DE2063318A1

DE2063318A1 - Hydraulischer Unterbrecher

Info

Publication number: DE2063318A1
Application number: DE19702063318
Authority: DE
Inventors: Ralph Lewis Granada Hills Cahf Vick (V St A )
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1969-12-29
Filing date: 1970-12-22
Publication date: 1971-07-01
Also published as: US3587393A; DE2063318C3; JPS544031B1; CA923404A; FR2073503A1; DE2063318B2; GB1299658A; FR2073503B1

Description

Hydraulischer Unterbrecher

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Unterbrecher, der sich insbesondere dazu eignet,den zu Betätigungseinrichtungen oder ähnlichen druokmittelgesteuerten Hinrichtungen geleiteten Druckmittelstrom im Falle eines Leitungsbruches zu unterbrechen.

Bei den derzeit vorhandenen und geplanten Großflugzeugen werden eine.Reihe getrennter hydraulischer Betätigungseinrichtungen zur Betätigung der Steuerflächen, des Fahrwerkes und anderer hydraulisch betätigter Einrichtungen verwendet. Bei Betätigungseinrichtungen für Steuerflächen sind üblicherweise parallel angeordnete Betätigungseinrichtungen vorgesehen, die für eine überzähliohe Steuerungsrnöglichkeiti sorgen, so daß im Falle eines Versagens oder Hängenbleibens der einen Betätigungsvorrichtung eine weitere Betätigungsvorrichtung eine entweder teilweise oder vollständige Betätigung der Steuerfläche ermöglicht. Die große Anzahl hydraulik scher Betätigungsainrlchtungtn macht ©s natUrlioh erforderlich,

109827/1027

-2-

daß eine Druckmittelquelle mit einer hohen Liefermenge hydraulischen Druckmittels zur Verfugung steht. Der Verlust eines merklichen Anteils des vorhandenen Hydraulikmittels kann dazu führen,daß eine Reihe von Punktionen der Betätigungseinrichtungen trotz Siehe rung durch überzählige Anordnung von Betätigungseinrichtungen beeinträchtigt werden.

Erfindungsgemäß soll daher einefeinrichtung geschaffen werden, die auf einen Strömungsmittelverlust oder eine Strömungsmittelleckage anspricht und daraufhin zur Verhinderung des Strömungsmittelverlustes bestimmte Kanäle absperrt, so daß eine zur Betätigung der Steuerfläche ausreichend große Strömungsmittelzufuhr aufrechter-

wenn
halten bleibt, selbst/eine oder- mehrere Betätigungseinrichtungen betriebsunfähig sind. Eine derartige last- und Steuer^ririchtung sollte ihrerseits keine nennenswerten Schwierigkeiten weder bezüglich ihrer Arbeitsweise noch bezüglich der"Sicherheit bereiten.

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung einsn hydraulischen Unter·* brecher für eine Stromungsmitteleinrichtung* die eine zwischen einer Druckmittelquelle und einem druckmittelgesteüerten Verbraucher verlaufende Strömungsmittel-Zufuhrleitung und eine für die Strömungsmlttelrückfuhr zur Druokmittelquelle vorgesehene Rückführ|~ leitung enthält,.mit einem federnd in die Öffnungslage gedrückten Absperrventil, das in Abhängigkeit von Relativänderungen der durch die Zuführleitung und die RückfUhrleitung fließenden Mengenströme in seine die Zuführleitung absperrende Schließlage gelangt, der da durch gekennzeichnet ist, daß in der Zufuhrleitimg und der RÜckfUhrleitung eine erste bzw. zweite Mengenstrom-MeQeinriohtung an-

109827/1027 °"

— "δ -

geordnet und das Absperrventil mit Druckangriffsflächen versehen ist, die mit den Mengenströmen in den Leitungen entsprechenden Drücken beaufschlagt und derart ausgebildet sind, daß die erzeug-_t ten Druckkräfte ausgeglichen sind, wenn der Mengenstrom in der Zu-?

fuhrleitung im wesentlichen gleich dem in der Rückführleitung ist,'

wobei das Absperrventil bei einem einen vorgegebenen Wert über- | steigenden Druckkräfte-Ungleichgewicht entgegen der Kraft der Feder in die Schließlage verschiebbar ist. :

j Vorzugsweise enthalt der Unterbrecher ein Steuerventil, das auf ! geringe, einen höheren Stromungsmittelbedarf des Verbrauchers anzeigende Druckunterschiede anspricht und den Strömungsmitteldurchsatz bei Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Druckdifferenz am Unterbrecher erhöht. Die Mengenstrom-Meßeinrichtungen enthalten vorzugsweise Drosselstellen, und durch das Steuerventil . können parallel zu den Drosselstellen geschaltete Durchflußöffnun- ren veränderlichen Querschnittes geöffnet werden.

Während des Betriebs des erfindun-'sgemäßen Unterbrechers werden die durch die Zufuhrleitung fließenden Mengenströme kontinuierlich mit Hilfe kombinierter Durchflußöffnungen festen und veränderlichen Querschnitts gemessen. Die sich ergebenden Druckunterschiede v/erden am Absperrventil miteinander verglichen (summiert). Sine oberhalb eines gegebenen Grenzwertes liegende Mengenstromdifferenz fihrt zu einer Verschiebung des Absperrventils·wenn ein vorgegebener Meßwert oder eine vorgegebene Men;..enstromabweichung eine gegebene Zeitdauer anhält, verschiebt sich der Ventilkörper de& Ab- ' Sperrventils so weit, daß der Strörnuni-Ginittelstrom durch die Druckleitung, unterbrochen wird. .

Ϊ098 2 7/10 27

BAD ORiGfNAL.

Bei Einscliwingvorgangen, bei denen Strömungsmittel-Mengenströme Le nötigt werden, die oberhalb der bei stationären Zuständen erforder

liehen Werte liegen, wird durch Erzeugung einer ausreichend . große^i Druckkraft eine Einrichtung mit einer verstellbaren Durchflußöffnung betätigt, wodurch zusätzliche, parallel zu den vorzugsweise als Drosselstellen ausgebildeten Mengenstrom-Meßeinrichtungen geschaltete, veränderliche Durchflußquerschnitte geschaffen werden. Diese Durchflußöffnungen veränderlichen Querschnittes werden bei Übergangs- oder Einschwingvorgängen wirksam und sorgen parallel zu den festen, der Dämpfung dienenden Durchflußöffnungen für eine Schwingungsdämpfung. Diese größeren, verstellbaren, der Dämpfung dienenden Durchflußöffnungen erhöhen weiterhin die Stellgeschwindigkeit des Absperrventils, so daß bei Durchführung des Absperrvor ganges unzulässig hohe Strömungsmittelverluste verhindert werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen und der nachfolgenden, beispielsweisen BeschreL bung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigt:

Pig. 1 eine schematische Darstellung einer einfachen Strörnungsmitteleinrichtun/;; mit einem darin eingebauten erfindungsgemäßen hydraulischen Unterbrecher, und

Pig. 2 einen Schnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten hydraulischen Unterbrechers.

Gemäß Pig. 1 wird das Strömungsmittel von einer Pumpe 10 über eine Leitung 12 einer ^;SinXiööffntmg 13 ©ines hydreuliseheii Unt@rbr#eherp Ik zugeführt« Dl<! Leitung 3.2 setzt sich in äeif,Leitung 16 fort.

7/1027 '-^:~-'r*

■nf

welche eine Auslaßöffnung 17 (Pig. 2) mit einem Stellventil 15 ver bindet, das von einer Steuerstange 19 ein mechanisches Eingangssignal erhält. Das Stellventil 15 lenkt das unter Hochdruck stehende Strömungsmittel zu der einen oder anderen Seite eines Verbrauchers 18, der gemäß den Figuren als Betätigungseinrichtung oder hydraul! scher Motor ausgebildet ist und einen Zylinder 20, einen verschieb bar im Zylinder angeordneten Kolben 22 und eine am Kolben befestig te Kolbenstange 24 enthält, die eine Steuerfläche betätigt oder eine ähnliche Aufgabe durchführt. Die Strömungsmittelrückfuhr von der Betätigungseinrichtung 18 erfolgt über das Stellventil 15 zu einer Leitung 26, die mit einer Rückstrom-Einlaßöffnung 28 (Fig.2) des hydraulischen Unterbrechers verbunden ist. Das von dem hydrau-i lischen Unterbrecher zurückfließende Strömungsmittel gelangt über eine Auslaßöffnung 30 (Fig. 2) und eine Leitung 32, in der ein Rückschlagventil J>k angeordnet ist, zu einem Strömungsmittelspeicher 35 und von dort zur Einlaßseite der Pumpe 10.

Gemäß Fig. 2 ist ein stufenförmig ausgebildeter Absperr-VSntilkolben 36 in einer Kammer 38 verschiebbar, die mit zwei unterschied!! chen Bohrungsdurchmessern ausgebildet ist, so daß vier druckbeaufschlagte Kammern 40, 42, 44 und 46 gebildet, werden. Eine in der Kammer 46 angeordnete Feder 48 drückt den Ventilkolben 36 in die gezeigte, geöffnete Schaltlage.

In einer weiteren, im Gehäuse des Unterbrechers 14 ausgebildete Bohrung 50 ifjt ein Einsatz 52 angeordnet, in welchem ein Ventilkörper 54 einsitzt, der mit mehreren Stegen und Ringkanälen versehen 1st, welche mi$ dem Einsatz 52 zusammenwirken und das Strömungsmittel durch eile verschiedenen, unten beschriebenen strömungs

109827/1027

mittelpfade lenken. Eine schwache Feder 56 in einer Kammer 58 ; d,rückt den Ventilkörper 54- gemäß Fig. 2 nach links. Unter Hochdruck

i stehendes Strömungsmittel gelangt von der Pumpe 10 zur Einlaßöff- j nung 13 und in die Kammer 60, wo es eine Druckkraft auf einen Flächenabsohnitt' des linken Endes des Ventilkörpers 54 ausübt, die de Ventilkörper 54 nach rechts zu verschieben sucht. Das unter diese Druck stehende Strömungsmittel wird weiterhin über einen Kanal 62 zu einer Ringkammer 64 geführt, die versperrt ist, wenn sich der Ventilkörper 54 in der gezeigten Schaltlage befindet.

Eine feste Durchflußöffnung 66 in einem Kanal 68 sorgt für eine gedrosselte Verbindung zwischen der Einlaßöffnung IJ und einer Ringkammer 70 im Einsatz 52, welche über einen Kanal 72 mit der druck-; beaufschlagten Kammer 40.in Verbindung steht. Eine zusätzliche ; feste öffnung 74 in einem Kanal 76 verbindet die Einlaßöffnung Ij5 I mit einem Kanal 78, der mit der Druckkammer 38 in Verbindung steht, Mit dem Kanal 78 steht ferner die Kammer 58 über Kanäle 80 und 82 und eine Ringkammer 84 in Verbindung.

Der über die Leitung 26 von der Betätigungseinrichtung Iß zurückfließende Strömungsmittel-Rückstrom gelangt über die Rückstrom-Einlaßöffnung 28 und einen Kanal 86 zu einer Ringkammer 88 im Einsatz 52, die derart angeordnet ist, daß die am Ventilkörper 54 angreifenden Druckkräfte im aieichgewicht stehen. Ein kurzer Kanal 9p führt zu einer zusätzlichen Ringkammer 92, deren Ende in der gezeigten Schaltlage des Ventilkörpers 54 verschlossen ist* Ein Kanal 94 mit einer Durchflußöffnung 96 verbindet die Kammer 92 mit der Rückstrom-Auslaßöffnung jJO, welche weiterhin über einen Kanal 97 mit der Kammer 42 in Verbindung steht. Jn dem 4tesatz 52 ist

109827/1027

eine zusätzliche Ringkammer 98 ausgebildet, die an einen Kanal 100

ι angeschlossen ist, welcher mit der Kammer 46 in Verbindung steht. Der im Kanal 86 herrschende Druck des zurückfließenden Strömungs- , mittels gelangt über einen Kanal 102, der eine Drosselstelle 104 enthält, in den Kanal 100.

Wenn während des Normalbetriebs nur geringe Lageänderungen des Stellkolbens 22 durchgeführt werden, was als stationäre Arbeitsweise angesehen werden kann, sind die an der Durchflußöffnung 74 in der Druckleitung und der Durchflußöffnung 96 in der Rückführleitung ermittelten Strömungsmittel-Mengenströme im wesentlichen gleich groß. Der Druckunterschied an der Durchflußöffnung 74 bei j einem für die stationäre Betriebsweise erforderlichen Mengenstrom ^! reicht nicht aus, die Kraft der Feder 56 zu überwinden. Die Druckunterschiede an den Durchflußöffnungen 74 und 76 werden am Ventil-; körper 56 addiert oder miteinander verglichen, was dazu führt, daß: sich der Ventilkörper 36 in Schließrichtung verstellt, falls der Strömungsmittel-Rückstrom um einen vorgegebenen Betrag geringer !

i als der Mengenstrom in der Druckleitung ist. Bei einer Leckage : stromabwärts der öffnung 17 wird somit der Unterbrecher in Schließrichtung verstellt. Dieses Grenzwert-Ansprechverhalten läßt sich auch dazu heranziehen, ein bestimmtes Ausmaß an Schwankungen der ■ Betätigungseinrichtung l8 auszugleichen. Gemäß den Figuren ist die Betätigungseinrichtung l8 auf einer Seite des Stellkolbens 22 mit einer Kolbenstange versehen, wobei auf dqr gegenüberliegenden | Kolbenseite kein entsprechender Volumenausgl^ich vorhanden ist. Wenn sich somit der Stellkolben 22 nach linka verschiebt, muß eine größere Strörnungsmittelmenge von der Leitung U6 auf der rechten Seite einströmen als auf der linken Seite in {die Rückführleitung 26

J -8-

■ OHlGiNAL INSPECTED

109827/1027

abströmt. Dabei entsteht der gleiche Betriebszustand wie bei einem Leck in der Leitung 2.6, und der Ventilkörper J>6 beginnt sich in Schließrichtung zu verstellen. Durch Steuerung der -'Verstellgeschwindigkeit des Ventilkörpers j5ö, beispielsweise durch geeignete Bemessung der Dämpfungs-Durchflüßöffnung 66 und 104, erreicht das Absperrventil erst seine Schließlage einige Zeit nachdem die Betätigungseinrichtung ihren vollen Hub zurückgelegt hat. Falls die ungleichen Mengenströme anhalten, nachdem die Betätigungseinrichtung das Ende ihrer Hubbewegung erreicht hat, bedeutet dies, daß tatsächlich ein Leck vorhanden ist, und der Ventilkörper ^6 gelangt in'die Schließlage, wobei sämtlicher zusätzlicher Strömung mittelstrom zu der Betätigungseinrichtung abgesperrt wird. Während normaler Betriebszustände hält der ungMche Strömungszustand nicht langer an und die am rechten Ende des Ventilkörpers j6 angreifenden Strömungsmitteldrücke erreichen ihre normalen Werte und der Ventilkolben 56 kehrt in die gezeigte Schaltlage zurück.

Während eines Übergangs- oder Einschwingvorganges wird ein erhöhter Mengenstrombenötigt, der oberhalb des für den stationären Betriebszustand erforderlichen Mengenstroms liegt. Der zusätzliche Strömungsmittelbedarf an der Betätigungseinrichtung l8 erzeugt an der öffnung 74 und somit am linken Steg des Ventilkörpers 54 einen Druckunterschied, der ausreicht, den Ventilkörper nach recht zu verschieben, wodurch zusätzliche, parallel su den öffnungen und 96 geschaltete Durchflußöffnungen mit veränderlichem Querschnitt geöffnet werden. Somit bleibt während des Einschwingvorganges der Druokverlust am Unterbrecher im wesentlichen konstant,

109827/1027

trotzdem der Strömungsrnltteldurchsatz durch den Unterbrecher beträchtlich größer als während des stationären Zustands sein kann. {

Die zusätzlichen, parallel zu den öffnungen 66 und 104 angeordneten Dämpfungsöffnungen werden weiterhin dazu benötigt, die Stellgeschwindigkeit des Absperrventils j56 zu erhöhen, so daß während ; des Einschwingvorganges beim Absperren des Ventils ein übermäßiger Strömungsmittelverlust unterbunden und gleichzeitig der Druckverlust sehr klein gehalten wird. Die Größe des Durchflußquerschnittes der veränderlichen Dämpfungsöffnungen muß genügend klein sein, so daß verhindert wird, daß sich der Ventilkörper J6 zu rasch schließt, wenn an der Betätigungseinrichtung bei einem unausge- ^: glichenen Betriebszustand die maximale Stellgeschwindigkeit er- j reicht wird, oder ein irgend anderer, kurzzeitiger, unausgeglichener Strömungszustand vorhanden ist. Die Durohflußquerschnitte der Dämpfungsöffnungen müssen jedoch genügend groß sein, daß die Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers j6 des Absperrventils ausreicht, einen übermäßigen Strömungsmittelverlust auszuschalten.

Der erfindungsgemäße Unterbrecher wurde zwar in Verbindung mit einer speziellen, volumenmäßig unausgeglichenen Betätigungseinrichtung beschrieben, läßt sich natürlich jedoch auch in Verbindung mit ausgeglichenen Betätigungseinrichtungen, servogesteuerten Betätigungseinriohtungen und anderen Verbrauchern verwenden. Gemäß den Figuren ist das Gehäuse des Unterbrechers 14 einstückig ausgebildet, kann jedoch auch getrennte Gehäuseabschnitte für den Ventilkörper und den Einsatz 52, 54 sowie den Absperrventilkörper 36 mit einem erforderlichen Verlauf der Kanäle 72, 78, 86, 97 und XOO enthalten. Auoh die Ausbildung der Ventile und Durohfluß-

-10-

iNSPECTED

109827/1027

kanäle läßt sich in vielfältiger Weise abwandeln; so wurde beispielsweise bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Unterbrecher anstelle des abgestuften Ventilkolbens 36 ein Doppel-Tellerventil verwendet, .und es lassen sich weitere ähnliche Anordnungen zum Vergleich der Mengenströme an den Steueröffnungen benutzen.

109827/1027

Claims

Patentansprüche

!./Hydraulischer Unterbrecher für eine Ströraungsrnitteleinrichtung, die eine zwischen einer Druckmittelquelle und einem druckmittelgesteuerten Verbraucher verlaufende Zufuhrleitung und eine für die Strömungsmittelrückfuhr zur Druckmittelquelle vorgesehene Rückführleitung enthält, mit einem federnd in die Öffnungslage gedrückten Absperrventil, das in Abhängigkeit von Relativänderungen der durch die Zufuhrleitung und die Rückführ-j leitung fließenden Mengenstrb'me in seine die Zufuhrleitung absperrende Schließlage gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß in ! der Zufuhrleitung (76) und der Rückführleitung (86) eine erste ι bzw.zweite Mengenstro m-Meßeinrichtung (74 bzw. 96) angeordnet ; und das Absperrventil (36) mit Druckangriffsflächen versehen ist, die mit den Mengenströmen in den Leitungen (76,86) entsprechenden Drücken beaufschlagt und derart ausgebildet sind, daß die erzeugten Druckkräfte ausgeglichen sind, wenn der Mengenstrom in der Zufuhrleitung im wesentlichen gleich dem in der Rückführleitung ist, wobei das Absperrventil (36) bei einen -12-

8^7710 2:7 ~™

einen vorgegebenen Wert übersteigenden Druckkräfte-Ungleichgewicht entgegen der ICraft der Feder (48) in die Schließlage verschiebbar ist.
2. Unterbrecher nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Mengenstrom-Meßeinrichtungen eine erste bzw. eine zweite Drosselstelle (74,96) enthalten und das Absperrventil (36) mit ersten und zweiten, mit dem Druck stromabwärts bzw. stromaufwärts

• der ersten Drosselstelle (74) beaufschlagten Druckangriffsflächen sowie mit dritten und vierten, mit dem Druck stromaufwärts bzw. stromabwärts der zweiten Drosselstelle (96) beaufschlagten Druckangriffsflächen versehen ist, wobei die an der . ersten und vierten Druckangriffsfläche erzeugten Druckkräfte in Richtung der Federkraft und die an der zweiten und,dritten Druckangriffsfläche erzeugten Druckkräfte entgegen der Kraft der Feder (48) wirken.
3. Unterbrecher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Stellgeschwindigkeit mit dem Absperrventil (36) eine Dämpfungsvorrichtung (66,104) verbunden ist.
4. Unterbrecher nach Anspruch 3 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung eine dritte Drosselstelle (66), die in einem die zweite Drückangriffsfläche mit einer stromaufwärts der ersten Drosselstelle (74) gelegenen Stelle der Zufuhrleitung (76) verbindenden Kanal (68,72) angeordnet ist, sowie eine vierte Drosselstelle (104) enthält, die in einem die vierte Druekangriffsfläche mit einer stromaufwärts

-13-10 9 8 2 7/1027- original inspected

der zweiten Drosselstelle (96) gelegenen Stelle der Rückführleitung (86) verbindenden Kanal (102) angeordnet ist.
5. Unterbrecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Steuerventil (52), das auf geringe, einen höheren Strömungsmittelbedarf des Verbrauchers (18,20) anzeigende Druckunterschiede anspricht und den Strömungsmitteldurchsatz bei Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Druckdifferenz am Unterbrecher (14) erhöht.
6. Unterbrecher nach Angruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (52) einen Ventilkörper (54) enthält, der in Ab- 1 häufigkeit von Druckdifferenzänderungen der in der Zuführleitung stromaufwärts und stromabwärts des Unterbrechers (14) vorhandenen Strömungsmitteldrücke verschiebbar ist.
7. Unterbrecher nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,daP. durch das Steuerventil (52) die Drosselstellen (74,96,66,104) überbrückende Nebenschlußleitungen freigebbar sind.

109827/1027