DE2063318B2 - Hydraulischer Unterbrecher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Unterbrecher für eine Strömungsmitteleinrichtung, die eine zwischen einer Druckmittelquelle und einem druckmittelgesteuerten Verbraucher verlaufende Zuführleitung und eine für die Strömungsmittelrückfuhr zur Druckmit-

. telquelle vorgesehene Rückführleitung enthält, mit einem federnd in die Öffnungslage gedrückten Absperrventil, das in Abhängigkeit von Relativänderungen der durch die Zufuhrleitung und die Rückführleitung fließenden Mengenströme in seine die Zufuhrleitung und die Rückführleitung fließenden Mengenströme in seine die Zuführleitung absperrende Schließlage gelangt

Bei den derzeit vorhandenen und geplanten Großflugzeugen werden eine Reihe getrennter hydraulischer Betätigungseinrichtungen zur Verstellung der Steuerflächen, des Fahrwerkes und anderer Einrichtungen verwendet Für die Steuerflächen sind üblicherweise mehrere Betätigungseinrichtungen parallel vorgesehen, so daß im Falle eines Versagens oder Hängcnbleibens einer Betätigungsvorrichtung eine andere Betätigungsvorrichtung eine teilweise oder vollständige Verstellung der Steuerfläche ermöglicht Die große Anzahl hydraulischer Betätigungseinrichtungen macht es natürlich erforderlich, daß eine Druckmitelquelle mit einer hohen Fördermenge zur Verfügung steht Ein merklicher Verlust an Druckmittel kann dazu führen, daß eine Reihe von Funktionen der Betätigungseinrichtungen trotz Sicherung durch redundante Anordnung von Betätigungseinrichtungen beeinträchtigt werden.

Es ist bereits bekannt, die schädlichen Folgen bei einem Leitungsbruch im Treibstoffsystem eines Flugzeuges durch einen hydraulischen Unterbrecher zu vermeiden, der in der zum Verbraucher führenden Leitung des Tanks angeordnet ist und dessen federbeaufschlagter Kolben auf den Differenzdruck der Brennstoffütrömung anspricht und gegebenenfalls die Leitung absperrt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den hydraulischen Unterbrecher so auszubilden, daß er beim Auftreten eines Strömungsmittellecks die zu einem Verbraucher führende Zufuhrleitung schließt, wobei aus Gründen einer größtmöglichen

so Sicherheit und einer einfachen Arbeitsweise das Absperrventil abhängig von der Strömung in der Zuführleitung zum Verbraucher und auch von der Strömung in der Rückführleitung vom Verbraucher zum Reservoir betätigt wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Zufuhrleitung und der Rückführleitung eine erste bzw. zweite Drosselstelle angeordnet ist und das Absperrventil mit ersten und zweiten mit dem Druck stromab bzw. stromauf der ersten Drosselstelle beaufschlagten Druckangriffsflächen sowie mit dritten und vierten mit dem Druck stromab bzw. stromauf der zweiten Drosselstelle 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 Federkraft wirken, und die Druckangriffsflächen 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 bei einen vorgegebenen Wert übersteigenden Druckkräfte-Ungleichgewicht entgegen der Kraft der Feder in die Schließlage verschiebbar ist

Das Absperrventil wird mit den sich an den Drosselstellen ergebenden Druckunterschieden beaufschlagt wobei die Druckunterschiede miteinander verglichen werden. Eine oberhalb eines bestimmten Grenzwertes Hegende Mengenstromdifferenz führt zu einer Verschiebung des Absperrventils. Wenn ein vorgegebener Meßwert oder eine vorgegebene Mengenstromabweichung eine bestimmte Zeitdauer anhält, so verschiebt sich der Ventilkörper des Absperrventils und unterbricht die weitere Strömung in der Zufuhrleitung.

Bei Einschwingvorgängen, bei denen Strömungsmengen auftreten, die größer sind als die für einen stationären Zustand erforderlichen Werte, sind weitere Druckangriffsflächen des Absperrventils wirksam, die für eine Schwingungsdämpfung sorgen, so daß die Zufuhrleitung nicht ungewollt abgesperrt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer einfachen Strömungsmitteleinrichtung mit einem darin eingebauten erfindungsgemäßen hydraulischen Unterbrecher, und

F i g. 2 einen Schnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten hydraulischen Unterbrechers.

Gemäß F i g. 1 wird das Strömungsmittel von einer Pumpe 10 über eine Leitung 12 einer Einlaßöffnung 13 eines hydraulischen Unterbrechers 14 zugeführt Die Leitung 12 setzt sich in der Leitung 16 fort welche eine Auslaßöffnung 17 (Fig.2) mit einem Stellventil 15 verbindet, 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 hydraulischer Motor ausgebildet ist und einen Zylinder 20, einen verschiebbar im Zylinder angeordneten Kolben 22 und eine am Kolben befestigte 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 (F i g. 2) des hydraulischen Unterbrechers verbunden ist Das von dem hydraulischen Unterbrecher zurückfließende Strömungsmittel gelangt über eine Auslaßöffnung 30 (F i g. 2) und eine Leitung 32, in der ein Rückschlagventil 34 angeordnet ist, zu einem Strömungsmittelspeicher 35 und von dort zur Einlaßseite der Pumpe 10.

Gemäß Fig.2 ist ein stufenförmig ausgebildeter Absperr-Ventilkolben 36 in einer Kammer 38 verschiebbar, die mit zwei unterschiedlichen 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 ist ein Einsatz 52 angeordnet, in welchem ein Ventilkörper 54 einsitzt, der mit mehreren Stegen und Ringkanälen versehen ist, welche mit dem Einsatz 52 zusammenwirken und das Strömungsmittel durch die verschiedenen, unten beschriebenen Strömungsmittelpfade lenken. Eine schwache Feder 56 in einer Kammer 58 drückt den Ventilkörper 54 gemäß Fig.2 nach links. Unter Hochdruck stehendes Strömungsmittel gelangt von der Pumpe 10 zur Einlaßöffnung 13 und in die Kammer 60, wo es eine Druckkraft auf einen Flächenabschnitt des linken Endes des Ventilkörpers 54 ausübt, die den

ίο Ventilkörper 54 nach rechts zu verschieben sucht Das unter diesem Druck stehende Strömungsmittel wird weiterhin über einen Kanal 62 zu einer Ringkammer 64 geführt, 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 13 und einer Ringkammer 70 im Einsatz 52, welche über einen Kanal 72 mit der druckbeaufschlagten Kammer 40 in Verbindung steht Eine

zusätzliche feste öffnung 74 in einem Kanal 76 verbindet die Einlaßöffnung 13 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 18 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 Gleichgewicht stehen. Ein kurzer Kanal 90 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 30, welche weiterhin über einen Kanal 97 mit der Kammer 42 in Verbindung steht In dem Einsatz 52 ist eine zusätzliche Ringkammer 98 ausgebildet die an einen Kanal 100 angeschlossen ist, welcher mit der Kammer 46 in Verbindung steht Der im Kanal 86 herrschende Druck des zurückfließenden Strömungsmittels 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 Durchlaßöffnung 96 in der Rückführleitung ermittelten Strömungsmittel-Mengenströme im wesentlichen gleich groß. Der Druckunterschied an der Durchflußöffnung 74 bei einem für die stationäre Betriebsweise erforderlichen Mengenstrom reicht nicht aus, die Kraft der Feder 56 zu überwinden. Die Druckunterschiede an den Durchflußöffnungen 74 und 96 werden am Ventilkörper 36 addiert oder miteinander verglichen, was dazu führt, daß sich der Ventilkörper 36 in Schließrichtung verstellt, falls der Strömungsmittel-Rückstrom um einen vorgegebenen Betrag geringer 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 18 auszugleichen. Gemäß den Figuren ist die Betätigungseinrichtung 18 auf einer Seite des Stellkolbens 22 mit einer Kolbenstange versehen, wobei auf der gegenüberliegenden Kolbenseite kein entsprechender Volumenausgleich vorhanden ist. Wenn sich somit der Stellkolben 22

nach links verschiebt, muß eine größere Strömungsmittelmenge von der Leitung 16 auf der rechten Seite einströmen als auf der linken Seite in die Rückführleitung 26 abströmt. Dabei entsteht der gleiche Betriebszustand wie bei einem Leck in der Leitung 26, und der Ventilkörper 36 beginnt sich in Schließrichtung zu verstellen. Durch Steuerung der Verstellgeschwindigkeit 36, beispielsweise durch geeignete Bemessung der Dämpfungs-Durchflußöffnung 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 36 gelangt in die Schließlage, wobei sämtlicher zusätzlicher Strömungsmittelstrom zu der Betätigungseinrichtung abgesperrt wird. Während normaler Betriebszustände hält der ungleiche Strömungszustand nicht länger an und die am rechten Ende des Ventilkörpers 36 angreifenden Strömungsmitteldrücke erreichen ihre normalen Werte und der Ventilkolben 36 kehrt in die gezeigte Schaltlage zurück.

Während eines Übergangs- oder Einschwingvorganges wird ein erhöhter Mengenstrom benötigt, der oberhalb des für den stationären Betriebszustand erforderlichen Mengenstroms liegt. Der zusätzliche Strömungsmittelbedarf an der Betätigungseinrichtung 18 erzeugt an der öffnung 74 und somit am linken Steg des Ventilkörpers 54 einen Druckunterschied, der ausreicht, den Ventilkörper nach rechts zu verschieben, wodurch zusätzliche, parallel zu den öffnungen 74 und % geschaltete Durchflußöffnungen mit veränderlichem Querschnitt geöffnet werden. Somit bleibt während des Einschwingvorganges der Druckverlust am Unterbreeher im wesentlichen konstant trotzdem der Strömungsmitteldurchsatz 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 36 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 36 zu rasch schließt, wenn an der Betätigungseinrichtung bei einem unausgeglichenen Betriebszustand die maximale Stellgeschwindigkeit erreicht wird oder ein irgend anderer, kurzzeitiger, unausgeglichener Strömungszustand vorhanden ist Die Durchflußquerschnitte der Dämpfungsöffnungen müssen jedoch genügend groß sein, daß die Stellgeschwindigkeit des Ventilkörpers 36 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 Betätigungseinrichtungen 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 100 enthalten. Auch die Ausbildung der Ventile und Durchflußkanäle 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Unterbrecher für eine Strömungsmitteleinrichtung, 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 Rückführleitung fließenden Mengenströme in seine die Zufuhrleitung absperrende Schließlage gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zufuhrleitung (76) und der Rückführleitung (86) eine erste bzw. zweite Drosselstelle (74 bzw. 96) angeordnet ist und das Absperrventil (36) mit ersten und zweiten; mit dem Druck stromab bzw. stromauf der ersten Drosselstelle (74) beaufschlagten Druckangriffsflächen (Kammer 38, 40) sowie mit dritten und vierten, mit dem Druck stromab bzw. stromauf der zweiten Drosselstelle (96) beaufschlagten Druckangriffsflächen (Kammer 42,46) 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 Federkraft wirken und die Druckangriffsflächen 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 einem vorgegebenen Wert übersteigenden Druckkräfte-Ungleichgewicht entgegen der Kraft der Feder (48) in die Schließlage verschiebbar ist

2. Unterbrecher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Stellgeschwindigkeit mit dem Absperrventil (36) eine Dämpfungsvorrichtung (66,104) verbunden ist.

3. Unterbrecher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsvorrichtung eine dritte Drosselstelle (66), die in einem die zweite Druckangriffsfläche (Kammer 40) mit einer stromauf 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 Druckangriffsfläche (Kammer 46) mit einer stromauf der zweiten Drosselstelle (96) gelegenen Stelle der Rückführleitung (86) »/erbindenden Kanal (102) angeordnet ist.

4. Unterbrecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Steuerventil (52), das auf geringe, einen höheren Strömungsbedarf des Verbrauchers (18, 20) anzeigende Druckunterschiede anspricht und den Strömungsmitteldurchsatz bei Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Druckdifferenz am Unterbrecher (14) erhöht.

5. Unterbrecher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (52) einen Ventilkörper (54) enthält, der in Abhängigkeit von Druckdifferenzänderungen der in der Zufuhrleitung stromaufwärts und stromabwärts des Unterbrechers (14) vorhandenen Strömungsmitteldrücke verschiebbar ist.

6. Unterbrecher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuerventil (52) die Drosselstellen (74, 96, 66, 104) überbrückende Nebenschlußleitungen freigebbar sind