DE3504222A1

DE3504222A1 - Elektro-hydraulisches servoventil

Info

Publication number: DE3504222A1
Application number: DE19853504222
Authority: DE
Inventors: John Charlton Kings Cheltenham Gloucestershire Kammerer Harding
Original assignee: Dowty Hydraulic Units Ltd
Current assignee: Dowty Hydraulic Units Ltd
Priority date: 1984-02-17
Filing date: 1985-02-07
Publication date: 1985-08-22
Also published as: GB2154340A; GB2154340B; GB8404169D0; US4585029A; GB8502945D0; FR2559852A1

Description

Elektro-hydraulisches Servoventil

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektro-hydraulisches Servoventil gemMß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannte derartige Servoventile werden von einem elektrischen Steuersignal geringer Leistung gesteuert, das dem

elektrischen Motor, beispielsweise einem Gleichspsnnungs-Drehankermagnet-Motor, zugeführt uird, und manche dieser Ventile haben einen elektrischen Rückkopplungskreis, in dem ein elektrisches Rückkopplungssignal proportional zu der Verschiebung des Schiebers erzeugt wird, das bei Er-

1D reichen der gewählten Stellung des Schiebers das Steuersignal löscht. Bei einem bekannten Servoventil dieser Art ist eine Mehrzahl von elektrischen Dehnungsmessern in einer Brückenschaltung auf einem Stab angeordnet, dessen eines Ende mit dem Schieber in Eingriff steht und dessen

anderes Ende am Gehäuse des Servoventils geerdet ist. }

Ein Nachteil derartiger Rückkopplungsnr i ttel besteht darin, , daß das Rückkapplungssignal verhältnismäßig schwach ist, so daß in manchen Fällen die Ansprechgeschwindigkeit nicht so groß ist, wie dies tatsächlich wünschenswert ist.

2G Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektro-hydraulisches Servoventil der angegebenen Art zu schaffen, bei dem ein verhältnismäßig starkes elektrisches Rückkopplungssignal erzeugt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Vorteile der Erfindung bestehen vornehmlich darin, daß es nicht nötig ist, eine Mehrzahl van Dehnungsmessern in Brückenschaltung an einem Stab vorzusehen, die Rückkopplungsmittel also keine Vorrichtungen enthalten, die auf-

grund van auf diese ausgeübte Biegebeanspruchungen störanfällig und kurzlebig sind, und daß aufgrund des Zusammenwirkens des von der Schwinge getragenen Sensars mit den Magnetfeldern der Magnete relativ starke Rückkapplungssignale van dem Sensor emittiert werden.

V/arzugsweise sind zwei entgegengesetzt polarisierte Magnete vorgesehen, die Polschuhe aufweisen, welche zwei miteinander fluchtende Luftspalte definieren, und die Schwinge ist so angeordnet, daß sich der Sensor beim Schwingen der Schwinge in den Luftspalten bewegt.

Die Schwinge kann für ihre Schwingbewegung auf einem System von Blattfedern gelagert und an einem Ende kugelförmig ausgebildet sein und mit diesem Ende in eine Nut im Schieber Eingreifen.

Der Schieber ist vorzugsweise als Kolbenschieber ausgebildet Der Sensor arbeitet vorzugsweise nach dem Hall-Effekt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt eines zweistufigen elektro-hydraulischen Servaventils mit zugehörigem elektrischen

Steuersystem in schematischer Darstellung, Fig. 2 einen Teil des in Fig. 1 dargestellten Servoventils

in größerem Maßstab,
Fig. 3 eine Teilansicht in Richtung des Pfeiles III in Fig. 2, und

Fig. 4 einen Querschnitt entlang Linie IV/-IU in Fig. 2.

Das elektro-hydraulische Servoventil 1 weist ein Hauptgehäuse 2 auf, an welches ein elektrischer Matcn· 3 angesetzt ist. Dieser Motor ist mittels einer Leitung k mit einem 3D Verstärker 5 verbunden, und elektrische Steuersignale können durch eine Leitung 6 über den Verstärker 5 und die Leitung 't zu den Spulen des Motors 3 gelangen.

Der Motor 3 ist in bekannter LJeise in der Lage, ein Uorsteuer-Ventilelement 7 in Farm einer Zunge zwischen zwei einander gegenüberliegenden Düsen 8 und 9 zu bewegen. Ein Kolbenschieber 1D, der das Uentileiement der Hauptsteuerstufe bildet und axialbeweglich in einer Bohrung 11 im Gehäuse 2 angeordnet ist, kann aus einer Mittel- und Gleichgewichtsstellung in jeder Richtung unter Kontrolle des uorsteuer-l/entilelements 7 bewegt werden, ωεππ dieses durch den Motor 3 betätigt uird. In seinem verschobenen Zustand läßt der Kalbenschieber 10 das durch die Steueröffnungen 12, 13 zugeführte Druckmedium durch die Arbeitssteueröffnungen 14, 15 zu der einen Seite eines druckmittelbetätigten Gerätes, beispielsweise einem hydraulischen Arbeitskolben, strömen, das von dem Servoventil gesteuert wird, während die andere Seite mit einem Rücklauf verbunden wird. Diese Verschiebung des Schiebers 10 wird durch einen hydraulischen Druckunterschied zwischen den Kammern 16, 17 an den Enden des Schiebers 10 in Abhängigkeit von dem Absperren der einen oder der anderen Düse 8, 9 durch die Zunge 7 bewirkt.

2Q Der Schieber 10 ist mit einer zentralen Umfangsnut 18 versehen, in die ein'kugelförmiges Ende 19 einer Schwinge 20 eingreift. Idie aus Fig. 2 ersichtlich, erstreckt sich die Schwinge 20 nach unten durch ein Lagergehäuse 21, das einen Ring 22 enthält, in dem die Schwinge 20 bei einer axialen Verschiebung des Kolbenschiebers 10 schwingen kann. Der Abschnitt der Schwinge 20 unterhalb des Ringes 22 weist einen Black 23 und ein Joch 2k auf, das durch Schrauben 25, 26 an dem Block 23 befestigt ist. Das Joch trägt eine kleine Schaltkreistafel 27, auf welcher ein elektrischer Sensor 28 befestigt ist. Die Schwinge 20 ist zur Ermöglichung ihrer Schwingbewegung im Ring 22 von zwei Paaren von metallischen Blettfedern 29, 30; 31, 32 gehalten, die durch Schrauben, van denen vier bei 33, 3k, 35 und 36 dargestellt sind, am Gehäuse 21 und am Block 23

angeschraubt sind. Die Federn jedes Paares stehen im rechten Lüinkel zueinander und sind, wie gezeigt, in ihren Mittelabschnitten mit geeigneten Aussparungen versehen, um ineinander eingreifen zu können.

Drei Stifte 37, 38, 39 erstrecken sich von der Tafel 27 nach oben. An diese Stifte sind Leitungen 40, 41, 42 (Fig.1) angeschlossen, die mit Stiften 43, 44, 45 (Fig.2) eines Mehrfachsteckers 46 verbunden sind, der in der Wand eines Deckels 47 angebracht ist, welcher an der Unterseite des

1G Hauptgehäuses 2 angeschraubt ist.

Der Innenraum 48 des Deckels 47 enthält zwei Permanentmagnete 49, 50, die entgegengesetzt polarisiert sind und die jeweils ein Paar von LJeicheisen-Polschuhen 51, 52; 53, 54 haben. Die Magnete sind so angeordnet, daß die Polschuh-Paare des einen Magneten in einem vorbestimmten Abstand von dem Polschuh-Paar des anderen liegen, wobei die Luftspalte 55, 56 zwischen den Polschuhpaaren miteinander fluchten.

In der in Fig. 1 und 2 dargestellten Stellung ist die Schwinge 2D in einer Gleichgewichtslage entsprechend der Gleichgewichtslage des Kolbenschiebers 10.

Der Sensor 28 enthält einen integrierten Schaltkreis mit einem "Hall-Effekt" Fühler. Dieser Fühler arbeitet nach dem Prinzip, daß beim Durchgang eines elektrischen Stromes durch einen Leiter und Anordnung des Leiters in einem Magnetfeld eine Potential-Differenz über die Kanten des Elements erzeugt wird, die senkrecht sowohl zu dem Feld als auch zu dem Strom steht. Der integrierte Schaltkreis des Sensors 28 ist gekapselt und mit einem Mikro-Schaltkreis verbunden, de'r einen Vorverstärker enthält, welcher

die Potential-Differenz über den Sensor in eine Ausgangsspannung von relativ hohem und daher verwendbarem Lüert umwandelt.

Wenn der Holbenschieber 10 in seiner Bleichgewichtslage ist, hält die Schwinge 20 den Sensor in einer neutralen Stellung in der Mitte zwischen den beiden Magneten U9 , 50. Da die Magnete entgegengesetzt polarisiert sind, wird die Wirkung ihrer Magnetfelder auf den Sensor aufgehoben, so daß kein Ausgangssignal von dem Sensor erzeugt wird.

Wenn zwecks geeigneter Betätigung des zugehörigen Gerätes der Kolbenschieber 10 durch den Motor 3 aufgrund eines Steuersignals, das diesem durch die Leitungen 6 und k zugeführt wurde, in Fig. 2 nach links bewegt wird, schwingt die Schwinge 20 entgegen dem Uhrzeigersinn um den Ring 22, so daß der Sensor 28 in Bezug auf die Magnete nach rechts bewegt wird. Dementsprechend bewegt sich der Sensor mehr in den Luftspalt 56 und in einer Richtung weg von dem Luftspalt 55, wodurch schnelle Änderungen in den Magnetflußdichten der beiden Magnetfelder eintreten. Demzufolge hat das Magnetfeld des Magneten 50 eine größere Wirkung auf den Sensor als dasjenige des Magneten k3, und da der Unterschied des Potentials, das über die Elektroden des Sensors erzeugt wird, proportional zu der Stärke des Magnetfeldes ist, wird van dem Sensor ein elektrisches Potential emittiert, das proportional zu der Größe der Bewegung des KDlbenschiebers 10 nach links ist. Demzufolge gelangt ein Positionssignal mit relativ hoher Spannung vom Sensor durch die Leiter kZ und 57 zum Verstärker 5. Wenn die Bewegung des Kolbenschiebers so groß ist, daß die Größe dieses Signals das Steuersignal neutralisiert, das durch ,den Leiter 6 dem Verstärker 5 zugeführt wird und welches ursprünglich den Motor 3 zur Erzeugung

der Bewegung des Hnlbenschiebers erregt hat, uird das Spannungssignal, das dem Motor 3 durch den Leiter h zugeführt wird, auf Null verringert. Dadurch gelangt die Zunge 7 zurück in ihre Neutralstellung und der Kolbenschieber wird in einer hydraulisch ausgeglichenen Lage gehalten und bewegt sich nicht weiter nach links.

Das durch das Servoventil gesteuerte Gerät fährt fort, sich in die ausgewählte Richtung zu bewegen, und wenn es eine vorbestimmte Lage erreicht hat, überträgt ein Potentiometer, das mit dem Ausgangsglied des Gerätes verbunden ist, ein Signal, welches in geeigneter Weise das Steuersignal löscht, das durch den Leiter 6 zugeführt idurde. Das Rückkopplungssignal, das immer nach durch den Leiter 57 zum Verstärker 5 gelangt und das nun nicht länger von dem Steuersignal aufgehoben wird, hat ein verstärktes Signal zur Folge, das durch den Leiter k dem Motor 3 zugeführt uird und eine Bewegung der Zunge 7 in Fig. 1 nach links bewirkt. Demzufolge wird die Düse 5 abgesperrt und der Holbenschieber 1G nach rechts bewegt.

Mit einer derartigen Bewegung wird die Größe des Rückkopplungssignals durch den Leiter 57 verringert und in gleicher Weise wird das vom Verstärker 5 zum Motor 3 gelangende Signal verringert. Dadurch wird der Verschluß der Düse 8 durch die Zunge 7 verringert, und wenn der Kolbenschieber seine Neutralstellung erreicht, gelangt die Zunge 7 ebenfalls in eine Neutralstellung in der Mitte zwischen den Düsen 8 und 9.

Wenn es notwendig ist, das angeschlossene Gerät in der entgegengesetzten Richtung zu bewegen, wird das elektrohydraulische Servoventil im umgekehrten Sinn betätigt, wobei ein Steuersignal, das dem Motor 3 über den Verstärker 5 zugeführt wird, bewirkt, daß der Kolbenschieber 10 aus seiner IMeutralstellung nach rechts bewegt wird, und die Schwinge 20 und der Sensor 28 arbeiten

BAD ORIGINAL

in Verbindung mit dem Magneten U3 und 5D derart, daß ein entsprechendes Rückkopplungssignal zum l/erstärker 5 gelangt.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf ein eIektro-hydraulisches Servoventil mit einem Uorsteuer-l/entilement in Form einer Zunge. l/ielmehr kann dieses Ventilelement beispielsweise auch ein Strahlrohr sein, das mit benachbarten Aufnahmeöffnungen zusammenwirkt, wie dies bei Fluidicschaltungen allgemein bekannt ist. Schließlich 1D kann anstelle des in den Zeichnungen dargestellten Kalbenschiebers auch ein mit Steueröffnungen versehener Schieber mit rechteckigem Querschnitt verwendet werden.

BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

Elektro-hydraulisches Servoventil mit einem Gehäuse (2), einem Ventil (7,8,9) einer Vorsteuerstufe, das durch einen elektrischen Motor (3) betätigbar ist, der seinerseits elektrische Steuersignale empfängt, einem Schieber (10) einer Hauptsteuerstufe, der in dem Gehäuse (2) durch einen Fluiddruck bewegbar ist, mit dem er von dem Ventil der Vorsteuerstufe beaufschlagbar ist entsprechend der Betätigung durch den elektrischen Motor, dadurch gekennzeichnet, daß eine relativ zu dem Gehäuse (2) schwingbare Schidinge (20) vorgesehen ist, die einen ersten Abschnitt (19), der mit dem Schieber (10) in Eingriff steht, und einen zweiten Abschnitt (24) aufweist, der einen elektrischen Sensor (28) trägt, durch den ein elektrisches Signal geschickt werden kann, und daß in dem Gehäuse (2) diesem zweiten Abschnitt (24) benachbart Magnete (49,50) angeordnet sind, derart, daß beim Schwingen der Schwinge (20) aufgrund der gesteuerten Bewegung des Schiebers (10) sich die Lage des,Sensors (28) in Bezug auf die Magnet felder der Magnete (49,50) verändert und dadurch das elektrische Potential über den Sensor (28) verändert wird, derart daß ein elektrisches Rückkopplungssignal von dem Sensor (28) ausgesandt wird, das der Bewegung des Schiebers (10) proportional ist.

Bankverbindung: Hypobank Gauting Konto-Nr. 3 750 123 448 (BLZ 700 260 01)
2. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (49,50) entgegengesetzt polarisiert sind und Polschuhe (51,52,53,54) aufweisen, die zwei miteinander fluchtende Luftspalte (55,56) definieren, und daß die Schwinge (20) so angeordnet ist, daß sich der Sensor (28) beim Schwingen der Schwinge (20) in den Luftspalten (55,56) bewegt.
3. Servoventil nach Anspruch 1 ader 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (20) für ihre Schwingbewegung auf einem System von Blattfedern (29,30;31,32) gelagert ist.
4. Servoventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (20) an seinem einen Ende (19) kugelförmig ausgebildet ist und mit diesem Ende in eine Nut (18) in dem Schieber (10) eingreift,
5. Servoventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (10) als Kolbenschieber ausgebildet ist.
6. Servoventil nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (28) vom Hall-Effekt-Typ ist.