DE3532237C2 - Wegeschieberventil mit einem elektrischen Aufnehmer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Wegeschieberventil bei dem mittels elektrischer Aufnehmermittel die jeweilige Position des Kolbens des Wegeschieberventils gemessen und geregelt wird.

Wegeschieberventile mit elektrischem Aufnehmer werden häufig bei Servo- und Proportionalventilen verwendet.

Das erfindungsgemäße Wegeschieberventil mit elektrischen Wegaufnehmermitteln kann also sowohl bei einem Proportional- wie auch einem Servoventil Verwendung finden. Aus Gründen der Einfachheit der Darstellung wird die Erfindung anhand eines Sevoventils erläutert.

In dem Prospektblatt der Fa. Mannesmann Rexroth GmbH, Lohr/Main, Bundesrepublik Deutschland, mit der Nr. RB 29 585/8.81 ist bereits auf S. 3 eine elektrische Servoventilrückführung beschrieben. Im wesentlichen ist dabei folgendes vorgesehen: Eine Vorsteuerung (1. Stufe) mit einem dauermagnetisch erregten Steuermotor und einem hydraulischen Verstärker ausgeführt als Düsen-Prallplattenventil. Eine zweite Stufe mit einem Steuerkolben in 4-Wegeausführung zur Durchflußregelung, wobei der Steuerkolben mit einem induktiven Wegaufnehmer über einen Kern gekoppelt ist. Die jeweilige Lage des Kerns ergibt dabei in den mit Wechselstrom gespeisten Spulen des induktiven Wegaufnehmers eine Spannung, den sogenannten Ist-Wert. Beim Sollwert- Istwert-Vergleich über geeignete elektronische Geräte wird die Regelabweichung ausgewertet und der ersten Stufe des Ventils als Signal zugeführt. Dieses Signal lenkt die Prallplatte zwischen den beiden Regeldüsen aus. Dabei wird eine Druckdifferenz zwischen den beiden Steuerräumen des Steuerventils bewirkt und der Steuerkolben mit dem daran befestigten Kern des induktiven Wegeaufnehmers wird soweit verschoben, bis der Sollwert mit dem Istwert übereinstimmt. Man erkennt, daß der induktive Wegaufnehmer nur an einer Seite des Steuerkolbens vorgesehen ist. Wenn sich nun im Betrieb das Steuerventil erwärmt, so bedeutet dies eine Verschiebung der Ventil-Nullage abhängig von der Temperatur aufgrund der Längenänderungen des Kerns, des Kernträgers, des Steuerkolbens, der den Steuerkolben aufnehmenden Büchse bzw. des Gehäuses des Ventils wie auch des Spulenträgers. Eine solche Nullpunktverschiebung abhängig von der Temperatur ist für viele Ventilanwendungen beispielsweise in der Regelungstechnik außerordentlich nachteilig, da es zu Regelabweichungen in überlagerten Regelkreisen kommen kann.

Die durch Temperaturänderungen hervorgerufene Nullpunktverschiebung wurde bisher dadurch bekämpft, daß man den Wegaufnehmer und möglicherweise auch den damit zusammenarbeitenden Meßverstärker in Kapselbauweise vorsieht, was aber verhältnismäßig hohe Kosten zur Folge hat. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen überlagerten Regler für den Antrieb zu verwenden, was aber in den meisten Regelkreisen Grenzzyklen bewirkt.

Der bereits oben erwähnte Temperatureffekt bewirkt in jedem Falle eine unterschiedliche Dehnung zwischen den Bauteilen auf der Steuerventillängsachse (beispielsweise des Steuerkolbens selbst und des Kernträgers usw.) und dem Ventilgehäuse, und zwar hervorgerufen durch die im wesentlichen an den Steuerkanten entstehende Wärme. Neben diesem bei Servoventilen vorherrschenden Effekt gibt es noch einen weiteren durch die Wärme verursachten Störeffekt, der insbesondere bei Proportionalventilen zur Geltung kommt. Der letztgenannte Effekt wird ebenfalls durch die vom Ventil hervorgerufenen Wärme bewirkt, die nämlich beispielsweise die Spulen eines induktiven Wegaufnehmers unterschiedlich stark erwärmt. Das heißt die näher zum Ventil gelegenen Spulen werden stärker erwärmt als die weiter abgelegenen Spulen. Beide Effekte bewirken eine Nullpunktverschiebung in der gleichen Richtung, summieren sich also in nachteiliger Weise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wegeschieberventil insbesondere für ein Servo- oder Proportionalventil derart auszubilden, daß der Einfluß der Temperatur auf die Arbeitsweise elektrischer Aufnehmermittel minimiert wird. Insbesondere beabsichtigt die Erfindung, das Driften des Nullpunktes zu vermeiden, und zwar unter Verwendung einfacher baulicher Maßnahmen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Temperaturverteilung im Wegeschieberventil im wesentlichen als symmetrisch anzusehen ist und sieht demgemäß vor, daß die elektrischen Aufnehmermittel symmetrisch im Temperaturfeld des Wegeschieberventils angeordnet wird.

Bei einem Wegeschieberventil mit einem elektrischen Wegaufnehmer der stationäre vorzugsweise am Ventilgehäuse befestigte erste Meßmittel (z. B. Spulen) und bewegliche zweite mit dem Steuerkolben verbundene Meßmittel (z. B. einen Kern) aufweist, sind die ersten und zweiten Meßmittel jeweils spiegelbildlich bezüglich einander benachbart zu den beiden Enden des Steuerkolbens erfindungsgemäß angeordnet.

Es ist also möglich, den bisher nur am einen Ende des Steuerkolbengehäuses angeordneten Wegaufnehmer mit einem zweiten ebensolchen Wegaufnehmer zu ergänzen, der diametral entgegengesetzt am Gehäuse angeordnet wird.

Vorzugsweise ist es auch möglich, an jedem Ende des Ventilkolbens kurz gesagt nur den halben Wegaufnehmer anzuordnen. Beispielsweise im Falle eines induktiven Wegaufnehmers besteht die Induktivität aus zwei miteinander verbundenen Spulen (oder Spulengruppen), wobei dann die eine Spule (Spulengruppe) am einem Ende und die andere Spule (Spulengruppe) am anderen Ende des Wegeventils angeordnet wird. Dadurch wird eine geringe Baulänge erreicht.

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

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Anhand der Fig. 1 sei ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, und zwar angewandt bei einem Servoventil. Ein Servoventil ist bekanntlich ein Ventil, bei dem ein kleines elektrisches Eingangssignal analog in ein hydraulisches Ausgangssignal (Druck, Menge) umgewandelt wird.

Das erfindungsgemäße Servoventil 100 weist im wesentlichen ein Pilotventil 8 und ein Wegeschieberventil 11 auf. Vom Wegeschieberventil 11 ist lediglich die Büchse 7 dargestellt, in deren Längsbohrung 12 ein Ventilschieber (Steuerkolben) 6 hin- und herbewegbar angeordnet ist. Der Steuerkolben 6 bildet zusammen mit der Büchse 7 in bekannter Weise Anschlußräume für Pumpe P, Tank T und Verbraucher A, B. Ferner werden zwischen den beiden Enden 13, 14 des Steuerkolbens 6 und der Büchse 7 (bzw. dem Ventilgehäuse, welches nicht gezeigt ist) Steuerölräume 15, 16 gebildet. Das Pilot- oder Steuerventil 8 steht über Steuerleitungen 17, 18 mit den Steuerräumen 15, bzw. 16 in Verbindung.

Mit den Verbraucheranschlüssen 91 und 92 ist beipsielsweise ein Zylinder 10 in bekannter Weise verbunden.

Ferner ist mit dem einen Ende 13 über einen Kernträger 3 ein Kern oder Anker 2 verbunden, der in bekannter Weise bezüglich zweier Spulen 4, 41 zusammen mit der Bewegung des Steuerkolbens 6 bewegbar ist. Anker 2 und Spulen 4, 41 bilden einen induktiven Wegaufnehmer 50. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß diametral entgegengesetzt zum induktiven Wegaufnehmer 50 ein Spulen 62, 63 einen Kern 64 und einen Kernträger 65 aufweisender weiterer induktiver Wegaufnehmer 51 angeordnet ist. Jeder der Wegaufnehmer 50 bzw. 51 ist mit einem Meßverstärker 52 bzw. 53 verbunden. Der Meßverstärker 52 steht über eine Leitung 54 und der Meßverstärker 53 steht über eine Leitung 55 mit einer Differenzbildungsschaltung 56 in Verbindung. Der Ausgang 57 der Differenzschaltung 56 steht mit Ist-Eingang eines Regelverstärkers 9 in Verbindung. Am Soll-Eingang des Regelverstärkers 9 wird ein Sollwert angelegt. Der Regelverstärker 9 steht ausgangsseitig über eine Leitung 58 mit der Steuerwicklung des Pilotventils 8 in Verbindung.

Beim Betrieb des Wegeschieberventils entsteht Wärme insbesondere an den Steuerkanten zwischen den Pumpen-, Tank- und Verbraucheranschlußräumen, sowie den Stegen des Steuerkolbens 6. Die dabei entstehende Wärme führt zu einer entsprechenden Ausdehnung von Steuerkolben 6 und dem Gehäuse bzw. der Büchse 3. Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß üblicherweise die Büchse 3 innerhalb eines Ventilgehäuses eingesetzt ist, aber auch selbst als das Ventilgehäuse angesehen werden könnte. In jedem Falle werden sich der Steuerkolben 6 und die Ventilbüchse 3 entlang der Ventillängsachse 60 ausdehnen, und zwar in unterschiedlicher Weise. Basierend auf dieser Erkenntnis schlägt die Erfindung somit vor, daß neben dem bereits an sich bekannten Wegaufnehmer 50 symmetrisch dazu im Temperaturfeld des Wegeschieberventils 11 ein weiterer Wegaufnehmer gleicher Art (im in Fig. 1 dargestellten Falle ebenfalls der induktive Wegaufnehmer 51) angeordnet wird. Vorzugsweise sind dann also die beiden Wegaufnehmer 50, 51 diametral entgegengesetzt an der Büchse 3 befestigt und arbeiten mit jeweils entgegengesetzten Enden 13, 14 des Steuerkolbens 6 zusammen. Der Wegaufnehmer 51 hat wie auch der Wegaufnehmer 50 zwei Spulen 62, 63, die mit dem Meßverstärker 53 in der gezeigten Weise verbunden sind.

Bei größeren aufzunehmenden Wegen ist es bereits bekannt, statt zwei Spulen mehrere Spulen zu verwenden. Auch bei der Verwendung mehrerer Spulen kann sinngemäß der Erfindungsgedanke angewandt werden.

Fig. 2 veranschaulicht eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1, und zwar ist bei Fig. 2 aus jedem der induktiven Wegaufnehmer gemäß Fig. 1 eine der Spulen entfernt. Demgemäß enthält hier der eine induktive Wegaufnehmer 70 eine Spule 71 und der andere induktive Wegaufnehmer 72 enthält eine Spule 73. Diese Spulen 71, 73 arbeiten mit zugehörigen Ankern 74 und 75 zusammen. Der Vorteil dieser Bauart ist eine geringere Baulänge. Die Spulen 71, bzw. 73 (es können wiederum auch Spulengruppen bei größeren Längen benutzt werden) sind über Leitungen 76 bis 79 mit einem einzigen Meßverstärker 80 verbunden, der seinerseits sein Ausgangssignal an den Ist-Eingang des Regelverstärkers 9 liefert. Hinsichtlich der übrigen Bauteile sei auf die Beschreibung der Fig. 1 verwiesen.

Dadurch, daß man gemäß der Erfindung den Steuerkolben 6 mit einer symmetrischen Meßanordnung ausstattet, kann man die Nullpunktdrift unter der Voraussetzung symmetrischer Temperaturverteilung erheblich reduzieren. Für die beschriebenen Meßverstärker sind bekannterweise mehrere Arbeitsweisen möglich, beispielsweise können diese in Halbbrücken- oder Vollbrückenschaltung betrieben werden.

Auch das Pilotventil 8 ist üblicherweise Wärmeeinflüssen ausgesetzt und dehnt sich demzufolge aus und zieht sich zusammen entsprechend den Temperaturbedingungen. Auch dieser Effekt wird durch die erfindungsgemäße Anordnung des elektrischen Wegaufnehmers kompensiert.

In den vorstehenden beiden Ausführungsbeispielen wurden induktive Wegaufnehmer beschrieben. Es ist jedoch auch möglich, andere Wegaufnehmer zu verwenden. Insbesondere ist es möglich, auch einen kapazitiven Wegaufnehmer zu verwenden, wobei hier wiederum praktisch durch eine Halbierung des sonst üblichen kapazitiven Wegaufnehmers und der Anordnung der einen Hälfte an einem Ende und der anderen Hälfte am anderen Ende des Ventils, eine geringe Baulänge erreicht werden kann.

Claims (4)

1. Wegeschieberventil mit einem Gehäuse, in dem bzw. in dessen Büchse (7) eine Längsbohrung (12) ausgebildet ist, in der ein Steuerkolben (6) hin- und herbewegbar angeordnet ist, wobei die Position des Steuerkolbens (6) mittels mit dem Steuerkolben (6) gekuppelter elektrischer Wegaufnehmermittel (50) gemessen und geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Wegaufnehmermittel (50, 51) symmetrisch im Temperaturfeld des Wegeschieberventils (11) angeordnet sind.

2. Wegeschieberventil nach Anspruch 1, bei dem die elektrischen Wegeaufnehmermittel stationäre vorzugsweise am Gehäuse bzw. der Büchse (7) befestigte erste Meßmittel und demgegenüber bewegliche zweite mit dem Steuerkolben (6) verbundene zweite Meßmittel aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten (4, 41, 62, 63; 71, 73) und zweiten (2, 64; 74, 75) Meßmittel jeweils spiegelbildlich zueinander benachbart zu den beiden Enden (14, 15) des Steuerkolbens (6) angeordnet sind.

3. Wegeschieberventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrische Wegaufnehmermittel ein erster induktiver Wegaufnehmer (50) und ein zweiter induktiver Wegaufnehmer (51) verwendet wird, wobei jeder dieser beiden Wegaufnehmer jeweils mindestens zwei Meßspulen (4, 41 und 62, 63) aufweist, die mit entsprechenden Kernen oder Ankern (2, 64) zusammenarbeiten.

4. Wegeschieberventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei induktive Wegaufnehmner (70, 72) verwendet werden, die jeweils nur eine Spule oder Spulengruppe (71, bzw. 73) aufweisen, die mit zugehörigen Ankern (74, 75) zusammenarbeiten, und die an entgegengesetzten Enden des Wegeschieberventils angeordnet sind.