DE1262777B - Hydraulischer Verstaerker, insbesondere hydraulisch kraftverstaerkter Stellantrieb - Google Patents

Hydraulischer Verstaerker, insbesondere hydraulisch kraftverstaerkter Stellantrieb

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DE1262777B
DE1262777B DEB68815A DEB0068815A DE1262777B DE 1262777 B DE1262777 B DE 1262777B DE B68815 A DEB68815 A DE B68815A DE B0068815 A DEB0068815 A DE B0068815A DE 1262777 B DE1262777 B DE 1262777B
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control piston
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Boelkow GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B9/00Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
    • F15B9/16Systems essentially having two or more interacting servomotors, e.g. multi-stage
    • F15B9/17Systems essentially having two or more interacting servomotors, e.g. multi-stage with electrical control means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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    • B64C13/00Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

  • Hydraulischer Verstärker, insbesondere hydraulisch kraftverstärkter Stellantrieb Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Verstärker, insbesondere als Rudermaschine für Flugkörper, bestehend aus einem doppeltwirkenden Arbeitskolben und einem diesen koaxial durchdringenden Steuerkolben, wobei durch Bewegen des Steuerkolbens eine Volumenänderung der Arbeitsräume erzielt wird und dabei gleichzeitig die Arbeitsräume jeweils wechselweise mit einer Druckquelle bzw. Drucksenke verbunden werden.
  • Der als Steuerschieber ausgebildete Steuerkolben bei einem bekannten derartigen Verstärker weist gerade Steuerkanten auf und ist axial beweglich im Arbeitskolben angeordnet. Das Druckmittel fließt über am Umfang des Arbeitskolbens vorgesehene Ausfräsungen zu, während der Abfluß durch den axial beweglichen Steuerschieber, durch den vom Steuerschieber nicht eingenommenen Raum im Arbeitskolben, eine Öffnung im Schaft des Arbeitskolbens und durch ein am den Arbeitskolben aufnehmenden Zylinder angeformtes Gehäuse erfolgt.
  • Für den Einsatz als Ruderantrieb für Flugkörper sind derartige Verstärker jedoch nur wenig geeignet. Die Konstruktion des Verstärkers bedingt eine große Baulänge, weil der Steuerschieber längsbeweglich im Arbeitskolbenschaft gelagert sein muß und für den Abfluß des Druckmittels das in Längsrichtung sich erstreckende, einen Teil des verhältnismäßig großen Arbeitskolbenschaftes aufnehmende Gehäuse notwendig ist. Wegen der Längsbeweglichkeit des Steuerschiebers sind ferner Arbeitskolben und Steuerschieber nicht rückwirkungsfrei, d. h., die zwischen ihnen auftretenden Reibungskräfte suchen den Steuerschieber mitzunehmen, wenn er nicht von ausreichend großen statischen Kräften gehalten wird. Insbesondere können bei der Anwendung in Flugkörpern die auftretenden hohen Beschleunigungskräfte derartige Steuerschieber bewegen, ohne daß ein Steuerbefehl vorliegt. Einer Lageänderung des Steuerschiebers durch Axialbewegung entspricht nur eine,gleich große Axialbewegung des Arbeitskolbens, so daß der Verstärker lediglich kraftverstärkend und nicht gleichzeitig wegverstärkend wirksam ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch die Unterteilung des Arbeitskolbens an seinem Umfang infolge des dort vorgesehenen Druckmittelzuflusses der Arbeitskolben ständig gegen zwei Seiten hin abzudichten ist, was bei den in der Flughydraulik vorhandenen sehr hohen Drücken schwierig ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen Verstärker, insbesondere einen hydraulisch kraftverstärkten Ruderantrieb für Flugkörper zu schaffen, der gegen große Beschleunigungen unempfindlich ist und bei großer Leistung und hoher Betriebssicherheit sowie kleinem Gewicht und geringem Bauvolumen eine äußerst kurze Ansprechzeit aufweist.
  • Bei einem hydraulischen Verstärker der eingangs erwähnten Art ist diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß paarweise Öffnungen der durch den Arbeitskolben zu den Arbeitsräumen führenden Zuflußkanäle einer an sich bekannten am Umfang des in an sich bekannter Weise drehbeweglichen Steuerkolbens angeordneten schrägen Nut, die mit Zuflußbohrungen im Steuerkolben sowie über einen gehäusefesten Zuflußkanal mit einer Druckquelle verbunden ist, und paarweise Öffnungen der von den Arbeitsräumen durch den Arbeitskolben führenden Rücklaufkanäle einer analog zur Nut am Umfang des Steuerkolbens angeordneten schrägen Nut, die mit Rücklaufbohrungen im Steuerkolben sowie über einen gehäusefesten Rücklaufkanal mit einer Drucksenke verbunden ist, derart zugeordnet sind, daß jeder Drehlage des Steuerkolbens eine bestimmte Hubstellung des Arbeitskolbens entspricht, in welcher die Nuten jeweils zwischen den Öffnungen liegen und keine dieser Öffnungen überdecken.
  • Bei dieser Anordnung führt der Steuerkolben im Gegensatz zum Bekannten nur Drehbewegungen aus, so daß sich sein Schwerpunkt bei seinen Steuerbewegungen gegenüber seiner Lagerung nicht verändert. Somit können sich den Stellkräften des Steuerkolbens keine Beschleunigungskräfte in Richtung der Längsachse des Steuerkolbens überlagern. Die koaxiale Anordnung von Arbeitskolben und des nur Drehbewegungen ausführenden Steuerkolbens erlaubt - weil für die Bewegung des Steuerkolbens kein zusätzlicher Raum vorgesehen werden muß - Einsparungen sowohl an Raum als auch an Gewicht und bietet vor allem vielfache Möglichkeiten, die Ausführungsform jeweils dem Verwendungszweck anzupassen. Dadurch werden die Einsatzmöglichkeiten derartiger hydraulischer Verstärker in der Luft- und Raumfahrt vielseitiger.
  • Zwar ist es bei hydraulischen Verstärkern bekannt, in einem doppeltwirkenden Arbeitskolben, der koaxial von einer drehbaren Steuerhülse umfaßt wird, schräge Nuten vorzusehen, die in Abhängigkeit von der Relativbewegung zwischen dem Arbeitskolben und der rotierenden Steuerhülse mit öffnungen korrespondieren, so lange die Steuerhülse rotiert, so daß die beiden Arbeitsräume untereinander und mit der Drucksenke verbunden sind, während ein Arbeitsraum ohnehin ständig mit der Druckquelle in Verbindung steht.
  • Bei einer solchen Ausbildung muß der Arbeitskolben jedoch als Differentialkolben ausgebildet sein, um gegenüber dem zweiten nur zeitweilig mit der Drucksenke verbundenen Arbeitsraum eine größere Kolbenfläche aufzuweisen als gegenüber dem ersten Arbeitsraum. Als Stehkraft kann daher jeweils nur die der Flächendifferenz des Differentialkolbens proportionale Kraft ausgenutzt werden. Bei derartigen hydraulischen Verstärkern können - da die hierfür erforderliche Druckdifferenz fehlt - relativ kurze Ansprechzeiten nicht erzielt werden. Dies ist aber Voraussetzung für die Verwendung eines hydraulischen Verstärkers als Rudermaschine für Flugkörper.
  • Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung weist der Verstärker ein mit einem elektromechanischen oder elektrodynamischen Antriebssystem und mit dem drehbaren Steuerkolben koaxial und sowohl Weg wie Kraft verstärkend gekoppeltes Vorsteuersystem auf. Die Anwendung eines derartigen Vorsteuersystems mit relativ kleinen Wegen und Kräften setzt voraus, daß zwischen Steuerkolben und Arbeitskolben keine wesentlichen Reibungskräfte auftreten und keine Beschleunigungskräfte ungewollte Bewegungen des Steuerkolbens verursachen können.
  • Das Vorsteuersystem ist vorteilhaft so ausgebildet, daß ein Vorsteuerkolben drehbar im Steuerkolben angeordnet ist und mindestens eine Längsnut aufweist, deren Steuerkanten jeweils mit Steuerkanten von gehäusefesten Nasen korrespondieren und Spalte bilden, welche einerseits über die Längsnuten sowie über Bohrungen mit den Zuflußkanälen im Steuerkolben und über den gehäusefesten Zuflußkanal ständig mit der Druckquelle verbunden sind und andererseits in mit dem Steuerkolben und dem Rücklaufkanal in hydraulischer Wirkverbindung stehende Steuerräume münden.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Vorsteuerkolben von mindestens einem mit dem Steuerkolben verbundenen Ringsegment umfaßt, dessen radial verlaufende Segmentflächen die Begrenzung für die Steuerräume bilden und dessen Mantelflächen mit Teilen der Gehäusewandung und/oder Teilen der Mantelfläche des Vorsteuerkolbens mit dem zur Drucksenke führenden Rücklaufkanal verbundene Kapillaren veränderlicher Länge bilden, derart, daß jeder Lageänderung des Vorsteuerkolbens eine bestimmte, sowohl dem Weg als auch der Kraft nach verstärkte Lageänderung des Steuerkolbens entspricht.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung des Vorsteuerkolbens können Beschleunigungen in Richtung der Längsachse sich auch auf das VorsteuersystenT nicht auswirken; ferner entfallen infolge der direkten hydraulischen Koppelung von Vorsteuerkolben und Steuerkolben über die Steuerräume die bei bekannten Verstärkersystemen notwendigen Verbindungskanäle. Hierdurch lassen sich Schwingungserscheinungen besser beherrschen und günstigere Ansprechzeiten erzielen. Da ferner das erfindungsgemäße Vorsteuersystem auf Grund seines einfachen Aufbaues sehr wandelbar ist und auf kleinste Drehlageänderungen des Vorsteuerkolbens anspricht, genügen sehr kleine Steuerleistungen für große hydraulische Leistungen. Infolge dieses Vorsteuersystems eignet sich der hydraulische Verstärker gleich gut für geschwindigkeits- oder lagegesteuerte Flugkörper.
  • Um die Einleitung des überdeckungsvorganges und vor allem die Überleitung zum Gleichgewichtszustand sicher zu beherrschen, ist es in manchen Fällen angebracht, die Öffnungen im Arbeitskolben und/oder Nuten im Steuerkolben so auszubilden, daß sie vorzugsweise in Richtung der fortschreitenden gegenseitigen Überdeckung veränderliche Querschnitte aufweisen. Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Öffnungen im Arbeitskolben und/oder die die Öffnungen mit den Arbeitsräumen verbindenden Kanäle mit unterschiedlichen Querschnitten ausgebildet sind.
  • Alles weitere über die Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines hydraulischen Verstärkers mehr oder minder schematisch dargestellt ist. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch eine hydraulisch kraftverstärkte Rudermaschine nach der Erfindung, F i g. 2 einen Schnitt II-II nach F i g. 1, bei dem die Verdrehlagen von Steuerkolben und Vorsteuerkolben, bei letzterem in übertriebener Darstellung, eingezeichnet sind, F i g. 3 die Zuordnung der Nuten im Steuerkolben und der Öffnungen im Arbeitskolben in der Normallage des Steuerkolbens und der dieser Lage entsprechenden mittleren Hubstellung des Arbeitskolbens in einer Abwicklung nach F i g. 1 und F i g. 4 die Zuordnung der Nuten und Öffnungen nach F i g. 3, jeweils in den Endsteuerlagen des Steuerkolbens und den diesen Lagen entsprechenden Endhubstellungen des Arbeitskolbens.
  • In einem teilbaren, im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildeten Gehäuse 1 (F i g. 1.) ist in einem Arbeitszylinder 2 ein ringförmiger, doppeltwirkender Arbeitskolben 3 angeordnet und über einen rohrförmigen Kolbenschaft 4, über ein Gestänge 5 und über eine Verschraubung 6 mit einem in F i g. 1 nicht dargestellten Stellglied verbunden. Der Kolbenschaft 4 ist in einem angeflanschten Gehäuseteil 9 längsverschieblich gelagert und, wie (Jurch einen Stift 7 und eine Längsnut 8 angedeutet, gegen Verdrehung gesichert.
  • Eine Arbeitskolben und Kolbenschaft durchdringende Bohrung 10 nimmt einen Steuerkolben 11 auf. An dem einen Ende des Steuerkolbens sind gabelartig ausgebildete Ringsegmente 38 und 39 (vgl, auch F i g. 2) mittels derer er in dem dem Gehäuseteil 9 gegenüberliegenden Gehäuseteil in einer zylindrischen Ausnehmung 31 drehbar und axial unverschiebbar gelagert ist.
  • In den Umfang des Steuerkolbens sind innerhalb des vom Arbeitskolben 3 und dessen Kolbenschaft 4 ständig überdeckten Bereiches zwei gleiche Nuten 15 bzw. 25 eingearbeitet, die symmetrisch angeordnet sind und eine gewisse Steigung aufweisen (vgl. Fi g. 3). Die Nuten stehen über im Steuerkolben 11 angeordnete Bohrungen 13, 13 a, 12 bzw. 23, 23 a und 22 über gehäusefeste Kammern 32 bzw. 33 mit einem Zuflußkanal 14 bzw. mit einem Rücklaufkanal 24 des Arbeitsmediums ständig in Verbindung. Die Nuten 15 bzw. 25 des Steuerkolbens arbeiten ferner mit im Arbeitskolben 3 angeordneten Öffnungen 16 und 19 bzw. 26 und 29 zusammen, die den Nuten jeweils paarweise zugeordnet sind (vgl. F i g. 3).
  • Die Öffnung 16 führt über einen Kanal 17 zu einem Arbeitsraum 18 im Gehäuse 1, und die öffnung 19 führt über einen Kanal 20 zu einem anderen Arbeitsraum 21 im Gehäuse 1 als Zufluß; bzw. führt die Öffnung 26 über einen Kanal 27 zu dem Arbeitsraum 21, und führt die <Öffnung 29 über einen Kanal 30 zu dem Arbeitsraum 18 als Rücklauf (vgl. auch F i g. 3).
  • Der Steuerkolben 11 ist über einen Vorsteuerkolben 40 mit einem elektromechanischen Antriebssystem 80 gekoppelt. Zu diesem Zweck umfassen die Ringsegmente 38 und 39 des Steuerkolbens symmetrisch den Vorsteuerkolben 40. Dieser ist drehbar angeordnet und weist, wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, zwei um 180° gegeneinander versetzte Längsnuten 41 und 61 auf, welche über Bohrungen 35 und 36 mit der Bohrung 13 im Steuerkolben 11 und somit mit dem Zuflußkana114 ständig in Verbindung stehen.
  • Die Ringsegmente 38 und 39 begrenzen ferner mit ihren radial verlaufenden Segmentflächen 49, 59 bzw. 69, 79 freie Räume der zylindrischen Ausnehmung 31 im Gehäuse 1, welche in der in F i g. 2 gezeigten Normallage von Steuerkolben 11 und Vorsteuerkolben 40 durch gehäusefeste Nasen 51 bzw. 71 in vier gleich große Steuerräume 50, 55 bzw. 60, 65 aufgeteilt werden. Dabei bilden Steuerkanten 42, 43 bzw. 62, 63 der Längsnuten 41 bzw. 61 mit Steuerkanten 52, 53 bzw. 72, 73 der gehäusefesten Nasen 51 bzw. 71 Spalte 44, 54 bzw. 64, 74 mit gleichwirkenden Querschnitten, und ferner bilden Mantelflächen 81 bzw. 82 der Ringsegmente 38 bzw. 39 mit Teilen der Gehäusewandung 83, 84 Kapillaren 48, 78 bzw. 58, 68, welche gleichwirkende Querschnitte und Längen aufweisen, über welche die Steuerräume 50, 55 bzw. 60, 65 über weitere Kanäle 45 bzw. 75 mit dem Rücklaufkanal24 des Arbeitsmediums in Verbindung stehen.
  • An Hand des dargestellten Ausführungsbeispiels einer Rudermaschine soll nunmehr die Wirkungsweise des hydraulischen Verstärkers erläutert werden. Zwecks Vereinfachung wird vorausgesetzt, daß der Steuerkolben 11 vorerst mechanisch betätigt wird.
  • Aus einer durch einen Pfeil 90 angedeuteten Hydraulikquelle strömt dem Verstärker im Betrieb ständig Öl zu, so daß über den Zuflußkana114, die Kammer 32, die Bohrungen 12, 13 und 13 a die Nut 15 ständig dem vollen Betriebsdruck des Arbeitsmediums ausgesetzt ist. Analog diesem Zufluß steht in sämtlichen Steuerlagen die Nut 25 über die Bohrungen 23 a, 23 und 22, die Kammer 33 und den Rücklaufkanal 24 mit einer durch einen Pfeil 91 angedeuteten Hydrauliksenke in Verbindung.
  • Aus der in F i g. 1 gezeigten Abwicklung des Steuerkolbens 11 und des Arbeitskolbens 3, welche der Normallage des Steuersystems entspricht, ist die Zuordnung der öffnungen im Arbeitskolben zu den Nuten im Steuerkolben zu erkennen. Die Öffnungen 16 und 19 bzw. 26 und 29 tangieren paarweise mit den Nuten 15 bzw. 25. Bei einer Verdrehung des Steuerkolbens 11 - beispielsweise im Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeiles 92 -- gelangen die COffnung 16 mit der Nut 15 und gleichzeitig die Öffnung 26 mit der Nut 25 zur Überdeckung. Demzufolge strömt über den Kanal 17 in den Arbeitsraum 18 Arbeitsmedium ein, bzw. gleichzeitig über den Kanal 27 aus dem Arbeitsraum 21 Arbeitsmedium aus. Der Arbeitskolben 3 ändert nun infolge des zwischen den Arbeitsräumen 18 und 21 sich einstellenden Differenzdruckes seine Hubstellung in Richtung des Pfeiles 93.
  • Da die (Öffnungen 16 und 19 bzw. 26 und 29 den Nuten 15 bzw. 25 paarweise zugeordnet sind und mit den Arbeitsräumen 18 bzw. 21 seitenverkehrt in Verbindung stehen - vgl. in F i g. 3 die Pfeile 94 bis 97, welche die Richtung des Durchflusses in den Kanälen 17 und 20 bzw. 27 und 30 angeben -, wirkt jede Hubänderung des Arbeitskolbens der Überdeckung der Nuten und (Öffnungen entgegen, d. h., die COffnungen 16 und 26 bzw. 19 und 29 im Arbeitskolben haben das Bestreben, infolge des in dem einen Arbeitsraum 18 bzw. 21 gegenüber dem anderen Arbeitsraum 21 bzw. 18 wirksamen Überdruckes der Steuerbewegung des Steuerkolbens 11 vorauszueilen. Dieses Bestreben kann sich durch die bei Hubänderung wirksam werdenden Massenkräfte des Arbeitskolbens 3 dann verstärken, wenn der Steuerkolben 11 seine Steuerbewegung verlangsamt oder einstellt. Der Arbeitskolben wird dabei von den den aus der Überdeckung strebenden Öffnungen folgenden öffnungen gebremst, da diese die Arbeitsräume entgegengesetzt mit der Hydraulikquelle und der Hydrauliksenke verbinden und so den Arbeitskolben zur Richtungsumkehr zwingen. Unter Wirkung dieser Kräfte bewegt sich der Arbeitskolben 3 in der der Drehrichtung des Steuerkolbens 11 entsprechenden Hubrichtung so lange weiter, bis keine seiner Öffnungen 16 und 26 oder 19 und 29 von den Nuten 15 und 25 mehr überdeckt ist und sich zwischen beiden Arbeitsräumen 18 und 21 Druckgleichgewicht einstellt.
  • Auf diese Weise läßt sich ohne besondere Rückführungsmaßnahmen jede beliebige Lagezuordnung zwischen Steuerkolben und Arbeitskolben erzielen, wobei jedem Verdrehwinkel des Steuerkolbens 11 eine bestimmte, der Steigung der Nuten proportionale Hubstellung des Arbeitskolbens 3 entspricht. Dies ist auch schematisch aus F i g. 4 zu erkennen, wo Arbeitskolben und Steuerkolben in der rechten Steuerendlage -- einfach strichpunktiert - und in der linken Steuerendlage - zweifach strichpunktiert --- als Abwicklung dargestellt sind. Zur Erleichterung der Übersicht sind in F i g. 4 dieselben Bezugsziffern verwendet wie in den F i g. 1 bis 3 mit dei Maßgabe, daß lediglich Lagezuordnung betreffende Bezugszeichen r und l angefügt sind.
  • Die Wirkungsweise der Vorsteuerung ist an Hand der F i g. 2 erläutert. Wie bereits angedeutet, ist von der Voraussetzung auszugehen, daß in beiden Längsnuten 41 und 61 im Vorsteuerkolben 40 stets annähernd der gleiche Druck des Arbeitsmediums herrscht. Dieser Druck, der dem Druck der Hydraulikquelle 90 entspricht, wird beim Durchströmen der erwähnten Spalte, der erwähnten Steuerräume und der erwähnten Kapillaren sowie der Kanäle-45 und 75 im Gehäuse 1 auf den Druck der Hydrauliksenke 91 abgebaut. Dabei wirken in der in F i g. 2 gezeigten Mittellage von Vorsteuerkolben 40 und Steuerkolben 11, welche der Normallage des Vorsteuersystems entspricht, in den Spalten 44, 54, 64 und 74 gleichwirkende Querschnitte und in den Kapillaren 48; 58, 68 und 78 gleichwirkende Querschnitte und Längen. Demzufolge sind in dieser Steuerstellung die Drosselwirkungen der Spalte 44, 54, 64 und 74 annähernd einander gleich. Ebenso sind die Drosselwirkungen der Kapillaren 48, 58, 68 und 78 annähernd einander gleich. Folglich weisen die Spalte jeweils annähernd gleiche Durchsätze auf, und in den Steuerräumen herrschen jeweils annähernd gleiche Drücke.
  • Wird der Vorsteuerkolben 40 von dem elektromechanischen Antriebssystem 80 proportional einem Steuerimpuls um einen bestimmten kleinen Winkel aus der Mittellage M (vgl. F i g. 2) - beispielsweise im Uhrzeigersinn in Richtung R - verdreht, so werden die wirksamen Querschnitte der Spalte 44 und 64 größer und die der Spalte 54 und 74 kleiner. Proportional zu dieser Spaltänderung verändert sich die Drosselwirkung der Spalte. Die Drosselwirkung verkleinert sich in den Spalten 44 und 64 und vergrößert sich in den Spalten 54 und 74. Demzufolge ändern sich die Durchflüsse durch die Spalte und die Drücke in den Steuerräumen, wobei sich gleichzeitig die Wirkung der Kapillaren ändert.
  • Für die weitere Betrachtung sei vorerst vorausgesetzt, daß die Steuerräume ihr Volumen nicht ändern. Der Durchfluß wird in den Spalten 44 und 64 größer und in den Spalten 54 und 74 kleiner. Die Größe des Durchflusses wird dabei jeweils von dem Drosselglied mit der größten Drosselwirkung bestimmt. Dies kann ein Spalt und/oder eine nachgeschaltete Kapillare sein. Da die Kapillaren gegen den annähernd konstanten Druckpegel der Hydrauliksenke arbeiten, nunmehr aber in den Kapillaren 48 und 68 bzw. 58 und 78 unterschiedliche Differenz- , drücke wirksam werden, ändern sich auch die Durchflüsse durch den Kapillaren. Durch die dem größeren Druckgefälle ausgesetzten Kapillaren 48 und 68 fließt mehr, durch die dem kleineren Druckgefälle ausgesetzten Kapillaren 58 und 78 fließt weniger Arbeitsmedium. Der Druck in den Steuerräumen 50 und 60 steigt somit an und sinkt in den Steuerräumen 55 und 65 ab. Ist der Druckunterschied zwischen den Steuerräumen so angewachsen, daß die am Steuerkolben 11 angreifenden Druckkräfte die Reibungskräfte des Steuerkolbens überwinden, so ändert sich das Volumen der Steuerräume. Der Druckunterschied zwischen den Steuerräumen 50 und 55 bzw. 60 und 65 bewirkt, daß die dem größeren Druck ausgesetzten Segmentflächen 49 und 69 den Steuerkolben 11 über seine Ringsegmente 38 und 39 - gleichsinnig zur Verdrehung des Vorsteuerkolbens 40 - so lange verdrehen, bis sich zwischen den Steuerräumen 50, 55, 60 und 65 Druckgleichgewicht einstellt. Gleichzeitig mit der Verdrehung des Steuerkolbens 11 ändern sich die wirksamen Längen der Kapillaren. Die Steuerräume 50 und 60 werden dabei größer, die Steuerräume 55, 65 dagegen kleiner, während die Kapillaren 48 und 68 kürzer und -die Kapillaren 58 und 78 länger werden. Demzufolge nimmt der Steuerkolben 11 proportional der Drehlage des Vorsteuerkolbens 40 bzw. der Drosselwirkung der Spalte und Kapillaren eine Drehlage ein, in welcher zwischen den Steuerräumen bei unterschiedlichen Durchsätzen und Drosselwirkungen gleiche Drücke herrschen.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Hydraulischer Verstärker, insbesondere als Rudermaschine für Flugkörper, bestehend aus einem doppeltwirkenden Arbeitskolben und einem diesen koaxial durchdringenden Steuerkolben, wobei durch Bewegen des Steuerkolbens eine Volumenänderung der Arbeitsräume erzielt wird und dabei gleichzeitig die Arbeitsräume jeweils wechselweise mit einer Druckquelle bzw. Drucksenke verbunden werden, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß paarweise Öffnungen (16 und 19) der durch den Arbeitskolben (3) zu den Arbeitsräumen (18 und 21) führenden Zuflußkanäle (17 und 20) einer an sich bekannten am Umfang des in an sich bekannter Weise drehbeweglichen Steuerkolbens (11) angeordneten schrägen Nut (15), die mit Zuflußbohrungen (13 und 12) im Steuerkolben sowie über einen gehäusefesten Zuflußkanal (14) mit einer Druckquelle (90) verbunden ist, und paarweise -Öffnungen (26 und 29) der von den Arbeitsräumen (21 und 18) durch den Arbeitskolben (3) führenden Rücklaufkanäle (27 und 30) einer analog zur Nut (15) am Umfang des Steuerkolbens (11) angeordneten schrägen Nut (25), die mit Rücklaufbohrungen (23 und 22) im Steuerkolben sowie über einen gehäusefesten Rücklaufkanal (24) mit einer Drucksenke (91) verbunden ist, derart zugeordnet sind, daß, ausgehend von einer bestimmten Mittellage, jeder Drehlage des Steuerkolbens (11) eine bestimmte Hubstellung des Arbeitskolbens (3) entspricht, in welcher die Nuten (15 bzw. 25) jeweils zwischen den Öffnungen (16 und 19 bzw. 26 und 29) liegen und keine dieser Öffnungen überdecken.
  2. 2. Hydraulischer Verstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein mit einem elektromechanischen oder elektrodynamischen Antriebssystem (80) und mit dem drehbaren Steuerkolben (11) koaxial und sowohl Weg wie Kraft verstärkend gekoppeltes Vorsteuersystem.
  3. 3. Hydraulischer Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorsteuerkolben (40) drehbar im Steuerkolben (11) angeordnet ist und mindestens eine Längsnut (41 und 61) aufweist, deren Steuerkanten (42, 43 und 62, 63) jeweils mit Steuerkanten (52, 53 und 72, 73) von gehäusefesten Nasen (51 und 71) korrespondieren und Spalte (44, 54 und 64, 74) bilden, welche einerseits über die Längsnuten (41 und 61) sowie über Bohrungen (35 und 36) mit den Zuflußbohrungen (13 und 12) im Steuerkolben und über den gehäusefesten Zuflußkanal (14) ständig mit der Druckquelle (90) verbunden sind und andererseits in mit dem Steuerkolben (11) und dem Rücklaufkanal (24) in hydraulischer Wirkverbindung stehende Steuerräume (50, 55, 60 und - 65) münden.
  4. 4. Hydraulischer Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsteuerkolben (40) von mindestens einem mit dem Steuerkolben (11) verbundenen Ringsegment (38, 39) umfaßt wird, dessen radial verlaufende Segmentflächen (49, 59 und 69, 79) die Begrenzung für die Steuerräume (50, 55 und 65, 70) bilden und dessen Mantelflächen (81 bzw. 82) mit Teilen der Gehäusewandung (83 bzw. 84) und/oder mit Teilen der Mantelfläche des Vorsteuerkolbens (40) mit dem zur Drucksenke (91) führenden Rücklaufkanal (24) verbundene Kapillaren (48, 78 bzw. 58, 68) veränderlicher Längen bilden, derart, daß jeder Lageänderung des Vorsteuerkolbens (40) eine bestimmte, sowohl dem Weg als auch der Kraft nach verstärkte Lageänderung des Steuerkolbens (11) entspricht.
  5. 5. Hydraulischer Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (16, 19, 26, 29) im Arbeitskolben (3) und/oder die Nuten (15, 25) im Steuerkolben (11) so ausgebildet sind, daß sie vorzugsweise in Richtung der fortschreitenden gegenseitigen Überdeckung veränderliche Querschnitte aufweisen.
  6. 6. Hydraulischer Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (16, 19, 26, 29) im Arbeitskolben (3) und/oder die diese Öffnungen mit den Arbeitsräumen (18 bzw. 21) verbindenden Kanäle (17, 20 bzw. 27, 30) mit unterschiedlichen Querschnitten ausgebildet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 939129; französische Patentschrift Nr. 562 326; britische Patentschrift Nr. 841995; USA.-Patentschriften Nr. 841995, 2 475 445.
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