DE3738630A1

DE3738630A1 - Servoventil mit piezoelement als steuermotor

Info

Publication number: DE3738630A1
Application number: DE19873738630
Authority: DE
Inventors: Joerg Dantlgraber
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1987-11-13
Filing date: 1987-11-13
Publication date: 1989-07-20
Anticipated expiration: 2007-11-14
Also published as: JPH01164802A; DE3738630C2; US4959581A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen elektro hydraulischen Druckwandler und insbesondere auf einen Steuer motor mit einem hydraulischen Verstärker, sowie auf ein Servoventil unter Verwendung solcher Bauteile.

Servoventile werden auf dem Gebiet der Hydraulik in Umfang eingesetzt und dienen dazu, ein kleines elektrisches Eingangssignal analog in ein hydraulisches Ausgangssignal umzuwandeln. Servoventile sind häufig mehrstufig und zwar insbesondere zweistufig ausgebildet. So besteht ein zweistu figes Wege-Servoventil im wesentlichen aus einer einen elektrischen Steuermotor und einen hydraulischen Verstärker umfassenden ersten Stufe (Vorsteuerstufe) sowie einer zweiten oder Hauptstufe. Der elektrische Steuermotor ist häufig als sogenannter Torque-Motor ausgebildet. Im einzelnen sei auf Seiten 149 bis 153 des Buches "Der Hydraulik-Trainer" von A. Schmitt hingewiesen; Herausgegeben von G.L. Rexroth GmbH, Lohr/Main, 1981.

Anstelle der verhältnismäßig teuren Torque-Motoren wurde bereits vorgeschlagen, Bimorph-Piezoelemente als elektro mechanische Wandler für Servoventile zu verwenden.

Bei diesen bekannten, ein Bimorph-Piezoelement verwendenden Steuermotoren ist jedoch ähnlich wie bei der ebenfalls bekannten Düsen-Prallplattenvorsteuerung nachteilig, daß nur eine geringe Druckausbeute bis maximal 60% des Eingangsdrucks möglich ist. Ferner fließt ständig ein große hydraulische Verluste bewirkender Steuerölstrom. Darüber hinaus besteht eine Rückwirkung des Steuerölstrahls auf das als Prallplatte wirkende Piezoelement. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Dynamik der nachfolgenden Stufe durch die bei diesem bekannten Steuermotor zu verwendenden konstanten Düsen begrenzt wird. Durch die Verwendung von Düsen ergibt sich ferner die Gefahr einer Verschmutzung und somit eine unerwünschte Schmutzempfindlichkeit. Weiterhin treten Probleme durch die Kavitation im Steuerölstrahl auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, die obengenannten Nachteile zu vermeiden, und zwar in einfacher, kostengünstiger Weise. Speziell soll durch die Erfindung ein elektrohydraulischer Druckwandler bzw. ein Steuermotor vorgesehen werden, der eine Rückwirkung des Steuerölstrahls auf das vorzugsweise in der Form eines Piezoelements ausge bildete Steuerelement vermeidet. Dadurch ergibt sich eine höhere Steuergenauigkeit.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die in den Ansprüchen genannten Merkmale vor.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen bekannten Steuermotor mit hydraulischem Verstärker zur Bildung der Vorsteuerung eines Servoventils;

Fig. 2 einen Schnitt längs Linie 1-1 in Fig. 4 durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuermotors mit hydraulischem Verstärker;

Fig. 3 einen Teilschnitt längs Linie 3-3 in Fig. 4;

Fig. 4 einen Schnitt längs Linie 4-4 in Fig. 2;

Fig. 5 eine Teildraufsicht auf den in Fig. 2 nicht gezeigten Deckel, der praktisch auf dem in Fig. 2 gezeigten Rahmen liegt;

Fig. 6 eine Einzelheit F in Fig. 4;

Fig. 7 eine Ansicht gemäß Linie 7-7 in Fig. 6 auf die stationäre Steuerfläche, wobei zusätzlich noch gestrichelt die Kontur der beweglichen Steuerfläche gemäß Fig. 6 schematisch eingetragen ist;

Fig. 8 das Schaltschema des anhand der Fig. 2-7 beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 9 die dem Schaltschema gemäß Fig. 8 entsprechende Realisierung, die mit Fig. 6 praktisch identisch ist, wobei aber hier die der Fig. 8 entsprechenden vier variablen Steuerkanten mit R 1 bis R 4 bezeichnet sind;

Fig. 10 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der Er findung in einer Darstellung ähnlich Fig. 9, wobei hier wiederum - wie in Fig. 8 gezeigt - vier variable Steuerkanten realisiert sind;

Fig. 11 ein allgemeines Schaltschema für eine Steuerung mit zwei variablen Steuerkanten und zwei Festdrosseln;

Fig. 12 eine erste erfindungsgemäße Realisierung des Schalt schemas der Fig. 11 in schematischer Darstellung;

Fig. 13 eine zweite Realisierung des Schaltschemas gemäß Fig. 11 in schematischer Darstellung;

Fig. 14 ein drittes mögliches Schaltschema ähnlich dem der Fig. 11 unter Verwendung von zwei variablen Steuer kanten und zwei Festdüsen;

Fig. 15 eine erste Realisierung des Schaltschemas gemäß Fig. 14;

Fig. 16 eine zweite Realisierung des Schaltschemas gemäß Fig. 14;

Fig. 17 eine schematische Darstellung der Form eines Steuer elements sowie der Lage seiner Steuerfläche;

Fig. 18 eine weitere Darstellung eines Steuerelement sowie der Lage seiner Steuerfläche;

Fig. 19 eine weitere Darstellung eines Steuerelements sowie der Lage seiner Steuerfläche;

Fig. 20 eine schematische Darstellung der Lage der Steuer flächen eines Steuerelements bezüglich der Bewegungs richtung des Steuerelements beim Stand der Technik;

Fig. 21 schematisch ein Steuerelement sowie die erfindungs gemäße Lage von dessen Steuerfläche bezüglich der Bewegungsrichtung des Steuerelements.

Fig. 1 zeigt eine Vorsteuerstufe eines Servoventils gemäß dem Stand der Technik. Die Vorsteuerung besteht im wesentlichen aus einem Steuermotor sowie einem hydraulischen Verstärker. Bei der Realisierung gemäß Fig. 1 ist ein Steuerelement in der Form eines Bimorph-Piezoelements 1 in einem Rahmen 2 fest eingespannt und bewegt sich (indem es sich biegt) beim Anlegen einer elektrischen Spannung in Richtung des Pfeils X (Bewegungsrichtung). Dadurch werden die Abstände a bzw. b zwischen einer Düse 3 bzw. einer Düse 4 und dem Piezoelement 1 verändert, und infolgedessen werden auch die Abflußwiderstände an den Düsen 3 und 4 verändert. Im Zusammenhang mit den konstanten Düsen 5 und 6 ändern sich damit in bekannter Weise die Drücke in den Steueranschlüssen A und B. Im übrigen stehen in bekannter Weise die Düsen 5, 6 mit einer hydraulischen Steueröl (Druckmedium) liefernden Pumpe 50 in Verbindung. Mit dem Bezugszeichen 51 ist ein Tank bezeichnet.

Anhand der Fig. 2 bis 7 wird ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorsteuerung 52 eines Servoventils beschrieben. Die Vorsteuerung 52 umfaßt dabei einen Steuer motor 53 und einen hydraulischen Verstärker 54 (Fig. 4).

Die erfindungsgemäße Vorsteuerung 52 wird im folgenden unter gleichzeitiger Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 7 erläutert.

Zur Erleichterung des Überblicks sei zu Beginn erwähnt, daß man in Fig. 4 den Grundaufbau der Vorsteuerung 52 erkennt. Man sieht in der Mitte ein Bimorph-Piezoelement 7, welches im folgenden auch allgemein als ein Steuerelement bezeichnet wird. Dieses Piezoelement 7 ist in einem Rahmen 8 in der in Fig. 2 gezeigten Weise eingespannt. Der Rahmen 8 wird beid seitig strömungsmitteldicht durch zwei Deckel umschlossen, von denen der eine mit 16 und der andere mit 55 bezeichnet ist. Rahmen 8 und Deckel 16, 55 bilden ein Gehäuse 32 der den Steuermotor 53 und den hydr. Verstärker umfassenden Vorsteuerstufe 52. Den Deckel 55 muß man sich in Fig. 2 sozusagen unter der Papierebene, den Deckel 16 dagegen auf der Papierebene natürlich unter Zwischenlage des Rahmens 8 vorstellen. Der von Rahmen 8 und Deckeln 16 und 55 gebildete Hohlraum 28 ist mit dem Tank 51 verbunden wie dies schematisch in Fig. 4 angedeutet ist.

Das Piezoelement 7 ist durch die Festlegschraube 56 an seinem einen Ende zwischen den zwei Armen 57, 58 des Rahmens 8 fest gelegt. Der Arm 57 bildet einen Einschnitt 59, so daß durch eine Einstellschraube 9 in der dargestellten Weise die Null-Lage des Piezoelements 7 in der X-Richtung eingestellt werden kann. Dies geschieht unter Ausnutzung der Elastizität der mit 29 und 30 bezeichneten Bereiche des Rahmens 8.

Das Piezoelement 7 besitzt eine im ganzen plattenförmige Gestalt und ist an einem Ende wie erläutert eingespannt. Durch seine plattenförmige Gestalt bildet das Piezoelement 7 im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bis 7 zwei Breitseiten 60 und 61 sowie zwei seitliche Stirnseiten 62 und 63, und ferner eine obere Seite (Oberseite) 64 und eine untere Seite (Unterseite) 65.

Vergleicht man Fig. 2 mit dem Stand der Technik gemäß Fig. 1, so ist zunächst zu bemerken, daß das dort gezeigte Piezo element 1 ebenfalls von plattenförmiger Gestalt ist, wobei dort die den Breitseiten 60 und 61 der Fig. 4 entsprechenden Breitseiten sozusagen als Steuerflächen oder Steuerseiten verwendet werden, denn sie arbeiten mit den Düsen 3 und 4 zur Hervorrufung einer Steuerfunktion zusammen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun vorgesehen, daß die Steuerfunktion durch eine Stirnseite des Piezoelements 7 vorgesehen wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die seitliche Stirnseite 63 als ein Mittel verwendet, um eine Steuerfunktion hervorzurufen, um so an den noch näher zu erläuternden Steueranschlüssen A, B der Bewegung des Piezoelements 7 entsprechende hydraulische Signale zu erzeugen.

Die Mittel zur Hervorrufung einer Steuerfunktion weisen im Piezoelement 7 eine nutenartige Vertiefung 10 auf, die in die Stirnseite (Steuerfläche, Steuerseite) 63 vorzugsweise durch Laserbearbeitung oder durch Ätzen eingearbeitet ist. Die Vertiefung 10 (vgl. dazu auch Fig. 6) bildet Längs- oder Seitenkanten 11 und 12, die in genauer Lage zueinander und zu Längs- oder Seitenkanten 13 und 14 des Piezoelements 7 angeordnet sein müssen.

Es ist auch möglich, die Vertiefung 10 mit den Kanten 11 und 12 sowie den Seitenkanten 13 und 14 als gesondertes Element auf das Steuerelement 7 aufzubringen.

Der Rahmen 8 mit dem eingespannten Steuerelement 7 wird durch spanende Bearbeitung (bevorzugt durch Schleifen in Y-Richtung oder Läppen) auf genaue Ebenheit der Fläche 15 (vgl. Fig. 4) des Deckels 16 gebracht.

Die Mittel zur Hervorrufung einer Steuerfunktion weisen ferner in einer Fläche (Steuerfläche) 23 im Deckel 16 zwei Vertiefungen 17 und 18 auf. Die Vertiefungen 17 und 18 besitzen Seitenkanten 19, 20, 21 und 22, wie dies am besten in den Fig. 6 und 7 zu erkennen ist. Die Seitenkanten 19 bis 22 stehen in fester Zuordnung zu den Seitenkanten 14, 12, 11 und 13 des Steuerelements 7.

Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß die Steuerfläche 23 des Deckels 16 durch Schleifen oder Läppen leicht hohl bearbeitet wird, so daß zwischen dem Element 7 und dem Deckel 8 wenige Mikrometer Spiel herrschen.

Der Vertiefung 25 wird Druckmittel, insbesondere Hydrauliköl, von der Pumpe 50 über eine Leitung 66 und einen Kanal 24 im Deckel 16 zugeführt. Da die Vertiefung 10 mit der Vertiefung 25 in Verbindung steht, gelangt der Zulaufdruck P in die Vertiefung 10.

Die Vertiefungen 17 und 18 im Deckel 16 sind über Kanal 26 bzw. Kanal 27 mit dem Steueranschluß oder Verbraucher A bzw. dem Steueranschluß oder Verbraucher B verbunden. Beispiels weise handelt es sich bei den Verbrauchern A und B um die beiden Räume benachbart zu entgegengesetzt liegenden Stirn flächen eines Kolbens des die Hauptstufe eines Servoventils bildenden Ventils.

Wie bereits einleitend angedeutet, wird bei nicht an das Piezoelement 7 angelegter elektrischer Spannung durch Drehen der Einstellschraube 9 unter Ausnutzung der Elastizität der Bereiche 29 und 30 die Vertiefung 10 symmetrisch zu den Vertiefungen 17, 18 eingestellt. Dieser Zustand ist in Fig. 6 dargestellt und wird in Fig. 7 verdeutlicht. Allerdings sollten in Fig. 7 die gestrichelt gezeichneten Kanten 14, 12, 11 und 13 mit den entsprechenden Kanten 19, 20, 21 und 22 zusammenfallen. Lediglich zur Erhöhung der Übersichtlichkeit wurden die gestrichelt angedeuteten Kanten 14, 12, 11 und 13 etwas versetzt gegenüber den zugehörigen Kanten angeordnet.

In Fig. 7 erkennt man, daß die beiden nutenförmigen Vertiefungen 17 und 18 in Vertikal- oder Y-Richtung (vgl. Fig. 3) die gleiche Höhe H besitzen. Die Länge der nutenförmigen Vertiefung 10 im Element 7 ist etwas größer als die Höhe H, und zwar ragt die Vertiefung 10 beidseitig über die Vertiefungen 17 und 18 hinaus.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung sind die Strömungswider stände über die Kanten 12/20 und 11/21 gleichgroß, und ferner sind die Widerstände an 14/19 und 13/22 gleich. Dies hat zur Folge, daß auch die Drücke in den Vertiefungen 17 und 18 in der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Stellung gleichgroß sind.

Wenn nun eine Spannung an das Piezoelement 7 angelegt wird, so biegt dieses sich, wodurch eine Bewegung in X-Richtung entsteht. Dadurch ändern sich gleichzeitig die vier Widerstände 14/19, 12/20, 11/21 und 13/22, wodurch auch in entsprechender Weise Drücke in den Vertiefungen 17 und 18 und damit an den Steueranschlüssen A, B verändert werden, und zwar proportional zu der an das Piezoelement 7 angelegten Spannung.

Anhand der Fig. 8 und 9 ist das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 bis 7 verallgemeinert dargestellt, wobei mit R 1, R 2, R 3 und R 4 die Widerstände 12/20 bzw. 11/21 bzw. 14/19 und 13/22 bezeichnet sind. Durch die Verbindungslinien 69 bis 73 in Fig. 8 ist angedeutet, daß die Veränderung der Widerstände R 1 bis R 4 gemeinsam erfolgt.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung von vier veränderlichen Widerständen R 1 bis R 4 wird die Druckausbeute größer 90%. Aus dem gleichen Grund ist der konstante Steuerölstrom kleiner. Da ferner das Element 7 in Z-Richtung wesentlich stabiler ist als in X-Richtung, ist die hydraulische Rückwirkung klein, weil hier die Belastung durch den Strömungsmitteldruck in Z-Richtung wirkt. Da ferner beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 bis 7 (und natürlich auch dem, was in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist) keine konstanten Drosseln (Düsen) vorhanden sind, ist der maximale Durchfluß des Druckmittels größer und somit die Dynamik der darauffolgenden Stufen höher. Ferner ergibt sich eine geringere Schmutzempfindlichkeit, keine Strahlkavitation und ein einfacher mechanischer Aufbau mit einfacher Bearbeitung.

Fig. 10 zeigt eine andere Realisierung der Schaltung gemäß Fig. 8. Gemäß Fig. 10 sind in der Steuerfläche des Piezoelements 7 zwei Vertiefungen 77, 78 vorgesehen, die in geeigneter Weise mit den Steueranschlüssen A, B verbunden sind, was hier einfach durch Pfeile angedeutet ist. Ferner sind in der Steuerfläche 23 des Deckels 16 drei Vertiefungen 74, 75, 76 parallel zueinander verlaufend ausgebildet, von denen die Vertiefungen 74 und 76 mit dem Tank verbunden sind, wohingegen die Vertiefung 75 mit der Steuerölpumpe 50 in nicht näher dargestellter Weise verbunden ist, was durch den Pfeil P in Fig. 10 angedeutet ist. Die Widerstände R 1 bis R 4 werden durch die entsprechend bezeichneten Kantenpaare gebildet. Die Konstruktion gemäß Fig. 10 ist gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft, benötigt aber höhere Bearbeitungskosten als die Konstruktion gemäß Fig. 9.

Fig. 11 zeigt ein Schaltbild ähnlich dem der Fig. 8, wobei aber hier durch zwei variable Steuerkanten zwei variable hydraulische Widerstände 3 und 4 gebildet werden, und wobei ferner zwei Festdrosseln die Widerstände R 1 und R 2 bilden. Mit P ist wiederum der Druck der Steuerölpumpe 50 bezeichnet. A und B bezeichnen die Steuerausgänge. Der Tank ist mit 51 bezeichnet.

Fig. 12 ist eine erste Realisierung der Schaltung gemäß Fig. 11. Im Piezoelement 7 sind hier keinerlei Vertiefungen vorgesehen. Es werden lediglich die Steuerkanten 13 und 14 gebildet, die mit Steuerkanten 19 und 22, gebildet durch Ver tiefungen 17 und 18, zur Bildung der Widerstände R 3 und R 4 zusammenarbeiten. Die Vertiefungen 17 und 18 sind in der Steuerfläche 23 des Deckels 16 ausgebildet. Die Vertiefungen 17 und 18 stehen über eine mit R 1 bezeichnete Drossel bzw. eine mit R 2 bezeichnete Drossel mit einer Leitung in Verbindung, die zu einer Pumpe führt, die einen Steueröldruck P _p liefert. Zwischen der Vertiefung 17 und der mit R 1 bezeichneten Festdrossel ist der Steueranschluß A vorgesehen und zwischen der Vertiefung 18 und der mit R 2 bezeichneten Festdrossel ist der Steueranschluß B vorgesehen. Die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 12 dürfte aufgrund der Ausführungen zu Fig. 6 dem Fachmann klar sein.

Fig. 13 zeigt eine andere Realisierung der Schaltung gemäß Fig. 11, die etwas aufwendiger ist als die Realisierung gemäß Fig. 12. Bei Fig. 13 sind in der Steuerfläche oder Stirnseite 63 des Piezoelements 7 zwei Vertiefungen 79 und 80 ausgebildet, die mit Vertiefungen 81, 82 in der Steuerober fläche 23 des Deckels 16 zusammenarbeiten, und zwar unter Bildung der veränderbaren Widerstände R 3 und R 4. Die Vertiefungen 81, 82 sind in nicht gezeigter Weise mit dem Tank T verbunden. Im Deckel 16 sind Kanäle 83 und 84 ausgebildet, die im Bereich der Vertiefungen 79 und 80 enden. Der Kanal 82 steht mit dem Steueranschluß A in Verbindung und der Kanal 84 steht mit dem Steueranschluß B in Verbindung. Ferner ist eine Festdrossel R 1 mit dem Kanal 83 und eine Festdrossel R 2 mit dem Kanal 84 verbunden. Andererseits stehen die Festdrosseln R 1 und R 2 mit einer Hydraulikpumpe 50 in Verbindung, die einen mit P _p bezeichneten Druck liefert. Wenn sich das Piezoelement 7 in seiner dargestellten Position befindet, wo die Vertiefungen 79 und 80 symmetrisch zu den Vertiefungen 81 und 82 liegen, so ergeben sich wegen der gleichen Widerstände R 3 und R 4 und auch der gleichen Widerstände R 1 und R 2 die gleichen Drücke an den Steuerauslässen A und B. Bei einer Verschwenkung des allgemein als Steuerelement zu bezeichnenden Piezoelements 7, in X-Richtung, werden R 3 und R 4 verändert, was auch eine entsprechende Veränderung der Drücke an den Steuerausgängen A und B zur Folge hat.

Fig. 14 zeigt eine weitere Schaltungsmöglichkeit mit zwei variablen Steuerkanten, die die Widerstände R 1 und R 2 bilden sowie zwei Festdrosseln, welche die Widerstände R 3 und R 4 bilden. Mit P _p ist wiederum der Druck des von einer Pumpe kommenden Steueröls bezeichnet. A und P sind wiederum die Steuerausgänge.

Anhand der Fig. 15 und 16 werden zwei Realisierungen der Schaltungen gemäß Fig. 14 erläutert.

Fig. 15 zeigt, daß in der Stirnseite 63 des Piezoelements 7 zwei Vertiefungen 85, 86 ausgebildet sind, die in geeigneter, nicht dargestellter Weise mit den Steueranschlüssen A und B in Verbindung stehen, was durch die mit A und B bezeichneten Pfeile angedeutet ist. Ferner steht die Vertiefung 85 über einen Kanal 87 mit einer mit R 3 bezeichneten Festdrossel in Verbindung und die Vertiefung 86 steht über einen Kanal 88 mit einer mit R 4 bezeichneten Festdrossel in Verbindung. Der das Piezoelement umgebende Hohlraum 28 ist, ähnlich wie in Fig. 4 gezeigt, mit einem Tank 51 verbunden.

Fig. 16 ist eine andere Realisierung der Schaltung gemäß Fig. 14. Hier ist im Piezoelement 7 eine Vertiefung 89 ausgebildet, die mit einer Hydraulikpumpe zur Lieferung des Druckmittels mit dem Druck P _p verbunden ist. Die Vertiefung 89 bildet mit ihren Längskanten zusammen mit den durch Vertiefungen 90, 91 in der Steuerfläche 23 gebildeten Längskanten die Widerstände R 1 und R 2, die bei der Bewegung des Elements 7 veränderbar sind. Die Vertiefung 90 steht über eine Leitung 92 im Deckel zum einen mit dem Steuerausgang A in Verbindung und zum anderen ist die Leitung 92 über eine mit R 3 bezeichnete Festdrossel mit dem Tank 51 verbunden. Die Vertiefung 91 steht über eine Leitung 93 zum einen mit dem Steuerausgang B in Verbindung und zum anderen über eine mit R 4 bezeichnete Festdrossel mit dem Tank 51. Die Funktionsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 16 dürfte dem Fachmann klar sein und wird deshalb hier nicht weiter beschrieben.

Die Fig. 17 bis 21 dienen zur allgemeinen Erläuterung der Erfindung. Fig. 17 zeigt, schematisch ein Piezoelement 7, wie es beispielsweise bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 bis 7 verwendet wird. Man erkennt die beiden Breitseiten 60 und 61 sowie die seitlichen Stirnseiten 62 und 63 sowie die obere Seite (Oberseite) 64 und die untere Seite (Unterseite) 65. Eingespannt ist das Piezoelement 7 der Fig. 17 im Bereich der Oberseite 64, was durch das Doppelkreuz angedeutet ist. Ferner erkennt man, daß die seitliche Stirnseite 63 als Steuerseite oder Steuerfläche wirkt, da dort die Vertiefung 10 zu erkennen ist. Der Pfeil X zeigt die Bewegungsrichtung des Piezoelements 7 an.

Fig. 18 zeigt eine weniger bevorzugte Abwandlung des Piezoelements 7 der Fig. 17, wobei wiederum die Bewegungsrichtung durch den Pfeil X angedeutet ist. Die Stirnseite 63 bildet wiederum die Steuerseite oder Steuerfläche zur Realisierung der Steuerfunktion. Mit dem Bezugszeichen 610 ist in Fig. 18 die der Breitseite 61 entsprechende Seite bezeichnet. Man erkennt, daß hier im Gegensatz zum bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2-7 das Widerstandsmoment des Piezoelements (Verstellelements) 7 in Richtung der Druckbeaufschlagung klein ist, was zur druckabhängigen Durchbiegung und damit zu erhöhter Leckage führt. Deshalb ist die Ausführungsform nach Fig. 18 nicht bevorzugt, vielmehr soll gemäß der Erfindung das Widerstandsmoment des Verstellelements 7 in Richtung der Druckbeaufschlagung groß sein. Mit dem Doppelkreuz ist wiederum der Einspannbereich für das Piezoelement 7 angedeutet.

Fig. 19 zeigt, daß es auch möglich ist, die Unterseite 65 des Piezoelements 7 in Fig. 17 als Steuerfläche zu verwenden, wobei diese Steuerfläche in Fig. 19 mit 650 bezeichnet ist.

Aus der Diskussion der Fig. 17 bis 19 erkennt man, daß sich insbesondere dann der Vorteil einer fehlenden oder geringen Rückwirkung der Steuerfläche auf die Bewegung des Piezoelements 7 ergibt, wenn die Steuerfläche mehr oder weniger parallel zur Bewegungsrichtung 94 verläuft.

Fig. 20 zeigt nochmals das beim Stand der Technik verwendete Prinzip (vgl. dazu auch Fig. 1), wo die Breitseiten 60, 61 die Steuerseiten oder Steuerflächen bilden, die bezüglich der Bewegungsrichtung X im wesentlichen senkrecht verlaufen. Demgegenüber zeigt Fig. 21 das Piezoelement 7 zusammen mit seiner Bewegungsrichtung X, wobei durch den Pfeil 95 angedeutet ist, daß hier die Steuerfunktion, d. h. der Fluß von Steueröl zwischen einer Steuerfläche oder Steuerseite 63 des Piezoelements 7 erfolgt, wobei die Steuerfläche 63 im wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung X liegt.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde ein Piezoelement 7 als Steuerelement beschrieben. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, anstelle eines Piezoelements ganz allgemein ein Steuerelement zu verwenden, welches durch andere Mittel zur Bewegung gebracht wird, im übrigen aber die Steuerfunktion wie das Piezoelement 7 realisiert. Beispielsweise könnte das Steuerelement durch Magnetkräfte in Bewegung versetzt werden, wobei die Magnetkräfte durch einen Elektromagneten erzeugt werden, der seinerseits durch einen Steuerstrom erregt wird.

Zusammenfassend kann man sagen, daß die vorliegende Erfindung die für die Vorsteuerstufe 52 erforderliche Steuerfunktion durch bewegliche Steuermittel in der Form eines Steuerelements 7 und durch feststehende Steuermittel in der Form eines gehäusefesten Bauteils beispielsweise des Deckels 16 realisiert. Eine Grunderkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht dabei darin, daß die beweglichen Steuermittel eine damit bewegliche Steuerfläche aufweisen und daß diese bewegliche Steuerfläche mit einer feststehenden Steuerfläche vorzugsweise unter Bildung von Steuerkanten zusammenarbeitet. Die Bewegungsrichtung X der beweglichen Steuerfläche erfolgt dabei im wesentlichen parallel zur festen Steuerfläche. Vorzugsweise werden die Steuerkanten sowohl in der beweglichen Steuerfläche wie auch in der festen Steuerfläche durch eine oder mehrere Steueröffnung(en) gebildet. Zwei Steuerkanten werden auch durch die seitlichen Begrenzungen des Steuerelements gebildet. Die beiden Steuerflächen, die stationäre und die bewegliche verlaufen im wesentlichen parallel zueinander und haben einen geringen Abstand voneinander.

Claims

1. Elektrohydraulische Druckwandlervorrichtung unter Verwen dung eines plattenförmig ausgebildeten Verstellelementes (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfunktion von der Stirn seite (63) des Verstellelementes (7) ausgeführt wird.

2. Elektrohydraulische Druckwandlervorrichtung unter Verwen dung eines plattenförmig ausgebildeten Piezoelementes (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfunktion von der Stirn seite (63) des Piezoelementes (7) ausgeführt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmoment des Verstell- bzw. Piezoelementes (7) in Verstellrichtung klein, in Richtung der Druckbeauf schlagung dagegen groß ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirn- oder Steuerseite (63) eine mit einer Druckmittel quelle (50) in Verbindung stehende nutförmige Vertiefung (10) aufweist, die mit feststehenden mit den Steueranschlußkanälen (26, 27) in Verbindung stehenden im Gehäuse oder Deckel (16) ausgebildeten Vertiefungen (17, 18) in Wirkverbindung steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Vertiefungen (10, 17, 18) aufweisenden Flächen des beweglichen Bauteils (Steuerelement 7) und festen Bauteils (Gehäuse; Deckel 16) einen geringen einen Drosselspalt bilden den Abstand aufweisen.

6. Steuermotorvorrichtung mit einem hydraulischen Verstärker, wobei folgendes vorgesehen ist:
ein elektrischer Anschluß zur Zuführung eines elektrischen Signals zur Hervorrufung einer der Größe des elektrischen Signals entsprechenden Bewegung eines Steuerelements (7) in einer Bewegungsrichtung (X),
ein Pumpenanschluß (24, 25) zur Zuführung eines Druckmediums, vorzugsweise zwei Steueranschlüsse (A, B) zur Lieferung eines Hydrauliksignals mit einer Größe entsprechend der Bewegungs größe des Steuerelements (7), und
Mittel zur Hervorrufung einer Steuerfunktion zum Zwecke der Erzeugung der Hydrauliksignale, wobei diese Mittel Steuer flächen aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, daß am Steuerelement (7) eine mit diesem bewegliche Steuerfläche (63) parallel zur Bewegungs richtung (X) ausgewählt ist,
die mit einer stationären Steuerfläche (23) ausgebildet an einem Gehäuseteil beispielsweise einem Deckel (16) zusammen wirkt und so die Steuerfunktion hervorruft.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Steuerflä che (63) Steuerkanten (z.B. 11, 12, 13, 14) bildet, die mit an der stationären Steuerfläche (23) gebildeten Steuerkanten (19, 20, 21, 22) zusammenwirken.

8. Vorrichtung mit einem hydraulischen Verstärker, wobei folgendes vorgesehen ist:
ein Gehäuse, in dem ein Pumpenanschluß, ein Tankanschluß sowie mindestens zwei Steueranschlüsse (A, B) vorgesehen sind, ein Rahmen (8), in dem ein Piezoelement (7) derart eingespannt ist, daß es durch Anlegen eines kleinen elektrischen Signales eine proportionale Bewegung in einer Bewegungsrichtung (X) ausführt, wobei das Piezoelement eine oder mehrere Steuerflächen bildet,
Mittel zur Hervorrufung einer Steuerfunktion mit der bzw. den Steuerflächen des Piezoelements, um an den Steueranschlüssen (A, B) der Bewegung des Piezoelements entsprechende hydrau lische Signale zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Steuerflächen am Piezoelement in etwa parallel zur Bewegungsrichtung (X) vorgesehen ist, so daß durch die Steuerfunktion keine Kraftkomponente in oder entgegen der Bewegungsrichtung (X) erzeugt werden kann, da die Kraftkomponenten im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung (X) verlaufen.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Piezoelement allgemein ein Steuerelement ist.

10. Steuermotorvorrichtung nach einem oder mehreren der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Steuerfläche am Steuerelement und nur eine Steuerfläche an einem benachbart dazu angeordneten gehäusefesten Bauteil (16) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß vier bewegliche Steu erkanten (11-14) und vier stationäre Steuerkanten (19-22) vor gesehen sind, die vier variable hydraulische Widerstände (R 1- R 4) bilden.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerelement (7) eine Vertiefung (10) und in einem stationären Bauteil (Deckel 16) zwei Vertiefungen (17, 18) ausgebildet sind um so vier variable Widerstände (R 1- R 4) zu realisieren.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerelement (7) zwei Vertiefungen (77, 78) ausgebildet sind, und daß in einem stationären Bauteil beispielsweise einem Deckel (16) drei Ver tiefungen (74, 75, 76) ausgebildet sind um so vier variable Widerstände zu bilden.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die bewegliche Steuerfläche und die stationäre Steuerfläche jeweils zwei Steuerkanten zur Bildung von zwei variablen Widerständen (R 3, R 4) gebildet werden, und daß ferner zwei Festdrosseln zur Bildung der Widerstände (R 1 und R 2) vorgesehen sind (Fig. 11).

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (7) zwei Steuerkanten (13, 14) bildet, die mit zwei Steuerkanten (19, 22) zur Bildung der Widerstände (R 3, R 4) zusammenarbei ten, wobei die Steuerkanten (19, 22) durch zwei Vertiefungen (17, 18) in der stationären Steuerfläche (23) gebildet sind (Fig. 12).

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerfläche (63) des Steuerelements (7) zwei Vertiefungen (79, 80) ausge bildet sind, die mit zwei Vertiefungen (81, 82) ausgebildet in der stationären Steuerfläche (23) zusammenwirken, um zwei variable Widerstände (R 3, R 4) zu bilden, wobei ferner zwei Festdrosseln (R 1, R 2) vorgesehen sind (Fig. 13).

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei variable mit dem Druck beaufschlagte Widerstände (R 1 und R 2) vorgesehen sind, die über Festdrosseln (R 3, R 4) mit Tank verbunden sind, wobei zwischen den Widerständen R 1 und R 2 der Steuerausgang A 1 liegt, während zwischen den Widerständen R 2 und R 4 der Steuerausgang B liegt (Fig. 14).

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerfläche (63) des Steuerelements (7) zwei Vertiefungen (85, 86) ausgebildet sind, die jeweils über Festdrosseln (R 3 und R 4) mit Tank in Verbindung stehen und zwei Steuerkanten bilden, die mit den Steuerkanten einer in der feststehenden Steuerfläche (23) ausgebildeten Vertiefung zusammenarbeiten und zwei variable Widerstände (R 1, R 2) bilden (Fig. 15).

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerfläche (63) des Steuerelements (7) eine Vertiefung (89) ausgebildet ist, die zwei Steuerkanten definiert und welche mit den beiden Steuerkanten zur Bildung der Widerstände (R 1 und R 2) zusammen wirkt, die durch Vertiefungen (90, 91) in der feststehenden Steueroberfläche (23) gebildet sind, wobei die Vertiefung (90) über eine Festdrossel (R 3) mit Tank (51) in Verbindung steht, während die Vertiefung (91) über eine Festdrossel (R 4) mit Tank (51) in Verbindung steht und die Steueranschlüsse (A, B) mit der Vertiefung (90 bzw. 91) verbunden sind.

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse vorgesehen ist, welches durch einen eine Steuerfläche bildenden Deckel (16) sowie eine entgegengesetzt dazu angeordneten Deckel (15) gebildet ist, und zwar derart, daß zwischen den beiden Deckeln (16 und 55) ein Rahmen (8) befestigt ist, in dem das Steuerelement (7) mit seinem einen Ende eingespannt ist.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das im Rahmen (8) eingespannte Steuerelement (7) hinsichtlich seiner Null- oder Ausgangsposition einstellbar ist.

22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Nullposition des Steuerelements (7) durch eine Schraube (9) erfolgt, die unter Ausnutzung elastischer Zonen (29, 30) des Rahmens (8) eine Einstellkraft auf das Steuerelement (7) überträgt.

23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Steuer fläche (63) des Steuerelements (7) im wesentlichen parallel zu der in einem Deckel (16) ausgebildeten Steuerfläche (23) bewegbar ist.

24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerfläche (63) eine Vertiefung (10) zur Bildung der Steuerkanten (11-14) ausgebildet ist und daß eine Hydraulikpumpe (50) mit der Vertiefung (10) in Verbindung steht.

25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Pumpe (50) das Druckmittel an die eine Vertiefung (10) in einer Steuerfläche (63) des Steuerelements über eine Vertiefung (25) im Steuerelement und einen Kanal (24) im Gehäuse beispielsweise im Deckel (16) zuführt.

26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (17, 18) in der stationären Steuerfläche (23) des Gehäuses, vorzugsweise des Deckels (16) mit Kanälen (26, 27) im Deckel verbunden sind die zu den Steueranschlüssen (A, B) führen.

27. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (10, 17, 18) im wesentlichen nutenförmig unter Bildung von Längskanten vorgesehen sind.

28. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (10) in Vertikalrichtung beidseitig eine etwas größere Erstreckung besitzt als die zugehörigen nutenförmigen Vertiefungen (17, 18) im Deckel (16) (vgl. Fig. 5 und 7).