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DE3224189A1 - Hydraulisches system mit elektrischer proportionalsteuerung - Google Patents

Hydraulisches system mit elektrischer proportionalsteuerung

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Publication number
DE3224189A1
DE3224189A1 DE19823224189 DE3224189A DE3224189A1 DE 3224189 A1 DE3224189 A1 DE 3224189A1 DE 19823224189 DE19823224189 DE 19823224189 DE 3224189 A DE3224189 A DE 3224189A DE 3224189 A1 DE3224189 A1 DE 3224189A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
line
valve
movable core
chamber
control valve
Prior art date
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Granted
Application number
DE19823224189
Other languages
English (en)
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DE3224189C2 (de
Inventor
Ugo Nichelino Torino Costelli
Giulio Dotti
Luciano Torino Moretti
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centro Ricerche Fiat SCpA
Original Assignee
Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Centro Ricerche Fiat SCpA filed Critical Centro Ricerche Fiat SCpA
Publication of DE3224189A1 publication Critical patent/DE3224189A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3224189C2 publication Critical patent/DE3224189C2/de
Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16KVALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/36Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor
    • F16K31/40Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor
    • F16K31/406Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid in which fluid from the circuit is constantly supplied to the fluid motor with electrically-actuated member in the discharge of the motor acting on a piston
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60TVEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T15/00Construction arrangement, or operation of valves incorporated in power brake systems and not covered by groups B60T11/00 or B60T13/00
    • B60T15/02Application and release valves
    • B60T15/025Electrically controlled valves
    • B60T15/028Electrically controlled valves in hydraulic systems
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00Control of fluid pressure
    • G05D16/20Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2093Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with combination of electric and non-electric auxiliary power
    • G05D16/2097Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with combination of electric and non-electric auxiliary power using pistons within the main valve

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
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Description

Patentanwälte 322Λ189
Dipl. Ing. H. Weidmann, Dipl. Phys. Dr. K. Rod» 2 9. Jü ηΠ982
Dipl. Ing. F. A. Weidmann, Dipl. Chetn. B. Hubor
Dr.-Ing. H. Liska Mßhlstrafc 22, MOO MHidien Se
CENTRO RICSROHS PIAT S.p.A.
Strada Torino 50 WA
Orbassano (Torino) / Italien
Hydraulisches System mit elektrischer Proportionalsteuerung
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches System mit elektrischer Proportionalsteuerung
mit einem hydraulischen Servoventil, das eine Steuerkammer und ein hydraulisches Steuerventil für die Modulierung des Druckes in der Steuerkammer beinhaltet, wobei das Steuerventil folgende Teile umfaßt
— einen Ventilkörper mit
— einer Leitung, die mit der Steuerkammer kommuniziert und über eine Drosselöffnung mit einer Fluiddruckquelle verbunden ist,
— einer Auslaßöffnung, die mit einem Abflußbehälter verbindbar ist
— und einem Durchgang zur Verbindung der genannten Leitung mit der Auslaßöffnung,
— ein Verschlußglied, das mit einem in dem Ventilkörper im Bereich des genannten Durchganges ausgebildeten Sitz zusammenwirkt,
— einen Elektromagneten mit
— einem Anker, der mit dem Ventilkörper fest verbunden ist,
-- einer Wicklung
— und einem beweglichen Kern, der das Verschlußglied mit einer der Intensität des durch die Wicklung fließenden Stromes proportionalen Kraft in seine Schließstellung gegen den Sitz drückt.
Solche Steuerventile werden in Geräten unterschiedlicher Art angewendet, z.B. in Pressen, Werkzeugmaschinen, Maschinen zur Gummibearbeitung, metallurgischen Anlagen,Maschinen zur Kunststoffbearbeitung und allgemein in allen Fällen, in denen eine Druckmodulation in einem hydraulischen Kreis gewünscht wird.
Mit Steuerventilen der beschriebenen Art läßt sich durch Änderung der Intensität des Speisestromes der Wicklung des Elektromagneten eine porportionale Änderung des Druckes in der Steuerkammer des Servoventils erzielen. Die Änderung der Stromintensität bewirkt nämlich eine proportionale Änderung der Kraft, mit welcher das Verschlußglied, das die Verbindung der genannten Leitung mit dem Abflußbehälter steuert, gegen seinen Sitz gedrückt wird.
Die bekannten Steuerventile zur Druckmodulation besitzen jedoch eine vergleichsweise komplizierte Konstruktion,sind kostenaufwendig, schwer und sperrig. Sie eignen sich deshalb schlecht für die Verwendung in der Automobiltechnik und insbesondere z.B. in Bremssystemen, in Kraftübertragungssystemen und in Speisesystemen für Fahrzeugmotoren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches System mit elektrischer Porportionalsteuerung zu schaffen, bei welchem die vorgenannten Nachteile beseitigt sind.
Ausgehend von einem System der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
- daß der mit dem Verschlußglied zusammenwirkende Sitz in einer Zone des Ventilkörpers liegt, die sich im Innern des Ankers des Elektromagneten befindet,
- und daß das Ventilglied unmittelbar von dem beweglichen Kern des Elektromagneten angetrieben ist.
Ein Ventil mit diesen Merkmalen besitzt'eine einfachere Struktur, besteht aus weniger Einzelteilen, läßt sich ko-
stengünstiger herstellen, ist weniger sperrig und leichter im Vergleich zu bekannten Ventilen dieser Art. Bei diesen bekannten Ventilen liegt nämlich der Sitz für das Verschlußglied, das die Verbindung mit dem Abflußbehälter steuert,in einer Zone des Ventilkörpers, die sich außerhalb des Ankers des Elektromagneten befindet, und das mit dem Sitz zusammenwirkende Verschlußglied wird von dem beweglichen Kern des Elektromagneten indirekt über Elemente gesteuert, die axial zwischen dem beweglichen Kern und dem Verschlußglied angeordnet sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hiermit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.
Gemäß einer dieser Weiterbildungen befindet sich der Teil des Ventilkörpers, der aus dem Elektromagneten herausragt in einem in dem Körper des hydraulischen Servoventils gebildeten Sitz und bildet somit die Verbindung des Servoventils mit dem Steuerventil.
Infolge der genannten Eigenschaften erfüllt der Ventilkörper des Steuerventils gleichzeitig mehrere Funktionen: Er bildet sowohl den eigentlichen Ventilkörper, (in dem die genannte Leitung und der Sitz für das Verschlußglied ausgebildet sind), als auch das Verbindungselement mit dem Servoventil. Außerdem besteht der Ventilkörper des Steuerventils vorzugsweise aus ferromagnetischem Material und zieht damit den beweglichen Kern des Elektromagneten bei Erregung der Wicklung an.
Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 zeigt einen Teilschnitt eines ersten Ausführungsbeispieles des hydraulischen Systems gemäß der Er-
findung,
Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles des Systems gemäß der Erfindung,
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, welches die Druck-Strom-Kennlinie eines praktischen Ausführungsbeispieles des Steuerventils wiedergibt.
In Fig. 1 ist der Körper eines hydraulischen Servoventils mit 1 bezeichnet. Er weist einen zylindrischen Sitz 2 auf, in welchem ein Teil des Ventilkörpers 3 eines Steuerventils montiert ist. Der Ventilkörper 3 hat zylindrische Form und besteht aus ferromagnetischem Material. Das Steuerventil umfaßt außerdem einen Elektromagneten k mit einer Wicklung 5, die von einem röhrenförmigen Spulenkörper 6 getragen ist. Dieser Spulenkörper 6, der aus nichtferromagnetischem Material besteht, befindet sich im Innern eines Ankers aus ferromagnetischem Material, der ein becherförmiges Element 8 mit einer Bodenwandung 8a umfaßt, welches im Bereich seiner offenen Seite mit einer Platte 9 versehen ist, die eine zentrale Öffnung besitzt. Zwischen dem Ende des Spulenkörpers 6 und dem Boden 8a einerseits und der Platte 9 andererseits befinden sich ringförmige Platten 10.Sowohl das becherförmige Element 8 als auch die Platten 9 und 10 bestehen aus ferromagnetischem Material.
Im Innern des Spulenkörpers 6 ist unter Zwischenfügung einer Buchse 11 aus niehtferromagnetisehem Material ein ferromagnetischer Kern 12 gleitbar gelagert.
Derjenige Endbereich des Ventilkörpers 3, der dem in den Sitz 2 des Körpers 1 des Servoventils eingesetzten Endbereich gegenüberliegt, ist im Innern der Platte 9, der ihr benachbarten Platte 10 und des entsprechenden Endbereiches der Hülse 11 montiert.
Der Ventilkörper 3 des Steuerventils ist axial von einer Leitung 18 durchdrungen, die mit einem ihrer Enden mit
Λ-
einer Steuerkammer 14 in Verbindung steht, deren Druck mit Hilfe des Steuerventils moduliert werden soll. Die Leitung 18 steht über eine Öffnung 23 mit engem Querschnitt und geringer axialer Ausdehnung mit einer radialen Öffnung 21 in Verbindung, die aus dem Ventilkörper 3 herausgearbeitet ist. Diese Öffnung 21 steht ihrerseits mit einer in dem Körper 1 des hydraulischen Servoventils ausgebildeten Öffnung 22 in Verbindung, die mit einer Fluiddruckquelle verbindbar ist.
Der Ventilkörper 3 besitzt ferner eine Öffnung 15, die über eine ringförmige Kammer 16, welche im Innern des Sitzes 2 von einer umlaufenden Nut des Ventilkörpers 3 begrenzt ist, mit einer Öffnung 17 des Körpers 1 des Servoventils in Verbindung, die ihrerseits mit einem Abflußbehälter verbunden ist.
Der Ventilkörper 3 umfaßt außerdem einen Durchgang für die Verbindung der Leitung 17 mit der Auslaßöffnung 15. Dieser Durchgang umfaßt eine Hauptkammer 19 (die im Innern der Buchse 11 von den beiden einander gegenüberliegenden Endbereichen des Körpers 3 und des beweglichen Kernes 12 begrenzt ist), in deren Innenraum dasjenige Ende der Leitung 18 mündet, welches der Steuerkammer 14 abgewandt ist, sowie wenigstens eine Hilfsleitung 20, welche die Hauptkammer 19 mit der Auslaßöffnung 15 verbindet.
Der Ventilkörper 3 ist im Innern des Sitzes unter Zwischenfügung einer Reihe von ringförmigen Dichtungen 24 montiert, die in gleichartigen peripheren Nuten des Ventilkörpers 3 eingesetzt sind. Letzterer besitzt ferner außerhalb des Körpers 1 eine periphere Nut 25, in welche ein mit Schrauben 27 an dem Körper 1 befestigter Bügel 26 eingreift,der den Ventilkörper 3 des Steuerventils an dem Körpers des Servoventils fixiert.
In demjenigen Endbereich der Leitung 18, der in die Hauptkammer 19 mündet, ist eine Dichtungsbuchse 28 montiert,die
mit ihrem der Kammer 19 zugewandten inneren Rand einen Sitz für ein Verschlußglied in Form einer Kugel 29 bildet. Das Verschlußglied 29 wird von dem beweglichen Kern 12 des Elek tromagneten gegen seinen Sitz gedrückt, wenn die Wicklung erregt ist.
In das dem Ventilkörper 3 gegenüberliegende Ende der Buchse 11 ist ein Verschlußpfropfen 30 mit Übermaß eingesetzt. Dieser Verschlußpfropfen 30 ist mit einer peripheren Nut versehen, in welche ein Haltering 31 eingreift, der einen Abstandsring 32 berührt.
Der Verschlußpfropfen 30 begrenzt zusammen mit dem ihm zugewandten Ende des bewegbaren Kerns 12 eine Hilfskammer 33 im Innern der Buchse 11. Diese Hilfskammer 33 steht mit der Hauptkammer 19 über eine Reihe von axialen Nuten 3^ in Verbindung, die am Umfang desbeweglichen Kerns 12 ausgebildet sind. Letzterer besitzt außerdem einen mittleren Abschnitt mit verringertem Durchmesser, der eine ringförmige Kammer
35 bestimmt. Infolge der vorangehend beschriebenen Struktur bildet sich während des Betriebes im Bereich der Kammer 35 ein Fluidfilm aus, der als Kissen wirkt und das Gleiten des Kerns 12 im Innern der Buchse 11 begünstigt.
Der Körper des beweglichen Kerns 12 ist von einer axialen Bohrung durchdrungen, in die ein Dorn 36 mit Übermaß eingesetzt ist, der mit beiden Enden aus dem Körper des Kerns 12 herausragt. Derjenige Abschnitt des Dorns 36, der aus dem der Kammer 33 zugewandten Ende des Kerns 12 herausragt, verhindert, daß die einander gegenüberliegenden Oberflächen des Kerns 12 und des Verschlußpfropfens 30 einander berühren können, so daß die Gefahr eines hydraulischen Aneinanderklebens dieser Oberflächen vermieden ist. Der Dorn
36 besteht aus nichtferromagnetischem Material mit einer Härte, die wesentlich größer ist als diejenige des beweglichen Kerns 12.
Im Bereich demjenigen Endes des Dorns 36, das aus dem Körper des beweglichen Kerns 12 in Richtung auf die Hauptkammer 19 herausragt, besitzt der Kern 12 eine Ausnehmung 37 für die Aufnahme des kugelförmigen Verschlußgliedes 29.
Zwischen den einander gegenüberliegenden Enden des Verschlußpfropfens 30 und des beweglichen Kerns 12 befindet sich eine Schraubenfeder 38, deren Funktion aus der späteren Beschreibung hervorgeht.
Im Bereich des in die Steuerkammer 14 mündenden Endes der Leitung 18 befindet sich eine Lochblende 39, welche verhindert, daß eventuelle Druckoszillationen in der Leitung 18 sich in die Kammer 14 übertragen und umgekehrt.
ist
Mit 40 ein mit dem beweglichen Organ des Servoventils fest verbundenes Element bezeichnet. Dieses Element 40 ist dem in der Kammer 14 herrschenden Druck ausgesetzt, so daß seine Position sich ändert, wenn der Druck in dieser Kammer 14 variiert. In Fig. 1 ist ferner die mit 41 bezeichnete Einlaßöffnung des Servoventils dargestellt, die mit einer (nicht dargestellten) Auslaßöffnung über einen von dem genannten beweglichen Organ des Servoventils gesteuerten Durchgang in Verbindung steht.
Im folgenden sei die Funktion des in Fig. 1 dargestellten hydraulischen Systems erläutert:
Die Position des mit dem beweglichen Organ des Servoventils verbundenen Elementes 40 ist eine Funktion des in der Steuerkammer 14 herrschenden Druckes. Dieser Druck wird über die in dem Körper 1 des Servoventils ausgebildete Öffnung 22, den engen Querschnitt 23 der in dem Körper 3 des Steuerventils gebildeten Öffnung 21 und die Leitung 28 in die Kammer 14 übertragen.
Das als Kugel ausgebildete Verschlußglied 29 wird von dem
beweglichen Kern 12 des Elektromagneten 4 gegen seinen Sitz gedruckt, wenn die Wicklung 5 erregt ist.
Falls der Druck in der Leitung 18 groß genug wird, um die von dem beweglichen Kern 12 auf das Verschlußglied 29 ausgeübte Kraft zu überwinden, bewegt sich das Verschlußglied 29 zusammen mit dem beweglichen Kern 12 nach oben (in Bezug auf Fig. 1) und setzt die Leitung 18 über die Hauptkammer 19 und die Hilfsleitung 20 mit der zu dem Abflußbehälter führenden öffnung 15 in Verbindung.
Der in der Leitung 18 (und infolgedessen in der Kammer 14) herrschende Druck ist infolgedessen eine Funktion der von dem beweglichen Kern 12 auf das Verschlußglied 29 ausgeübten Kraft.
Durch Veränderung der Intensität des der Wicklung 5 zugeführten Stromes läßt sich daher der in der Kammer 14 herrschende Druck, (der eine Positionsänderung des beweglichen Organs des Servoventils bewirkt), modulieren.
Die vorangehend beschriebene Struktur und insbesondere die Tatsache, daß der Sitz für das als Kugel ausgebildete Verschlußglied 29 in einer Zone des Körpers des Steuerventils ausgebildet ist, die im Innern der Wicklung 5 des Elektromagneten 4 liegt, sowie die Tatsache, daß dieses Verschlußglied 29 direkt von dem beweglichen Kern 12 des Elektromagneten ohne die Hilfe axial zwischen ihnen liegender Elemente gesteuert wird, ermöglichen die Schaffung eines Ventils, das einfacher, preiswerter und weniger sperrig ist als bekannte Steuerventile mit elektrischer Proportionalsteuerung.
Fig. 2, (in der die mit Fig. 1 gemeinsamen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind wie dort), zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nur da-
durch unterscheidet, daß die Drosselöffnung, über welche die Leitung 18 mit der Fluiddruekquelle in Verbindung steht, nicht in dem Körper 3 des Steuerventils sondern in dem Servoventil ausgebildet ist. Außerdem entfällt bei diesem Ausführungsbeispiel die Lochblende 39-
Die Drosselöffnung, die in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 42 versehen ist, ist in der Wandung des Elementes 40 in einem solchen Bereich ausgebildet, daß die Steuerkammer 14 sich zwischen der Öffnung 42 und der Leitung 18 befindet. Die Öffnung 42 steht mit einer Öffnung 43 des Körpers 1 des Servoventils in Verbindung, an welche die Fluiddruekquelle anschließbar ist.
Die Funktion des in Fig. 2 dargestellten Ventils entspricht derjenigen des Ventils gemäß Fig. 1.
Eine theoretische Analyse der Funktion des hydraulischen Systems gemäß der Erfindung in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 erlaubt die Bestimmung der Kriterien für die Dimensionierung des Steuerventils, die eine umkehrbar eindeutige Beziehung zwischen der Intensität des durch die Wicklung 5 fließenden Stromes und dem Druck in der Leitung 18 (jedem Stromwert muß ein eindeutiger Druckwert entsprechen) und die Stabilität des Systems sicherstellen.
Zunächst müssen folgende Parameter festgesetzt werden:
P = Speisedruck des Steuerventils (an der Einlaßöffnung 22), Q = idealer Maximaldurchsatz für die Steuerung (Idealbedingung ergibt sich, wenn der Druck in der Leitung 18 zu Null wird),
ξ = Dichte des Fluids,
E = P' /P, worin P1 der beim Entwurf zugrunde gelegmax max max
te maximale Druck im Bereich der Leitung 18 ist, = pI m-n/pj worin P1 . der beim Entwurf zugrunde te minimale Druck im Bereich der Leitung 18 ist,
I= Strom, der dem Druck P'ax entspricht (die Wirkung der Feder 38 wird vernachlässigt),
R = Innenradius der Buchse 11,
t = Wandstärke der Buchse 11,
w = Wandstärke des Ankers in dem dem Kern 18 gegenüberliegenden Bereich (Stärke der Platte 10 + Stärke des Bodens 8a ),
/ 9 2
O= I/1 - d /D , worin d und D den Durchmesser der Öffs s
nung der Buchse 28 bzw. den Durchmesser des als Kugel ausgebildeten Verschlußgliedes 29 bedeuten.
Außerdem werden die experimentell bestimmten Werte folgender Koeffizienten benötigt:
V = Streuungskoeffizient der Elektromagneten, μ - Permeabilität in Luft,
c = Ausflußkoeffizient für den engen Querschnitt 23, c = Ausflußkoeffizient für den von dem Verschlußglied 29
gesteuerten Durchgang sowie
Ausflußkoe:
Buchse 28.
c' = Ausflußkoeffizient für den Durchgang im' Innern der
Wenn die vorangehend spezifizierten Parameter einmal fixiert sind lassen sieh die charakteristischen Dimensionen des Ventils in folgender Weise bestimmen:
(d„ = Durchmesser der Öffnung 23)
D = ds/
s' ds
(1 - maximaler Abstand des Kerns 12 von
11 ' £
* s Ventilkörper 3),
NI R - 's · °* i/-JL . 1 +
I RjCtA V 32^
max S
worin N die Windungszahl der Wicklung 5 des Elektromagne ten 4 ist.
Die zuletzt angeschriebene Beziehung ist der Wert eines Produktes von drei Größen, so daß es stets möglicht ist, zwei beliebige Werte dieser Größen auszuwählen und die dritte zu bestimmen.
1 + \l E
h Yw mift If max V Rt
= H ' f - Vx " 2w '
worin h der Abstand zwischen dem beweglichen Kern des Elektromagneten und dem Ventilkörper ist, wenn das Verschlußglied 29 gegen seinen Sitz gedrückt wird.
Bei der zuletzt angeschriebenen Beziehung ist es selbstverständlich erforderlich, solche Werte für t und w zu wählen, daß sich keine negativen Werte für h ergeben.
Schließlich gilt noch I_. =1
'.min " 'max »--■=- ... - E
(1 - l/E ) (1 - / E . ) v ι max ι mm'
min y1 " "max " 1 + \ΓΈ
max
worin I . der Wert des Stromes ist, der dem Druck P' . mm min
entspricht.
In der Praxis empfiehlt es sich einen Wert für den maximalen Hub X des beweglichen Kerns des Elektromagneten zu wählen, der größer ist als der durch die obengenannte Beziehung gegebene Wert, um den Arbeitstoleranzen Rechnung zu tragen und eine größere Flexibilität beim Einsatz des Steuerventils für den Fall zu gewinnen, daß größere Speisedrücke auftreten, als sie dem Entwurf zugrunde gelegt sind.
Die Annahme eines Wertes für den maximalen Hub X, der grös-
ser ist als der theoretische Wert, kann andererseits zu einer Verringerung der elektromagnetischen Kraft bei gegebenem Strom, so daß die Gefahr besteht, daß der bewegliche Kern infolge der Reibung im System nicht in der Lage ist, sich in Bewegung zu setzen. Es wäre ein Fehler, dieses Problem durch Vergrößerung der Intensität des Speisestromes lösen zu wollen, da dies zu einem scharfen Anstieg führen würde, der von Druckoszillationen in der Leitung 18 begleitet ist.
Die Lösung dieses Problems ist die Aufgabe, der zwischen dem Verschlußpfropfen 30 und dem beweglichen Kern 12 angeordneten Schraubenfeder 38. Wenn der Abstand zwischen dem beweglichen Kern 12 und dem Körper 3 des Ventils am größten ist bildet diese Schraubenfeder eine genügend große Last, um den minimalen Druck in der Leitung 18 auszugleichen.
Wenn in der Leitung 18 der minimale dem Entwurf zugrunde gelegte Druck herrscht, wird dieser infolgedessen von der Feder 38 vollständig ausgeglichen und die Intensität der der Wicklung des Elektromagneten zugeführten Stromes ist im wesentlichen gleich Null,
Die Verwendung der Feder 38 bewirkt außerdem kürzere Absprechzeiten und vergrößert die Stabilität des Systems. Der Ventilkörper 3 kann auch aus nichtferromagnetischem Material bestehen. In diesem Fall ist es jedoch unerläßlich, daß der bewegliche Kern 12 sich nicht in zentraler Position im Innern der Wicklung 5 befindet, wenn das Verschlußglied 29 gegen den Sitz drückt.
Im folgenden sei ein Dimensionierungsbeispiel für das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des Steuerventils angegeben:
Entwurfsdaten:
Jmin
max
Επ R t w
max
200 Nw/cm 20 cm /sec ;
9.10"6 Nw sec2/cm4; 0.02; 0.99; 0.7 cm; 0.1 cm; 0.3; 1 Amp. ; 0.8.
Experimentell bestimmte Größen:
C s
1.26.106 Nw/(AW-Wert)2 1.3; 0.78; 0.55; 0.66.
Folgende charakteristische Größen ergeben sich:
ds D 1 N h
min
P' max
P' mm
0.07 cm; 0.2 cm; 0.33 cm; 0.075 cm; 554 0.063 cm; 0.094 Amp.;
198 Nw/cm2;
2 4 Nw/cm
Fig. 3 veranschaulicht die Druck-Strom-Kennlinie des prak tischen Ausführungsbeispieles des in Fig. 1 dargestellten Ventils.
Leerseite

Claims (16)

  1. Patentansprüche
    O Hydraulisches System mit elektrischer Proportionalsteuerung
    mit einem hydraulischen Servoventil, das eine Steuerkammer (14) und ein hydraulisches Steuerventil für die Modulierung des Druckes in der Steuerkammer (14) beinhaltet, wobei das Steuerventil folgende Teile umfaßt
    - einen Ventilkörper (3) mit
    — einer Leitung (18) die mit der Steuerkammer (14) kommuniziert und über eine Drosselöffnung (23; 42) mit einer Fluiddruckquelle verbunden ist,
    -- einer Auslaßöffnung (15), die mit einem Abflußbehälter verbindbar ist,
    — und einem Durchgang (19, 20) zur Verbindung der genannten Leitung (18) mit der Auslaßöffnung (15),
    - ein Verschlußglied (29), das mit einem in dem Ventilkörper (3) im Bereich des genannten Durchganges (19, 20) ausgebildeten Sitz zusammenwirkt,
    - einen Elektromagneten (4) mit
    — einem Anker (7), der mit dem Ventilkörper (3) des Steuerventils fest verbunden ist,
    — einer Wicklung (5)
    — und einem beweglichen Kern (12), der das Verschlußglied (29) mit einer der Intensität des durch die Wicklung (5) fließenden Stromes proportionalen Kraft in seine Schließstellung gegen den Sitz drückt,
    dadurch gekennzeichnet,
    - daß der mit dem Verschlußglied (29) zusammenwirkende Sitz in einer Zone des Ventilkörpers (3) liegt, die sich im Innern des Ankers (7) des Elektromagneten (4) befindet
    - und daß das Verschlußglied (29) unmittelbar von dem beweglichen Kern (12) des Elektromagneten (4) angetrieben ist.
  2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß die für die Verbindung der Leitung (18) mit der Fluiddruckquelle vorgesehene Drosselöffnung (23) in dem Körper (3) des Steuerventils ausgebildet ist.
  3. 3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die für die Verbindung der Leitung (18) mit der Fluiddruckquelle vorgesehene Drosselöffnung (42) in dem hydraulischen Servoventil ausgebildet ist
    - und daß die Steuerkammer (14) zwischen der genannten Leitung (18) und der Drosselöffnung (42) liegt.
  4. 4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnung (23; 42) eine relativ begrenzte axiale Ausdehnung besitzt.
  5. 5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - daß der bewegliche Kern (12) des Elektromagneten (4) gleitbar im Innern eines die Wicklung (5) tragenden röhrenförmigen Spulenkörpers (6) montiert ist,
    - daß der Körper (3) des Steuerventils im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und sich mit einem Endbereich im Innern eines Endbereiches des Spulenkörpers (6) befindet,
    - daß dieser Endbereich des Körpers (3) des Steuerventils zusammen mit dem ihm gegenüberliegenden Ende des beweglichen Kerns (12) im Innern des Spulenkörpers (6) eine Hauptkammer (19) begrenzt,
    - daß die in dem Körper (3) des Steuerventils ausgebildete Leitung (18) in der Hauptkammer (19) mündet,
    - daß der genannte die Leitung (18) mit der Auslaßöffnung (15) verbindende Durchgang von der Hauptkammer (19) und wenigstens einer Hilfsleitung (20) gebildet ist, welche die Hauptkammer (19) mit der Auslaßöffnung (15) verbindet,
    - und daß der Sitz für das Verschlußglied von dem in die Hauptkammer (19) mündenden Endbereich der Leitung (18) gebildet ist.
    - 16 -
  6. 6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (3) des Steuerventils aus ferromagnetisehem Material besteht.
  7. 7. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Kern (12) unter Zwischenfügung einer Buchse (11) im Innern des Spulenkörpers (6) der Wicklung (5) gleitbar gelagert ist.
  8. 8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
    - daß das Ventil ein Verschlußelement (30) besitzt, das sich an dem dem Körper (3) des Steuerventils abgewandten Ende der Buchse (11) befindet und zusammen mit dem ihm gegenüberliegenden Ende des beweglichen Kerns (12) im Innern der Buchse (11) eine Hilfskammer (33) begrenzt,
    - und daß der bewegliche Kern (12) an seinem Umfang eine Reihe von axialen Nuten (34) besitzt, welche die Hauptkammer (19) mit der Hilfskammer (33) verbinden.
  9. 9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem beweglichen Kern (12) ein mittlerer Abschnitt mit verringertem Durchmesser gebildet ist, der im Innern der Buchse (11) eine periphere ringförmige Kammer (35) begrenzt.
  10. 10. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verschlußelement (39) und dem ihm gegenüberliegenden Ende des beweglichen Kerns (12) elastische Mittel (38) angeordnet sind.
  11. 11. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wegende bestimmende Mittel (36) zur Begrenzung der Endposition des beweglichen Kerns (12) bei seiner Bewegung in Richtung auf das Verschlußelement (30) vorgesehen sind und daß in dieser Endposition die einander geüberliegenden Enden des beweglichen Kerns (12) und des Verschlußelementes (30) Abstand voneinander haben.
  12. 12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Wegbegrenzung aus einem axialen Dorn (36) bestehen, der mit Preßpassung in den beweglichen Kern (12) eingesetzt ist.
  13. 13. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz für das Verschlußglied (29) von dem inneren Rand einer Buchse (28) bestimmt ist, die an dem Körper (3) des Ventils in dem Endbereich der Leitung (18f montiert ist, der in die Hauptkammer (19) mündet.
  14. 14. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Körpers (3) des Steuerventils, der aus dem Elektromagneten (4) nach außen ragt, in einen Sitz (2) des Körpers (1) des hydraulischen Servoventils eingesetzt ist und damit eine Verbindung zwischen dem Servoventil und dem Steuerventil bildet.
  15. 15. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (18) aus einer Bohrung besteht, die den Körper (3) des Steuerventils axial durchdringt.
  16. 16. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende der Leitung (18) welches mit der Steuerkammer (14) verbunden ist,mit einer Lochblende (19) versehen ist, welche die Übertragung eventueller Druckschwingungen aus der Leitung (18) in die Steuerkammer (14) und umgekehrt verhindert.
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