanal 22 und ein Paar von Auslaßkanälen 23,24, Die Büchse 19 ist mit Kanälen 25, 26 und 27 versehen, die fluchtend zu dem

ίο Einlaßkanal 22 bzw. den Ausiaßkanäien 23, 24 ausgerichtet sind und in Verbindung mit der Bohrung 21 in der Büchse 19 stehen. Die Büchse 19 hat weiterhin ein Paar von Druckkanälen 28 und 29, die in dem Wandabschnitt ausgebildet sind, der dem Wandabschnitt der Büchse 19 diametral gegenüber liegt, in welchem die Kanäle 25,26 und 27 ausgebildet sind. Die Druckkanäle 28 und 29 sind jeweils fluchtend zu einem Paar von Kanälen 30 und 31 ausgerichtet, die in dem Ventilgehäuse 11 ausgebildet sind.

Der Steuerschieber 20 hat drei Stege 32, 33 und 34, die axial im Abstand voneinander angeordnet und miteinander ein Stück bildend über im Durchmesser reduzierte Abschnitte verbunden sind. In der Neutralstellung des Steuerschiebers 20 schließen diese Stege die Kanäle 25, 26 und 27 und lassen die Kanäle 28 und 29 offen. Der Steuerschieber 20 hat eine Stange 36, die von der Mitte der Stirnfläche des am Ende befindlichen Stegs 34 durch die zentrale Bohrung 17 in der Stirnwand 14 des Ventilgehäuses 11 vorsteht.

Der elektromagnetische Antrieb 40 hat ein erstes Magnetjoch 41 und ein zweites Magnetjoch 42, die zwischen sich einen Ringsolenoid oder Permanentmagnet 43 klemmend halten. Das erste Magnetjoch 41 und das zweite Magnetjoch 42 wirken miteinander so zusammen, daß sie zwischen sich einen Ringspalt 44 bilden, der konzentrisch zu dem Ringmagneten 43 ist, so daß die dadurch erzeugten Magnetflüsse in dem Ringspalt 44 konzentriert sind. Insbesondere hat das erste Magneljoch 41 insgesamt Ringform, während das zweite Magnetjoch 42 ein kreisförmiger Körper 45 ist, von dem aus sich ein zentraler Vorsprung 46 in die Bohrung im ersten Magnetjoch 41 erstreckt. Das erste Magnetjoch 41 und das zweite Magnetjoch 42 sind miteinander durch Befestigungsmittel verbunden, wobei der Ringmagnet dazwischen angeordnet ist. Der Ringspalt 44 wird von der inneren Umfangsfläche des ersten Magnetjochs 41, d. h. der Wandfläche der Bohrung des ersten Magnetjochs 41, und der Umfangsfläche des zentralen Vorsprungs 46 des zweiten Magnetjochs 42 gebildet Das erste Magnetjoch 41 ist durch Befestigungsmittel an dem Ringfortsatz 16 des Ventilgehäuses 11 so befestigt, daß eine Schulter 47 am ersten Magnetjoch 41 in die Bohrung eingepaßt ist, die im Ringfortsatz 16 ausgebildet ist. Somit ist die Anordnung aus erstem Magnetjoch 41 und zweitem Magnetjoch 42 mit dem Ventilgehäuse 11 so verbunden, daß die Stirnflächen der Magnetjoche 41 und 42 angrenzend an das Servoventil

10 im Abstand von der Stirnfläche 15 der Stirnwand 14 des Ventilgehäuses 11 angeordnet sind.

In dem Ringspalt 44 ist konzentrisch dazu eine zylindrische Spule 48 angeordnet, die eine Vielzahl von Windungen hat, weiche miteinander durch elektrisch isolierende Beschichtungen haftend verbunden sind. Die Windungen der Spule 48 haben jeweils einen Rechteckquerschnitt und sind in einer einzigen Lage gewickelt. Das eine axiale Ende der Spule 48 ist im Abstand von der Stirnfläche 15 der Stirnwand 14 des Ventilgehäuses

11 angeordnet, während das andere axiale Ende im Ab-

stand von der Stirnfläche des kreisförmigen Körpers 45 des Magnetjochs 42 angrenzend an das Ventilgehäuse 11 angeordnet ist. Wenn ein elektrischer Strom (i) durch die zylindrische Spule 48 fließt, ist die Spule einer elektromagnetischen Kraft (F) ausgesetzt, die durch die Gleichung

F=B-\-i

bestimmt ist, wobei 1 die axiale Länge der Spule und B die Dichte der Magnetflüsse in dem Ringspalt 44 durch den Ringmagneten 43 sind. Als Folge wird die zylindrische Spule 48 in dem Ringspalt 44 in der einen oder der anderen axialen Richtung bewegt, was von der Richtung des elektrischen Stroms abhängt.

Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, hat ein Verbindungsglied 50 einen konischen Abschnitt 51, einen am Ende des konischen Abschnitts 51 mit dem großen Durchmesser ausgebildeten Stirnflansch 52 und einen am Ende mit dem kleineren Durchmesser ausgebildeten Flansch 53. Der Stirnflansch 52 ist an dem einen axialen Ende der zylindrischen Spule 48 befestigt, während der Flansch 53 über einen elektrischen Isolierring 56 aus Kautschuk, Kunststoff oder dergleichen mit einer Ringnut verbunden ist, die von dem freien Ende der Stange 36 des Ventilelements 20 mit reduziertem Durchmesser und einer Schraube 55 begrenzt wird, die in das freie Ende der Stange 36 geschraubt ist. Somit ist die zylindrische Spule 48 im wesentlichen starr mit dem Steuerschieber 20 über das Verbindungsglied 50 verbunden.

Wie weiter in F i g. 2 gezeigt ist, ist zwischen der zylindrischen Spule 48 und der Stirnfläche 15 der Stirnwand 14 des Ventilgehäuses 11 koaxial zur zylindrischen Spule 48 ein erstes zylindrisches elastisches Element 58 unter Kompression stehend angeordnet. Das axiale eine Ende des ersten zylindrischen elastischen Elements 58 wird gegen das eine axiale Ende der zylindrischen Spule 48 gedruckt und ist elektrisch damit über den Stirnflansch 52 verbunden, der also zwischen dem einen axialen Ende der zylindrischen Spule 48 und dem einen axialen Ende des ersten zylindrischen elastischen Elements 58 angeordnet ist Das andere axiale Ende des ersten zylindrischen elastischen Elements 58 ist über einen elektrischen Isolierring 61 aus Kautschuk, Kunststoff oder dergleichen in einer Ringnut aufgenommen, die in der Stirnfläche 15 der Stirnwand 14 des Ventilgehäuses 11 ausgebildet ist Zwischen der zylindrischen Spule 48 und der Stirnfläche des kreisförmigen Körpers 45 des zweiten Magnetjochs 42 ist koaxial zur zylindrischen Spule 48 ein zweites zylindrisches elastisches Element 62 unter Kompression angeordnet Das eine axiale Ende des zweiten zylindrischen elastischen Elements f>2 steht in direktem Kontakt mit dem anderen axialen Ende der zylindrischen Spule 48 und ist elektrisch damit verbunden. Das andere axiale Ende des zweiten zylindrischen elastischen Elements 62 ist über einen elektrischen Isolierring 63 aus Kautschuk, Kunststoff oder dergleichen in einer Ringnut aufgenommen, die in der Stirnfläche des kreisförmigen Körpers 45 des zweiten Magnetjochs 42 ausgebildet ist Somit sind das erste und zweite zylindrische elastische Element 58 bzw. 62 gegen die zylindrische Spule 48 gedrückt, um sie abzustützen, wodurch die Position des Steuerschiebers 20, der mit der Spule 48 über das Verbindungsglied 50 verbunden ist neutralisiert wird. Wie erwähnt, bildet die Stirnwand 14 des Ventilgehäuses 11 einen Anschlag für das erste zylindrische elastische Element 58, während der zylindrische Körper 45 des zweiten Magnetjochs 42 einen Anschlag für das zweite zylindrische elastische Element 62 bildet.

Wie aus F i g. 3 zu ersehen ist, sind das erste und das zweite zylindrische elastische Element 58 bzw. 62 mit einer Vielzahl von axial im Abstand angeordneten Umfangsschlitzen 64 bzw. 65 versehen, um die Elastizität des ersten und zweiten zylindrischen elastischen Elements 58 bzw. 62 zu steigern. Das erste und das zweite zylindrische elastische Element bestehen aus einem elektrisch und thermisch leitenden Material, vorzugsweise aus einem Federstahl. Die zylindrischen elastischen Elemente können auch die Form von Schraubenfedern haben.
Durch eine radiale Bohrung in der Stirnwand 14 des Ventilgehäuses 11 erstreckt sich ein Stromleiter, dessen eines Ende mit dem anderen axialen Ende des ersten zylindrischen elastischen Elements 58 verbunden ist. Der zwischen der Wand der radialen Bohrung 68 und dem Stromleiter 67 gebildete Ringspalt ist mit einem Isolator 69 aus dem gleichen Material wie der Isolierring 61 ausgefüllt, so daß der Stromleiter 67 gegenüber dem Ventilgehäuse 11 elektrisch isoliert ist. Ein weiterer Stromleiter 71 erstreckt sich durch eine axiale Bohrung 72 in dem kreisförmigen Körper 45 des zweiten Magnetjochs 42. Der Stromleiter 71 ist mit einem Ende elektrisch mit dem anderen axialen Ende des zweiten zylindrischen elastischen Elements 62 verbunden. Der Ringspalt zwischen der Wand der Axialbohrung 72 und dem Stromleiter 71 ist mit einem Isolator 73 aus einem Material gefüllt, das dem des Isolierrings 63 entspricht, so daß der Stromleiter 71 gegenüber dem zweiten Magnetjoch 42 elektrisch isoliert ist. Somit fließt der elektrische Strom durch den Stromleiter 67 zur zylindrischen Spule 48 über das erste zylindrische elastische Element 58 und den Stirnflansch 52 des Verbindungsglieds 50 und weiter zum Stromleiter 71 und umgekehrt. Die Betätigungseinrichtung 80 hat ein Gehäuse 81, das am Ventilgehäuse 11 befestigt ist, sowie einen inneren Hohlraum, in dem ein Kolben 82 für die Hin- und Herbewegung in Axialrichtung aufgenommen ist Der Kolben 82 unterteilt den inneren Hohlraum in zwei Druckkammern 83 und 84. Durch den Kolben 82 erstreckt sich eine Kolbenstange 85. Das eine axiale Ende 86 der Kolbenstange 85 erstreckt sich durch die eine Stirnwand des Gehäuses 81 und darüber hinaus, während das andere axiale Ende 87 sich durch die gegenüberliegende Stirnwand des Gehäuses 81 erstreckt und darüber hinaus ragt Mit dem anderen axialen Ende 87 der Kolbenstange 85 ist ein Verschiebedetektor 88 so verbunden, daß er die axiale Verschiebung des Kolbens 82 feststellt Das eine Ende 86 der Kolbenstange 85 ist mit dem getriebenen Teil S3 verbünden. Mit den Kanälen 30 und 31 steht über in dem Gehäuse 81 ausgebildete Kanäle 91 bzw. 92 jeweils die Druckkammer 83 bzw. 84 in Verbindung.

Wenn im Betrieb ein elektrischer Strom der zylindrischen Spule 48 von dem Stromleiter 67 durch das erste zylindrische elastische Element 58 und den Stirnflansch 52 des Verbindungsglieds 50 zugeführt wird, wird die zylindrische Spule 48 einer Kraft entsprechend der Gleichung F=B-X ■ /ausgesetzt und in F ϊ g. 1 nach rechts bewegt Das erste zylindrische elastische Element 58 wird gedehnt während das zweite zylindrische elastische Element 62 zusammengedrückt wird. Die Bewegung der zylindrischen Spule 48 wird durch das Verbindungsglied 50 auf den Steuerschieber 20 übertragen, so daß dieses in Fig. 1 nach rechts verschoben wird. Dies führt dazu, daß der zentrale Steg 33 und der andere

stirnseitige Steg 34 die Kanäle 25 bzw. 27 Öffnen, während der Kanal 26 durch den stirnseitigen Steg 32 verschlossen wird. Als Folge wird ein unter Druck stehendes Fluid in die Druckkammer 83 aus dem Einlaßkanal 22 durch den Kanal 25, den Kanal 28, den Kanal 30 und den Kanal 91 eingeführt, wodurch der Kolben 82 und die Kolbenstange 85 in Fig. 1 nach rechts verschoben werden.

Inzwischen wird das Fluid in der Druckkammer 84 aus dem Auslaßkanal 24 durch den Kanal 92, den Kanal 31, den Kanal 29 und den Kanal 27 abgeführt. Wenn ein elektrischer Strom der zylindrischen Spule 48 über den Stromleiter 71 und durch das zweite zylindrische elastische Element 62 zugeführt wird, wird die zylindrische Spule 48 in F i g. 1 nach links bewegt, wodurch das erste elastische Element zusammengedrückt und das zweite zylindrische elastische Element 62 gedehnt wird, so daß der Steuerschieber 20 in F i g. 1 nach links bewegt wird. Dies führt dazu, daß der zentrale Steg 33 und der stirnseitige Steg 32 die Kanäle 25 bzw. 26 öffnen, während der Kanal 27 durch den stirnseitigen Steg 34 geschlossen wird. Als Folge wird unter Druck stehendes Fluid in die Druckkammer 84 aus dem Einlaßkanal 22 durch den Kanal 25, den Kanal 29, den Kanal 31 und den Kanal 92 eingeführt, wodurch der Kolben 82 und die Kolbenstange 85 in F i g. 1 nach links verschoben werden. Andererseits wird das Fluid in der Druckkammer 84 aus dem Auslaßkanal 23 über den Kanal 91, den Kanal 30, den Kanal 28 und den Kanal 26 abgeführt.

Die zylindrische Spule 48 erzeugt bei ihrer Aktivierung Joulesche Wärme. Der größte Teil dieser Wärme wird durch das erste und das zweite elastische Element 58 bzw. 62 zum Ventilgehäuse 11 und zum zweiten Magnetjoch 42 geleitet. Somit verbinden das erste und das zweite zylindrische elastische Element 58 bzw. 62 die zylindrische Spule 48 thermisch mit dem Ventilgehäuse 11 und dem zweiten Magnetjoch 42. Der restliche Teil der durch die zylindrische Spule 48 erzeugten Wärme wird zum ersten und zweiten Magnetjoch 41 bzw. 42 über Luftschichten transportiert.

Aufgrund dieser thermischen Verbindung wird die in der zylindrischen Spule 48 erzeugte Joulesche Wärme schnell zum Ventilgehäuse 11 und zum zweiten Magnetjoch 42 geleitet, so daß der Temperaturanstieg der Spule 48 wirksam eingeschränkt wird. Da zusätzlich die zylindrische Spule 48 elastisch an ihren beiden Enden durch das erste bzw. zweite zylindrische elastische Element 58 bzw. 62 gehalten wird, ist es möglich, die radiale Stärke der Spule 48 zu steigern, um die äußere und innere Umfangsfläche der zylindrischen Spule 48 so nahe wie möglich an der Wandfläche der Bohrung des ersten Magnetjochs 41 bzw. der Umfangsfläche des zentralen Vorsprungs 46 des zweiten Magnetjochs 42 zu positionieren. Als Folge wird die radiale Abmessung jeder der Luftschichten zwischen dem ersten Magnetjoch 41 und der zylindrischen Spule 48 und zwischen der zylindrischen Spule 48 und dem zweiten Magnetjoch 42 so verringert, daß ein Teil der durch die zylindrische Spule 48 erzeugten Wärme wirksam zu dem ersten und zweiten Magnetjoch 41 bzw. 42 über die Luftschichten mit reduzierter radialer Abmessung übertragen wird, wodurch die Temperaturerhöhung der Spule 48 weiter eingeschränkt wird. Dadurch ist es möglich, einen hohen elektrischen Strom durch die zylindrische Spule 48 fließen zu lassen, wobei die Spule 48 dann einer hohen elektromagnetischen Kraft ausgesetzt ist und mit hoher Geschwindigkeit hin- und herbewegt wird. Dies ermöglicht, daß der mit der Spule 48 durch das Verbindungsglied 50 verbundene Steuerschieber 20 mit hoher Geschwindigkeit angetrieben werden kann.

Da die durch die Spule 48 erzeugte Joulesche Wärme wirksam abgeführt oder verteilt wird, ist es möglich, die axiale Breite jeder Windung der Spule zu verringern, um deren Länge zu steigern. Das heißt, daß auch dann, wenn die Länge der Spule 48 und somit ihr elektrischer Widerstand vergrößert ist, die von der Spule 48 erzeugte Wärme wirksam aus dem angegebenen Grund verteilt wird, so daß es möglich ist, den Wert »1« in der Gleichung. F = B ■ 1 · ; so zu steigern, daß die auf die Spule 48 ausgeübte Kraft Fvergrößert werden kann.

In F i g. 4 ist im Schnitt eine zweite Ausführungsform einer Servoventilvorrichtung gezeigt, die ein Steuerser-

voventil 110, einen elektromagnetischen Antrieb 140 für j

das Steuerservoventil 110 und eine Betätigungseinrich- ]

tung 180 zum Betätigen eines angetriebenen Teils 199 aufweist, beispielsweise ein Steuerschieber eines Hauptservoventils, der ansprechend auf das Steuerdrucksignal aus dem Steuerservoventil arbeitet.

Das Steuerservoventil 110 hat ein Ventilgehäuse 111 mit einer zylindrischen Bohrung 113 und einem radial nach innen an einem Ende des Gehäuses 111 gerichteten Ringvorsprung 119. Das Ventilgehäuse 111 ist mit einem ersten Paar von einander diametral gegenüberliegenden Auslaßkanälen 123, einem Paar von zweiten einander diametral gegenüberliegenden Auslaßkanälen 124 und einem Paar voneinander diametral gegenüberliegenden Einlaßkanälen 122 versehen, die zwischen den ersten und zweiten Auslaßkanälen angeordnet sind. Das Ventilgehäuse 111 ist weiterhin mit Ringnuten 126,125 und 127 versehen, die in der Wandfläche der zylindrischen Bohrung 113 ausgebildet sind. Diese Ringnuten 126, 125 und 127 stehen in Verbindung mit den ersten Auslaßkanälen 123, den Einlaßkanälen 122 bzw. den zweiten Auslaßkanälen 124. In der zylindrischen Bohrung 113 ist ein hohlzylindrischer Steuerschieber 120 für eine Hin- und Herbewegung aufgenommen. Wie aus den F i g. 5 und 6 zu ersehen ist, ist der Steuerschieber 120 mit zwei axial im Abstand angeordneten Umfangsnuten 132, 133 versehen, die eine Winkelerstreckung von mehr als 180° haben. Diese Umfangsnuten sind, wenn sich der Steuerschieber 120 in seiner Neutralstellung befindet, durch den Wandabschnitt der zylindrisehen Bohrung 113 zwischen den Ringnuten 126 und 125 bzw. den Wandabschnitt der zylindrischen Bohrung 113 zwischen den Ringnuten 125 und 127 geschlossen.

Der elektromagnetische Antrieb 140 hat ein erstes und ein zweites Magnetjoch 141 bzw. 142, die zwischen sich einen ringförmigen Solenoid oder Permanentmagneten 143 klemmend halten. Das erste Magnetjoch 141 und das zweite Magnetjoch Ϊ42 wirken so miteinander zusammen, daß zwischen ihnen ein Ringspalt 144 in konzentrischer Beziehung zu dem Ringmagneten 143 gebildet wird, so daß die von dem Ringmagneten 143 gebildeten Magnetflüsse in dem Ringspalt 144 konzentriert werden. Das erste Magnetjoch 141 hat insgesamt Ringform. Das zweite Magnetjoch 142 ist ein kreisförmiger | Körper 145 mit einem zentralen Vorsprung, der in die Bohrung im ersten Magnetjoch 141 vorsteht Das erste Magnetjoch 141 und der ringförmige Körper 145 des zweiten Magnetjochs 142 sind miteinander durch Befestigungsmittel verbunden, wobei der Ringmagnet 143 dazwischen angeordnet ist Der Ringspalt 144 wird von der Wandfläche der Bohrung in dem ersten Magnetjoch 141 und der Umfangsfläche des zentralen Vorsprungs 146 zum zweiten Magnetjoch 142 gebildet Das*" erste Magnetjoch 141 ist durch Befestigungsmittel an dem

anderen axialen Ende des Ventilgehäuses 111 befestigt.

In dem Ringspalt 144 ist eine zylindrische Spule 148 angeordnet. Die zylindrische Spule 148 hat einen Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Steuerschiebers 120 ist. Die zylindrische Spule 148 ist mit einem Ende an einem axialen Ende des Steuerschiebers 120 befestigt, ihr anderes Ende hat einen Abstand von der Fläche des kreisförmigen Körpers 145 des zweiten Magnetjochs 142 angrenzend an den Steuerschieber 120.

Ein erstes zylindrisches elastisches Element 158 hat einen Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem des Steuerschiebers 120 ist. Ein axiales Ende dieses Elements 158 steht in direktem Kontakt mit dem anderen axialen Ende des Steuerschiebers 120, während das andere axiale Ende in eine Ringnut 161 eingepaßt ist, die in der Oberfläche des ringförmigen Vorsprungs 119 des Ventilgehäuses 111 angrenzend an den Steuerschieber 120 ausgebildet ist. Das erste zylindrische elastische Element 158 ist unter Kompression zwischen dem Steuerschieber 120 und dem ringförmigen Vorsprung 119 und koaxial zu dem Steuerschieber 120 angeordnet. Ein zweites zylindrisches elastisches Element 162 hat einen Durchmesser, der im wesentlichen gleich dem der zylindrischen Spule 148 ist. Das eine axiale Ende des Elements 162 steht in direktem Kontakt mit dem anderen axialen Ende der zylindrischen Spule 148 und ist elektrisch damit verbunden, während das andere axiale Ende, wie in F i g. 5 gezeigt, in einer Ringnut aufgenommen ist, die in der Oberfläche des kreisförmigen Körpers 145 des zweiten Magnetjochs 142 angrenzend an den Steuerschieber 120 über einen elektrischen Isolierring 163 aufgenommen ist, der beispielsweise aus Kautschuk oder Kunststoff besteht. Das zweite zylindrische elastische Element 162 ist unter Kompression zwischen der zylindrischen Spule 148 und dem kreisförmigen Körper 145 sowie koaxial zur zylindrischen Spule 148 angeordnet, wodurch die zylindrische Spule 148 elastisch gegen den Steuerschieber 120 gedruckt wird. Der Steuerschieber 120 und die zylindrische Spule 148 werden elastisch von dem ersten und zweiten zylindrischen elastischen Element 158 bzw. 162 so gehalten, daß der Steuerschieber 120 sich in der Neutralstellung befindet Somit bildet der ringförmige Vorsprung 119 des Ventilgehäuses 111 einen Anschlag für das erste zylindrische elastische Element 158, während der kreisförmige Körper 145 des zweiten Magnetjochs 142 einen Anschlag für das zweite zylindrische elastische Element 162 bildet

Wie in F i g. 6 gezeigt ist, sind das erste und zweite zylindrische elastische Element 158 bzw. 162 mit einer Vielzahl von axialen, im Abstand angeordneten Umfangsschiitzcn 154 bzw. 155 versehen, wodurch die Elastizität der zylindrischen elastischen Elemente 158,162 erhöht wird. Das erste und das zweite zylindrische elastische Element 158 bzw. 162 bestehen aus dem gleichen Material wie die der Ausführungsform von F i g. 1.

Durch eine Radialbohrung 168 in dem ersten Magnetjoch 151 erstreckt sich ein Stromleiter 167, der mit einem flexiblen Ende elektrisch mit dem einen axialen Ende der zylindrischen Spule 148 verbunden ist Ein Ringspalt zwischen der Wandfläche der Bohrung 168 und dem Stromleiter 167 ist mit einem elektrisch isolierenden Material 169 ausgefüllt Durch eine axiale Bohrung 172 in dem kreisförmigen Körper 145 des zweiten Magnetjochs 142 erstreckt sich ein weiterer drahtförmiger Stromleiter 171, der mit einem Ende elektrisch mit dem anderen axialen Ende des zweiten zylindrischen elastischen Elements 162 verbunden ist. Ein Ringspalt zwischen der Wandfläche der Bohrung 172 und dem Stromleiter 171 ist mit einem elektrisch isolierten Material 173 gefüllt
Die Betätigungseinrichtung 180 hat ein zylindrisches Gehäuse 181, das radial innerhalb des hohlzylindrischen Steuerschiebers 120 konzentrisch dazu angeordnet ist. Das Gehäuse 181 hat eine axiale Stirnfläche, dit starr mit der freien Stirnfläche des zentralen Vorsprungs 146 des zweiten Magnetjochs 142 verbunden ist. Das Gehäuse 181 ist an seiner äußeren Umfangsflache mit axial im Abstand angeordneten Umfangsnuten 196 und 197 versehen, die in der Neutralstellung des Steuerschiebers 120 zu den Nuten 132 bzw. 133 in dem Steuerschieber 120 fluchtend ausgericht.; sind. Die Umfangsnuten 1% und 197 stehen jeweils mit zwei Paaren von diametral gegenüberliegenden Kanälen 191 und 192 in Verbindung, die im Gehäuse 181 ausgebildet sind. In einem Hohlraum im Gehäuse 181 ist ein Kolben 182 für eine Hin- und Herbewegung aufgenommen, wodurch der Hohlraum in zwei Druckkammern 183 und 184 unterteilt wird, die in Verbindung mit den Umfangsnuten 1% bzw. 197 über die Kanäle 191 bzw. 192 stehen. Durch den Kolben 182 erstreckt sich eine hohle zylindrische Kolbenstange 185, die ein axiales offenes Ende und ein anderes geschlossenes Ende aufweist, das von der gegenüberliegenden Stirnwand des Gehäuses 181 vors^:< V und durch es hindurchgeht. Das offene Ende der Kolbenstange 185 erstreckt sich in eine Ausnehmung 151, die in der Stirnfläche des zentralen Vorsprungs 146 des zweiten Magnetjochs 142 ausgebildet ist. Der von der Ausnehmung 151 und dem offenen Ende der Kolbenstange 185 gebildete Raum steht mit der Atmosphäre über einen Kanal 152 in Verbindung. In dem hohlen Abschnitt der hohlen Kolbenstange 185 ist angrenzend an deren offenes Ende ein Verschiebedetektor 188 angeordnet, der die Verschiebung des Kolbens 182 feststellt Das geschlossene Ende der Kolbenstange 185 ist mit dem angetriebenen Teil 199 verbunden. Wenn in Betrieb elektrischer Strom der zylindrischen Spule 148 über den Stromleiter 167 zugeführt wird, werden die zylindrische Spule 148 und der Steuerschieber 120, die direkt damit verbunden sind, in F i g. 4 nach rechts bewegt wodurch das erste zylindrische elastische Element 158 gedehnt und das zweite zylindrische elastisehe Element 162 zusammengedrückt wird. Die Bewegung des Steuerschiebers 120 nach rechts führt dazu, daß die Umfangsnuten 125, 127 im Ventilgehäuse 111 mit den Umfangsnuten 196, 197 im Gehäuse 181 über die Umfangsnuten 132, 133 im Steuerschieber 120 jeweils in Verbindung kommen, während die Umfangsnut 126 im Ventilgehäuse 111 durch den Steuerschieber 120 geschlossen gehalten wird. Aas dem Einlaßkar.a! 122 wird über die Umfangsnut 125, die Umfangsnut 132, die Umfangsnut 196 und den Kanal 191 ein Druckfluid in die Druckkammer 183 eingeführt, wodurch der Kolben 182 und die Kolbenstange 185 in F i g. 4 nach rechts bewegt werden. Das Fluid in der anderen Druckkammer 184 wird aus dem Auslaßkanal 124 über den Kanal 192, die Umfangsnut 197, die Umfangsnut 133 und die Umfangsnut 127 abgeführt Wenn der zylindrischen Spule 148 über den Stromleiter 171 elektrischer Strom zugeführt wird, werden die zylindrische Spule 148 und der Steuerschieber 120 in F i g. 4 nach links bewegt wodurch das erste elastische Element 158 zusammengedrückt und das zweite zylindrische elastische Element 162 gedehnt wird. Die Linksbewegung des Steuerschiebers 120 führt dazu, daß die Umfangsnuten 126,125 mit den Umfangsnuten 196,197 über die Umfangsnuten 132,133 jeweils

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in Verbindung kommen, während die Umfangsnut 127 durch den Steuerschieber 120 geschlossen gehalten wird. Von dem Einlaßkanal 122 wird über die Umfangsnut 125, die Umfangsnut 133, die Umfangsnut 197 und den Kanal 192 ein Druckfluid aus der Einlaßöffnung in die Druckkammer 184 eingeführt, wodurch der Kolben 182 und die Kolbenstange 185 nach links verschoben werden. Das Fluid in der Druckkammer 183 wird aus dem Auslaßkanal 123 über den Kanal 191, die Umfangsnut 196, die Umfangsnut 132 und die Umfangsnut 126 abgeführt.

Der größte Teil der durch die zylindrische Spule 148 erzeugten Jouleschen Wärme wird zum Ventilgehäuse 111 über den hohlzylindrischen Steuerschieber 120 und das erste zylindrische elastische Element 158 sowie zum zweiten Magnetjoch 142 durch das zweite zylindrische elastische Element 142 geleitet. Somit steht die zylindrische Spule 148 in thermischer Verbindung mit dem Ventilgehäuse 111 und dem zweiten Magnetjoch 142 durch das erste bzw. zweite zylindrische Element 158 bzw. 162. Der restliche Teil der von der zylindrischen Spule 148 erzeugten Jouleschen Wärme wird zum ersten und zweiten Magnetjoch 141 bzw. 142 durch Luftschichten transportiert.

Da das erste und das zweite zylindrische elastische Element 158 bzw. 162, die zylindrische Spule 148 und der Steuerschieber 120 einen im wesentlichen gleichen Durchmesser haben und axial fluchtend zueinander ausgerichtet sind, kann ein besonderes Verbindungsteil entfallen. Dies erlaubt die Übertragung der Kraft von der zylindrischen Spule auf das Ventilelement ohne Verzögerung. Somit ist das Ansprechvermögen auf den Steuerschieber für den Eingang zur zylindrischen Spule 148 verbessert. Da die Betätigungseinrichtung 180 außerdem in dem hohlzylindrischen Steuerschieber 120 konzentrisch angeordnet ist, ist die Länge des Fluidkanals zwischen dem Steuerservoventil 110 und der Betätigungseinrichtung 180 auf ein Minimum reduziert, wodurch das Ansprechen der Betätigungseinrichtung 180 verbessert wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

1 2 derwand eines Verbindungsglieds angeordnet, dessen Patentansprüche: Stirnwand das eine axiale Ende der Hohlzylinderwand angrenzend an das Ventilgehäuse abschließt Das Ver-

1. Servoventilvorrichtung mit einem Servoventil, bindungsglied ist mit dem axialen Ende des in dem Venweiches ein Ventilgehäuse mit einer Bohrung und 5 tilgebäuse hin- und herbewegbar aufgenommenen Veneihen in der Bohrung hin- und herbewegbaren Steu- tilelements angrenzend an das genannte axiale Ende der erschieber aufweist, mit einem elektromagnetischen Hohlzylinderwand ein Stück damit bildend verbunden. Antrieb, der unter Zwischenschaltung eines Magne- Um die Hohlzylinderwand des Verbindungsglieds ist ten zwei mit dem Ventilgehäuse verbundene Ma- konzentrisch dazu eine zylindrische Spule aus einer gnetjoche aufweist, wobei die Magnetjoche unter io Vielzahl von Windungen gewickelt Die zylindrische Bildung eines vom Magnetfeld durchsetzten Ring- Spule ist mit dem Ventilelement durch das Verbindungsspalts koaxial ineinanderragen und in diesem Ring- glied verbunden. Jede Windung der Spule hat Kreisspalt eine koaxial mit dem Steuerschieber gekuppel- querschnitt Die zylindrische Spule wird in dem Ringte, stromdurchflossene, zylindrische Spule angeord- spalt ansprechend auf den durch die Spule fließenden net ist, der eine Kühleinrichtung zugeordnet ist, da- 15 elektrischen Strom hin- und herbewegt Die Hin- und durch gekennzeichnet, daß die Kühlein- Herbewegung der zylindrischen Spule wird auf das richtung eis? erstes und ein zweites zylindrisches ela- Ventilelement durch das Verbindungsglied übertragen, stisches Element (58; 62; 158,16^) aus einem wärme- Die Neutralstellung des Ventilelements in der Bohleitenden Material aufweist, die koaxial zu der rung des Ventilgehäuses ist durch eine Neutralposistromdurchflossenen, zylindrischen Spule (48, 148) 20 tionseinstelleinrichtung einstellbar, welche ein zylindriangeordnet sind, wobei das erste zylindrische elasti- sches elastisches Element aus Kautschuk oder dergleische Element (58,158) zwischen einer dem elektro- chen aufweist und lose in der zentralen Bohrung im magnetischen Antrieb (40,140) zugewandten Fläche zweiten Msgnetjoch aufgenommen ist wobei das axiale des Ventilgehäuses (11,111) und dem einen axialen eine Ende des elastischen Elements an der dem Ventil-Ende der Spule (48,148) und das zweite zylindrische 25 element gegenüberliegenden Oberfläche der Stirnwand elastische Element (62, 162) zwischen einer dem des Verbindungsglieds befestigt ist Die Einrichtung um-Ventilgehäuse (11, 111) zugewandten Fläche des faßt weiterhin eine Stange, deren eines axiale Ende an zweiten Magnetjochs (42, 142) des elektromagnet!- dem anderen axialen Ende des zylindrischen elastischen sehen Antriebs (40, 140) und dem anderen axialen Elements anliegt sowie eine Speiseeinrichtung, die mit Ende der Spule (48,148) angeordnet ist 30 dem Ende des zweiten Magnetjochs dem Ventilelement

2. Servoventilvorrichtung nach Anspruch 1, da- gegenüberliegend verbunden ist und am anderen durch gekennzeichnet daß die beiden zylindrischen axialen Ende der Stange angreift, um eine axiale Beweelastischen Elemente (58, 62; 158,162) gegeneinan- gung der Stange in die eine und die andere Richtung in der vorgespannt sind und die einen Recktecksquer- der zentralen Bohrung in dem zweiten Magnetjoch zu schnitt aufweisenden Windungen der Spule (48,148) 35 bewirken. Somit ist die Stirnwand des Verbindungsaxial gegeneinander drücken, glieds mit dem zweiten Magnetjoch über das zylindri-

3. Servoventilvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, sehe elastische Element verbunden.

dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zylindri- Wenn die zylindrische Spule erregt wird, erzeugt die

sehen elastischen Elemente (58, 62; 158, 162) aus Spule Wärme nach dem Jouleschen Gesetz. Der größte

einem elektrisch leitenden Material bestehen. 40 Teil der so erzeugten Wärme wird durch in Kontakt mit

4. Servoventilvorrichtung nach einem der Ansprü- der zylindrischen Spule stehende Luftschichten auf das ehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden erste und das zweite Magnetjoch übertragen und an die zylindrischen elastischen Elemente (58,62; 158,162) Atmosphäre abgegeben. Der restliche kleine Anteil der aus Stahl bestehen und mit einer Vielzahl von axial Wärme, der nicht auf die Magnetjoche übertragen wird,

' im Abstand angeordneten Umfangsschlitzen (64,65; 45 wird zu dem Ventilelement durch das Verbindungsglied

164,165) versehen sind. und somit ebenfalls zum zweiten Magnetjoch durch das

Verbindungsglied, das zylindrische elastische Element,

die Stange und die Speiseeinrichtung geleitet. Der Wärmestrom zum ersten und zweiten Magnetjoch durch die 50 Luftschichten ist niedrig. Der Wärmestrom zum Ventil-

Die Erfindung betrifft eine Servoventilvorrichtung element und zum zylindrischen elastischen Element

nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. durch das Verbindungsglied ist ebenfalls niedrig, da die

Aus der JP-OS 24 975/78 ist eine Servoventilvorrich- Stirnwand des Verbindungsgliedes eine geringe Stärke

tung bekannt deren elektromagnetischer Antrieb ein aufweist. Dementsprechend bleibt die von der zylindri-

erstes und ein zweites Magnetjoch aufweist, die zwi- 55 sehen Spule erzeugte Joulesche Wärme in dem Ring-

schen sich einen Ringmagneten klemmend halten. Das spalt, wodurch die Temperatur der zylindrischen Spule

erste und das zweite Magnetjoch wirken miteinander so in unerwünschter Weise steigt. Die erhöhte Temperatur

zusammen, daß zwischen ihnen ein Ringspalt gebildet verhindert eine Zunahme des durch die zylindrische

wird, der zu dem Ringmagneten konzentrisch ist, so daß Spule fließenden Stroms. Dadurch ist es unmöglich, die

die von dem Ringmagneten erzeugten Magnetflüsse in 60 Kraft zu steigern, die auf die zylindrische Spule propor-

dem Ringspalt konzentriert werden. Das erste Magnet- tional zum sie durchfließenden elektrischen Strom aus-

joch ist an der Stirnseite des Ventilgehäuses des Servo- geübt wird. Dadurch wird es schwierig, das mit der zy-

ventils so befestigt, daß der Ringspalt mit der Bohrung lindrischen Spule verbundene Ventilelement mit hoher

im Ventilgehäuse in Verbindung steht. Das zweite Ma- Geschwindigkeit anzutreiben.

gnetjoch hat eine zum Ringspalt konzentrische zentrale 65 Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr hat man deshalb

Bohrung, die sich durch das zweite Magnetjoch koaxial bei einer ähnlichen, aus der JP-OS 1 35 207/80 bekann-

zur Bohrung im Ventilgehäuse erstreckt. ten Vorrichtung zusätzlich eine Kühleinrichtung vorge-

In dem Ringspalt ist konzentrisch dazu die Hohlzylin- sehen, bei welcher die in der Spule erzeugte Wärme