DE2503067A1

DE2503067A1 - Servoventil mit ausfall-blockierung

Info

Publication number: DE2503067A1
Application number: DE19752503067
Authority: DE
Inventors: Howard Berdolt Kast
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1974-01-29
Filing date: 1975-01-25
Publication date: 1975-07-31
Also published as: FR2259263B1; JPS604364B2; US3922955A; BE824920A; FR2259263A1; JPS50107387A; DE2503067C2; IT1031166B; GB1489321A

Description

Dr. rer. nat. Horst Schüler PATENTANWALT Frankfurt/Main 1, 2¹I. Jan. 1975

Niddastraße 52 WK . /he

Telefon (0611) 237220 Telex: 04-16759 mapatd Postscheck-Konto: 282420-602 Frankfurt/M.

Bankkonto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

2995-13DV-6O27

General Electric Company

1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A,

Servoventil mit Ausfall-Blockierung

Die Erfindung betrifft Servoventile mit Ausfall-Blockierung und insbesondere solche Servoventile mit Ausfall-Blockierung, die nach dem Verlust des Eingangssignals oder der hydraulischen Flüssigkeit in ihrer Lage festgelegt verbleiben und entsprechend der Frequenz des Eingangssignals entweder als digitale oder analoge Einrichtungen arbeiten können.

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£lektrohydraulische Servoventile werden in weitem Umfange als Verbindungsglieder (interface) zwischen einem elektrischen Steuersignal und verschiedenartigen ßetätigungs- und Meßanlagen verwendet. Servoventile können auch unmittelbar für die Brennstoff-Steuerung eines Gasturbinen-Triebwerkes angewendet werden. Beispielsweise kann in einem Brennstoff-Steuersystem für ein Gasturbinentriebwerk ein elektrisches Signal durch eine Steuereinheit erzeugt werden, die einen Bezugswert oder Sollwert der Drehzahl des Triebwerkes mit einem Istwert der Betriebsdrehzahl vergleicht. Dieses elektrische Signal kann dann mit dem Eingang eines Servoventils verbunden werden, welches seinerseits einen Servokolben (servopiston) (Steuerschieber für den Hauptstrom) steuert, wobei

Regelventil

dann der Servokolben ausgangsseitig mit einem/für den Brennstoffzufluß verbunden ist. Auf diese Weise kann der Brennstoffzufluß für das Gasturbinentriebwerk in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal verändert werden, um den Sollwert für die Drehzahl des Triebwerkes einzuhalten. Ein solches System ergibt eine in höchstem Maße stabile und genaue Steuerung der Drehzahl des Triebwerkes .

Die gegenwärtige Anwendung von Servoventilen erfordert, insbesondere bei Gasturbinentriebwerken, daß das Servoventil eine Ausfallblockierung besitzt. Eine Ausfallblockierung bedeutet, daß der mechanische Ausgang des Servokolbens, der beispielsweise durch eine Betätigungsanlage gebildet sein kann, unmittelbar nach Verlust des elektrischen Eingangssignals oder nach Ausfall der hydraulischen Leitungen in seiner Lage verriegelt wird. Die heutigen Servoventile können mit einer mechanischen Vorspannung ausgestattet sein, welche es ermöglicht, daß sich der Servokolben nach dem Verlust des elektrischen Signals in einer vorgewählten Richtung bewegt. Im Falle eines solchen SignalVerlustes wird daher der Servokolben mit vorgewählter Geschwindigkeit in einer vorgewählten Richtung bis zum Ende des Kolbenhubs bewegt. Im Falle eines Ventils zur Steuerung des BrennstoffZuflusses wird eine solche vorgewählte Richtung entweder eine völlige Absperrung oder einen maximalen Zufluß des Brennstoffes bewirken.

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Es kann auch eine elektrische Ausfallerscheinung auftreten, bei welcher das Servoventil ein konstantes Signal mit maximaler Stromstärke und mit positiver oder mit negativer Polarität erhält. Die heutigen Servoventile, die unter diesen Bedingungen ausfallen, besitzen dann einen maximalen Zufluß zum Servokolben, so daß der Kolben mit maximaler Geschwindigkeit in eine Richtung getrieben wird, welche durch die Polarität des Ausfalls bestimmt wird.

Beide Extremstellungen sind jedoch offensichtlich nicht befriedigend und ein besseres Ergebnis wird darin bestehen, daß das Brennstoff-Regelventil die Ausgangslage beibehält, die es unmittelbar vor dem Ausfall besitzt, wie dies bei einem Servoventil mit Ausfall-Blockierung der Fall wäre.

EIektrohydraulisehe SchrittSchaltmotoren (stepping motors) besitzen viele Eigenschaften von Servoventilen und können mit Ausfal!blockierung ausgestattet werden. Sie besitzen jedoch einen relativ geringen Wirkunsgrad und besitzen viele der Nachteile., die auch bei Servomotoren vorhanden sind.

Das erfindungsgeraäße Servoventil enthält eine Ablenkeinrichtung und ein Strahlrohr zur Abgabe eines Strahls einer unter Druck stehenden Flüssigkeit. Die Ablenkeinrichtung ist dabei so an dem Strahlrohr befestigt, daß sie nach Vorhandensein eines Eingangssignals an der Ablenkeinrichtung den Strahl ablenkt. Eine Hülse ist mit einer Vielzahl von öffnungen ausgestattet, von denen eine einen Zufluß von unter Druck stehender Flüssigkeit aufnimmt. Eine Spule (spool) (Steuerschieber) ist verschiebbar im Innern der Hülse angeordnet und ist noch in der Hülse durch federnde Einrichtungen an entgegengesetzten Enden der Spule zentriert. Die Spule enthält auch noch eine Vielzahl von umkreisförmig verlaufenden vertieften Bereichen zwischen einer Vielzahl von umkreisförmigen Erhebungen. Dabei wird die Strömungsmittelverbindung selektiv zwischen bestimmten vertieften Bereichen durch Kanäle im Inneren der Spule hergestellt. Ein Paar von Empfängerkanälen

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slnd so angeordnet, daß sie einen gleichen Anteil der Flüssigkeit und einen gleichen Staudruck oder wiedergewonnenen Druck aus dem Strahlrohr erhalten, wenn sich dieses in der nicht abgelenkten Stellung befindet. Die Empfängerkanäle sind dabei mit entgegengesetzten Enden der Hülse verbunden. EbensO ist noch ein Servokolben oder Steuerschieber für den Hauptstrom vorgesehen, welcher verschiebbar in einer Bohrung angeordnet ist, bei der beide Seiten in Strömungsmittelverbindung mit Öffnungen in der Hülse stehen.

Ein Eingangssignal zu der Ablenkeinrichtung bewirkt eine Ablenkung des Strahlrohrs, so daß die Empfängerkanale ungleiche Anteile an Flüssigkeit erhalten und ein ungleicher Druck an gegenüberliegenden Enden der Spule erscheint und eine seitliche Verschiebung der Spule bewirkt. Während dieser Zeit wird ein Impuls der unter Druck stehenden Flüssigkeit zu einer Seite des Kolbens geleitet, die durch einen inneren Kanal der Spule kurzzeitig in Strömungsmittelverbindung mit der in die Hülse eintretenden verdichteten Flüssigkeit gebracht wird. Zur gleichen Zeit wird auch noch ein Impuls der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit durch einen weiteren inneren Kanal der Spule von der gegenüberliegenden Seite des Kolbens entnommen und im Endergebnis wird der Kolben um eine bestimmte Strecke im Innern der Bohrung verschoben.

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus- der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform im Zusammenhang mit den Abbildungen.

Figur 1 zeigt eine Schnittansieht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Servoventils mit Ausfallblockierung.

Figur 2 zeigt eine Schnittansieht eines Teils des Servoventils mit Ausfallblockierung nach Figur 1 in einer anderen Betriebsart.

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Figur 3 zeigt eine Schnittansicht eines Teils des Servoventils mit Ausfaliblockierung nach Figur 1 in einer weiteren Betriebsart.

Figur 4 zeigt eine Schnittansicht eines Teils des Servoventils mit Ausfallblockierung nach Figur 1 in einer weiteren Betriebsart.

Figur 5 zeigt eine Schnittansicht eines Teils des Servoventils mit Ausfallblockierung nach Figur 1 in einer weiteren Betriebsart.

Es folgt nachstehend eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform. Figur 1 zeigt ein Servoventil 10 mit Ausfallblockierung, das ein flexibles Strahlrohr 12 mit einer schwenkbaren Dichtung in einem Gehäuse 14 umfaßt. Das Strahlrohr 12 erhält eine unter Druck stehende Flüssigkeit, wozu jedes für Servozwecke geeignete fließfähige Mittel verwendet werden kann, zur Abgabe durch eine Düse 16 mit relativ geringem Querschnitt in eine Kammer 18. Die Kammer 18 besitzt einen Auslaß 20, der über eine Rückleitung 22 mit einem Vorratsbehälter für Flüssigkeit unter niedrigem Druck verbunden ist (dieser ist nicht gezeigt). Der Druckabfall an der Düse Ib des Strahlrohrs 12 bewirkt, daß ein Flüssigkeitsstrahl mit hoher Geschwindigkeit in die Kammer 18 austritt. Ein Paar von Empfängerkanälen 24, 26 (Steuerkanälen) (receiver channels) sind zur Aufnahme eines gleichen Anteils des Flüssigkeitsstrahls hoher Geschwindigkeit in dem Betriebszustand angeordnet, in dem sich das Strahlrohr 12 gemäß der Abbildung in seiner Mittelstellung oder Neutralstellung befindet. Die Empfängerkanäle 24, 26 sind mit den entgegengesetzten Enden einer Hülse 28 verbunden, in denen eine Spule 30 gleitend angeordnet ist. Es sind Einrichtungen zur Ablenkung des Strahlrohrs 12 vorgesehen, die hier als Drehmomentmotor 32 (Steuermotor) gezeigt sind, der auf elektrische Signale anspricht, die über Leitungen 36 zugeführt werden. Eine Armatur des Steuermotors 32 ist mit dem Strahlrohr 12 und der Schwenkdichtung 13 verbunden und übt ein Biegemoment auf dieselbe aus,

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wenn an den Leitungen 36 ein unterschiedlicher Strom (Differenzstrom) zugeführt wird. Das Strahlrohr 12 und die Schwenkdichtung 13 üben ein Widerstandsmoment aus, und hierdurch ist die Verstellung des Strahlrohrs direkt proportional dem Betrag der Stromdifferenz.

Die Spule 30 wird durch ein Paar gegenüberstehender Federn 38, in der Mittelstellung im Innern der Hülse 28 gehalten, wobei diese Federn mit einem Ende der Hülse 28 bzw. mit einem Stopfen 29 in Eingriff sind, der an dem anderen Ende der Hülse eingeschraubt ist. Die Spule 30 enthält eine Vielzahl von umkreisförmig verlaufenden vertieften Bereichen 41, 42, 43, 44, 45, 46 und 47 zwischen denen sich jeweils umkreisförmig verlaufende Erhebungen 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54 und 55 befinden. Zwischen den vertieften Bereichen 43, 44 und 45 wird eine Strömungsmittelverbindung durch einen Kanal 58 im Innern der Spule 30 hergestellt. In ähnlicher Weise wird eine Strömungsmittelverbindung zwischen den vertieften Bereichen 41 und 42 durch den Kanal 56 und zwischen den vertieften Bereichen 46 und 47 durch den Kanal 60 gebildet, wobei diese Kanäle ebenfalls im Innern der Spule 30 ausgebildet sind. Eine Einlaßleitüng 62 liefert Flüssigkeit unter Druck aus einer Quelle (nicht gezeigt), die in den Raum zwischen dem vertieften Bereich 44 und der Hülse 28 über eine Einlaßöffnung 64 eintritt. Anschließend tritt die verdichtete Flüssigkeit über den inneren Kanal 58 in die Räume zwischen den vertieften Bereichen 43, 45 und der Hülse 28. Die verdichtete Flüssigkeit tritt aus dem Raum zwischen dem vertieften Bereich 44 und der Hülse 28 über eine Auslaßöffnung 66 aus, die in Strömungsmittelverbindung mit einer Zuführungsleitung 68 zur Zulieferung der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit zum Strahlrohr 12 stent. Weiterhin sind zwei Auslaßöffnungen 70, 72 in der Hülse 28 vorgesehen, die in Strömungsmittelverbindung mit den Räumen zwischen den vertieften Bereichen 4l bzw. 47 und der Hülse 28 stehen und durch welche die unter niedrigem Druck stehende Flüssigkeit in einen nicht gezeigten Vorratsbehälter zurückgeführt wird. Es

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ist ersichtlich, daß die Rückleitung 22 mit der Auslaßöffnung über den Raum in Strömungsmittelverbindung steht, der zwischen dem vertieften Bereich 41 und der Hülse 28 gebildet ist«

Weiterhin ist noch ein Servokolben vorgesehen, der einen Kolben besitzt, der zur geradlinigen Bewegung im Innern einer Bohrung angeordnet ist, aus der eine Verbindungsstange 88 herausragt, die integral mit dem Kolben 84 verbunden ist. Die Kopfseite des Kolbens 84 erhält einen Einlaßstrom verdichteter Flüssigkeit von einer Einlaßöffnung 81, die über eine Verbindungsleitung 78 mit einer öffnung 76 in der Hülse 28 in Strömungsmittelverbindung steht. In ähnlicher Weise erhält die Kolbenstangenseite des Kolbens 84 einen Einlaßstrom verdichteter Flüssigkeit aus einer Einlaßöffnung 79, die über eine Verbindungsleitung 77 mit einer öffnung 74 in der Hülse 28 in Strömungsmittelverbindung ist. Es können O-Ringe (Rundschnurringe) 90 vorgesehen sein um zu gewährleisten, daß der Kolben 84 und auch die Kolbenstange 88 in abdichtendem Eingriff mit der Bohrung 86 sind.

Während des Betriebes und bei Mittelstellung des Strahlrohrs nach Figur 1 richtet dieses einen Strahl einer Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit auf beide Empfängerkanäle 24, 26,So daß die Drücke an den entgegengesetzten Enden der Spule 30 gleich groß sind. Der Abstand zwischen der Düse l6 und den Empfängerkanälen 24, 26 ist so bemessen, daß praktisch die gesamte kinetische Energie des Strahls in den Kanälen in Staudruck umgewandelt wird. Wenn die Empfängerkanäle 24, 26 gefüllt sind, dann strömt die überschüssige Flüssigkeit durch den Auslaß 20 zur Leitung 22, aus der die Flüssigkeit in einen nicht gezeigten Niederdruck-Vorratsbehälter abgegeben wird.

Wenn an dem Steuermotor 32 ein Differenzstrom zugeführt wird, dann wird das Strahlrohr 12 um eine Strecke abgelenkt, die direkt proportional dem Betrag der Stromdifferenz ist. Der Strahl hoher Geschwindigkeit aus dem Strahlrohr 12 trifft dann in einem stärkeren Maße auf einen der Empfängerkanäle zur Steigerung des Druckes

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an einem Ende der Spule 30 und zur Erzeugung einer Bewegung derselben. Es sei angenommen, daß eine eingangsseitige Stufe mit maximalem positivem Differenzstrom an dem Steuermotor zugeführt wird. Dann wird das Strahlrohr 12 in Richtung des Empfängerkanals 2o abgelenkt, welcher seinerseits den Druck auf einer Seite der Spule erhöht und bewirkt, daß sich die Spule 30 in der Richtung verschiebt, wie sie in den Figuren 2 und 3 gezeigt ist. Bevor die Spule 30 in Eingriff mit dem Ende der Hülse 28 gemäß Figur 3 kommt, wird entsprechend der Abbildung in Figur 2 eine kurzzeitige Ausrichtung vorhanden sein, wobei ein Impuls von Flüssigkeit mit hohem Druck über die öffnungen zur Kolbenstangenseite des Kolbens 84 von der Einlaßöffnung 64 geleitet wird, die zeitweilig durch den inneren Kanal i>8 in der Spule in Strömungsmittelverbindung mit der öffnung 7^ gebracht wird. .In ähnlicher Weise wird ein Impuls von Flüssigkeit mit hohem Druck von der Kopfseite des Kolbens 84 durch die öffnung 76 abgeführt, die kurzzeitig durch den inneren Spulenkanal 60 in Strömungsmittelverbindung mit der Auslaßöffnung 72 gebracht wird. Es ist ersichtlich, daß mit der Zuführung des positiven Nennstroms und dem Beginn der Verschiebung der Spule 30 infolge der Ablenkung des Strahlrohrs 12, diese Bewegung erst dann aufhört, wenn die Spule gemäß der Darstellung nach Figur 3 in Eingriff mit dem Ende der Hülse 28 kommt. Die Stellung nach Figur 2 zeigt daher nur eine momentane Zwischenstellung bei der Bewegung der Spule in Richtung des Endes der Hülse.

Wenn der am Steuermotor 32 zugeführte Differenzstrom wieder auf die Stromstärke 0 zurückgeführt wird, dann wird das Strahlrohr ebenfalls in die Mittelstellung zurückkehren, so daß die Drücke auf den gegenüberliegenden Enden der Spule 30 erneut ausgeglichen werden. Die Spule 30 wird daher durch das Zusammenwirken der Federn 38, 40 gemäß der Darstellung in Figur 1 in die Mittelstellung zurückgeführt und durchläuft dabei wiederum die Zwischenstellung gemäß der Abbildung in Figur 2. Ein zweiter Impuls von Flüssigkeit mit hohem Druck wird an dem Kolbenstangenende des Kolbens 84 von der Einlaßöffnung 64 zugeführt, die kurzzeitig

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durch den inneren Spulenkanal 58 in Strömungsmittelverbindung mit der öffnung 74 gebracht wird. In gleicher Weise wird ein zweiter Impuls von Hochdruckflüssigkeit von der Kopfseite des Kolbens 84 über die Öffnung 76 weggeführt, welche durch den inneren Spulenkanal 60 kurzzeitig in Strömungsmittelverbindung mit der Auslaßöffnung 72 gebracht wird. Es ist daher ersichtlich, daß eine eingangsseitige sprunghafte Zuführung des maximalen Differenz Stroms zum Steuermotor 32 die Verschiebung des Kolbens 84 um eine bestimmte Strecke bewirkt, welche durch die Geschwindigkeit der Spule, den Querschnitt der Öffnungen und die Druckdifferenz der Flüssigkeit bestimmt ist. Wenn man in anderen Worten als elektrisches Eingangssignal zum Steuermotor 32 eine Folge von Rechteckwellen des Stroms von Null zum maximalen Nenn-Strom und zurück auf Null zuführt, dann wird sich der Kolben 84 In kleinen Schritten in einer Richtung bewegen.

Die Richtung der Bewegung des Kolbens 84 des Servoventlls kann dadurch umgekehrt werden, daß dem Steuermotor 32 die negative maximale Nenn-Stromdifferenz zugeführt wird. Eine negative Stromdifferenz bewirkt eine Ablenkung des Strahlrohrs 12 in Richtung des Empfängerkanals 24 und damit die Erhöhung des Drucks der Flüssigkeit auf einer Seite der Spule 30 zur Verschiebung der Spule in den Richtungen gemäß der Abbildung in den Figuren 4 und 5. Die Figur 4 zeigt die momentane Zwischenlage zwischen der Spule 30 und der Hülse 28, welche das Eintreten eines Impulses der Flüssigkeit mit hohem Druck auf der Kopfseite des Kolbens 84 von der Einlaßöffnung 64 gestattet, die durch den verbindenden Spulenkanal 58 kurzzeitig in Strömungsmittelverbindung mit der Öffnung 76 gebracht wird. In gleicher Weise wird ein Impuls der Flüssigkeit mit hohem Druck von der Kolbenstangenseite des . KolDens 84 über die Öffnung 74 abgeführt, welche durch den inneren Spulenkanal 56 kurzzeitig in Strömungsmittelverbindung mit der Auslaßöffnung 70 gebracht wird.

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Wenn der eingangsseitige Differenzstrom zum Steuermotor auf Null zurückgeführt wird, dann kehrt das Strahlrohr 12 wieder in die Mittelstellung nach Figur 1 zurück und hierdurch wird der Druck auf beiden Seiten der Spule 30 ausgeglichen. Die Federn 38 und bewirken dann eine Rückführung der Spule 30 in die Mittelstellung nach der Figur 1, wobei ein zweiter Impuls der Flüssigkeit mit nohem Druck an der Kopfseite des Kolbens 84 zugeführt und ein entsprechender Impuls an der Kolbenstangenseite des Kolbens 84 abgeführt wird, wenn die Spule kurzzeitig in Ausrichtung mit der Hülse 28 nach Figur 4 ist. Es ist daher ersichtlich, daß sich der Servokolben 80 zu einer nach außen gerichteten Bewegung der Kolbenstange um eine bestimmte Strecke bewegen wird, wenn die Stromdifferenz in Stufen von Null zur maximalen negativen Nenn-Stromdifferenz und dann zurück auf Null verläuft und daß diese bestimmte Strecke durch die Geschwindigkeit der Spule, die Querschnitte der Öffnungen und die Druckdifferenz der Flüssigkeit bestimmt wird. Es ist weiterhin ersichtlich, daß bei Zuführung eines Eingangssignals zum Steuermotor in Form einer Folge von Rechteckstromwellen mit einem Verlauf von Null zum maximalen positiven Nenn-Strom und zurück auf Null oder mit einem Verlauf von Null zum maximalen negativen Nenn-Strom und zurück auf Null sich der Servokolben in einer der beiden Richtungen in einer Abfolge von kleinen diskreten Schritten bewegen wird.

Wie bereits zuvor erörtert, besitzen Servoventile dieses Typs breite Anwendung für die Brennstoffsteuerung von Gasturbinentriebwerken und können dort als Verbindungsglied zwischen einer digitalen elektrischen Steuerung und einem Zuflußventil oder einer mechanischen Betätigungseinrichtung wirken. Beispielsweise kann in einem Brennstoff-Steuerungssystem für ein Gasturbinentriebwerk der eingangsseitige Strom zum Steuermotor 32 ein elektrisches Signal sein, das durch eine Steuereinheit erzeugt wird, die einen Soll-Wert der Drehzahl des Triebwerkes mit einem Ist-Wert der Drehzahl vergleicht. Der Kolben 84 kann über die Kolbenstange 88 mit einem Steuerventil für die Brennstoffbemessung

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(fuel metering control valve) verbunden sein (dieses ist nicht gezeigt). Daher kann der Brennstoffzufluß zum Gasturbinentriebwerk in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal von der Steuerung so verändert werden, daß der Soll-Wert der Drehzahl des Triebwerkes aufrechterhalten bleibt. Ein solches Steuersystem ergibt eine in hohem Maße stabile und genaue Steuerung der Drehzahl des Triebwerkes.

Das Servoventil gemäß der Erfindung besitzt noch eine Ausfallblockierung. Wenn aus irgendeinem Grunde der am Steuermotor 32 zugeführte Differenzstrom nicht auf den Wert.Null zurückgeht, dann bleibt die Spule 30 auf einer Endlage im Innern der Hülse und der Kolben 84 verbleibt in seiner Lage infolge der Ausrichtung der Erhebungen auf der Spule, welche den Zufluß von Flüssigkeit aus den Öffnungen 74, 76 sperren. Man erkennt weiterhin, daß der Kolben 84 in seiner Lage verriegelt bleibt, unabhängig von der Polarität der Stromdifferenz zum Zeitpunkt des Ausfalls. Weiterhin wird die Spule durch das Zusammenwirken der Federn 38 und 40 in ihre Mittelstellung nach Figur 1 zurückgeführt, wenn ein Druckverlust der Flüssigkeit infolge eines Bruches der Leitungen erfolgt. Daher führt ein Ausfall in dem elektrischen oder hydraulischen System nicht zu unvorhergesehenen Bewegungen des Steuerkolbens.

Wenn der eingangsseitige Differenzstrom zum Steuermotor 32 zu schnell umgeschaltet wird und die Sehaltfrequenz größer ist als die Frequenzansprechzeit des Servoventils, dann arbeitet das Servoventil in folgender Weise als analoge Einrichtung. Wenn der eingangsseitige Differenzstrom zwischen Null und dem maximalen Endwert schnell mit einer Frequenz wechselt, welche die Frequenz des Servoventils übersteigt, dann wird die Spule 30 die Stellung nach Figur 2 einnehmen und einen maximalen kontinuierlichen Flüssigkeitszustrom zu der Kolbenstangenseite des Kolbens 84 und einen maximalen kontinuierlichen Flüssigkeitsabstrom von der Kopfseite des Kolbens 84 gestatten. Der Kolben 84 wird sich

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daher mit maximaler kontinuierlicher Geschwindigkeit bewegen, wie sie durch die Abmessung der Öffnungen und die Druckdifferenz in der Flüssigkeit bestimmt ist. Wenn die Amplitude der Stromdifferenz kleiner ist als das Maximum des Nennwertes, dann wird das Strahlrohr 12 nicht maximal abgelenkt und die Druckdifferenz auf die Spule 30 wird nicht ausreichend sein zu einer vollen Einstellung nach Figur 2, wie sie für einen maximalen Flüssigkeitsstrom erforderlich ist. Daher wird der Flüssigkeitsstrom zu dem Kolben 80 des Servoventils vermindert, und es wird eine entsprechende Änderung der Geschwindigkeit des Kolbens 84 bewirkt, die eine analoge Entsprechung der Amplitude der Stromdifferenz darstellt, die während jeder Periode zugeführt wird. Wenn der Nennwert des Differenzstroms während eines Zeitraums von weniger als der Hälfte jeder Periode zugeführt wird, dann wird hierdurch der Zeitraum der Zuführung des Nennwertes des Differenzstroms zum Steuermotor vermindert, und es erfolgt eine entsprechende Verminderung der Druckdifferenz über der Spule 30 und daher erreicht auch hier die Spule nicht die Lage gemäß der vollen Ausrichtung nach Figur 2. Daher wird der Zufluß von Flüssigkeit zum Kolben 80 vermindert und bedingt eine entsprechende Verminderung der Geschwindigkeit des Kolbens 84 und damit eine analoge Ausgangsgröße entsprechend dem verringerten Zeitraum der Zuführung des Differenzstroms zum Steuermotor.

Man wird erkennen, daß der Differenzstrom auch auf negative Polarität mit einer Frequenz oberhalb der Ansprechfrequenz des Servoventils 10 durchgeschaltet werden kann. Wenn in diesem Falle der maximale Nennstrom während eines maximalen Zeitraums von höchstens der Hälfte jeder Periode zugeführt wird, dann wird eine volle Lageausrichtung der Spule 30 nach Figur 4 eintreten. Diese Stellung gestattet einen maximalen kontinuierlichen Zufluß von Flüssigkeit zur Kopfseite des Kolbens 84 und einen maximalen Abfluß der Flüssigkeit von der Kolbenstangenseite des Kolbens 84. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Kolbenstange 88 aus dem Servozylinder 80 heraus bewegt, ist daher eine analoge Darstellung entweder der Amplitude des am Steuermotor zugeführten Differenz-

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Stroms oder des tatsächlichen Zeitraums der Zuführungs des Differenz Stroms. Man wird erkennen, daß das Servoventil nur als analoge Einrichtung betrieben werden kann, wenn der eingangsseitige Differenzstrom zum Steuermotor mit einer Frequenz umgeschaltet wird, die größer ist als die Ansprechfrequenz des Servoventils. Im anderen Falle arbeitet das Servoventil als digitale Stufeneinrichtung gemäß der zuvor gegebenen Beschreibung.

Daher ist der ausgangsseitige Flüssigkeitsstrom vom Servoventil zum Servokolben proportional entweder der Amplitude des Hochfrequenzstrom-Signals oder der Zeitdauer der Zuführung des Stroms während jeder Periode. Das Servoventil besitzt daher eine Multiplikationsfähigkeit. Beispielsweise kann eine Variable, beispielsweise der Servodruck, zur Veränderung des tatsächlichen Zeitraums verwendet werden, in dem der Strom während jeder Periode zugeführt wird, und ein Geschwindigkeits-Regelabweichurigssignal kann benutzt werden, um die Stromamplitude während Jeder Periode zu verändern. Die Fähigkeit zur gleichzeitigen Änderung zweier Eingangssignale zum Servoventil gestattet die Verwendung des einen Signals zur Änderung des Verstärkungs grades des S.ervoventils für verschiedene Betriebsarten des Systems.

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Claims

- 14 Ansprüche

1.) Servoventil, gekennzeichnet durch:

eine Ablenkeinrichtung (32), ein Strahlrohr (12) zum Ausstoß eines Strahls einer unter Druck stehenden Flüssigkeit, wobei die Ablenkeinrichtung (32) so an dem Strahlrohr (12) befestigt ist, daß das Strahlrohr bei Eintreffen eines Eingangssignals an der Ablenkeinrichtung ablenkbar ist, eine Hülse (28) mit einer Vielzahl von Öffnungen, von denen eine einen Zustrom von verdichteter Flüssigkeit aufnimmt, eine Spule (30), die verschiebbar in der Hülse (28) angeordnet ist, wobei die Spule (30) in der Hülse durch federnde Einrichtungen (38) und (40) an entgegengesetzten Enden derselben zentriert ist und eine Vielzahl von umkreisförmig verlaufenden vertieften Bereichen (41 bis '17) mit einer Vielzahl dazwischenliegender umkreisförmigar Erhebungen (48 bis 55) besitzt und zwischen bestimmten vertieften Bereichen eine Strömungsmittel-Verbindung selektiv durch innere Kanäle (56, 58 und 60) der Spule (30) gebildet ist, ein Paar von Empfängerkanälen (24, 26), die zur Aufnahme einer gleichen Menge von Flüssigkeit aus dem Strahlrohr (12) in der nicht abgelenkten Stellung desselben angeordnet sind, wobei die Empfängerkanäle (24, 26) mit entgegengesetzten Enden der Hülse (28) verbunden sind, eine Servokolben-Anordnung (80) mit einem Kolben (84), der verschiebbar in einer Bohrung (86) angeordnet ist, wobei beide Seiten des Kolbens über Leitungen (79, 77, 8l und 78) mit entsprechenden Öffnungen (7¹* und 76) in der Hülse (28) in Strömungsmittelverbindung sind und die Ablenkeinrichtung (32) durch ein über Leitungen (36) zugeführtes Steuersignal zu einer solchen Ablenkung des Strahlrohrs (12) so betätigbar ist, daß die Empfängerkanäle (24 und 26) ungleiche Flüssigkeitsmengen erhalten und ein ungleicher Druck auf entgegengesetzten Enden der Spule einstellbar ist, wobei während dieser Zeitdauer ein Impuls verdichteter Flüssigkeit zu einer Seite des Kolbens (84) zuführbar ist, der kurzzeitig mit der in die

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Hülse (28) eintretenden verdichteten Flüssigkeit über einen inneren Spulenkanal in Strömungsmittelverbindung ist, wobei gleichzeitig ein Impuls von Flüssigkeit rait hohem Druck von der entgegengesetzten Seite des Kolbens (84) durch einen weiteren inneren Spulenkanal abführbar ist und der Kolben (8*1) um eine bestimmte Strecke im Innern der Bohrung (60) verschiebbar ist.

2. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Spule (30) einen ersten mittleren vertieften Bereich (44) zur Aufnahme des Einlaßstroms der verdichteten Flüssigkeit besitzt und zweite und dritte vertiefte Bereiche (43 und 45) besitzt, die jeweils einem gegenüberliegenden Ende des mittleren vertieften Bereichs (44) benachbart sind und von diesem durch erste und zweite entsprechende Erhebungen (51 und 52) getrennt sind, wobei der zweite und dritte vertiefte Bereich (43 und 45) mit dem mittleren vertieften Bereich (44) über einen ersten inneren Spulenkanal (58) in Strömungsmittelverbindung sind, und

vertiegte ., . .

vierte und fünfte/ Bereiche (41 und 42) benachbart zum zweiten vertieften Bereich (43) und von diesem durch eine dritte Erhebung (50) getrennt sind, wobei sich zwischen dem vierten und fünften vertieften Bereich (41 und 42) eine vierte Erhebung (49) befindet und eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem vierten und fünften vertieften Bereich (41 und 42) durch einen zweiten inneren Spulenkanal (56) vorhanden ist, sechste und siebte vertiefte Bereiche (46 und 47) benachbart zum dritten vertieften Bereich (45) und von diesem durch eine fünfte Erhebung (53) beabstandet vorgesehen sind, wobei noch eine sechste Erhebung (54) zwischen dem sechsten und. siebten vertieften Bereich (46 und 47) angeordnet ist und eine Strömungsmittelverbindung zwischen dem sechsten und siebten vertieften Bereich (46 und 47) durch einen dritten inneren Spulenkanal (60) gebildet ist.

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3. Servoventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Hülse (28) eine erste öffnung (64) in Strömungsmittelverbindung mit dem Raum zwischen dem mittleren vertieften Bereich (4¹I) und der Hülse (28) zur Aufnahme des Zustroms von verdichteter Flüssigkeit besitzt, eine zweite öffnung (74) axial von der ersten öffnung (64) beabstandet und in Strömungsmittelverbindung mit einer Seite der Servokolbenanordnung (80) vorhanden ist, wobei durch die Verschiebung der Spule (30) in Richtung auf ein Ende der Hülse (28) und zurück eine kurzzeitige Strömungsmittelverbindung zwischen der zweiten öffnung (74) und dem Raum zwischen dem zweiten vertieften Bereich (43) und der Hülse (28) einstellbar ist und eine kurzzeitige Strömungsmittelverbindung zwischen der zweiten öffnung (74) und dem Raum zwischen dem fünften vertieften Bereich (42) und der Hülse (28) durch eine Verschiebung der Spule (30) in entgegengesetzter Richtung auf das andere Ende der Hülse (28) und zurück einstellbar ist, eine dritte öffnung (76) axial von der ersten und zweiten öffnung (64, 74) beabstandet und in Strömungsmittelverbindung mit der anderen Seite der Servokolben-Anordnung (80) ist und durch die Verschiebung der Spule (30) in Richtung des einen Endes der Hülse (28) und zurück eine kurzzeitige Strömungsmittelverbindung zwischen der dritten öffnung (76) und dem Raum zwischen dem dritten vertieften Bereich (45) und der Hülse (28) einstellbar ist und eine kurzzeitige Strömungsmittelverbindung zwischen der dritten öffnung (76) und dem Raum zwischen dem sechsten vertieften Bereich und der Hülse (23) durch eine Verschiebung der Spule (30) in der entgegengesetzten Richtung auf das andere Ende der Hülse (28) und zurück einstellbar ist, eine vierte Auslaßöf'fnung (JO) von der ersten, zweiten und dritten öffnung (64, 74, 76) axial beabstandet iet und in Strömungsmittelverbindung mit dem Raum zwischen dem vierten vertieften Bereich (41) und der Hülse (28) ist und eine fünfte AusIaAOffnung (72) axial von der ersten, zweiten, dritten und vierten öffnung (64, 74, 76, 70) beabstandet und in Strömungsmittelverbindüng mit dem

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Raum zwischen dem siebten vertieften Bereich (47) und der Hülse (28) steht.

Servoventil nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet , daß die federnden Einrichtungen Federn (38, 40) sind, die an gegenüberliegenden Enden der Spule (30) angeordnet sind und die Ablenkeinrichtung ein Steuermotor (32) ist, wobei dessen Armatur (34) so an dem Strahlrohr (12) befestigt ist, daß bei Zuführung einer Stromdifferenz zum Steuermotor ein Biegeraoment auf das Strahlrohr ausübbar ist.

Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Signal zur Ablenkeinrichtung (32) mit einer Frequenz oberhalb der Ansprechfrequenz der Servoventileinrichtung (80) zuführbär ist, so daß die Spule eine Lage im Innern der Hülse (28) außerhalb der Mittellage ohne Berührung der Spule mit einem der Hülsenenden besitzt, wodurch ein kontinuierlicher Flüssigkeitszustrom zu einer Seite des Kolbens des Servoventils zuführbar ist und ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom von der anderen Seite des Servoventilkolbens abführbar ist und der Kolben kontinuierlich verschiebbar ist, wobei diese Verschiebungsbewegung eine analoge Darstellung der Amplitude des an der Ablenkeinrichtung zugeführten Signals multipliziert mit der Zeitdauer der Zuführung des Signals darstellt.

Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Strahlrohr (12) durch Rückführung des Eingangssignals zur Ablenkeinrichtung (32) auf den Wert Null auf die Mittelstellung rückführbar ist, in welcher die Empfangerkanäle (24, 26) erneut gleiche Flüssigkeitsmengen erhalten mit einem Druckausgleich an entgegengesetzten Enden der Spule (30) und einer Rückführung der Spule durch die federnden Einrichtungen (38, 40) zur Mittelstellung im Innern der Hülse (28), wobei während dieses Zeitraums ein

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zweiter Impuls verdichteter Flüssigkeit zur gleichen Seite des Servokolbens (84) wie zuvor zuführbar ist, wobei diese Seite erneut kurzzeitig in Strömungsmittelverbindung mit der verdichteten, in die Hülse (28) eintretenden Flüssigkeit über einen inneren Spulenkanal (56) steht und gleichzeitig ein Impuls von Flüssigkeit hohen Drucks erneut von der entgegengesetzten Seite des Kolbens (84) durch einen weiteren inneren Spulenkanal (60) abführbar ist und hierdurch der Kolben um eine zweite bestimmte Strecke im Innern der Bohrung (86) verschiebbar ist.

Servoventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet _f daß es eine Ausfall-Blockierung in dem Falle besitzt, daft das Signal zur Ablenkeinrichtung (32) auf der vollen Ablenkstellung bleibt und die Spule (30) sich auf einer Endstellung im Innern der Hülse (28) befindet, wobei der Servokolben (84) in seiner Stellung infolge der Ausrichtung der Spulenerhebungen (51» 54, 49, 52) und des Flüssigkeitsstroms zum Servokolben (80) bei Endlage der Spule verriegelt 1st.

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