SE440538B - Elektrohydraulisk proportioneringsventil - Google Patents

Description

10 15 20 ZS 30 35 40 8103550-5 doseringsventiler, som utnyttjar återkoppling mellan huvudkolv- slidläget och styrsteget, har i allmänhet stora svårigheter med att uppnå ett konsekvent "flytande" läge. Dessa svårigheter uppkommer på grund av att återkopplingsgraden mellan huvudkolv- sliden och styrsteget typiskt är konstant över hela området för huvudkolvslidens rörelse. En full nominell elektrisk signal måste sålunda appliceras för att huvudkolvsliden skall förflyttas till det "flytande" läget, och relativt små inspänningsnedgångar eller -fall kan förhindra huvudkolvsliden från att uppnå ett fullt "flytande" tillstånd.

Vid tillämpningar som kräver såväl "flytande" läge som belastningshållande backventiler måste något slags organ vara anordnade för att öppna de belastningshållande backventllerna, närhelst huvudkolvsliden förflyttas till det "flytande" läget, så att fluíd fritt kan passera från endera av eller bägge arbets- portarna till returledningen. Tidigare har detta åstadkommits genom användning av en ytterligare styrventil, som är antingen elektriskt eller manuellt manövrerad. Denna ytterligare styrven- til och tillhörande belastningshållande backventiler har typiskt varit separata komponenter i hydraulkretsen, vilket har resulte- rat i tillkommande hydrauliska och elektriska kretskopplingar.

Det har vidare befunnits_i högsta grad önskvärt att till ett minimum minska effekterna av föroreningar i hydraulfluiden på ventilens drift.

UPPFINNINGENS SYFTE Ett allmänt syfte med föreliggande uppfinning är följakt- ligen att åstadkomma en elektrohydraulisk doserings- eller proportioneringsventil, vilken är förbättrad vad gäller integre- rade fluidstyrfunktioner.

Ett särskilt syfte med uppfinningen är att åstadkomma en dylik ventil som har ett "flytande" läge och integrerade belast- ningshållande backventiler. Ännu ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett sätt att öppna de belastningshållande backventílerna automatiskt, närhelst ventílens huvudkolvslid förflyttas till det flytande läget. Ännu ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma on dylik ventil, vid vilken batterínedgång eller nätbortfull ivke 10 -15 20 25 30 35 40 5 8103530-5 begränsar förmågan hos styrmekanísmen att förflytta huvud- kolvsliden till det fulla "flytande" läget under förutsätt- ning av att åtminstone en i förväg bestämd minimispänning kan appliceras på den med elektromagnetisk kraft arbetande motorn.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en dylik ventil, vari effekterna av föroreningar i hydraul- fluiden på ventilens funktion minskas till ett minimum.

Andra syften och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att framgå av följande detaljerade beskrivning av en föredragen utföringsform i samband med den bifogade ritningen.

KORT SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande elektrohydrauliska doserings- eller propor- tioneringsventil innefattar en med elektromagnetisk kraft arbe- tande motor, en styrmekanismenhet och en huvudkolvslíd- och husenhet.

Styrmekanismenheten innefattar en styrkolvslid, som är glidbart mottagen i en styrhylsa, och en återkopplíngskolvslid, vilken har en kamyta på vilken styrhylsan rider. Kamytan inne- fattar en första del, vari läget för styrhylsan är en funktion av kamytans axiella läge, och en andra del liggande omedelbart intill den första delen, vari läget för styrhylsan är konstant oberoende av kamytans axiella läge.

Huvudkolvslíds- och husenheten innefattar en huvudkolv- slid ansluten till styrmekanismenheten, första och andra be- lastningshållande backventiler förskjutbart anordnade i en urborrning, första organ för att överföra styrmatningstryck till ett område med reducerad diameter på huvudkolvsliden, då denna är i det flytande läget, och andra organ för att överföra styrmatningstryck från området med reducerad diameter på huvud- kolvsliden till urborrningen mellan nämnda första och andra be- lastningshållande backventíler, då huvudkolvsliden är i sitt flytande läge.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN Pig. 1 är en vy, delvis i sektion, av en elektrohydraulisk doserings- eller proportioneringsventil enligt uppfinningen. Pig. är en vy, delvis i sektion, i förstorad skala av den med elektro- 10 15 20 25 30 35 40 8103530-5 4 magnetisk kraft arbetande motorn och styrmekanismenheten i den i fig. 1 visade ventilen. Pig. Sa-Sd är schematiska vyer som utnyttjas för att illustrera verkan av återkopplingskolv- sliden. Fig. 4a-4c är en förstorad sektionsvy av styrkolvsliden och styrhylsan, ett hydraulískt kretsschema resp. ett kurvdia- gram som utnyttjas för att illustrera effekten av föroreningar i hydraulfluiden på ventilens verkningssätt. Fíg. Sa och Sb är en vy av själva huvudkolvsliden resp. ett kurvdiagram som utnytt- jas för att illustrera effekterna av föroreningar i den hydrau- liska fluiden på ventilens arbetssätt. Pig. 6a-6c är sektionsvyer av huvudkolvslíd- och husenheten visande denna i andra lägen än den i fig. 1.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖRBDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Den i fig. 1 och 2 visade elektrohydrauliska doserings- eller proportioneringsventilen innefattar en medelst elektro- magnetisk kraft arbetande motor 10, en styrmekanismenhet 12 och en huvudkolvslids- och husenhet 14. Vardera av dessa en- heter är utformad såsom en fullständig och separat enhet för att möjliggöra service ute på fältet. Motorn 10 är fastgängad i styrmekanismenheten 12 vid 16, och styrmekanismenheten 12 kan frigöras från huvudkolvslíds- och husenheten 14 genom avlägsnan- de av två monteringsskruvar (icke visade).

Motorn 10 är en dubbelriktad anordning, vilken åstadkommer en linjär utgående förskjutning som är proportionell mot stor- leken på och polariteten hos den elektriska signalen. Motorns magnetiska krets innehåller permanentmagneter vilka alstrar ett polariserande magnetiskt flöde i arbetsluftgapen. Spolflödet samverkar med flödet från permanentmagneterna för att förflytta ankaret i den ena eller den andra riktningen beroende på polari- teten hos den elektriska signalen. Motorns ankare är fjäder- centrerat, så att det alltid återgår till ett neutrallåge, då den elektriska signalen försvinner. Ankaret är helt fritt upp- hängt gentemot resten av motorenheten. Det finns sålunda icke någon gnidande eller friktíonsalstrande kontakt mellan ankaret och resten av motorenheten, och hysteresiseffekten minskas på grund av elimineringen av på ankaret verkande fríktionskrafter.

Motorkaviteten är vidare dränkt med olja i syfte att eliminera 10 15 20 25 30 35 40 5 8103530-5 användningen av små dynamiska tätningar, som skulle vara ut- satta för ett stort antal cykler och som skulle applicera o- önskade friktionskrafter på ankarenheten.

Eftersom motorn 10 är monterad på styrmekanismenheten 12 med hjälp av gängor 16, kan motorn nollställas gentemot styr- mekanismenheten 12 helt enkelt genom att motorn skruvas in i eller ut ur styrmekanismkroppen 18, till dess att det önskade nolläget har uppnåtts. När motorn 10 väl nollställts, låses den på plats med hjälp av en lâsskruv 20.

Styrmekanísmenheten 12 innefattar en styrkolvslid 22, som är glid- eller förskjutbart mottagen i en styrhylsa 24, och en återkopplingskolvslid 26, som har en kamyta 28 på vilken styrhylsan 24 rider.

För att till ett minimum minska friktionskrafterna mellan styrhylsan 24 och kamytan 28 utgörs arbetsytan på styrhylsan 24 av ett kullager 30 innehållet i en plugg 32, som med presspass- ning är införd i den inre urborrning 34, som även mottar styrkolv- sliden 22.

Kamytan 28 innefattar en första del 36, för vilken styrhyl- sans 24 läge är en funktion av kamytans 28 axiella läge, och en andra del 38 direkt anslutande till delen 36, för vilken andra del styrhylsans 24 läge är konstant oberoende av kam- ytans 28 axiella läge. Speciellt gäller att i den visade ut- föringsformen delen 36 är linjär och att en del av återkopp- lingskolvsliden 26 har formen av en stympad kon. Andra former på kamytans 28 del 36 och på återkopplingskolvsliden 26 är dock uppenbart möjliga och ligger inom ramen för föreliggande upp- finning. Styrkolvsliden 22 är i direkt kontakt med motorns 10 utgående element 40. En fjäder 42 är anordnad mellan motorn 10 och styrhylsan 24 för att förspänna styrhylsan 24 i riktning mot återkopplíngskolvsliden 26, och en fjäder 43 är anordnad mellan styrhylsan 24 och styrkolvsliden 22 för att förspänna den senare i riktning mot det utgående elementet 40. Rörelse hos det ut- gående elementet 40 resulterar sålunda i en motsvarande rörelse hos styrkolvsliden 22, och styrhylsan 24 förblir i kontakt med återkopplingskolvsliden 26 oberoende av dess axiella läge.

Styrkolvsliden 22 innefattar en central kolv 45, som med exakt anpassning är mottagen i styrhylsans 24 urborrning 34, första och andra diameterförmínskade områden 44 och 46 på vardera 10 15 20 25 30 35 40 8103530-5 sidan om den centrala kolven 45 samt första och andra ytterkolvar 48 och 50, som med exakt anpassning är mottagna i urborrningen 34 på vardera sidan om de diameterförminskade områdena 44 och 46.

Såsom visas i fig. 4a har styrkolvsliden 22 en inre urborrning S2, vilken utmynnar i urborrningen 34 vid 54, och passager eller kanaler A3, som leder genom de diameterförminskade om- rådena 44 och 46 till urborrningen 52. Urborrningen S2 är även öppen vid den andra änden, men då denna ände av styrkolvsliden 22 är i kontakt med motorns 10 utgående element 40 är en passage eller kanal 56 anordnad för att säkerställa fluidförbíndelse mellan urborrningen 52 och en kammare S8. Hydraulisk fluid från kammaren 58 dränker i sin tur motorns kavitet eller hâlrum, såsom tidigare angivits.

En passage eller kanal 60 i styrhylsan 24 åstadkommer fluidförbindelse mellan urborrningen 34 bortom ytterkolven 50 och en kammare 62 bildad av en diameterförminskad del av styrhylsan 24 och en urborrning 64 i styrmekanismkroppen 18, som glid- eller förskjutbart mottager styrhylsan 24. Kammaren 62 står i sin tur i förbindelse med en kammare 66, som bildas av kamytan 28 och en urborrning 68 i styrmekanismkroppen 18. En passage eller kanal 70 är anordnad sträckande sig från kammaren 66 till en behållare. Motorns hålrum, kammaren 58, urborrningen 52, urborrningen 34 bortom ytterkolven 50, kammaren 62 och kammaren 66 hålls sålunda samtliga vid behållartrycket.

Utöver kamytan 28 innefattar återkopplingskolvsliden Z6 första och andra styrkolvar 72 och 84 belägna en på vardera sidan om kamytan 28. Urborrningen 68 och styrkolvarna 72 och 74 definie- rar första och andra styrkammare 76 och 78 belägna på motsatta sidor om styrkolvarna 72 och 74 sett från kamytan 28. Styrkammaren 76 är tillsluten medelst en plugg 80, vilken glid- eller förskjut- bart mottager en förlängning 82 av återkopplingskolvsliden 26, och styrkammaren 78 är tillsluten medelst en plugg 84, som glid- eller förskjutbart mottager en förlängning 86 av huvudkolvsliden 88.

Styrmatningstryck tillförs styrmekanismenheten 12 genom en urborrníng 90 i huvudkolvslid- och husenheten 14 (visas i sektion i fig. l och 2), en passage eller kanal 128 i huvudkolv- slid- och husenheten 14, och en passage eller kanal 126 i styr- mekanismenheten 12. Kanalen 126 utmynnar i en kammare 92 inne- 10 15 20 25 30 35 40 7 8103550-5 hållande ett utbytbart styrfilter 94. Åtkomst till kammaren 92 för utbyte av filtret 94 åstadkommes medelst en gängad plugg 95. En passage eller kanal 96 leder styrmatningstryck från kammaren 92 till urborrningen 64 intill ett diameterför- minskat område 98 i styrhylsan 24. En passage eller kanal 100 genom styrhylsans 24 diameterförminskade område 98 leder i sin tur styrmatningstrycket till det diameterförminskade om- rådet 44 och/eller det diameterförminskade området 46 be- roende på läget för styrkolvslíden 22 i styrhylsan 24. Från de diameterförminskade områdena 44 och 46 leds en del av styrmat- ningen till behållare genom kanalerna A3, såsom förklarats tidi- gare. Styrmatningen leds vidare genom passager eller kanaler 102 och 104 i styrhylsan 24 till diameterförminskade om åden 106 och 108 i styrhylsan 24. Från de diameterförminskade om- rådena l06 och 108 leds styrmatningsstrycket i sin tur till styrkamrarna 76 och 78 via passager eller kanaler 110 resp. 112.

Av fig. 4a framgår att kanalen 100 genom styrhylsan 24 är något större i tvärsektion än den centrala kolven 42. Av skäl som kommer att förklaras nedan leds följaktligen reducerat styrmatningstryck till såväl det díameterförminskade området 44 som till det díameterförminskade området 46, då den centrala kolven 42 är i sitt nolläge.

Såsom torde framgå av det föregående gäller att då styr- kolvsliden 22 förflyttas relativt styrhylsan 24 av motorn 10 den styr flödet av styrmatningstryck till den ena eller den andra änden av återkopplingskolvsliden 26, vilket bringar den senare att röra sig axiellt i urborrningen 68. Då återkopplings- kolvsliden 26 rör sig fram och tillbaka i urborrningen 68, tvingas styrhylsan 24 uppåt och nedåt i urborrningen 64, därigenom åstadkommande en positiv lägesåterkoppling mellan återkopp- lingskolvsliden 26 och styrhylsan 24. Om exempelvis styrkolvsliden 22 förflyttas nedåt av motorn 10, riktas styrflödet till styr- kammaren 76, vilket tvingar återkopplingskolvsliden 26 åt höger.

Då âterkopplingskolvsliden 26 rör sig åt höger, rider styrhylsan 24 nedför kamytan 28, till dess att den stänger av flödet till styrkammaren 76. På likartat sätt gäller att om styrkolvsliden 22 förflyttas uppåt av motorn 10 styrflödet riktas till styrkamma- ren 78, vilket tvingar återkopplingskolvsliden 26 åt vänster. Då 10 15 20 25 30 35 40 8103550-5 8 återkopplingskolvsliden 26 rör sig åt vänster, rider styrhylsan uppför kamytan 28, till dess att den ånyo stänger av flödet till styrkammaren 78. Följaktligen gäller att för varje läge för styrkolvsliden 22 det finns ett motsvarande stabilt läge för återkopplingskolvsliden 26. å Denna unika metod för mekanisk återkoppling tillåter an- vändning av variabel återkopplingsförstärkning under huvudkolv- slidens 88 slag. Såsom visas i fig. 3 minskas återkopplings- förstärkningen till noll för utvalda spänningar, t.ex. >6 V till -12 V likspänningssignaler. Detta resulterar i samma till stopp vridna, "flytande" läge för alla spänningar inom det utvalda området. Normala spänningsfall i det elektriska systemet på grund av batterinedgång eller nätbortfall be- gränsar sålunda icke förmågan hos styrmekanismenheten 12 att flytta huvudkolvsliden till det fulla "flytande" läget under förutsättning att åtminstone en i förväg vald minimispänning (såsom -6 V likspänning) kan appliceras på motorns lindning.

Såsom visas i fig. 4a-4c är styrventilen så utformad, att såväl trycket PCI i styrkammaren 76 som trycket PCZ i styr- kammaren 78 minskas till mycket låga nivåer, då den elektriska signalen tas bort. Detta åstadkommes genom att man gör de fasta kanalerna A3 relativt stora (t.ex. 0,6-0,8 mm i diameter) jämfört med de variabla passagerna eller kanalerna Al och A2, som definieras av skillnaden i dimensioner mellan den centrala kolven 42 och kanalen 100. Om föroreningar i fluiden börjar sätta igen kanalerna Al och A2, såsom visas i fig. 4c, blir effekten en ytterligare minskning av trycket i styrkamrarna 76 och 78.

Betydelsen av låga nolltryck i gtyrkamrarna 76 och 78 visas bättre i fig. Sa, som innehåller en ritning av huvudkolvsliden 88 friliggande och med styrkolvkrafterna (Fp) verkande på sli~ dens ena ände och de centrerande fjäderkrafterna (Ps) verkande på den motsatta änden. Såsom visas i fig. Sb är den förbelastande kraften i den centrerande fjädermekanismen, som är ansluten till huvudkolvsliden 88, alltid större än den maximala styrkolvkraft, som kan alstras om en uppströmsöppning (Al eller A2) slammas igen så att den blir helt stängd, under det att den andra uppströms- öppningen förblir helt öppen (värsta tänkbara fall). Huvudkolv- sliden kommer sålunda att förbli i "håll"-läget under långa tids- 10 15 20 25 30 35 40 9 8103550-5 perioder utan den oönskade drift som ofta är associerad med elektrohydrauliska proportionerande styrventiler.

Med hänvisning âny till fig. 1 och 2 framgår att för- längningen 86 av huvudkolvslíden 88 är fastsatt vid styrkolven 74 med hjälp av ett tapp/hake-arrangemang, som tillåter enkelt avlägsnande av hela styrmekanismenheten 12 för underlättande av service ute på fältet. Såsom torde framgår innebär anslutningen av huvudkolvsliden 88 till styrkolven 74 att återkopplingskolv- slidens 26 rörelse överförs till motsvarande rörelse hos huvud- kolvsliden 88.

Huvudkolvslid- och husenheten 14 innefattar ett huvudventil- hus 114 innehållande en urborrning 116, vari huvudkolvsliden 88 är glid- eller förskjutbart mottagen, och en urborrning 118, vari första och andra belastningshållande backventiler 120 och 122 är glid- eller förskjutbart mottagna. Huvudkolvsliden 88 har ett diameterförminskat område 124, och styrmatningstryck leds till det diameterförminskade området 124 från urborrningen 90 genom en passage eller kanal 127, då styrhylsan 24 är i kontakt med delen 38 av kamytan 28. En passage eller kanal 130 i huvudventilhuset 114 åstadkommer fluídförbíndelse från det diameterförminskade området 124 till urborrningen 118 mellan de belastningshållande backventilerna 120 och 122, då styr- hylsan 24 är i kontakt med delen 38 av kamytan 28. En passage eller kanal 132 i huvudventilhuset 114 ansluter kanalen 130 till urborrningen 116 intill leder till en behållare.

De belastningshållande backventilerna arbetar på konven- tionellt sätt under arbetssätten "håll", "öka" och "minska". Så- en passage eller kanal 134, som som visas i fig. l, 6a och 6b åstadkommer kanalen 132 förbindel- se mellan behållare och urborrningen 118 mellan de belastnings- hållande backventilerna 120 och 122 under dessa olika arbets- sätt. Då huvudkolvsliden förflyttas till det "flytande" läget (dvs. då styrhylsan 24 är i kontakt med delen 38 av kamytan 28, såsom visas i fig. 6c), leds emellertid styrtryck genom kana- len 127, det diameterförminskade området 124 och kanalen 130 till urborrningen 118 mellan de belastningshållande backventils- kolvarna varvid kanalen 132 är tillslutcn av området 136 på huvudkolvsliden 188, varpå plungerkolvarna går isär för öppnande av de båda belastningshållande tallriksventilerna. (Naturligtvis 10 15 20 25 30 35 40 10 måste areaförhållandet mellan backventilstallríkarna och plungerkolvarna vara så dimensionerat att styrtryck tillåts förflytta tallrikarna från sätena vid det högsta beräknings- trycket.) Såsom omnämnts tidigare förspänner en fjäder 138, vilken företrädesvis är placerad i huvudkolvslid- och husenheten 14 och anligger mot huvudkolvsliden 88, återkopplingskolvsliden 26 i riktning mot det läge, vari styrhylsan 24 är i kontakt med delen 38 på kamytan 28. Såsom visas är fjädern 138 lämpligen innesluten i ett separat fjäderhus 140, vari en ände anligger mot en kåpa 144 som uppbärs av ett huvud 146 på huvudkolvsliden 88. Självfallet är dock många andra arrangemang för denna fjäder möjliga.

Belastningsavkännande backventiler 148 och 150 är placera- de i cylinderportpassagen för varje ventilsegment. De är an- ordnade så att endast högsta cylinderporttryck matas tillbaka till en kompenserande kolvslid i inloppsgrenröret eller till en tryckkompenserande pump.

Ehuru föreliggande uppfinning har illustrerats genom en detaljerad beskrivning av en föredragen utföringsform därav, torde det för fackmannen vara uppenbart att olika ändringar och modifikationer är möjliga inom ramen för uppfinningen, såsom denna anges av efterföljande patentkrav.

Claims (5)

11 PATENTKRAV

1. Elektrohydraulisk proportioneringsventil innefattande en styrmekanismenhet (l2), en medelst elektromagnetisk kraft ar- betande motorenhet med ett utgående element (40), som är opera- tivt anslutet till styrmekanismenheten (l2), så att rörelse hos utgångselementet resulterar i motsvarande rörelse hos styrmeka- nismenheten, och en huvudkolvslids- och husenhet (14) inkluderande en huvudkolvslíd (88), som är operativt ansluten till styrmeka- nismenheten (12), så att rörelse hos styrmekanismenheten (12) re- sulterar i motsvarande rörelse hos huvudkolvsliden (88), k ä n n e t e c k n a d av att styrmekanismenheten (12) innefat- tar en styrkolvslid (22) glidbart mottagen i en styrhylsa (24) och en återkopplingskolvslid (26) med en kamyta (28), på vilken styr- hylsan rider, varvid kamytan innefattar en första del (36), vid vilken läget för styrhylsan är en funktion av det axiella läget för kamytan (28), och en andra del (38) omedelbart intill den första delen, vid vilken andra del läget för styrhylsan (24) är konstant oberoende av det axiella läget för kamytan, varjämte hu- vudkolvslids- och husenheten (14) ytterligare innefattar första och andra belastningshållande backventiler (l20,l2Z) glidbart an- ordnade i en urborrníng (118) och varjämte huvudkolvslids- och husenheten (14) innefattar första fluidförbindelseorgan (l27,l30) för att leda styrmatningstryck till urborrningen (118) mellan nämnda första och andra belastningshållande backventiler (120,l22), då styrhylsan (24) är i kontakt med nämnda andra del (38) av kam- ytan (28).

2. Ventil enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en fjäder (138), som förspänner huvudkolvslíden (88) mot ett läge, i vilket styrhylsan (24) är i kontakt med den första delen (36) av kamytan (28).

3. Ventil enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att fjädern (138) stöder mot huvudkolvsliden (88).

4. Ventil enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att fjädern (138) utövar en förbelastningskraft på huvudkolv- sliden (88), då styrhylsan (24) är i kontakt med den punkt på den första delen (36) av kamytan, vilken motsvarar ventilens nolläge, att styrmekanismenheten innehåller två variabla öppningar (Al och 8183530-5 12 A2), som är utsatta för igensättning genom nedsmutsning, och att återkopplingskolvsliden (26) förfyttas av en styrkolvkraft åstad- kommen av fluid doserad genom de variabla öppningarna i styrmeka- nismenheten, varvid den förbelastande kraften hos fjädern (138) är större än den maximala styrkolvkraft, som kan alstras, om en av de variabla öppningarna (A1,A2) sätts igen helt, under det att den andra öppningen av de varíabla öppningarna förblir helt öppen.

5. Ventil enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att huvudkolvsliden (88) har ett diameterför- minskat område (124) och att nämnda första fluidförbíndelseorgan (l27,130) leder styrmatningstryck till det diameterförminskade om~ rådet (124) och från det diameterförminskade området till urborr- ningen (118), då styrkolvsliden (24) är i kontakt med den andra delen (38) på kamytan.