DE2916359A1

DE2916359A1 - Servoventil

Info

Publication number: DE2916359A1
Application number: DE19792916359
Authority: DE
Inventors: Robert V Burton
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1978-04-28
Filing date: 1979-04-23
Publication date: 1979-11-08
Also published as: SE7903593L; US4368750A; IT7948801A0; IT1117190B; GB2020064B; GB2020064A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Servoventil nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Bekannte Servoventile bestehen im allgemeinen aus einem Steuerventil und einem nachgeschalteten Verstärkerventil. In der DE-OS 28 20 333 wurde bereits ein Steuerventil vorgeschlagen, bei dem ein bewegliches Element eine erste Ausgangsgröße steuert, die ihrerseits auf ein Verstärkerventil einwirken kann. Zur Stabilisierung des Betriebs sind bei dem erwähnten Steuerventil Mittel vorgesehen, um auf das bewegliche Element einzuwirken.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Servoventil der eingangs genannten Art so auszubilden, daß dessen stabiler Betrieb mit relativ einfachen Mitteln gewährleistet ist. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den ünteransprüchen entnehmbar.

Das erfindungsgemäße Servoventil umfaßt ein Steuerventil zur Bildung einer Steuergröße in Abhängigkeit von der Lage eines beweglichen Elementes, ein auf die Steuergröße ansprechendes Verstärkerventil zur Bildung einer Ausgangsgröße in Abhängigkeit von der Steuergröße und eine auf die Ausgangsgröße ansprechende Antriebseinrichtung für die Rückführung des beweglichen Elementes. Die die Rückführung des beweglichen Elementes bewirkende Antriebseinrichtung benutzt handelsübliche von der Ausgangsgröße beaufschlagte Kugeln in einer Bohrung. Die Kugeln können in der Bohrung gegen das bewegliche Element durch eine einstellbare Federanordnung vorgespannt werden. Die Bohrung und die Kugeln brauchen nicht so fein bearbeitet zu werden, daß eine Abdichtung gegen das Fluid erzielt wird. Auf diese Weise erhält man eine äußerst einfache und kosteneffektive Rückführungseinrichtung.

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Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles"sei die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht der Rückführungs-Antriebseinrichtung und des Verstärkerventils des erfindungsgemäßen Servoventils? und /■""-.-

Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungs- ^:. gemäßen Servoventils. .";_-".

Wie aus den Figuren der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, besteht das Servoventil 10 aus drei grundlegenden Teilen: einem Steuerventil TI, einer Rückführungs-Antriebseinrichtüng 12 und'einem Verstärkerventil· 13·. Wie aus Fig. 2 in näheren Einzelheiten hervorgeht/ umfaßt das Steuerventil 11 ein Strahlrohr 14, das von einer elektrischen Spule 15 angetrieben wird, wobei der Spule 15 Strom über Anschlußklemmen 16 zugeführt wird. Die Spule 15 arbeitet mit Poischuhen 18 eines Magneten 17 zusammen, so daß das Strahlrohr 14 einen Fluidstrom an Düsen 21 und 22 zwecks Bildung einer Steuergröße für das nachgeschaltete Verstärkerventil 13 abgeben kann. Mit dem beweglichen Element in Form des Strahlrohres 14 ist ein Rückführungselement 23 über eine Feder 24 verbunden. Ein Fluid wird dem Strahlrohr 14 über eine Versorgungsleitung 25 zugeführt und über eine Leitung 26 rückgeführt und gesammelt. Hinsichtlich einer detaillierteren Beschreibung des Steuerventils 11 sei auf die DE-QS 28 20 verwiesen.

Das über die Anschlüsse 21 und 22 aufgenommene Fluid wird als Steuergröße über die Leitungen 31 und 32 dem Verstärkerventil 13 zugeführt. Die Leitung 31 ist an eine Steuerkammer 33 und die Leitung 32 ist an eine Steuerkammer 34 des Verstärkerventils 1 3 angeschlossen.

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Das Verstärkerventil 13 umfaßt eine zentrale Bohrung, in der ein Kolben mit Führungsstegen 36, 37 und 38 angeordnet ist. Der Kolben ist durch Zentrierfedern 41 und 42 innerhalb der Steuerkammern 33 und 34 zentriert. Ein Stopfen 43 spannt die Feder 41 gegen den Führungssteg 36 vor und kann beispielsweise durch ein Schraubgewinde mit dem Gehäuse des Verstärkerventils 13 verbunden sein. Die Feder 42 wird gegen den Führungssteg 38 durch einen Stopfen 44 vorgespannt, der erneut in irgendeiner geeigneten Weise in das Gehäuse des Verstärkerventils eingesetzt sein kann. Rückführungskammern 51 und 52 sowie eine Zuführungskammer 53 weisen jeweils einen größeren Durchmesser als die Bohrung 35 auf. Die Rückführungskammern 51 und 52 sind mit einem Rückführungsanschluß 54 verbunden und die Zuführungskammer 53' ist mit einem Zuführungsanschluß 55 verbunden. Zwischen den FührungsStegen 36 und 37 wird in der Bohrung 35 eine Ausgangskammer 56 und zwischen den Stegen 37 und 38 wird eine Ausgangskammer 57 definiert. Die Ausgangskammer 56 liefert ein Ausgangsfluid an den Ausgangsanschluß 61 und die Ausgangskammer 57 liefert ein Ausgangsfluid an den Ausgangsanschluß 62. Wenn der Kolben aus seiner Mittelstellung in die eine oder andere Richtung bewegt wird, so wird einer der Ausgangsanschlüsse bzw. 62 mit dem Zuführungsanschluß 55 verbunden, und der jeweils andere Ausgangsanschluß wird mit dem Rückführungsanschluß 54 verbunden. O-Ringe 93 und 94 sind vorgesehen, um die Steuerkammern 33 und 34 des Verstärkerventils 13 abzudichten.

Die Rückführungs-Antriebseinrichtung 12 besitzt einen engen Schlitz 71, in welchen sich das Rückführungselement 23 des Steuerventils erstreckt. Das Element 23 ist L-förmig ausgebildet und schwenkt um einen Schwenkpunkt 72 im Knickpunkt des Elementes 23. Das Rückführungselement 23 wird durch Kugeln 73 und 74 bewegt, die zu beiden Seiten eines Armes des Elementes 23 aut dieses einwirken. Die Kugeln 73 und 74 sind in einem Teil mit reduziertem Durchmesser einer Bohrung 75 angeordnet. Zu beiden Enden der Bohrung 75 befinden sich Steuerkammern 76 und 77 mit einem Durchmesser, der gegenüber dem die Kugeln 73 und 74 führenden Bohrungsteil erweitert ist. In die

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Steuerkammer 76 ragt ein Stopfen 78, der von einer Platte 81 gehalten wird, welche mit dem Gehäuse der Antriebseinrichtung 12 durch irgendeine geeignete Einrichtung, wie beispielsweise eine Schraube 82, befestigt ist. Der Stopfen 78 wirkt gegen eine Feder 83, um eine zentrierende Vorspannung auf die Kugeln 73 auszuüben. Ein O-Ring 84 dient der Abdichtung innerhalb der Steuerkammer 76.

In die Kammer 77 ragt ein Stopfen 85, der an einer Platte 86 befestigt ist, welche mit dem Gehäuse der Antriebseinrichtung 12 in geeigneter Weise befestigt ist. Durch die Platte 86 ragt eine Einstellschraube 87 für die Einstellung der zentrierenden Kraft einer Feder 88, die sich an den Kugeln 74 abstützt. Ein O-Ring 89 dient der Abdichtung der Steuerkammer 77.

Die Steuerkammer 76 ist mit der Ausgangskammer 56 des Verstärkerventils 13 über eine Leitung 91 verbunden und die Ausgangskammer 57 des Verstärkerventils 13 ist über eine Leitung 92 an die Steuerkammer 77 angeschlossen.

Anhand des vorstehend beschriebenen Aufbaus des Servoventils sei nachfolgend dessen Wirkungsweise beschrieben: Wenn sich das Strahlrohr 14 in seiner Mittelstellung befindet, so erhalten die Anschlüsse 21 und 22 gleiche Drücke durch den Fluidstrahl des Strahlrohres 14 zugeführt, so daß die Drücke innerhalb der Steuerkammern 33 und 34 einander gleich sind und der Kolben des Verstärkerventils 13 zentriert ist. Wird ein geeignetes Eingangssignal den Anschlüssen 16 der Spule zugeführt, so daß beispielsweise der Druck an dem Anschluß zunimmt und der Druck an dem Anschluß 22 abnimmt, so wächst der Druck in der Steuerkammer 34 ebenfalls an und der Druck in der Steuerkammer 33 fällt ab, wodurch der Kolben nach links verschoben wird. Der Führungssteg 36 verbindet die Rückführungskammer 51 mit der Ausgangskammer 56, so daß das Fluid von dem Anschluß 61 zu der Ausgangskammer 56 und über die Rückführungskammer 51 in die Rückführungsleitung 54 fließen kann. Zur gleichen Zeit verbindet der Führungssteg 37 die Versorgungskammer

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ORIGINAL INSPECTEP

mit der Ausgangskammer 57, so daB ein Fluid von dem Versorgungsanschluß 55 über die Versorgungskammer 53 und die Ausgangskammer 57 zu dem Ausgangsanschluß 62 fließen kann. In dieser Betriebsstellung ergibt sich eine Druckabnahme in der Ausgangskammer und ein Druckanstieg in der Ausgangskammer 57.

Da die Ausgangskammer 56 mit der Steuerkammer 76 der Rückführungs-Antriebseinrichtung 12 über die Leitung 91 verbunden ist, ergibt sich eine gleichzeitige Druckabnahme innerhalb der Steuerkammer 76. Gleichzeitig ergibt sich, da die Steuerkammer 77 mit der Ausgangskammer 57 verbunden ist, ein Druckanstieg in der Steuerkammer 77. Die Druckdifferenz über den Kugeln 73 und bewegt diese nach links, wodurch das Rückführungselement im Uhrzeigersinn rotiert und das Strahlrohr 14 in einer Richtung zurückgeführt wird, die auf einen Druckausgleich an den Anschlüssen 21 und 22 und auf eine Rückführung des Kolbens des Verstärkerventils 13 in seine Mittelstellung hinzielt.

Wenn andererseits das den Anschlüssen 16 der Spule 15 zugeführte elektrische Signal das Strahlrohr 14 so positioniert, daß der Druck an dem Anschluß 22 anwächst und der Druck an dem Anschluß 21 abfällt, so ergibt sich eine Druckerhöhung innerhalb der Steuerkammer 33 und eine Druckerniedrigung innerhalb der Steuerkammer 34 des Verstärkerventils 13. Der Kolben des Verstärkerventils 13 bewegt sich daher nach rechts und verbindet den Ausgangsanschluß 62 mit dem Rückführungsanschluß 54, wodurch der Druck in der Kammer 57 abfällt. Ferner verbindet der Kolben den Ausgangsanschluß 61 mit dem Versorgungsanschluß 55, wodurch der Druck in der Kammer 56 ansteigt. Dieser Betriebszustand führt zu einem erhöhten Druck innerhalb der Steuerkammer 76 und zu einem erniedrigten Druck innerhalb der Steuerkammer 77 der Rückführungs-Antriebseinrichtung 12, wodurch die Kugeln 73 und 74 nach rechts verschoben werden und das Rückführungselement 23 im Gegenuhrzeigersinn bewegt wird. Auf das Strahlrohr 14 wird somit im Sinne einer Rückführung in die Mittelstellung eingewirkt,

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wodurch auf einen Druckausgleich an den Anschlüssen 21 und 22 und auf eine Zentrierung des Kolbens des Verstärkerventiles 13 hingearbeitet wird, um den Druckunterschied zwischen den Ausgangsleitungen 61 und 62 aufrechtzuerhalten.

Die Kugeln 73 und 74 müssen in dem Teil der Bohrung 75 mit vermindertem Durchmesser gegen das Fluid nicht abdichtendes genügt, wenn sie den Druckunterschied zwischen den Steuerkammern 76 und 77 und dem Schlitz 71 aufrechterhalten. Jegliches Leckfluid, das aus diesen Kammern um die Kugeln 73 und 74 in die Kammer 71 eintritt, wird über die Rückführungsleitung 26 dem Rückführungsanschluß 54 zugeführt. Die Kammer bildet ebenfalls eine Rückführung für das Fluid, das an dem Strahlrohr 14 innerhalb des Steuerventils 11 austritt.

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Claims

291Bas9 HONEYWELL INC. ; / ■ Honeywell Plaza :: 1007346 Ge Minneapolis, Minn., USA Servoventil Patentansprüche:

1.) Servoventil mit einem Steuerventil und einem Verstärkerventil, wobei ein bewegliches Element in dem Steuerventil eine erste Ausgangsgröße steuert, welche auf das Verstärkerventil· einwirkt und eine zweite Ausgangsgröße hervorruft, dad u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , daß zur Rückführung die zweite Ausgangsgröße (61,C1;62,C2) auf eine Antriebseinrichtung (12) einwirkt, die ihrerseits mit dem beweglichen Element (23,14) in Antriebsverbihdung steht. ^

2. Servoventil nach Anspruch 1, da du r c h g e— k en ή ζ e i c h η e t , daß die Antriebseinrichtung (12) in einer Bohrung geführte sich an dem beweglichen Element (23,14) abstützende Kugeln (73,74) aufweist, die von der zweiten Ausgangsgröße (61,Ci;62,C2) beaufschlagt werden.

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3. Servoventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das bewegliche Element ein an eine Versorgungsquelle (55) angeschlossenes Strahlrohr (14) zur Abgabe eines Fluidstromes umfaßt, wobei in Abhängigkeit von der Stellung des Strahlrohres die erste Ausgangsgröße gebildet wird.

4. Servoventil nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch erste und zweite Anschlüsse (21,22) gegenüber der Mündung des Strahlrohres (14) zur Aufnahme eines unterschiedlichen Fluiddruckes in Abhängigkeit von der Stellung des Strahlrohres.

5. Servoventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil ferner eine elektrische Eingangseinrichtung (15-17) aufweist, um das Strahlrohr (14) im Hinblick auf die ersten und zweiten Anschlüsse (21,22) auf Grund eines elektrischen Eingangssignales zu positionieren.

6. Servoventil nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß das Verstärkerventil (13) an die ersten und zweiten Anschlüsse (21,22) des Steuerventils (11) angeschlossen ist.

7. Servoventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkerventil (13) einen Kolben (36-38) in einer Bohrung (35) aufweist, wobei der Kolben einen ersten und zweiten Führungssteg (36,38) und einen mittleren Führungssteg (37) umfaßt und die ersten und zweiten Führungsstege (36,38) erste und zweite Steuerkammern (33,34) definieren, von denen die erste Steuerkammer, 33) an den ersten Anschluß (22) und die zweite Steuerkammer (34) an den zweiten Anschluß (21) des Steuerventils (11) angeschlossen ist.

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8. Servoventil nach Anspruch 7 _r dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Ausgangsgröße (61,C1;62,C2) einer durch den ersten und mittleren Führungssteg (36 u. 37) innerhalb der Bohrung (35) definierten ersten Ausgangskammer (56) bzw. einer durch den zweiten und mittleren Führungssteg (38 u. 37) innerhalb der Bohrung (35) definierten zweiten Ausgangskammer (57) entnommen wird, wobei die ersten und zweiten Ausgangskainmern (56,57) an die Antriebseinrichtung (12;73,74) angeschlossen sind. -

9. Servoventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Bohrung (35) des Verstärkerventils (13) erste und zweite Teile (51 u. 52) sowie einen mittleren Teil (53) mit erweitertem Durchmesser aufweist, welche Teile mit den entsprechenden FührungsStegen (36,38,37) zusammenwirken und wobei die ersten und zweiten erweiterten Teile (51 u. 52) an eine Rückführungsleitung (54) und der mittlere erweiterte Teil (53) an eine Versorgungsleitung (55) angeschlossen ist.

10. Servoventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (73,74) zu beiden Seiten des beweglichen Elementes (23) in der Bohrung (75) angeordnet sind, und daß erste und zweite Steuerkammern (76,77) durch erweiterte Bohrungsteile auf den jeweils anderen Seiten der Kugeln gebildet sind.

11. Servoventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerkammer (76) der Antriebseinrichtung (12) an die erste Ausgangskammer (56) und die zweite Steuerkammer (77) der Antriebseinrichtung (12) an die zweite Ausgangskammer (57) des Verstärkerventils (13) angeschlossen ist.

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