DE1927883C3

DE1927883C3 - Hydraulischer Mengenverstärker

Info

Publication number: DE1927883C3
Application number: DE1927883A
Authority: DE
Inventors: Ivan Jaroslav Dipl.-Ing. Hinteregg Cyphelly (Schweiz)
Original assignee: Individual
Current assignee: Moog GAT GmbH
Priority date: 1968-06-27
Filing date: 1969-05-31
Publication date: 1975-07-10
Also published as: DE1927883A1; FR2016777B1; CH501844A; FR2016777A1; DE1927883B2; GB1277641A; SE353136B; US3842855A

Description

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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Mengenverstärker, der als Drosselorgan ein Sitzventil aufweist.

Es ist ein als Mengenverstärker zu bezeichnender pneumatischer Leistungsverstärker bekannt, der zwei in einem Hohlraum angeordnete flächengleiche Membranen, je einen Anschluß für die Eingangs- und Ausgangsgröße, die auf einander abgekehrten Seiten der Membranen liegen, und einen auf derselben Seite wie der Anschluß für die Ausgangsgröße liegenden Anschluß für die Zuluft aufweist. Da die normalerweise von einem Druckverstärker kommende Eingangsgröße als reine Druckänderung wirkt, welche die Zuluft so steuert, daß am Ausgang eine relativ froße Luftmenge geliefert wird, ist eine einen Ventilörper beaufschlagende Schraubenfeder vorgesehen, to daß die Druckeinwirkung der zu verstärkenden Eingangsgröße zu einer bestimmten Lage des Ventilkörpers führt und die Lagerückführung durch niecha nische Krafteinwirkiuig erfolgt. Eine Druckänderung d.h. ein Drucksignal, bewirkt daher am Eingang eine Veränderung des Drosselquerschnittes ic dei !.eisiungslettung zwischen Eingang und Ausgang.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einet einfacher aufgebauten und zuverlässigen hydraulischen Mengenverstärker zu schaffen, der billige] herstellbar ist.

Diese Aufgabe ist, ausgehend von einem Mengenvervärker der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das bewegliche Sitzteil des als Doppelsitzventil ausgebildeten Drosselorgans eine starre Platte ist, die mit gehäusefesten, die Platte umschließenden Teilen des Verstärkers einen zur Arbeitsdruckzone führenden Arbeitsdrosseispalt und einen zu einer Zwischendruckzone, die auf der der Arbeitsdruckzone abgekehrten Seite der Platte liegt und in Verbindung mit einer Steuerdrossel steht, führenden Regeldrosselspalt bildet, wobei der Speisedruck des Verstärken in einer zwischen den genannten Drosselspalten liegenden Zone zugeführt ist und der Strömungswiderstand des Regeldrosselspaltes größer ist als derjenige des Arbeitsdrosselspaltes.

Neben einem Arbeitsdrosseispalt ist somit ein Regeldrosselspalt vorhanden, so daß die Lagerückführung der Platte durch diese zusätzliche, leicht realisierbare., variable Drosselstelle erfolgt. Die Veränderung des Arbeitsdrosselquerschnittes in der Leistungsieitung wird demnach durch eine Änderung des Steuerstromes bzw. der Admittanz im Steuerstromkreis, d. h. durch ein Stromsignal, bewirkt.

Ausgestaltungen des Gegenstandes nach Anspruch 1 sind in den Unteransprüchen aufgezeigt.

Durch eine labyrinthförmige Ausbildung des Arbeitsdrosselspaltes läßt sich eine größere Verstärkung infolge eines größeren Verhältnisses der Drosselspalte im Arbeitskreis im Vergleich zum Regelkreis erzielen.

Wenn mindestens eine elastische Dichtung vorhanden ist, welche die Zwischendruckzone gegen die Arbeitsdruckzone und/oder die Arbeitsdruckzone gegen die Atmosphäre abdichtet, besteht eine größere Freiheit in der Wahl der Geometrie zur Erzielung einer gröPeren Verstärkung. Zweckmäßigerweise werden dei Regeldrosselspalt radial innerhalb des Arbeitsdrosselspaltes und die elastische Dichtung zwischen der Arbeitsdruckzone und der Zwischendruckzone angeordnet.

Durch einen Regeldrosselsteg, der relativ zur Platte im wesentlichen senkrecht zu dieser verstellbar ist, wird eine Nullpunktsveränderung ermöglicht, die bei einem eventuellen Leck der Steuerdrossel erforderlich ist.

Mehrere hydraulisch voneinander unabhängige Arbeitsdruckzonen, die verschiedenen Arbeitskreisen zugeordnet sind, erlauben es, mittels eines einzigen Verstärkers mit nur einem Regelkreis mehrere Arbeitskreise zu steuern.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 und 2 einen schematisch dargestellten Querbzw. Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform,

F i g. 3 den vereinfachten Querschnitt mit eingezeichneten Regel kreisparametern,

Fig. 4 ein Blockschema des Regelkreises der ersten Ausführungsfonn,

Fig. 5 ein entsprechendes Ersatzschema mit herkömmlichen Elementen,

Fig. 6 bis 9 schematisch dargestellte Querschnitte durch vier weitere Ausführungsfonnen und

Fig. 10 eine aus den Ausführungsfonnen gemäß F i g. 6 und 8 kombinierte Ausführungsform.

Die erste Ausführungsform gemäli F i g. 1 und 2 weist eine Druckzuleitung 1 auf, die durch eine Sitzplatte 2 in eine Hochdruckzone 3 des Verstärkers mündet Eine senkrecht zur ruhenden unteren Sitzplatte 2 bewegliche Drosselplatte 4 bestimmt einen Regel- und einen Arbeitsdrosselspalt 5 bzw. 6, wobei der RegvJdrosselspalt S die Hochdruckzone 3 von einer Zwischendruckzone 7 und der Arbeitsdrosselspalt 6 die Hochdruckzone 3 von einer Arbeitsdruck- »5 zone 8 trennt. Die Drosselplatte 4 ist von einem Gehäuse 9 umschlossen, in das je nach Bedarf eine geeignete Steuerdrossel eingeschraubt werden kann, beispielsweise gemäß der Darstellung im oberen Teil von F i g. 1 eine Schraubendrossel 10 oder eine elek- ^ao tromagnetisch betätigte Steuerdrossel 11 als Düse-Praüplatte-System. Fig. 2 :eigt einen Schnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung der Drosselplatte 4 durch die Drosselspalte S und 6. Mar sieht hier zwei Hochdruckzuführungen 12 und eine Arbeitsdrucklei- *5 tungsmündung 13. Eingravierte Nuten in der ruhenden Sitzplatte 2 bilden die zusammenhängende Hochdruckzone 3 und die Arbeitsdruckzone 8, wobei beide Zonen durch einen labyrinihförmigen Arbeitssitz 14 voneinander getrennt sind. Das umschließende Gehäuse 9 weist innen schienenartige Vorsprünge 15 auf, welche die Drosselplatle 4 während ihrer Bewegung führen. Wie in einer hydrostatischen Dichtung wird die Lage der Drosselplatte 4, d. h. die Höhe des Regeldrosselspaltes 5, durch ein steuerbares Element, z. B. die Steuerdrossel 11, bestimmt. Da sich jedoch die Höhe des Arbeitsdrosselspaltes 6 zusammen mit der Höhe des Regeldrosselspaltes 5 ändert, führt eine Veränderung an der Steuerdrossel 11 über eine Drosselplattenverschiebung zu einer entsprechenden Arbeitsstromveränderung. Damit sich das Sitzventil wie ein hydrostatischer Stromverstärker verhält, beträgt der hydraulische Strömungswiderstand des Regeldrosselspaltes S ein Vielfaches des Widerstandes des Arbeitsdrosselspaltes 6. Die Hochdruckzone 3, ler Regeldrosselspalt 5, die Drosselplatte 4 und die Zwischendruckzone 7 bilden zusammen mit der einzusetzenden Steuerdrossel einen Regelkreis, der an Hand der F i g. 3 und 4 näher erläutert ist.

In F i g. 3 bedeutet h die Spalthöhe, die — falls die 5» Drosselplatte wie hier an ihrer Unterseite flach ist — dem Regelsitz und dem Arbeitssitz gemeinsam ist. Der über der Drosselplatte entstehende Zwischendruck p_c übt auf diese die Kraft F₁ aus, wobei an den vom Hochdruck ρ und dem Arbeitsdruck p_a beaufschlagten Flächen der Drosselplattenunterseite eine der Kraft F_r entgegengesetzte Kraft F„ erzeugt wird; sind diese Kräfte irn Gleichgewicht, so befindet sich die Drosselplatte in einer stabilen Ruhelage. Der diesem System entsprechende Regelkreis ist in Fig. 4 6» dargestellt. Da die Regelsirecke G, ebenso wie die Istwcrtrückkopplung G\, vom Drosselwert d abhängt, ist die Ausgangsgröße der Spalthölie h eine Funktion von d.

Das Ersatzschema gemäß F i g. 5 zeigt eine Zusam- ⁶S menschaltung herkömmlicher Hydraulikelemente, die ein dem erfindungsgemäßen Stromverstärker ähnliches Verhalten aufweisen würde. Hierbei ist der Regeldrosielspalt 5 durch eine variable Drossel 5' und der Arbeitsdrosselspalt 6 durch eine variable Drossel 6' dargestellt, wobei beide durch einen Differentialkolben 4' betätigt werden, der der Drosselplatte 4 entspricht. Demgemäß wird dieser Differentialkolben von allen Drücken beaufschlagt, die im Verstärker vorkommen. Mit 1 ist wiederum die Druckzuleitung entsprechend Fig. 1 und mit 13 die Arbeitsdruckleitungsmündung entsprechend Fig. 2 bezeichnet. Die von der ArbeitsdruckleitungsmSndung 13 zum Differentialkolben 4' führende Leitung liefen den gemäß F i g. 3 direkt auf die Drosselplatte wirkenden Arbeitsdruck p_a.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Geometrie ergibt ein fast hochdruck- und viskositätsunabhängiges Verhältnis zwischen Regelstrom und Arbeitsstrom von 1 : 100; größere Verstärkungen sind durch Veränderung der Geometrie zu erreichen.

Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen des hydrostatischen Stromverstärkers bezwecken eine spezielle Anpassung an verschiedene Aufgaben, insbesondere an stark ändernde Betriebszustände im Regel- und im Arbeitskreis. Den F i g. 6 bis 9 sind die entsprechenden Ersatzschemata beigegeben, die mit bekannten Elementen die Funktionen der jeweiligen Ausführungsform wiedergeben.

Die ^usführungsform gemäß F i g. 6 ähnelt der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, wobei einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Die Druckzuleitung 1 mündet durch die untere Sitzplatte 2 in die Hochdruckzone 3. Die senkrecht zur ruhenden unteren Sitzplatte 2 bewegliche Drosselplatte 4 bestimmt den Regeldrosselspalt 5 und den Arbeitsdrosselspalt 6. Die Drosselplatte 4 ist vom Gehäuse 9 umschlossen, in welches bei einem Steueianschluß 17 je nach Bedarf eine geeignete Steuerdrossel eingeschraubt werden kann. Mit den Bezugszahlen 12 und 13 sind wiederum die Hochdruckleitungszuführung bzw. die Arbeitsdruckleitungsmündung bezeichnet. Der Regeldrosselsteg 19 ist hier radial innerhalb eines Arbeitsdrosselsteges 14' angeordnet, was eine Trennung der Arbeitsdruckzone 8 von der Zwischendruckzone 7 durch emen elastisch verformbaren, dichtenden Balg 16 erforderlich macht. Damit wird der Regelkreiswiderstand infolge kürzester Dichtlänge automatisch ein Vielfaches des Arbeitskreiswiderstandes, was eine wesentlich einfachere Ausbildung des die Dichtlänge vergrößernden Arbeitsdrosselsteges 14' erlaubt. Eine gute Verstärkung kann schon durch einen ringförmigen Arbeitsdrosselsteg erreicht werden.

Das zugehörige Ersatzschema zeigt wieder eine Zusammenschaltung herkömmlicher Elemente, die ein dem Verstärker ähnliches Verhalten aufweisen würde. Hierbei ist der Regeldrosselspalt 5 durch eine variable Drossel 5' und der Arbeitsdrosselspalt 6 durch eine variable Drossel 6' dargestellt, wobei beide durch einen Differentialkoiben 4' betätigt werden.

Das elektronische Analogon hierzu ist der bipolare Transistor, wobei der Steueranschluß 17 der Basis, die Arbeitsdruckleitungsmündung 13 dem Emitter und die Druckzuleitung 1 dem Kollektor entspricht.

Im Unterschied zur Ausführungsform nach F i g. 6 kann bei der in F i g. 7 dargestellten Ausführungsform der Regeldrosselspalt S durch das Verschieben des Reeeldrosselsteues 19 mittels einer Schraube 20

verändert werden. Dadurch kann ein Teil des Regelstromes der Drosselwirkung der Drosselplatte 4 entzogen werden, was sich dadurch äußert, daß unterhalb eines gewissen Regeistromwertes der Arbeitskreis dicht verschlossen bleibt. Somit kann eine nicht dicht schließende Steuerdrossel, z. B. eine Düse-Prallplatte-Drossel, durch Zwischenschalten dieses Verstärkers einen Arbeitskreis bei Nennleckstrom ganz sperren. Die zusätzliche, durch die Schraube 20

Die drei Arbeitskreise sind im Ersatzschema durch die Drosseln 6 a', 6 b' und 6c' gesteuert.

Fig. 10 zeigt eine Serienschaltung der Ausführungsform gemäß Fig. 6 mit der arbeitsdruckunemp-5 findlichen Ausführungsform nach Fig. 8, welche Serienschaltung die Verwendung einer viskothermischen Drossel als elektrohydraulischen Wander erlaubt, da der außerordentlich kleine, viskothermisch beeinflußbare Fluidstrom durch zwei nachgeschaltete

, g

Drossel ist, der Zusatz »A«, und für den unteren Verstärker, dessen Steuerorgan der Verstärker A ist, der Zusatz »B« angefügt ist. Die Funktionsweise der Serienschaltung ist nicht von derjenigen der einzelnen Komponenten verschieden, wobei zu bemerken idk

gegebe'ne Einstellmöglichkeit wird im Ersatzschema io Mengenverstärker genügend vergrößert wird. Außer-

durch eine der gesteuerten Regeldrossel 5' parallel- dem sind die Einsatzmöglichkeiten verschiedener ela-

geschaltete Drossel S" dargestellt, deren Drosselwert stischer Dichtungen ersichtlich, nämlich eines

von außen, z. B. mittels einer Schraube, verändert O-Ringes 16/1 im oberen Verstärker und einge-

werden kann. klemmter Gummischeiben 16 B, 22 B, 23 B und 24 B

Die in F i g. 8 dargestellte Ausführungsform ent- «5 im unteren Verstärker.

spricht der in Fig. 6, wobei durch zusätzliche ela- Teile, die in Fig. 10 und in Fig. 1 bis 9 die

stische Dichtungen, nämlich Bälge, eine Druckvertei- gleiche Funktion haben, sind mit den gleichen Be-

lung erzwungen wird, welche die Lage der Drossel- zugszeichen versehen, wobei jeweils für den oberen

piaue vom Arbeitsdruck unabhängig macht. Die der Verstärker, dessen Steuerorgan die viskothermische

auf der Drosselplattenoberseite vom Regeldruck be- D Z d f d

aufschlagten Fläche entsprechende Fläche auf der Drosselplattenunterseite wird durch Dichtungen 23 und 24 in zwei Zonen aufgeteilt, nämlich in die schon angeführte Hochdruckzone 3 und in eine durch eine p

Entlüftung 21 druckfrei gehaltene Zone 25. Somit 25 ist, daß hier der Speisedruck des Verstärkers A sinnarbeitet der Regeldruck nur gegen den Speisedruck, gemäß mit dem Zwischendruck des Verstärkers B und der Regelkreis ist vom Arbeitskreis hermetisch identisch ist, was zur Folge hat, daß die Druckzuleigetrennt. Um eine Kraftwirkung auf die Drossel- tung 1A des Verstärkers A mit dem Steueranschluß platte im Arbeitsbereich zu verhindern, wird der zu 17 B des Verstärkers B und die untere Sitzplatte 2 A drosselnde Arbeitsdruck im Raum 26 durch eine Lei- 30 des Verstärkers A mit dem Deckel des Gehäuses 9 B tung 27 einem Kompensationsvolumen 28 zugeführt. des Verstärkers B zusammenfällt. Die Entlüftung der das zwischen der Dichtung 16 und einer weiteren druckfreien Zone 252? wird zusammen mit dem Dichtung 22 gebildet ist. Es kann im Arbeitskreis Regelstrom der viskothermischen Drossel und dem zwischen zwei Leitungen la und 13 a eine andere Arbeitsstrom des Verstärkers Λ durch eine Sammel-Flüssigkeit als die im Regelkreis vorhandene geregelt 35 leitung 34 zu einem Tank zurückgeführt. Der effektive werden. Arbeitsanschluß ist die Arbeitsdruckleitung 13 aß des

Im Ersatzschema äußert sich die Unempfindlich- Verstärkers B.

keit der Drosselplatte gegenüber dem Arbeitsdruck Die Drosselung am Steueranschluß 17 A wird hier

durch den Wegfall der Arbeitsdruckrückführung zum durch eine viskothermische Drossel gewährleistet, die Drosselsteuerkolben 4'und durch die gänzliche Tren- 40 aus einem elektrischen Widerstandsheizdraht 29 be-

nung von Regel-und Arbeitskreis durch die separaten steht, der koaxial in der Bohrung eines Drosselkör-

Leitungen oder Anschlüsse 1,17 bzw. ία, 13α. pers 30 durch das Gehäuse 9A und einen Kontakt-

Die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform zeigt, halter 32 festgehalten wird. Das Ganze wird in einer

daß, aufbauend auf der Ausführungsform gemäß Gehäusevertiefung durch eine Madenschraube 33 zu-F i g. 8, mehrere Arbeitskreise mit einem Regelkreis 45 sammengehalten, die vom Kontakthalter 32 durch

gesteuert werden können, wozu mehrere Dichtungs- eine Isolierplatte 31 elektrisch getrennt ist. Der sätze und mehrere Leitungen la, Ib, Ic bzw. 13a, 13 ft, 13 c vorgesehen sind. Um eine Rückwirkung der
Arbeitskreise auf die Drosselplatte zu verhindern,

müssen alle auf ihrer einen Seite auftretenden Druck- 50 30 beeinflußt wird, ist außerordentlich klein. Er wird

beaufschlagungen auf der Gegenseite kompensiert durch die oben beschriebenen Verstärker A und B werden.

eine Isoherplatte 31 elektrisch getrennt ist. Der Steuerstrom, der durch den über die Viskositätsschwankungen elektrisch veränderbaren hydraulischen Widerstand der Bohrung des Drosselkörpers

mengenmäßig vergrößert.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

4 C1C

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Mengenverstärker, der als Drosselorgan ein Sitzventil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Sitzteil des als Doppelsitzventil ausgebildeten Drosselorgans eine starre Platte (4) ist, die mit gehäusefesten, die Platte (4) umschließenden Teilen (2,9) des Verstärkers einen zur Arbeitsdruckzone (8) führenden Arbeitsdrosseispalt (6) und einen zu einer Zwischendruckzone (7), die auf der der Arbeitsdruckzone (8) abgekehrten Se>te der Platte (4) liegt und in Verbindung mit einer Steuerdrossel (10; 11) steht, führenden Regeldrossel- >5 spalt (S) bildet, wobei der Speisedruck des Verstärkers in einer zwischen den genannten Drosselspalten (5, 6) liegenden Zone (3) zugeführt ist und der Strömungswiderstand des Regeidrosselspaltes (5) größer ist als derjenige des Arbeits- ao drosselspaltes (6).

2. Mengenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsdrosseispalt (6) labyrinthförmig ausgebildet ist.

3. Mengenverstärker nach Anspruch 1 oder 2, as dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine elastische Dichtung (16) vorhanden ist, die die Zwischendruckzone (7) gegen die Arbeitsdruckzone (8) und/oder die Arbeitsdruckzone (8) gegen die Atmosphäre abdichtet.

4. Mengenverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeldrosselspalt (5) radial innerhalb des Arbeitsdrosselspaltes (6) und die elastische Dichtung (16) zwischen der Arbeitsdruckzone (8) und der Zwischendruckzone (7) angeordnet ist.

5. Mengenverstärker nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen Regeldrosselsteg (19), der relativ zur Platte (4) — im wesentlichen senkrecht zu dieser — verstellbar ist.

6. Mengenverstärker nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch mehrere hydraulisch voneinander unabhängige Arbeitsdruckzonen, die verschiedenen Arbeitskreisen zugeordnet sind.