DE3348219C2

DE3348219C2 - Control motor for servo-valve

Info

Publication number: DE3348219C2
Application number: DE19833348219
Authority: DE
Inventors: Werner 8781 Graefendorf De Hutzelmann; Herbert 8770 Lohr De Lembke
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1983-10-24
Filing date: 1983-10-24
Publication date: 1992-03-12
Anticipated expiration: 2003-10-25

Abstract

The motor (10) converts an electric input control signal into a corresp. mechanical output movement magnitude of an output member (8). The motor has an armature (9), exposed to a permanent magnetic excitation. The armature motion also moves the output member.A coil (30) is excited by the electric input control signal such that a corresp. motion is imposed to the armature by combined effect of its magnetisation and the permanent magnetic excitation. The armature is formed parallel to the bending member and extends in its vicinity. Pref. the bending member is tubular and extends from a socket (1). Its free end carries a fastening section (71) for securing of the armature

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Servoventil mit einem vom Medium reibungsfrei abgedichteten trockenen, einen Sockel aufweisenden Steuermotor, der ohne Zwischenschaltung eines Verstärkers mit einem Ausgangsglied den Schieber eines Ventils betätigt.The invention relates to a servo valve with a Medium friction-free dry sealed base Control motor that without the interposition of an amplifier with an output member the slide of a valve operated.

Servoventile sind in vielen Ausführungsformen bekannt und dienen ganz allgemein dazu, ein kleines elektrisches Eingangssignal analog in ein hydraulisches Ausgangssignal (Druck, Menge) umzuwandeln.Servo valves are known in many embodiments and generally serve a small electrical input signal analog into a hydraulic output signal (pressure, Quantity).

Beispielsweise ist außer dem Buch "Der Hydrauliktrainer", herausgegeben von der Firma GL Rexroth GmbH, Lohr am Main, 1981, Seite 149, ein zwei-stufiges Wege-Servoventil bekannt, welches im wesentlichen aus einer ersten Stufe (elektrischer Steuermotor und hydraulischer Verstärker) und einer zweiten Stufe besteht. Hierbei werden durch ein Stromsignal die Steuerspulen des Steuermotors erregt und der Anker mit Prallplatte wird gegen die Federkraft eines Rohres ausgelenkt. Die Umsetzung der Auslenkung der Prallplatte in eine hydraulische Größe erfolgt im hydraulischen Verstärker. Aus der DE-OS 27 30 144 ist ein Servoventil bekannt, bei dem ein Ausgangsglied eines Steuermotors mit einer Buchse gekuppelt ist, die am Außenumfang einer Hülse hin- und herbewegbar angeordnet ist. Dabei erfolgt die Steuerung des Durchtrittsquerschnitts für das Druckmedium durch Verschieben der Buchse parallel zur Achslinie der Buchse und der Hülse. US-PS 29 87 050 beschreibt ein kompensiertes Strömungssteuerventil, bei dem ein Steuermotor über eine Ventilstange eine Ventilhülse betätigt. Dabei ist die Anordnung des Steuermotors nicht dargestellt und das Problem der Eigenresonanz wird nicht angesprochen.For example, besides the book "The Hydraulic Trainer", published by GL Rexroth GmbH, Lohr am Main, 1981, page 149, a two-stage directional servo valve known, which essentially consists of a first stage (electrical Control motor and hydraulic amplifier) and a second Level exists. Here, the current signal Control coils of the control motor excited and the armature with a flapper is deflected against the spring force of a pipe. The Implementation of the deflection of the baffle plate in a hydraulic Size takes place in the hydraulic amplifier. From DE-OS 27 30 144 a servo valve is known in which an output member a control motor is coupled to a socket, which on The outer circumference of a sleeve is arranged to be reciprocable. The passage cross section is controlled for the print medium by moving the socket parallel to Axis line of the bush and the sleeve. US-PS 29 87 050 describes a compensated flow control valve in which a control motor a valve sleeve actuated via a valve rod. Here the arrangement of the control motor is not shown and that The problem of self-resonance is not addressed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Servoventil der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß von einem normalen Ventilgehäuse ausgehend in einfacher Weise ein Servoventil aufgebaut werden kann.The invention has for its object a servo valve type mentioned in such a way that from a normal Valve housing starting from a servo valve in a simple manner can be built.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.To achieve this object, the invention provides the characteristic Part of claim 1 measures mentioned. Preferred embodiments of the invention result from the Subclaims.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben; in der Zeichnung zeigtThe invention will based on exemplary embodiments described; shows in the drawing

Fig. 1 einen im Servoventil vorzugsweise verwendbaren Steuermotor im Schnitt; FIG. 1 is a preferably usable in the servo valve control motor in section;

Fig. 2 im Schnitt ein durch den Steuermotor gemäß Fig. 1 betätigtes Servoventil. Fig. 2 in section a operated by the control motor of FIG. 1 servo valve.

Zunächst sei anhand der Fig. 1 ein Steuermotor 10 beschrieben. Fig. 2 zeigt dann ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, nämlich den Steuermotor 10 direkt gekuppelt mit einem Ventil 20 zur Bildung eines Servoventils.A control motor 10 will first be described with reference to FIG. 1. Fig. 2 then shows a preferred embodiment of the invention, namely the control motor 10 directly coupled to a valve 20 to form a servo valve.

Bei dem Steuermotor 10 handelt es sich um einen dauermagnetisch erregten Motor, der hermetisch gegenüber dem Ventil 20 abgedichtet ist. The control motor 10 is a permanent magnet excited motor which is hermetically sealed from the valve 20 .

Der Steuermotor weist einen zur Anbringung an Ventil 20 geeigneten Sockel 1 auf, der zwei aus weichmagnetischem Material bestehende Flußleitelemente 2 und 3 trägt, zwischen denen ein aus weichmagnetischem Material bestehender Anker 9 verläuft, der seinerseits am Sockel 1 mittels eines Rückstellelements 7 schwenk- oder kippbar befestigt ist. Ein Ausgangsglied 8 ist am Anker 9 befestigt und überträgt die Bewegung des Ankers 9 aus dem Inneren des Steuermotors 10 heraus, und zwar zur Weitergabe an Ventil 20.The control motor has a base 1 suitable for attachment to valve 20 , which carries two flow guide elements 2 and 3 made of soft magnetic material, between which an armature 9 made of soft magnetic material runs, which in turn can be pivoted or tilted on base 1 by means of a return element 7 is attached. An output member 8 is fixed to the armature 9, and transmits the movement of the armature 9 from the interior of the control motor 10 out, namely to pass on to valve 20th

Die beiden Flußelemente 2 und 3 sind in gleicher Weise stangenförmig aufgebaut und besitzen die Gestalt eines Quaders mit quadratischem Querschnitt. Jedes der Flußelemente 2, 3 besteht aus einem Spulenaufnahmeteil 22 bzw. 26 sowie einem Abschlußteil 24 bzw. 28. Die Spulenaufnahmeteile 22, 26 sind durch Schrauben 12 am Sockel 1 befestigt. Nicht näher bezeichnete Ausschnitte in den ansonsten einen quadratischen Querschnitt besitzenden Spulenaufnahmeteilen 22 bzw. 26 dienen zur Aufnahme einer Steuerspule 30, die nach Aufsetzen der Abschlußteile 24 und 28 an ihrem Platz gehalten wird. Die Abschlußteile 24 und 28 sind durch Befestigungsbolzen 11 an den Spulenaufnahmeteilen 22 und 26 gehalten, und zwar verlaufen diese Bolzen durch Bohrungen in einer Deckplatte 5 sowie damit ausgerichtete Bohrungen in den Abschlußteilen 24 und 28, um sodann in die Spulenaufnahmeteile 22 und 26 eingeschraubt zu sein.The two river elements 2 and 3 are constructed in the same way as a rod and have the shape of a cuboid with a square cross section. Each of the flux elements 2, 3 consists of a coil receiving part 22 or 26 and a closing part 24 or 28 . The coil receiving parts 22, 26 are fastened to the base 1 by screws 12 . Cutouts (not designated in any more detail) in the coil receiving parts 22 and 26 , which otherwise have a square cross section, serve to receive a control coil 30 , which is held in place after the end parts 24 and 28 have been put on. The end parts 24 and 28 are held by fastening bolts 11 on the coil receiving parts 22 and 26 , namely these bolts run through bores in a cover plate 5 and bores aligned therewith in the end parts 24 and 28 , in order to then be screwed into the bobbin receiving parts 22 and 26 .

Dichtungen 13 sind zur Abdichtung der Befestigungsschrauben 12 im Sockel 1 vorgesehen. Ferner ist in einer Ringnut des Sockels 1 ein O-Ring 14 angeordnet, der zur Abdichtung gegenüber dem vom Steuermotor 10 betätigten Element.Seals 13 are provided for sealing the fastening screws 12 in the base 1 . Furthermore, an O-ring 14 is arranged in an annular groove of the base 1 , which seals against the element actuated by the control motor 10 .

Sockel 1 und Deckplatte 5 bestehen vorzugsweise aus nichtmagnetischem Material. Base 1 and cover plate 5 are preferably made of non-magnetic material.

Das Rückstellelement 7 wirkt als ein Biegeelement udn ist vorzugsweise rohrförmig ausgebildet. Vorzugsweise hat das Rückstellelement 7 einen kreisförmigen Querschnitt.The restoring element 7 acts as a bending element and is preferably tubular. The reset element 7 preferably has a circular cross section.

Das Rückstellelement 7 wirkt als eine Rückstellfeder und besteht vorzugsweise aus mehreren unterschiedliche Durchmesser aufweisenden Abschnitten. Das Rückstellelement 7 ist mit seinem in Fig. 1 unteren Sockelbefestigungsabschnitt 73 von verhältnismäßig großem Durchmesser in einer Mittelbohrung des Sockels 1 durch Preßsitz befestigt. An den Sockelbefestigungsabschnitt 73 schließt sich ein nicht näher bezeichneter, einen etwas geringeren Querschnitt aufweisender Abschnitt an, auf den dann ein Biegeabschnitt 72 von geringerer Wandstärke folgt. Ein Befestigungsabschnitt 71 von größerer Wandstärke schließt sich an den Biegeabschnitt 72 an. Das Rückstellelement 7 erstreckt sich im wesentlichen parallel zu den Flußleitelementen 2 und 3 und ist zwischen diesen angeordnet, wobei alle drei Elemente eine gemeinsame Mittellinie besitzen, so daß sich insgesamt ein symmetrischer Aufbau bezüglich der Mittellinie und der dazu senkrecht verlaufenden Linie ergibt.The restoring element 7 acts as a restoring spring and preferably consists of several sections having different diameters. The return member 7 is fixed with its in Fig. 1 lower base mounting portion 73 of relatively large diameter in a central bore of the base 1 by a press fit. The base fastening section 73 is adjoined by a section, which is not designated in more detail and has a somewhat smaller cross section, which is then followed by a bending section 72 of lesser wall thickness. A fastening section 71 of greater wall thickness adjoins the bending section 72 . The return element 7 extends essentially parallel to the flux guide elements 2 and 3 and is arranged between them, all three elements having a common center line, so that overall there is a symmetrical structure with respect to the center line and the line running perpendicular thereto.

Am freien Ende des Rückstellelements 7, d. h. oberhalb des Befestigungsabschnitts 71 ist der bereits erwähnte Anker 9 befestigt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Befestigung des Ankers 9 am Befestigungsabschnitt 71 indirekt über ein Befestigungsende 81 des bereits erwähnten Ausgangsglieds 8. Das Befestigungsende 81 sitzt in einer Längsbohrung 77 des Rückstellelements und ist im Befestigungsabschnitt 71 entweder durch Preßsitz befestigt, oder aber mittels nicht gezeigter Schrauben oder Stifte, die durch Querbohrungen 74 im Befestigungsabschnitt 71 verlaufen. Zum anderen ragt das Befestigungsende 81 über Abschnitt 71 hinaus und ist durch Preßsitz in einer an Längsbohrung 94 anschließenden, einen kleineren Durchmesser als diese aufweisenden Bohrung 95 des Ankers 9 befestigt. Die Bohrung 95 erweitert sich also zum Befestigungsabschnitt hin zu der im Querschnitt vorzugsweise kreisförmigen Bohrung 94, die einen solchen Durchmesser besitzt, daß ein Verkippen oder Verschwenken des Ankers 9 um das Rückstellelement 7 herum möglich ist. Der Anker 9 erstreckt sich praktisch über die gesamte Länge der Flußleitelemente 2, 3 hinweg, so daß sein oberer Abschnitt oder Ankerbefestigungsabschnitt 91 benachbart zur Deckplatte 5 angeordnet ist, während sein unterer Abschnitt oder freier Ankerabschnitt 92 benachbart zum Sockel 1 liegt. Der Mittelabschnitt des Ankers 9 liegt in etwa im Bereich der Steuerspule 30.The aforementioned anchor 9 is attached to the free end of the restoring element 7 , ie above the attachment section 71 . In the exemplary embodiment shown, the armature 9 is fastened to the fastening section 71 indirectly via a fastening end 81 of the output member 8 already mentioned. The fastening end 81 sits in a longitudinal bore 77 of the restoring element and is fastened in the fastening section 71 either by a press fit, or by means of screws or pins, not shown, which run through transverse bores 74 in the fastening section 71 . On the other hand, the fastening end 81 protrudes beyond section 71 and is fastened by a press fit in a bore 95 of the armature 9 that adjoins the longitudinal bore 94 and has a smaller diameter than this. The bore 95 thus widens toward the fastening section towards the bore 94 , which is preferably circular in cross section and has a diameter such that the armature 9 can be tilted or pivoted about the restoring element 7 . The anchor 9 extends practically over the entire length of the flux guide elements 2 , 3 , so that its upper section or anchor fastening section 91 is arranged adjacent to the cover plate 5 , while its lower section or free anchor section 92 lies adjacent to the base 1 . The middle section of the armature 9 lies approximately in the area of the control coil 30 .

Vorzugsweise ist der Anker 9 ähnlich wie die Flußelemente 2, 3 von quaderförmiger Gestalt mit quadratischem Querschnitt und weist in seinem Inneren die bereits erwähnte Bohrungen 94, 95 auf, um so das Rückstellelement 7 schützend zu umgeben. Es ist allerdings auch möglich, auf die beiden Seitenwände des Ankers 9 zu verzichten, die nicht benachbart zu den Flußelementen 2, 3 verlaufen, d. h. die Seitenwände 75, 76 könnten im Spulenbereich weggelassen werden.The armature 9 is preferably similar to the flow elements 2, 3 of cuboid shape with a square cross section and has the bores 94, 95 already mentioned in its interior, so as to protectively surround the restoring element 7 . However, it is also possible to dispense with the two side walls of the armature 9 , which do not run adjacent to the flow elements 2, 3 , ie the side walls 75, 76 could be omitted in the coil area.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Befestigungsende 81 ein Teil des Ausgangsglieds 8, welches noch das aus einer Längsbohrung 77 des Rückstellelements 7 herausragende Betätigungsende 83 sowie einen sich zum Befestigungsende 81 hin erweiternden Mittelteil 82 aufweist. Das Ausgangsglied 8 besteht vorzugsweise aus nichtmagnetischem Material. Gemäß einer Abwandlung ist es auch möglich, das Befestigungsende 81 entweder als Teil des Rückstellelements 7 oder auch gegebenenfalls als Teil des Ankers 9 auszubilden. Das Ausgangsglied 8 könnte dann beispielsweise in das Befestigungsende 81 eingeschraubt sein.In the exemplary embodiment shown, the fastening end 81 is part of the output member 8 , which also has the actuating end 83 protruding from a longitudinal bore 77 of the restoring element 7 and a central part 82 which widens towards the fastening end 81 . The output member 8 is preferably made of non-magnetic material. According to a modification, it is also possible to design the fastening end 81 either as part of the restoring element 7 or, if appropriate, as part of the armature 9 . The output member 8 could then be screwed into the fastening end 81 , for example.

Die Steuerspule 30 umgibt den Anker 9 in seinem mittleren Bereich und kann bei Zuführung eines elektrischen Eingangssteuersignals über Steuerleitungen eine Magnetisierung des Ankers 9 bewirken. Erfindungsgemäß erfolgt die Magnetisierung derart, daß der Anker 9 im Bereich seines oberen Abschnitts 91 eine Polarität (beispielsweise N) und im Bereich seines unteren Abschnitts 92 die andere Polarität (beispielsweise S) erhält, und umgekehrt, je nach Polarität des elektrischen Eingangssteuersignals.The control coil 30 surrounds the armature 9 in its central region and, when an electrical input control signal is supplied via control lines, can magnetize the armature 9 . According to the invention, the magnetization takes place in such a way that the armature 9 receives one polarity (for example N) in the area of its upper section 91 and the other polarity (for example S) in the area of its lower section 92 , and vice versa, depending on the polarity of the input electrical control signal.

Zur Sicherung der aufrechten Position der Flußleitelemente 2, 3 und zur Erhöhung der Stabilität des Steuermotors 10 sind Abdeckbleche 66, 67 vorgesehen, welche durch Schrauben/Muttern-Verbindungen 15 an den Flußleitelementen 2, 3 festgelegt sind. Des weiteren werden diese Abdeckbleche als Kurzschlußverbindung für den Abbau der Gegeninduktion (Trafoprinzip) der Spule verwendet.To secure the upright position of the flux guide elements 2 , 3 and to increase the stability of the control motor 10 , cover plates 66, 67 are provided, which are fixed by screw / nut connections 15 on the flux guide elements 2, 3 . Furthermore, these cover plates are used as a short-circuit connection for reducing the mutual induction (transformer principle) of the coil.

Der Anker 9 steht ständig unter dauermagnetischer Erregung, in Querrichtung. The armature 9 is constantly under permanent magnetic excitation, in the transverse direction.

Hinsichtlich der Materialien für die verschiedenen Bauteile sei hier zusammenfassend folgendes bemerkt:Regarding the materials for the different components to summarize the following:

Das Ausgangsglied 8 besteht aus antimagnetischem Material. Der Anker 9 besteht aus weichmagnetischem Material. Die Flußleitelemente 2 und 3 bestehen aus weichmagnetischem Material. Die Magnetbügel 54 bis 57 bestehen aus magnetisch leitfähigem Material. Das Rückstellelement 7 besteht aus antimagnetischem Material. Der Sockel 1 und die Deckplatte 5 bestehen aus antimagnetischem Material.The output member 8 is made of antimagnetic material. The armature 9 is made of soft magnetic material. The flux guide elements 2 and 3 are made of soft magnetic material. The magnetic bracket 54 to 57 are made of magnetically conductive material. The reset element 7 consists of antimagnetic material. The base 1 and the cover plate 5 are made of antimagnetic material.

Man erkennt, daß durch den erläuterten Aufbau ein Steuermotor 10 geschaffen wird, der vollständig "trocken" ist, d. h. es kann kein Öl, welches etwa von einem Ventil 20 herkommt, in den Ankerraum des Steuermotors 10 eindringen. Öl kann allenfalls bis in die Bohrung 77 des Rückstellelements 7 vordringen, kommt aber nicht über den Bereich des sich verjüngenden Mittelteils 82 des Ausgangsglieds 8 hinaus.It can be seen that a control motor 10 is created by the structure explained, which is completely "dry", ie no oil, which comes from a valve 20 , for example, can penetrate into the armature space of the control motor 10 . Oil can at most penetrate into the bore 77 of the restoring element 7 , but does not come beyond the region of the tapering central part 82 of the output member 8 .

Fig. 2 zeigt die Verwendung des Steuermotors 10 zur Betätigung eines Ventils 20, welches ein Ventilgehäuse 35 aufweist, in dessen Mittelbohrung ein Schieber 40 axial beweglich angeordnet ist. Der Schieber 40 dient zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Pumpenanschluß 36 und dem einen oder anderen der Verbraucheranschlüsse 38, 39. Der Schieber 40 seinerseits wird in an sich bekannter Weise durch eine Stange 78 betätigt, die mechanisch hin- und herbewegt werden kann. Der Hub der Stange 78 liegt etwa in der Größenordnung von ±0,4 mm. Erfindungsgemäß ist nun das Ausgangsglied 8 mit seinem Betätigungsende 83 direkt über eine Kupplung 80 mit der Betätigungsstange 78 des Ventils 20 gekuppelt, und zwar ohne Zwischenschaltung eines bislang üblichen hydraulischen Verstärkers. Zur Befestigung des Steuermotors 10 am Ventilgehäuse 35 ist ein Anschlußflansch 79 vorgesehen, dessen Mittelbohrung mit der Mittelbohrung des Ventilgehäuses 35 fluchtend angeordnet ist. Die Bohrung des Anschlußflansches 79 ist mit einer Mutter 84 verschlossen, die zum Zwecke des Anschlusses eines Weggebers entfernt werden kann. Fig. 2 shows the use of the control motor 10 for actuating a valve 20 which has a valve housing 35 , in the central bore of which a slide 40 is axially movable. The slide 40 serves to establish a connection between a pump connection 36 and one or the other of the consumer connections 38, 39 . The slide 40 is in turn actuated in a manner known per se by a rod 78 which can be moved mechanically back and forth. The stroke of the rod 78 is approximately in the order of magnitude of ± 0.4 mm. According to the invention, the output member 8 is now coupled with its actuating end 83 directly via a coupling 80 to the actuating rod 78 of the valve 20 , without any intermediate hydraulic amplifier. To attach the control motor 10 to the valve housing 35 , a connecting flange 79 is provided, the central bore of which is arranged in alignment with the central bore of the valve housing 35 . The bore of the connecting flange 79 is closed with a nut 84 which can be removed for the purpose of connecting a displacement sensor.

Eine Nothandbetätigung für den Steuermotor 10 kann ebenfalls in einfacher Weise vorgesehen werden. Beispielsweise könnte von oben her durch das Gehäuse 85 und durch die Deckplatte 5 hindurch ein Verlängerungsstift am Ausgangsglied 8 bzw. am Anker 9 angebracht werden, wobei dann dieser Stift durch die Deckplatte 5 und den oberen Teil des Gehäuses 85 hindurch nach außen geführt würde, um dann beispielsweise unter Zwischenschaltung von Federn betätigbar zu sein.An emergency manual operation for the control motor 10 can also be provided in a simple manner. For example, an extension pin could be attached to the output member 8 or to the armature 9 from above through the housing 85 and through the cover plate 5 , this pin then being guided outwards through the cover plate 5 and the upper part of the housing 85 then, for example, with the interposition of springs.

Eine Dämpfungsdüse 96 verbindet beide Kolbenendräume 97, 98, die unterschiedliche Volumen aufweisen, so daß keine Eigenresonanz auftritt.A damping nozzle 96 connects the two piston end spaces 97, 98 , which have different volumes, so that no natural resonance occurs.

Eine Belüftungsschraube 99 dient zur Sicherstellung einer einwandfreien Belüftung.A ventilation screw 99 is used to ensure proper ventilation.

Claims

1. Servo valve with a dry, sealed from the medium, a base ( 1 ) having control motor ( 10 ) which actuates the slide ( 40 ) of a valve ( 20 ) without the interposition of an amplifier with an output member ( 8 ), characterized in that

- That the output member ( 8 ) is coupled via a coupling ( 80 ) with a rod ( 78 ) actuating the slide ( 40 ),
- That the base ( 1 ) of the control motor ( 10 ) in an opening of the connecting flange ( 79 ) is housed such that the output member ( 8 ) protrudes into a longitudinally extending bore in the connecting flange ( 79 ), which is aligned with the slide ( 40 ) is arranged and serves to receive the slide ( 40 ) actuating rod ( 78 ), and
- That a damping nozzle ( 96 ) connects two different volume piston end spaces ( 97, 98 ), so that no natural resonance can occur.

2. Servo valve according to claim 1, characterized in that the longitudinal bore in the connecting flange ( 79 ) is closed by a screw plug ( 84 ) which is removable for the attachment of a displacement sensor.

3. Servo valve according to claim 1 or 2, characterized in that a ventilation screw ( 99 ) is used to ensure proper ventilation.