DE3737143A1 - Servoventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Servoventil, und zwar insbesondere auf ein zweistufiges Servoventil. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auch auf den hydraulischen Verstärker eines solchen Servoventils.

Servoventile sind wohlbekannt und dienen im allgemeinen dazu, ein kleines elektrisches Eingangssignal analog in ein hydraulisches Ausgangssignal umzuwandeln. Servoventile werden überwiegend zweistufig ausgeführt. Dabei wird in die erste Stufe, die sogenannte Vorsteuerstufe, über einen Regler das Stromsignal eingegeben. Gleichzeitig wird die Vorsteuerstufe mit hydraulischer Energie in Form eines Steuerölstroms gespeist. Dieser Steuerölstrom ermöglicht eine Verstärkung der hydraulischen Ausgangsleistung gegenüber der eingegebenen elektrischen Leistung. In vielen Fällen besteht die erste Stufe aus einem sogenannten Torquemotor, der mit einem Düsen-Prallplatten-Verstärker zusammenarbeitet. Hinter der zweiten oder Hauptsteuerstufe bewirkt der dem Eingangssignal proportionale Steuerölstrom die Verstellung eines Kolbens oder Schiebers in der zweiten Stufe. Diese zweite Stufe liefert dann unter weiterer Verstärkung wiederum einen dem Steuerölstrom proportionalen und damit auch dem Eingangssignal proportionalen Arbeitsölstrom, der dann schließlich in der Lage ist, eine hydraulische Last, beispielsweise Hydrozylinder oder einen Hydromotor, ausreichend zu bedienen.

Aus dem Buch "Bauelemente der Ölhydraulik", Teil 2, Steuerungen und Zubehör, Otto Krausskopf-Verlag GmbH, Mainz, 1974, ist es bereits bekannt (vgl. dazu Seiten 182-183), den Anker eines Torquemotors mit einem fest daran befestigten Strahlrohr auszubilden, welches mit unter Druck stehendem Öl versorgt wird. Dieses Strahlrohr liefert kinetische Energie in der Form eines Ölstrahls zu Auffangdüsenmittel, die zwei Fangdüsen bildende Bohrungen aufweist, welche benachbart zu der Austrittsöffnung des Strahlrohrs enden. Dabei ergibt sich entsprechend der Strahlrohrauslenkung eine Verteilung des Steueröls auf diese beiden Bohrungen. Die Bohrungen stehen dann ihrerseits mit dem Schieber in einer zweiten Stufe in Verbindung, um diesen in der einen oder anderen Richtung zu bewegen. Strahlrohr wie auch Fangdüse sind aus Stahl hergestellt.

Die Lebensdauer dieser bekannten Servoventile bzw. ihrer Steuermotore ist verhältnismäßig kurz, da das mit hoher Geschwindigkeit austretende Öl vielfach eine Beschädigung der Fangdüse und/oder des Strahlrohrs hervorruft.

Während bei der soeben besprochenen Proportionalventil­ konstruktion das Strahlrohr durch den Anker des Torquemotors hin und her bewegt werden kann, ist bei einem anderen bekannten Steuermotor vorgesehen, daß zwischen Druckzuführ­ mitteln und Druckabfühlmitteln in der Form von Auffang­ düsenmitteln Strahlablenkmittel vorgesehen sind, die ihrerseits mit dem Anker des Torquemotors gekoppelt sind und bei einer Bewegung dieses Ankers eine Hin- und Herbewegung dergestalt ausführen, daß das durch die Druckzuführmittel zugeführte Druckmittel (üblicherweise Öl) der einen oder anderen Fangdüse mehr oder weniger zugeführt wird. Auch bei einem hydraulischen Verstärker dieser Bauart bestehen die Druckzuführmittel wie auch die Druckabführmittel und zudem die Strahlablenkmittel aus Metall. Die Lebensdauer dieses bekannten hydraulischen Verstärkers ist allerdings verhältnis­ mäßig gering.

Aus der DE-OS 29 11 407 ist es an sich bereits bekannt, bei einem Servoventil die beim Durchfluß von Flüssigkeit durch Düsen auftretende starke Beanspruchung insbesondere der Düsenmündungen und auch des vom Flüssigkeitsstrahl beauf­ schlagten Teils einer Prallplatte in der folgenden Weise zu verbessern: In den Düsenkörper einer eine Axialbohrung aufweisenden Düse wird koaxial eine Lochscheibe eingesetzt, die aus Korund, insbesondere Rubin oder dgl., besteht. Ferner kann die Prallplatte mindestens an ihrer den Düsen benachbarten und vom Druckmittel beaufschlagten Stellen ebenfalls aus Korund oder dergleichen bestehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß auch bei Steuermotoren mit beweglichem Strahlrohr bzw. beweglichen Strahlablenkmitteln Saphir oder Rubin oder Keramik (Al₂O₃) oder Zirkon oder ein ähnliches Material verwendet werden kann, obwohl bei diesen Steuermotoren Verhältnisse vorliegen, die einen solchen Einsatz nicht nahelegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Servoventile bzw. einen Steuermotor für ein Servoventil, und zwar der Bauart mit beweglichem Strahlrohr bzw. eine Bauart mit beweglichem Strahlablenker, derart auszubilden, daß sich gute Betriebs­ eigenschaften sowie eine lange Lebensdauer ergeben. Ferner werden enge Toleranzen bei der Fertigung erzielt, was eine hohe Genauigkeit der Ventile gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Hauptan­ spruch genannten Maßnahmen vor. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch ein zweistufiges Servoventil mit einem Steuermotor der Bauart mit beweglichem Strahlrohr gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 schematisch die gemäß der Erfindung abgewandelten Bauteile des Servoventils gemäß Fig. 1;

Fig. 3 schematisch im Schnitt ein zweistufiges Servoventil mit einem hydraulischen Verstärker der Bauart, die bewegliche Strahlablenkmittel verwendet;

Fig. 4 im Schnitt erfindungsgemäß abgewandelte Bauteile des Servoventils gemäß Fig. 3.

Fig. 5 schematisch die Möglichkeit, das Düsenende des Strahlrohres 12 mit einem Einsatz 60 aus strahlungsbeständigem Material herzustellen.

Fig. 1 zeigt im Schnitt ein bekanntes zweistufiges Servoventil 1, bestehend aus einer ersten mit dem Bezugszeichen 2 und einer zweiten mit dem Bezugszeichen 3 bezeichneten Stufe. Die erste Stufe 2 umfaßt einen elektrischen Steuermotor 4 und einen hydraulischen Verstärker 5.

Der elektrische Steuermotor 4 seinerseits weist eine Magnetpolstückanordnung 7, Spulen 8, einen Anker 9 und ein abdichtendes Biegerohr 10 auf. Ein durch den Anker hin und her bewegbares Strahlrohr 12 besitzt eine Druckmittelzufuhr 11, um Druckmittel (beispielsweise Öl) über das entgegengesetzt liegende Düsenende abgeben zu können, und zwar zu Auffang­ düsenmitteln 16 hin. Die Auffangdüsenmittel 16 sind in einem Gehäuse 14 angeordnet und können über mit A _st und B _st bezeichnete Verbindungen Steuersignale zur zweiten Stufe 3 liefern. Die zweite Stufe 3 weist einen unter dem Einfluß der Steuersignale A _st und B _st hin und her bewegbaren Kolben oder Schieber 18 auf, der seinerseits in wohlbekannter Weise die Verbindung zwischen den Verbraucheranschlüssen A, B, dem Pumpenanschluß P und dem Tankanschluß T herstellt. Der Kolben 18 ist über eine Rückkopplungsfeder mit dem schwenkbaren Strahlrohr 12 verbunden. Das Strahlrohr 12 besteht aus Stahl, und zwar ebenso wie die Auffangdüsenmittel 16.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Lebensdauer des oben anhand der Fig. 1 beschriebenen Servo­ ventils bzw. des hydraulischen Verstärkers 5 dadurch verbessert werden kann, daß man die Auffangdüsenmitteln 16 vorzugsweise zur Gänze aus Saphir oder Rubin oder Keramik, beispielsweise Al₂O₃ oder Zirkon oder einem anderen flüssigkeitsstrahlungsbeständigen Material herstellt.

Vorzugsweise sind - wie in Fig. 2 gezeigt - nicht die gesamten Auffangdüsenmittel 16 aus einem der genannten Materialien hergestellt, sondern lediglich der unmittelbar benachbart zum Strahlrohr angeordnete Einsatz 22, in dem die beiden Fangdüsen 25 und 26 ausgebildet sind. Das Strahlrohr 12 selbst besteht dabei weiterhin aus Stahl.

Erfindungsgemäß kann aber auch vorgesehen sein, die Auffangdüsenmittel 16 bzw. den Einsatz 22 aus einem der obengenannten strahlbeständigen Materialien herzustellen und gleichzeitig auch jedenfalls das Düsenende des Strahlrohrs ganz oder teilweise aus einem der obengenannten strahlungsbe­ ständigen Materialien herzustellen. Die Möglichkeit, das Düsenende des Strahlrohres 12 mit einem Einsatz 60 aus strahlungsbeständigem Material herzustellen ist in Fig. 5 gezeigt. Der Einsatz 60 ist am Strahlrohr 12 beispielsweise durch Umbördeln desselben bei 61 befestigt.

Fig. 3 zeigt schematisch ein weiteres zweistufiges Servoventil 31 mit einer ersten Stufe 32 und einer zweiten Stufe 33. Die erste Stufe 32 umfaßt einen elektrischen Steuermotor 34 und einen hydraulischen Verstärker 35.

Der elektrische Steuermotor 34 weist in bekannter Weise eine Magnetpolstückanordnung 37, Spulen 38, einen Anker 39 und ein Biegerohr 40 auf.

Ein Stellglied 43 des elektrischen Steuermotors 34 kann Strahlablenkmittel 53 hin- und herbewegen, die im hydraulischen Verstärker 35 angeordnet sind. Der hydraulische Verstärker 35 weist dabei Druckzuführmittel 50 sowie Druckabführmittel 51 auf, und zwar mit dazwischen angeordneten Strahlablenkmitteln 53. In den Druckzuführmitteln 50 ist ein Druckzuführkanal 41 ausgebildet, der in einem düsenförmigen Ende benachbart zu den Strahlablenkmitteln 53 ausläuft. Auf der anderen Seite der Strahlablenkmittel 53 sind Fangdüsen 55 und 56 in den Auffangdüsenmitteln 51 ausgebildet. Ahnlich wie bei der Konstruktion gemäß Fig. 1 wird von der Fangdüse 55 ein Steuersignal A _st und von der Fangdüse 56 ein Steuersignal B _st an die zweite Stufe 33 geliefert. Die zweite Stufe 33 weist in gleicher Weise wie bei der Konstruktion gemäß Fig. 1 einen Schieber oder Kolben 18 auf sowie Anschlüsse A, B, P und T. Der Kolben 18 ist wiederum durch eine Rückkopplungsfeder 47 oder dergleichen mit dem Stellglied 43 gekuppelt.

Zur Erhöhung der Lebensdauer der Konstruktion gemäß Fig. 3 sieht die vorliegende Erfindung vor, daß die Druckabführmittel 51 zur Gänze aus einem der unter Bezugnahme auf Fig. 2 genannten strömungsbeständigen Materialien hergestellt ist.

Die Erfindung sieht ferner vor, daß die Strahlablenkmittel 53 ganz aus einem der obengenannten strömungsbeständigen Materialien hergestellt ist. Vorzugsweise sind die Strahlablenkmittel 53 allein oder aber auch zusammen mit den Druckzuführmitteln 51 bzw. dem Einsatz 52 aus einem der strahlungsbeständigen Materialien hergestellt. Ferner sieht die Erfindung vor, daß auch die Druckzuführmittel 50, insbesondere das düsenförmig auslaufende Ende benachbart zu den Strahlablenkmitteln 53, aus einem der genannten strahlungsbeständigen Materialien hergestellt sind.

Claims (7)

1. Servoventil bzw. hydraulischer Verstärker für ein Servo­ ventil unter Verwendung eines Steuermotors und insbesondere eines Schiebers (18), der durch Steuersignale A _st und B _st beeinflußbar ist, und wobei ein bewegliches Strahlrohr (12) benachbart zu Auffangdüsenmitteln (16) angeordnet ist, die die genannten Steuersignale erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangdüsenmittel (16) aus Saphir, Rubin, Keramik (Al₂O₃) oder Zirkon besteht.

2. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Auffangdüsenmitteln (16) aus einem Material wie Stahl oder dergleichen ein Einsatz (22) aus einem Material der im Anspruch 1 genannten Art eingesetzt ist.

3. Servoventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Strahlrohr an seinem zu den Auffangdüsen­ mitteln (16) hinweisenden Ende einen Einsatz aus einem der im Anspruch 1 genannten Materialien aufweist (Fig. 2).

4. Servoventil bzw. hydraulischer Verstärker für ein Servoventil mit Strahlablenkmitteln (53), koppelbar mit einem Anker (39) eines Steuermotors, und wobei die Strahlablenk­ mittel (53) zwischen Druckzuführmitteln (50) und Auffangdüsenmitteln (51) angeordnet sind, welche Steuersignale A _st und B _st an ein Ventil liefern, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlablenkmittel (53) aus einem flüssigkeitsstrahlungsfesten Material bestehen, wie beispielsweise aus Saphir oder Rubin oder Keramik, insbesondere aus Al₂O₃ oder Zirkon.

5. Servoventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckabführmittel (51) zur Gänze aus einem der in Anspruch 4 genannten Materialien bestehen.

6. Servoventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckabführmittel (51) einen Einsatz (52) aufweisen, der aus einem der Materialien besteht, die in Anspruch 4 genannt sind.

7. Servoventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckzuführmittel (50) aus einem Material der im Anspruch 4 genannten Art bestehen.