DE69112654T2

DE69112654T2 - Servoventil gebraucht in Druckmittelanlagen.

Info

Publication number: DE69112654T2
Application number: DE69112654T
Authority: DE
Inventors: Edwin K Iversen; Stephen C Jacobsen; David F Knutti
Original assignee: Sarcos Group
Current assignee: Sarcos Group
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1991-01-30
Publication date: 1996-02-01
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: EP0440201A1; WO1991011762A1; EP0440201B1; JP3034035B2; US5005600A; DE69112654D1; CA2035074A1; ATE127574T1; JPH04506699A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft Ventilvorrichtungen und insbesondere neue Ventilvorrichtungen zur Verwendung in Fluidsystemen, um wahlweise einen Fluidfluß zu richten oder "einem Anschluß zuzuführen".
Fluidsysteme werden häufig in mechanischen Vorrichtungen als eine Einrichtung zum Steuern oder Positionieren verschiedener mechanischer Komponenten verwendet. So wie hierin, wird der Ausdruck "Fluid" im allgemeinen verwendet, um eine Substanz, die in der Lage ist, unter Druck durch ein Rohr zu fließen, zu bezeichnen. Somit umfaßt der Ausdruck "Fluid" sowohl Gase als auch Flüssigkeiten, und der allgemeine Ausdruck "Fluidsysteme" soll sowohl pneumatische als auch hydraulische Systeme einschließen.
Ein Fluidsystem umfaßt typischerweise eine Pumpe zum Unterdrucksetzen des Fluids, das dann verwendet wird, um die Kraft zu liefern, die notwendig ist, um eine gewünschte mechanische Komponente zu positionieren und/oder zu steuern. Beispielsweise werden hydraulische Systeme oft verwendet, um Schaufeln oder Greifer von schwerem Baugerät zu steuern. Ähnlich werden pneumatische Systeme oft im Gebiet der Robotik eingesetzt, um die Position und Bewegung eines gewünschten Objekts, so wie beispielsweise eines Roboterarms, zu steuern.
Geeignete Fluidsteuerventile sind wesentlich für den ordnungsgemäßen Betrieb nahezu aller Fluidsysteme. Beispielsweise kann ein Ventil verwendet werden, um unter Druck gesetztes Fluid zuerst auf die eine Seite und dann auf die andere Seite eines Kolbens, der gleitend in einem länglichen Gehäuse positioniert ist, zu richten. Der Betrieb des Ventils steuert somit den Fluß des unter Druck gesetzten Fluids auf jede Seite des Kolbens und dadurch die Position des Kolbens in dem Gehäuse.
Eine Fluidventilsteuereinrichtung, die auf diese Weise arbeitet, ist aus der US-A-2990839 bekannt.
Beispiele einiger etwas häuf iger verwendeter Ventile in Fluidsystemen sind Ablaßventile (welche den Fluidstrom durch einen "Quetsch-"Vorgang steuern) und Steuerkolbenventile (welche den Fluidstrom durch wahlweises Fluchten von Fluidkanälen in einem Steuerkolben mit Öffnungen in eine Hülse, in der die Spule bewegbar angeordnet ist, steuern). Ablaßventile sind im allgemeinen wenig geeignet für Servoventilanwendungen, die typischerweise bei ihrem Betrieb eine signifikante Verzögerungszeit und oftmals Leckageprobleme haben. Steuerkolbenventile erfordern eine sehr enge Toleranz, um eine Leckage zwischen dem Steuerkolben und der Hülse zu vermeiden, womit sie teuer in Herstellung und Wartung sind. Ebenso können aufgrund der engen Toleranzen signifikante Reibungskräfte erzeugt werden, was eine Abnützung der Ventile bewirkt.
Ein Ventil, das seinen Ursprung in jüngerer Zeit hat, ist das Strahlrohrventil, oftmals als Stromteilerventil bezeichnet. Ein Strahlrohrventil umfaßt ein Fluidrohr mit einer kleinen Öffnung an seinem stromabwärtsseitigen Ende. Fluid fließt durch das Rohr bei im wesentlichen konstanter Rate, und die kleine Öffnung erzeugt einen Fluid-"Strahl" aus dem Ende des Rohrs. Das Rohr ist mit einer geeigneten Stellgliedeinrichtung versehen, welche den Fluidstrahl wahlweise in ein oder mehrere nahegelegene Fluidwege richtet. Durch geeignetes Positionieren des Fluidrohrs kann das Verhältnis des Fluids, das in die nahegelegenen Fluidwege strömt, gesteuert werden.
Herkömmliche Strahlrohrventile leiden unter signifikanter Fluidleckage und sind sehr uneffizient bei ihrer Verwendung der Fluidleistung. Der Betrieb von Strahlrohrventilen ist bei hohen Drücken und hohen Fluidflußraten auch etwas unvorhersehbar. Konsequenterweise umfassen Strahlrohrventile gemäß dem Stand der Technik typischerweise kleine Öffnungen, kleiner als 0,13 mm (.005"), und arbeiten bei Fluidflußraten von der Größenordnung von 0.006 Liter pro Sekunde (0.1 Gallonen pro Minute).
Herkömmliche Strahlrohrventile sind typischerweise auch sehr sperrig. Aufgrund der signifikanten Tangentialkräfte, die in Strahlrohrventilen vorhanden sind, werden oftmals sperrige mechanische Stellglieder verwendet. Torsionsfedern und andere Balancemechanismen werden oftmals in Strahlrohrventilen als Versuch verwendet, um den Ventilbetrieb zu verbessern. Konsequenterweise sind Strahlrohrventile gemäß dem Stand der Technik oftmals sehr schwierig und richtig zu warten und während der Verwendung einzustellen.
In der Ventilsteuereinrichtung der US-A-2990839 wird, wie oben beschrieben, das Fluidrohr durch eine elektromagnetische Einrichtung betätigt, die magnetisierbares Material, das als magnetische Hülse auf dem Ende des Rohrs angebracht sein kann, eine koaxial um das Rohr angeordnete Spulenwindung und ein magnetisches mit den gegenüberliegenden Enden eines Permanentmagneten in Kontakt tretenden Jochs aufweist. Mit einer derartigen Anordnung kann das Fluidrohr so betrieben werden, daß es durch Ändern der Richtung und der Amplitude des Stroms, der der Spulenwindung zugeführt wird, von einem Anschluß zu einem anderen bewegt wird oder in einer stationären Position, in der kein Fluid ausgegeben wird, positioniert wird.
Obwohl dieses Betätigungssystem keine mechanischen Stellglieder, die in der Konstruktion kompliziert und schwierig herzustellen und zu warten sind, aufweist, tritt trotzdem das Problem der Fluidleckage auf. Obwohl normalerweise sogar eine bestimmte Menge an Fluidleckage toleriert werden kann, könnte allerdings in einem System, wie beispielsweise dem der US-A-2990839, das eine elektromagnetische Stelleinrichtung verwendet, eine derartige Fluidleckage, unabhängig wie gering sie ist, zu einem ernsten Problem führen, falls ein derartiges Fluid magnetische Teilchen enthält, was sehr gut der Fall sein könnte.
Somit ist, obwohl es erscheint, daß Fluidventilsteuersysteme, die ein elektromagnetisches Betätigen der Leitung verwenden, die Schwierigkeiten der Verwendung mechanischer Stellglieder überwinden, ein derartiges System trotzdem nicht davon befreit neue Probleme aufzuwerfen.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG UND AUFGABEN DER ERFINDUNG

Angesichts des Vorangegangenen war es die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effiziente Servoventilvorrichtung zur Verwendung in Fluidsystemen zu schaffen, die einfach im Aufbau ist und billig herzustellen und zu warten ist, und die verläßlich betrieben werden kann, sogar wenn eine tolerierte Menge an Fluid zu erwarten ist.
Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Servoventileinrichtung zur Verwendung in Fluidsystemen zu schaffen, die in der Lage ist, eine hohe Leistung abzugeben und bei hohen Fluidflußraten arbeitet, aber kein Aufrechthalten enger Toleranzen zwischen den Ventilkomponententeilen erfordert.
Es ist eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung, eine im wesentlichen reibungsfrei arbeitende Servoventilvorrichtung zu schaffen.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Servoventilvorrichtung zu schaffen, in der die Fluidflußkräfte verringert sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Servoventilvorrichtung zur Verwendung in Fluidsystemen zu schaffen, die sowohl von leichtem Gewicht als auch von kompakter Größe ist.
In Übereinstimmung mit den vorangegangenen Aufgaben schafft die vorliegende Erfindung eine neue Servoventilvorrichtung zur Verwendung in Fluidsystemen, welche die in Anspruch 1 dargelegten Merkmale umfaßt.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung umfaßt einen länglichen flexiblen Ventilschaft oder ein Element mit einem festgelegten Ende und einem frei bewegbaren Ende, das entlang eines im allgemeinen gekrümmten Wegs vor- und zurückbewegbar ist. Die Servoventilvorrichtung umfaßt ebenfalls eine fluidbefördernde Struktur zum Richten eines Fluidstroms in Richtung des frei bewegbaren Endes des Ventilelements. Eine Aufnahmeplatte ist vorgesehen, um ein im allgemeinen gekrümmtes Oberflächengebiet, das benachbart zu dem bogenförmigen Weg, entlang dem sich das frei bewegbare Ende des Ventilelements bewegt, zu definieren. Die Aufnahmeplatte hat wenigstens einen Fluidkanal, der an einem Ort entlang des gekrümmten Oberflächengebiets endet. Ein Anschlußelement ist an dem frei bewegbaren Ende des Ventilelements angeordnet, um den Fluidstrom in den Fluidkanal zu führen oder einem Anschluß zuzuführen, wenn das frei bewegbare Ende in eine bestimmte Position über die Aufnahmeplatte gebogen oder bewegt wird. Die Vorrichtung zum wahlweisen Biegen des frei bewegbaren Endes des Ventilelements in die bestimmte Position (und aus dieser bestimmten Position) ist ebenfalls vorgesehen.
Die Vorrichtung zum wahlweisen Abrichten des frei bewegbaren Endes des Ventilelements kann, gemäß eines Aspekts der Erfindung eine Armatur, die an dem Ventilelement in der Nähe des frei bewegbaren Endes desselben befestigt ist, eine leitende Spule, die wenigstens einen zum frei bewegbaren Ende des Ventilelements benachbarten Abschnitt umgibt und eine Magnetanordnung, die benachbart zur Armatur auf wenigstens einer Seite derselben angeordnet ist, aufweisen. Eine elektrische Stromquelle führt der leitenden Spule Strom zu, um die Armatur zu magnetisieren und somit zu bewirken, daß sie entweder in Richtung zur Magnetanordnung angezogen oder von dieser abgestoßen wird. Auf diese Weise kann das Anschlußelement wahlweise über dem Fluidkanal in der Aufnahmeplatte positioniert werden oder von diesem wegbewegt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Vorrichtung ebenfalls eine Einrichtung, die verhindert, daß magnetische Teilchen mit der Magnetanordnung in Kontakt kommen.
Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung und die angefügten Ansprüche, im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, offensichtlicher.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Teilschnittansicht einer derzeitig bevorzugten Ausführungsform der Servoventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine vertikale, entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 erhaltene Querschnittsansicht der Ausführungsform von Fig. 1, die auch eine schematische, in gestrichelten Linien gezeigte Darstellung einer Stellgliedeinrichtung umfaßt.
Fig. 3 ist eine graphische Draufsicht auf die Spitzen- und Aufnahmeplattenkonfiguration, die bei der Vorrichtung der Fig. 1 und 2 verwendet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die derzeitig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden am besten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verstanden, in denen gleiche Teile durchgehend mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Eine derzeitig bevorzugte Ausführungsform der Servoventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung, im allgemeinen init 10 bezeichnet, ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Wie gezeigt, umfaßt das Servoventil 10 einen Körper 20, der aus einem geeigneten Material gebildet sein kann. Es ist derzeitig bevorzugt, den Körper 20 aus einem weichen magnetischen Material, das leicht zu bearbeiten ist und eine niedrige Hysterese hat, wie beispielsweise Siliziumstahl, Bleistahl oder niedrig gekohltem Stahl, zu formen.
Während der Körper 20 eine große Vielfalt verschiedener Formen und Konfigurationen haben kann, ist der hier gezeigte Körper 20 im wesentlichen zylindrisch. Es wird derzeitig angenommen, daß die zylindrische Konfiguration des Körpers 20 die Herstellung des Servoventils 10 erleichtert und einer Bearbeitung leicht zugänglich ist, so daß die verschiedenen Komponententeile des Servoventils 10, wie weiter unten beschrieben, aufgenommen werden können.
Das stromaufwärtsseitige Ende 29 des Körpers 20 ist mit einer Endplatte 30, wie in Fig. 2 dargestellt, versehen. Die Endplatte 30 kann aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise Messing gebildet sein. Die Endplatte 30 ist innerhalb des stromaufwärtsseitigen Endes 29 des Körpers 20 in irgendeiner geeigneten Weise, beispielsweise durch Löten oder mittels eines Haftmittels, gesichert.
Die Endplatte 30 ist, wie gezeigt, mit einem Nippel 32 versehen, der unter Verwendung eines herkömmlichen Fluidrohrs (nicht gezeigt) an einer Quelle für unter Druck gesetztes Fluid angeschlossen werden kann. Ein O-Ring 33 umgibt vorzugsweise den Nippel 32 in einer geeigneten Furche, um ein dichtes Anbringen des Nippels 32 an dem Fluidrohr zu unterstützen.
Dem Nippel 32 gegenüberliegend ist eine Endplatte 30 mit einer Spindel 34 vorgesehen. Die Spindel 34 und der Nippel 32 können vorteilhafterweise als integrales Teil der Endplatte 30 ausgebildet sein. Bezeichnenderweise haben der Nippel 32, die Endplatte 30 und die Spindel 34 jeweils eine durch selbe hindurchgehende Bohrung, die eine Verbindung eingehen, um einen im wesentlichen gleichförmigen, länglichen Durchgangsweg zu bilden, dessen Zweck aus der folgenden Diskussion leichter offensichtlich wird.
Eine Spindel 40 ist auf der Spindel 34 der Endplatte 30 vorgesehen. Die Spindel 40 kann aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise Stahl geformt sein, und kann als ein integraler Teil der Endplatte 30 oder als ein separates Element ausgebildet sein. Eine stromabwärtsseitige Endscheibe 41 der Spindel besteht aus einem nichtmagnetischen Material, wie beispielsweise Aluminium, Plastik, etc. Die Spindel 40 wird im folgenden weiter diskutiert.
Ein geeigneter elektrischer Leiter wird um die Spindel 40 gewickelt, so daß eine leitende Spule gebildt wird. Jedes geeignete elektrische Leitermaterial kann verwendet werden, wie beispielsweise # 30 Kupfermagnetdraht. Die Enden des Drahts 42 werden dann an geeignete isolierte Drähte 16 angeschlossen, die aus dem Körper 20 durch eine geeignete Öffnung in der Endplatte 30 austreten. Wie in Fig. 1 gezeigt, können die Drähte 16 mit irgendeiner Art von Verbindungsstecker 18 zum Verbinden der Drähte 16 (und somit der leitenden Spule 42) mit einer geeigneten elektrischen Stromquelle versehen werden.
Wie in Fig. 2 dargestellt, tritt ein flexibles Rohr 60 durch die Zentrumsbohrung der Endplatte 30 und die Zentrumsbohrung der Spindel 40. Das stromaufwärtsseitige Ende 62 des Rohres 60 ist innerhalb der Endplatte 30 in irgendeiner geeigneten Weise, wie beispielsweise mittels einer herkömmlichen Spannbuchse 63 gesichert. Das Rohr 60 kann aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise Stahl, gebildet sein.
Eine Armatur 64 ist auf dein Rohr 60 so gesichert, daß sie benachbart zur Spindel 40 liegt. Die Armatur 64 kann beispielsweise aus Stahl gebildet sein und kann verschiebbar auf dem Rohr 60 durch Reibung oder ein geeignetes Haftmittel gesichert sein.
Die Armatur 64 kann nahezu jede geeignete geometrische Konfiguration aufweisen. Beispielsweise kann die Armatur 64 ein im wesentlichen rechteckiges Element, wie am besten in Fig. 1 zu sehen, sein. Es ist derzeitig vorzuziehen, daß sich ein Abschnitt der Armatur 64 in der Nähe der Spindel 40 diametral vergrößert, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Es wird angenommen, daß der diametral erweiterte Abschnitt der Armatur 64 die Armatur beim Leiten des magnetischen Induktionsstroms, der für den eigentlichen Betrieb des Servoventils 10, wie unten stehend detaillierter beschrieben, unterstützt.
Zwei Magneten 72 und 73 werden auf gegenüberliegenden Seiten der Armatur 64, wie in Fig. 2 gezeigt, positioniert. Die Magneten 72 und 73 können, beispielsweise mittels geeigneter Nagnetmontierungen 70 an dem Körper 20 gesichert sein. Bezeichnenderweise ist einer der Magneten 72 oder 73 so konfiguriert und positioniert, daß er einen der Armatur 64 gegenüberliegenden magnetischen Nordpol darstellt, während der andere Magnet so konfiguriert und positioniert ist, daß er einen der Armatur 64 gegenüberliegenden magnetischen Südpol darstellt. Während die Magneten 72 und 73 aus einer großen Vielfalt verschiedener Materialien gebildet sein können, ist es derzeitig vorzuziehen, daß die Magneten 72 und 73 aus einem Seltenerdmetallmaterial gebildet sind. Es wird angenommen, daß Seltenerdmagneten es erleichtern, das Servoventil 10 aufgrund ihrer hervorragenden magnetischen Kenndaten klein und von geringem Gewicht auszugestalten.
Das stromabwärtsseitige Ende des Rohres 60 ist vorzugsweise mit einer Spitze 66 versehen, die aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise Messing gebildet sein kann. Die Spitze 66 wird auf dem Rohr 60 in einer geeigneten Weise, wie beispielswseise durch Reibung oder mittels eines geeigneten Haftmittels, gesichert. Es ist wichtig, daß die Spitze 66 als Fluidöffnung oder -öffnungen, durch die das Fluid aus dem Rohr 60 fließen kann, ausgebildet ist/sind. Das stromabwärtsseitige Ende des Körpers 20 ist mit einer Aufnahmeplatte 80, die beispielsweise aus Messing gebildet sein kann, versehen. Die Aufnahmeplatte 80 ist innerhalb des Körpers 20 in einer geeigneten Art, beispielsweise mittels eines Lötmittels oder eines Haftmittels, gesichert.
Die Aufnahmeplatte 80 hat einen oder mehrere Fluidkanäle oder Gruppe von Fluidkanälen 84 und 86, die in dieser ausgebildet sind, und in Öffnungen oder Gruppen von Öffnungen 85 bzw. 87 (siehe Fig. 1) enden. Die Kanäle 84 und 86 gehen vorteilhafterweise aus einer gekrümmten oder konkaven Aussparung 82, die in der Oberfläche der Aufnahmeplatte 80 innerhalb des Körpers 20 gebildet ist, hervor und kommunizieren mit dieser. Vorzugsweise ist der Krümmungsradius der Aussparung 82 im wesentlichen gleich dem Radius der Krümmung des gekrümmten Durchgangswegs, über den sich das stromabwärtsseitige Ende des Rohres 60 während einer Verbiegung, aus Gründen die aus der folgenden Diskussion vollständiger offensichtlich werden, bewegt.
Fig. 3 zeigt eine graphische Draufsicht auf eine beispielhaftte Konfiguration der Aufnahmeplatte 80 und der Spitze 66. Hier umfaßt die Aufnahmeplatte 80 zwei Reihen aus drei Kanälen (oder mehr) 85 und 87 und die Spitze 66 hat eine Reihe aus drei Kanälen oder Öffnungen 86, von denen jede in der Mitte zwischen einem entsprechenden Paar von Kanälen 85 und 87 positioniert ist, wenn sich die Spitze in unverbogener Position befindet.
Obwohl im allgemeinen ein Abstand zwischen der Spitze 66 und der Aufnahmeplatte 80 besteht, ist es vorzuziehen, diesen Abstand zu minimieren, um die Menge an Fluidaustritt zwischen der Spitze 66 und der Aufnahmeplatte 80 zu verringern. Der Abstand zwischen Spitze 66 und Aufnahmeplatte 80 ist jedoch nicht so klein, daß wesentliche Reibungskräfte zwischen der Spitze 66 und der Aufnahmeplatte 80 auftreten, oder daß eine Schmierfluid in dem Servoventil 10 verwendet werden muß. Bezeichnenderweise kann durch Versehen der Aufnahmeplatte 80 mit einer Aussparung 82, wie oben beschrieben, der Abstand zwischen Spitze 66 und Aufnahmeplatte 80 während der Verbiegung des Rohrs 60 auch auf einem im wesentlichen konstanten, minimalen Niveau beibehalten werden.
Bei Verwendung in einem Fluidsystem wird das Servoventil 10 mittels des Nippels 32 an eine Quelle für unter Druck gesetztes Fluid angeschlossen. Das unter Druck gesetzte Fluid tritt dann durch den Nippel 32 in das Rohr 60 ein und läuft in Richtung der Aufnahmeplatte 80.
Die leitende Spule 42 ist mittels Drähten 16 und einem Stecker 18 an eine elektrische Quelle angeschlossen. Wenn elektrischer Strom durch die Spule 42 fließt, wird ein magnetischer Strom durch das Zentrum der Spule 42 entsprechend den wohlbekannten Prinzipien des Elektromagnetismus induziert. Wegen diesem induzierten magnetischen Strom wird die Armatur 64, die einem Ende der Spule 42 gegenüberliegt, abhängig von der Richtung des elektrischen Stroms in der Spule 42 entweder als magnetischer Nordpol oder als magnetischer Südpol magnetisiert. Als Ergebnis wird die Armatur 64 magnetisch entweder in Richtung des Magneten 72 oder des Magneten 73 angezogen und das Rohr 60 wird in Fig. 2 entweder nach oben oder nach unten verbogen.
Beispielsweise kann die Richtung des elektrischen Stroms durch die Spule 42 bewirken, daß die Armatur 64 als ein magnetischer Nordpol magnetisiert wird. Somit wird die Armatur 64, wenn der Magnet 72 so positioniert ist, daß er einen der Armatur 64 gegenüberliegenden magnetischen Nordpol darstellt, und der Magnet 73 so positioniert ist, daß er einen der Armatur 64 gegenüberliegenden magnetischen Südpol darstellt, magnetisch von dem Magneten 72 abgestoßen und magnetisch in Richtung des Magneten 73 angezogen. Als Ergebnis wird das Rohr 60 in Fig. 2 nach unten verbogen. Das Rohr 60 in Fig. 2 kann auf ähnliche Weise durch einfaches Umkehren der Richtung des elektrischen Stroms in der Spule 42 auch nach oben verbogen werden.
Es ist leicht zu verstehen, daß, falls das Rohr 60 in Fig. 2 nach oben gebogen wird, Fluid durch das Rohr 60 und durch die Spitze 66 in die Fluidkanäle 84 fließen wird. Andererseits, falls das Rohr 60 in Fig. 2 nach unten gebogen wird, wird Fluid durch das Rohr 60 und durch die Spitze 66 in die Kanäle 86 fließen. Somit kann der Fluidfluß in die Fluidkanäle 84 und 36 wahlweise durch einfaches Steuern der Richtung des elektrischen Stroms in der Spule 42, die die Richtung bestimmt, in die das Rohr 60 gebogen wird, gesteuert werden.
Vorteilhafterweise kann, wie oben erwähnt, durch Versehen der Aufnahmeplatte 80 mit einer konkaven Aussparung 82, die einen Krümmungsradius hat, der im wesentlichen gleich dem Radius der Krümmung des Durchgangswegs, über den sich das stromabwärtsseitige Ende des Rohrs 60 bewegt, eine relativ enge Toleranz zwischen der Spitze 66 und der konkaven Aussparung 82 beibehalten werden. Als Ergebnis kann, wie in Fig. 2 dargestellt, der Fluidfluß durch das Rohr 60 durch Positionieren des Rohres 60 in der nicht verbogenen Position, so daß die durch die Spitze 66 gebildete Öffnung zwischen den Fluidkanälen 84 und 86 liegt, nahezu gestoppt werden. Während etwas Fluidaustritt immer noch zu erwarten ist, wird der Fluidaustritt im Vergleich zu Strahlrohrventilen gemäß dem Stand der Technik minimal sein. In der Tat kann die Leistungsfähigkeit des Servoventils 10 an die herkömmlicher Steuerkolbenventile heranreichen, während sie viel billiger und viel leichter herzustellen und zu warten sind.
Wie oben bemerkt, wird wahrscheinlich wenigstens etwas Fluid in das Innere des Körpers 20 aus den durch die Spitze 66 gebildeten Öffnungen treten. Derartiges Fluid kann gelegentlich magnetische Teilchen enthalten, die in Richtung der Magneten 72 und 73 laufen und an diesen haften können. Es ist leicht zu verstehen, daß ein derartiger Zustand einen signifikanten gegenteiligen Effekt auf die Leistung des Servoventils 10 ausübt.
Um zu verhindern, daß magnetische Teilchen mit den Magneten 72 und 73 in Kontakt kommen, können geeignete Filter um die Spitze 66 vorgesehen werden. Beispielsweise kann ein herkömmliches poröses Metallmaterial um die Spitze 66 vorgesehen werden, um als Filter für magnetisierte Teilchen in dem Fluid zu wirken. Alternativ kann eine Reihe von Leitblechen 92, um die Spitze 66, wie in Fig. 2 gezeigt, vorgesehen werden und magnetische Filter 93 können dazwischen positioniert werden. Wenn magnetische Teilchen durch die Leitbleche 92 laufen, werden die magnetischen Filter 93 derartige Teilchen einfangen und verhindern, daß sie mit den Magneten 72 und 73 in Kontakt kommen.
Wie schematisch in Fig. 2 gezeigt, kann das Servoventil 10, falls erwünscht, mit einem geeigneten Stellglied 12 verbunden werden. Somit kann durch Richten von Fluid durch den Kanal 84 in der Aufnahmeplatte 80 unter Druck gesetztes Fluid durch den Kanal 14 geführt werden, um ein Herausschieben der Kolbenstange 13 des Stellglieds 12 zu bewirken. Danach kann Fluid durch den Kanal 86 in der Aufnahmeplatte 80 in den Kanal 15 geführt werden, was ein Zurückziehen der Kolbenstange 13 bewirken würde.
Vorteilhafterweise kann ein Stellglied 12 direkt mit dem Servoventil 10 mittels einer geeigneten Muffe (nicht gezeigt) verbunden werden. In diesem Fall kann ein O-Ring 26 um den Körper 20, wie gezeigt, vorgesehen werden, um ein Abdichten der Muffe um das stromabwärtsseitige Ende 28 des Körpers 20 zu erleichtern.
Aus der obigen Diskussion wird verständlich, daß die vorliegende Erfindung eine Servoventilvorrichtung schafft, die leicht bei hohen Fluidflußraten verwendet werden kann und die leicht eine relativ hohe Leistungsausgabe schafft, die aber nicht die sehr engen Toleranzen vieler Ventilvorrichtungen gemäß dein Stand der Technik erfordert. Es wurde beispielsweise gefunden, daß die Servoventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung leicht mit Fluidraten in dem Bereich von ungefähr 0,06 Liter pro sec. (eine Gallone pro Minute) bis ungefähr 0,25 Liter pro sec. (vier Gallonen pro Minute) verwendet werden kann. Dies ist 10-40 mal höher als die Fluidraten, die typischerweise mit herkömmlichen Strahlrohrventilen verwendet werden.
Der physische Aufbau der Servoventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es auch, das Servoventil viel kleiner als viele herkömmliche Ventile aufzubauen. Die kleine Größe und das relativ geringe Gewicht der Servoventilvorrichtung wird auch teilweise aufgrund der Verwendung von Seltenerdmagneten in der Servoventilvorrichtung erzielt.
Die Erfindung kann auch in anderen bestimmten Formen ohne von ihren wesentlichen Charakteristika abzuweichen, ausgebildet werden. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht nur als illustrativ und nicht als beschränkend anzusehen. Der Umfang der Erfindung ist deshalb durch die angefügten Ansprüche und nicht durch die vorangegangene Beschreibung bezeichnet. Alle Änderungen, die in Bedeutung und Bereich der Äquivalenz der Ansprüche fallen, sind in ihrem Umfang miteingeschlossen.

Claims

1. Eine Servoventilvorrichtung zur Verwendung in Fluidsystemen, umfassend

ein flexibles Rohr (60) mit einem stromaufwärtsseitigen Ende und einem stromabwärtsseitigen Ende;

eine Einrichtung (32) zum Verbinden einer Fluidquelle mit dem stromaufwärtsseitigen Ende des flexiblen Rohrs;

eine benachbart zu dem stromabwärtsseitigen Ende des flexiblen Rohrs positionierte Aufnahmeplatte (80), wobei die Aufnahmeplatte wenigstens einen in derselben ausgebildeten Fluidkanal (84) aufweist;

eine Armatur (64), die an dem flexiblen Rohr befestigt ist;

eine leitende Spule (16, 42), die wenigstens einen zum stromaufwärtsseitigen Ende des flexiblen Rohrs benachbarten Abschnitt umgibt;

eine Magnetanordnung (72, 73), die an der Seite der Armatur positioniert ist, um wahlweise die Armatur in Abhängigkeit der Richtung eines der Spule zugeführten elektrischen Stroms anzuziehen oder abzustoßen, so daß die Armatur das Rohr ablenkt, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Spule (16, 42) die Armatur magnetisiert, wenn der Spule elektrischer Strom zugeführt wird; und sie weiter eine Einrichtung (92, 93) aufweist, die verhindert, daß magnetische Teilchen mit der Magnetanordnung (72, 73) in Kontakt kommen.

2. Eine Servoventilvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Einrichtung, die verhindert, daß magnetische Teilchen mit der Magnetanordnung in Kontakt kommen, aufweist:

eine Mehrzahl von Leitblechen (92), die zwischen dem stromabwärtsseitigen Ende des flexiblen Rohrs (60) und der Magnetanordnung (72, 73) positioniert sind; und

wenigstens einen magnetischen Filter (93), der in der Nähe der Leitbleche positioniert ist.

3. Eine Servoventilvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Magnetanordnung einen ersten Magneten (72) und einen zweiten Magneten (73) aufweist, wobei der erste und der zweite Magnet an im wesentlichen gegenüberliegenden Seiten des Rohrs (60) positioniert sind, wobei der erste Magnet so positioniert ist, daß ein magnetischer Nordpol der Armatur gegenüberliegt, und der zweite Magnet so positioniert ist, daß ein magnetischer Südpol der Armatur gegenüberl iegt.

4. Eine Servoventilvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher das Rohr (60) aus elastischem Material besteht.

5. Eine Servoventilvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Endplatte (30), die mit dem stromaufwärtsseitigem Ende des flexiblen Rohrs verbunden ist, und in welcher die Einrichtung zum Verbinden einer Fluidquelle mit dem stromaufwärtsseitigen Ende des flexiblen Rohrs einen Nippel (32) aufweist, der an der Endplatte, die mit dem flexiblen Rohr kommuniziert, befestigt ist.

6. Eine Servoventilvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Aufnahmeplatte eine konkave Aussparung (82) aufweist, die in dieser zur Aufnahme des stromabwärtsseitigen Endes des flexiblen Rohrs gebildet ist.

7. Eine Servoventilvorrichtung nach Anspruch 6, in welcher die konkave Aussparung (82) einen Krüimungsradius hat, der im wesentlichen gleich dein Krümmungsradius des stromabwärtsseitigen Endes des flexiblen Rohrs während der Ablenkung ist.

8. Eine Servoventilvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die leitende Spule aufweist:

eine Spindel (40), die wenigstens einen zum stromaufwärtsseitigen Ende des flexiblen Rohrs benachbarten Abschnitt umgibt; und

einen elektrischen Leiter (42), der um die Spindel gewickelt ist, so daß die leitende Spule gebildet wird.

9. Eine Servoventilvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher der Abschnitt der Armatur (64) in der Nähe der leitenden Spule diametral vergrößert ist.

10. Eine Servoventilvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Magnetanordnung (72, 73) aus einem Seltenerdmetallmaterial gebildet ist.

11. Eine Servoventilvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Spitze (66), die an dem stromabwärtsseitigen Ende des flexiblen Rohrs gesichert ist, wobei die Spitze als eine Fluidöffnung, die mit dem flexiblen Rohr kommuniziert, ausgestaltet ist.

12. Eine Servoventilvorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Einrichtung zur wahlweisen Positionierung des flexiblen Rohrs relativ zu der leitenden Spule und der Aufnahmeplatte.

13. Eine Servoventilvorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die Armatur (64) mit zwei, im allgemeinen einander gegenüberliegenden, planaren Flächen gebildet ist, wobei jede Fläche im allgemeinen einem entsprechenden Magneten gegenüberliegt.

14. Eine Servoventilvorrichtung nach Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch

einen im wesentlichen zylindrischen Körper (20);

eine im wesentlichen mit der Längsachse des zylindrischen Körpers koaxiale Positionierung des flexiblen Rohrs innerhalb des zylindrischen Körpers;

eine Endplatte, die mit dem stromaufwärtsseitigen Ende des flexiblen Rohrs verbunden ist, wobei die Endplatte einen Nippel, der mit dem flexiblen Rohr kommuniziert, hat;

eine Spindel, die wenigstens einen zum stromaufwärtsseitigen Ende des flexiblen Rohrs benachbarten Abschnitt umgibt;

einen elektrischen Leiter, der um die Spindel gewickelt ist, so daß die leitende Spule gebildet wird;

Befestigung der Armatur an dem flexiblen Rohr, so daß sie benachbart zur Spindel ist, wobei ein Abschnitt der Armatur in der Nähe der Spindel diametral vergrößert ist;

einen ersten Magneten und einen zweiten Magneten, wobei der erste und der zweite Magnet aus Seltenerdmetallmaterial bestehen und an im wesentlichen gegenüberliegenden Seiten des flexiblen Rohrs positioniert sind, wobei der erste Magnet so positioniert ist, daß ein magnetischer Nordpol der Armatur gegenüberliegt, und der zweite Magnet so positioniert ist, daß ein magnetischer Südpol der Armatur gegenüberliegt;

eine Spitze, die an dem stromabwärtsseitigen Ende des flexiblen Rohrs gesichert ist, wobei die Spitze als eine Fluidöffnung, die mit dem flexiblen Rohr kommuniziert, ausgestaltet ist; und

Versehen der Aufnahmeplatte mit einer konkaven Aussparung, die in dieser zur Aufnahme der an dem stromabwärtsseitigen Ende des flexiblen Rohrs gesicherten Spitze gebildet ist, wobei die konkave Aussparung einen Krümmungsradius hat, der im wesentlichen gleich dem Krümmungsradius des stromabwärtsseitigen Endes des flexiblen Rohrs während der Ablenkung ist, und die Aufnahmeplatte wenigstens einen in derselben ausgebildeten Fluidkanal aufweist, der mit der konkaven Aussparung kommuniziert.

15. Eine Servoventilvorrichtung nach Anspruch 14, weiter umfassend eine Einrichtung zur wahlweisen Positionierung der Endplatte relativ zu der Spindel, wodurch die Position des flexiblen Rohrs wahlweise gesteuert werden kann.

16. Eine Servoventilvorrichtung nach Anspruch 14, weiter umfassend eine an dem Körper gesicherte Stellgliedeinrichtung, die so ausgelegt ist, daß sie mittels Fluid, das in die Fluidkanäle in der Aufnahmeplatte gerichtet ist, gesteuert wird.