DE2347061C2 - Elektrohydraulische Stellvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Stellvorrichtung, umfassend einen in einem zylindrischen Körper verschiebbaren Kolben, an dem eine Kolbenstange befestigt ist, deren Verschiebung einem durch eine Magnetspule fließenden elektrischen Strom proportional ist, wobei über eine Druckzuleitung ein unter Druck stehendes Medium einem ringförmigen Bereich auf der einen Seite des Kolbens zuführbar und auf der anderen Seite des Kolbens ein Druckraum von größerem Querschnitt als auf der ersten Seite vorgesehen ist.

Wie aus der CH-PS 4 48 755 bekannt ist, werden Ventile und andere bewegbare Steuerelemente, z. B. aerodynamische Steuerflächen durch eine Kraftverstärkungsvorrichtung angetrieben, der ein schwaches Steuersignal zugeführt wird, das von ihr in ein verstärktes Ausgangssignal umgewandelt wird, von dem das Ventil oder z. B. die Steuerfläche eines Luftfahrzeuges für hohe Geschwindigkeiten direkt beweg! wird. Derartige Kraftverstärkungsvorrichtungen werden auch als Betätigungsvorrichtungen oder Stellvorrichtungen bezeichnet Im einzelnen kann eine solche Betätigungsvorrichtung an ihrer Eingangsseite eine Stelleinrichtung auf-

weisen, die von elektrischen Digitalimpulsen betätigt wird. Sie ist vorzugsweise als elektrischer Schrittmotor ausgebildet, dessen Welle in Abhängigkeit von der Polung und dem Niveau des elektrischen Eingangssignal ein Zahnrad in der einen oder anderen Richtung um

ίο einen gewissen Winkel dreht. Das Zahnrad kämmt mit einer Zahnstange, mit der ein Stellschaft des eigentlichen Betätigungsgliedes fest verbunden ist, das den wesentlichen Teil der gesamten Betätigungsvorrichtung darstellt An dem der Zahnstange entgegengesetzten Ende des Stellschaftes ist ein Ventilstellkörper vorgesehen, der bei dieser bekannten Ausführungsform des Betätigungsgliedes je nach der Bewegungsrichtung des Stellschaftes bzw. des diesen antreibenden Schrittmotors das eine oder andere von zwei Kugelventilen öffnet die je durch eine Druckfeder normalerweise gegen ihren Ventilsitz gedruckt werden. Die beiden Ventilsitze sind am bzw. im Kolben des Betätigungsgliedes ausgebildet, der in einem zylindrischen Gehäuse gleitet, aus dem am einen Ende die am Kolben befestigte Kolbenstange hinausgeführt ist, die ihrerseits das Ventil oder die Steuerfläche des Luftfahrzeuges betätigt. Zwischen den Innenwänden des Gehäuses und einem Abschnitt des Kolbens ist ein Ringraum freigelassen, der über eine öffnung in der Gehäusewand mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Mediums verbunden ist. Zwischen der Stirnfläche des Kolbens und der Abschlußwand des Gehäuses, die derjenigen gegenüberliegt, aus der die Kolbenstange austritt, ist ein zylindrischer Raum ausgebildet. Sobald das unter Druck stehende Medium in den Ringraum eintritt, verschiebt sich der Kolben in Richtung der genannten Abschlußwand soweit bis er eine Gleichgewichtslage erreicht. Falls anschließend auf einen elektrischen Impuls hin der Schrittmotor über die Zahnstange, den Stellschaft und den Ventilstellkörper das eine Kugelventil um ein vorgegebenes Maß öffnet, tritt das Medium aus dem Ringraum durch dessen Ventilsitz und im Innern des Kolbens ausgebildete Kanäle in den zylindrischen Raum ein, wodurch der Kolben so weit aus dem Gehäuse hinausgeschoben wird, wie der Strecke entspricht, um die das Kugelventil von seinem Sitz durch den Ventilstellkörper abgehoben wurde. Falls der Ventilstellkörper vom Elektromotor in der anderen Richtung verschoben wird und dementsprechend das andere Kugelventil öffnet, kann das im zylindrischen Raum befindliche Medium durch den Ventilsitz und weitere im Kolben ausgebildete Kanäle abfließen, wodurch der Kolben wieder in sein Gehäuse zurückkehrt, bis sich das zuvor geöffnete Kugelventil schließt.

Dadurch, daß zwei Kugelventile bei der bekannten Betätigungsvorrichtung zur Anwendung kommen, bietet sich der Vorteil an, daß die Quelle des unter Druck stehenden Mediums ständig am Ringraum angeschlossen sein kann, ohne daß das Medium abfließt, falls keine Ventilbetätigung erfolgt. Diesem geringfügigen Vorteil steht jedoch der wesentliche Nachteil der Anwendung zweier Kugelventile und der Ausbildung kompliziert innerhalb des Kolbens hindurchgeführter Kanäle entgegen, die bei der Fertigung erhebliche Schwierigkeiten mit sich bringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stellvorrichtung der eingangs bezeichneten Art in Richtung auf eine vereinfachte Konstruktion weiterzuentwickeln, bei der zur Steuerung des Mediums und Betätigung des

Stellgliedes in seinen beiden Richtungen ein einziger Ventilkörper an einer ihm zugeordneten einstellbaren Öffnung ausreicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druckraum über eine feste Öffnung mit der das unter Druck stehende Medium führenden Druckzuleitung in ständiger Verbindung steht und von einer zu einem Behälter niederen Druckes führenden Auslaßröhre durchzogen ist, deren eines Ende eine von einem mit dem Anker der Magnetspule gekuppelten Ventil-Stellkörper einstellbare öffnung bildet, daß durch rohrförmige Elemente der Druck des Mediums auf den beiden Seiten des Ventilstellkörpers ausgeglichen ist, und daß zwischen dem Kolben und dem Ventilstellkörper eine Rückkopplungsfeder eingefügt ist, die in Schließrichtung der einstellbaren öffnung der mit der Kolbenverschiebung einhergehenden Vergrößerung des Druckraumes entgegenwirkt

Vorzugsweise hat der Ventilstellkörper die Form einer Scheibe, die gegen einen geschärften Rpud der Aus- laßröhre anliegt, während an der gegenüberliegenden Seite des Ventilstellkörpers ein Gegenabgleichrohr mit demselben äußeren Durchmssser wie der geschärfte Rand der Auslaßröhre vorgesehen ist, die in einer Bohrung des Kolbens arbeitet, wobei der Druck in dieser Bohrung sich zum Auslaß am Behälter mit Hilfe eines Durchgangs durch den Ventilstellkörper ausgleicht Eine Gegenfeder kann vorgesehen sein, die die Kraft der Rückkopplungsfeder ausgleicht wenn sich die Kolbenstange in der völlig zurückgezogenen Lage befindet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in Form eines Längsschnittes durch die Stellvorrichtung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert

Die Stellvorrichtung weist einen Körper 1 mit einer Bohrung 2 für einen Kolben 3 auf, der mit einer Kolbenstange 4 aus einem Stück besteht, deren äußeres Ende 5 mit einem Hilfsmittel zum Anschluß an ein zu betätigendes Gerät versehen ist

Ein Einlaß 6 für das unter Druck stehende Medium ist mit einer Druckzuleitung 7 verbunden, mit deren Hilfe das Medium in den ringförmigen Bereich zwischen dem Kolben 3 und der Kolbenstange 4 geleitet wird. Sein Querschnitt ist halb so groß wie der des Kolbens selbst, so daß der Druck des Systems auf die halbe Kolbenfläehe zur Auswirkung kommt. Der Einlaß 6 ist außerdem über eine feste öffnung 8 mit einem Druckraum 9 am anderen Ende des Kolbens verbunden. Von hier kann der Druck zu eirem Behälter durch eine einstellbare öffnung entweichen, die zwischen einem Ventilstellkörper 10 und dem scharfen Rand einer Auslaßröhre 11 üegt.

Die andere Seite des Ventilstellkörpers 10 trägt ein Gegenabgleichsrohr 12, das in einer Bohrung 13 der Kolbenstange 4 arbeitet und mit dem unter niederem Druck stehenden Medium des Behälters über einen Durchgang 14 im Ventilstellkörper 10 in Verbindung steht. Der Ventilstellkörper 10 ist durch einen Stab 15 mit dem Anker einer Magnetspule 16 gekuppelt und außerdem von einer Rückkopplungsfeder 17 belastet, tio deren anderes Ende mit einem Klemmring 18 am Kolben 3 befestigt ist.

Eine Druckfeder 19 wirkt auf den Stab 15, damit im lastfreien Zustand, falls der Kolben 3 völlig nach innen gezogen ist, die Kraft der Rückkopplungsfeder 17 abge- es glichen wird, und der Ventilstellkörper 10 ruht im Gleichgewicht in einer Lage, in der die einstellbare öffnung etwa denselben Querschnitt wie die feste öffnung

Die Magnetspule 16 ist von einem Hüllkörper 20 umschlossen, und sein Innenraum 21 ist während des Betriebs mit dem unter niederem Druck stehenden Medium gefüllt und durch eine öffnung (im Schnitt der Zeichnung nicht sichtbar) mit dem Behälter verbunden.

Bei der Inbetriebnahme tritt das unter Druck stehende Medium durch den Einlaß 6 ein, damit der Druck des Systems zum äußeren Ende des Kolbens 3 gelangt Sein inneres Ende ist dem Druck der Druckzuleitung 9 unterworfen, der sich aus dem Fluß des Mediums durch die feste öffnung 8 nach innen und dem Fluß durch die einstellbare öffnung zwischen dem Ventilstellkörper 10 und der Auslaßröhre 11 nach außen ergibt wobei die Druckfeder 19 gespannt wird, so daß dieser Druck dem halben Druck des Systems entspricht Dann befindet sich der Kolben in seiner innersten Lage im Gleichgewicht

Falls der Magnetspule 16 ein elektrischer Strom zugeleitet wird, wird der Ventilstellkörper 10 in Richtung zur Magnetspule 16 gezogen und sucht die einstellbare öffnung zu schließen, um den Druck in der Druckzuleitung 9 zu steigern. Der Kolben 3 schiebt sich dann nach außen, bis die auf den Ventilstellkörper 10 von der Rückkopplungsfeder 17 ausgeübte Kraft den Zug der Magnetspule 16 im wesentlichen ausgleicht, wodurch sich der Ver.tilstellkörper 10 in Öffnungsrichtung verschieben und das Medium durch die einstellbare öffnung strömen kann, bis der Kolben 3 eine neue Gleichgewichtslage erreicht. Die Verschiebung des Kolbens 3 ist daher im wesentlichen dem elektrischen Strom proportional, der durch die Magnetspule 16 fließt.

Wenn der Strom durch die Magnetspule 16 vermindert oder unterbrochen wird, verschiebt sich der Ventilstellkörper 10 unter dem Einfluß der Rückkopplungsfeder 17 so weit daß die Öffnung freigemacht, der Druck in dem Druckraum 9 vermindert und der Kolben 3 unter dem Druck in der Druckzuleitung 7 nach innen verschoben wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrohydraulische Stellvorrichtung, umfassend einen in einem zylindrischen Körper verschiebbaren Kolben, an dem eine Kolbenstange befestigt ist, deren Verschiebung einem durch eine Magnetspule fließenden elektrischen Strom proportional ist, wobei über eine Druckzuleitung ein unter Druck stehendes Medium einem ringförmigen Bereich auf der einen Seite des Kolbens zuführbar und auf der anderen Seite des Kolbens ein Druckraum von größerem Querschnitt als auf der ersten Seite vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (9) über eine feste öffnung (8) mit der das unter Druck stehende Medium führenden Druckzuteitung (7) in ständiger Verbindung steht und von einer zu einem Behälter niederen Druckes führenden Auslaßröhre (11) durchzogen ist, deren eines Ende eine von einem mit dem Anker der Magnetspule (16) gekuppelten Ventilstellkörper (10) einstellbare öffnung bildet, daß durch rohrförmige Elemente (12, 13, 14) der Druck des Mediums auf den beiden Seiten des Ventilstellkörpers (10) ausgeglichen ist, und daß zwischen dem Kolben (3) und dem Ventilstellkörper (10) eine Rückkopplungsfeder (17) eingefügt ist, die in Schließrichtung der einstellbaren Öffnung der mit der Kolbenverschiebung einhergehenden Vergrößerung des Druckraumes (9) entgegenwirkt.

2.Stellvorrichtung nach dem Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Elemente (12, 13, 14) ein in einer Bohrung (13) der Kolbenstange (4) verschiebbares Gegenabgleichrohr (12) mit demselben Querschnitt wie die Auslaßröhre (11), deren eines Ende als Sitz für den Ventilstellkörper (10) ausgebildet ist, und einen Durchgang (14) für das Medium durch den Ventilste'lkörper (10) aufweisen, über den der Innenraum des Gegenabgleichrohres (12) mit dem Druckraum (9) verbunden ist.

3. Stellvorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckfeder (19) als Gegenabgleichfeder die Kraft des Ventilstellkörpers (10) aufnimmt, die durch die Rückkopplungsfeder (17) bedingt ist, wenn die Kolbenstange (4) völlig zurückgezogen ist.