DE2526492C2 - Dreistufiges elektro-hydraulisches Servoventil - Google Patents

Description

a) der Steuerkolben (23) der dritten Stufe (V) an seinen beide Steuerräume (18a, 18Z^ begrenzenden Enden von Steuerfedern (24,25) abgestützt ist,

b) die Steuerräume (18a, i%b) des Steuerkolbens (23) der dritten Stufe (V? über jeweils eine Drosselstelle (16a, \6b) mit den entsprechenden Steuerräumen (13a, \3b) des Steuerkolbens (2) der zweiten Stufe (VS) in Verbindung stehen und

c) der Steuerkolben (2) der zweiten Stufe (VS) bei Anlegen eines beliebigen Druckdifferenzsignals in seine volle von einer Anschlagfiäche (40, 41) begrenzbare Offenstellung verschiebbar ist und die einstellbaren Anschlagflächen (40, 41) bei der Rückführung des Steuerkolbens (2) der zweiten Stufe (VS) in seine Ausgangsstellung des Einschwingvorgangs begrenzen.

2. Dreistufiges elektro-hydraulisches Servoventil mit Arbeitsleitungsanschlußkanal nach Anspruch 1, wobei die erste Stufe von einem Drosselspaltregelungsorgan mit Drosselstellen zwischen einem Steuermittelanschlußkanal und jeweiligen Hülsen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Drosselstelle (16a, 166^ zwischen dem jeweiligen Steuerraum (13a, 136,) der zweiten Stufe und dem Arbeitsleitungsanschlußkanal (A, B) in etwa dem Querschnitt der Drosselstelle (15a, \5b) zwischen dem Steuermittelanschlußkanal (Pst) und der jeweiligen Hülse (7a, 7 b) des Drosselspaltregelungsorgans (SG) entspricht.

3. Dreistufiges elektro-hydraulisches Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Steuerräume (13a, Mb) des Steuerkolbens (2) der zweiten Stufe (VS) nach außen begrenzenden Wände von Verschlußschrauben (40,41) gebildet sind.

Die Erfindung betrifft ein dreistufiges elektro-hydraulisches Servoventil nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Nach der DE-OS 21 61 923 ist eine elektro-hydraulische Steuereinrichtung bekannt, bei der ein vorgesteuerter Steuerschieber 26 langsam in seine maximale Auslenkung ausgefahren wird. Der Steuerschieber 26 ist von Federn 39 federzentriert. Die Vorsteuerung erfolgt durch ein zweistufiges Vorsteuerventil, wobei die Ansteuerung der zweiten Stufe von einem Prallplatten-Düsensystem erfolgt.

Der Steuerkolben 24 der zweiten Stufe ist von Federn zentriert. Diese Federn dienen gleichzeitig als Steuerfedern und legen damit je nach der in der ersten Stufe eingestellten Druckdifferenz eine bestimmte Stellung des Steuerkolbens 24 fest Entsprechend aer jeweiligen Stellung des Steuerkolbens 24 wird dem Hauptsteuerkolben zu dessen Verstellung in die eine oder andere Schaltstellung eine bestimmte Steuerölmenge in der Zeiteinheit zugeführt und damit dessen Verstellgeschwindigkeit festgelegt Der Hauptsteuerkolben 26 wird somit in einer seiner drei Schaltstellungen verschoben nämlich, seine Mittelstellung und seine eine oder andere Schaltstellung in der die eine Seite eines Zylinders 53 mit der Druckmittelquelle und die andere Seite mit dem Tank oder umgekehrt in Verbindung steht

Der Vorsteuerkolben 24 hat hingegen Zwischenstellungen, die die Verstellgeschwindigkeit des Hauptsteuerkolbens 26 festlegen. Eine Rückführungsmöglichkeit des Vorsteuerkolbens 24 in seine Ausgangsstellung bei Erreichen der jeweiligen Schaltstellung des Hauptsteuerkolbens ist bei diesem bekannten dreistufigen Servoventil nicht vorgesehen.

Bei einem weiteren bekannten dreistufigen Servoventil nach Bild 58 auf Seite 121 der Zeitschrift »Ingenieur digest«, Heft 4, April 1970, kann der Steuerkolben der dritten Stufe jede beliebige Lage zwischen seiner Mittel- und jeweiligen Endschaltstellung einnehmen. Die Festlegung der jeweiligen Lage des Steuerkolbens der dritten Stufe erfolgt durch eine mechanische Rückführung in Form einer Feder, die mit der Prallplatte der ersten Stufe verbunden ist Die an der Prallplatte angreifende Magnetkraft wird über den Steuerkolben der dritten Stufe durch entsprechende Verschiebung wieder ausgeglichen, und zwar soweit, bis sich die Prallplatte wieder annähernd in der Mitte zwischen den beiden Düsen der ersten Stufe befindet. Das daraus noch verbleibende geringe Druckungleichgewicht dient zur Kompensierung der an den Steuerkolben angreifenden Strömungskräfte und der geringen Auslenkkraft der Rückführfeder. An Stelle der mechanischen Rückführung der Lage des Steuerkolbens der dritten Stufe zur ersten Stufe ist es durch Bild 60 auf Seite 122 desselben Heftes bekannt, die jeweilige Stellung des Steuerkolbens der dritten Stufe elektrisch zu erfassen und das daraus resultierende Istwertsignal mit dem elektrischen Eingangssignal der ersten Stufe zu vergleichen. Sobald das elektrische Signal der dritten Stufe mit dem Eingangssignal der ersten Stufe übereinstimmt, ist der Regelvorgang über die zweite Stufe beendet.

Bei einem bekannten zweistufigen Druck-Servoventil nach Bild 8.28, Seite 363 in dem Fachbuch »Hydraulische Regelkreise und Servosteuerungen« von M. Guillon, Carl Hanser Verlag München 1968, weist der Steuerkolben der Vorsteuerstufe an beiden Enden eine Durchmesserabstufung auf, durch die sich eine kreisförmige und eine kreisringförmige Stirnfläche ergibt, die beide durch ein Führungsteil voneinander getrennt sind.

Die eine Stirnfläche wird vom Steuerdruck des vorgeschalteten Drosselspaltregelungsorgan und die andere Stirnfläche vom Druck in dem einen mit dem Verbraucher in Verbindung stehenden Arbeitsleitungsanschlußkanal beaufschlagt.

Die Beschattung ist so vorgesehen, daß die eine Stirnfläche mit dem höheren Steuerdruck des Drosselspaltregelungsorgan beaufschlagt ist, und die andere Stirnfläche auf derselben Seite des Steuerkolbens vom niedrigeren Arbeits- bzw. Steuerdruck für den anzusteuernden nachgeordneten Verbraucher beispielsweise Wegeventil.

Durch diese Doppelbeaufschlagung des Steuerkolbens auf jeder Seite wird der Steuerkolben ebenfalls in

jeder Lage ausschließlich durch Druckkräfte im Gleichgewicht gehalten. Auf Steuerfedern, die einen Differenzdruck erforderlich machen würden, kann verzichtet werden, so daß mit kleinen Steuermotoren für das Steuergerät große Steuerkolben angesteuert werden können. Die Herstellung der als Stufenkolben ausgebildeten Steuerkolben erfordert jedoch erheblichen Fertigungskontroll- und Montageaufwand.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem dreistufigen ^Servoventil auf eine von mechanischen oder elektrischen Mitteln durchgeführte Rückführung der Steuerstellung der dritten Stufe zur ersten Stufe verzichten zu können, ohne die Stellgenauigkeit zu beeinträchtigen.

Nach der Erfindung wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erzielt.

Durch die Erfindung wird die Rückführung hydraulisch durchgeführt, indem der in den Steuerräumen der dritten Stufe sich einstellende Stelldruck auf die zweite Stufe zurückgeführt wird, wo er den Steuerkolben dieser Stufe wieder bis zu einem Restbetrag in dessen neutrale Stellung zurückbewegt. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes dreistufiges elektro-hydraulisches Servoventil und

F i g. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Bereiches A der F i g. 1.

In F i g. 1 ist mit VS die als Vorsteuerstufe ausgebildete zweite Stufe und mit V die als hydraulisch betätigtes Wegeventil ausgebildete dritte Stufe bezeichnet. Die Vorsteuerstufe VS wird von dem Gehäuse 1 mit Steuerkolben 2 gebildet, auf der als erste Stufe ein als Drosselspaltregelungsorgan ausgebildetes Steuergerät SG aufgesetzt ist. Das Drosselspaltregelungsorgan besteht aus dem Steuermotor M, dessen Anker 3 von den elektrischen Wicklungen 4 umgeben ist. Der Anker 3 ist über ein elektrisches Rohr am Düsenaufnahmegehäuse 6 befestigt. Zwischen den beiden Düseneinsätzen 7a, Tb ist eine Prallplatte 8 angeordnet, die über den Stift 8a am Anker 3 befestigt ist. Bei einer Auslenkung des Ankers 3 ändert demnach auch die Prallplatte 8 ihre Abstände zu den Düsenbohrungen 7a 1,7b 1. Die Drehachse des Ankers liegt im Bereich des elastischen Rohres 5. Die Düsenkammern 7a 2, Tb 2 stehen über Gehäusebohrungen 10', 11', 12", 10", 11", 12" mit den Steuerräumen 13a, 136 für den Steuerkolben 2 der zweiten Stufe in Verbindung. Die Steuermittelzuführung erfolgt über den Steuermittelzuführungskanal Pst sowie über die Verteilerkanäle 14', 14" und über die Drosselstellen 15a, i5b im Gehäuse 6. Die Steuerräume 13a, 13b stehen ferner über Drosselstellen 16a, 166 in den Kanälen 17', 17" mit den Arbeitsleitungsanschlußkanälen A, B in Verbindung. Mit dem Arbeitsleitungsanschluß A steht der zum Steuerraum 18a führende Steuerkanal 19 und mit dem Arbeitsleitungsanschluß B steht der zum Steuerraum 186 führende Steuerkanal 20 der dritten Stufe V in Verbindung. Der in der Axialbohrung 21 des Ventilgehäuses 22 geführte Steuerkolben 23 der dritten Stufe ist beidseitig von Steuerfedern 24, 25 abgestützt. Bei der Ausbildung des Steuerkolbens 23 gemäß dessen oberen Hälfte 23a sind in dessen Ausgangsstellung dessen Steuerkanten 23a 1 bzw. Feinsteuernuten 23a 2 gegenüber den Steuerkanten 22a des Ventilgtfhäuses um den Betrag a bzw. a 1 überdeckt. Damit dief^ Überdeckung mit geringem Steuerdruck vom Steuei'kolben 23 zu überfahren ist, stützt sich die Steu^rfed^l- 24. 25 an einem Federteller 27 bzw. 28 ab, der sich seinerseits an einer sich am Abschlußdeckel 31, 32 abstützenden schwachen Zentrierfeder 29,30 abstützt Die Ausgangstage des Steuerkolbens 23· wird durch die Bunde 33a bzw. 34a der dem Steuerkolben 23 nächstgelegenen Federteller 33, 34 festgelegt, die sich an der vorspringenden Ringfläche 35a, 36a der die Steuerräume bildenden Ansatzgehäuse 35, 36 anlegen und der Steuerkolben beidseitig an den Anschlagflächen 33b, Mb der Federteller 33,34 anliegt

ίο Bei der Ausführung des Steuerkolbens 23 gemäß dessen unteren Hälfte 23b schließen die Steuerkanten 23b 1 des Steuerkolbens mit den Steuerkanten 22b des Ventilgehäuses genau ab, d. h. es besteht zwischen den miteinander zusammenwirkenden Steuerkanten weder eine positive noch eine negative Überdeckung. In diesem Falle bilden die Steuerfedern 24,25 gleichzeitig die Zentrierfedern, indem sich diese jeweils mit ihrem äußeren Ende 24a, 25a unmittelbar an den betreffenden Abschlußdekkel 31,32 anlegen und durch entsprechende Einschraubtiefe der Abschlußdeckei der Steuerkolben in seine Ausgangslage genau einzustellen ist.

Die Wirkungsweise der ersten und zweiten Stufe VS in Verbindung mit der dritten Stufe V des Servoventils ist folgende:

Bei Einleitung eines elektrischen Signals in den Steuermotor M lenkt sich der Anker 3 beispielsweise im Uhrzeigersinn um einen Betrag entsprechend der Größe des elektrischen Signals aus. Mit der Auslenkung des Ankers lenkt sich gleichzeitig die mit dem Anker verbundene Prallplatte 8 um einen entsprechenden Betrag aus. Hierbei verkleinert sich der Drosselspalt d\ zwischen Düse 7a und Prallplatte 8, während sich der gegenüberliegende Drosselspalt d2 zwischen Düse Tb und Prallplatte 8 um einen entsprechenden Betrag vergrößert (Fig.2). Da die Drosselstellen 15a, 156 zwischen Steuermittelzuführungskanal Pst und den Steuerräumen 13a, 136 für den Steuerkolben 2 gleiche Größe aufweisen, steigt bei dieser Auslenkung der Prallplatte der Druck im Steuerraum 13a an, während der Druck im gegenüberliegenden Steuerraum 136 um einen entsprechenden Betrag abnimmt. Durch dieses am Steuerkolben 2 der zweiten Stufe wirkende Druckungleichgewicht verschiebt sich der Steuerkolben 2 in Richtung des Steuerraumes 136 und verbindet den Arbeitsmitte!- Zuführungsraum P mit dem Arbeitsleitungsanschlußkanal B und den Arbeitsmittelabführungsraum Γ mit dem Arbeitsleitungsanschlußkanal A. Damit steht über den Gehäusekanal 20 und Verbindungskanal 20' im Ansatzgehäuse 36 der Steuerraum 186 mit der Druckmittelquelle und der gegenüberliegende Steuerraum 18a über den Gehäusekanal 19 und Verbindungskanal 19' im Ansatzgehäuse 35 mit dem Takt in Verbindung. Durch das damit am Steuerkolben 23 der dritten Stufe wirkende Druckungleichgewicht verschiebt sich dieser gegen die Kraft der Steuerfeder 24 bzw. zusätzlich gegen die minimale Kraft der Zentrierfeder 29 in Richtung des Steuerraumes 18a.

Die in den Steuerräumen 18a, 186 sich einstellenden Drücke wirken über die Drosselstellen 16a, 166 auch auf die Steuerräume 13a, 136. Sobald der Druck im Steuerraum 186 einen Wert erreicht, der über dem Wert des Steuerdruckes im Steuerraum 136 liegt, findet aus dem Arbeitsleitungsanschlußkanal B eine Strömung des Druckmittels über die Drosselstelle 166 in Richtung des Steuerraumes 136 statt, so daß sich in diesem Steuerraum ein Mischdruck einstellt, der um so höher ist je höher der Druck im Steuerraum 186 des Wegeventils V ist. Sobald dieser Mischdruck eerinefüeie erößer ist als

der im gegenüberliegenden Steuerraum 13a wirkende Steuerdruck, verschiebt sich der Steuerkolben 2 der zweiten Stufe zurück in den Bereich seiner Ausgangsstellung, in der eine weitere Druckmittelzuführung zu dem Steuerraum 186, durch die eine weitere Druckerhöhung im letzteren auftreten würde, unterbrochen wird. Die geringe in Richtung des Steuerraumes 13a wirkende Druckdifferenz wird sofort abgebaut, sobald der Steuerkolben 2 der zweiten Stufe eine kurzzeitige Verbindung des Arbeitsmittelabführungsraumes Γ mit dem Arbeitsleitungsanschlußkanal B herstellt. Damit dieser Einschwingvorgang möglichst klein und kurzzeitig verläuft, wird der maximale Verschiebeweg des Steuerkolbens 2 der zweiten Stufe auf einen kleinen Betrag gehalten, der durch die die Steuerräume 13a, !3d '.5 nach außen begrenzenden Verschlußschrauben 40, 41 festgelegt ist. Eine zusätzliche Dämpfung dieses Einschwingvorganges läßt sich durch Einbau von Dämpfungsfedern 42, 43 zwischen Verschlußschrauben und Steuerkolbenstirnseiten erreichen. Bei einem Einbau von Dämpfungsfedern erfordert die Rückführung des Steuerkolbens 2 der zweiten Stufe in seine Ausgangslagc keinen höheren Steuerdruck im Steuerraum 136 als im gegenüberliegenden Steuerraum 13a. In diesem Falle setzt die Rückführung des Steuerkolbens 2 in seiner Ausgangslage bereits vor Erreichen einer Druckgleichheit in den beiden Steuerräumen 13a, 136 ein, und zwar entsprechend der auf dem Steuerkolben 2 der zweiten Stufe wirkenden Kraft der Dämpfungsfedern 42,43. Die Dämpfungsfedern 42, 43 weisen nur eine geringe auf den Steuerkolben wirkende Federkraft auf, um die damit verbundene Regelabweichung der Vorsteuerstufe auf ein Kleinstmaß zu beschränken.

Je größer die Druckdifferenz in den Steuerräumen 13a, 136 des Steuerkolbens 2 der zweiten Stufe durch das Steuergerät SC eingestellt wird, um so größer muß der Steuerdruck in dem betreffenden Steuerraum 18a bzw. 186 des Steuerkolbens 23 der dritten Stufe ansteigen, bis der Steuerkolben 2 der zweiten Stufe wieder in seine eine weitere Druck- bzw. Arbeitsmittelzuführung zu dem betreffenden Steuerraum 18a bzw. 186 des Wegeventils V zu unterbindende Ausgangslage zurückkehrt. Da der Steuerdruck in dem Steuerraum 18a bzw. 186 des Wegeventils Vgegen die Steuerfeder 24 bzw, 25 mit einer linear ansteigenden Kennlinie wirkt, vergrößert sich mit ansteigendem Steuerdruck in diesen Steuerräumen 18a, Mb auch der Verschiebeweg des Steuerkolbens 23 des Wegeventils V. wobei der damit frei werdende Durchflußquerschnitt des Wegeventils V ebenfalls linear mit dem Steuerdruck ansteigt. Da letztlich der in den Steuerräumen 18a, 186 des Wegeventils sich einstellende Steuerdruck von dem elektrischen Eingangssignal des Steuermotors M festgelegt ist und sich dieser Steuerdruck proportional zum elektrischen Eingangssignal ändert, ändert sich somit auch der Durch-Steuerräumen 18a, 186 auch der Verschiebeweg des Steuerkolbens 23 des Wegeventils V, wobei der damit frei werdende Durchflußquerschnitt des Wegeventils V ebenfalls linear mit dem Steuerdruck ansteigt. Da letztlich der in den Steuerräumen 18a, 186 des Wegeventils sich einstellende Steuerdruck von dem elektrischen Eingangssignal des Steuermotors M festgelegt ist und sich dieser Steuerdruck proportional zum elektrischen Eingangssignal ändert, ändert sich somit auch der Durchflußquerschnitt des Wegeventils V proportional zum elektrischen Eingangssignal des Steuergerätes der Vorsteuerstufe.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Dreistufiges elektro-hydraulisches Servoventil, dessen erste Stufe aus einem elektrischen Eingangssignal ein hydraulisches Druckdifferenzsignal erzeugt, das die Stirnflächen des Steuerkolbens der zweiten Stufe beaufschlagt und die von der zweiten Stufe gesteuerte Steuerflüssigkeit die Stirnflächen des federzentrierten Steuerkolbens der dritten Stufe beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß