DE1523665B2

DE1523665B2 - Hydraulischer Verstärker

Info

Publication number: DE1523665B2
Application number: DE19631523665
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1962-05-28
Filing date: 1963-05-21
Publication date: 1970-12-23
Also published as: DE1523665A1; GB995572A; US3205782A

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Verstärker mit einem in Längsrichtung schwenkbar gelagerten Strahlrohr, dessen Flüssigkeitsstrahl die axiale Stellung eines in einem Gehäuse verschiebbaren Kolbens beeinflußt, in dem die Strömungsenergie des radial auf den Kolben gerichteten Flüssigkeitsstrahls in Bohrungen des Kolbens in Druckenergie umgesetzt je nach Stellung des Strahlrohres auf eines der Kolbenenden wirkt.

Bei einem derartigen hydraulischen Verstärker ist es bekannt, den Flüssigkeitsstrahl direkt auf entsprechend düsenartige zugespitzte Öffnungen in dem Kolben zu richten. Dabei ist es nachteilig, daß die Gefahr einer Verschmutzung besteht, indem Partikelchen sich an den Öffnungen anlagern oder diese zusetzen, so daß die Wirkungsweise des Verstärkers beeinträchtigt wird. Zudem ist die hydraulische Ansprechbarkeit bei derartigen Maßnahmen nicht genügend fein differenziert.

Weiterhin sind noch andersartige Strahlrohrregler bekannt, die sich dadurch auszeichnen, daß zwei in einer Achse liegende, entgegengerichtete Bohrungen vorgesehen sind, denen gegenüber sich Einströmöffnungen befinden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, einen hydraulischen Verstärker der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß dieser sich gegenüber Verschmutzungen unempfindlich zeigt und dabei sich durch eine sehr hohe dynamische Ansprechbarkeit auszeichnet.

Die Erfindung besteht darin, daß der Kolben zwar in Längsrichtung nebeneinander angeordnete Steuerkammern aufweist, die durch eine in Umfangsrichtung sich erstreckende Steuerschneide getrennt sind und von den Steuerkammern die Bohrungen zu den Kolbenenden ausgehen und daß zwischen dem Strahlrohr und den Steuerkammern ein Leitvorrichtungsschlitz in dem Gehäuse angeordnet ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstärkers besteht darin, daß der Leitvorrichtungsschlitz in Längsrichtung eine Abmessung aufweist, die größer ist als die Breite der Steuerschneide und jede der Steuerkammern in Längsrichtung eine Abmessung von mindestens der halben Länge des Leitvorrichtungsschlitzes besitzt.

Zweckmäßig ist dabei die Steuerschneide aus gleichmäßig verjüngten Seiten der Steuerkammern gebildet.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß der Flüssigkeitsstrahl des Strahlrohres außermittig zur Längsachse des Kolbens gerichtet ist.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Leitvorrichtungsschlitz in einer zwischen Gehäuse und Kolben angeordneten Hülse vorgesehen. Eine weitere Ausbildung des Verstärkers besteht darin, daß das Strahlrohr im Gehäuse an einer an diesen drehbar gelagerten Positionsplatte angebracht ist, wobei die Positionsplatte durch einen Schaltmotor drehbar ist, und in der Positionsplatte eine ringförmige Kammer mit einer Einlaßöffnung angeordnet ist, von der dünne Rohre ausgehen, die in einen Sammlerblock mit einer Sammlerkammer münden, von der ein Flüssigkeitsvorratsrohr durch die Positionsplatte zum Strahlrohr führt.

Dabei kann die Positionsplatte mit einem einstellbaren Rückführgelenk verbunden sein.

Gemäß einer Weiterbildung des Verstärkers sind mehrere Gehäuse mit ihren Kolben zu einem in Kaskade oder redundant geschalteten Verstärkersystem verbunden.

Mit Vorteil ist an den Steuerkammern ein Absaugauslaß angeordnet.

Die Erfindung soll an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen nachfolgend näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen hydraulischen Verstärker längs der Linie 1-1 in Fig. 2,

F i g. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, längs der Linie 3-3 in Fig. 4,

Fig. 4 einen Ausschnitt längs der Linie4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 einen Ausschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4,

Fig. 6 einen Ausschnitt entsprechend der nach Fig. 4 einer abgewandelten Ausführungsform,

F i g. 7 die Darstellung einer Strahlrohranordnung,

F i g. 8 und 9 eine Veranschaulichung der Arbeitsweise der Strahlrohranordnung,

Fig. 10 eine elektrische Schaltung, die die theoretische elektrische Analogie zu dem hydraulischen Verstärker nach den Fig. 8 und 9 darstellt und

Fig. 11 eine Darstellung, aus der zu entnehmen ist, wie der hydraulische Verstärker mit einem Servosystem verbunden ist.

In den F i g. 1 und 2 ist ein hydraulischer Verstärker dargestellt, mit einem Gehäuse 10, in dem ein Schaltmotor 11 angeordnet ist und der ein Strahlrohr 12 in Bewegung setzen kann. Der von dem Strahlrohr 12 ausgehende Flüssigkeitsstrahl ist auf einen Leitvorrichtungsschlitz 13 in einer Hülse 14 gerichtet, die in einer Bohrung 15 im Gehäuse 10 sitzt. Ein verschiebbarer Kolben 16 weist zwei in Längsrichtung nebeneinander angeordnete Steuerkammern 17, 18 (Fig. 3) auf, die durch eine in Umfangsrichtung sich erstreckende Steuerschneide 19 getrennt sind. Die Steuerschneide 19 weist vorzugsweise eine zylindrische Oberfläche20 auf. Wie Fig. 5 zeigt, weist der Leitvorrichtungsschlitz 13 in Längsrichtung eine Abmessung auf, die größer ist als die Breite der Steuerschneide 19, und jede der Steuerkammern 17, 18 besitzt in Längsrichtung eine Abmessung von mindestens der halben Länge des Leitvorrichtungsschlitzes 13.

Die Fig. 1 und 3 zeigen, daß der Kolben mit verbreiterten Enden 21,22 versehen ist. Von den Steuerkammern 17,18 gehen Bohrungen 23,25 über Öffnungen 24, 26 aus.

Fig. 2 zeigt, daß das Strahlrohr 12 auf einem Block 30 befestigt ist, der in bezug auf eine Positionsplatte 31 drehbar ist, die in einem zylindrischen Sitz 32 im Gehäuse 10 gelagert ist. Flüssigkeit gelangt durch den Einlaß 33 durch eine Filterkammer 34, in der ein Filter 35 angeordnet ist. Von dort fließt die Flüssigkeit durch eine Einlaßöffnung 36 zu einer ringförmigen Kammer 37 in der Positionsplatte 31. Von der ringförmigen Kammer 37 fließt die Flüssigkeit durch dünne Rohre 38, die in einen Sammlerblock 39 mit einer Sammlerkammer 40 münden, von der ein Flüssigkeitsvorratsrohr 45 durch die Positior.splatte 31 zum Strahlrohr 12 führt. Der Block 30 und eine Ankerstütze 41 sind in dem Gehäuse 10 mit flexiblen Stützen 42, 43 angebracht. Eine Abflußöffnung 46' führt zu einem Auslaß im

elektrischen Brücke entspricht. Wenn sich jedoch die Steuerschneide relativ zum Flüssigkeitsstrahl bewegt, wie F i g. 9 zeigt, wächst der Teil A des Flüssigkeitsstrahls, der auf die Steuerkammer 17' gerichtet ist, 5 während der Teil B, gerichtet auf die Steuerkammer 18', kleiner wird. Zur selben Zeit wird der Durchfluß von dem Teil A' der Flüssigkeit zum Bereich Γ kleiner, so daß der Druck in der Steuerkammer 17' weiter anwächst. Entsprechend wird die Strömung

Gehäuse 10. Der Schaltmotor 11 ist von üblicher Bauart und sein Anker auf der Ankerstütze 41 befestigt. Eine Hohlwellenbegrenzung 44 ist mit ihren Enden an der Ankerstütze 41 und der Positionsplatte 31 befestigt. Innerhalb der Hohlwellenbegrenzung 44 erstreckt sich das Flüssigkeitsvorratsrohr 45.

Erhält der Schaltmotor 11 ein elektrisches Signal, wird der Anker gedreht und dreht seinerseits den Sammlerblock 39 mit der Begrenzung 44 und die

Rohre 38 relativ zur Positionsplatte 31. Die Drehung io vom Teil B' zum Bereich T weniger beschränkt, und des Sammlerblocks 39 dreht den Block 30 und ver- der Druck in der Steuerkammer 18' wird weiter verschwenkt das Strahlrohr 12. Ein mechanisches Ge- mindert. So kann die Strömung in dem hydraulischen lenk betätigt eine Rückführwelle 47, die mit einem Verstärker zu der elektrischen Analogie einer Wheat-Joch 48 verbunden ist, das seinerseits an der Posi- stone'schen Brücke einen Gegensatz bilden, wie tionsplatte 31 befestigt ist, um diese zu drehen und 15 Fig. 10 zeigt, in der die Arme,4, B die Teile des das Strahlrohr 12 in seine Ausgangsstellung zurück- Strahls darstellen, die in die Steuerkammern 17', 18' zubringen. Das Gelenk weist einen justierbaren Kurbelarm 50 auf, der sich in einen Schlitz 51A auf dem
Joch 48 und in einen Schlitz 51B auf der Rückführwelle 47 erstreckt. Die Drehung einer Schraube 52, 20
die auf dem Joch 48 drehbar gelagert ist und in den
Kurbelarm 50 hineingeschraubt ist, veranlaßt diesen,
sich radial nach innen und außen zu bewegen. Eine
Sicherungsmutter 53 ist vorgesehen, um den Kurbelarm 50 in eingestellter Lage in bezug auf die Rück- 25 hung des Kolbens, führwelle 47 zu halten. Eine Feder 54 zwischen dem Mehrere Gehäuse 10 mit ihren Kolben 16 können

Gehäuse 10 und dem Joch 48 nimmt einen Schlupf zu einem in Kaskade oder redundant geschalteten in dem Kurbelarmgelenk auf. Verstärkersystem verbunden werden. Das in Fig. 11

Zur Erläuterung der Arbeitsweise des Strahlrohres gezeigte dreifache redundante Servo-Ventilsystem 12, des Leitvorrichtungsschlitzes 13 der Steuer- 30 besteht aus drei unabhängigen Servosystemen 10, schneide 19 und der Steuerkammern 17,18 wird deren Drucköffnungen C₁, C₂ mit parallel angelenk-Bezug auf F i g. 7 genommen. Der Flüssigkeitsstrahl ten Arbeitszylindern C der dritten Stufe verbunden aus dem Strahlrohr 12' gelangt durch den Leitvor- sind, die beispielsweise eine Leitschaufel 5 betätigen, richtungsschlitz 13' bis zur Steuerschneide 19', und Dadurch wird ebenfalls ein hoher Grad an Ver-

dabei wird seine kinetische Energie in einen stati- 35 schmutzungstoleranz erreicht infolge der Fähigkeit sehen Steuerdruck umgewandelt. Wenn anfänglich der ersten Stufe, große Schmutzpartikeln durchgehen die die Steuerkammern 17', 18' trennende Steuer- zu lassen. Weiterhin eliminiert eine Strahlrohr-Leitschneide 19' und der Flüssigkeitsstrahl aus dem vorrichtungsschlitz-Anordnung die lästige mechani-Strahlrohr 12' in bezug aufeinander und zu dem sehe Rückführung, die normalerweise zwischen der Leitvorrichtungsschlitz 13' zentriert sind, wie F i g. 8 40 ersten und der zweiten Stufe erforderlich ist. zeigt, ist der Steuerdruck, der in den Steuerkammern Das Servo-Ventilsystem wendet somit eine reine

17', 18' entwickelt wird, gleich, und der Kolben 16 Positionsrückführung 51, 47 an und wird nicht durch bleibt in Ruhelage. Reibung und mechanische Hysterese beeinflußt oder

Wird der Kolben 16' durch eine äußere Kraft in von Federn oder Schaltmotorbereichen begrenzt. Die dem Servosystem bewegt, z. B. durch einen Wechsel 45 Schaltmotore können unabhängig auf Null und auf

gerichtet werden, und die Arme A', B' stellen die Teile des Flüssigkeitsstrahls dar, die zu dem Bereich T zurückgeführt werden.

In der Ausführungsform nach Fig. 6 ist an den Steuerkammern 17,18 ein Absaugauslaß 60 vorgesehen, um für das System eine größere Stabilität zu schaffen. Darüber hinaus schafft der winklig verschobene Absaugauslaß 60 eine wirkungsvolle Dre

in der Belastung nach links, wird die Steuerkammer 18' nun einen größeren Teil des Flüssigkeitsstrahles aufnehmen, und der Druck in der Steuerkammer 18 wächst an. Die Strömung in den Steuerkammern 17', 18' ist sehr gering, da die Kammern bereits mit ₅₀ Flüssigkeit gefüllt sind. Jeglicher Druckanstieg wird durch die Durchlässe dem entsprechenden Steuerbereich des Kolbens übermittelt und bringt ein Druckdifferential hervor, der die Steuerschneide 19

Verstärkung justiert werden. Die Kolben der zweiten Stufe können ebenso unabhängig eingerichtet werden, um die Betätigung des dreifach überfließenden Auslösers zu synchronisieren.

Der beschriebene hydraulische Verstärker hat somit neben seiner Unempfindlichkeit gegenüber Schmutz — eine Flüssigkeit, die nur bis 200 Mikrons und sogar darüber gefiltert ist — führt zu keinen Schwierigkeiten, den Vorteil, daß seine dynamische

zu dem Druckmittelpunkt des Flüssigkeitsstrahls ₅₅ Ansprechbarkeit sehr gut ist und ein hochdifferenzurückführt. Der Kolben 16 nimmt somit zu jeder zierter Steuerdruck entwickelt werden kann. Alle Zeit die Lage ein, in der der Druck in den Steuer- Federn und Rückführdrähte können vom Ventil kammern 17', 18' gleich ist. Diese Anordnung er- ferngehalten werden. Die Verschiebung des Kolbens laubt große Öffnungen und vergrößert somit die Ver- 16 ist der Verschiebung des Strahlrohrs 12 direkt schmutzungstoleranz des Verstärkers. Zusätzlich 6o proportional, wobei das Verhältnis durch die relative wird ein wesentlicher Energiegewinn produziert. Wie Größe des Strahls und des Leitvorrichtungsschlitzes Fig. 8 zeigt, kann der Flüssigkeitsstrahl, der vom 13 festgelegt wird. Durch Vergrößern des Strahl-Strahlrohr 12' ausgeht, in die beiden Komponenten A durchmesser relativ zu der Länge des Leitvorrich- und B zerlegt werden. Der Druck von diesen Korn- tungsschlitzes 13 wird ein Anwachsen der Ausbeute ponenten wird in die Druckkammern 17' und 18' 65 erreicht, wobei die Ausbeute G = I + a/r; wobei a

eingebracht. Die Flüssigkeit kehrt zum Bereich T zurück, in dem der Druck P₇ entspricht. Somit wird eine ausgeglichene Anordnung geschaffen, die einer

der halbe Durchmesser des Strahls und r der Abstand zwischen dem Ende des Leitvorrichtungsschlitzes 13 und der Kante des Strahls ist, wenn der

Strahl zentriert ist (2a + 2r = Länge des Schlitzes). Außerdem kann der beschriebene hydraulische Verstärker in vorteilhafter Weise zu Verstärkersystemen verbunden werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Verstärker mit einem in Längsrichtung schwenkbar gelagerten Strahlrohr, dessen Flüssigkeitsstrahl die axiale Stellung eines in einem Gehäuse verschiebbaren Kolbens beeinflußt, indem die Strömungsenergie des radial auf den Kolben gerichteten Flüssigkeitsstrahls in Bohrungen des Kolbens in Druckenergie umgesetzt je nach Stellung des Strahlrohres auf eines der Kolbenenden wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (16) zwei in Längsrichtung nebeneinander angeordnete Steuerkammern (17,18) aufweist, die durch eine in Umfangsrichtung sich erstreckende Steuerschneide (19) getrennt sind und von den Steuerkammern die Bohrungen (23, 25) zu den Kolbenenden ausgehen und daß zwischen dem Strahlrohr (12) und den Steuerkammern ein Leitvorrichtungsschlitz (13) in dem Gehäuse angeordnet ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitvorrichtungsschlitz (13) in Längsrichtung eine Abmessung aufweist, die größer ist als die Breite der Steuerschneide (19) und jede der Steuerkammern (17,18) in Längsrichtung eine Abmessung von mindestens der halben Länge des Leitvorrichtungsschlitzes (13) besitzt.

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschneide

(19) aus gleichmäßig verjüngten Seiten der Steuerkammern (17,18) gebildet ist.

4. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrahl des Strahlrohres (12) außermittig zur Längsachse des Kolbens (16) gerichtet ist.

5. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitvorrichtungsschlitz (13) in einer zwischen Gehäuse (10) und Kolben (16) angeordneten Hülse (14) vorgesehen ist.

6. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohr (12) im Gehäuse (10) an einer in diesem drehbar gelagerten Positionsplatte (31) angebracht ist, wobei die Positionsplatte (31) durch einen Schaltmotor (11) drehbar ist und in der Positionsplatte (31) eine ringförmige Kammer (37) mit einer Einlaßöffnung (36) angeordnet ist, von der dünne Rohre (38) ausgehen, die in einen Sammlerblock (39) mit einer Sammlerkammer (40) münden, von der ein Flüssigkeitsvorratsrohr (45) durch die Positionsplatte (31) zum Strahlrohr (12) führt.

7. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsplatte (31) mit einem einstellbaren Rückführgelenk (48,50) verbunden ist.

8. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gehäuse (10) mit ihren Kolben (16) zu einem in Kaskade oder redundant geschalteten Verstärkersystem verbunden sind.

9. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Steuerkammern (17,18) ein Absaugauslaß (60) angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen