DE1095607B - Steuerschieber mit Druckmittelantrieb ueber eine Duesenanordnung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steuerschieber mit Druckkammern an beiden Enden, welche Zu- und Abströmöffnungen besitzen, und zwei damit verbundenen, einander gegenüberliegenden Düsen mit einem zwischen beiden beweglichen Verschlußteil, der unter der Einwirkung magnetischer Kräfte eine der beiden Düsen drosselt bzw. verschließt und die andere Düse weiter öffnet und damit den Druckauf- bzw. -abbau in den Druckkammern steuert.

Bei derartigen bekannten Steuerschiebern arbeitet ein Schieberkolben gegen feste Anschläge oder wenigstens eine Feder. Letztere Ausführung ist nachteilig, weil ein schwingungsfähiges System entsteht, bei welchem Pendelungen auftreten und kein stabiles Gleichgewicht erreicht wird. Wenn der Schieberkolben gegen einen festen Gehäuseanschlag gestoßen wird, läßt sich ebenfalls keine völlig pendelungsfreie und genaue Einstellung erreichen. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß bei Einbauten, beispielsweise in modernen Düsenflugzeugen nicht nur genaues, schnelles und zuverlässiges Ansprechen er- ao forderlich ist, sondern eine derartige Arbeitsweise auch bei Temperatur- und Viskositätsänderungen gewährleistet bleiben muß. Das ist insbesondere schwierig, wenn eine übereinstimmende Arbeitsweise zweier Ventile in außerordentlich engen Toleranzen erreicht werden muß.

Es ist ferner bekannt, beispielsweise bei Steuereinrichtungen, welche unter der Einwirkung magnetischer Kräfte arbeiten, eine Abschirmung der Steuerteile durch eine Membran herzustellen, durch deren Auslenkung jeweils ein sich unter der Steuerung bewegender Teil verstellt wird. Es ist auch bekannt, einen Stößel an einer Membran aufzuhängen und mittels dieses Stößels eine Hebelanordnung, welche Steuerflächen vor Düsen trägt, zu bewegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuerschieber zu schaffen, welcher nicht den Nachteilen der bekannten Steuerschieber unterliegt und auch unter sich ändernden Betriebsbedingungen jeweils genau arbeitet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Bewegung des Schieberkolbens eine mindestens annähernd gleich große gegensinnige Änderung der Querschnitte der nicht vom Verschlußteil beherrschten Öffnungen herbeiführt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die vom Verschlußteil beherrschten Öffnungen die Abström-Öffnungen und die nicht vom Verschlußteil beherrschten Öffnungen die Zuströmungsöffnungen der Druckkammern. Vorzugsweise verlaufen die Querschnittsänderungen linear.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Verschlußteil und der damit verbundene Magnetanker an einer Membran befestigt, die im Gehäuse eingeklemmt ist und als Rückführung für den Magnet anker und den Verschlußteil arbeitet.

Steuerschieber mit Druckmittelantrieb
über eine Düsenanordnung

Anmelder:

Ex-CeIl-O Corporation,
Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter: E. Maemecke, Beflin-Lichterfelde West,

und Dr. W. Kühl, Hamburg 36, Esplanade 36 a,

Patentanwälte

Beansprudite Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. November 1956

Russell E. Bauer, Detroit, Mich.. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Ferner sieht die Erfindung eine gemeinsame Abströmkammer für die Abströmöffnungen vor, die mittels der Membran gegen das Magnetsystem abgedichtet ist. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen.

Eine beispielsweise Anwendung des Steuerschiebers liegt in einem Gyroskopsystem eines Flugzeuges, durch welches die Bewegung mechanischer Vorrichtungen in dem Flugzeug gesteuert werden. Hierbei müssen diese Vorrichtungen in Abhängigkeit von elektrischen Impulsen betätigt werden, die von dem Kreisel erzeugt werden.

Die Erfindung ist an Hand eines Beispiels in den Zeichnungen dargestellt. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen schematischen Vertikalschnitt zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Steuerschiebers,

F'ig. 2 einen vergrößerten Vertikalschnitt einer praktischen Ausführung des schematisch in Fig. 1 dargestellten Steuerschiebers, wobei der Schnitt im wesentlichen längs der Linie II-II in Fig. 3 verläuft,

Fig. 3 eine Seitenansicht zu Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Ausführung gemäß Fig. 2, zum Teil im Schnitt,

Fig. 5 einen Vertikalschnitt der Ausführung gemäß Fig. 4 längs der Linie V-V in dieser,

Fig. 6 eine Unteransicht der Ausführung gemäß Fig. 5.

Nach Fig. 1 wird das Gehäuse des Steuerschiebers mit 9 bezeichnet. Im Gehäuse 9 ist ein elektromagnetischer Antrieb 10 angeordnet. Dieser besitzt einen

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Permanentmagneten 11, ein Paar Polstücke 13L und druckmittel wird durch ein Filter 73 geführt. Der

132? und einen Anker 15, der schwenkbar zwischen den Innenraum 75 des Filters 73 steht durch die Bohrung 25

Polstücken 13L und 132? angeordnet ist. Der Anker 15 und die Kanals 77L und 772? mit den Zuströmöffnungen

ist mittels der Membran 17 befestigt, deren Umfangsteile 57L und 572? in Verbindung.

im Gehäuse 9 festgelegt sind. Die Membran 17 scheidet 5 Wenn die Querschnitte der Zuströmöffnungen 57L

den Magnetantrieb vom Druckmittelsystem und arbeitet und 572? gleich sind und ebenso die der Abströmöffnungen

als Rückführfeder, die Biegebeanspruchungen aufnimmt, 61L und 61R, ist auch der Druck in jeder Druckkammer

wenn der Anker ausgelenkt wird. Den Anker 15 um- 59L und 592? gleich. Dies trifft in der Neutralstellung

geben Wicklungen 19 und 21, die elektrische Impulse von des Magnetantriebs zu.

einer nicht dargestellten Vorrichtung empfangen und den io Dann bleibt der Schieberkolben 29 federnd in seiner magnetischen Fluß in dem Luftspalt zwischen den Pol- mittleren Stellung. Um Herstellungsungenauigkeiten ausflächen 13L und 13i? ändern, um den Anker 15 zwischen zugleichen, sind die Düsen 65 L und 65 R gegenüber dem diesen in Abhängigkeit von den Impulsen in Bewegung Verschlußteil 23 verstellbar,
zu setzen. Die Bewegung des Verschlußteils 23 zu einer Düse

Wenn aber ein Gleichstromimpuls durch eine der 15 hin oder von dieser fort vergrößert oder vermindert den Wicklungen 19 und 21 hindurchgeschickt wird, wird der Durchtrittsquerschnitt einer der Abströmöffnungen 61L magnetische Fluß in dem Luftspalt zwischen einer Pol- bzw. 612?. Die Änderung der Querschnittsfläche erfolgt fläche und dem Anker vergrößert, während der Fluß in linear. Dies erzeugt einen Druckunterschied in den dem Luftspalt zwischen der anderen Polfläche und dem Druckkammern 59 L und 59 R, wodurch der Schieber-Anker verkleinert wird. Dieser unausgeglichene Fluß 20 kolben 29 aus seiner mittleren Stellung in der Richerzeugt eine Kraft, die den Anker 15 verschwenkt, bis tung des niedrigeren Druckes verschoben wird. Da die sie durch die Biegespannung der Membran 17 ausge- Bewegung der Bunde 69 L und 69 R den Querschnitt glichen wird. Wenn der Impuls auf Null fällt, führt die der Zuströmöffnungen ;57L und 57 R ändert, besteht die Biegespannung in der Membran 17 den Anker 15 in seine Tendenz, den Druck in den Druckkammern 59 L und 59 R mittlere Stellung zurück. 25 wieder auszugleichen. Wenn die Änderung des Quer-

Das untere Ende 23 der Membran 17 arbeitet als schnittes der Zuströmöffnungen 57L und 57 R der an-Verschlußteil in einer Kammer 24, die durch eine Bohrung fänglichen Querschnittsänderung der Abströmöffnungen 25 und einen Durchlaß 26 mit einer Leitung 27 in Ver- 61L und 61R gleich wird, neigt der Druck in den Druckbindung steht, die zum Rücklauf des vorzugsweise kammern 59Z, und 59 R daher zur Rückkehr auf seinen hydraulischen Druckmittels führt. Ein Schieberkolben 29 30 Anfangswert. Der Schieberkolben 29 wird so in stabilem ist verschiebbar in der Bohrung 25 angeordnet. Die Gleichgewicht in der neuen Stellung gehalten, die linear Bohrung 25 steht durch eine andere Bohrung 31 mit von der Bewegung des Verschlußteils 23 abhängt, einem Druckmitteleinlaß 33 in Verbindung. Der Durch- Infolge Rückkehr des Verschlußteils 23 in seine mittlere fluß des Druckmittels wird zwecks Steuerung eines Stellung nach Wegbleiben des elektrischen Impulses Servomotors 34 durch den Schieberkolben 29 gesteuert. 35 wird das in den Druckkammern 59 L und 59 R bestehende Die Einlaßkanäle 35 und 37 verbinden die Bohrung 31 Druckgleichgewicht infolge Zunahme des Querschnitts mit der Bohrung 25. Die Kanäle 43 und 45 verbinden die der Abströmöffnungen 61L und 61R wieder aufgehoben, Bohrung 25 mit Auslaßkanälen 39 und 41, die nicht mit was zu einer Bewegung des Schieberkolbens 29 in seine der Bohrung 31 verbunden sind. Mittelstellung führt. Diese Bewegung ergibt eine Quer-

Die Auslaßkanäle 39 und 41 sind durch Leitungen 49 40 Schnittsveränderung der Zuströmöffnungen 57 L und bzw. 51 an den Zyunder 47 des Servomotors 34 ange- 57 R, was zu einem Ausgleich des Druckes in der Druckschlossen. Die Mündungen 53 und 55 der Kanäle 43 kammer 59 R und 59 L führt, so daß der Schieberkolben und 45 werden durch Bunde 58 und 60 des Schieber- in der erreichten Mittelstellung gesichert ist.
kolbens 29 gesteuert. [Wenn sich der Schieberkolben 29 in Nach Fig. 1 und 2 ist eine symmetrische Anordnung seiner neutralen mittleren Stellung befindet, sind die 45 beiderseits der Achse A-A gewählt worden. Dieser sym-Mündungen 53 und 55 durch die Bunde 58 und 60 ver- metrische Aufbau bewirkt, daß Änderungen in den Umschlossen. Infolge einer Bewegung des Schieberkolbens 29 gebungs- und Arbeitsbedingungen, wie in der Temperatur, in einer Richtung wird Druckmittel zu einer Seite des dem Abflußdruck, Schwingungs- und äußeren Beschleu-Servomotors 34 geführt. Gleichzeitig wird die andere nigungskräften, selbsttätig kompensiert werden.
Seite mit dem Rücklauf 27 verbunden. Die Menge des 50 Nun wird auf die Fig. 2 bis 6 Bezug genommen. Es Druckmittels, die zum Servomotor 34 fließt, ist der sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet Verschiebung des Schieberkolbens 29 proportional. worden, um gleiche Teile zu bezeichnen.

Die Bewegung des Schieberkolbens 29 wird durch Wie aus den Fig. 3 und S ersichtlich ist, ist in der haneinen Druckmittelkreis gesteuert, der in ein Paar sym- delsüblichen Ausführung der Erfindung die Bohrung 25, metrisch angeordneter Wege unterteilt ist, die vom 55 die den Schieberkolben 29 aufnimmt, seitlich von der Druckmitteleinlaß 33 zu der Leitung 27 ein Paar ver- Bohrung 31, für das Filter 73 und den Bohrungen für änderlicher Zuströmöffnungen 57L und 572?, ein Paar die Düsen 65 L und 652? angeordnet. Eine in Fig. 3 Druckkammern 59L und 592? und ein Paar veränder- gezeigte und mit 81 bezeichnete Hülse ist in die Bohlicher Abströmöffnungen 61L und 612? enthalten. Die rung 25 eingepaßt, und in ihr bewegt sich der Schieber-Abströmöffnungen 61L und 612? sind zwischen dem 60 kolben 29. In die Hülse 81 sind Löcher gebohrt, um die Verschlußteil 23 und Kanälen 63L und 632? gebildet, die öffnungen 57L, 572?, 53, 55, 77L, 772?, 67L und 672? durch Düsen 65L bzw. 652? verlaufen. Die Druck- mit dem Schieberkolben zu verbinden. Die in der Hülse 81 kammern 59Z. und 592? stehen mit den Kanälen 63L und ausgebildeten Öffnungen 57£ und 572? sind nicht 632? durch die Kanäle 671. und 672? in Verbindung. Die völlig ringförmig, sondern in nur einem Sektor aus-Zuströmöffnungen 57L und 572? werden zwischen den 65 gebildet. Die Stirnwände der Druckkammern 59 L und Kanälen 77L und 772? und den Bunden 69L und 692? 592? sind durch Schraubstopfen 83L und 832? gebildet, des Schieberkolbens 29 gebildet. Von den Bunden 69L Die Enden des Filters 73 sind mit den Paßstücken 85L und 692? aus nach innen ist auch ein Paar Bunde 71 und 72 und 85 2? verlötet, in denen geeignete Kanäle ausgebildet vorgesehen, die den Kreis des Antriebsdruckmittels von sind, um den Innenraum 75 des Filters 73 mit den Kanälen dem des Arbeitsdruckmittels trennen. Das Antriebs- 70 771, und 772? zu verbinden. Die äußeren Enden der

Paßstücke 85 £ und 85 R sind mit im Querschnitt abgesetzten Schaftteilen versehen, um welche O-Ringe angeordnet sind. Dieser Bauteil wird durch Gewindestopfen 87L und 87 R gehalten. Das Druckmittel, das in die Einlaßkanäle 35 und 37 eintritt, muß um das Filter 73 herumfließen, Fremdteile aus dem Filter auswaschen und durch die Leitung 27 zum Rücklauf führen.

Die Düsen 65 L und 65 R sind bei 891 und 89 R mit Gewinde zur Einstellung versehen. Die äußeren Enden der Düsen 65L und 65 R sind auch mit Gewinde versehen und nehmen Verschlußstopfen 91L und 91R auf, die sich mit Schultern gegen das Gehäuse 9 abstützen und die Düsen festlegen. Der Kanal, der die Kammer 24, in welche die Düsen das Druckmittel entleeren, mit der Leitung 27 verbindet, ist in Fig. 5 mit 93 bezeichnet.

Der elektromagnetische Antrieb 10 ist abnehmbar auf dem oberen Teil des Gehäuses 9 angeordnet und von einer Metallklappe 95 umgeben. Ein O-Ring 115 dichtet die Kappe 95 nach außen ab. Der Permanentmagnet 11 nimmt die Wicklungen 19 und 21 auf und "dient als Befestigungsteil für die Polstücke 13L und 13R. Die Polstücke 13 L und 13 R sind an dem Permanentmagneten 11 durch Befestigungsmittel 99 befestigt, welche sich durch die Polstücke 13 L und 13 R erstrecken und zwischen denen ein geringer Spielraum zum Ausrichten vorgesehen ist. Der Anker 15 und die Membran 17 sind in dem dargestellten Beispiel zu einer Einheit verbunden. Der Umfangsteil der Membran 17 ist in eine ringförmige Ausdehnung 97 in dem Gehäuse 9 eingepaßt und in dieser durch Kopfschrauben 99 befestigt. Die Membran 17 und das Gehäuse 9 sind unmagnetisch. Der Mittelteil der Membran 17 ist dünn und zylindrisch. Der Anker 15 hat rechteckigen Querschnitt und ist aus magnetisierbarem Werkstoff hergestellt. An dem unteren Ende des mittleren Abschnittes der Membran 17 ist ein Gegengewicht 103 befestigt, das als Verschlußkeil für die Düsen 65 L und 65 R dient. Der Permanentmagnet 11, die Polstücke 13L und 13 R und die Wicklungen 19 und 21, die zuerst lose zu einer Einheit zusammengebaut werden, werden mittels Kopfschrauben 105 und 107 an dem Gehäuse 9 befestigt. Zwischen den Schrauben 105 und 107 und den Öffnungen in dem Permanentmagneten 11 durch welche sie hindurchgehen, ist ein Spielraum vorgesehen, so daß diese Teile gegenüber dem Anker 15 ausgerichtet werden können, bevor sie endgültig befestigt werden. Dies ist notwendig, um die Luftspalte zwischen den Polstücken und dem Anker auszugleichen, damit sichergestellt wird, daß die Mitte der magnetischen Federkonstante mit der Mitte der mechanischen Federkonstanten zusammenfällt. In dem Gehäuse sind bei 109 vollständig vom Druckmittelteil getrennte Öffnungen vorgesehen, um die Drähte 111 für die Wicklungen 19 und 21 aufzunehmen, die an den Endklemmen einer Buchse 113 befestigt sind.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Steuerschieber mit Druckkammern an beiden Enden, welche Zu- und Abströmöffnungen besitzen, und zwei damit verbundenen einander gegenüberliegenden Düsen mit einem zwischen beiden beweglichen Verschlußteil, der unter der Einwirkung magnetischer Kräfte eine der beiden Düsen drosselt bzw. verschließt und die andere Düse weiter öffnet und damit den Druckauf- bzw. -abbau in den Druckkammern steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Schieberkolbens (29) eine mindestens annähernd gleich große gegensinnige Änderung der Querschnitte der nicht vom Verschlußteil (23) beherrschten Öffnungen (57L, 57R) herbeiführt.

2. Steuerschieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Verschlußteil (23) beherrschten Öffnungen (61L, 61 R) die Abströmöffnungen und die nicht vom Verschlußteil (23) beherrschten Öffnungen (571., 57 R) die Zuströmöffnungen der Druckkammern (59 L, 59R) sind.

3. Steuerschieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsänderungen der Öffnungen (61L, 61R bzw. 57L, 57R) linear verlaufen.

4. Steuerschieber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußteil (23) und der damit verbundene Magnetanker (15) an einer Membran (17) befestigt ist, die im Gehäuse (9) eingeklemmt ist und als Rückführung für den Magnetanker (15) und den Verschlußteil (23) arbeitet.

5. Steuerschieber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Abströmkammer (24) für die Abströmöffnungen (61L, 61R) vorhanden ist, die mittels der Membran (17) gegen das Magnetsystem (10) abgedichtet ist.

6. Steuerschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine verstellbare Anordnung der Düsen (65 R, 65L).

7. Steuerschieber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein eingebautes Filter (73).

8. Steuerschieber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (15) zwischen gegeneinander bewegbaren Polstücken (13L, 13R) angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 103 233;
britische Patentschrift Nr. 728 534;
USA.-Patentschriften Nr. 2 292 477, 2 409 517,
007, 2 469 757, 2 605 079, 2 635 635, 2 775 254, 982.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 679/305 12.60