DE1192471B - Elektro-hydraulisches Servo-Ventil - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F06k

Deutsche Kl.: 47 g-29

Nummer: 1192 471

Aktenzeichen: C1380Q ΧΠ/47 g

Anmeldetag: 12. Oktober 1956

Auslegetag: 6. Mai 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektro-hydraulisches Servo-Ventil, insbesondere für Flugzeuge und Raketen, mit einem Schieberkolben zur Steuerung der Durchflußmenge in den Zulauf-, Ablauf- und Verbraucherleitungen, ferner mit einer Verbindung, die die Zulaufleitung einerseits über je eine Drosselstelle an je eine an den beiden Schieberkolbenenden vorgesehene Kammer und andererseits an ein feststehendes Düsenpaar anschließt, sowie schließlich mit einer magnetischen Zunge zwischen den Düsen, welche die durch diese hindurchströmende Flüssigkeitsmenge in Abhängigkeit von einer durch elektromagnetische Kraft bewirkten Auslenkung der Zunge regelt.

Die bekannten Servo-Ventile dieser Art wollen die Aufgabe lösen, eine Proportionalität zwischen dem Steuersignal bzw. der Zungenauslenkung und der Verstellung des Schieberkolbens zu gewährleisten.

Eine bekannte Ausführungsform, die zwei Steuermagnete und ein ausgewuchtetes Verschlußstück benötigt, ist jedoch hierzu praktisch nicht in der Lage, weil es aus Herstellungsgründen kaum möglich ist, beide Steuermagnete genau gleich auszubilden und das schwingende Verschlußstück in jeder Lage genau auszuwuchten.

Eine andere bekannte Ausführungsform mit nur einem Steuermagneten kann die Aufgabe nicht lösen, weil die Rückstellung der federnden Zunge durch deren Rückstellkraft erfolgt.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugründe, die Mängel dieser bekannten Ausführungsformen zu beseitigen, d. h. die Proportionalität mit einfachen Mitteln im Rahmen der vorhandenen Herstellungsgenauigkeiten tatsächlich zu gewährleisten.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die aus federndem Werkstoff bestehende, an ihrem einen Ende fest eingespannte Zunge mit ihrem federnden Ende zwischen den Polschuhen eines Permanentmagneten angeordnet ist, der mit einem mit seiner Wicklung die Zunge umgebenden Elektromagneten baulich zu einem Permanentelektromagneten vereinigt ist und bei nicht erregtem Elektromagneten die Zunge in ihrer jeweiligen Stellung zwischen den Düsen zu halten vermag, und daß die Federkonstante der Zunge und die Polstärke des Permanentmagneten so gegeneinander abgestimmt sind, daß sich die magnetische Anziehungskraft des Permanentmagneten und die Rückstellkraft der Zunge bei jeder beliebigen Zungenauslenkung aufheben.

Mit dem Servo-Ventil nach der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß mit einfachen Mitteln die Proportionalität zwischen dem elektrischen Steuersignal und Elektro-hydraulisches Servo-Ventil

Anmelder:

Moog ServQcontrols Inc.,

East Aurora, N. Y. (V, St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. J. Giliard, Patentanwalt,

München 9, Lindenstr. 21

Als Erfinder benannt:
William Curt Moog jun.,
East Aurora, N. Y. (V. St. A.)

dem Verstellweg des Schieberkolbens exakt gewährleistet wird. Dazu genügt ein einziger Permanentelektromagnet. Darüber hinaus werden die Vorteile erzielt, daß die Arbeitsgenauigkeit der Einrichtung durch Druckschwankungen der Druckflüssigkeit nicht beeinträchtigt wird und daß die Zunge im Luftspalt des Permanentelektromagneten bei der Montage des Servo-Ventils nicht mehr genau zentriert werden muß, weil sich die auslenkende Kraft des Permanentmagneten und die Rückstellkraft der Zunge stets ausgleichen.

Zweckmäßig sind jeder Düse des Düsenpaares Verunreinigungen der Druckflüssigkeit aufnehmende Filter zugeordnet, die aus einem porösen Metallkörper, einem Magneten und einem aus feinem Draht aufgebauten Netzsieb bestehen. Dadurch wird es möglich, die Zunge in sehr geringem Abstand von z. B. nur 0,025 mm von den Düsenmündungen anzuordnen.

Vorteilhaft wird an die Zulaufleitung je eine Kammer angeschlossen, die den aus dem porösen Metallkörper und dem Magneten gebildeten Filter aufnimmt und von der eine Leitung ausgeht, die sich in eine nach der Düse und in eine nach dem Stirnende der Führung für den Schieberkolben mündende Leitung verzweigt. Dadurch lassen sich die Filter bei Verschmutzung leicht auswechseln und Verunreinigungen sowohl von den Düsen als auch von den Kammern beiderseits der Schieberkolbenenden fernhalten.

Schließlich ist es noch nützlich, daß der mit der Zunge zusammengebaute Permanentelektromagnet sowie die Düsen in einer Sumpfkammer flüssigkeitsdicht eingeschlossen sind, die über eine mit einer

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Drosselstelle versehene, durch das Ventilgehäuse hin- einerseits zu einer ortsfesten Düse 34 und andererdurchgeführte Leitung und einen an sie anschließen- seits zu einem Kanal 35, der sich rund um und durch den Hohlraum mit der Ablauföffnung verbunden ist. die zylindrische Buchse 10 hindurch erstreckt und Durch die Drosselstelle werden Rückwirkungen bei mit der Kammer 21 am Ende des Schieberkolbens 15 Verstellung des Schieberkolbens auf den Ölsumpf 5 verbunden ist. und damit auf die Zunge ausgeschlossen. Die Düsen 34 sitzen im oberen Teil des Ventil-

Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungs- gehäuses 1. Ring-, Radial- und Axialkanäle 36 verbeispiel des Servo-Ventils nach der Erfindung. Dabei binden das Innere jeder Düse 34 mit der zugehörigen zeigt diagonalen Leitung 33 für den Zulauf von Druck-

F i g. 1 den lotrechten Längsschnitt durch die io flüssigkeit. Vor dem Eintritt in jede Düsenkammer 37 Achse des Schieberkolbens, passiert die Druckflüssigkeit ein korbartig aus feinem

F i g. 2 den waagerechten Schnitt nach der Linie Draht aufgebautes Netzsieb 38 und verläßt die Düsen-II-II der F i g. 1, kammer 37 über die Düsenmündung 39. Beide Düsen

F i g. 3 den waagerechten Schnitt nach der Linie 34 sind untereinander gleich und miteinander gleich-III-III der F i g. 1, 15 achsig und richten den aus ihren Mündungen 39 aus-

F i g. 4 den waagerechten Schnitt nach der Linie tretenden Druckflüssigkeitsstrahl gegen eine zwischen IV-IV der F i g. 1 und ihnen angeordnete, bewegliche Zunge 40. Die beweg-

F i g. 5 den Schnitt nach der Linie V-V der F i g. 1. liehe Zunge 40 gehört zu einem Permanentelektro-

Das vorzugsweise aus Aluminium hergestellte Ven- magneten 41, der über die Leitungen 42 an einen tilgehäuse 1 hat auf seiner Unterseite eine Zulauf- ²⁰ Steckkontakt angeschlossen ist. Der Permanentleitung 2 für die Druckflüssigkeit, Verbraucherleitun- magnet besteht aus den beiden Magneten 43 und 44, gen3 und 4 und eine Ablaufleitung5 (Fig. 5). Die die Polschuhe45 und 46 tragen, zwischen deren obe-Verbraucherleitungen 3 und 4 verbinden das Servo- ren Enden das eine Ende der Zunge 40 mit Winkeln Ventil mit dem zu betätigenden Verbraucher 6, der 47 fest eingespannt ist, während sich das andere Ende in Fig. 1 schematisch durch eine Zylinder-Kolben- 25 der Zunge durch den Luftspalt zwischen den anderen Einheit mit zweiseitig wirkendem Kolben dargestellt Enden der Polschuhe 45 und 46 hindurch bis in den ist. Der Zulaufleitung 2 wird über eine Druckleitung 7 Raum zwischen den Düsen 34 erstreckt. Die Zunge mit einer Druckpumpe Druckflüssigkeit aus einem 40 ist von einer an die Leitungen 42 angeschlossenen Vorratsbehälter zugeführt. Die Zulaufleitung 2 ist mit Wicklung 48 umgeben, deren veränderliches Feld einem Ringkanal 8 (F i g. 1 und 5) in einer in der 3° sich beim Eintreffen elektrischer Impulse dem Feld Bohrung 9 des Ventilgehäuses 1 sitzenden Buchse 10 des Permanentmagneten überlagert und die Zunge 40 verbunden. Die Buchse 10 hat weitere gegeneinander zwischen den Polschuhen 45 und 46 und den beiden abgedichtete Ringkanäle 11,12,13,14, von denen die Düsen 34 mehr oder weniger in der einen oder ande-Ringkanäle 12 und 13 mit den Verbraucherleitun- ren Richtung auslenkt. Dabei werden für die aus den gen 3 und 4 und die Ringkanäle 11 und 14 mit der 35 Düsen 34 austretende Flüssigkeit veränderliche Auf-Ablaufleitung 5 verbunden sind. Von allen Ring- prallflächen auf den Zungenflächen gebildet, die kanälen führen radiale Bohrungen in die Bohrung der proportional zur Zungenauslenkung und damit zum Buchse 10, in der ein Schieberkolben 15 mit in Ab- Steuersignal Änderungen des Druckgefälles ergeben, stand voneinander liegenden Ringnuten 16 und 17 zur so daß der Flüssigkeitsdruck in der einen Düsenwahlweisen Verbindung des Ringkanals 8 mit der 40 kammer 37 ansteigt, in der anderen Düsenkammer Verbraucherleitung 3 oder 4 axial verschiebbar unter- 37 dagegen fällt, gebracht ist. Die Zunge 40 besteht aus federndem magnetischen

Der Schieberkolben 15 ist in der Buchse 10 zwi- Werkstoff geringer Hysteresis. Die Zunge 40 hat inschen vom Ventilgehäuse 1 abnehmbaren Kappen 18 folge der hochliegenden Einspannung zwischen den und 19 und untereinander gleichen Druckfedern 20 45 Winkeln 47 im Luftspalt zwischen den Polschuhen zentrierbar so gelagert, daß beiderseits der Schieber- 45 und 46 eine verhältnismäßig kleine Federkonstante kolbenenden Kammern 21 entstehen, die in später er- und ist im Luftspalt frei beweglich. Gemäß der Erläuterter Weise mit dem Düsenpaar verbunden sind. findung heben sich die Rückstellkraft der Zunge 40^

Von der Druckflüssigkeit im Ringkanal 8 wird ein und die Anzugskraft des Permanentmagneten 43, 44 Teil durch eine senkrechte Bohrung 22 zur Querboh- 50 in allen Stellungen der Zunge 40 gegenseitig auf. Sorung23 abgeleitet, die mit Kammern 24 verbunden lange keine Impulse eine die Zunge 40 umgebende ist, die jeweils einen Filtereinsatz 25 aufnehmen. Der Wicklung 48 erregen und die Drücke in den beiden Einsatz besteht aus einem hohlen, porösen Metall- Düsenkammern 37 gleich groß sind, zentrieren die körper 26, durch den die Druckflüssigkeit hindurch- aus den Düsenmündungen 39 austretenden Flüssiggeht und der alle von der Druckflüssigkeit mitgeführ- 55 keitsstrahlen die Zunge 40. Etwaige Druckschwanten Verunreinigungen zurückhält, die eine bestimmte kungen der Druckflüssigkeit werden in beiden Düsen Größe überschreiten. Der poröse Metallkörper 26 ist 34 in gleicher Weise wirksam. Die Verstärkung des mit einem Hohlpfropfen 27 verbunden, der auf einem Servo-Ventils wird deshalb durch solche Druckin der Kammer 24 eingesetzten Haltepfropfen 28 Schwankungen nicht beeinflußt, wodurch besondere sitzt und einen in den Hohlpfropfen 27 ragenden Ma- 60 Druckregler überflüssig werden, gneten 29 trägt. Die Druckflüssigkeit strömt aus dem Die Düsen 34 und der Permanentelektromagnet 41

Hohlraum des porösen Metallkörpers 26 durch eine sind in einer flüssigkeitsdicht auf das Ventilgehäuse 1 axiale Bohrung 30 hindurch, vorbei am Magneten 29, aufgesetzten Kappe 49 eingeschlossen, die eine druckder eventuell mitgeführte Metallteilchen festhält, und flüssigkeitsgefüllte Sumpf kammer 50 begrenzt. Die über radiale Bohrungen 31 in die Kammer 24 und 65 Sumpfkammer 50 ist über eine mit einer Drosselstelle von dort in eine Leitung 32, die mit einer sich in 51 versehene Leitung 52 mit einem Hohlraum 53 diagonaler Richtung erstreckenden Leitung 33 ver- verbunden, der mit der Ablaufleitung 5 in Verbinbunden ist. Jede Leitung 33 führt entsprechend F i g. 1 dung steht. Außerdem steht der Hohlraum 53 über je

eine Leitung 54 mit den Ringkanälen 11 und 14 in Verbindung.

Das Servo-Ventil nach dem Ausführungsbeispiel arbeitet folgendermaßen: Bei Nichterregung der Wicklung 48 und zentriertem Schieberkolben 15 strömt die Druckflüssigkeit aus der Druckleitung 7 durch die Zulaufleitung 2 und den gegenüber dem Schieberkolben 15 verschlossenen Ringkanal 8, die lotrechte Bohrung 22 und die Querbohrung 23 hindurch über die Filtereinsätze 25 (F i g. 1 und 5) in die Leitung 32 und von dort durch die Diagonalleitungen 33 hindurch einerseits in die beiden Kammern 21 an den Enden des Schieberkolbens 15 und andererseits in die Düsenkammern 37 jeder Düse 34. Aus den Düsenmündungen 39 trifft dann die Druckflüssigkeit in einander entgegengesetzten Strahlen auf die Zunge 40 und zentriert sie im Luftspalt zwischen den Polschuhen 45 und 46. Da außerdem auch die Drücke in den beiden Kammern 21 an den Enden des Schieberkolbens 15 gleich groß sind, ist die hydraulische Einrichtung ausgeglichen, und der Schieberkolben 15 und die Zunge 40 bleiben zentriert.

Wenn jedoch der (nicht dargestellte) Impulsgeber über die Leitungen 42 zur Korrektur des Verbrauchers Impulse sendet, wird die Wicklung 48 erregt und die Zunge 40 je nach der Richtung des Impulses nach links oder rechts gegen eine Düse 34 ausgelenkt. Bewegt sich die Zunge 40 z. B. gegen die linke Düse 34, dann wird der Flüssigkeitsaustritt aus der linken Düsenmündung 39 gedrosselt, jener aus der rechten Düsenmündung 39 dagegen erhöht. Infolgedessen steigt der Flüssigkeitsdruck in der linken Düsenkammer 37 und fällt in der rechten Düsenkammer. Diese Druckänderungen übertragen sich über die beschriebenen Verbindungen auf die Kammern 21 an den Enden des Schieberkolbens 15 und verstellen diesen nach rechts. Die Druckflüssigkeit kann dann aus dem Ringkanal 8 in die Ringnut 16 und von dort über den Ringkanal 15 und die Verbraucherleitung 3 auf die linke Zylinderseite der den Verbraucher 6 darstellenden Zylinder-Kolben-Einheit kommen, während von der rechten Zylinderseite des Verbrauchers 6 " Druckflüssigkeit über die Verbraucherleitung 4, den Ringkanal 13, die Ringnut 17, die Leitung 54 und den Hohlraum 53 zur Ablaufleitung 5 gelangt. Dabei wird der Kolben des Verbrauchers 6 proportional zum elektrischen Impuls verstellt. Sobald die elektrischen Impulse ausbleiben, drückt der aus der linken Düsenmündung 39 austretende Flüssigkeitsstrahl mit höherem Druck die Zunge 40 wieder in die Ausgangslage zurück, bis sich die Drücke in den beiden Düsenkammern 37 und damit auch in den Kammern 21 an den Enden des Schieberkolbens 15 das Gleichgewicht halten. Der Schieberkolben 15 kehrt dabei in die Ausgangslage zurück und verschließt den Ringkanal 8.

Wenn der elektrische Impuls auf den Permanentelektromagneten 41 im umgekehrten Sinn einwirkt, wird die Zunge 40 nach rechts unter entsprechender Druckzunahme in der rechten Düsenkammer 37 und der rechten Kammer 21 am Ende des Schieberkolbens 15 ausgelenkt, während der Druck in der linken Düsenkammer 37 und der zugehörigen rechten Kammer 21 fällt. Dabei wird der Schieberkolben 15 in F i g. 1 nach links verschoben und der Verbraucher 6, wie vorher beschrieben, jedoch im umgekehrten Sinn, betätigt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektro-hydraulisches Servo-Ventil, insbesondere für Flugzeuge und Raketen, mit einem Schieberkolben zur Steuerung der Durchflußmenge in den Zulauf-, Ablauf- und Verbraucherleitungen, ferner mit einer Verbindung, die die Zulaufleitung einerseits über je eine Drosselstelle an je eine an den beiden Schieberkolbenenden vorgesehene Kammer und andererseits an ein feststehendes Düsenpaar anschließt, sowie schließlich mit einer magnetischen Zunge zwischen den Düsen, welche die durch diese hindurchströmende Flüssigkeitsmenge in Abhängigkeit von einer durch elektromagnetische Kraft bewirkten Auslenkung der Zunge regelt, dadurchgekennzeichnet, daß die aus federndem Werkstoff bestehende, an ihrem einen Ende (an den Winkeln 47) fest eingespannte Zunge (40) mit ihrem federnden Ende zwischen den Polschuhen (45 und 46) eines Permanentmagneten (43,44) angeordnet ist, der mit einem mit seiner Wicklung (48) die Zunge umgebenden Elektromagneten baulich zu einem Permanentelektromagneten (41) vereinigt ist und bei nicht erregtem Elektromagneten die Zunge in ihrer jeweiligen Stellung zwischen den Düsen (34) zu halten vermag, und daß die Federkonstante der Zunge und die Polstärke des Permanentmagneten so gegeneinander abgestimmt sind, daß sich die magnetische Anziehungskraft des Permanentmagneten und die Rückstellkraft der Zunge bei jeder beliebigen Zungenauslenkung aufheben.

2. Servo-Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Düse (34) des Düsenpaares Verunreinigungen der Druckflüssigkeit aufnehmende Filter zugeordnet sind, die aus einem porösen Metallkörper (26), einem Magneten (29) und einem aus feinem Draht aufgebauten Netzsieb (38) bestehen.

3. Servo-Ventil nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zulaufleitung (2,8,22,23) je eine Kammer (24) angeschlossen ist, die den aus dem porösen Metallkörper (26) und dem Magneten (29) gebildeten Filter aufnimmt und von der eine Leitung (32) ausgeht, die sich in eine nach der Düse (34) und in eine nach dem Stirnende (Kammer 21) der Führung für den Schieberkolben (15) mündende Leitung (33) verzweigt.

4. Servo-Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Zunge (40) zusammengebaute Permanentelektromagnet (41) sowie die Düsen (34) in einer Sumpfkammer (50) flüssigkeitsdicht eingeschlossen sind, die über eine mit einer Drosselstelle (51) versehene, durch das Ventilgehäuse (1) hindurchgeführte Leitung (52) und einen an sie anschließenden Hohlraum (53) mit der Ablauföffnung (5) verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 672 575, 836 705, 831787,835 970;

französische Patentschrift Nr. 1103 233; britische Patentschrift Nr. 728 534; USA.- Patentschriften Nr. 1493 409, 2 292 477, 425 007, 2 573 369, 2 634 086, 2 655 940.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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