DE2456677C3 - Elektro-hydraulisches Regelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektro-hydraulisches Regelventil, enthaltend einen mit einem Gewinde versehenen, durch einen Elektromotor zwecks Längsverschiebung in Drehbewegungen versetzbaren Ventilkörper, wobei Elektromotor und Ventilkörper eine bauliche Einheit bilden.

Ein solches Regelventil ist aus der DT-OS 22 04 186 bekannt. Dort ist der elektro-hydraulische Ventilteil kombiniert mit einem hydraulischen Axialkolbenmotor zur Verstärkung des Drehmomentes eines elektrischen Schrittmotors. Als Elektromotor ist dort offensichtlich ein üblicher, langgestreckter Motor verwendet. Dieser ist über ein Getriebe mit dem Ventilkörper verbunden. Diese Gestaltung der genannten Teile und das Vorhandensein des Axialkolbenmotors vermitteln dem bekannten System eine erhebliche Trägheit.

Aus der DL-PS 44 544 ist ein mit einer Rückführung versehener Drehstellungsgeber für einen Hydraulikzylinder bekannt. Der Verwendung findende Wechselstrommotor ist ohne Zwischenschaltung eines Getriebes mit einem längsverschiebbaren Ventilkörper über ein Gewinde verbunden. Das dort gezeigte System ist für Nachvollzug eines von Hand gegebenen Verstellbefehls, mithin für eine langsame Arbeitsweise bestimmt. Auch der Wechselstrommotor ist wegen eines phasenabhängigen Startverhaltens für hohe Reaktionsgeschwindigkeiten, etwa im Bereich von Millisekunden, nicht brauchbar.

Bislang bekannte elektro-hydraulische Regelventile bestehen aus relativ empfindlichen Bauteilen. Ein derartiges Regelventil ist beispielsweise aus der DT-PS 11 95 116 bekannt. Dieses Ventil hat eine sogenannte Vorsteuerstufe, welche mit Regeldüsen versehen ist. Diese haben einen sehr kleinen Öffnungsdurchmesser, der größenordnungsmäßig bei 0,1 mm liegt. Daher sind diese Düsen gegen Verschmutzung außerordentlich empfindlich und erfordern eine sehr sorgfältige Filterung des Hydrauliköles. Hinzu kommt, daß derartige Ventile sehr kompliziert aufgebaut sind, eine diffizile Justierung erfordern und damit teuer sind. Wenn dieses Ventile auch eine hinreichend hohe Verstellgeschwindigkeit haben, so sind sie doch aus den erwähnten Gründen für verbreiteten und rauhen Einsatz, etwa im Kraftfahrzeugbereich, nicht geeignet. Es liegt die Aufgabe vor, ein elektro-hydraulisches

Regelventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es sich bei gleich hoher Verstellgeschwindigkeit wie die bekannten Ventile durch einen hohen hydi aulischen Wirkungsgrad, große Unempfindüchkeit gegen Druck-Schwankungen und Verschmutzungen des Fördermittels sowie aurch einen kostengünstigen Aufbau aus robusten Teilen auszeichnet und daher besonders für mobilen Einsatz, etwa im Kraftfahrzeugbereich, geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die ίο Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) Der Elektromotor ist ein Scheibenläufermotor mit hydrostatisch gelagertem Rotor, der unmittelbar mit dem Gewinde des Ventilkörpers auf dessen Mitnahme verbunden ist;

ein Ende des Ventilkörpers ist zusammen mit einem ihm zugeordneten elektrischen Abnahmeglied zu einem Abstandsgeber ausgebildet, der Teil des den Elektromotor einschließenden Regelkreises ist. Scheibenläufermotoren sind an sich bekannt. Ihr Rotor besteht aus einer runden Isoliermaterialplatte, auf die auf beiden Seiten elektrische Leiterbahnen aufgebracht sind.

Durch die Verwendung des Scheibenläufermotors und die getriebelose Verbindung mit dem Ventilkörper läßt sich das Trägheitsmoment des drehbeweglichen Systems auf sehr geringe Werte herabzusetzen. Der den Abstandsgeber und den Elektromotor einschließende elektrische Regelkreis läßt sich in bekannter Weise leicht für hohe Grenzfrequenz ausbilden, so daß durch diesen keine Begrenzungen der Verstellgeschwindigkeit gegeben sind. Nach alledem läßt sich durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Regelventils eine mit den bekannten Ventilen >'ergleiehhnre Verstellgeschwindigkeit erzielen.

Durch den Wegfall des Vorsteuersystems ist das erfindungsgemäße Regelventil unabhängig vom Druck des Hydrau'iköles. Es kann daher in wesentlich größeren Druckbereichen eingesetzt werden als die eingangs genannten bekannten Ventile. Ferner entfält die für das Vorsteuersystem benötigte Menge an Hydrauliköl. Durch beides ist ein besonders guter hydraulischer Wirkungsgrad gegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das erfindungsgemäße Regelventil als Mehrwegeventil und

Fig. 2 das erfindungsgemäße Regelventil als einfaches Druckhalteventil.

In der Ausführung nach Fig. 2 ist, wie weiter unten ersichtlich, zwar auch eine Düse vorhanden, die das Hydrauliköl passieren muß. Da die Düse jedoch im Hauptstrom liegt, ist ihr Querschnitt wesentlich größer als bei den Vorsteuerdüsen der bekannten Regelventile und daher nicht verschmutzungsempfindlich wie jene.

Gemäß F i g. 1 ist in dem Ventilgehäuse 1 zentrisch ein walzenförmiger Ventilkörper 2 angeordnet. Dieser arbeitet in bekannter Weise mit den Ventilkammern 3,4 und 5 zusammen. Letztere sind mit den Anschlußöffnun-Co gen 6, 7 und 8 verbunden. An seinem rechten Ende besitzt der Ventilkörper ein Gewinde 9, welches mit einem ortsfesten Gewindering 10 korrespondiert.

Über eine Schraubverbindung 11 ist der Ventilkörper 2 mit einer Tellerfeder 12 und einer sich nach rechts erstreckenden Welle 13 auf Mitnahme gekoppelt. Diese trägt die Nabe 14 für den Rotor 15 eines Scheibenläufermotors an sich bekannter Art. Von diesem sind hier die Permanentmagnete 16 und eine Stromzuführungskohle

17 zu sehen. Die Rotornabe 14 ist in üblicher weise bei

18 abgedichtet.

Die Rotornabe 14 ist auf der Welle 13 drehsicher befestigt. Beide Teile sind über hydrostatische Lager schwimmend gelagert. Die hydrostatischen Radiallager sind mit 19 und 20 bezeichnet, die hydrostatischen Axiallager mit 21 und 22. Alle genannten Lager werden über den Kanal 23, der mit der Anschluliöffnung 6 verbunden ist, zwangsgeschmiert. Zum Rückführen von Lecköl diener die Kanäle 24,25 und 26, wie im einzelnen nicht weiter erläutert werden soll.

Die linke Seite des Ventilkörpers 2 läuft in eine ebene Fläche 27 aus. Diese steht einer als Abnahmeglied 28 dienenden Induktionsspule gegenüber. Der Abstand dieser Spule gegenüber der Fläche 27 kann nach Lösen des Fixierringes 29 und Ansetzens eines geeigneten Werkzeuges an einen Mehrkant 30 verändert werden. Die Fläche 27 und die Spule bilden zusammen einen indukiiven Abslandsgeber für die axiaJe Verschiebung des Ventilkörpers 2. Die Enden der Spule sowie die Anschlüsse für die Stromzuführungskohlen des Scheibenläulermotors sind an eine Anschlußdose 31 geführt.

Die Ausführung eines einfachen Druckhalteventils in F i g. 2 unterscheidet sich von der in Fi g. 1 lediglich in der Ausbildung der Teile links vom Gewinde 9. Und zwar ist anstelle des walzenförmigen Ventilkörpers hier ein Prallkörper als Ventilkörper 32 vorgesehen, der mit der Düse 33 zusammenarbeitet. Letztere sitzt in einem Düsenrohr 34 mit dem Kanal 35. Dieser steht mit der Kammer 36 in Verbindung, welche den DruckmittelzuführungsanschluB 37 aufweist. In entsprechender Weise steht der Raum um den Prallkörper mit der Ventilkammer 38 in Verbindung, welche in den Abflußanschluß 39 mündet. Schließlich steht der Kanal 35 des Düsenrohrcs 34 mit einem Druckaufnehmer als Abnahmeglied 40 an sich bekannter Ai t in Druckverbindung.

Die Zusammenarbeit der einzelnen Teile des beschriebenen Rcgelventils wird nachstehend erläutert, wobei zunächst auf F i g. 1 Bezug genommen wird.

Wird der Scheibenläufermotor über seine Slromzuführungskohlen 17 mit Spannung beaufschlagt, so führt der Rotor 15 eine Drehbewegung aus. Diese wird über die Welle 13 auf die Tellerfeder 12 übertragen und von dieser über die Schraubverbindung 11 auf den Ventilkörper 2. Infolge der Schraubverbindung 9,10 und der axialen Nachgiebigkeit der Tellerfeder 12 führt der Ventilkörper 2 sowohl eine Drehbewegung als auch eine Verschiebung in axialer Richtung aus. Wie bei Mehrwegeventilen üblich, wird dadurch eine Verbindung zwischen den Anschlußöffnungen 6 und 7 oder 7 und 8 hergestellt.

Das Maß der axialen Verschiebung des Ventilkörpers 2 wird über die Induktionsspule erfaßt, deren Induktivität durch den Abstand zur Fläche 27 bestimmt wird, welche infolge ihrer metallischen Struktur eine mehr oder weniger große Dämpfung und damit Veränderi'ng der Induktivität dieser Spule bewirkt. An deren Anschlüssen, mithin auch den den betreffenden Kontaktelementen der Anschlußdose 31 steht daher ein elektrisches Abbild des Verschiebeweges des Ventilkörpers 2 zur Verfügung.

Bei der Ausführung gemäß F i g. 2 erfolgt bei Aktivierung des Scheibenläufermotors bis zur Schraubverbindung 9, 10 der gleiche Bewegungsvorgang. Entsprechend der Funktion dieses Regelventils als Druckhalteventil richtet sich der Druck in der Kammer 36, mithin also auch in einem an den Druckmittelzuführungsanschluß 37 angeschlossenen hydraulischen Gerät danach, wie groß der Abstand der Düse 33 zum Prallkörper ist. Der Druck im Kanal 35 ist demgemäß ein Abbild für die axiale Verschiebung des Prallkörpers. Da weiterhin der Kanai 35 mit dem Druckaufnehmer in Druckverbindung steht, liefert letzterer auch hier ein elektrisches Abbild des Verschiebeweges des Prallkörpers.

Die an den entsprechenden Kontakten der Anschlußdose 31 zur Verfugung stehenden Abbilder des Verstellweges dur Ventilkörper 2 bzw. 32 können in an sich bekannter Weise als Istwert in einem elektrischen Regelkreis bekannter Art weiterverarbeitet und mit einem Sollwert verglichen werden. An die Vergleichsstufe kann sodann ein Regelverstärker angeschlossen sein, welcher über die Stromzuführungskohlen 17 den Schcibenläufermotor erregt. Damit ist der Regelkreis geschlossen. Lin Regelkreis dieser Art, der als solcher nicht Gegenstand der Erfindung ist. ist in F i g. 1 gestrichelt angedeutet, wobei die mit dem Sollwertge bcrpotentiometcr 41 beschaltelc Vergleichssiule mit 42 und der Rcgelverstärker mit 43 bezeichnet sind.

Als Abstandsfühler kann an sich jede beliebige Art verwendet werden, zum Heispiel kapazitive oder lichtelektrische Abstandsfühler. Die in Fig. 1 gezeigte Verwendung eines induktiven Abstandsfühlers hut jedoch den Vorteil, daß sich die Anordnung — etwa im Unterschied zu kapazitiven Anordnungen — besonders einfach und problemlos mit einem robusten RegeUentil der geschilderten Art zusammenbauen läßt; dies insbesondere, wenn man zur Erzielung einer hohen Grenzfrequenz bei der Messung des Verschiebeweges des Ventilkörpers 2 eine relativ hohe Frequenz (z. B. um 100 kHz) für die elektronische Folgeschaltung wühlt, ii. weiche die Induktionsspule üblicherweise einzuschalten ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektro-hydraulisches Regelventil, enthaltend einen mit einem Gewinde versehenen, durch einen Elektromotor zwecks Längsverschiebung in Drehbewegungen versetzbaren Ventilkörper, wobei Elektromotor und Ventilkörper eine bauliche Einheit bilden, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

   a) der Elektromotor ist ein Scheibenläufermotor mit hydrostatisch gelagertem Rotor (15), der unmittelbar mit dem Gewinde (9) des Ventilkörpers (2; 32) auf dessen Mitnahme verbunden ist;

   b) ein Ende des Ventilkörpers (2) ist zusammen mit einem ihm zugeordneten elektrischen Abnahmeglied (28; 40) zu einem Abstandsgeber ausgebildet, der Teil des den Elektromotor einschließenden Regelkreises ist.