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Title:
TWO-STAGE SERVO-VALVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/037793
Kind Code:
A1
Abstract:
A two-stage servo-valve (1) has a first stage (2) in which four flow resistances (3-6) are arranged in a bridge circuit. At least one of the flow resistances (5, 6) is variable, and two opposite switching points (8, 9) of the bridge circuit are connected to an air inlet (P2) and to an air outlet (E), respectively. A differential pressure of variable size and sign is provided between the two other switching points (10, 11). The servo-valve (1) also has a second stage (12) in which a control piston (13) which can be actuated by the differential pressure is arranged and controls a three-way valve (16). In order to enable the current position of a process valve driven by the servo-valve to be maintained by the most simple means in the event of a power failure, the switching points (10, 11) which provide the differential pressure are interconnected by a magnetic valve (17) which is closed in the driven state and open in the unconnected state, thus pneumatically interconnecting the switching points (10, 11).

Inventors:
MEINHOF ANDRE-HEINRICH (DE)
Application Number:
PCT/EP2005/055030
Publication Date:
April 13, 2006
Filing Date:
October 05, 2005
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
MEINHOF ANDRE-HEINRICH (DE)
International Classes:
F15B13/02; F15B11/00; F15B13/042; F15B21/00; F15C3/00; F16K31/02
Domestic Patent References:
WO2005077731A12005-08-25
WO2003100264A12003-12-04
Foreign References:
DE4135822A11992-08-20
DE3802917A11988-08-11
EP0943812A11999-09-22
DE4201442A11995-01-05
DE4135822A11992-08-20
EP0943812A11999-09-22
DE102004035844B32005-10-20
DE4201442A11995-01-05
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Description:
Zweistufiges Servoventil

Die Erfindung betrifft ein zweistufiges Servoventil mit einer ersten Stufe, in der vier Strömungswiderstände, von denen mindestens ein Strömungswiderstand veränderlich ist, in einer Brückenschaltung angeordnet sind, wobei zwei gegenüberlie ¬ gende Schaltungspunkte der Brückenschaltung mit Zuluft bzw. Abluft verbunden sind und zwischen den beiden anderen Schal¬ tungspunkten eine in Größe und Vorzeichen veränderliche Druckdifferenz bereitsteht, und mit einer zweiten Stufe, in der ein von der Druckdifferenz betätigbarer Steuerkolben an¬ geordnet ist, der ein Dreiwegeventil steuert.

Ein derartiges, aus der DE 41 35 822 Al bekanntes Servoventil enthält in einer ersten Stufe bis zu vier einzelne Piezoven- tile, die alle vier, oder bei geringerer Anzahl zusammen mit Festwiderständen, in einer Brückenschaltung angeordnet sind. Jedes Piezoventil enthält ein eigenes ansteuerbares Piezoele- ment, das zusammen mit einer Prallplatte einen steuerbaren Strömungswiderstand bildet. Die Brückenschaltung dient zur Erzeugung einer in Größe und Vorzeichen veränderlichen Druck¬ differenz, mit der in einer weiteren Stufe des Servoventils ein Steuerkolben und über diesen ein Dreiwegeventil verstellt werden kann, welches seinerseits zur Verstellung eines Hy¬ draulikzylinders dient.

Alternativen zur Ausbildung der Piezoventile sind aus der EP 0 943 812 Al bekannt oder Gegenstand der älteren deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2004 035 844.3.

Anstelle der Piezoventile können in der Brückenschaltung auch elektromagnetisch oder auf sonstige Weise elektrisch betätig¬ bare Ventile zum Einsatz kommen.

Die DE 42 Ol 442 Al zeigt eine alternative Ausführungsform für das Dreiwegeventil, das in bekannter Weise auch als Schiebeventil, Drehventil oder aus Einzelventilen, zum Bei ¬ spiel Klappenventilen, bestehend aufgebaut sein kann.

Servoventile kommen in vielen Bereichen der Technik, so auch bei elektropneumatischen Stellungsreglern zum Einsatz, welche zur Steuerung des Antriebs von Prozessventilen dienen. Bei Ausfall der elektrischen Energie wird oft gefordert, dass der von dem Stellungsregler angesteuerte Antrieb das Prozessven¬ til automatisch in eine sichere Position, in der Regel „Öffnen" oder „Schließen" bringt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachsten Mitteln bei Ausfall der elektrischen Energie das Halten der aktuellen Position des von dem Servoventil angesteuerten Prozessventils zu ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei dem Servoventil der eingangs angegebenen Art die die Druck ¬ differenz bereitstellenden Schaltungspunkte über ein Magnet¬ ventil miteinander verbunden sind, das im angesteuerten Zu¬ stand geschlossen ist und bei nicht angesteuertem Zustand ge ¬ öffnet ist und dabei die Schaltungspunkte pneumatisch mit- einander verbindet.

Bei Ausfall der elektrischen Energie öffnet das Magnetventil und schließt so den Ausgang der Brückenschaltung bzw. die beiden Hydraulikseiten des Steuerkolbens pneumatisch kurz. Als Folge davon nimmt das Dreiwegeventil die Mittelstellung (Ruhestellung) ein, die ein Halten des daran anschließbaren Prozessventilantriebs in der aktuellen Position ermöglicht. Im Weiteren wird das erfindungsgemäße Servoventil anhand eines in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Das zweistufige Servoventil 1 enthält in einer ersten Stufe 2 vier Strömungswiderstände 3, 4, 5, 6, die in einer Brücken ¬ schaltung 7 angeordnet sind. Die Strömungswiderstände 5 und 6 sind als Piezoventile ausgebildet und durch eine elektrische Steuerspannung du gegensinnig veränderbar. An zwei gegenüber¬ liegenden Schaltungspunkten 8, 9 ist die Brückenschaltung 7 mit Zuluft Pz bzw. Abluft E verbunden. An den beiden anderen Schaltungspunkten 10 und 11 steht eine in Größe und Vorzei ¬ chen veränderliche Druckdifferenz zur Verfügung. Mit dieser Druckdifferenz ist ein in einer zweiten Stufe 12 des Servo- ventils 1 angeordneter Steuerkolben 13 verschiebbar, der ein zwischen der Zu- und Abluft Pz, E und dem Antrieb 14 eines Prozessventils 15 liegendes Dreiwegeventil 16 steuert. In den beiden Endstellungen des Dreiwegeventils 16 wird der Antrieb 14 entweder mit der Zuluft Pz oder der Abluft E verbunden und verstellt somit das Prozessventil 15 in Richtung „Schließen" oder „Öffnen". In der Mittelstellung (Ruhestellung) des Drei¬ wegeventils 16 ist der Antrieb 14 von der Zu- bzw. Abluft Pz, E getrennt und verbleibt in der jeweils aktuellen Position.

Um zu erreichen, dass bei Ausfall der elektrischen Energie¬ versorgung das Dreiwegeventil 16 die Mittelstellung einnimmt und so den Antrieb 14 bzw. das Prozessventil 15 in der ak ¬ tuellen Position hält, ist zwischen den Schaltungspunkten 10 und 11 der Brückenschaltung 7 ein Magnetventil 17 angeordnet, das von der Betriebsspannung U B angesteuert wird und dabei geschlossen ist. Bei Ausfall der Betriebsspannung U B öffnet das Magnetventil 17 und schließt dabei die Schaltungspunkte 10 und 11 pneumatisch kurz. In der Folge nimmt das Dreiwege- ventil 16 seine Mittelstellung ein. Die Piezoventile 5, 6 und das Dreiwegeventil 16 können in unterschiedlicher Weise aus ¬ gebildet sein, so wie dies zum Beispiel den in der Beschrei ¬ bungseinleitung genannten Druckschriften zu entnehmen ist.