DE3116687A1

DE3116687A1 - "elektrisch gesteuertes stellglied"

Info

Publication number: DE3116687A1
Application number: DE19813116687
Authority: DE
Inventors: Helmut 7401 Dusslingen Hirn; Paul 7290 Freudenstadt Schwerdt; Günter Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Weiger
Original assignee: RILCO MASCHF; Daimler Benz AG
Current assignee: RILCO MASCHF; Daimler Benz AG
Priority date: 1981-04-28
Filing date: 1981-04-28
Publication date: 1982-11-11
Also published as: FR2504705A1; GB2102215B; GB2102215A; JPS57187713A; US4460840A; SE8202625L; FR2504705B1; DE3116687C2

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 13 584/4

Stuttgart-Untertürkheim 23. März 198I

RiIcο Maschinenfabrik GmbH & Co KG DußlIngen

"Elektrisch gesteuertes Stellglied"

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisch angesteuertes Stellglied mit einem aus wenigstens einem Stapel von Piezooxydscheiben bestehenden piezoelektrischen, temperaturkompensierten Wandler.

Piezoelektrische Stellglieder zeichnen sich durch sehr kurze Stellzeiten, geringen Leistungsbedarf, gute Positioniergenauigkeit und relativ hohe Schaltkräfte aus. Der geringe Stellweg jedoch wirkt sich beim Einsatz, insbesondere bei Hydraulik-Ventilen, nachteilig aus. Besonders nachteilig ist in diesem Zusammenhang die Auswirkung von Wärmedehnungen auf die Positioniergenauigkeit des Stellgliedes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch angesteuertes piezoelektisches Stellglied so zu gestalten, daß bei geringer Baulänge ein möglichst großer Stellweg mit hoher Positioniergenauigkeit erreicht wird, die von Temperaturschwankungen so wenig wie möglich beeinflußt wird.

- -ß- - Daim 13 584/4

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Wandler ein mechanisches, hubübersetzendes, aus wenigstens einem Hebel bestehendes Hebelsystem nachgeordnet ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung mehrerer Ausführungsbeispiele hervor.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: Ein Stellglied mit einem einseitig

wirkenden Hebel, Fig. 2: ein Stellglied mit einem beiseitig

wirkenden Hebel, Fig. 3: die perspektivische Ansicht eines

zweistufigen Hebelsystems und Fig. 4: ein Ausführungsbeispiel mit einem

zweistufigen Hebelsystem.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Stellglied mit einem einseitig wirdenden Hebel. Auf einer Basisplatte

1 ist mittels einer Stütze 2 ein Hebel 3 gelagert. Ebenfalls auf der Basisplatte 1 befestigt ist ein piezoelektrischer Wandler k , dessen anderes Ende in einer bestimmt* Entfernung vom Hebellager mit dem Hebel 3 verbunden ist. Der Hebel selbst wirkt auf den Stempel eines schematisch dargestellten Kugelventils 5 ein, welches mittels eines Trägers 6 mit der Basisplatte 1 verbunden ist.

Daim 13

Die Stütze 2 des Hebellagers und der Träger 6 des Kugelventils 5 sind aus gleichem Material und mit gleichen Abmessungen gefertigt wie der piezoelektrische Wandler k . Kontrahiert der piezoelektrische Wandler k info'lge elektrischer Ansteuerung, bewegt sich der Hebel in seinem Lager und betätigt dabei den Stempel des Kugelventils 5 · Temperaturänderungen haben auf die Position des Hebels 3 bezüglich des Ventilstempels nur einen geringen Einfluß, da beide miteinander um den gleichen Betrag verschoben werden und relativ zueinander keine Bewegung ausführen.

Fig. 2 zeigt ein Stellglied mit prinziepiell gleicher Wirkungsweise wie in Fig. 1, jedoch mit einem beiderseitig wirkenden Hebel. Der Hebel 3 liegt federnd auf zwei symmetrisch zum Hebellager angeordneten piezoelektrischen Wandlern ka,4b , welche sich auf der Basisplatte 1 abstützen, auf. Jedes der beiden Hebelenden wirkt auf den Stempel eines Kugelventils 5a bzw. 5b . Beide Kugelventile sind über je einen Träger 6a bzw. ob , der wieder aus Material mit gleichem Temperaturverhalten wie die piezoelektrischen Wandler besteht, an der Basisplatte 1 befestigt. Jenachdem, ob nun der Wandler ka bzw. 4b oder beide gleichzeitig infolge elektrischer Ansteuerung extendieren, werden die Kugelventile 5a bzw. 5b oder beide gleichzeitig betätigt. Aus den gleichen Gründen wie bei dem Stellglied nach Fig. 1 haben auch hier Temperaturänderungen keinen Einfluß auf die Positioniergenauigkeit des Stellgliedes.

Daim I3

In Fig. 3 ist in perspektivischer Ansicht ein zweistufiges Hebelsys=tem dargestellt, welches in eine planparallele Platte 7 integriert ist. Die Platte -7 und die Hebel

8a_f 8b, 9 bestehen aus einem Stück, wobei die Hebel axial auf die Platte gesehen - nebeneinander liegen. Die Hebel sind über aus dem Vollen gearbeitete Federgelenke

10a, 10b,11 mit der Platte verbunden. Die Hebel 8a, 8b liegen symmetrisch zum Hebel 9 und bilden die erste Stufe des Hebelsystems. Der Hebel 9 ,welcher die zweite Stufe des Hebelsystems bildet, ist mit den beiden anderen Hebeln

8a, 8b über je ein tordierbares Mitnahmeelement 12 verbunden. Die Krafteinleitungspunkte 13a» 13b auf den Hebeln 8a, 8b sowie der Kraftausleitungspunkt Ik auf dem Hebel 9 und die ihm gegenüberliegende Fläche 15 liegen in Normallage bündig mit den Stirnseiten der Platte

7 »Um unerwünschte Verwindungen .oder Verdrehungen beim Betätigen des Hebels zu verhindern, liegen die Krafteinleitungspunkte 13a, 13b sowie der Kraftausleitungspunkt

Ik in einer gemeinsamen Ebene, in welcher die Systemachse enthalten ist. Diese liegt senkrecht zu den Stirnseiten der planpa-rallelen Platte und geht durch den Kraf tausleitungspunkt Ik . Die auf das Hebelsystem Wirkenden beziehungsweise von ihm ausgehenden Kräfte sind durch Pfeile angedeutet. Die Funktionsweise des Hebelsystems geht aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor*

In Fig. k ist ein piezoelektrisch betätigtes Hydraulik-Kugelventil im Schnitt dargestellt. Auf einer gemeinsamen Basisplatte 20 sind ein piezoelektrischer Wandler I9 und symmetrisch zu diesem Abstandselemente 17» 18 befestigt.

- 5 - Daim 13

Das anjsich bekannte Hydraulik-Kugelventil ist in einem Gehäuse 29 angeordnet. Bs besteht aus einer von einem Stempel 21"! betätigkten Kugel 22, einer weiteren Kugel

27 sowie einem Druckeingang 26 mit anschließendem Ringraum 26a, einem von der Kugel 27 verschließbaren Ausgang

28 zum Verbraucher, den Kanälen 2k, 25 und 30 sowie einem von der Kugel 22 verschließbaren Rücklauf 23 füj^das Hydraulikmedium· In das Gehäuse 29 miteingebaut sind zum einen die planparallele Platte 7 mit dem integrierten Hebelsystem in der Weise, daß der Kraftausleitungspunkt Ik des Hebels 9 auf dem Stempel 21 aufliegt, und zum anderen das piezoelektrische Stellglied, in der Weise, daß der piezoelektrische Wandler I9 auf den Krafteinleitungspunkten 13a und 13b der Hebel 8a und 8b und auf der Fläche 15 des Hebels 9 aufliegt.

In der gezeichneten Ruhestellung ist das Kugelventil, das heißt der Ausgang 28 zum Verbraucher, geschlossen. Der Druck des Hydraulikmediums pflanzt sich vom Eingang 26 über den Ringraum 26a und die Kanäle 25, 30 und 2k fort und drückt die Kugel 27 auf ihren unteren Sitz. Gleichzeitig wird die Kugel 22 nach oben gedrückt und verschließt dadurch den Rücklauf 23. Wird nun der Wandler 19 elektrisch erregt, so dehnt er sich nach unten aus und drückt auf die Krafteinleitungspunkte 13a und 13b der Hebel 8a und 8b. Die beiden Hebel 8 a und 8b federn nach unten und nehmen dabei über die Mitnahmeelemente 12 den Hebel 9 mit, welcher den Stempel 21 nach unten bewegt und dadurch die Kugel 22 von ihrem Sitz entfernt. Kugel 22 legt sich in den Sitz der Bohrung 25 und unterbricht den Zufluß vom Raum 26a zu Raum

- <? - Daim 13

Nun kann Hydraulikmedium in den Rücklauf 23 fließen, wodurch der Druck im Kanal 24 abgebaut wird und sich die Kugel 27 nach oben bewegen kann. Dadurch wird der Auslaß 28 zum Verbraucher freigegeben, so daß nun Hydraulikmedium vom Eingang 26 direkt zum Verbraucher fließen kann, solange der piezoelektrische Wandler erregt ist.

Durch die nebeneinanderliegenden Hebel wird eine geringe Dicke der Platte 7 erreicht, was ebenso zu keinen oder nur sehr geringen Temperatureinflüßen führt, wie die Bauweise des piezoelektrischen Stellgliedes. Denn die Abstandselemente 17 und 18 bestehen aus gleichem Material beziehungsweise haben dieselben Temperaturausdehnungen wie der piezoelektrische ¥andler 19.

Durch das bündige Anliegen des Hebels 9 An seiner Ruhelage zum einen am piezoelektrischen Wandler 19 und zum anderen am Stempel 21 ist eine definierte Ruhestellung gegeben, welche auch durch Temperaturechwankungen nicht verändert wird.

Claims

Ansprüche:

1./ Elektrisch angesteuertes Stellglied mit einem aus wenigstens einem Stapel von Piezooxydscheiben bestehenden piezoelektrischen, temperaturkompensierten Wandler, da.durch gekennzeichnet , daß dem Wandler ein mechanisches, hubübersetzendes, aus wenigstens einem Hebel bestehendes Hebelsystem nachgeordnet ist.

2. Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekenn ζ e i c h η e t , daß die Stütze (2) des Hebellagers und der Träger (6) des zu betätigenden Aggregates (5) . gleiche Abmessungen haben wie der Wandler (k) und aus Material mit gleichem Temperaturverhalten wie der Wandler (k) bestehen und mit dem Wandler auf einer gemeinsamen Basisplatte (1) befestigt sind.

- 2 - Daim 13

3. Stellglied nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Hebelsystem in eine planparallele Platte (7) integriert ist, wobei wenigstens die Krafteinleitungs- und -ausleitungspunkte (i3a, 13b, lh) in Normallage bündig mit den Stirnseiten der Platte (7) liegen.

k. Stellglied nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Platte (7) und der oder die Hebel (8a, 8b, 9) aus einem Stück bestehen und über aus dem Vollen gearbeitete Federgelenke (iOa, 10b, 11) miteinander verbunden sind.

5. Stellglied nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß das Hebelsystem eine zweistufige Übersetzung aufweist, wobei die Hebel (8a, 8b, 9) axial auf die Platte gesehen - nebeneinander liegen und seitlich über wenigstens ein tordierbares Mitnahmeelement (12) miteinander verbunden sind.

6. Stellglied nach Anspruch 5f dadurch gekennzeichnet , daß die Hebel (8a, 8b) der einen Übersetzungsstufe paarweise und symmetrisch zum Hebel (9) der anderen Übersetzungsstufe angeordnet sind.

7· Stellglied nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Krafteinleitungs- und -ausleitungspunkte (13a, 13b, Ik) in einer die Systemachse des Stellgliedes enthaltenden Ebene liegen.