Actuating device for a hydraulic, electrically controlled proportional valve

European Patent EP0278227

Abstract of EP0278227
An actuating device (10) for an electro-hydraulic proportional valve (16) is proposed in which a proportional magnet (11) and a displacement transducer (12) are arranged in a common housing (14) and have a common one-piece pressure tube (23) in which an armature (31) and a receiver core (33) rigidly coupled to the latter are guided. The hollow bore (17) accommodating the pressure tube (23) has in the housing (14) a second section (22) of smaller diameter which supports the pressure tube (23) and merges towards both end faces (15, 18) into sections (19, 24) of larger diameter so that magnet coil (21) and pressure tube (23) can be fitted in the housing (14) from an end face (15) on the valve side, and the measuring coils (37) on the receiver side can be fitted in the housing (14) from the other end face (18). A flat longitudinal side of the housing (14) forms a mounting surface (47) spanning the proportional magnet (11) and the displacement transducer (12) for attachment to the associated electronic unit (13).

Leutner, Dipl. Volkmar -Ing (Birkbuschstrasse 11, Friolzheim, D-7259, DE)
Sanzenbacher, Hermann (Benzstrasse 2, Schwieberdingen, D-7141, DE)
Schempp, Roland (Salzäckerstrasse 28, Vaihingen/Enz, D-7143, DE)

EP19880100238

10/21/1992

01/11/1988

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ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)

(IPC1-7): F16K31/06; F16K37/00; H01F7/16; F15B13/16

DE3132212A
DE3241521A
DE3506053A

PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 10, no. 96 (M-469)(2153) 12 April 1986, & JP-A-60 231081 (SANMEI DENKI)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 7, no. 5 (M-184)(1150) 11 Januar 1983, & JP-A-57 163782 (HITACHI KENKI)

1. Actuating device for a hydraulic, electrically controllable proportional valve (16) having a housing (14) of magnetically conducting material in which are arranged a proportional magnet (11) and an inductively operating displacement sensor (12) arranged coaxially to the latter, which are in operative connection with a common electronic unit (13), and in which the proportional magnet (11) and the displacement sensor (12) have a common pressure tube (23), of which at least one longitudinal section (25) of larger diameter accommodates the armature (31) and at least one longitudinal section (26) of smaller diameter accommodates a sensor core (33), the armature and the core being coupled to one another mechanically, and in which the pressure tube (23) passes through a hollow bore (17) of the housing (14) which has a plurality of sections (19, 22, 24) of different diameters and in which a displacement space (29) of the pressure tube (23) is hydraulically connected to the hydraulic spaces of the proportional valve (16), a first section (19) of large diameter accommodating the coil (21) of the proportional magnet (11), being open to an end (15) on the valve side and adjoining an inner, second section (22) of smaller diameter in which the pressure tube (23) is guided by its longitudinal section (25) of larger diameter, the second section (22) adjoining a third section (24) which accommodates the coil (37) of the displacement sensor (12), characterised in that the third section (24) has a larger diameter than the inner, central section (22) and is open towards the other end (18) of the housing (14), which faces away from the valve, in that the pressure tube (23) is of integral construction and in that the coil (37) for the displacement sensor (12) is installed in the third section (24) of larger diameter from the other end (18), which faces away from the valve.

2. Actuating device according to Claim 1, characterised in that the housing (14) has a mounting surface (47) which spans the proportional magnet (11) and the displacement sensor (12), which forms one longitudinal side of the housing and on which the electronic unit (13) is mounted.

3. Actuating device according to Claim 2, characterised in that the mounting surface (47) is of flat design and, in particular, extends between both end faces (15, 18).

4. Actuating device according to Claim 2 or 3, characterised in that leading from the two sections (19, 24) of larger diameter into the mounting surface (47) there is in each case at least one cutout (49, 51).

5. Actuating device according to one or more of Claims 2 to 4, characterised in that mounted on the mounting surface (47) is an essentially hat-shaped housing cover (52), to the inside of which the electronic unit (13) is attached and the outside of which has the plug-in connections (53, 54) for the proportional magnet (11) and the displacement sensor (12).

6. Actuating device according to one or more of Claims 1 to 5, characterised in that the measuring coils (37) of the displacement sensor (12) are secured against rotation relative to the housing (14), are guided in longitudinally displaceable fashion on the pressure tube (23) and are adjustable via adjusting means (43, 44) accessible from the end (18) facing away from the valve.

7. Actuating device according to one or more of Claims 1 to 6, characterised in that, in the hollow bore (17), the section (22) of smaller diameter is arranged approximately centrally in the housing (14).

8. Actuating device according to one or more of Claims 1 to 7, characterised in that, at its open end, the pressure tube (23) has an annular flange (27) by which it is guided near to the end (15) on the valve side in the section (19) of large diameter of the hollow bore (17).

9. Actuating device according to one or more of Claims 1 to 8, having an armature tube, forming the longitudinal section of larger diameter, and a sensor tube firmly connected to the latter and forming the longitudinal section of smaller diameter, characterised in that, for the purpose of fixing the sensor tube (26), the armature tube (25) has a reinforced internal collar (28) which lies at a distance from the section (22) of small diameter in the hollow bore (17) and projects into the section (24) of larger diameter which faces away from the valve.

10. Actuating device according to Claim 9, characterised in that an air gap (42), in which, in particular, a spring (41) is assigned to the adjusting means (43, 44) and loading the coil support (38) is arranged, is formed between the internal collar (28) and the sensor coils (37).

11. Actuating device according to one or more of Claims 1 to 10, characterised in that, in the section (24) of larger diameter, the coil (37) of the displacement sensor (12) is shielded against disturbing magnetic field influences by a protective disc (46).

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Stelleinrichtung für ein hydraulisches, elektrisch steuerbares Proportionalventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon eine solche Stelleinrichtung aus der DE-AS 29 20 670 bekannt, die ein gemeinsames Gehäuse für einen Proportionalmagneten und einen Wegaufnehmer aufweist. Im Gehäuse ist eine von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite durchgehende Hohlbohrung vorgesehen, die mehrfach in einer Weise so abgesetzt ist, daß deren Abschnitt mit größter lichter Weite an der ventilseitigen Stirnseite liegt. Diese Stelleinrichtung hat den Nachteil, daß bei ihr sämtliche Bauelemente des Permanentmagneten und des Wegaufnehmers, die hier in einer sogenannten nassen Bauweise ausgeführt sind, von der ventilseitigen Stirnseite im Gehäuse montiert werden. Dabei ist das in der Hohlbohrung angeordnete Druckrohr in einer einstückigen Bauweise ausgeführt, wobei einzelne, zusammengesteckte Bauelemente des Druckrohres mit Hilfe von O-Ringen abgedichtet werden. Dies führt zu einer aufwendigen Bauweise und zu einer relativ schwierigen Montage, bei der zudem Dichtheits- und Mittenversatz-Probleme entstehen. Ferner ist hierbei von Nachteil, daß die für die Stelleinrichtung vorgesehene Elektronikeinheit in Längsrichtung an der ventilabgewandten Stirnseite des Gehäuses angebaut wird. Dies führt nicht nur zu einer relativ großen axialen Baulänge, sondern durch die verhältnismäßig kleine Stirnfläche auch zu einem geringen Platzangebot zum Anordnen der Elektronikeinheit und weiterhin zu relativ langen Kabelverbindungen. Ferner fehlen bei dieser Stelleinrichtung auch Mittel zum Justieren des Wegaufnehmers.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Stelleinrichtung für ein hydraulisches, elektrisch steuerbares Proportionalventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie eine kompakte und einfach herstellbare Baueinheit ergibt. Die Stelleinrichtung ist fernerhin leicht montierbar, da die einzelnen Bauelemente des Proportionalmagneten und des Wegaufnehmers von entgegengesetzten Stirnseiten her im Gehäuse eingebaut sind. Durch das einstückige Druckrohr sind die Probleme der Abdichtung auch bei nasser Bauweise und des Mittenversatzes von Anker des Proportionalmagneten zum Aufnehmerkern im Wegaufnehmer leicht beherrschbar. Die Stelleinrichtung ermöglicht ferner eine kurze axiale Baulänge und kurze Kabelverbindungen zu einer zu- gehörigen Elektronikeinheit.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Stelleinrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung nach Anspruch 2, da die Stelleinrichtung eine große, ebene Anbaufläche für die Elektronikeinheit ermöglicht, so daß ein größeres Platzangebot bei axialem Anbau zur Verfügung steht. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen, die besonders eine platzsparende und kostengünstige Bauweise sowie eine leichte Handhabung und Montage unterstützen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch die Stelleinrichtung mit angebauter Elektronikeinheit.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Stelleinrichtung 10 besteht im wesentlichen aus einem Proportionalmagneten 11, einem Wegaufnehmer 12 sowie einer zugehörigen Elektronikeinheit 13. Der Proportionalmagnet 11 und der Wegaufnehmer 12 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 14 aus magnetisch leitendem Material angeordnet, an dessen ventilseitiger Stirnfläche 15 in an sich bekannter Weise ein nicht näher gezeichnetes Proportionalventil 16 angebaut wird.

Im Gehäuse 14 verläuft in Längsrichtung von der ventilseitigen Stirnfläche 15 eine durchgehende Hohlbohrung 17 zu einer entgegengesetzt liegenden, ventilabgewandten, zweiten Stirnfläche 18. Diese Hohlbohrung 17 ist mehrfach abgesetzt und bildet einen zur ventilseitigen Stirnfläche 15 hin offenen, ersten Abschnitt 19 mit größerem Durchmesser, welcher im wesentlichen eine Magnetspule 21 des Proportionalmagneten 11 aufnimmt. An den ersten Abschnitt 19 schließt sich ein zweiter Abschnitt 22 mit kleinerem Durchmesser an, in dem ein Druckrohr 23 der Stelleinrichtung 10 geführt und gelagert ist. Der zweite Abschnitt 22 in der Hohlbohrung 17 geht in einen dritten Abschnitt 24 mit größerem Durchmesser über, der zur zweiten Stirnfläche 18 hin offen ist.

Das in die abgesetzte Hohlbohrung 17 eingeführte Druckrohr 23 besteht aus mehreren Einzelteilen, die zusammengesteckt sind, miteinander verlötet und anschließend bearbeitet werden, so daß das Druckrohr 23 nach seiner Bearbeitung ein einstückiges Gebilde ergibt. Das einstückige Druckrohr 23 besteht im wesentlichen aus einem Ankerrohr 25, das einen Längsabschnitt mit größerem Durchmesser bildet und einem damit fest verbundenen Aufnehmerrohr 26, das einen an den ersten Längsabschnitt anschließenden zweiten Längsabschnitt mit kleinerem Durchmesser bildet. Am offenen Ende des Ankerrohrs 25 ist ein ringförmiger Flansch 27 befestigt, mit dem das Druckrohr 23 im ersten Abschnitt 19 des Gehäuses 14 geführt ist. Am anderen Ende des Ankerrohres 25 geht es in einen verstärkten Innenbund 28 über, in dem das Aufnehmerrohr 26 mit seinem offenen Ende hart verlötet ist. Das Druckrohr 23 ist mit seinem ersten Längsabschnitt 25 im zweiten Abschnitt 22 mit kleinerem Durchmesser der Hohlbohrung 17 gelagert und ragt noch etwas in den dritten Abschnitt 24 hinein, so daß der Innenbund 28 im Abstand vom zweiten Abschnitt 22 mit kleinerem Durchmesser zu liegen kommt. Das Druckrohr 23 ragt mit seinem Aufnehmerrohr 26 somit frei in den dritten Abschnitt 24 hinein.

Im Bereich des Ankerrohres 25 ist in dessem innenliegenden Hubraum 29 ein Anker 31 des Proportionalmagneten 11 längsbeweglich geführt. Über ein mechanisches Koppelglied 32 ist der Anker 31 starr mit einem Aufnehmerkern 33 verbunden, der im Aufnehmerrohr 26 geführt ist. Die Bewegung des Ankers 31 wird über eine Hubstange 34, welche einen Magnetkern 35 durchdringt, nach außen bzw. zum Proportionalventil 16 hin übertragen. Eine am Innenbund 28 sich abstützende Schraubenfeder 36 drückt den Anker 31 mit geringer Kraft in Richtung der ventilseitigen Stirnfläche 15.

Am Außenumfang des Aufnehmerrohres 26 sind die Meßspulen 37 des Wegaufnehmers 12 mit Hilfe eines zugeordneten Spulenträgers 38 aus Kunststoff längsverschiebbar geführt. Mit einer üblichen Stift-Schlitz-Verbindung wird eine Verdrehsicherung 39 des Spulenträgers 38 im Gehäuse 14 erreicht. Der Spulenträger 38 stützt sich über eine Feder 41 am verstärkten Innenbund 28 des Druckrohres 23 ab, so daß zwischen den Meßspulen 37 und dem Innenbund 28 zur Abschirmung von störenden Magnetflußlinien ein Luftspalt 42 besteht. Das Ankerrohr 25 trägt an seinem geschlossenen Ende ein Außengewinde 43, auf dem eine zugeordnete Gewindemutter 44 sitzt, wodurch Justiermittel zur Längsverstellung der Meßspulen 37 vorgesehen sind. Der zur zweiten Stirnfläche 18 hin offene dritte Abschnitt 24 der Hohlbohrung 17 ist nach außen hin durch eine Schutzkappe 45 verschlossen. An der Gewindemutter 44 ist zusätzlich noch eine Schutzscheibe 46 gegen Magnetfeldbeeinflussung angeordnet.

Das Gehäuse 14 der Stelleinrichtung 10 ist im Querschnitt im wesentlichen quadratisch und bildet an seiner oberen Längsseite eine ebene Montagefläche 47, die sich zwischen beiden Stirnflächen 15 und 18 erstreckt. Von dem ersten Abschnitt 19 der Hohlbohrung 17 führen zwei Ausnehmungen 48, 49 in diese Montagefläche 47, durch welche die Anschlußkabel der Magnetspule 21 hindurchgeführt werden. Ferner führt vom dritten Abschnitt 24 der Hohlbohrung 17 eine Ausnehmung 51 in die Montagefläche 47, durch welche die elektrischen Anschlußkabel von dem Wegaufnehmer 12 hindurchgeführt sind. Sämtliche Ausnehmungen 48, 49, 51 in der Montagefläche 47 werden von einem hutförmigen Gehäusedeckel 52 überdeckt, an dessen Innenseite die gesamte Elektronikeinheit 13 angebracht ist. Auf die Außenseite des Gehäusedeckels 52 führen lediglich die Steckanschlüsse 53 bzw. 54 für den Proportionalmagneten 11 bzw, den Wegaufnehmer 12. Für die Anordnung der Regelelektronik 13 steht somit im Gehäusedeckel 52 ein großes Platzangebot zur Verfügung, wobei zudem die Elektronikeinheit 13 nach außen hin mit Hilfe der ebenen Montagefläche 47 leicht abzudichten und zu schützen ist. Zudem ergeben sich hierbei kurze Kabelverbindungen zwischen den elektrischen Bauelementen, was einer kostengünstigen Bauweise und einer genauen Arbeitsweise förderlich ist.

Die Montage der Stelleinrichtung 10 gestaltet sich besonders einfach und zeitsparend. So kann das Druckrohr 23 und die Magnetspule 21 von der ventilseitigen Stirnseite 15 her eingebaut werden, während anschließend die Meßspulen 37 und die Verdrehsicherung 39 von der anderen, zweiten Stirnfläche 18 her einbaubar ist. Die Montage gestaltet sich dadurch einfacher und übersichtlicher. Das einstückige Druckrohr 23 läßt sich leicht zum Proportionalventil 16 hin abdichten, wobei dessen Hubraum 29 mit Druckmittel gefüllten Räumen im Proportionalventil 16 in hydraulischer Verbindung steht. Durch die gemeinsame Bearbeitung von Ankerrohr 25 und dem damit fest verbundenen Aufnehmerrohr 26 entfällt ein Mittenversatz, so daß die den Anker 31 und den Aufnehmerkern 33 führenden Bohrungen genau koaxial zueinander liegen. Mit Hilfe der Justiereinrichtung 43, 44 sind die Meßspulen 37 in einfacher und leicht zugänglicher Weise relativ zum Aufnehmerkern 33 einstellbar. Durch den im Abstand vom zweiten Abschnitt 22 liegenden Innenbund 28 und durch den zusätzlichen Luftspalt 42 wird verhindert, daß magnetische Feldlinien des Proportionalmagneten 11 störend auf den induktiv arbeitenden Wegaufnehmer 12 einwirken. Durch die große Montagefläche 47, die sich über die gesamte Länge des Gehäuses 14 und somit über den Bereich des Proportionalmagneten 11 und des Wegaufnehmers 12 erstreckt, kann der Gehäusedeckel 52 relativ flach bauen und doch die gesamte Elektronikeinheit 13 in leicht zugänglicher Form aufnehmen. Die Stelleinrichtung 10 ermöglicht somit insgesamt eine kompakte, insbesondere in Längsrichtung gesehen, kurze Bauform.