DE4343356C2 - Elektrohydraulisches Stellventil vom Fluidverstärkertyp - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrohydraulisches Stellventil vom Fluidverstärkertyp
mit einem Ventilblock in Stapelbauweise, der aus mehreren übereinander gestapelten und miteinander verbundenen Lamellen besteht, und in dem

• - eine feststehende Düse mit einer Zuführleitung für unter Druck stehendem Fluid,
• - ein Paar von der Düse gegenüberliegenden, dem aus der Düse austretenden Fluidstrahl ausgesetzten Empfängeröffnungen, die in Ausgangsleitungen einmünden, sowie
• - ein Raum zwischen der Düse und den Empfängeröffnungen mit einem darin angeordneten bewegbaren Deflektor zur Ablenkung des aus der Düse austretenden Strahls relativ zu den Empfängeröffnungen

ausgeformt sind, und
mit einem elektrisch betätigbaren Motor, der einen in einem flexiblen Isolierrohr gelagerten, in Abhängigkeit von elektrischen Signalen bewegten Läufer aufweist, der mit dem Deflektor gekoppelt ist und diesen abhängig von den elektrischen Signalen bewegt.

Ein derartiges Stellventil ist durch die US-A-35 42 051 bekanntgeworden.

Im bekannten Fall ist der Motor an einem Basiskörper mittels Schrauben befestigt, wobei der laminierte Ventilkörper in einer Ausnehmung des Basiskörpers gehaltert aufgenommen ist.

Eine derartige Anordnung erschwert die Justage der einzelnen Nullpunkte des Motors und Fluidverstärkers.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Aufbau des eingangs bezeichneten Stellventils so zu treffen, daß eine einfache Justage bzw. ein einfaches Aufeinanderabstimmen der Nullpunkte möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß der Läufer ein Basiselement mit Öffnungen aufweist und in dem Ventilblock entsprechende Gewindelöcher ausgebildet sind und daß mittels die Öffnungen im Basiselement durchdringender, von den Gewindelöchern aufgenommener Gewinde-Befestigungsmittel der Motor auf dem Ventilblock justierbar montiert ist.

Durch die unmittelbare Befestigung des Motors an dem den Fluidverstärker enthaltenen Ventilkörper kann dieser an den Motor so angepaßt werden, daß der hydraulische Nullpunkt des Verstärkers und der mechanische sowie magnetische Nullpunkt des Motors genau übereinstimmen. Dies wird erreicht, indem der Motor auf dem Ventilblock montiert wird und die Schrauben in die Gewindelöcher eingesetzt und von Hand angezogen werden. Dann wird dem Fluidverstärker Fluid zugeführt und der Motor innerhalb der durch die Schrauben und die Öffnungen in der Basis, durch die sie führen, erlaubten Toleranzen bewegt, bis der hydraulische, mechanische und magnetische Nullpunkt übereinstimmen. Die Schrauben werden dann festgezogen und die Lage des Motors relativ zum Ventilkörper damit fixiert.

Entsprechende Maßnahmen sind vorgesehen, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Ventilkörper mit dem Motor auf eine zweite Stufe montiert wird. Die erste Stute kann dann in der beanspruchten Weise auf der zweiten Stufe montiert werden, um den hydraulischen Nullpunkt der zweiten Stute auszurichten, wodurch ein komplettes, aus erste und zweiter Stufe bestehenden Stellventil mit einer ausgezeichneten Nullpunktstabilität geschaffen wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Zeichnungen näher dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die erste Stufe eines Stellventils gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen teilweisen Schnitt längs der Linie 2-2 des in Fig. 1 dargestellten Stellventils in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt durch ein zweistufiges Stellventil gemäß der Erfindung; und

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4.

Wie eingangs erwähnt geht die vorliegende Erfindung von dem in der US-Patentschrift Nr. 3,542,051 beschriebenen Stellventils aus. Wie dort beschrieben ist ein in Abhängigkeit von einem Steuersignal bewegliches Leitelement in Form eines Deflektors so in einem Stellventil angeordnet, daß ein aus einer feststehenden Düse austretender freier Strahl in Bezug auf ein Paar von feststehenden Empfängeröffnungen abgelenkt werden kann. Eine solche Ablenkung erzeugt einen unterschiedlichen Fluiddurchsatz in den feststehenden Empfängeröffnungen, wobei die Differenz von dem Steuersignal abhängt. Die räumlich feste Zuordnung zwischen der Düse und den Empfängeröffnungen ist dadurch präzise festgelegt, indem in einer Lamelle Wandungsoberflächen ausgeformt werden, die an einander gegenüberliegenden Seiten durch Endlamellen abgeschlossen werden, von denen eins eingeformte Leitungen aufweist, durch die das Fluid fließt. Die Leitungen sind mit der Düse und den Empfängeröffnungen verbunden.

Der Vorschubmotor 12 weist in bekannter Weise einen Läufer 14 auf, der in einem biegsamen Rohr 16 gelagert ist. Der Läufer 14 bewegt sich in Abhängigkeit von elektrischen Signalen, die von einer (nicht dargestellten) Quelle zu den Spulen 18 geleitet werden. Weiterhin sind geeignete Permanentmagnete und Justiervorrichtungen vorgesehen, wie sie ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt sind.

Die Düse, die Zufuhrleitungen und die Ausgangsleitungen werden durch eine Vielzahl von Lamellen 20 gebildet, die an ihren Zwischenflächen miteinander verklebt sind. Die Vielzahl der Lamellen 20 umfaßt eine Mittellamelle 22, an deren beiden einander gegenüberliegenden Seiten Zwischenlamellen 24 und 26 angeordnet sind. Die End- oder äußeren Lamellen 28 und 30 sind auf den äußeren Oberflächen der Lamellen 24 bzw. 26 angeordnet. Wie oben angedeutet, werden diese Lamellen 22-30 während des Herstellungsprozesses des Ventilblockes aufeinander gestapelt, nachdem sie vorher gründlich gereinigt worden sind. Sie werden dann mit einem Druck in der Größenordnung von etwa 35 bar (500 psi) beaufschlagt und dann in einer Inertatmosphäre auf eine Temperatur von etwa 1100°C (2000°F) erhitzt und auf diese Temperatur für eine Zeitspanne von 5-10 Minuten gehalten. Als Resultat werden die Lamellen 22-30 durch Diffusion miteinander verbunden und bilden so eine einstückige, laminierte Ventilblockstruktur 20, die die Fluidkomponenten enthält, die durch die Düse, die Empfängeröffnungen und die entsprechend damit verbundenen Leitungen gebildet werden. Alternativ dazu können die Lamellen auch durch Hartlöten miteinander verbunden werden und können, wenn gewünscht, vor dem Hartlöten oder Diffusionsverbinden mit einer Kupferschicht plattiert werden. Es wird angenommen, daß das Kupfer während des Diffusionsbindeverfahrens lediglich kleinere Fehlstellen (wenn überhaupt) füllt, die in den Oberflächen der Lamellen vorhanden sein können. Solches Diffusionsbinden verhindert Querleckagen von Fluid zwischen den Empfängerkanälen und Leckage zwischen den Lamellen, wodurch Druck- und Flußausbeute verbessert werden.

Vor dem Stapeln und Verbinden ist in der inneren oder Zentrallamelle 22 eine Öffnung ausgeformt worden, die im ganzen mit dem Bezugszeichen 32 (Fig. 2) bezeichnet wird. Diese Öffnung weist die bekannte Konfiguration eines Strömungsverstärkers auf. Die Zwischenlamelle 26 weist ausgeformte Leitungen auf, die mit 34, 36 und 38 bezeichnet sind. Die Leitung 34 endet in einer Öffnung 40, während die Leitungen 36 und 38 zu Öffnungen 42 bzw. 44 führen. Die zugehörige äußere Lamelle 30 weist entsprechende Öffnungen 43 und 45 auf, die im fertig montierten Zustand mit den Öffnungen 42 und 44 in der Zwischenlamelle 26 fluchten. Die Öffnungen 43 und 45 bilden Ausgangsöffnungen für die erste Stufe 10, um den unter Druck stehenden Fluidstrom von der ersten Stufe zu einem geeigneten Verbraucher, dessen Ausführungsform im folgenden noch diskutiert werden wird, zu leiten. In der äußeren Lamelle 30 ist darüber hinaus eine weitere (nicht dargestellte) Öffnung angeordnet, die mit der Öffnung 40 fluchtet. Diese Öffnung verbindet eine (nicht dargestellte) Druckquelle für ein Fluid, um einen Fluidstrahl für die Verstärkeröffnung 32 zu erzeugen. Die Öffnung 32 enthält weiterhin ein Abteil 46 mit einem Paar konvergierender Seitenwände 48 und 50, die eine Düse 51 begrenzen, aus dem das unter Druck stehende, von der mit der Öffnung 40 verbundenen Druckquelle stammende Fluid austritt. Die Durchtrittsöffnung 32 enthält weiterhin zusätzliche längliche Abteile 52 und 54. Das Abteil 52 ist begrenzt von einem Paar konvergierender Seitenwände 56 und 58, die in einer Empfängeröffnung 60 enden. Das Abteil 54 ist von einem Paar konvergierender Seitenwände 62 und 64 begrenzt, die eine Empfängeröffnung 68 begrenzen. Die Empfängeröffnungen 60 und 68 werden durch eine vertikale Rippe 70 voneinander getrennt, die direkt gegenüber der Düse 51 angeordnet ist. So trifft ein aus der Düse 51 austretender Fluidstrahl - solange keine anderen Maßnahmen getroffen sind - auf die Rippe 70 und teilt sich in zwei gleiche Teilströme auf, die in die Empfängeröffnungen 60 und 68 eintreten, ohne daß es zwischen den Teilströmen zu einer Differenz kommt. Der Strom durch die Leitungen 36 und 38 und durch die Ausgangsöffnungen 42 und 44 wäre unter diesen Umständen gleich groß.

In dem in der Durchtrittsöffnung 32 ausgeformten Schlitz 74 ist ein Leitelement 72 in Form eines Deflektors angeordnet, das sich quer zu der Düse und den Empfängeröffnungen in Abhängigkeit von der Bewegung des Läufers 14 längs der Linie 76 bewegt. In dem Leitelement 72 ist eine Durchgangsöffnung 78 vorgesehen. Wenn sich der Deflektor 72 in Fig. 2 nach links oder rechts bewegt, in Abhängigkeit von dem Motor 12 zugeführten Signalen, wird das aus der Düse 51 austretende Fluid abgelenkt, wodurch ein Differenzstrom in den Empfängeröffnungen 60 und 68 und durch die Öffnungen 43 und 45 (Fig. 1) erzeugt wird.

Jede der Lamellen weist darüber hinaus eine zentrale Öffnung auf, die mit dem Bezugszeichen 80 bezeichnet ist, durch die sich der Deflektor erstreckt und die darüber hinaus als Rückfluß für den Fluidverstärker dient. Wenn die erste Stufe 10 mit einer zweiten Stufe verbunden werden soll, wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, kann eine geeignete Rückstellfeder 81 angeschlossen sein, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.

Ein zentrales Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß die einstückige laminierte Struktur 20, der Ventilblock, als Basis verwendet wird, an der die Laufereinheit des Motors befestigt wird, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist und daß der Ventilblock 20 darüber hinaus dazu verwendet wird, die erste Stufe mit dem Gehäuse der zweiten Stufe zu verbinden, wie dies ebenfalls in Fig. 4 dargestellt ist.

Aufgrund des Diffusionsverbindungsverfahrens, das oben beschrieben ist, ist der laminierte Ventilblock 20 geglüht und kann deswegen leicht gebohrt werden. Ebenso können leicht Gewinde eingeschnitten werden. Demgemäß können Gewindeöffnungen 82-88 eingeschnitten und mit entsprechenden Befestigungselementen 90-96 versehen werden. Offensichtlich können - falls gewünscht - auch zusätzliche Befestigungselemente an anderen Stellen verwendet werden, um den Ventilblock 20 an dem Gehäuse 98 zu befestigen oder nötigenfalls die Läufereinheit 100 an dem Ventilblock 20. Danach wird eine geeignete Wärmebehandlung durchgeführt, um den Lamellenstapel zu härten und Erosionen zu verhindern.

In Fig. 4 ist die zweite Stufe 102 des Ventils dargestellt. Diese umfaßt ein Gehäuse 98, in dem eine Buchse 104 und ein Rundschieber 106 in der bekannten Art und Weise angeordnet sind. Die Öffnungen 43 und 45 in der äußeren Schicht 30 wirken als Anschlußöffnungen, um den Differenzstrom durch die Leitungen 107 und 108 zu den äußeren Enden des Rundschiebers 106 zu leiten, um diesen dazu zu veranlassen, sich innerhalb der Buchse 104 in der bekannten Weise hin und her zu bewegen. Die Rückstellfeder 81 ist in einem geeigneten Schlitz oder einer Öffnung in dem Mittelbereich 110 des Spulenkörpers 106 gelagert. Das Isolierrohr 16 besteht aus einem einzigen Stück aus metallischem Material und umfaßt eine massive Basis 112, wie in Fig. 5 dargestellt.

Bei Verwendung der beschriebenen Läufereinheit und dem einstückigen Lamellenventilblock 20, die die Läufereinheit trägt, kann der Fluidverstärker an den Motor so angepaßt werden, daß der hydraulische Nullpunkt der ersten Stufe und der mechanische und magnetische Nullpunkt des Motors genau übereinstimmen. Dies wird erreicht, indem die Motor-Untereinheit auf dem Ventilblock 20 montiert wird, und die Schrauben 90 und 92 in die Gewindelöcher 82 und 84 eingesetzt und von Hand angezogen werden. Dann wird dem Strömungsverstärker Fluid zugeführt und die Motor-Untereinheit innerhalb der durch die Schrauben 90 und 92 und die Öffnungen in der Basis 112, durch die sie führen, erlaubten Toleranzen bewegt, bis der hydraulische, mechanische und magnetische Nullpunkt übereinstimmt. Die Schrauben werden dann festgezogen, um den Motor an dem Ventilblock 20 festzulegen. Die erste Stufe kann dann mit einer zweiten, eine gute Nullpunktsstabilität bietenden Stufe verwendet werden. Wenn die erste Stufe auf der zweiten Stufe installiert ist, wie dies in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, kann die erste Stufe ähnlich auf der zweiten Stufe justiert werden, um den hydraulischen Nullpunkt der zweiten Stufe auszurichten, wodurch ein komplettes, aus erster und zweiter Stufe bestehendes Stellventil mit einer ausgezeichneten Nullpunktsstabilität geschaffen wird.

Der Volumenstrom durch den Fluidverstärker kann während der Konstruktion auf einen beliebigen gewünschten Wert in Abhängigkeit von einer bestimmten Anwendung festgesetzt werden. Der Volumenstrom, der durch die Düse 51 strömt, wird durch die folgende Formel bestimmt:

hierin bedeuten:

(Q) Volumenstrom
(c_d) Düsenkoeffizient
(A) Strahlfläche
(Δp) Differenzdruck über der Düse
(ο) Dichte des Fluids.

Wie offensichtlich ist, wird der Durchfluß proportional vergrößert, wenn die Strahlfläche vergrößert wird. Die Strahlfläche wird dabei durch die Fläche der Düse 51 bestimmt. Diese kann wiederum vergrößert werden, indem die Dicke der mittleren Lamelle 22 (Fig. 1) vergrößert wird. Indem also lediglich die Dicke der Lamelle 22 erhöht wird, wird die Höhe der Düse 51 um das gleiche Maß vergrößert, während die Eigenschaften der Düse beibehalten werden, um den gewünschten freien Strahl zu erzeugen. Insgesamt kann dies erreicht werden, indem eine dickere, einzelne Mittellamelle 22 verwendet wird, oder aber alternativ, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, indem eine Vielzahl von dünneren Lamellen 118-122 verwendet werden, die jeweils die gleiche Durchtrittsöffnung 32 (Fig. 2) aufweisen und die nach einer genauen Ausrichtung aufeinander durch Diffusion miteinander verbunden werden, um den in Fig. 2 dargestellten Flüssigkeitsverstärker zu bilden. Indem also dünnere Lamellen übereinandergestapelt werden, kann auf diese Weise eine genaue Kontrolle über den durch die erste Stufe des Ventils fließenden Volumenstrom erreicht werden. Als Ergebnis kann ein sehr hoher Strömungswirkungsgrad bei höheren Drücken von größer als 60% erreicht werden.

Claims (4)

1. Elektrohydraulisches Stellventil vom Fluidverstärkertyp mit einem Ventilblock (20) in Stapelbauweise, der aus mehreren übereinander gestapelten und miteinander verbundenen Lamellen (22-30) besteht, und in dem

• - eine feststehende Düse (51) mit einer Zuführleitung (34) für unter Druck stehendem Fluid,
• - ein Paar von der Düse (51) gegenüberliegenden, dem aus der Düse austretenden Fluidstrahl ausgesetzten Empfängeröffnungen (60, 68), die in Ausgangsleitungen (36, 38) einmünden, sowie
• - ein Raum (32) zwischen der Düse (51) und den Empfängeröffnungen (60, 68) mit einem darin angeordneten bewegbaren Deflektor (72) zur Ablenkung des aus der Düse (51) austretenden Strahls relativ zu den Empfängeröffnungen (60, 68) ausgeformt sind, und

mit einem elektrisch betätigbaren Motor (12), der einen in einem flexiblen Isolierrohr (16) gelagerten, in Abhängigkeit von elektrischen Signalen bewegten Läufer (14) aufweist, der mit dem Deflektor (72) gekoppelt ist und diesen abhängig von den elektrischen Signalen bewegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (14) ein Basiselement (112) mit Öffnungen aufweist und in dem Ventilblock (20) entsprechende Gewindelöcher (82, 84) ausgebildet sind und daß mittels die Öffnungen im Basiselement durchdringender, von den Gewindelöchern aufgenommener Gewinde-Befestigungsmittel (90, 92) der Motor (12) auf dem Ventilblock (20) justierbar montiert ist.

2. Stellventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Ventilstufe (102) mit einem Gehäuse (98) vorgesehen ist und daß der Ventilblock (20) der ersten Ventilstufe mit dem Motor (12) auf dem Gehäuse (98) montiert ist.

3. Stellventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilblock (20) der ersten Ventilstufe Durchgangsbohrungen und das Gehäuse (98) Gewindelöcher (86, 88) aufweist, und daß mittels die Durchgangsbohrungen durchdringender, von den Gewindelöchern aufgenommener Gewinde-Befestigungsmittel (94, 96) der Ventilblock (20) mit Motor auf dem Gehäuse (98) montiert ist.