DE2063318C3 - Hydraulischer Unterbrecher - Google Patents
Hydraulischer UnterbrecherInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Unterbreeher für eine Strömungsmitteleinrichtung, die eine
zwischen einer Druckmittelquelle und einem druckmit
telgesteuerten Verbraucher verlaufende Zuführleitung
und eine für die Strömungsmittelrückfuhr zur Druckraittelquelle vorgesehene Rückführleitung enthält, mit
einem federnd in die Öffnungslage gedrückten Absperrventil, das in Abhängigkeit von Relativänderungen der
15- durch die Zuführleitung 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
Betätigungseinrichlungen 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 Hängenbleibens einer Betätigungsvorrichtung eine ande?e Betätigungsvorrichtung eine teilweise oder vollständige Verstellung
der Steuerfläche ermöglicht Die große Anzahl hydrauli
scher Betätigungseinrichtungen macht es natürlich
erforderlich, daß sine Druckmittelquelle 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
Brennstoffströmung 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 Obersteigenden 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 liegende 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 t. 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 Betätigungsemrichtung 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 Rifcgkanälen 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
is Eine feste Durchflußöffnung 66 in einem Kanal 68
sorgt für eine gedrosselte Verbindung zwischen der Einlaßöffnung 13 und einer Ringkammer 70 im Einsatz
52, weiche 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 ev.^m 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-Ruckstrom
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
je 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 Ober 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 cteht Der im
-to 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
4ί werden, was als stationäre Arbeitsweise angesehen
werden kann, sind die an der Durchflußöi fnung 74 im der
Druckleitung und der Durchlaßöffnung 96 in der Rückführleitung ermittelten Strömungsmittel-Merigenströme im wesentlichen gleich groß. Der Druckunter-
schied 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 «S werden am Ventilkörper 36 addiert oder
v, miteinander verglichen, was dazu führt, daß sich der
Ventilkörper 36 in Schließrichtung versttHt, falls der
Strömungsmittel-Rückstrom um einen vorgegebenen Betrag geringer als der Mengenstfom 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 Betätigungseinrich-
tung 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 s
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 Be-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 Strö-
■■an uci uMgieicne oiruiiiuMgs/.usiaiiu
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 96 geschaltete Durchflußöffnungen mit veränderlichem
Querschnitt geöffnet werden. Somit bleibt während des Einschwingvorganges der Druckverlust Jim Unterbreeher
im wesentlichen konstant, trotzdem der Strömungsmitteldurchsatz durch den Unterbrecher beträchtlich
größer als während des stations ren Zustands sein kann.
Der erfindungsgemäße Unterbrocher wurde zwar in Verbindung mit einer spezieilen, 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)
1. Hydraulischer Unterbrecher für eine Strömungsmitteleinrichtung, die eine zwischen einer
PruckmüttelquelJe und einem druckmittelgesteuerten Verbraucher verlaufende Zufuhrleitung und eine
far die Strömungsmittelrückfuhr zur Druckmittelquelle vorgesehene Rückführleitung enthält, mit
einem federnd in die Öffnungslage gedrückten Absperrventil, das in Abhängigkeit von Relativäiuderungen der durch die Zufuhrleitung und die
Rückführleitung fließenden Mengenströme in seine die Zuführleitung absperrende Schließlage gelsingt,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Zufuhrleitung (76) und der Rückfuhrleitung (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 Dnuckangriffsflächen (Kammer 38, 40) sowie mit dritten
und viertel?, mit dem Druck stromab bzw. stromauf der zweiten Drosseistelle (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 erzeugtet 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 Ii jckführleitung ist, wobei das Absperrventil (36) bei einem vorgegebenen Wert übersteigenden Druckkräfte-Ungleichgewicht entgegen der
Kraft der Feder (48) in die Schli^ßlage 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 Druckangriffsliäche
(Kammer 46) mit einer stromauf der zweiten Drosselstelle (96) gelegenen Stelle der Rückfühdeitung (86) verbindenden 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 Strömungsmiueldurchsatz 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 Zuführleitung
stromaufwärts und stromabwärts des Unterbrechers (14) vorhandenen Strömungsmitteldrücke verschiebbar ist
6. Unterbrecher nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Steuerventil (5:2) die
Drosselstellen (74, 96, 66, 104) überbrückende Nebenschlußleitungen freigebbar sind.
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