Elektrohydraulisches Servoventil - Electrohydraulic servo valve
Ein elektrohydraulisches Servoventil ( EHSV ) ist ein elektrisch betätigtes Ventil , das steuert, wie Hydraulikflüssigkeit zu einem Aktuator geleitet wird . Servoventile werden häufig verwendet, um leistungsstarke Hydraulikzylinder mit einem sehr kleinen elektrischen Signal zu steuern . Servoventile können eine präzise Steuerung von Position, Geschwindigkeit, Druck und Kraft mit guten Dämpfungseigenschaften nach der Bewegung bieten.
Geschichte der elektrohydraulischen Servoventile
Das elektrohydraulische Servoventil tauchte erstmals im Zweiten Weltkrieg auf . Die in den 1940er Jahren verwendeten EHSVs zeichneten sich durch geringe Genauigkeit und langsame Reaktionszeiten aufgrund der Unfähigkeit aus, elektrische Signale schnell in hydraulische Ströme umzuwandeln. Das erste zweistufige Servoventil verwendet ein Solenoid , um eine Spule der ersten Stufe zu betätigen, die wiederum eine rotierende Hauptstufe antreibt. Die Servoventile der Ära des Zweiten Weltkriegs waren ähnlich – mit einem Magneten zum Antrieb eines Schieberventils.
Die Weiterentwicklung von EHSVs begann in den 1950er Jahren, hauptsächlich aufgrund der Einführung von Permanentmagnet- Torquemotoren als erste Stufe (im Gegensatz zu Magnetspulen). Dies führte zu stark verbesserten Reaktionszeiten und einer Reduzierung des zur Ansteuerung der Ventile verwendeten Stroms.
Beschreibung
Typen
Elektrohydraulische Servoventile können aus einer oder mehreren Stufen bestehen. Ein einstufiges Servoventil verwendet einen Torquemotor, um ein Schieberventil direkt zu positionieren. Einstufige Servoventile leiden aufgrund des Leistungsbedarfs des Drehmomentmotors unter Einschränkungen hinsichtlich der Durchflusskapazität und Stabilität. Zweistufige Servoventile können Prall-, Strahlrohr- oder Deflektorstrahlventile als erste Stufen des hydraulischen Verstärkers verwenden, um ein Schieberventil der zweiten Stufe zu positionieren. Diese Konstruktion führt zu einer erheblichen Steigerung der Durchflussfähigkeit, Stabilität und Kraftabgabe des Servoventils. In ähnlicher Weise können dreistufige Servoventile ein Schieberventil der Zwischenstufe verwenden, um ein größeres Schieberventil der dritten Stufe zu positionieren. Dreistufige Servoventile sind auf Anwendungen mit sehr hoher Leistung beschränkt, bei denen erhebliche Durchflüsse erforderlich sind.
Außerdem können zweistufige Servoventile nach der Art der Rückkopplung klassifiziert werden, die für die zweite Stufe verwendet wird; Dies können Kolbenposition, Lastdruck oder Lastfluss-Feedback sein. Am häufigsten verwenden zweistufige Servoventile eine Positionsrückmeldung; die weiter klassifiziert werden können nach direkter Rückkopplung, Kraftrückkopplung oder Federzentrierung.
Steuerung
Ein Servoventil empfängt unter Druck stehendes Hydraulikfluid von einer Quelle, typischerweise einer Hydraulikpumpe. Anschließend überträgt er die Flüssigkeit genau kontrolliert zu einem Hydraulikzylinder. Typischerweise bewegt das Ventil den Schieber proportional zu einem elektrischen Signal, das es empfängt, wodurch die Durchflussmenge indirekt gesteuert wird. Einfache hydraulische Steuerventile sind binär, sie sind entweder ein- oder ausgeschaltet. Servoventile unterscheiden sich dadurch, dass sie den von ihnen gelieferten Durchfluss kontinuierlich von Null bis zu ihrem maximalen Nenndurchfluss oder bis der Ausgangsdruck den zugeführten Druck erreicht, variieren können. Komplexere Servoventile können andere Parameter steuern. Einige verfügen beispielsweise über eine interne Rückkopplung, sodass das Eingangssignal den Durchfluss oder den Ausgangsdruck effektiv steuert und nicht die Kolbenposition.
Servoventile werden häufig in einer Rückkopplungssteuerung verwendet, bei der die Position oder Kraft auf einen Hydraulikzylinder gemessen und in eine Steuerung zurückgeführt wird, die das an das Servoventil gesendete Signal variiert. Dies ermöglicht eine sehr genaue Steuerung des Zylinders.
Anwendungsbeispiele
Herstellung
Ein Beispiel für die Verwendung von Servoventilen ist das Blasformen, wo das Servoventil die Wanddicke des extrudierten Kunststoffs, aus dem die Flasche oder der Behälter besteht, durch Verwendung einer verformbaren Düse steuert. Die mechanische Rückmeldung wurde durch eine elektrische Rückmeldung mit Wegaufnehmer ersetzt. Integrierte Elektronik schließt die Positionsschleife für die Spule. Diese Ventile eignen sich für elektrohydraulische Positions-, Geschwindigkeits-, Druck- oder Kraftregelsysteme mit extrem hohen dynamischen Anforderungen.
Flugzeug
Servoventile werden verwendet, um den Kraftstofffluss in ein Turbofan-Triebwerk unter FADEC- Regelung zu regulieren . Bei Fly-by-Wire- Flugzeugen werden die Ruder oft durch Servoventile bewegt, die mit Hydraulikzylindern verbunden sind. Die Signale an die Servoventile werden von einem Flugsteuerungscomputer gesteuert, der Befehle vom Piloten empfängt und den Flug des Flugzeugs überwacht.