DE69110071T2 - Kraftübertragung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrohydraulisches Servoventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
• Eine weitverbreitete Art von elektrohydraulischem Servoventil umfaßt einen Torque-Motor als erste Stufe, die ein elektrisches Signal empfängt und eine Klappe zwischen zwei sich gegenüberstehenden Düsen positioniert, um ein Schieberkolbenventil als zweite Stufe zu steuern. Eine Rückkopplungsfeder ist zwischen der Klappe und dem Schieberkolben des Schieberkolbenventils geschaltet.
• Bei einigen Konstruktionen ist die mechanische Ausgangsbewegung sehr klein und kann bis herab zu 0,5 um (20 Millionstel eines Zolls) betragen. Da eine Wiederholbarkeit von besser als 0,5 % gefordert wird, ist klar ersichtlich, daß die mechanische Steifigkeit der Bauteile, welche die elektrisch erzeugten Kräfte in eine physikalische Bewegung Umsetzen, sehr hoch sein muß.
• Ein Servoventil der oben bezeichneten Art und gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist beispielsweise in der FR-A- 5 573 503 offenbart. Die Anlage von Strom an die Spulen des Torque-Motors polarisiert den Anker, der mit dem Feld in dem Luftspalt der Polstücke reagiert. Dies führt zu einem Drehmoment auf den Anker und die Anker/Klappe-Anordnung dreht sich um den virtuellen Schwenkpunkt. Dem an dem Anker anliegenden Drehmoment widersteht die Kraft, die zum Biegen des Federrohrs erforderlich ist, das einen vorstehenden Arm darstellt, sowie auch das Druckungleichgewicht der beiden Düsen, die der Klappe gegenüberstehen.
• In der FR-A-2 573 503 ist der Anker direkt an der Klappe befestigt, beispielsweise durch Klemmen, Weichlöten, oder Martlöten oder durch Pressitz. Die direkte Befestigung der Klappe an dem Anker führt zu einer Zwischenfläche Metall auf Metall mit der notwendigen Steifigkeit, Freiheit von Reibung, Stabilität und langer Lebensdauer, wie diese von der Anker/Klappe-Verbindung verlangt wird. Jedoch haben alle Verfahren der direkten Befestigung der Klappe an dem Anker wie zuvor erwähnt Herstellungsprobleme, was zu zusätzlichen Kosten, Verlust von Integrität oder Verlust von mechanischen oder magnetischen Eigenschaften führt. Ein ideales Befestigungsverfahren sollte keine unerwünschten Materialien wie Lötflußmittel noch mechanische Beanspruchung auf den Anker einführen, was die magnetischen Eigenschaften verschlechtern würde, noch die Anordnung aus Anker/Klappe/Federrohr Temperaturen aussetzen, welche die mechanischen oder magnetischen Eigenschaften der Bauteile verändern.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Servoventil zu schaffen, mit dem die zuvor erwähnten Probleme des Standes der Technik überwunden werden. Dabei soll die Anker/Klappe- Verbindung frei von mechanischer Spannung sein, der Anker und die Klappe sollen genau zueinander positioniert werden können; Die Anwendung von Lötflußmittel soll nicht erforderlich sein, so daß damit im Zusammenhang stehende Kollisionsprobleme vermieden werden; Es soll keine Kriechbewegung unter Bedingungen von langandauernder Belastung auftreten; Die Verbindung soll leicht mit kommerziellen Produktionsmethoden herstellbar sein und die Verbindung soll in der kommerziellen Merstellung wiederholbar und genau hergestellt werden können.
• Dieses Problem wird durch ein Servoventil mit einem Anker, einer Klappe, einem Federrohr und einer Rückkopplungsfeder dadurch gelöst, daß die Klappe und das Federrohr eine Untereinheit bilden, die an dem Anker über einen einstückig, warmaushärtenden Kleber (A) verbunden ist.
• Vorzugsweise weist die Verbindung zwischen dem Anker und der Klappe einen einstückig warmaushärtenden strukturellen Klebstoff auf.
Beschreibung der Zeichnung:
• Fig. 1 ist ein Querschnitt eines Servoventils gemäß Erfindung,
• Fig. 2 ist eine Ansicht eines Teil des Servoventils nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, teilweise geschnitten,
• Fig. 3 ist ein Querschnitt zur Darstellung eines Verfahrens zur Bildung der Verbindung zwischen dem Anker und der Klappe,
• Fig. 4 ist ein Querschnitt zur Darstellung eines anderen Verfahrens der Bildung der Verbindung zwischen dem Anker und der Klappe.
Beschreibung
• Mit Bezug auf Fig. 1 bezieht sich die Erfindung auf Servoventile derart, die als erste Stufe einen Torque-Motor 10 aufweisen, der ein elektrisches Signal empfängt und eine Klappe 11 zwischen zwei sich gegenüberstehenden Düsen 12 positioniert, um ein Schieberkolbenventil zu steuern. Das Schieberkolbenventil umfaßt eine Rückkopplungsfeder 14, die mit der Klappe 11 und mit dem Schieberkolben 15 des Schieberkolbenventils 16 verbunden ist.
• Spezifisch für solche Servoventile umfaßt der Torque-Motor einen Motor mit Polstücken 17, Permanentmagneten 18 und Spulen 19, die Öffnungen aufweisen. Ein länglicher Anker 20 ist mit seinen Enden zwischen die Polstücke hineinreichend ausgebildet und wird dadurch angetrieben. Die Rückstellkraft wird durch ein Federrohr 21 entwickelt, dessen erstes Ende an der Klappe 11 und dem Anker 20 befestigt ist, während das zweite Ende mit einem stationären Gehäuseteil in Verbindung steht. Wie in Fig. 2 gezeigt, erstreckt sich das erste Ende in eine Öffnung 31 des Ankers 20 und ist darin befestigt. Das obere Ende der Klappe 11 ist mit dem oberen Ende des Rohr 21 bei 32 befestigt und das untere Ende der Klappe ragt zwischen die beiden Düsen 12 eines Düsenblocks.
• Der Torque-Motor 10 ist auf einem Gehäuse 22 des Schieberkolbenventils 16 montiert, welches als Vierwegeventil mit geschlossener Mittenstellung gezeigt ist. Der Schieberkolben 15 ist in einer Bohrung 23 geführt und zur Aufdeckung von Öffnungen 24 ausgebildet, die in einer Hülse 25 in der Schieberbohrung 23 vorhanden sind, um den Strom zu Steueröffnungen zu bemessen. Die Positionierung des Schieberkolbens 15 relativ zu den Bemessungsschlitzen sorgt für einen präzisionsgesteuerten Strom. Die Rückkopplungsfeder 14 ist am unteren Ende der Klappe montiert und umfaßt eine Kugel 26, die in eine Öffnung 27 in einem Einsatz 28 der Spule 15 hineinreicht.
• Wenn ein Eingangssignal an die Spule 19 angelegt wird, werden die Enden des Ankers 20 polarisiert, was zu einem Drehmoment auf den Anker 20 führt. Das Rohr 21 wirkt als Feder und zentriert die Klappenbewegung zwischen den beiden Düsenöffnungen 12. Wenn die Klappe 11 sich auf die eine oder andere Düse hinbewegt, wird ein Pilotstrom (Druckdifferenz) erzeugt, der über die Kanäle 30 an das eine oder das andere Ende des Schieberkolbens 15 angelegt wird, um diese zu verstellen. Wenn sich der Schieberkolben bewegt, biegt sich die Rückkopplungsfeder 14 und legt eine Kraft an die Klappe 11 an, welche die Tendenz hat, die Klappe 11 zwischen den Düsen 12 zu zentrieren. Die Positionierung des Schieberkolbens 15 erfolgt in dem Augenblick, wenn die Kraft der Rückkopplungsfeder gleich der Kraft des Torque-Motors ist, wie durch den Eingangsstrom induziert. Der Schieberkolben 15 hält bei dieser Stellung an und die Klappe 11 ist im wesentlichen zentriert, bis der Eingangsstrom auf einen unterschiedlichen Pegel wechselt. Bei konstantem zugeführten Druck und konstanter Strömung des Servoventils ist der Ausgangssteuerstrom unendlich proportional dem Eingangsstrom. Eine derartige Ausbildung ist alt und gut bekannt.
• Gemäß der Erfindung und wie in Fig. 2 gezeigt ist die Klappe 11 an dem Federrohr 21 befestigt und die so gebildete Untereinheit 11/21 wird in die Öffnung 31 des Ankers unter Verwendung eines einstückigen, wärmeaushärtenden Kunststoffklebers (A) montiert, der zwischen den Oberflächen aufgebracht wird, nämlich der Innenoberfläche der Öffnung 31 und dem Anker 20 und der Außenoberfläche am oberen Ende der Klappe 11 und des Federrohrs 21.
• Es wurde festgestellt, daß eine bevorzugte Zusammensetzung, die zu zufriedenstellenden Ergebnissen führt, ein einstückiger Epoxy-Klebstoff ist. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden unter Verwendung eines von 3M in St. Paul, Minnesota hergestellten und unter der Produktspezifikation 2214 vertriebenen Klebstoffs erzielt.
• In einer typischen Konstruktion ist der Abstand zwischen dem Rohr 21 und der Ankeröffnung ungefähr 0,05 mm (.002 Zoll).
• Der Klebstoff kann von Hand auf die beiden Oberflächen aufgebracht werden und die beiden zusammengeführten Oberflächen haben zufriedenstellende Ergebnisse erbracht.
• Alternativ kann, wie in Fig. 3 gezeigt, der Klebstoff durch eine Einspritzdüse 35 axial in die Öffnung 36 des Federrohrs 21 eingespritzt werden, von wo aus sich der Klebstoff durch die sich gegenüberstehenden radialen Öffnungen 37 im oberen Ende des Federrohrs 21 in den Raum zwischen dem Rohr 21 und der Öffnung des Ankers 20a ausbreitet.
• Bei der in Fig. 4 gezeigten Form wird eine Injektionsdüse 40 benachbart einer radialen Öffnung 41 in dem Anker 20b gebracht und der Klebstoff A wird in den Raum zwischen dem Rohr 21 und dem Anker 20b hineingepreßt und kann durch eine gegenüberliegende radiale Öffnung 42 in dem Anker wieder austreten.
• Der Klebstoff wird nach Anlage bei einer Temperatur von 121ºC (250ºF) aushärten lassen.
• Es wurde festgestellt, daß die obige Anordnung der Untereinheit aus Anker/Klappe des Torque-Motors zu folgenden Vorteilen führt:
• 1. Der Klebstoff härtet in einem spannungsfreien Zustand aus und läßt deshalb die Untereinheit aus Anker/Klappe unverändert exakt wie zusammengesetzt.
• 2. Die Verbindung hat eine Abscherstärke, die größer ist als eine solche der Klasse des Weichlots ist.
• 3. Es können breitere Toleranzabweichungen der zusammenpassenden Teile zur Erleichterung des Zusammenbaus und zur Kostenreduzierung toleriert werden.
• 4. Es wird kein Lotflußmittel (Säure) benötigt, welches das dünnwandige Federrohr von 0,045 mm (.0018 Zoll) angreifen könnten und welches neutralisiert werden muß, um die langfristige Korrosion und den Ausfall des Rohrs zu verhindern.
• 5. Die Verbindung zeigt kein Kriechen oder Bewegung unter langzeitigen Spannungsbedingungen.
• 6. Der Klebstoff härtet bei niedrigen Temperaturen 121ºC (250ºF) aus, was innerhalb des Bereichs der normalen Betriebstemperatur von kommerziellen Torque-Motoren liegt.
• 7. Es wird eine leicht zu kontrollierende Füllung der Verbindung durch geregelte Volumeninjektion geschaffen.
• 8. Durch geeignete Anordnung der Injektionsöffnungen wird die gesamte Luft in der Verbindung verdrängt und Hohlstellen vermieden, was zu einer gleichförmigen Verbindungsqualität führt.
• Es ist somit ersichtlich, daß ein Servoventil geschaffen worden ist, welches die Probleme des Standes der Technik löst; Worin die Anker/Klappe-Verbindung spannungsfrei ist; Worin der Anker und die Klappe relativ zueinander genau positioniert sind; Welche nicht die Anwendung von botflußmittel erforderlich macht und die damit in Zusammenhang stehenden Korrosionsprobleme vermeidet; welches keine Kriechbewegung unter langzeitigen Spannungsbedingungen zeigt; welches leicht in kommerzieller Produktion hergestellt werden kann und welches wiederholungsgenau und exakt in der kommerziellen Produktion hergestellt werden kann.

Claims (9)

1. Elektrohydraulisches Servoventil mit folgenden Merkmalen:

ein Schieberkolbenventil (16) umfaßt einen Schieberkolben (15) und zwei sich gegenüberstehende Düsen (12), die mit jeweils einem Ende des Schieberkolbens (15) verbunden sind;

ein Torquemotor (10) umfaßt einen Anker (20), ein Federrohr (21) und eine Klappe (11), wobei das Federrohr (21) und die Klappe (11) fest mit dem Anker (20) verbunden sind;

die Klappe (11) ist zwischen den beiden sich gegenüberstehenden Düsen (12) angeordnet;

eine Rückkopplungsfeder (14) ist mit der Klappe (11) und dem Schieberkolben (15) verbunden,

dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (11) und das Federrohr (21) eine Untereinheit bilden, die mit dem Anker (20) über einen einstückigen warm aushärtenden Kleber (A) befestigt ist.

2. Servoventil nach Anspruch 1, bei dem die Untereinheit aus Federrohr (21) und Klappe (11) auch die Rückkopplungsfeder (14) umfaßt und an dem Anker (20) durch den Klebstoff (A) bef estigt ist.

3. Servoventil nach Anspruch 1 oder 2, worin der Klebstoff (A) ein Epoxyharz umfaßt.

4. Servoventil nach Anspruch 2 oder 3, worin die Klappe (11) und das Federrohr (21) miteinander verbunden sind und eine axiale Öffnung (36) und radiale Öffnungen (37) umfassen, durch die sich der Klebstoff (A) erstreckt.

5. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Klappe (11) und das Federrohr (21) miteinander verbunden sind und mit einem Ankerteil (20b) fest verbunden sind, welche radiale Öffnungen (41,42) aufweist, durch die sich der Klebstoff (A) erstreckt.

6. Verfahren des Zusammenbaus des Ankers (20) und einer Untereinheit aus Federrohr (21) und Klappe (11) nach Anspruch 4 oder 5, mit folgenden Schritten:

ein einteiliger, wärm aushärtender Kunststoffkleber (A) wird auf benachbarte Oberflächen einer Öffnung (31) in dem Anker (20) und einem benachbarten Teil der Untereinheit (11,21) aufgebracht und danach wird der Anker (20) und die Untereinheit (11,21) dauerhaft zusammengesetzt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin der Klebstoff (A) durch Einspritzen des Klebstoffs zwischen den Oberflächen der Ankeröffnung (31) und der äusseren Oberfläche des benachbarten Teils der Untereinheit aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, worin die Untereinheit (11,21) die axiale Öffnung (36) und radiale Öffnungen (37) nach Anspruch 4 aufweist und durch welche der Klebstoff (A) injiziert wird, der axial in die axiale Öffnung (36) eintritt und radial nach außen druch die radialen Öffnungen (37) in den Raum zwischen der Untereinheit (11,21) und dem Anker (20a) eintritt, wodurch Hohlräume in dem Kunststoff (A) vermieden werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7, worin die Untereinheit (11,21) die radialen Öffnungen (41,42) in dem Ankerteil (20b) des Anspruchs 5 aufweist, der Klebstoff (A) durch eine (41) der radialen Öffnungen in den Raum zwischen der Untereinheit (11,21) und dem Ankerteil (20b) eingespritzt wird und der Klebstoff (A) aus der anderen Öffnung (42) austreten kann, um Fehlstellen in dem Klebstoff (A) zu vermeiden.