DE3247953A1

DE3247953A1 - Elektrisch betaetigtes hydraulik-proportionalventil

Info

Publication number: DE3247953A1
Application number: DE19823247953
Authority: DE
Inventors: Adam 8552 Höchstadt Dittner; Karl Ing.(grad.) 8500 Nürnberg Prenzel
Original assignee: FAG Kugelfischer Georg Schaefer KGaA; Kugelfischer Georg Schaefer and Co
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1982-12-24
Filing date: 1982-12-24
Publication date: 1984-07-05
Also published as: FR2538495B1; GB2133583A; DE3247953C2; GB8334049D0; FR2538495A1; GB2133583B

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch betätigtes Hydraülik-Proportionalventil gemäß Oberbegriff des Anspruches. · .

Ein solches Ventil mit einem Scheibenläufer-Motor ist in der BE-PS 24 56 677; eines mit einem Drehspulmotor in der DE-PS 26 02 375 der Anmelderin beschrieben. Beide Ventile haben den Vorteil einer sehr hohen Einstellgeschwindigkeit und einer hohen Steuergenauigkeit bei relativ einfachem Aufbau. Sie finden daher überall dort Einsatz, wo diese Eigenschaften verlangt werden bei einem nicht allzu hohem Volumendurchsatz. Bedingt durch den unmittelbaren Antrieb des zylindrischen Ventil-Schiebers über das ümformgetriebe ist die Baugröße dieses Ventilschiebers nach höheren Werten zu begrenzt.

Es ist Auf gäbe der vorliegenden Erfindung, ein Ventil dieser Art anzugeben, welches sich bei wesentlich höherem Volumendurchsatz gleichwohl durch hohe Verstellgeschwindigkeit, hohe Steuergenauigkeit und Wegfall von dynamisch beaufschlagten Dichtungen auszeichnet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Kennzeichen des Anspruches angegebenen Mittel.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Ventil im Längsschnitt, Pig. 2 eine Einzelheit aus Pigur 1 in vergrößertem Maßstab«.

Gemäß Pigur 1 setzt sich der Erfindungsgegenstand zusammen aus dem Ventilgehäuse 1 und dem Gehäuse 2 für den Antrieb. Beide Gehäuse sind miteinander verbunden unter Einfügung einer nichtmagnetischen Zwischenwand 3» welche

mittig eine Plansenkung 4 aufweist. In dem Gehäuse 2 ist untergebracht die Drehspule 5 eines hier verwendeten Drehßpulmotors. Die Drehspule 5 umgibt eine stationäre, ringförmige üückschlußplatte 5 aus weichem Eisen. Beiderseits dieser Platte sind jeweils ein paar sektorförmiger, einander diametral gegenüber liegender Permanent>-Magnete 7 und 8 bzw. 9 und 10 stationär angeordnet. An die Rückseite jedes Paares dieser Magnete ist eine gemeinsame ringförmige Rückschlußplatte 11 bzw. 12 aus weichem Eisen angeklebt.

Die Enden der Drehspule sind an Spiralfedern 13 und 14 geführt. Letztere stehen über die Leitung 15 in Verbindung mit dem Ausgang eines HegelVerstärkers 16.

Die Drehspule 5 ist befestigt in einer Gabel 17. Letztere steht über eine Schraub-Konus-Verbindung 18 in Verbindung mit einer Achse 19. Diese ist gelagert in Kugellagern 20 und 21. Die Achse 19 trägt an ihrem Ende den Primärteil 22 einer Permanentmagnet-Kupplung. Der zugehörige Sekundärteil dieser Kupplung ist mit 23 bezeichnet und befindet sich auf der anderen Seite der nichtmagnetischen Wandung 3 in der Plansenkung 4·

Der Sekundärteil 23 dieser Kupplung ist befestigt auf •einer Achse 24» welche über Kugellager 25 und 26, die im Gehäuse 1 angeordnet sind, gelagert ist. Auf dem anderen Ende der Achse 24 ist exzentrisch ein Kugellager 27 befestigt. Dieses steht in Wirkverbindung mit zwei Mitnehmerscheiben 28 und 29. Letztere sind befestigt auf einem Hilfskolben 30. Wie durch den Pfeil 31 angedeutet, wird bei Drehung der Achse 24 der Hilfskolben 30 nach rechts oder links verschoben.

Der um diesen Hilfskolben befindliche Saum ist mit 32 bezeichnet. Am rechten Ende des Hilfskolbens 30 ist ein ringförmiger Ferritkörper 33 befestigt. Dieser bildet zusammen mit den Spulen 34 und 35 ein Wegemeßsystem. Dazu sind die genannten Spulen an eine Brückenschaltung 36 an sich bekannter Art angeschlossen, welche ihrerseits mit dem Istwert-Eingang (+) des SegelVerstärkers 16 in Verbindung steht. Der Sollwert-Eingang (-) dieses Regelverstärkers ist an die Anschlußklemme 37 geführt. Diese dient zur

Zuführung eines Ventilstellung-Sollwertes.

Der zylindrische Ventilschieber ist mit 38 bezeichnet. Er arbeitet, zusammen mit Anschlußöffnungen bzw. Eingräumen 39, 40, 41» 42 und 43. Hiervon dient die Anschlußöffnung 41 zum Anschluß einer Druckmittelquelle, beispielsweise einer Hydraulikpumpe, während die Anschlußöffnungen 39 und 43 ait dem ölvorratb ehält er verbunden sind. Je nach - Art der Verschiebung des VentilSchiebers 38 wird eine Verbindung hergestellt zwischen der Anschlußöffnung 41 und einer der Anschlußöffnungen 40 oder 42. Dies ist an sich

bekannt und braucht deshalb nicht weiter erläutert zu werj den. i

Auf dem Hilfskolben 30 sind befestigt zwei Schließ-Konusse 44 und 45* Diese stehen mit geringem Abstand nicht näher bezeichneten Schließkanten in Sacklöchern 46 und 47 gegenüber, welche sich in den Stirnseiten des Ventilschiebers 38 befinden. Zwischen den Schließ-Konussen 44 und 45 sind auf dem Hilfskolben 30 Formdichtungen 48 und 49 angeordnet.

En Ventilsohieber 38 sind Querbohrungen 50 und 51 in der gezeichneten Weise vorgesehen, sowie schräg verlaufende Kanäle 52 und 53.

Im Bereich des Singraumes 41 sind auf dem Hilfskolben 30 Sing-Hboken 54 und 55 (Figur 2) befestigt. Diese bilden zusammen mit den umgebenden Gehäuseteilen Drosselspalte 56 und 57· Die Bingspalte um den Hilfskolben 30 sind mit 58 und 59 bezeichnet. Demgemäß stellt der Kanal 53 eine Verbindung her zwischen dem Singspalt 59 und dem Saum 32, während der Kanal 52 eine. Verbindung herstellt zwischen dem Singraum 58 und dem Saum 60, welcher sich nach links bis zu einer Verschluß-Schraubkappe 61 erstreckt. Am linken Ende des Hilfskolbens 30 befindet sich eine Mittelstellungsfeder 62. Diese hat das Bestreben, den Hilfskolben 30 im .Ruhezustand in der gezeichneten Ifeütralstellung zu halten.

Die Funktionsweise dieses Ventiles ist wie folgt: Im gezeichneten Buhestand, bei dem die Drehepule 5 stromlos

ist, fließt Hydrauliköl unter Druck von dem Eing-Kanal 41 nach beiden Seiten über die Drosselspalte 56 und 57 in die itingräume 58 und 59» von da weiter über die Kanäle 52 und 55 in die Bäume 60 und 52. Da, wie erwähnt, die Schließkonusse 44 und 45 ihren zugehörigen Schließkanten jeweils mit geringem Abstand gegenüber stehen, kann nunmehr das Hydrauliköl aus den Säumen 60 bzw· 52 an den Schließkonussen vorbei über die Kanäle 50 und 51 in die Anschlußöffnungen 59 und 45» mithin also in den ölvorratbehälter, abfließen. Infolge der symmetrischen Ausbildung dieser Wege zu beiden Seiten des Bingkanales 4I findet eine hydraulische Zentrierung des Ventilschiebers 58 in Bezug auf die Schließkonusse 44 und 45 statt.

Es sei nun angenommen, die Drehepule 5 wird derart unter Strom gesetzt, daß der Hilfskolben 50 sich nach links bewegt. Dadurch wird der Schließkonus 44 auf seine Schließkante gedrückt. Weiterhin werden (Figur 2) die Bingnocken.

54 und 55 nach links bewegt. Dadurch wird der Strömungswiderstand im Drosselspalt 56 größer als derjenige im Drosselspalt 57· Dies hat zur Folge, daß Hydrauliköl verstärkt über den Drosseispalt 57» den Kingkanal 59 und den Kanal

55 in den Saum 52 strömen kann. Da, wie angegeben, der Schließkörper 44 jetzt fest auf seiner Schließkante sitzt, kann nunmehr dieses Hydrauliköl auf die gesamte rechte Stirnfläche des VentilSchiebers 58 wirken. Letzterer wird daher nach Art eines Folgekolbens oder Servokolbens nach links bewegt. Und zwar so lange', bis sich ein neuer hydraulischer Zentrierungszustand des Ventilschiebers 58 zwischen* den Schließkonussen 44 und 45 eingestellt hat. Durch den Wegstellungsgeber 53» 34 und 35 wird hierbei überwacht, ob der Verschiebeweg des Hilfskolbens 30 exakt dem über der Anschlußklemme 57 zugeführten Sollwert entspricht. Wie er^ sichtlich und nicht weiter erläuterungsbedürftig, ist hierzu vom Ausgang des fiegelVerstärkers 16 über die Drehspule 5_;die Magnetkupplung 22, 25, das Getriebe 27, 28, 29, dem Wegstellungsgeber 33» 34 und 35» die Brückenschaltung 56 sowie den Istwert-Eingang des Hegelyerstärkers 16 ein korn-

pletter fiegelkreis gebildet.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die im Ausführungsbeispiel veranschaulichte winklige Zuordnung von Ventilgehäuse 1 und Antriebs gehäuse 2 beschränkt. Letz- ' teres kann auch in axialer Verlängerung des Hilfskolbens 30 angeordnet sein. Hierbei kann das Umformgetriebe beispielsweise so ausgebildet sein, wie in den eingangs ge-. nannten Patentschriften der Anmelderin.

Vie aus dem Ausführungsbeispiel ersichtlich, ist durch den Drehspulmotor-Antrieb die hohe Verstellgeschwindigkeit und die hohe Steuergenauigkeit der vorbekannten Ausführungen nach wie vor gewährleistet. Durch den indirekten Antrieb des VentilSchiebers 38 über den vom Drehspulmotor bestätigten Hilfskolben 30 sind hinsichtlich, des DurchsatζVolumens nach hohen Werten zu kaum Grenzen gesetzt·' Durch die permagnetische Durch-die-Wand-Kupplung 22, 23 schließlich wird eine Konstruktion ermöglicht, bei der alle an der Ventilfunktion beteiligten Elemente, wie z.B. auch der Ventilschieber 38, ohne jede dynamisch beaufschlagte Dichtung auskommen. Dies trägt im Hinblick auf das große Durchsatzvolumen erheblich zur Wahrung der hohen Verstellgeschwindigkeit und .Steuergenauigkeit bei. Die Befestigung des Wegstellungsgebers 33 bm Hilfskolben 30 und nicht am Ventilschieber 38 hat den Vorteil der höheren regelungstechnischen Stabilität.

ORIGINAL INSPECTED

-f.

- Leerseite -

Claims

Elektrisch betätigtes Hydraulik-Proportionalventil

Anspruch ·

Elektrisch betätigtes Hydraulik-Proportionalventil, mit einem Scheibenläufer- oder Drehspulmotor als Antrieb, welcher über eine Drehbewegung in Längsbewegung umformendes Getriebe in Antriebsverbindung steht mit einem zylindrischen Ventilschieber, dessen Stellung über einen Wegstellungsgeber erfaßt und als Istwert einem Hegelverstärker zugeführt wird, dessen anderem Eingang ein Ventilstellungssollwert zuführbar ist und dessen Ausgang den Scheibenläufer- oder Drehspulmotor beeinflußt, gekennzeichnet in Kombination dadurch, daß zwischen Antrieb (5) und Getriebe (27, 28, 29) eine Permanentmagnet-Kupplung mit ihrem Primärteil (22) außerhalb und mit ihrem Sekundärteil (23) innerhalb des an dieser Stelle einen nichtmagnetischen Wandungsteil (?) enthaltenden Ventilgehäuse (1) angeordnet ist, daß die Abtriebsseite (28, 29) des Getriebes in Antriebsverbindung steht mit einem längsverschieblichen Hilfskolben (30), welcher zentrisch in einem als hydraulisch betätigter und vom Hilfskolben gesteuerter

Folgekolben ausgebildeten Ventilsohieber (38) angeordnet ist, und daß der Wegstellungsgeber (33) von dem Hilfskolben betätigt wird.