DE2310177A1 - HYDRAULIC CONTROL DEVICE - Google Patents
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Description
Dlp«.-PhyKDlp «.- PhyK
Patentanwalt 8035 Gauting Hubertusse.Patent attorney 8035 Gauting Hubertusse.
1. März 1973March 1, 1973
Meine Akte: w 8ü-j,DTMy files: w 8ü-j, DT
N. Worthing & Company Limited, London, EnglandN. Worthing & Company Limited, London, England
Hydraulische SteuervorrichtungHydraulic control device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Steuervorrichtung zur Betätigung der Steuerelemente von Schiffen, oder der Stabilisierungsflossen des Leitwerkes von Flugzeugen, welche nachstehend kurz als Steuermechanismen bezeichnet werden.The present invention relates to a hydraulic control device to operate the control elements of ships or the stabilizing fins of the tail unit of aircraft, which are hereinafter referred to briefly as control mechanisms.
Es ist allgemein bekannt, dass das Drehmoment, welches auf den Ruderschaft eines mit bestimmter Geschwindigkeit fortbewegten Schiffes ausgeübt werden muss, mit wachsendem Auslenkungswinkel des Steuerruders zur Mittelstellung rasch zunimmt. Dasselbe ist auch bei Stabilisatoren für Schiffe und den Leitwerken von Flugzeugen der Fall.It is well known that the torque applied to the rudder shaft moves a person at a certain speed Vessel must be exercised, with increasing angle of deflection of the rudder to the center position quickly increases. The same is also the case with stabilizers for ships and the tail units of aircraft.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine einfache hydraulische Steuervorrichtung zu schaffen, bei welcher das Drehmoment mit dem Winkel zur Mittelstellung in geeigneter Weise zunimmt, wenn sie mit Hydraulikflüssigkeit aus einer konstanten Druckquelle versorgt wird.The present invention aims to provide a simple hydraulic control device in which the torque appropriately increases with the angle to the center position when supplied with hydraulic fluid from a constant Pressure source is supplied.
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In Verbindung mit einem hydraulischen Speicher und mit einer Aufladepumpe ergibt die vorgeschlagene Steuervorrichtung ein System, das wesentliche Einsparungen im Energieverbrauch ermöglicht. Dies rührt insbesondere daher, dass das pro Winkelgrad der Bewegung der Steuerfläche benötigte Flüssigkeitsvolumen nur einen kleinen Bruchteil des Flüssigkeitsverbrauches in der Nähe der grösstmöglichen Auslenkung beträgt.In connection with a hydraulic accumulator and with a charging pump, the proposed control device results a system that enables significant savings in energy consumption. This particularly moves hence that the volume of fluid required per degree of movement of the control surface is only a small one Fraction of the liquid consumption in the vicinity of the greatest possible deflection.
Die vorliegende Erfindung betrifft demnach eine hydraulische Steuervorrichtung, bestehend aus mindestens einem Paar doppeltwirkender Arbeitszylinder, welche aus einer konstanten Druckquelle versorgt werden, wobei die Arbeitszylinder auf so angeordnete Kurbelzapfen auf einen mit einer Steuerfläche verbundenen Arm einwirken, dass bei leichter Abweichung der Steuerfläche in einer Richtung ein Kurbel^· zapfen auf dem oberen Totpunkt liegt, und dass bei leichter Abweichung der Steuerfläche in entgegengesetzter Richtung der andere Kurbelzapfen auf dem oberen Totpunkt liegt, wobei die genannte Anordnung mindestens ein Paar verbundener Umkehrventile aufweist, von denen jedes die Druckflüssigkeitsanschlüsse an die Enden jedes doppeltwirkenden Arbeitszylinders eines Paares umkehrt, wenn einer der Kolben der Arbeitszylinder den oberen Totpunkt durchläuft.The present invention accordingly relates to a hydraulic control device consisting of at least one Pair of double-acting working cylinders, which are supplied from a constant pressure source, the working cylinders act on so arranged crank pins on an arm connected to a control surface that with easier Deviation of the control surface in one direction a crank pin is at the top dead center, and that with lighter Deviation of the control surface in the opposite direction, the other crank pin is on top dead center, with said arrangement includes at least one pair of interconnected reversing valves, each of which are the hydraulic fluid ports reverses to the ends of each double-acting working cylinder of a pair when one of the pistons of the Working cylinder passes through top dead center.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Arbeitszylinder fest und die Bewegung ihrer Kolben wird auf denIn a preferred embodiment, the working cylinders are firmly and the movement of their pistons is on the
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Steuerflächenarm mittels Kreuzköpfen und Verbindungsstangen übertragen. In einer weiteren Ausführungsform sind die Arbeitszylinder drehbar montiert, und ihre Kolbenstangen wirken direkt auf den Streuerflächenarm ein.Control surface arm by means of cross heads and connecting rods transfer. In a further embodiment, the working cylinders are rotatably mounted and their piston rods act directly on the spreader arm.
Bei Annäherung an seinen oberen Totpunkt übt der Arbeitszylinder auf den ihm zugeordneten Kurbelzapfen eine Zugkraft aus und erzeugt somit am Ruderschaft oder dergleichen Steuerfläche ein Drehmoment, welches konstant bis auf Null abnimmt. Jenseits seines oberen Totpunktes schiebt der Arbeitszylinder den ihm zugeordneten Kurbelzapfen und erzeugt ein konstant zunehmendes Drehmoment in derselben Richtung. Durch Abweichung des oberen Totpunktes der beiden Arbeitszylinder um einige Grade beidseitig der Mittelstellung des Ruders (oder ähnlicher Steuerflächen) wird sichergestellt, dass die Summe der zwei Drehmomente in diesem Bewegungsbereich stets einen konstanten niedrigen Wert aufweist. Ausserhalb dieses Bereichs nimmt das Gesamt-Drehmoment mit dem Abweichungswinkel von der Mittelstellung zu.When approaching its top dead center, the working cylinder exerts a tensile force on the crank pin assigned to it and thus generates a torque on the rudder stock or the like control surface, which decreases constantly to zero. Beyond its top dead center, the working cylinder pushes the crank pin assigned to it and generates a constant increasing torque in the same direction. By deviating the top dead center of the two working cylinders by a few Degrees either side of the center position of the rudder (or similar control surfaces) will ensure that the sum of the two Torques in this range of motion always has a constant low value. Outside this area takes the total torque with the angle of deviation from the center position to.
Um das Drehmoment und somit die Drehung des Ruderschaftes oder dergleichen umzukehren ist es nur erforderlich, die Kl ikisjqkeitszufuhr- und Rückführanschlüsse an beide Umkehrvi:Mt;i ](■ q I ei chzeitig mittels eines einzigen Steuerventils ;h r(-ii. In order to reverse the torque and thus the rotation of the rudder stock or the like, it is only necessary to connect the Kl ikisjqkeitszufuhr- and return connections to both reversing vi: Mt; i] (■ q I ei simultaneously by means of a single control valve ; hr (-ii.
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Verschiedene solche Vorrichtungen können für Parallelbetrieb oder als Hilfseinrichtungen in Verbindung mit dem Element angeordnet werden.Several such devices can be used for parallel operation or as auxiliary devices in connection with the element to be ordered.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen in Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is illustrated below with reference to the drawings in exemplary embodiments explained in more detail.
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung in Mittelstellung.1 shows a sectional illustration of a first embodiment of the device according to the invention in the central position.
Fig. 2 zeigt die Vorrichtung gemäss Fig. 1 in der grösstmöglichen Auslenkung.Fig. 2 shows the device according to FIG. 1 in the largest possible Deflection.
Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform von Arbeitszylindern zur Verwendung in der Vorrichtung gemäss Fig. 1 und 2.Fig. 3 shows a sectional view of a further embodiment of working cylinders for use in the device according to FIGS. 1 and 2.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung mit Arbeitszylindern mit festen Zylindern und mit einem Ruder in Mittelstellung, während Fig. 2 das Ruder in grösstmöglicher Auslenkung nach Steuerbord zeigt.Fig. 1 shows schematically an embodiment of the invention Device with working cylinders with fixed cylinders and with a rudder in the middle position, while Fig. 2 shows the The rudder shows the greatest possible deflection to starboard.
Die Kolben la, Ib der doppeltwirkenden Zylinder 2a, 2b sind mittels Kolbenstangen 3a, 3b mit Kreuzköpfen 4a, 4b verbunden. Die Kreuzkopfzapfen sind mittels Verbindungsstangen 6a, 6b mit Kurbelzapfen 7a, 7b auf Arm 8 der Ruderpinne verbunden, welcher seinerseits mit dem Ruderschaft 9 verkeiltThe pistons la, Ib of the double-acting cylinders 2a, 2b are connected to crossheads 4a, 4b by means of piston rods 3a, 3b. The crosshead tenons are connected by means of connecting rods 6a, 6b connected to crank pins 7a, 7b on arm 8 of the tiller, which in turn wedges to the rudder shaft 9
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ist. Der Kolben la und die Kurbelzapfen 7a liegen auf dem oberen Totpunkt, wenn das Ruder um 15 nach Backbord verschwenkt ist, und Kolben Ib und Kurbelzapfen 7b passieren den oberen Totpunkt, wenn das Ruder um 15 nach Steuerbord verschwenkt ist. Wenn das Ruder sich nahe der Mittelstellung befindet, sind das obere Ende des Zylinders 2a und das untere Ende des Zylinders 2b mittels der Umkehrventile 10a, 10b mit der unteren Oeffnung 11 des Steuerventils 12 verbunden, während das untere Ende des Zylinders 2a und das obere' Ende des Zylinders 2b mittels der Umkehrventile 10a, 10b mit der oberen Oeffnung 13 des Steuerventils 12 verbunden sind.is. The piston la and the crank pin 7a are at top dead center when the rudder is pivoted 15 to port and piston Ib and crank pin 7b pass top dead center when the rudder is turned 15 to starboard is pivoted. When the rudder is near the center position, the top of the cylinder is 2a and the bottom End of the cylinder 2b connected to the lower opening 11 of the control valve 12 by means of the reversing valves 10a, 10b, while the lower end of the cylinder 2a and the upper end of the cylinder 2b by means of the reversing valves 10a, 10b with the upper Opening 13 of the control valve 12 are connected.
Wird das Steuerventil 12 aus der Mittelstellung, in welcher es gezeigt ist, nach unten bewegt, wird die Oeffnung 11 mit der Druckflüssigkeitsleitung 14 verbunden, und die Oeffnung 13 wird mit der Rückleitung 15 verbunden. Die Verbindungsstange 6a ist demnach unter Druck, und die Verbindungsstange 6b ist unter Zug. Beide Arbeitszylinder erzeugen eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn, und das Ruder wird nach Steuerbord verschwenkt. Bei 15° nach Steuerbord, wenn die Kurbelwelle 7b den oberen Totpunkt passiert, betätigen der Repetierhebel 16 und das Verbindungsglied 17b das Ventil 10b zwecks Umkehrung der Verbindungen mit Zylinder 2b. An diesem Punkt ist der Drehmomentanteil von Kolben Ib gleich Null, jedoch nimmt mit WeiterSchwenkung des Ruders nach Steuerbord sein Drehmomentanteil wiederum in derselben Richtung zu, wobei die Verbindungsstange 6b jetzt ebenfalls unter Druck arbeitet.If the control valve 12 is moved downward from the central position in which it is shown, the opening 11 with the Pressure fluid line 14 connected, and the opening 13 is connected to the return line 15. The connecting rod 6a is therefore under pressure and the connecting rod 6b is under train. Both working cylinders produce a counterclockwise rotation and the rudder is swiveled to starboard. At 15 ° to starboard, when the crankshaft 7b passes top dead center, actuate the repeating lever 16 and connector 17b valve 10b to reverse the connections with cylinder 2b. At that point is the Torque component of piston Ib equals zero, however, as the rudder is swiveled further to starboard, its torque component increases again in the same direction, the connecting rod 6b now also working under pressure.
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Das vereinigte Drehmoment ist bei allen Ruderstellungen unter 15 annähernd konstant, nimmt jedoch zwischen 15 und voller Ausschwenkung zu. Diese Drehmomentcharakteristik der erfindungsgemässen Steuervorrichtung erfüllt die gestellten Anforderungen und ermöglicht zudem eine Ersparnis an Flüssigkeitsverbrauch und Pumpenleistung, wenn die Flüssigkeit von einem System mit einem hydraulischen Speicher und einer Speisepumpe geliefert wird.The combined torque is almost constant for all rudder positions below 15, but increases between 15 and more Swing out to. This torque characteristic of the invention The control device meets the requirements and also enables a saving in liquid consumption and pump capacity when the liquid is supplied by a system with a hydraulic accumulator and a feed pump will.
Wird das Steuerventil 12 von der gezeigten Mittelstellung nach oben bewegt, wird die Oeffnung 11 mit der Druckflüssigkeitsleitung 14 verbunden und die Oeffnung 13 mit der Rückleitung 15. Das Ruder wird von Steuerbord nach Backbord geschwenkt. Das Ventil 10b kehrt zum Zustand der Mittelstellung zurück, sobald das Ruder die Stellung von 15 nach Steuerbord passiert, und Ventil 10a bewirkt eine Umkehrung, sobald das Ruder die Stellung von JL5 nach Backbord passiert.If the control valve 12 is moved upwards from the middle position shown, the opening 11 with the hydraulic fluid line is opened 14 connected and the opening 13 with the return line 15. The rudder is swiveled from starboard to port. That Valve 10b returns to the center position as soon as the rudder passes the position 15 to starboard, and Valve 10a reverses as soon as the rudder passes the JL5 position to port.
Normalerweise wird das Steuerventil 12 mittels eines Differentialhebels 18 betätigt, welcher die Eingabe der erforderlichen Steuerstellung vom feststehenden Steuerrad 19 über das Schnekkengetriebe 20, 21 und das Verbindungsglied 21 erhält. Wenn das Ruder die gewünschte Stellung erreicht, bringt das Rückmeldeglied 23 das Steuerventil wieder in die Mittelstellung, und die Steuerbewegung hört auf.Normally, the control valve 12 is operated by means of a differential lever 18 actuated, which the input of the required control position from the fixed control wheel 19 via the worm gear 20, 21 and the link 21 receives. When the rudder reaches the desired position, the feedback element brings 23 returns the control valve to the center position and the control movement stops.
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Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Vorrichtung, in welcher die Arbeitszylinder 2a, 2b unabhängig voneinander mittels der Zapfen 3.1a, 31b in auf dem Deck befestigten Lagern verschwenkt werden. Die Enden der Kolbenstangen 3a, 3b weisen Lager für die Kurbelzapfen 7a, 7b auf. Die Ventileinrichtung ist hier nicht gezeigt, entspricht j-edoch derjenigen in Fig. 1, ausser dass die Verbindungen zwischen jedem Zylinder und seinem Umkehrventil entweder aus biegsamen Rohren oder aus Schwenkverbindungen bestehen müssen.Fig. 3 shows another embodiment of the device in which the working cylinders 2a, 2b independently of one another by means of the journals 3.1a, 31b in bearings attached to the deck be pivoted. The ends of the piston rods 3a, 3b point Bearings for the crank pins 7a, 7b. The valve device is not shown here, but corresponds to that in FIG. 1, except that the connections between each cylinder and its reversing valve are made either from flexible tubes or from swivel joints must pass.
Der technische Fortschritt und der erfinderische Inhalt des Anmeldungsgegenstands werden insgesamt sowohl durch die neuen Einzelmerkmale als auch durch Kombination und Unterkombination der Verwendung findenden Merkmale gewährleistet.The technical progress and the inventive content of the The subject matter of the application is both the new individual features and the combination and sub-combination the features that are used are guaranteed.
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Claims (7)
dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitszylinder auf Kurbelzapfen auf einen an einer Steuerfläche befestigten Arm
einwirken, welche so angeordnet sind, dass ein Kurbelzapfen den oberen Totpunkt durchläuft, wenn die .Steuerfläche teilweise in einer Richtung ausgeschwenkt ist, und dass der
andere Kurbelzapfen den oberen Totpunkt durchläuft, wenn
die Steuerfläche teilweise in der Gegenrichtung ausgeschwenkt ist, und dass die genannte Vorrichtung mindestens aus einem Paar verbundener Umkehrventile besteht, von denen jedes die Druckflüssigkeitsverbindungen der doppeltwirkenden Arbeitszylinder eines Paares umkehrt, sobald einer der Kolben den
oberen Totpunkt durchläuft-.a pair of double-acting working cylinders, which are supplied with power by means of a constant pressure source,
characterized in that the working cylinder on crank pins on an arm attached to a control surface
act, which are arranged so that a crank pin passes through the top dead center when the .Steuerfläche is partially pivoted in one direction, and that the
other crank pin passes top dead center when
the control surface is partially pivoted in the opposite direction, and that said device consists of at least one pair of connected reversing valves, each of which reverses the hydraulic fluid connections of the double-acting working cylinders of a pair as soon as one of the pistons the
passes through top dead center.
ist.3. Device according to claim 1, characterized in that the control surface is the stabilizing fin of a ship
is.
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