DE1927883A1

DE1927883A1 - Hydrostatischer Stromverstaerker

Info

Publication number: DE1927883A1
Application number: DE19691927883
Authority: DE
Inventors: Cyphelly Ivan Jaroslav
Original assignee: CYPHELLY IVAN JAROSLAV
Current assignee: Moog GAT GmbH
Priority date: 1968-06-27
Filing date: 1969-05-31
Publication date: 1970-01-15
Also published as: DE1927883C3; FR2016777B1; CH501844A; FR2016777A1; DE1927883B2; GB1277641A; SE353136B; US3842855A

Description

1927883 VoAp" ".i Auf ^{7 stuttsarfc} -¹· ^{4en 30}· ^Mai

DR. BRANDES, D R. -! M G. HELD ^ReS* ^Nr· ¹²¹ 958' 7 STUTTGART-N, LANGE STRASSE 51

Ivan Jaroslav Cyphelly, 8128 Hinteregg (Schweig)

Hydrostatischer Stromverstärker

Die Erfindung betrifft einsn hydrostatischen

Stromverstärker, der als Drosselorgan ein Sitzventil aufweist. Mit Servoventilen lassen sich in analogen Bydrauliksc'haltkreisen Leistungen fast trägheitsios steuern. Die Verstärkerfunktion wird in bekannter Weiss durch einen Schieberventil übernommen, dessen Lage durch eine Niederdrückbeaufschlagung-

der Schieberendkolhen .bestimmt wird. Der Wiederdruckpogsl wird hierbei durch elektrisch, mechanisch oder hydraulisch/pneumatisch betätigte Drosselung des Kochdruckes geregelt. Die Drosselvorrichtung und der Schieberverstärker sind aber sehr empfindliche Elemente, deren Herstellung schwierig ist und die im Betrieb eine rigorose Filtrierung des Arbeitsmediums verlangen.

Der Erfindung liegt die Aufqabe zugrunde, den

Schieberverstsrker sowie die zur Regelung des Mederdruckpegels * vorgesehenen Einrichtungen durch, einfacher Elemente zu erst ζ en.

Erf indungsgerr.ass wird dies, dadurch erreicht»

dass das als Doppelsitzventil ausgebildete Drosselorgan als beweglichen Sitzteil eine Drosselplatte aufweist, weiche mit einem festen Gehäuseteil sowohl einen Arbeitssitz einer Ho,cn~ druckzone und einer Arbeitsdruckzone als auch einen Regcisifz zwischen der Hocndruckzorre und einer übst eine Steuerdrossel mit p.incm Referonzdruck verbundenen Zwischenriruckzane bildst; durart, dass uich die Höhe de"o Arbjitsdrossä-i;3paIt.G3 dea Ärbeitssitzey und die Höhe* des ,Tegsldroysslspaltes des RegaisitzeS bsi einer durch Vor-änderung der Stvuexaxassel odsr das Referenzdruckuo bewirkten Varschiehüng dar Drosselplatte glöichzeitig vcrünacrn. Hierbei können der Einfachheit halber beide

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in die"gleiche Ebene versetzt werden. An Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles wird der Erfindungsgegenstand erläutert: ·

Fig. 1 und Fig. 2 sind schematische Schnitte durch einen ebenen hydrastatischen Stromverstärker.

In Fig. 3 sind die Regelkreisparameter eingezeichnet.

In Fig. 4 ist der Regelkreis im Blockschema dargestellt. ^;

Fig. 5 zeigt das entsprechende Ersatzschema, mit klassischen Elementen.

Fig. 6 zeigt einen schematischen Schnitt durch

eine weitere Äusfiihrungsweise hydrastatischen Stromverstärker, ■ Fig. 7 zeigt einen schematischen hchnitt durch einen hydrostatischen Stromverstärker mit einstellbarer Regelschwelle.

Fig.8 zeigt einen schematischen Schnitt durch

einen hydrostatischen Stromverstärker, der als vorgesteuerte Drossel eines dichten Arbeitskreises geschaltet ist.

Fig. 9 zeigx einen schsrcatischen Schnitt durch

einen hydrostatischen Stromverstärker, der als vorgesteuertev. Drossel dreier dichter Arbeitskreise geschaltet ist.

Fig.10 zeigt eine kombinierte Ausfuhrungsfarm

der Verstärker der Fig. 6 und 3 sowie einer viskothermischen Drossel.

Fig. 1 zeigt eine Druckzuleitung I₁ die durch eine Spitzplatte ·■ 2 in eine Hochdruckzone 3 des Verstärkers mündet. Eine senkrecht-; zur ruhenden unteren Sitzplatte 2 bewegliche Brosseiplatte 4i.;^' bestimmt Drcsselspälte 5 und 6, wobsi'der -Drosseispalt 5 die Hochdruckzone 3 von einer Zwischendruckzöne 7, und der Drosselspalt 6 die Hochdruckzone 3 von einer Arbeitsdruckzans "'-. a trennten. Die Drosselplatte 4. ist von einem- Ge'häuse 9 umschlossen, in das je nach Bsderf geeignete Steuerdrosselelemente eingeschraubt werdan können, beispielsweise gemäss dar Darstellung 12 Fig. 1 sine Schrauhendrossel 10 oder eins elektrorrüKjnu fciscn betätigte Düse-Prallplatte-Drossel 11. Fig. 2 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung der Drosselplatte

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4 durch die Drosselspälte 5 und 6. Man sieht hier Hochdruckzuführungen 12 und eine Arbeitsdruckleitungsmündung13. Die eingravierten Muten in der ruhenden Sitzplatte 2 bilden die zusammenhängende Hochdruckzone 3 und die Arbeitsdruckzone 8, wobei beide Zonen durch einen labyrinthförmigen Arbeitssitz 14 getrennt werden. Den -ganzen Raum umhüllt das Gehäuse 9, dessen schienenartige Vorsprünge 15 die Drosselplatte 4 in Ihrer Bewegung leiten."Wie ineiner hydrostatischen Dichtung wird die Lage der Drosselplatte 4, d.h. die Höhe des Regeldrosselspaltes 5, durch ein steuerbares Eiercent, z.B. die Steuerdrossel 11, bestimmt. Da sich jedoch erfindungsgemäss die Arbeitsdrosselspalthöhe bei 6 zusammen mit der Regeldrosselspalthöhe bei

5 verändert, führt eine Veränderung der Steuerdrossel 11 über eine Drosselplattenverschiebung zu einer entsprechenden Arbeitsstromvrränderung. Falls der hydraulische Widerstand des Regeldrosselspaltes 5 ein Vielfaches des Widerstandes des Arbeitsdrosselspaltes 6 ist, verhält sich das Sitzventil wie ein hydrostatischer Stromverstärker, wobei die Hochdruckzone 3, der Regeldrosselspalt 5, die Drosselplatte 4 und die Z.wischendruck- zone 7 zusammen mit dem einzusetzenden Steuerdrosselelement einen Regelkreis bilden, der in den Fig. .3 und 4 naher erläutert

In Fig. 3 bedeutet h die Spalthöhe die - falls die Drosselplatte an ihrer Unterseite flach ist - dem Regel- sitz und dem Arbeitssitz"gemeinsam ist. Der über der Drosselplatte entstehende Zwischendruck ρ übt auf diese die Kraft F aus, ν·.ο-

- C C "

bei an den vom Hochdruck ρ und dem Arbeitsdruck ρ beaufschlagten

-v - ^a

Flächen der Drosselplattenunterseite eine der Kraft" F entgegengesetzte Kraft F erzeugt wird; sine diese Kräfte im Gleichgewicht, so befincet sich die Drosselrietts in einer stabilen Ruhelage. Der diesem System entsprechende Regelkreis ist in Fig. 4 dargestellt: da die Regelstrecke 3, ebenso wie die Istwertrückkoppelung (·>-, vom Drosselwert d abhängen, wird die Ausgangs- -grösse h eine Funktion von d sein, was dem gewünschten Effekt entspricht.

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Das Ersatzschema der Fig. 5 zeigt eine Zusammenschaltung klassischer Hydraulikelemente, die ein dem Stromverstärker ähnliches Verhalten aufweisen würde. Hierbei wird der Regeldrosselspalt 5 mit einer variablen Drossel S¹ und der Arbeitsdrosselspalt 6 mit einer variablen Drossel 6¹ . dargestellt, wobei beide durch einen Differentialkolben 4' betätigt werden, der der Drosselplatte 4 entspricht; sinngemäss wird dieser Differentialkolben von allen Drücken beaufschlagt, die im Verstärker vorkommen.

Mit 1 ist wiederum die Druckzuleitung entsprechend Fig. 1 und mit 13 die Arbeitsdruckleitung entsprechend. Fig.2 bezeichnet. Die von der Arbeitsdruckleitung 13 zum Differentialkolben 4' führende Leitung stellt den gemäss Fig. 3 direkt auf die Drosselplatte wirkenden Arbeitsdruck dar,

Die in der Fig. 1 und 2 dargestellte Geometrie' ergibt ein fast hochdruck- und visikositätsunabhängiges Verhältnis zwischen Regelstrom und Arbeitsstrom von 100; grössere Verstärkungen sind durch Veränderung der Geometrie zu erreich— C * e η .

Die nachfolgenden beschriebenen Ausführungsformen des hydrostatischen Stromverstärkers bezwecken eine bessere Anpassung dieses 5chaltelements:.an verschiedene Aufgaben, insbesondere an stark ändernde Betriebszustände im Regel- und im Arbeitskreis. Hierbei sind den Fig. 6 bis 9 die entsprechenden Ersatzschaltschemata beigegeben, die mit bekannten Elementen die Funktionen des jeweiligen Verstärkertyps wiedergeben.

Die Anordnung der Fig. 6 ist ähnlich der in

Fig. 1 dargestellten Ausführungsfarm, wobei einander entsprechende Teile gleich bezeichnet sind.

Die Druckzuleitung 1 mündet durch untere Sitz- -,

platte 2 in die Hochdruckzone 3. Die senkrecht zurruhenden unteren Sitzplatte 2 bewegliche Drasselplatte bestimmt den Regelspalt 5 und den Arbeitsdrosselspalt 6. Hit 7 ist Regeldruck- ζαι,ο. ader Zwischendruckzone urti mit 8 die /rbeitsdruckzone bezeichnet. Die Drassfilai atte 4 ist vom Gehäuse 9 umschlossen, in ν filches bei einen Steui rsnschluss 17 je narh Eedarf ein ge-

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eignetea Drosselelement eingeschraubt werden kann. Mit 12 ist die Hochdruckleitungsmündung und mit 3,3 die Arbeitsdruckleitungsmündung bezeichnet. Ein Regeldrosselsteg 19 ist hier jdoch radial innerhalb eines Arbeitsdrasselsteges 14 angeordnet, was eine Trennung der Arbeitsdruckzone 8 von der RBgeldruckzone 7 durch eine elastische·, verformbare, als Balg 16 ausgebildete Richtung erforderlich macht. Damit wird der Regelkreiswiderstand infolge kürzester Dichtlänge automatisch ein Vielfaches des Arbeitskrsiswiderstandes, was sine wesentlich einfachere Ausbildung des dichtlängenvergrössernden Labyrinthateges .erlaubt. Eine gute Verstärkung kann schon durch einen ringförmigen Arbeitsdrosselsteg 14·erreicht werden.

Das zugehörige Ersatzschema zeigt wieder eine Zusammenschaltung klassischer Elemente, die ein dem Verstärker ähnliches Verhalten aufweisen würde. Hierbei wird der Regeldrosselspalt 5 mit einer variablen Drossel 5' und der Arbeitsdrosselspalt 6 mit einer variablen .Drossel 6^s dargestellt, wobei beide durch Birien Differentialkolben 4' betätigt werden.

Die elektronische Analogie zu diesem System ist

der bipolare Transistor, wobei der Regelanschluss 17 der Basis, der Arbeitsanschluss 13 dem Emitter, und der Speiseanschluss i dem Kollektor entsprechen.

Die in Fi. 7 dargestellte Anordnung ist dieselbe wie in Fig. 6, jedoch kann dsr Regeldrosselspalt 5 durch das Verschieben des Regeldrosselsteges 19 mit einer Schraube 20 verändert werden. Dadurch kann ein Teil des Regelstromes der Drosselwirkung der Drasselplatte 4 entzogen werden,' was sich dadurch äussert, dass unterhalb eines gewissen Regelstromwertes dsr Arbeitskreis dicht verschlossen bleibt. Somit kann ein nicht dicht schliessendes Regelelement, z.B. Düse-Prallplatte» durch Zwischenschalten dieses Verstärkers einen -Arbeitskreis bsi Nennleckstroin ganz sperren, ' ■

. " Diese Zusatzeinntellmögüchkeit wird im Era at-sscherna durch eine der gesteuerten Regsldrossel 5 * parallßlgeschaltetß.Drossel 5** dargestellt, deren Drosselwert van aussen» z.B. mittels einer Schraube, verändert werden lann.

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Die in Fig, 8 dargestellte Anordnung entspricht

dem Grundsystem der Fig. 6» wobei jedoch durch zusätzliche *^v elastische Dichtungen, nämlich Bälge, eine Druckverteilung ' erzwungen wird, die in Lage der Drosseiplatte vom Arbeitsdruck unabhängig macht. Die' auf der Dxosselplattenobers'eite vom Regel·= druck beaufschlagte Fläche wird auf der Brosselplattenuntex¹-seite durch die Dichtungen 23 und 24 in zwei Zonen aufgeteilt^ nämlich in die schon angeführte Hochdruckzone 3 und in eine durch eine Entlüftung 21 druckfrei gehaltene Zone 25. Somit arbeitet der Regeldruck nur gegen der» Speisedruck, und der Regel« kreis ist vom Arbeitskreis hermetisch getrennt. Um eine Kraftwirkung auf die Drosselplatte im Arbeitskreis zu verhindern_s wird der zu drosselnde Arbeitsdruck im Raum 26 durch eine Leitung 27" einem Kompensationsvolumen 28 zugeführt, das zwischen den Dichtungen Io und 22 entsteht. Es kann im Arbeitskreis zwischen den Leitungen la und 13a eine andere Flüssigkeit sls dis im Regelkreis vorhandene geregelt werden·. Fällt der Arbeitskreis jedoch weg, so kann die Anordnung als Drucktßilsp mit sehr kleiner Impedanz verwendet werden-* da öbf Speisedruck ei x- Leitung I aus-» schliesslich in Funktion der Oruckbea-^! "'■ sehi^gung der Drosselplatte am Anschluss 17 geteilt erscheint«

Im Ersatzscheme äussert sich die Unempfind-

lichkeit der Drosselplatte gegenüber dem Arbeitsdruck durch den Wegfall der Arbeitsdruckrückföhrung zum Drosselsteuerkolben 4'' ^: und durch die totale Trennung von Regel- und Arbeitskreis durch die separaten Anschlüsse 1,17 bzw. la» 13a. *

Dis in Fig. 9 dargestellte Anordnung zeigt, dass auf Grund des Systems von Fig..8 mehrere Arbeitskreise mit einem Regelkreis gesteuert werden können, Wozu mehrere Dichtungen-und mehrere Leitungen la, Ib, lc, bzw. 13a, 13b,13c vorgesehen sind. Um eine Rückwirkung der Arbeitskreise auf die ■ Drosselplatte zu verhindern, müssen alle auf der einen 5eite auftretender Bruckbaaufschlagung auf der Gegenseite kompensiert⁷'· werden·. " ' " -' '-■'"'-

Die drei Arbeitskreise werden im Ersatzschema·' dreeh efiti Drosseln ' 6a', δ'ίι^J ₆ und 6c¹ gesteuert.

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Fig. 10 zeigt eine Seriesschaltung eines Verstärkers nach Fig. mit einem arbeitsdruckunempfindlichen Verstärker nach Fig. 8, .welche Serieschaltung die Verwendung einer viskothermischen Drossel als elektrohydraulischen Wandler erlaubt, da der ausserordentlich kleine viskothermisch beeinflussbare Oelstrom durch ; zwei nachgeschalteten Stromverstärker genügend vergrössert wird, Ausserdem wird die Einsatzmöglichkeit verschiedener elastischer Dichtungen dargestellt, nämlich ein O-Ring 16A im oberen Verstärker und eingeklemmte Gummischeiben 16B, 22B, 23B und 24B , im unteren Verstärker.

Teile, die in Fig. IG und in den Fig. 1-9 die

gleiche Funktion übernehmen, sind mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, wobei der obere Verstärker, dessen Steuerorgan die viskothermische Drossel ist* als Verstärker A, und der untere Verstärker, dessen Steuerorgan der Verstärker A ist, als Verstärker B bezeichnet sind. Die Funktionsweise der Zusammenschaltung ist nicht von derjenigen der einzelnen Komponenten verschieden, wobei zu bemerken ist, dass hier der Speisedruck des Vei»- \ stärkere A sinngemäss mit dem Zwischendruck des Verstäkers B identisch ist, was zur Folge hat, dass die Druckzuleitung IA des Verstärkers A mit dem Steueranschluss 17B des Verstärkers B und die untere Sitzplatte 2A des Verstärkers A mit dem Gehäuse 9B des Verstärkers B zusammenfallen. Die Entlüftung der druckfreien Zone 25B wird zusammen mit dem Regelstram der viskothermischen Drossel und dem Arbeitsstarm des Verstärkers A durch die Sammelleitung 34 zum Tank zurückführt. Der effektive Arbeitsanschiuss ist die Arbeitsdruckleitung 13aB des Verstärkers B.

Die Drosselung em 5teuerenschluss 17A wird hier

durch eine viskothermische Drossel gewährleistet, die aus einem elektrischen Widerstandsheizdraht 29 besteht, der koaxial in ein Bohrung eines Drosselkörpers 3D durch das Gehäuse 9A und j einen Kontakthalter 32 festgehalten wird. Das Ganze wird in einer Gehäuseverii sf uncj durch eine Madenschraube 33 zusammengehalten, die vom Kontakt Halter 32 durch eine Isolierplatte 31 elektrisch getrennt wird. Ym r Steuerstrom, dar curch den üer iie Vs-Ug-" sitätsHi-.hwanku." ?■"■;■ elektrisch vrräadt-rbara l.ydra.jlitche .·.: iar-

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stand der Bohrung des Drosselkörpers 30 beeinflusst wird, ist ausserordentlich klein.· Er wird dementsprechend durch die oben beschriebenen Verstärker A und B vergrössert. · *

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Claims

Patentanspruch

Hydrostatischer Stromverstärker, der als Droselorgan ein Sitzventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das als Doppelsitzventil ausgebildete Drosselorgan als beweglichen Sitzteil eine Drosselplatte aufweist, welche mit einem festen Gehäuseteil sowohl einen Arbeitssitz zwischen einer Hochdruckzone und einer Arbeitsdruckzone als auch einen Regelsitz zwisvhen der Hochdruckzone und einer über eine Steuerdrossel mit einem Refernzdruck verbundenen Zwischendruckzone bildet, derart, dass sich die Höhe des Arbeitsdrosselspaltes des Arbeitssitzes und die Höhe des Regeldrosselspaltes des •Regelsitzes bei einer durch Veränderung der Steuerdrossel oder des Referenzdruckes bewirkten Verschiebung der Drosselplatte gleichzeitig verändert.
2. Hydrostatischer Stromverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Widerstand des Regeldrosselspaltes grosser als derjenige des Arbeitsdrosselspaltes ist. ·
3. Hydrostatischer Stromverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitssitz labyrinthfBrmig ausgebildet ist.
4. Hydrostatischer Verstärker nach' Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung passender Aus- und Eingangsimpedanzen entsprechende D-ruckverteilungen beiderseits der Drosselplatte/eiastische: Dichtungen (16) vorgesehen sind und dass Drosselstege von Arbeits- und Regelkreisen versetzt angeordnet sind.
5. Hydrostatischer Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regeldrosselsteg (19) radial innerhalb eines Arbeitsdrosselsteges (14) arvrjnordnst ist und die Zwischendruckzone (7) von der Arbeitsdruckzone (B) durch

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eine elastische Dichtung (16) getrennt ist.
6. Hydrostatischer Verstärker nach Anspruch 4 oder

5, dadurch gekennzeichnet, dass der Regeldrosselspalt (5) durch das Verschieben des Regeldrosselsteges (19) versetzbar ist, derart, dass ein Teil des Regelstromes der Drosselwirkung der Drosselplatte (4) entzogen wird.
7. Hydrostatischer Verstärker nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass durch elastische Dichtungen (16,28) eine Druckverteilung erzwungen wird, die die Lage der Drosselplatte (4) von Arbeitskreisdrücken unabhängig macht.
8, Hydrostatischer Verstärker nach Anspruch 4,

; dadurch, gekennzeichnet, dass der Regelkreis den äpeisedruck unj abhängig vom Regelstrom in einem festen Verhältnis teilt, um die Verwendung des Regelkreises des Verstärkers als Druckteiler mit niedriger Ausgangsimpedanz zu ermöglichen.
9. Hydrostatischer Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Anordnung der elastischen Dichtungen der Regelkreis vom Arbeitskreis dicht getrennt ist, um die Verwendung verschiednener Flüssigkeiten in den verschiedenen Kreisen zu ermöglichen.
10. Hydrostatischer Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis mehrere Arbeitskreise steuert.
11. Hydrostatischer Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung des Regelstromes eine koaxiale Drossel vorgesehen ist, bei welcher die Steuerung bewirkende Viskositätsschwankungen durch thermische Einwirkung eines elektrisch geheizten Zsntralleiters erzeugt sind.

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