DE2218617C3 - Hydraulisches Steuerventil, insbesondere zum verzögerten Scharfmachen eines Zünders - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Steuerventil mit einer einen veränderbaren Durchlaß aufweisenden Kammer zum Konstanthalten der durch den Durchlaß transportierten Menge eines fließfähigen Mediums unabhängig von dessen Temperatur, insbesondere zum verzögerten Scharfmachen eines Zünders, wobei der Zünder erst scharf ist, wenn durch den Durchlaß eine bestimmte Menge des Mediums transportiert ist.

Aus der DE-AS Il 05 314 und der DE-OS 18 05 427 sind hydraulische Verzögerungsglieder für das Scharfmachen eines Zünders bekannt. Diese Verzögerungsglieder haben den Nachteil, daß die Schärfzeit des Zünders temperaturabhängig ist, da bei Temperaturänderungen sich die Viskosität des fließfähigen Mediums, beispielsweise eines Öles oder eine Fettpaste, ändert. Durch Silikonverbindungen, z. B. Silikonöle und Fette, ist zwar bereits eine bedeutend geringere Temperaturabhängigkeit der Viskosität erzielt worden, die z. B. in Tankminenzündern ausreicht, um ein Zünden der Mine bei kurzzeitigen Druckstößen, beispielsweise durch die Detonation einer nah einschlagenden Granate, zu verhindern. Für bestimmte Zwecke, z. B. zur Vorrohrsicherung eines Raketenzünders oder zum zeitverzögerten Schärfen einer Mine, wo eine für alle Temperaturen gleiche Verzögerungszeit eingehalten werden soll, sind jedoch die herkömmlichen Konstruktionen nicht mehr anwendbar. So ändert sich beispielsweise bei gleichbleibenden Parametern die Viskosität einer .Silikonpaste zwischen -50"C und +.50⁰C etwa um den Faktor lOOO. Bei speziellen .Silikonölen ändert sich in dem angegebe

nen Intervall die Viskosität immer noch um den Faktor 6. Das würde bedeuten, daß ein Zünder mit einem hydraulischen Verzögerungsglied der beschriebenen Art zur Vorrohrsicherung bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen jeweils bei einer anderen Entfernung, die noch dazu stark schwankt, vom Startplatz scharf gemacht wird. Auch beim Auslegen eines Minenfeldes schwanken die Schärfzeiten erheblich bei verschiedenen Temperaturen, so daß hierbei die eigene Truppe gefährdet werden kann.

Aus der FR-PS 10 39 581 ist es für einen Servomotor bekannt, die Menge des durch den Servomotor strömenden Drucköles mittels eines zwischen die Zuführungsleitung und der. Auslaß des Servomotors geschalteten hydraulischen Steuerventils unabhängig von der Temperatur konstant zu halten. Das Steuerventil besteht hierbei aus einem möglichst temperaturunabhängigen Zylindergehäuse, das einen Durchlaß aufweist, der über einen temperaturabhängigen Dehnstab in seinem Querschnitt je nach der Temperatur des durchströmenden Drucköles verändert wird. Mit einem derartigen Steuerventil können jedoch die oben angegebenen Viskositätsänderungen nicht beherrscht werden, da die Dehnbarkeit des Dehnstabes begrenzt ist und zudem noch die Länge des Durchlasses verändert, so daß der Effekt der Viskositätsbeeinflussung teilweise wieder aufgehoben wird

Auch bei in der allgemeinen Hydraulik vorkommenden Temperaturdifferenzen arbeitet dieses Steuerventil jedoch nicht exakt linear, da die Ausdehnungscharakteristik des Dehnungsstabes und auch die Viskosität des fließfähigen Mediums nicht linear mit der Temperatur verlaufen. Das Volumen des durch den Durchlaß pro Zeiteinheit fließenden Mediums ist daher nur im Mittel konstant zu halten, auch wenn dies für die üblichen Anwendungszwecke noch ausreichend ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Steuerventil der eingangs genannten Art, insbesondere zum Scharfmachen eine? Zünders, anzugeben, bei dem die Menge des durch den Durchlaß transportierten Drucköles auch über einen weiten Temperaturbereich konstant gehalten wird, insbesondere soll hierbei die Konstruktion des Durchlasses verbessert werden.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Stromstärke eines aus der Kammer durch den Durchlaß gedrückten Mediums, das ist ein bestimmtes Volumen V pro Zeiteinheit t, durch die Hagen-Poiseuillesche Gleichung gegeben ist.d. h. durch

V 7

-p2|

8,, L

In dieser Formel bedeutet R und L den Radius bzw. die Länge des Durchlasses, η die Viskosität des

y, Mediums und (pl-p2) die Druckdifferenz, über die Länge des Durchlasses. Angenommen ist bei dieser Gleichung eine laminare Strömung, die im allgemeinen für Druckölströmungen bei Servomotoren nicht gegeben ist, doch für dickflüssige Pasten, wie sie bei

«ι hydraulischen Verzögerungsgliedern in Zündern verwendet wird, stets mit guter Näherung angenommen werden kann.

Die angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Durchlaß einen Steuerschieber

h- mit einer den Querschnitt des Durchlasses bestimmenden Steuerkante aufweist, der von einem temperaturabhängigen Stellglied betätigbar ist und einen dem Temperatiirverlauf der Viskosität (η) des fließfähigen

Mediums angepaßten Steuerkantenverlauf aufweist.

Aus der obengenannten Gleichung ist ersichtlich, daß eine Temperaturkompensation der von der Viskosität abhängigen Stromstärke durch Veränderung mehrerer Parameter erreicht werden kann; so beispielsweise ι durch Änderung des Volumens der Kammer, der Länge des Durchlasses und der Druckdifferenz, Die Stromstärke ist aber von diesen Parametern lediglich linear abhängig, so daß nuben den technischen Schwierigkeiten, beispielsweise die Länge des Durchlasses in in Abhängigkeit der Viskosität zu ändern, diese Parameter in großem Maße, beispielsweise um den obengenannten Faktor lOOO bzw. 6, geändert werden müßten. Die Abhängigkeit der Stromstärke von der 4. Potenz des Radius des Durchlasses gibt nun die Möglichkeit, die mit ι; den Änderungsfaktoren 1000 bzw. 6 behafteten Viskositäten und damit die Stromstärken durch eine lediglich 6- bzw. l,6fache Änderung des Radius zu kompensieren, wenn die anderen Parameter gleich bleiben. Da diese im Rahmen der hier betrachteten Genauigkeit gegeben ist, ist demnach anzustreben, das Verhältnis (η : R*) stets bei allen Temperaturen konstant zu halten.

Vorzugsweise ist zur Betätigung des Steuerschiebers, der beispielsweise als Planschieber oder als Drehschie- 2 > ber ausgebildet sein kann, eine aus Bimetallstreifen zusammengesetzte Feder vorgesehen. Selbstverständlich ist es möglich, hierfür auch andere bekannte Mittel anzuwenden, so z. B. die temperaturabhängige Volumenänderung bei Flüssigkeiten, die Längenänderung «1 bei Temperaturmeßstäben usw.

Da sich die Viskosität der meisten hier betrachteten fließfähigen Medien exponentiell mit der Temperatur ändert, wird ebenfalls eine exponentiell Änderung des Querschnittes des Durchlasses mit der um einen r» konstanten Faktor multiplizierten Temperatur vorgenommen. Selbstverständlich kann der Querschnitt auch anders als exponentiell geändert werden, beispielsweise an experimentielle Ergebnisse angepaßt werden. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß der Durchlaß der Kammer senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums in etwa glockenförmig ausgebildet ist.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei stellt dar

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausfüh- 4; rungsbeispiel eines hydraulischen Steuerventils gemäß der Erfindung,

Fig. 2einen Schnitt längs H-Il der Fig. 1,

F i g. 3 einen der F i g. 2 entsprechenden Schnitt durch ein hydraulisches Steuerventil gemäß einer zweiten vi Ausführungsform der Erfindung,

Fig.4 eine teilweise gebrochene Darstellung eines dritten Ausfuhrungsbeispiels eines hydraulischen Steuerventils gemäß der Erfindung.

Ein ein hydraulisches Steuerventil aufweisendes y, Verzögerungsglied 1 besteht aus einem Gehäuse 2 mit einer zylindrischen Bohrung 3, in der ein Kolben 4 mit einem Sicherungsstift 5 entgegen der K.raft einer Druckfeder 6 in der in der F i g. I gezeigten Stellung gehalten ist. Die Druckfeder 6 stützt sich gegen eine mi Abdeckplatte 7 ab, in der eine Bohrung 8 angebracht ist, um bei einer Kolbenbewegung in das Gehäuse Luft nachströmen zu lassen. Die Bohrung 3 ist auf der der Abdeckplatte 7 entgegengesetzten Seite des Gehäuses 2 durch eine Lochplatte; ? abgeschlossen, deren öffnung *-, einen in der Aufsicht etwa glockenförmigen profilierten Querschnitt 10 aufweist, hu! diese Weise entsteht zwischen der Kolbenendfläche und der Lochplatte 9 eine Kammer 11, in die ein fließfähiges Medium, beispielsweise ein Silikonöl eingeschlossen isi, wie es in der F i g, 1 durch Punkte angedeutet ist.

Unterhalb der Lochplatte 9 ist eine Scheibe 12 mit einer rechteckigen Ausnehmung 13 angeordnet; sie wird durch einen weiteren Behälter 14, der eine Bohrung 15 aufweist und mit dem Gehäuse 2 verbunden ist, gegen die Lochplatte 9 gedruckt. Am Boden des Behälters 14 sind Bohrungen 16 angebracht, damit beim Ausfließen des Mediums aus der Kammer 11 durch den Durchlaß 10 in die Bohrung 15 aus dieser die darin enthaltene Luft entweichen kann.

In der rechteckigen Ausnehmung 13 ist ein ebenso geformter Schieber 17 geführt, der an seiner dem Durchlaß 10 abgewandten Seite einen Kragen 18 aufweist, gegen den sich eine Blattfeder 19 abstützt. Die Blattfeder 19 stützt sich mit ihren Enden an Schultern 20 eines an das Gehäuse 2 und den Behalter 14 anschließenden weiteren Gehäuses 21 ab. In der Ruhelage der Blattfeder 19 stößt dabei '^r Kragen 18 des Schiebers 17 an eine Begrenzung 22 des Gehäuses 21 derart, daß der Schieber 17 den gesamten Querschnitt des Durchlasses 10 freigibt. In dem Gehäuse 21 ist weiterhin eine Trennwand 27 eingefügt, durch aie der Schieber 17 hindurchgeführt ist. Damit wird in dem Gehäuse 21 ein Hohlraum 28 abgetrennt, in dem zwei den Schieber umfassende Bimetallstreifen 23 und 24 gelagert sind, die mit ihren konvexen Seiten gegeneinander angeordnet sind. Der Bimetallstreifen 23 stützt sich dabei gegen die Trennwand 27, der Bimetallstreifen 24 gegen einen Vorsprung 25 des Schiebers 17 ab.

Ferner ist in dem Gehäuse 21 noch ein Steuerstift 26 gelagert, der durch eine nicht dargestellte Feder gegen den Kolben 4 gedrückt wird und mit hier nicht gezeigten weiteren Betätigungsorganen verbunden ist, die zum Scharfmachen eines ebenfalls nicht dargestellten Zünders dienen.

Die Wirkungsweise des beschriebenen hydreulischen Verzögerungsgliedes ist nun folgende. Wird mit dem Sicherungsstift 5 der Kolben 4 entriegelt, so wird dieser durch de Druckfeder 6 nach unten gegen die Lochplatte 10 gedrückt, so daß das fließfähige Medium aus der Kammer 11 in die Bohrung 15 entweicht. Ist nun die Umgebungstemperatur des hydraulischen Verzögerungsgliedes gering, so ist der Krümmungsradius der beiden vorgespannten Bimetallstreifen 23 und 24 groß. Der Schieber 17 wird somit durch die Blattfeder 19 nach rechts gezogen, wodurch der Durchlaß 10 der die Kammer 11 abschließenden Lochplatte 9 beispielsweise ganz freigegeben ist. Sobald sich die Temperatur jedoch erhöht, wird der Krümmungsradius der Bimetallstreifen 23 und 24 geringer, so daß der Schieber 17 entgegen der Kraf· de·· Blattfeder 19 in den F i g. 1 und 2 gesehen nach links geschoben wird und den Durchlaß 10 zumindest teilweise bedeckt.

Durch den etwa glockenförmigen Querschnitt des Durchlasses 10 wird dabei erreicht, daß das Quadrat des Querschnittes des Durchlasses 10 unter Berücksichtigung der Änderung dts Krümmungsradius der Bimetall-Streifen 23 und 24 etwa exponentiell mit der Temperatur zu- bzw. abnimmt, wenn die Viskosität des fließfähigen Mediums ebenfalls exponentiell von der Ttmperatur abhängig ist. Selbstverständlich sind dazu auch andere Querschnittsformen des Durchlasses 10 möglich, jedoch soll die Bedingung

η : R * - constans
möglichst gut erfüllt sein.

Damit wird erreicht, daß bei allen möglichen auftretenden Umgebungstemperaturen pro Zeiteinheit immer ein gleiches Volumen des fließfähigen Mediums aus der Kammer 11 herausgedrückt wird.

Nach einer gewissen Zeitspanne wird soviel Medium aus der Kammer 11 herausgedrückt sein, daß der Sicherungsstift 26 nicht mehr mit dem Kolben 4 in Kontakt steht, sondern direkt in die Bohrung 3 eintritt. Dadurch werden die obengenannten Betätigungsvorrichtungen zum Scharfmachen des Zünders ausgelöst.

Die hier beschriebene Steuerung des Steuerschiebers 17 kann gemäß einem in der F" i g. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel auch dadurch geschehen, daß anstelle der Kombination einer Blattfeder mit zwei Bimetallstreifen jeweils miteinander verbundene U-förmige Bimetallstreifen 31,32,33,34 und 35 zwischen eine das Gehäuse 21 abschließende Wand 36 und das linde des Schiebers 1' fingesnannt sind. Auch hier wird durch die Änderung der Krümmungsradien der einzelnen Bimetallstreifen 31 bis 35 der Schieber je nach der Umgebungstemperatur nach links bzw. rechts geschoben, so daß der Durchlaß 10 mit seinem glockenförmigen Querschnitt in der oben beschriebenen Weise freigegeben bzw. teilweise verdeckt wird.

Da ein gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel gelagerter Steuerschieber empfindlich gegen Beschleunigungen in seiner Verschieberichtung ist, wird in einem in der Fig. 4 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel als Steuerschieber ein Drehschieber 41 verwendet, der gegen axiale Beschleunigungen nahezu unempfindlich ist. In einem Gehäuse 42 ist eine Bohrung 43 angebracht, die auf ihrem oberen Ende mit einer Abdeckplatte 44 abgeschlossen ist, die zur Belüftung eine Bohrung 45 enthält. In der Bohrung 43 ist wiederum ein von einer Druckfeder 46 belasteter und von einem Sicherungsstift 47 arretierbarer Kolben 48 angeordnet. Die Bohrung 43 wird von einer Lochplatte 49 abgeschlossen, die einen halbkreisförmigen Durchlaß 50 aufweist. Zwischen Kolben 48 und der Lochplatte 49 ist wiederum in einer Kammer 51 ein durch Punkte dargestelltes fließfähiges Medium, beispielsweise ein Silikonöl eingeschlossen.

Unterhalb der Lochplatte 49 ist in einer Querbohrung der Drehschieber 41 angeordnet, dessen Durchlaß 52 auf der der Lochplatte 49 zugewandten Seite einen glockenförmigen Querschnitt aufweist, der sich zu einer beispielsweise runden Bohrung 53 auf der der Lochplatte 49 abgewandten Seite erweitert. Der Drehschieber wird durch einen zu einer Spirale gewundenen Bimetallstreifen 54 gesteuert, der an seinem einen Ende mit einem Zapfen 55 des Drehschiebers 41 und an seiner anderen Seite mit dem Gehäuse42 verbunden ist.

Die Funktion dieses hydraulischen Vcrzögerungsgliedes ist die gleiche wie oben beschrieben. Ist die Umgebungstemperatur des hydraulischen Verzögerungsgliedes gering, so ist der Krümmungsradius des Bimetallstreifens 54 groß, so daß der Drehschieber 31 nach rechts in eine Endstellung gedreht ist und die Bohrung 52 innerhalb des Durchlasses 50 liegt. Bei höherer Umgebungstemperatur wird der Krümmungsradius des Bimetallstreifens 54 geringer, so daß sich der Drehschieber in d°r Zeichnung gesehen nach links dreht und je nach Höhe der Temperatur den Durchlaß 50 mehr oder minder freigibt.

Sobald ein bestimmter Anteil des fließfähigen Mediums dnrch den Durchlaß 50 und die Bohrung 52 und 53 des Schiebers hindurchgedrückt ist und sich in einem unterhalb des Schiebers befindlichen mit Luftöffnungen 56 versehenen Raum 57 ansammelt, steht ein Steucrstift 58 nicht mehr mit acm Kolben 48 ir Kontakt und tritt in die Bohrung 43 ein. Dadurch werden hier nicht beschriebene Betätigungsglieder füi das Scharfmachen des Zünders ausgelöst.

Diese Ausführungsform hat ferner noch den Vorteil daß die zu einer Spirale gebogenen Bimetallstreifen be kleinen Temperaturdifferenzen einen weitaus größerer Stellweg bei kleinerem Gesamtvolumen des Aufbaue! ermöglichen. Damit kann die Baugröße des Verzöge rungsgliedes eingeschränkt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Hydraulisches Steuerventil mit einer einen veränderbaren Durchlaß aufweisenden Kammer zum Konstanthalten der durch den Durchlaß transportierten Menge eines fließfähigen Mediums unabhängig von dessen Temperatur, insbesondere zum verzögerten Scharfmachen eines Zünders, wobei der Zünder erst scharf ist, wenn durch den Durchlaß eine bestimmte Menge des Mediums transportiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (10; 52) einen Steuerschieber (17; 41) mit einer den Querschnitt des Durchlasses bestimmenden Steuerkante aufweist, der von einem temperaturabhängigen Stellglied (23, 24; 31-35; 54) betätigbar ist und einen dem Temperaturverlauf der Viskosität (η) des fließfähigen Mediums angepaßten Steuerkantenverlauf aufweist

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied zur Betätigung des Steuerschiebers (17; 41) aus einem oder mehreren vorgespannten Bimetallstreifen (23, 24; 31-35; 54) besteht

3. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber ein Drehschieber

(41) ist, der mit dem einen Ende eines zu einer Spirale aufgerollten Bimetallstreifens (54) verbunden ist, dessen zweites Ende fest mit dem Gehäuse

(42) des Steuerventils verbunden ist

4. Steuerventil nach einem der Ansprüche I - 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkantenverlauf (10; 52) des Steuerschiebers e^a glockenförmig ist.