DE1576080C - Hydraulische Stellvorrichtung mit einem als elektrokmetische Pumpe ausge bildeten Druckerzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Stellvorrichtung mit einem als elektrokinetische Pumpe ausgebildeten Druckerzeuger und einem den Druck in eine Bewegung umsetzenden Stellglied, wobei die elektrokinetische Pumpe eine Kammer aufweist, die durch ein aus einem Kappilarsystem gebildeten Diaphragma mit beidseitig angeordneten Elektroden in zwei Vorratsräume für das zu transportierende Strömungsmittel unterteilt ist.

Hydraulische Stellvorrichtungen werden beispielsweise für die Rudersteuerung von Schiffen und Flugzeugen verwendet und sind im allgemeinen als Öldrucksysteme ausgebildet. Ein Nachteil der bekannten Öldruck-Stellvorrichtungen ist jedoch, daß zwischen dem Befehlsstand und dem zu verstellenden Element, zum Beispiel Steuerruder, unter hohem Öldruck stehende Zuleitungen meist beträchtlicher Länge erforderlich sind, was insbesondere mit Hinblick auf bei Schilfen und Flugzeugen auftretende Erschütterungen zu beträchtlichen Abdichtungsproblemen führt.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb eine Stellvorrichtung, die in unmittelbarer Nähe des zu verstellenden Elementes angebracht und über möglichst dünne und zu keinen Abdichtungsschwierigkeiten führende Stellerleitungen mit dem Befehlsstand verbunden werden kann, wobei eine Ausbildung der Stellvorrichtung als möglichst kleines und kompaktes, abgeschlossenes Gerät gegeben sein soll. ■' - - s; . ·'

Die Erfindung geht.aus von den an sich bekannten elektrokinetischen Effekten, die auf die Bildung einer ]

ίο elektrischen Doppelschicht, an den Phasengrenzflächen zwischen einem dielektrischen Festkörper und einer Flüssigkeit zurückzuführen sind. Durch Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes wird eine Bewegung entlang der Phasengrenze hervorgerufen.

Liegt zum Beispiel die feste Phase in Form eines porösen und für die flüssige Phase durchlässigen dielektrischen Körpers vor, so wird infolge des angelegten elektrischen Feldes die Flüssigkeit in Bewegung versetzt und durch den porösen Körper hindurch transportiert, also eine Art Pumpwirkung erreicht. Der poröse Körper wird meist als Kapillarsystem bezeichnet. In der Praxis ist das Kapillarsystem als Diaphragma ausgebildet, auf dessen beiden Seiten zum Beispiel netzförmige Elektroden für die Erzeu-

a5 gung des elektrischen Feldes angeordnet sind. Der Poren- bzw. Kapillaren-Radius liegt vorteilhafterweise in der Größenordnung von 10~⁴mm oder kleiner. Die oben erwähnte Pumpwirkung kommt zum Beispiel bei der elektroosmotischen Trocknung von Torf zur Anwendung. Man hat sie aber auch schon auf anderen technischen Gebieten eingesetzt und dabei nicht nur die Pumpwirkung, sondern auch in Umkehrung des elektrokinetischen Effektes die Generatorwirkung ausgenutzt. So sind zum Beispiel zu beiden Seiten des Diaphragmas Vorratsräume für die Arbeitsflüssigkeit vorgesehen und Druckänderungen in den Vorratsräumen werden durch Potentialänderungen an den Elektroden festgestellt. Unter Ausnutzung des elektrokinetischen Effektes kann man also mechanische Energie in elektrische Energie und umgekehrt wandeln.

Von diesem Stand der Technik mit einem als elektrokinetische Pumpe ausgebildeten Druckerzeuger ausgehend, wird die oben genannte Aufgabe, eine hydraulische Stellvorrichtung in kleiner und kompakter Bauweise ohne kompliziertes Leitungssystem zu schaffen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens einer der Vorratsräume mit nachgiebigen, zum Beispiel dehnbaren Wänden oder Wandteilen versehen ist und an diese Wände oder Wandteile die zu bewegenden Stellglieder angeschlossen sind.

Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung wird wenigstens einer der Vorratsräume zu beiden Seiten

. des Diaphragmas aus federbalgartigen Elementen, zum Beispiel Wellenrohren, gebildet. Vorteilhafterweise sind die an die nachgiebigen Wandteile beider Vorratsräume jeweils angeschlossenen Stellglieder über ein Parallelogrammgestänge miteinander gekoppelt. Durch die Ausnutzung der elektrokinetischen Pumpwirkung lassen sich in der Stellvorrichtung direkt die zum hydraulischen Vorstellen eines Elementes erforderlichen Drücke erzeugen. Diese Drücke werden unmittelbar an der Stelle erzeugt, an der sie benötigt werden, und es sind lediglich dünne elektrische Zuleitungen vom Befehlsstand zum Verstellort erforderlich, was einen wesentlichen Vorteil gegenüber den bekannten hydraulischen Stellgliedern darstellt. Auch kann die erfindungsgemäße Stellvor-

richtung in sehr kleiner, kompakter und abgeschlossener Bauform hergestellt werden. Aus diesen Gründen eignet sich die Erfindung insbesondere als hydraulische Stellvorrichtung für Flugzeuge. Durch Umkehrung der Polarität des elektrischen Feldes erreicht man eine einfache Umkehr der Bewegungsrichtung.

Die Zeichnung stellt Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung beispielsweise dar^ und zwar zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt,

F i g. 2 eine Skizze zur Erläuterung der Diaphragma-Halterung und

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung nach F i g. 1 besitzt ein abgeschlossenes Gehäuse 10, bestehend aus zwei Platten 10 a und 10 b sowie zwei daran beidseitig angesetzten, napf artigen Deckelteilen 10 c und 10 d, wobei die einzelnen Gehäuseteile vorzugsweise miteinander verschraubt sind. Im Gehäuse 10 ist eine Kammerll für ein Strömungsmittel 12 untergebracht. Die Kammer 11 wird durch ein als Kapillarsystem ausgebildetes Diaphragma 13 in zwei Vorratsräume lic und 11 d aufgeteilt. Diese Vorratsräume werden durch die in Längsrichtung dehnbaren Wellenrohransätze 11 α bzw. 11 b gebildet. Das Diaphragma 13 ist beidseitig mit ■ vorzugsweise als Netze ausgebildeten Elektroden 14 und 15 belegt und zwischen den beiden Gehäuseplatten 10 a und 10 b eingespannt. Die Platten weisen wenigstens eine Durchtrittsöffnung für das Strömungsmittel zum anschließenden Vorratsraum 11 c bzw. 11 d auf. Dabei sind die Platten an den Spannflächen mit konzentrischen Ringnuten 16 und diese miteinander verbindenden Radialnuten 17 versehen, so daß, wie in F i g. 2 skizzenhaft dargestellt, zwischen den Platten 10 α und 10 b einerseits und dem Diaphragma 13 bzw. deren Elektroden 14, 15 andererseits lediglich eine Linienberührung in Form von konzentrischen Kreislinien 18, die bei 19 unterbrochen sind, entsteht.

Die beiden Wellenrohransätze 11 a, 11 b sind an ihren membranfernen Enden über Stößelstangen 20 a, 20 b mit am Gehäuse 10 angelenkten Doppelarmhebeln 21 α und 21 b verbunden, die mit dem Lenker 22 ein Parallelogrammgestänge bilden. Der Lenker 22 kann direkt mit der zu verstellenden Vorrichtung verbunden werden und stellt somit das eigentliche Verstellglied dar.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die folgende: Wird über die Zuleitungen 23, 24 an die Diaphragma-Elektroden 14, 15 ein elektrisches Potential angelegt, so wandert das Strömungsmittel 12 infolge Elektro-Osmose in einer bestimmten Richtung durch das Diaphragma 13 hindurch, wodurch der Druck in dem einen Vorratsraum (z.B. lld) absinkt, im anderen (z. B. lic) dagegen ansteigt, so daß sich das Wellenrohr 11 a in Längsrichtung ausdehnt. Das Diaphragma 13 wird dabei durch die beiden Platten 10 a und 10 b ausreichend abgestützt, ohne daß der Durchgang des Strömungsmittels gestört wird, vielmehr erfolgt durch die in den Platten eingeformten Nuten eine Gleichverteilung des Strömungsdurchganges. Die Ausdehnung des einen Wellenrohres (11 a) hat zur Folge, daß sich der daran befestigte Lenker 22 verschiebt, welche Bewegung zum Verstellen eines beliebigen Elementes herangezogen werden kann. Zugleich aber bewirkt die Lenkerverschiebung ein Zusammenpressen des vom Strömungsmittel verlassenden Wellenrohres 11 b, und zwar proportional der Ausdehnung des anderen Wellenrohres 11 a, so daß im ersteren kein Unterdruck und damit keine Verdampfung von Strömungsmittel auftreten kann. Durch elektrisches Umpolen der Vorrichtung wird eine Rückstellung erreicht, und zwar mit entsprechend hohem Druck.

Für besondere Zwecke kann die Erfindung auch gemäß F i g. 3 abgewandelt werden, bei welcher Ausführungsform Stelldruck nur in einer Richtung (auf der Figur nach rechts) vorgesehen ist. Dabei ist das Wellenrohr 11 α von F i g. 1 durch einen elastischen Behälter 31 ersetzt, die Kopplung über das Parallelogrammgestänge 21 a, 22 weggelassen. Für die Stellwirkung wird die Vorrichtung so gepolt, daß das Strömungsmittel aus dem Behälter 31 in das Wellenrohr 11 b strömt. Bei der Umkehrung der Bewegungsrichtung des Strömungsmittels ist jedoch darauf zu achten, daß Wasser bei Unterdrücken von Bruchteilen von Atmosphäre — je nach Temperatur — verdampft, so daß die Rückstellkraft bei dieser Ausführungsform der Erfindung auf Bruchteile einer Atmosphäre Unterdruck im Wellenrohr 11 b begrenzt ist, bzw. starke Rückstellfedern vorzusehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Stellvorrichtung mit einem als elektrokinetische Pumpe ausgebildeten Druckerzeuger und mit einem den Druck in eine Bewegung umsetzenden Stellglied, wobei die elektrokinetische Pumpe eine Kammer aufweist, die durch ein aus einem Kapillarsystem gebildeten Diaphragma mit beidseitig angeordneten Elektroden in zwei Vorratsräume für das zu transportierende Strömungsmittel unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Vorratsräume (11 c, Ild) mit nachgiebigen, z. B. dehnbaren Wänden oder Wandteilen (11«, üb) verseilen ist und an diese Wände oder Wandteile die zu bewegenden Stellglieder (20«, 20/^'angeschlossen sind.

2. Hydraulische Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Vorratsräume (lic, Hi/) zu beiden Seiten des Diaphragmas (13) aus federbalgartigen Elementen, z.B. Wellenrohren (11«, lift) gebildet ist.

3. Hydraulische Stellvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an die nachgiebigen Wandteile (Ha, 116) beider Vorratsräume (lic, 11 rf) jeweils angeschlossenen Stellglieder (20a, 20b) über ein Parallelogrammgestänge (21«, 216, 22) miteinander gekoppelt sind.

.4. Hydraulische Stellvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma (13) zwischen zwei Platten (10«, 10/)) eingespannt ist, die an ihren Spannflächen Verteilcrnuten (16, 17) für das Strömungsmittel ■ (12) und außerdem wenigstens eine Durchtrittsöffnung für das Strömungsmittel zum anschließenden Vorratsraum (lic, II«¹) aufweisen.

5. Hydraulische Stellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrische (16) und radiale (17) Verteilernutcn vorgesehen sind.