DE2364350B2 - Elektrohydraulisch^ Servoventil - Google Patents
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Description
so eine geringe Länge und durch den bei b) erläuterten Vorteil eine geringe Dicke der als Anker dienenden
Metallplatte, d.h. das axiale Trägheitsmoment des Ankers kann durch die Erfindung ganz erheblich
reduziert werden, wodurch sich eine entsprechende Empfindlichkeit und ein schnelles Ansprechen des
Ventils ergeben. Da ferner beide Dauermagnete einen konstanten Luftspalt haben, ändert sich ihr magnetischer
Fluß durch die Bewegung des Ankers nicht, d. h. es ergibt sich außerdem eine ausgezeichnete Linearität.
und damit ein geringeres axiales Trägheitsmoment des
zwischen zwei Steuerdüsen ist bei einem Servoventil aus der US-PS 33 66 132 an sich bekannt.
Eine einfache Montage ergibt sich in Ausgestaltung der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 2.
Währemi bei dem Servoventil nach der FR-PS13 90190
die Seitenteile des Tragteils in Bohrungen eines Formstücks befestigt sind, dienen jetzt zur Lagebestimmung
der Seitenteile Distanzstucke von genau bemessener Dicke. Diese können mit sehr kleinen Teleranzen
hergestellt werdea Man erreicht so auf sehr einfache
Weise, daß die Luftspalte, welche zwischen dem Anker
und den Polstücken liegen und eine Größenordnung von einigen Zehntel Millimetern haben, mit hoher Genauigkeit
und großer Symmetrie erhalten werden. Bei den aus ι ο
dem Stami der Technik bekannten Antriebsorganen
dagegen ist die Einstellung und genaue Justierung dieser Luftspalte meist mit schwierigen und empfindlichen
Arbeitsvorgängen verknüpft Jetzt ergeben sich diese Luftspalte direkt bei der Montage und ohne Justierar- is
betten aufgrund der Tatsache, daß ihre Größe nur von drei Maßen abhingt, welche mit großer Genauigkeit
durch Planschleifen hergestellt werden können. Dies sind die Dicke der Köpfe an den beiden Enden der
Polkerne, die Dicke des Ankers, und die Dicke der Distanzstacke. Im übrigen kann die Symmetrie dieser
Luftspalte dadurch gesichert werden, daß man für ein und dasselbe Gerlt einerseits Polkerne und andererseits
Distanzstucke des gleichen Schleifloses verwendet, deren Höhe infolgedessen auf Tausendstel Millimeter 2s
genau dieselbe ist Man erspart so z. B. die Verwendung von Beilegblechen unterschiedlicher Dicke, Meßvorgänge
und erleichtert auch Reparaturen ganz erheblich.
Eine sehr gute Langzeitkonstanz des Ventils ergibt sich durch die Merkmale des Anspruchs 4. Die
Steuerdüsen und die sie tragenden Teile bestehen ms demselben Metall und dehnen sich daher bei Temperaturerhöhung
in derselben Weise aus, und da sich die Düsen gegenüberliegen, haben Temperaturänderungen
gegenläufige Bewegungen gleicher Größe zur Folge. Da die Teile, welche die Düsen tragen, im Gerätekörper des
Ventils in der Weise befestigt sind, daß ihre Einspannung auch bei der höchsten im Betrieb vorhandenen
Temperatur bestand hat, können diese ihre Lage im Gerätekörper nicht ändern. Da außerdem die Düsen in
diese Teile eingefügt sind, was zweckmäßig ebenfalls durch einen Preßsitz erfolgt, können auch sie ihre Lage
in dem zugeordneten Teil nicht von selbst ändern. Andererseits kann man das Übermaß für ihren Preßsitz
so wählen, daß sich eine schwache Einspannung ergibt, welche eine leichte justierung dieser Düsen ermöglicht;
denn eine solche schwache Einspannung läßt bei einer derartigen Werkstoffpaarung im Laufe der Zeit nicht
nach. Dies steht im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, z. B. nach der US-PS 33 66 132. Dort sind
die — gewöhnlich aus Stahl bestehenden — Düsen in den — gewöhnlich aus Leichtmetall gegossenen —
Gerätekörper eingeschraubt, und die Erfahrung hat gezeigt, daß derartige Verschraubungen durch Erschütterungen
und Temperaturwechsel im Laufe der Zeit ihre Lage etwas ändern können, was naturgemäß bei
hochempfindlichen Ventilen dieser Art äußerst unerwünscht ist
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben Es zeigt <>»
F i g. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Servoventil mit einer
Primär- oder Steuerstufe und einer Sekundärstufe mit Durchflußmengensteuerung,
F i g. 2 eine Draufsicht auf ein Tragteil, das zu der t>5
beweglichen Einheit der Steuerstufe gemäß F i g. 1 gehört,
Fig.4 eine Darstellung entsprechend FIg-I, worin
jedoch die Sekundärstufe mit Drucksteuerung arbeitet
Fig.5 ein Diagramm, worin das Verhältnis von
Nutzdruck zu Speisedruck als Funktion des Steuerstromes dargestellt ist entsprechend eiern Servoventil nach
Fig.4,
Fig.6 einen Schnitt durch ein abgewandeltes
Ausführungsbeispiel des Servoventil nach F i g. 4, und
Fig.7 ein Diagramm, worin das Verhältnis Nutzdruck
zu Speisedruck als Funktion des Steuerstromes dargestellt ist entsprechend einem Servoventil nach
Fig. 6.
Gemäß Fig. 1 enthält das Servoventil eine Primärstufe
1 als Vorsteuerstufe und eine Sekundärstufe 2 mit Durchflußmengensteuerung. Die Sekundärstufe ist in
herkömmlicher Weise aufgebaut und wird demzufolge anschließend nicht im einzelnen beschrieben.
Das Antriebsorgan dt.· Primärstufe besteht aus einem
magnetischen Kreis mit zwei zylindrischen Polkernen 3, 3', auf welche je eine Steuerspule 4,4' aufgewickelt ist;
diese Steuerspulen werden von einem Steuerstrom gespeist der über Leiter S zugeführt wird. Der
magnetische Kreis enthält ferner zwei geradlinige Dauermagnete 6,6', welche eine Permanentmagneteinrichtung
bilden und sich parallel zu den Polkernen 3,3' erstrecken, eine erste Metallplatte 7, die magnetisch ein
Ende der Dauermagnete 6,6' mit denjenigen Enden der Polkerne verbindet welche den freien Enden 8, 8'
derselben gegenüberliegen, ferner eine ringförmige Metallplatte 8, die an den anderen Enden der
Dauermagnete 6,6' befestigt ist und bis unter die freien Enden 8, 8' der Polkerne reicht und schließlich einen
Anker tO in Form einer ebenen, beweglichen Metallplatte, welche langgestreckt ist und unter die freien
Enden 8, 8' der Polkerne reicht und mit diesen Enden gleiche Luftspalte 11,11' bildet
Wie die F i g. 1 und 2 zeigen, ist der Anker 10 an dem Mittelabschnitt 12 eines Tragteils 13 befestigt, wie das
klar in Fig.2 gezeigt ist. Das Tragteil 13 hat zwei Seitenabschnitte 14,14', die mittels zweier als Drehstab
dienender zylindrischer Abschnitte 15, 15' von relativ schwachem Durchmesser an dem Mittelabschnitt 12
befestigt sind. Wie man in F i g. 3 sieht sind die beiden Seitenabschnitte 14, 14' starr mit einer gehäusefesten,
als Dichtelement dienenden Platte 16 durch Schrauben 17 unter Einfügung von Distanzstücken 18, 18'
verbunden. Der Mittelabschnitt 12 des Tragteils 13 trägt ferner ein hydraulisches Steuerglied 19, dessen Ende
zwischen den öffnungen von zwei Steuerdüsen 20, 20' sitzt, die mit Hydraulikflüssigkeit versorgt werden von
einer Anschlußöffnung 21 aus, welche an eine nicht dargestellte Druckmittelquelle angeschlossen ist. Die
Steuerdüsen werden durch öffnungen 22,22' von relativ
kleinem Durchmesser versorgt welchen ein Filter 23 vorgeschaltet ist Der Rückfluß der Flüssigkeit zum
Tank erfolgt durch eine Auslaßöffnung 24 in der Sekundärstufe 2 entsprechend dem durch Pfeile
angezeigten Weg. Je nach der Stellung des Sleuerschiebers 25 in der Bohrung 26 gelangt dann die
Arbeitsflüssigkeit zu einem der Verbraucheranschlüsse 27,27'.
Wie die F i g, 1 zeigt überqueren die magnetischen Flüsse 28 und 29, welche von dem Dauermagnet 6 bzw.
den Steuerspulen 4,4' erzeugt werden, den Luftspalt 11
in entgegengesetzten Richtungen, während der Fluß 28' von dem Dauermagneten 6' und der Fluß 29 von den
Steuerspulen den Luftspalt 11' im gleichen Sinn überqueren. Hieraus folgt eine Subtraktion der Flüsse
im ersteren Pall und eine Addition der Flüsse im zweiten
Fall, und demzufolge tritt ein magnetisches Moment auf, welches auf den Anker 10 wirkt. Dieses Moment hat das
Bestreben, den Anker 10 des Magnetsystems und demzufolge auch den Mittelabschnitt 12 des Tragteiles
13 um seine waagerechte Mittelachse zu schwenken, um so das Steuerglied 19 gegen die eine oder die andere der
SteuerdUsen 20, 20' zu bewegen. Aufgrund der Verschraubung des Tragteiis 13 an den Seitenabschnit*
ten 14,14' mit der als Dichtelement dienenden Platte 16 erfahren die als Drehstabe dienenden zylindrischen
Abschnitte 13,15 eine elastische Verformung und Üben ein Rückstellmoment aus, welches versucht, den
Mittelabschnitt 12 und demzufolge den fest mit ihm verbundenen Anker 10 in ihre Gleichgewichtslage
zurückzuführen, in welcher der Anker 10 wieder parallel
zu den Endabäcliniiten der freien Enden S, 8' der
Polkerne 3,3' zu liegen kommt.
Die üblicherweise aus Stahl hergestellten Steuerdüsen 20, 20' sind in einen Träger 30 gleichen Materials
eingefügt, der seinerseits wiederum in den Gerätekörper 31 eingefügt ist, der aus Leichtmetall hergestellt ist.
Die Einspannung der Steuerdüsen 20 und 20' in ihrem Träger 30 bleibt aufgrund der Werkstoffgleichheit bei
jeder Temperatur erhalten, was eine hinreichend schwache Einspannung zur Ermöglichung einer leichten
Justierung gestattet sowie eine Verstellung im Falle des Nachlassens der Einspannung aufgrund von thermischen
Ausgleichsdehnungen vermeidet.
Aufgrund der Werkstoffgleichheit erhält man auch einen gleichbleibenden Abstand des Ankers 10 von den
SteuerdUsen 20,20' bei sich ändernder Temperatur.
Die Einspannung des Trägers 30 in dem Gerätekörper 31 reicht aus, um bei der höchsten im Betrieb
auftretenden Temperatur Bestand zu haben.
Der Luftspalt zwischen dem Anker 10 und den freien Enden 8,8' der Polkerne 3,3' ergibt sich direkt bei der
Montage und ohne die Notwendigkeit, eine Justierung durchzuführen.
Die Anordnung der Teile des magnetischen Kreises gestattet es, die bewegliche Einheit 10,13,19 der im Ol
befindlichen Primärstufe 1 von den Steuerspulen 4 und 4' zu trennen, für die es vorteilhafter ist, sie an Luft zu
belassen. Eine entsprechende Formgebung der Platte 16, welche die Trennung bewirkt, also als Dichtelement
wirkt, läßt einen hohen hydraulischen Druck zu.
Die F i g. 4 stellt ein Servoventil dar, welches einen Druck steuert und die gleiche Vorsteuerstufe verwendet
wie das Servoventil gemäß Fig. 1 für eine Durchflußmengensteuerung.
Die von der Primärstufe gelieferten Erregungsdrücke wirken in den Kammern 32 und 32' auf
zwei gleiche, ringförmige Abschnitte des Steuerschiebers 23. Der Nutzdruck in der Kammer 33, die an den
VerbraucheraiuchluB 34 angeschlossen ist, wird aber
einen Durchlaß 33 im Schieber 25 is eine Kammer 36 geleitet, wo er auf den entsprechenden Abschnitt des
Schieben wirkt Eine der Kammer 36 gegenüberliegende Kammer 37 am anderen Schieberende wird über
einen Durchlaß 39 in dem Steuerschieber ständig mit der Rücklauföffnung 38 in Verbindung gehalten.
Diese Anordnung erlaubt die Erzielung eines Nutzdruckes, welcher proportional ist zur Differenz der
Steuerdrücke in den Kammern 32 und 32'. Die Regelung der Primärstufe und ihre Wirkungsrichtung sind so, daß
der Druck in der Kammer 32 höher oder mindestens gleich demjenigen in der Kammer 32' ist. Wenn diese
ι ο Drücke gleich sind, ist der Nutzdruck gleich demjenigen
des Rücklaufs. Wenn der Druck der Kammer 32 höher ist als derjenige der Kammer 32', so ist der Nutzdruck
proportional zu dieser Druckdifferenz; der Proportionalitätsfaktor ist gleich dem Verhältnis der ringförmigen
Abschnitte der Kammern 32,32' zum Endabschnitt des Schiebers, der in die Kammer 36 ausmündet.
Wenn sich der Speisedruck Pa ändert, verhalten sich
die Kennlinien von Nutzdruck-Steuerstrom als Funktion des Speisedruckes, wie dies das Diagramm gemäß
Fig.5 zeigt; dieses entspricht einem Gerät, welches
derart geregelt ist, daß der Nutzdruck dem Steuerstrom umgekehrt proportional ist In diesem Diagramm ist auf
der Abszisse—— als Verhältnis von Erregerstrom zu
1M
Pa
von Nutzdruck zu Speisedruck aufgetragen; es ist der Kennlinienverlauf aufgetragen für einen Speisedruck
von 100%, 80%, 50% und 10% vom maximalen
In Fig.6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des
Servoventils dargestellt, welches einen Druck steuert und sich von dem vorhergehenden nur durch den
Aufbau des Steuerschiebers 23 unterscheidet Dieser besitzt einen Durchlaß 40, welcher die Kammer 37 mit
der Versorgungsöffnung 41 verbindet, während bei der vorhergehenden Ausführung diese Kammer mit der
druck zu Steuerstrom, welche sich als Funktion des Speisedruckes entsprechend F i g. 7 ändern. Diese Figur
entspricht wie oben einer Regelung der Primärstufe derart, daß der Nutzdruck umgekehrt proportional dem
Steuerstrom ist Der Nutzdruck ist hier unempfindlich gegenüber dem Rücklaufdruck bei geringen Schwankungen
desselben im Verhältnis zum Speisedruck. Eine andere Eigenheit besteht darin, daß die Charakteristiken
nach den Fig.5 und 7 sich wahlweise ergeben,
wenn man einen der beiden beschriebenen Schieber verwendet und die Primärstufe dementsprechend
regelt: Im Fall der F i g. 6 ist der Druck in der Kammer 32* großer oder gleich demjenigen in der Kammer 32.
Die eine oder die andere der beiden Kurvenformen kann in Abhängigkeit der Verwendungsart ausgewählt
werden. Eine mögliche Verwendung stellen die Bremsregelsysteme dar.
Claims (4)
1. Elektrohydraulisches Servoventil, insbesondere
zur Verwendung in einem Bremsdruck-Regelsystem, mit einer Primärstufe, welche zur Steuerung einer
hydraulischen Sekundarstufe dient, mit einem elektromagnetischen Antriebsorgan für die Primärstufe,
welches einen magnetischen Kreis mit zwei parallelen, jeweils von einer Steuerspule umgebenen
Polkernen aufweist, deren eine Enden durch eine erste Metallplatte verbunden sind, gegen welche
eine Permwientmagneteinrichtung einpolig anliegt,
wobei das Antriebsorgan eine bewegliche Metallplatte als Anker aufweist, die gegenüber den
anderen, freien Enden der Polkerne und mit diesen Enden in der Ruhelage zwei gleiche Luftspalte
bildend «!geordnet ist, wobei der Anker an einem Tragteil befestigt ist, das zwei seitliche Drehstäbe
auf weilt, an die sich je ein Seitenabschnitt anschließt,
der in den festen Aufbau des Servoventils eingesetzt ist, und mit einem mit dem Anker verbundenen
Steuerglied, dem zwei Steuerdüsen in der Weise zugeordnet sind, daß sie durch das Steuerglied
jeweils gegensinnig im öffnung!- bzw. Schließsinn beeinflußbar sind, wobei der magnetische Kreis so
ausgebildet ist, daß sich im Betrieb im einen Luftspalt der von der Permanentmagneteinrichtung
erzeugte FIuS zum von den Steuerspulen erzeugten Fluß addiert, im anderen Luftspalt dagegen subtrahiert,
um eine Drehung des Anken entsprechend der Größe des in den Steuerspulen fließenden Stromes
zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (19) am Mittelabschnitt (12) des
Tragteils (13) und etwa senkrecht W der als Anker
(10) dienenden beweglichen Metallplatte angeordnet ist und zwischen den beiden Steuerdüsen (20,20')
liegt und daß die Permanentmagneteinrichtung zwei zu den Polkernen (3,3') parallele Dauermagnete (6,
6') aufweist, die beiderseits der Polkerne sowie außerhalb von diesen angeordnet sind und deren
andere Pole gegen eine zweite Metallplatte (9) anliegen, welche sich bis unter die freien Enden (8,8')
der Polkerne (3,3') erstreckt und mit diesen jeweils
einen Luftspalt (U, W) bildet, wobei sich in jeden Luftspalt ein Ende der als Anker (10) dienenden
beweglichen Metallplatte hineinerstreckt
2. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Seitenabschnitte (14, 14')
des Tragteils (13) auf dem festen Aufbau des Servoventils mittels Schrauben (17) unter Einfügung
von Distanzstücken (18,18') befestigt sind.
3. Servoventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben (17) in einem zum festen
Aufbau des Servoventils gehörenden Dichtelement eingeschraubt sind, welches zwischen den belüfteten
Steuerspulen (4, 4') und der beweglichen, von der Hydraulikflüssigkeit umspülten Anordnung, bestehend
aus dem Anker (10), dem Tragteil (13) und dem Steuerglied (19), angeordnet sind.
4. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Metall
bestehenden Steuerdüsen (20, 20') jeweils in einen Träger (30) aus dem gleichen Metall eingefügt sind,
welcher seinerseits in dem zum festen Aufbau gehörenden Gerätekörper (31) des Servoventils
befestigt ist.
Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Servoventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Ventil ist bekannt aus der FR-PS 13 90 190. Bei diesem bekannten Ventil hat der Anker
s ein erhebliches axiales Trägheitsmoment, wodurch sich
eine niedrige Ansprechgeschwindigkeit und eine niedrige obere Grenzfrequenz dieses bekannten Ventils
ergeben. Bei vielen Anwendungsfällen, z. B. bei sogenannten
Antiblockiersystemen, ist aber ein rasches to Ansprechen von großer Wichtigkeit denn nur so kann
man z.B. bei einem Flugzeug erreichen, daß die benötigte Landebahn möglichst kurz wird.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrohydraulisches Servoventil der genannten Art
hinsichtlich seiner Ansprechgeschwindigkeit und der Zuverlässigkeit seiner Arbeitsweise bei höheren elektrischen
EingangsfrequenTen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen
Maßnahmen.
Bei der Erfindung sind also die beiden Polkerne mit ihren Spulen direkt beieinander angeordnet und
beiderseits dieser Anordnung liegt je ein Dauermagnet Dadurch ergeben sich verschiedene Vorteile:
a) Da die Polkerne keinen großen Abstand voneinander haben, braucht auch die als Anker dienende
bewegliche Metallplatte, die die beiden Polkerne überdeckt nur entsprechend kurz zu sein.
b) Die Dauermagnete haben jeweils einen eigenen magnetischen Kreis, der sich im wesentlichen über
die erste Metallplatte, den dem betreffenden Dauermagneten benachbarten Polkern, einen konstanten
Luftspalt und die zweite Metallplatte zurück zum Dauermagneten erstreckt In diesen
konstanten Luftspalt ragt die als Anker dienende Metallplatte und wird daher nur senkrecht zu ihrer
Ebene vom Fluß des betreffenden Dauermagneten durchsetzt während in ihrer Längsrichtung nur der
— gewöhnlich kleinere — Fluß fließt der von den beiden Steuerspulen erzeugt wird. Zur Leitung
dieses kleinen magnetischen Flusses genügt eine geringe Dicke der als Anker dienenden beweglichen
Metallplatte.
c) Durch die trägheitsarme Ausbildung des Ankers ist die Zuverlässigkeit der Arbeitsweise auch bei
höheren elektrischen Eingangsfrequenzen gewährleistet.
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OGA | New person/name/address of the applicant | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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