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PATENTANSPRÜCHE
1. Elektrohydraulischer Stellantrieb für stetige Regelung, mit einer auf ein Betätigungsglied (14) einwirkenden Schwingankerpumpe (30), die das Betätigungsglied (14) in Abhängigkeit eines zugeführten Stellsignals gegen die Kraft einer Rückstellfeder (26) verstellt, mit einem druckabhängig wirkenden Rückströmventil (28), dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingankerpumpe (30) unmittelbar durch das in Form eines Wechselstromsignals veränderbarer Spannung zugeführte Stellsignal gespeist ist, um unmittelbar in Abhängigkeit von der Spannung des zugeführten Stellsignals einen veränderbaren Druck der Hydraulikflüssigkeit (18) zu erzeugen.
2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückströmventil (28) ein Membranventil ist.
3. Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (50) des Rückströmventils (28) zwischen der Druckseite (52) der Pumpe (30) und dem Arbeitsraum (24) des Betätigungsgliedes (14) oder einem mit dem Arbeitsraum (24) verbundenen Raum (58) angeordnet ist, wobei arbeitsraumseitig ein mit der Membran (50) zusammenwirkender Ventilsitz (54) angeordnet ist, dessen durch die Membran (50) verschliessbare Öffnung (44) mit einem Vorratsraum (20) der Hydraulikflüssigkeit (18) verbunden ist.
4. Stellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (50) abseits von der mit dem Ventilsitz (54) zusammenwirkenden Stelle mindestens eine Öffnung (60) aufweist, die bei der in der Ruhelage gegen eine Fläche anliegenden Membran (50) durch diese Fläche verschlossen ist.
5. Stellantrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckseite der Pumpe (30) durch einen Kanal (52) gebildet ist, welcher dem Ventilsitz (52) in der Mitte der Membran (50) axial gegenüberliegt.
6. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (50) eine kreisförmige dünnwandige Metallscheibe ist.
7. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückströmventil (28) zusammen mit der Pumpe (30) mindestens teilweise innerhalb eines als Betätigungsglied dienenden becherförmigen Kolbens (14) montiert ist, dessen Kolbenstange (34) an der Pumpe (30) befestigt ist.
8. Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der in einem zylindrischen Gehäuse (10, 12) geführte Kolben (14) mittels einer Rollmembran (16) oder eines Metallfaltenbalges gegen die Zylinderwand abgedichtet ist, während die Kolbenstange (34) durch eine O-Ring-Dichtung (38) hindurch aus dem Gehäuse (12) herausgeführt ist.
9. Stellantrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Arbeitsraum (24) entgegengesetzten Seite des Kolbens (14) der Vorratsraum (20) der Hydraulikflüssigkeit (18) angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen Stellantrieb für stetige Regelung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein wesentlicher Nachteil bei bekannten Stellantrieben solcher Art ist die voneinander unabhängige Zuführung einer Betriebsspannung für die Schwingankerpumpe und eines Stellsignals für die Steuerung des Betätigungsgliedes, welches beispielsweise ein Kolben oder eine Membran sein kann. Das Betätigungsglied wird dabei entweder durch Ein Aus-Steuerung der Pumpe oder durch eine Beeinflussung des von der Pumpe erzeugten Druckes gesteuert. In beiden Fällen sind zwei nicht vertauschbare elektrische Leitungspaare als Zuleitung zum Stellantrieb erforderlich.
Da das Betätigungsglied gegen die Kraft einer Rückstellfeder arbeitet, ist ein druckabhängiges Rückströmventil mit Drosselfunktion erforderlich, um das Zurückströmen der von der Pumpe geförderten Hydraulikflüssigkeit zu ermöglichen.
Ein aus der FR-Schrift 2324914 bekannter Stellantrieb weist als Rückströmventil ein elektrisch gesteuertes Magnetventil auf, für welches eine weitere Leitung erforderlich ist.
Die FR-Schrift 1 311 466 hingegen zeigt einen Stellantrieb mit selbsttätigem Rückströmventil in Form einer Ventilkombination. Diese Kombination weist ein kleines kolbenbetätigtes Ventil auf, welches bei einem Druckanstieg des von der Pumpe geförderten Druckmittels gegen die Kraft einer Rück stellfeder schliesst und ein federbelastetes Druckhalteventil, welches beim Druckanstieg den Weg zum Betätigungsglied freigibt. Dieser bekannte Stellantrieb ist deshalb nicht nur kompliziert in seinem Aufbau, sondern er weist auch erhebliche Leck- und Druckverluste auf.
Ein als Betätigungsglied dienender Kolben ist üblicherweise mittels O-Ring- oder Manschettendichtung gegen den Zylinder abgedichtet. Die bei dieser Dichtungsart auftretenden Reibungskräfte verursachen bei gegen die Kraft einer Feder arbeitenden Stellantrieb eine derart grosse Hysterese, dass deren Verwendung für eine stetige Regelung kaum möglich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen für eine stetige Regelung geeigneten elektrohydraulischen Stellantrieb zu schaffen, der nur ein einziges Leitungspaar als Zuleitung benötigt.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
In den abhängigen Patentansprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen gekennzeichnet.
Auf die Vorteile des erfindungsgemässen Stellantriebes wird im nachfolgenden Beschreibungsteil hingewiesen.
Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen elektrohydraulischen Stellantrieb, teilweise im Längsschnitt,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Rückströmventil des Stellantriebs nach Fig.l,
Fig. 3 ein Schaltschema für den Anschluss des Stellantriebs,
Fig. 4 ein Diagramm der Arbeitscharakteristik einer Schwingankerpumpe,
Fig. 5 ein Diagramm der Arbeitscharakteristik des Stellantriebs und
Fig. 6 ein Diagramm der zeitlichen Arbeitscharakteristik des Stellantriebs.
Der in der Fig. 1 dargestellte Stellantrieb ist in einem Gehäuse untergebracht, welches aus einem oberen Zylinderteil 10 und einem unteren Zylinderteil 12 besteht. Innerhalb des zylindrischen Gehäuses ist ein hohler Kolben 14 geführt und mittels einer Rollmembran 16 gegen die Zylinderwand abgedichtet. Der Raum unterhalb der Rollmembran 16 ist ein mit einer Hydraulikflüssigkeit 18 teilweise gefüllter Vorratsraum 20. Oberhalb des Spiegels der Hydraulikflüssigkeit
18 befindet sich ein Gaspolster 22. Der Raum oberhalb der Rollmembran 16 ist der Arbeitsraum 24. Die Rollmembran
16 ist zwischen Flanschen der beiden Zylinderteile 10 und 12 eingespannt.
Der Kolben 14 ist durch die Kraft einer innerhalb des Gehäuses angeordneten Rückstellfeder 26 in Richtung des
Arbeitsraumes 24 vorgespannt. Innerhalb des Kolbens 14 ist eine mit einem Rückströmventil 28 verbundene elektrisch antreibbare Schwingankerpumpe 30 angeordnet. Eine zweiadrige Zuleitung 32 der Schwingankerpumpe 30 ist aus dem unteren Gehäuseteil 12 herausgeführt. Der Kolben 14 ist über das Rückströmventil 28 und die Schwingankerpumpe 30 mit einem Stössel 34 verbunden, der in einem mit dem unteren Gehäuseteil 12 verbundenen Führungslager 36 geführt und mittels einer O-Ring-Dichtung 38 abgedichtet ist.
Die Pumpe 30 weist eine Ansaugöffnung 40 auf, die sich unabhängig von der Lage des Stellantriebs stets unterhalb des Spiegels der Hydraulikflüssigkeit 18 befindet. Das mit der Pumpe 30 verbundene Rückströmventil 28 ist über eine erste Öffnung 42 mit dem Arbeitsraum 24 verbunden. Über eine zweite Öffnung 44 ist das Rückströmventil 28 mit dem Vorratsraum 20 verbunden, da das untere Ende 46 des glockenartigen Kolbens 14 offen ist. Es ist in der Fig. 1 auch zu erkennen, dass der Rand des Kolbens 14 am unteren Ende 46 einen grösseren Durchmesser als der Kolben in seinem übrigen Bereich aufweist, um als Führung innerhalb des unteren zylindrischen Gehäuseteiles 12 zu dienen.
In der Fig. 2 ist das Rückströmventil 28 im Detail dargestellt. Das Rückströmventil 28 weist ein Ventilgehäuse 48 auf, welches unter Zwischenlage einer Membran 50 mit der Pumpe 30 verbunden ist. Die Membran 50 ist eine kreisförmige Metallscheibe geringer Dicke. Die Druckseite der Pumpe 30 ist durch einen Kanal 52 gebildet, der koaxial gegen die Unterseite der Membran 50 mündet. In ihrer in der Fig. 2 dargestellten Ruhelage ist der druckseitige Kanal 52 durch die Membran 50 verschlossen. Auf der Oberseite der Membran 50 liegt dem Kanal 52 ein Ventilsitz 54 gegenüber, der mit der in den Vorratsraum 20 mündenden zweiten Öffnung 44 verbunden ist. In ihrer Ruhelage befindet sich die Membran 50 in einem Abstand 56 vom Ventilsitz 54, so dass die zweite Öffnung 44 mit einem oberhalb der Membran 50 angeordneten Ringraum 58 verbunden ist.
Der Ringraum 58 ist ständig mit der in den Arbeitsraum 24 mündenden ersten Öffnung 42 über zueinander abgewinkelte Kanäle verbunden. Die Membran 50 weist ausserhalb ihres Zentrums mindestens eine Durchlassöffnung 60 auf, die in der Ruhelage der Membran gegen die obere Fläche der Pumpe 30 verschlossen ist.
Die Fig. 3 zeigt ein Schaltschema, in welchem der in der Fig. 1 dargestellte Stellantrieb mit 62 bezeichnet ist. Dieser Stellantrieb 62 ist über die zweidrähtige Verbindungsleitung 32 mit einem Regler 64 verbunden, der seinerseits einen Netzanschluss 66 aufweist und mit einem Fühler 68 verbunden ist. Der Fühler 68 kann beispielsweise ein Temperaturfühler sein. Der Regler 64 ist für eine stetige Regelung bestimmt und liefert demzufolge ein stetig veränderbares Stellsignal über die Leitung 32 an den Stellantrieb 62, welcher zur Verstellung eines Stellgliedes wie beispielsweise eines Ventils oder einer Luftklappe bestimmt ist. Das Stellsignal ist ein spannungsvariabler Wechselstrom von Sinus Rechteck- oder Sägezahnform. Die zwei Drähte der Verbindungsleitung 32 zwischen dem Regler 64 und dem Stellantrieb 62 sind ohne nachteilige Wirkung vertauschbar.
Das Stellsignal wird im Stellantrieb 62 der Schwingankerpumpe 30 zugeführt, die als bekannt vorausgesetzt wird.
Die Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die Arbeitscharakteristik der Schwingankerpumpe in Form einer Kennlinie 70, wobei auf der Abzissenachse die Speisespannung in Prozent und auf der Ordinatenachse der Staudruck in Prozent angegeben sind.
Die Fig. 5 zeigt die Arbeitscharakteristik des Stellantriebes, wobei auf der Abzissenachse die Speisespannung und auf der Ordinatenachse der Stellweg des Stössels 34 angegeben ist. Die entsprechende Kennlinie 72 ist doppelt ausgezogen, um darzustellen, dass in einem Abstand 74 eine Hysterese vorhanden ist.
Die Fig. 6 zeigt die zeitliche Arbeitscharakteristik des Stellantriebes in Form von Kennlinien bei 50, 60, 70 und 80 Prozent der Speisespannung. Die Abzissenachse ist in dieser Figur die Zeitachse, während auf der Ordinatenachse der Stellweg in Prozent angegeben ist.
Anhand der Fig. 1 und 2 wird nachfolgend die Wirkungsweise des Stellantriebes erläutert. Wird an die elektrische Zuleitung 32 ein elektrisches Wechselspannungssignal geeigneter Frequenz und genügender Grösse angelegt, so beginnt die Schwingankerpumpe 30 zu arbeiten. Sie saugt über die Ansaugöffnung 40 Hydraulikflüssigkeit 18 aus dem Vorratsraum 20 an und fördert diese durch das Rückströmventil 28 und die erste Öffnung 42 in den Arbeitsraum 24. Damit die geförderte Hydraulikflüssigkeit dort Platz findet, muss sich der Kolben 14 mit der Rollmembran 16, dem Rückströmventil 28, der Pumpe 30 und dem Stössel 34 entsprechend abwärts in Richtung des Führungslagers 36 bewegen. Diese Bewegung findet solange statt, bis zwischen dem Förderdruck der Pumpe 30 bzw. der diesem entsprechenden Kolbenkraft und der Gegenkraft der Rückstellfeder 26 Gleichgewicht besteht.
Wird das elektrische Wechselspannungssignal in seiner Grösse verringert, wird der von der Pumpe 30 erzeugte Förderdruck gemäss deren Arbeitscharakteristik nach Fig. 4 sinken. Der Druck im Arbeitsraum 24 ist dann infolge der Gegenkraft der Rückstellfeder höher als der Pumpendruck.
In diesem Fall lässt das Rückströmventil 28 Hydraulikflüssigkeit 18 durch die zweite Öffnung 44 in den Vorratsraum 20 zurückfliessen. Dabei wird sich der Kolben 14 soweit zurückbewegen und die Rückstellfeder 26 entlasten, bis erneut das Gleichgewicht hergestellt ist.
Das Rückströmventil 28 gemäss Fig. 2 arbeitet dabei wie folgt: Beginnt die Pumpe 30 durch den druckseitigen Kanal 52 Hydraulikflüssigkeit zu fördern, dann wird zuerst die Membran 50 in ihrer mittleren Zone aufgewölbt, bis sie am Ventilsitz 54 anliegt und die zweite Öffnung 44 verschliesst.
In der Folge wird die Membran soweit in den Ringraum 58 hinein aufgewölbt, bis die Durchlassöffnungen 60 von der Stirnfläche der Pumpe 30 abheben und Hydraulikflüssigkeit durch die erste Öffnung 42 in den Arbeitsraum 24 (Fig. 1) gefördert wird. Bei Gleichgewicht zwischen Kolbenkraft und Gegenkraft der Rückstellfeder 26 hört die Förderung auf.
Der Druck vor und hinter der Membran 50 gleicht sich infolgedessen nahezu aus, wobei sich die Membran 50 geringfügig vom Ventilsitz 54 abheben wird und eine sehr kleine Leckmenge Hydraulikflüssigkeit durch die zweite Öffnung 44 in den Vorratsraum 20 entweichen kann. Sinkt der Förderdruck der Pumpe 30, so ist der Druck im Arbeitsraum 24 höher und bewirkt, dass die Membran 50 in ihre Ruhelage zurückkehrt.
Dabei hebt sie sich vom Ventilsitz 54 ab und gibt die Rück- lauföffnung 44 frei, durch welche nun Hydraulikflüssigkeit in den Vorratsraum 20 zurückfliesst, bis sich ein neues Gleichgewicht einstellt.
Empfindlichkeit und Durchflussmenge des Rückströmventils 28 lassen sich auf einfache Weise durch die entsprechende Wahl der Abmessungen beeinflussen.
Die Schwingankerpumpe 30 wird vorzugsweise mit Wechselspannung von beispielsweise 220 V oder 24V bei einer Frequenz von 50 Hz betrieben.
Das vom Regler 64 zu liefernde Stellsignal sollte eine Spannung zwischen etwa 30% und 100% der Nennspannung aufweisen. Dies kann in Form einer Änderung der Sinus-Spannung, beispielsweise über einen Regeltransformator oder durch Phasenanschnittsteuerung erfolgen.
Bei dem beschriebenen elektrohydraulischen Stellantrieb wird die stetige Arbeitscharakteristik einer Schwinganker Hydraulikpumpe zur Erzielung einer stetig veränderbaren Arbeitscharakteristik des Stellantriebes ausgenutzt. Das anhand der Fig. 2 beschriebene Rückströmventil 28 ist imstande, bei sehr kleinen Druckdifferenzen zuverlässig zu arbeiten, da es nur ein einziges bewegliches Teil, nämlich die Membran 50 aufweist. Die Verwendung der Rollmembran 16, welches vorzugsweise eine dünnwandige Rollmembran ist, setzt der Betätigung des Kolbens 14 kaum einen Widerstand entgegen, so dass nur geringe Verschubkräfte erforderlich sind. Für kleine Antriebswege können auch Metallfaltenbälge verwendet werden, welche reibungsfrei arbeiten.
Die Verwendung einer Rollmembran oder eines Faltenbalges sowie die Ausführung des Rückströmventils mit Membran als einziges bewegliches Element bilden mit die wesentlichen Voraussetzungen zur Erzielung einer stetigen Arbeitscharakteristik bei einem mit nur zwei Drähten gespeisten Stellantrieb, der gegen die Kraft einer Rückstellfeder arbeitet.
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PATENT CLAIMS
1.Electro-hydraulic actuator for continuous control, with an oscillating armature pump (30) acting on an actuating element (14) which adjusts the actuating element (14) against the force of a return spring (26) as a function of a supplied actuating signal, with a pressure-dependent backflow valve (28 ), characterized in that the oscillating armature pump (30) is fed directly by the control signal supplied in the form of an alternating current signal, in order to generate a variable pressure of the hydraulic fluid (18) as a function of the voltage of the supplied control signal.
2. Actuator according to claim 1, characterized in that the backflow valve (28) is a diaphragm valve.
3. Actuator according to claim 2, characterized in that the membrane (50) of the backflow valve (28) between the pressure side (52) of the pump (30) and the working space (24) of the actuating member (14) or one with the working space (24 ) connected space (58) is arranged, wherein on the work space side a valve seat (54) cooperating with the membrane (50) is arranged, the opening (44) which can be closed by the membrane (50) is connected to a reservoir (20) of the hydraulic fluid (18) is.
4. Actuator according to claim 3, characterized in that the membrane (50) apart from the point cooperating with the valve seat (54) has at least one opening (60) through which in the rest position against a surface membrane (50) this area is closed.
5. Actuator according to claim 3 or 4, characterized in that the pressure side of the pump (30) is formed by a channel (52) which axially opposite the valve seat (52) in the middle of the membrane (50).
6. Actuator according to one of claims 2 to 5, characterized in that the membrane (50) is a circular thin-walled metal disc.
7. Actuator according to one of claims 1 to 6, characterized in that the backflow valve (28) together with the pump (30) is at least partially mounted within a cup-shaped piston (14) serving as an actuator, the piston rod (34) of the pump (30) is attached.
8. Actuator according to claim 7, characterized in that the in a cylindrical housing (10, 12) guided piston (14) by means of a rolling membrane (16) or a metal bellows is sealed against the cylinder wall, while the piston rod (34) by an O -Ring seal (38) is led out of the housing (12).
9. Actuator according to claim 7 or 8, characterized in that the reservoir (20) of the hydraulic fluid (18) is arranged on the side of the piston (14) opposite the working chamber (24).
The invention relates to an electro-hydraulic actuator for continuous control according to the preamble of claim 1.
A major disadvantage of known actuators of this type is the independent supply of an operating voltage for the oscillating armature pump and an actuating signal for the control of the actuating element, which can be, for example, a piston or a membrane. The actuator is controlled either by on-off control of the pump or by influencing the pressure generated by the pump. In both cases, two non-interchangeable pairs of electrical lines are required as the supply line to the actuator.
Since the actuator works against the force of a return spring, a pressure-dependent backflow valve with a throttle function is required in order to allow the hydraulic fluid delivered by the pump to flow back.
An actuator known from FR document 2324914 has an electrically controlled solenoid valve as a backflow valve, for which a further line is required.
FR document 1 311 466, on the other hand, shows an actuator with an automatic backflow valve in the form of a valve combination. This combination has a small piston-operated valve, which closes in the event of a pressure increase in the pressure medium conveyed by the pump against the force of a return spring, and a spring-loaded pressure-maintaining valve, which releases the path to the actuator when the pressure rises. This known actuator is therefore not only complicated in its structure, but it also has considerable leakage and pressure losses.
A piston serving as an actuator is usually sealed against the cylinder by means of an O-ring or sleeve seal. The frictional forces that occur with this type of seal cause such a large hysteresis in the case of an actuator operating against the force of a spring that it is hardly possible to use it for continuous control.
The invention is therefore based on the object of providing an electrohydraulic actuator which is suitable for continuous control and which requires only a single line pair as a feed line.
The object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 1.
Preferred embodiments are characterized in the dependent claims.
The advantages of the actuator according to the invention are pointed out in the following description.
An embodiment of the subject matter of the invention is explained in more detail with reference to the drawings. It shows:
1 shows an electrohydraulic actuator, partly in longitudinal section,
2 shows a longitudinal section through the backflow valve of the actuator according to Fig.l,
3 is a circuit diagram for the connection of the actuator,
4 shows a diagram of the working characteristics of a vibrating armature pump,
Fig. 5 is a diagram of the working characteristics of the actuator and
Fig. 6 is a diagram of the temporal work characteristic of the actuator.
The actuator shown in FIG. 1 is housed in a housing which consists of an upper cylinder part 10 and a lower cylinder part 12. A hollow piston 14 is guided within the cylindrical housing and sealed against the cylinder wall by means of a rolling membrane 16. The space below the rolling membrane 16 is a storage space 20 partially filled with a hydraulic fluid 18. Above the level of the hydraulic fluid
18 there is a gas cushion 22. The space above the rolling membrane 16 is the working space 24. The rolling membrane
16 is clamped between flanges of the two cylinder parts 10 and 12.
The piston 14 is in the direction of the force of a return spring 26 arranged inside the housing
Workspace 24 biased. An electrically drivable armature pump 30 connected to a backflow valve 28 is arranged within the piston 14. A two-wire feed line 32 of the vibrating armature pump 30 is led out of the lower housing part 12. The piston 14 is connected via the backflow valve 28 and the oscillating armature pump 30 to a plunger 34 which is guided in a guide bearing 36 connected to the lower housing part 12 and is sealed by means of an O-ring seal 38.
The pump 30 has a suction opening 40, which is always below the level of the hydraulic fluid 18, regardless of the position of the actuator. The backflow valve 28 connected to the pump 30 is connected to the working space 24 via a first opening 42. The backflow valve 28 is connected to the storage space 20 via a second opening 44, since the lower end 46 of the bell-like piston 14 is open. It can also be seen in FIG. 1 that the edge of the piston 14 at the lower end 46 has a larger diameter than the piston in its remaining area in order to serve as a guide within the lower cylindrical housing part 12.
2, the backflow valve 28 is shown in detail. The backflow valve 28 has a valve housing 48 which is connected to the pump 30 with the interposition of a membrane 50. The membrane 50 is a circular metal disc of small thickness. The pressure side of the pump 30 is formed by a channel 52 which opens coaxially against the underside of the membrane 50. In its rest position shown in FIG. 2, the pressure-side channel 52 is closed by the membrane 50. On the upper side of the membrane 50, the channel 52 is opposite a valve seat 54, which is connected to the second opening 44 opening into the storage space 20. In its rest position, the membrane 50 is at a distance 56 from the valve seat 54, so that the second opening 44 is connected to an annular space 58 arranged above the membrane 50.
The annular space 58 is continuously connected to the first opening 42 opening into the working space 24 via angled channels. Outside its center, the membrane 50 has at least one passage opening 60, which is closed against the upper surface of the pump 30 when the membrane is at rest.
FIG. 3 shows a circuit diagram in which the actuator shown in FIG. 1 is designated by 62. This actuator 62 is connected via the two-wire connecting line 32 to a controller 64, which in turn has a mains connection 66 and is connected to a sensor 68. The sensor 68 can be a temperature sensor, for example. The controller 64 is intended for continuous regulation and consequently delivers a continuously variable actuating signal via the line 32 to the actuator 62, which is intended for adjusting an actuator such as a valve or an air damper. The control signal is a voltage-variable alternating current of sinusoidal rectangular or sawtooth shape. The two wires of the connecting line 32 between the controller 64 and the actuator 62 are interchangeable without an adverse effect.
The actuating signal is fed to the oscillating armature pump 30 in the actuator 62, which is assumed to be known.
4 shows a diagram of the working characteristics of the vibrating armature pump in the form of a characteristic curve 70, the supply voltage being given in percent on the abscissa axis and the dynamic pressure in percent on the ordinate axis.
FIG. 5 shows the working characteristics of the actuator, the supply voltage being indicated on the abscissa axis and the adjustment path of the plunger 34 being indicated on the ordinate axis. The corresponding characteristic curve 72 is drawn twice to show that a hysteresis is present at a distance 74.
Fig. 6 shows the temporal working characteristics of the actuator in the form of characteristic curves at 50, 60, 70 and 80 percent of the supply voltage. In this figure, the axis of abscissa is the time axis, while the axis of travel on the ordinate axis is given in percent.
The operation of the actuator is explained below with reference to FIGS. 1 and 2. If an electrical AC voltage signal of a suitable frequency and of sufficient size is applied to the electrical feed line 32, the oscillating armature pump 30 begins to work. It draws hydraulic fluid 18 out of the storage space 20 via the suction opening 40 and conveys it through the backflow valve 28 and the first opening 42 into the working space 24. The piston 14 with the rolling diaphragm 16, the backflow valve, has to be located so that the pumped hydraulic fluid can be accommodated there 28, the pump 30 and the plunger 34 move downwards in the direction of the guide bearing 36. This movement continues until there is equilibrium between the delivery pressure of the pump 30 or the piston force corresponding to it and the counterforce of the return spring 26.
If the size of the electrical AC voltage signal is reduced, the delivery pressure generated by the pump 30 will decrease in accordance with its operating characteristics according to FIG. 4. The pressure in the working chamber 24 is then higher than the pump pressure due to the counterforce of the return spring.
In this case, the backflow valve 28 allows hydraulic fluid 18 to flow back into the reservoir 20 through the second opening 44. The piston 14 will move back so far and relieve the return spring 26 until equilibrium is restored.
The backflow valve 28 according to FIG. 2 works as follows: If the pump 30 begins to deliver hydraulic fluid through the pressure-side channel 52, the diaphragm 50 is first bulged in its central zone until it abuts the valve seat 54 and closes the second opening 44.
As a result, the membrane is bulged into the annular space 58 until the passage openings 60 lift off the end face of the pump 30 and hydraulic fluid is conveyed through the first opening 42 into the working space 24 (FIG. 1). When the piston force and counterforce of the return spring 26 are balanced, the delivery stops.
As a result, the pressure in front of and behind the diaphragm 50 almost equalises, the diaphragm 50 being slightly raised from the valve seat 54 and a very small amount of leakage of hydraulic fluid being able to escape into the reservoir 20 through the second opening 44. If the delivery pressure of the pump 30 drops, the pressure in the working space 24 is higher and causes the membrane 50 to return to its rest position.
It lifts off the valve seat 54 and opens the return opening 44, through which hydraulic fluid now flows back into the storage space 20 until a new equilibrium is established.
Sensitivity and flow rate of the backflow valve 28 can be influenced in a simple manner by the appropriate choice of dimensions.
The vibrating armature pump 30 is preferably operated with an alternating voltage of, for example, 220 V or 24 V at a frequency of 50 Hz.
The control signal to be supplied by the controller 64 should have a voltage between approximately 30% and 100% of the nominal voltage. This can take the form of a change in the sine voltage, for example via a regulating transformer or by means of phase control.
In the described electrohydraulic actuator, the steady working characteristic of an oscillating armature hydraulic pump is used to achieve a continuously changing working characteristic of the actuator. The backflow valve 28 described with reference to FIG. 2 is able to work reliably with very small pressure differences, since it has only a single movable part, namely the membrane 50. The use of the rolling membrane 16, which is preferably a thin-walled rolling membrane, hardly opposes the actuation of the piston 14, so that only slight shear forces are required. For short drive paths, metal bellows can be used, which work smoothly.
The use of a rolling diaphragm or a bellows as well as the design of the backflow valve with diaphragm as the only movable element form the essential prerequisites for achieving a constant working characteristic with an actuator powered with only two wires, which works against the force of a return spring.