DE2215450C3 - Freistrahl-Servoventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Freistrahl-Servoventil, mit einem mit einer Bohrung versehenen Gehäuse, einer in die Bohrung des Gehäuses eingesetzten Hülse, die konzentrisch zur Bohrungsachse eine um diese Achse drehbar gelagerte und mit einer Strahldüse starr verbundene Trommel aufnimmt, mit mindestens einer mit einer Arbeitsleitung des Servoventils verbundenen Auffangdüse, deren Öffnung der Öffnung der Strahldüse in einer bestimmten Stellung der Trommel gegenüberliegt, sowie einer senkrecht zur Bohrungsachse im Bereich der Strahldüse in die Bohrung mündenden Zuleitungsöffnung für die Strahldüse.

Aus der US-PS 29 60 995 ist es bekannt, bei einem derartigen Freistrahl-Servoventil die Trommel an ihren beiden Enden mittels zweier Kugellager in der in das Ventilgehäuse eingesetzten Hülse zu lagern. Trotz der Verwendung von Kugellagern können aber insbesondere bei zunehmendem Zuleitungsdruck, der quer zur Bohrungsachse auf die Trommel ausgeübt wird, Reibungskräfte auftreten, die ein schnelles Ansprechen des Servoventiles verhindern. Erhöhte Reibungskräfte verbieten die Verwendung kleiner Verstellmotoren mit geringer Verstellkraft, die üblicherweise auch eine kurze Ansprechzeit haben.

Bei einem anderen aus der US-PS 33 31383 bekannten Freistrahl-Servoventil wird die Strahldüse über ein Zuleitungsrohr quer zur Ausströmrichtung des Strahles mit Druckflüssigkeit versorgt. Außer ihr ist auch ein weiterer Kolben mit den beiden Auffangdüsen verdrehbar angeordnet Dieser ähnlich einem Drehschieber arbeitende Kolben weist in seinem mittleren Bereich zwei Umfangsnuten auf, von denen jeweils eine mit einer von zwei Arbeitsleitungen verbunden ist Aus den Umfangsnuten und den zugeordneten Arbeitsleitungen ist ein längs verschiebbarer Steuerschieber versorgt, wobei je nachdem welche Seite des Schiebers versorgt wird, die eine oder die andere der Umfangsnu ten mit höherem Druck beaufschlagt ist An einem freien, in einen Innenraum des Ventilgehäuses ragenden

Ende des Drehschiebers sind die Auffangdüsen,

'während am anderen, ebenfalls in einen freien

Innenraum des Ventilgehäuses ragenden Ende ein mit

dem zu steuernden Steuerschieber in Eingriff stehender Querarm ausgebildet ist Sowohl im Bereich der Auffangdüsen als auch im Bereich des zuletzt genannten Querarmes treten radiale Kräfte in bezug auf den verdrehbaren Kolben auf, die zu einer erhöhten Lagerreibung führen. Die Umfangsnuten, von denen in Arbeitsstellung jeweils eine mit höherem Druck beaufschlagt ist, können einen Kräfteausgleich nicht herbeiführen, da sich keine resultierende in radialer Richtung auf den Kolben einwirkende Kraft ausbildet.

Auch durch Fertigungsungenauigkeiten der Außenfläche des Kolbsns und der Gehäusebohrung für den Kolben kann sich eine ungleichmäßige oder asymetrische Druckverteilung um den Kolben einstellen, die zu weiteren Querkräften und zum mechanischen Kontakt

J» zwischen Zylinder und Bohrung mit der dadurch hervorgerufenen hohen Anlaufreibung führt.

Aus der DE-AS 12 50 707 ist es bekannt, in der den Steuerkolben einer Steuerungseinrichtung umgebenden Hülse radial gegenüberliegend Durchbrechungen zur Versorgung von ebenfalls gegenüberliegenden Durchtrittsöffnungen im Schieber vorzusehen, um eine Entlastung immer an solchen Stellen zu erreichen, die denen zugeordnet sind, an denen in Abhängigkeit von der Steuerstellung des Schieberkolbens ein Druck

ίο auftritt. Hierdurch soll auch bei äußerst hohen Steuerdrücken jegliche Verformung von Teilen der Steuerungseinrichtung, welche zu einem Verklemmen des mit sehr geringer Toleranz geführten Schieberkolbens führen kann, vermieden werden.

Dem deutschen Gebrauchsmuster 19 43 202 ist eine hydrostatische Entlastung eines Drehschiebers z. B. für Hydromotoren bekannt. Die Entlastung erfolgt dadurch, daß der Drehschieber für je einen Steuerschlitz auf der gegenüberliegenden Seite in seinem Mantel eine Ausnehmung aufweist, die mit dem Steuerschlitz verbunden ist und diesem an Größe ganz oder wenigstens annähernd entspricht. Das in den Steuerschlitzen befindliche Druckmittel, welches sich gegen die Gehäusewandung abstützt, kann dann den Dreh schieber nicht zur Gegenseite zurückdrücken, weil auf der Gegenseite das einen gleichen Druck aufweisende Druckmittel in den zusätzlichen Ausnehmungen wirksam ist. Gemäß der DE-AS 1037 793 werden bei einem Drehschieber alle radialen Kräfte ebenfalls hydrostatisch völlig ausgeglichen. Dies geschieht dadurch, daß der Drehschieber mindestens zwei umfangsmäßig um einen Winkel zueinander versetzt angeordnete Ausgleichszonen aufweist, in die jeweils ein Ausgleichskanal mündet. Die radialen Drücke der unter Druck stehenden Flüssigkeit auf diese Ausgleichszonen gleichen die Kräfte auf den Drehschieber aus. die durch die Gesamtheit der radialen, durch die Flüssigkeit auf die

Dichtungszonen wirkenden Drücke ausgeübt werden.

Schließlich wird auf die US-PS 24 59 825 verwiesen, aus der Drosselleitungen in Form von Außengewinden zur Varsogung von Lagertaschen bekannt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Freistrahl-Servoventil der genannten Bauart zu schaffen, das bei größtmöglicher Reibungsarmut unabhängig vom Arbeitsdruck des Ventils stets schnell anspricht

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Lagerung für die Trommel an jedem Ende der ι ο Trommel ein Paar hydrostatischer Lager vorgesehen ist, durch die die auf die Trommel von der Zuleitungsseite her wirkenden Kräfte ausgeglichen werden, und jedes Lager eines Paares gegenüber dem anderen Lager um einen Winkel versetzt sowie durch Flächen gebildet ist, die hohl gegenüber der Außenfläche der Trommel liegen und daß Drosselleitungen zur Versorgung der hydrostatischen Lager der Trommel durch Außengewinde gebildet sind, die auf der Außenseite der die Trommel aufnehmenden Hülse und zwischen einem in die Außenfläche der Hülse gearbeiteten und mit der Zuleitungsöffnung in Verbindung stehenden ersten Satz Nuten sowie ebenfalls in die Außenfläche der Hülse gearbeiteten und mit den hydrostatischen Lagern in Verbindung stehenden zweiten Sätzen von Nuten 2~> vorgesehen sind.

Dank dieser Bauart wird ein mechanischer Kontakt zwischen Trommel und der Gehäusebohrung vermieden, so daß nahezu keinerlei Reibungskräfte, insbesondere nicht die sogenannte Anlaufreibung, beim Verstell- st Vorgang des Freistrahl-Servoventils überwunden werden müssen. Sämtliche auf die Trommel ausgeübten Kräfte sind ausgeglichen, da die Drücke in den hydrostatischen Lagern sich mit den äußeren Kräften verändern. Eine Verlagerung der Trommel infolge des >■> Zuleitungsdruckes für die Strahldüse in Richtung auf die beiden Paare hydrostatischer Lager führt zu einer Verminderung des Spieles zwischen der Trommel und der Trommelbohrung im Bereich dieser Lager. Hierdurch wird die Abströmmenge aus den hydrostatischen w Lagern vermindert, so daß die Drücke in diesen Lagern ansteigen. Die sich aus diesen erhöhten Lagerdrücken ergebenden Lagerkräfte nehmen daher ebenfalls zu und versuchen die Trommel in ihre vorherige Ausgleichslage zurückzuführen. Die Trommel nimmt hierauf eine Lage ein, in der sowohl die vertikalen als auch die horizontalen Komponenten der auf sie einwirkenden Kräfte ausgeglichen sind. Bei nachlassender äußerer Kraft vergrößert sich das Spiel zwischen der Trommel und der sie umgebenden Bohrung im Bereich der Lager. Die Abströmmenge aus den Lagern nimmt dann wieder zu und die Lagerdrücke verringern sich. Der Druck in den Lagern paßt sich jeweils an die äußeren auf die Trommel einwirkenden Kräfte an, um die Trommel in ihrer Bohrung weitgehend zu zentrieren. Außen dem Umstand, daß äußere Versorgungsleitungen für die hydrostatischen Lager und eine eigene Druckölquelle für die Lager nicht benötigt werden, lassen sich die hydrostatischen Lager, die hohl gegenüber der Außenfläche der Trommel liegen, verhältnismäßig einfach oo herstellen.

Der wesentliche Vorteil der durch die Außengewinde gebildeten Drosselleitungen ist darin zu sehen, daß die Druckabfallwege verhältnismäßig lang sind und daß daher die Querschnitte relativ groß gewählt werden können, so daß keine Gefahr besteht, daß sie von Verunreinigungen, die in. der Dnickfiüssigkeit mitgeführt werden, zugesetzt werden.

Das vorbeschrieber.e Strahlteil des Freistrahl-Servoventils kann sehr kleine Abmessungen haben (in einer ersten Servoventilstufe beispielsweise 5 mm Durchmesser und ungefähr 15 mm Länge) und es hat demgemäß eine sehr geringe Massenträgheit Es arbeitet reibungsfrei und übt im wesentlichen keine Rückwirkung auf den Stellmotor aus, so daß dieser sehr klein ausgeführt und einfach aufgebaut sein kann.

Freistrahl-Servoventile der beschriebenen Art eignen sich beispielsweise in der Flugzeugtechnik zum Steuern von Antiblockiersystemen der Bremsen und zur Betätigung der Flugzeugsteuerfläche^ in der Kraftfahrzeugtechnik ebenfalls bei Antiblockiersystemen sowie zum Modulieren des Steuerdrucks der Kupplung in automatischen Getrieben und schließlich auch für hydraulische Steuerungen an Werkzeugmaschinen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt des Strahlteils eines Freistrahl-Servoventils;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-1I in F ig. 1;

Fig.3 einen Schnitt länge der Linie H-H in Fig. 1; und

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in F i g. 1.

Das in F i g. 1 dargestellte Strahlteil eines Freistrahl-Servoventils weist ein mit einer Bohrung 102 versehenes Gehäuse 101 mit einer in die Bohrung des Gehäuses mit Preßsitz oder geringem Spiel eingesetzten Hülse 203 auf. Die Hülse 203 nimmt konzentrisch zur Bohrungsachse eine um diese Achse verstell- und drehbar gelagerte und mit einer ausrichtbaren Strahldüse 104 starr verbundene zylindrische Trommel 103 auf.

Das Strahlteil weist ferner eine der Drehung der Strahldüse 104 elastisch entgegenwirkende (nicht dargestellte) Vorrichtung und zwei mit einer Arbeitsleitung des Servorventils verbundene Auffangdüsen 121a und 121fc (Fig.4), deren öffnung der Öffnung der Strahldüse 104 gegenüberliegt. Ferner ist eine senkrecht zur Bohrungsachse im Bereich der Strahldüse 104 in die Bohrung 102 mündende Zuleitungsöffnung 108 für die Strahldüse 104 vorgesehen, die das Gehäuse 101 und die Hülse 203 durchsetzt. Die öffnung 108 wird von einer Hochdruckquelle aus versorgt.

Um den durch den Flüssigkeitsdruck in der Zuleitungsöffnung 108 aufgebauten Druckkräften quer zur Trommelachse und den sich hieraus ergebenden Reibungskräften an der Kontaktfläche zwischen Trommel 103 und Bohrung 102 entgegenzuwirken, sind als Lagerung für die Trommel 103 an jedem Ende der Trommel ein Paar hydrostatische Lager 114c, 114ound 115c, 1 15d vorgesehen und jedes Lager 114& 1 14d eines Paares ist gegenüber dem anderen Lager 1 15g, 1 15d um einen Winkel versetzt sowie durch Flächen gebildet, die hohl gegenüber der Außenfläche der Trommel 103 liegen. Ferner ist jedes Lager mit der Zuleitungsöffnung 108 durch Drosselleitungen verbunden, die durch Außengewinde 214, 215 gebildet sind, die auf der Außenseite der die Trommel 103 aufnehmenden Hülse 203 und zwischen einem in die Außenfläche der Hülse 203 gearbeiteten und mit der Zuleitungsöffnung 108 in Verbind'ing stehenden ersten Satz Nuten 204,205 sowie ebenfalls in die Außenfläche der Hülse 203 gearbeiteten zweiten Sätzen von Nuten 206,207,208,209 vorgesehen sind, wobei die beiden Nuten 206,207 und 208, 209 der zweiten Sätze jeweils den beiden hydrostatischen Lagern 114a ¹-i5c bzw. !!4_a i!5c eines Lagerpaares zugeordnet und symmetrisch zu der Nut des ersten

Nutensatzes 204, 205 angeordnet sind. Die Nuten der zweiten Sätze sind durch Radialbohrungen 210, 211, 212, 213 der Hülse 203 jeweils einem der hydrostatischen Lager 1 15g, 114a 114a 115o zugeordnet.

Über eine Längsnut 109 werden von der Zuleitungsöftnung 108 zwei radial in die Hülse 203 eingearbeitete Bohrungen 201 und 202 /ersorgt, die in die Nuten 204 bzw. 205 des ersten Satzes Nuten münden. Die Längsnut 109 ist so breit, daß die Bohrungen 201 und 202 jederzeit während der nutzbaren Drehung der Trommel 103 mit Hochdruckflüssigkeit versorgt werden.

Bei geeigneter Dimensionierung der vorgenannten Drosselleitungen und hydrostatischen Lager steht die Trommel 103 stets im Gleichgewicht zwischen der von der Kraft des Zuleitungsdrucks verursachten Wirkung und den beiden Lagerkräften an jedem Trommelende. Zwischen der Trommel 103 und der Fläche der Bohrung 102 gibt es damit keinerlei mechanischen Kontakt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Freistrahl-Servoventil, mit einem mit einer Bohrung versehenen Gehäuse, einer in die Bohrung des Gehäuses eingesetzten Hülse, die konzentrisch zur Bohrungsachse eine um diese Achse drehbar gelagerte und mit einer Strahldüse starr verbundene Trommel aufnimmt, mit mindestens einer mit einer Arbeitsleitung des Servoventil verbundenen Auffangdüse, deren Öffnung der Öffnung der Strahldüse in einer bestimmten Stellung der Trommel gegenüberliegt, sowie einer senkrecht zur Bohrungsachse im Bereich der Strahldüse in die Bohrung mündenen Zuleitungsöffnung für die Strahldüse, gekennzeichnet durch die Kombination, daß als Lagerung für <iie Trommel (103) ar jedem Ende der Trommel ein Paar hydrostatischer Lager (114α 114ο; 115c. 115o; vorgesehen ist, durch die die auf die Trommel von der Zuleitungsseite her wirkenden Kräfte ausgeglichen werden, und jedes Lager (114c 114o; eines Paares gegenüber dem anderen Lager (115c 115o; um einen Winkel versetzt sowie durch Flächen gebildet ist, die hohl gegenüber der Außenfläche der Trommel (103) liegen, und daß Drosselleitungen zur Versorgung der hydrostatischen Lager (114c, H4o; 115c, H5o; der Trommel (103) durch Außengewinde (214, 215) gebildet sind, die auf der Außenseite der die Trommel (103) aufnehmenden Hülse (203) und zwischen einem in die Außenfläche der Hülse (203) gearbeiteten und mit der Zuleitungsöffnung in Verbindung stehenden ersten Satz Nuten (204, 205) sowie ebenfalls in die Außenfläche der Hülse (203) gearbeiteten und mit den hydrostatischen Lagern in Verbindung stehenden zweiten Sätzen von Nuten (206, 207, 208, 209) vorgesehen sind.