DE2908179C2

DE2908179C2 - Nocken-Steuervorrichtung für ein bewegbares Element

Info

Publication number: DE2908179C2
Application number: DE2908179A
Authority: DE
Inventors: Gerard Charles Henri Montgeron Dehan; Jean-Pierre Saint Maur Maulat
Original assignee: Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1978-03-03
Filing date: 1979-03-02
Publication date: 1985-12-05
Also published as: FR2418892B1; GB2017220A; GB2017220B; FR2418892A1; DE2908179A1; US4286473A

Description

Die Erfindung betrifft eine Nocken-Steuervorrichtung für ein bewegbares Element gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer solchen Steuervorrichtung soll im Fall einer Panne oder Störung, die die Bewegungsfreiheit der Nocke nicht beeinträchtigt letztere in eine vorbestimmte exakte und stabile Position zurückgestellt werden. Zu solchen Störungen gehören z. B. ein Bruch des Verbin dungselementes zwischen dem Motor und der Nocke oder im Fall eines Elektromotors eine Unterbrechung des Stromflusses oder im Fall eines fluidbetätigten Kolben-Zylinder-Aggregats als Motor eine undichte Stelle an diesem Aggregat bzw. in dessen Versorgungskreis.

Bei einer bekannten Steuervorrichtung der eingangs genannten Art gemäß der DE-OS 24 55 317 liegt auf der Nocke ein Anschlagglied an, jedoch dient dieses dazu, eine Bewegung zu verhindern, und nicht dazu, ein Gegenmoment bezüglich dem der die Nocke tragenden Welle zu erreichen. Die Anschlagstellung wird nur erreicht wenn gleichzeitig mittels einer Stange der Anschlag entriegelt und mitteis einer Steuerung und eines Gestänges eine Bewegung des Anschlags in Richtung zur Anlage an der Nocke freigegeben ist. Diese beiden Maßnahmen wirken komplementär zusammen, vermögen jedoch nicht im Fall einer Panne oder dergleichen eine Verstellung der Nocke in eine vorgegebene Lage zu bewirken. Auch die Steuervorrichtung gemäß der US-PS 38 18 771 vermag nicht eine solche Verstellung der Nokke zu bewirken. Vielmehr wird hier eine Stange mittels einer auf einer Welle frei bewegbaren Nocke gesteuert Die Nocke unterliegt einem von einer Anlagerolle an der Stange bei deren Anlage an der Nocke ausgeübten Moment und einem Gegenmoment das von Anschlägen ausgeübt wird, die mit einem Verstellglied auf der Welle verbunden sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß im Falle einer Panne oder dergleichen sicher in eine vorgegebene exakte und stabile Position zurückgestellt werden kann. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merk-

male des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.

Die Erfindung ist insbesondere auf nockengesteuerte Regler zum Oberwachen der Funktion «ines Bauelementes einer Maschine oder eines Motors anwendbar. Vor allem ist die Funktionssteuerung eines Reglers zum Dosieren des Kraftstoffbedarfs für eine Reaktorbrennkammer vorteilhaft mittels der Erfindung durchführbar, da im Falle »iner Panne der Antriebseinrichtung für die Nocke des Reglers die Betriebsbedingungen der Brennkammer auf einem Sicherheits- oder Hilfshetriebspunkt gehalten werden können, bei dem jede katastrophale Folge ausgeschlossen ist

Als Verstellmotor der Nocke kann sowohl ein Elektromotor als auch ein fluidbetätigtes Kolben-Zylinder-Aggregat verwendet werden, wobei im ersteren Fall eine Unterbrechung der Stromversorgung und im letzteren Fall die Folgen eines Fluidlecks zumindest abgeschwächt werden. Als Rückstelleinrichtungen für die Nocke und das Anschlagelement sind verschiedene Möglichkeiten offen. Beispielsweise können Federn oder fluidbetätigte Kolben-Zylinder-Aggregate verwendet werden. Wesentlich ist, daß die Bedingungen bezüglich der Relativwerte der Belastungen und der Widerstände gemäß dem Anspruch 1 eingehalten sind. Wenn das Profil der Nocke so gewählt wird, daß durch Einwirkung des Berührungselements die Nocke in Richtung auf die Anschlagposition verstellt wird, kann die Rückstelleinrichtung der Nocke lediglich aus der Einrichtung zum Andrücken des Berührungselements gegen das Betätigungsprofil der Nocke bestehen.

Bei der Erfindung wird die Rückstellposition durch eine Diskontinuität der auf die Nocke einwirkenden Belastungen bestimmt, und zwar tritt diese Diskontinuität auf, wenn die Nocke und das Anschlagelement miteinander in Berührung treten, woraus nicht nur eine absolut stabile Rückstellposition, sondern auch eine äußerst einfache und leichte Verstellbarkeit der Rückstellposition resultiert. Ein Einstellmechanismus für die Arretierung des Anschlagelements kann sehr einfach ausgebildet sein.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer drehbaren Nocke;

F i g. 2 ein Diagramm für die Funktionsweise der Vorrichtung nach F i g. 1;

F i g. 3 einen Axialschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer drehbaren Nocke;

F i g. 4 einen Schnitt durch diese Vorrichtung entsprechend den Halbebenen 1-1 und2-2 in Fig.3.

Anfänglich sei auf F i g. 1 Bezug genommen. Eine Nocke 10 wird bei normaler Betriebsweise von einer Welle 11 eines Motors 12 angetrieben. Ferner ist ein Anschlagelement in Form einer Scheibe 14 frei drehbar auf der Welle 11 angeordnet und mit einem Finger 15 versehen, an welchem eine Flanke 13 der Nocke 10 zur Anlage kommt, wenn die Nocke in die Anschlagposition gelangt. Das von der Nocke 10 zu steuernde Element ist nicht dargestellt. Die Steuerung erfolgt unter Zwischenschaltung einer Rolle 17, die von einer Druckfeder 18 gegen ein Betätigungsprofil 19 der Nocke 10 gedrückt wird. Als Rückstelleinrichtung des Anschlagelements dient eine Zahnstange 21. die mit einem Kolben 22 eines eine Feder 23 aufweisenden Zylinders 20 fest verbunden ist.

Die Zahnstange 21 greift in eine Verzahnung 16 ein, die auf einem Umfangsabschnitt der Scheibe 14 angeordnet ist Am Ende seiner Bewegung wird der Kolben 22 von einem Ring 24 gestoppt, der in das Ende 25 des Zylinders 20 eingeschraubt ist Die Anschlagposition wird dadurch reguliert, daß man den Ring 24 verdreht.

Die Anpreßkraft der Rolle 17 setzt sich in ein Drehmoment Cl um, welches aufgrund der Neigung des Betätigungsprofils 19 der Necke 10 die Tendenz besitzt, letztere gegen den Finger 15 zu drücken. Wenn der Kolben 22 nicht die Endstellung seines Bewegungsweges einnimmt, übt die Feder 23 unter Zwischenschaltung der Zahnstange 21 ein entgegengerichtetes Drehmoment C2 auf die Scheibe 14 aus.

Das Motordrehmoment ist größer als Cl zuzüglich der Reibungsverluste (sofern der Kolben 22 seine Anschlagposition einnimmt) bzw. größer als die algebraische Summe aus Cl und C2 zuzüglich der Reibungsverluste (sofern der Kolben 22 nicht in seiner Anschlagposition steht). Aufgrund dieser Tatsache treibt das Motordrehmoment die Nocke über deren gesamtem Bewegungsweg an.

Fig. 2 ist ein Diagramm für die Wirkung der Drehmomente C1 und C 2 im Falle einer Störung des Motors 12, wobei die Welle 11 keiner weiteren Einwirkung mehr unterliegt. Auf der Abszisse sind die Werte für den Winkel A aufgetragen, der von der Flanke 13 gebildet wird, und zwar ausgehend von deren Ursprungsposition, welche dem maximalen Abstand dieser Flanke vom Finger 15 entspricht, wobei letzterer die Anschlagposition einnimmt Das Drehmoment C 1 wird als positiv angenommen. Die gestrichelte Zone gibt den Bereich der aus den Reibkräften resultierenden Drehmomente für die eine und die andere Drehrichtung wieder. Mit A 1 ist der Minimalwert des Winkels A bezeichnet, anders ausgedrückt der Wert 0, wenn hier der Ausgangspunkt definiert ist. Mit A 2 ist der Maximalwert des Winkels bezeichnet, und mit A 3 derjenige Wen, von dem aus die Flanke 13 in Berührung mit dem Finger 15 gelangt und diesen zurückdrückt, solange der Motor 12 funktioniert.

Die Druckkraft der Feder 18 wird so bestimmt, daß das Drehmoment Cl größer als die Reibmomente ist. Die Druckkraft der Feder 23 wird so bestimmt, daß als Absolutwert die algebraische Summe Cl + C2 ebenfalls größer als das Reibmoment ist.

Für das Versagen des Motors sind zwei Fälle zu betrachten. Wenn der Wert des Winkels A im Moment des Versagens zwischen A 1 und A 3 liegt, so drückt die Wirkung der Rolle 17 (Drehmoment CI) die Nocke 10 gegen den Finger 15. Die Nocke kann den Finger nicht zurückdrücken, da hier das Drehmoment C 2 entgegenwirkt. Wenn hingegen der Wert des Winkels A zwischen den Punkten A 2 und A 3 liegt, so wirkt der Kolben 22 über die Zahnstange 21 auf die Scheibe 14 ein. Der Finger 15 drückt die Nocke 10 so weit zurück, bis der Ring 24 den Kolben 22 anhält. Wie auch immer die Stellung der Nocke 10 im Augenblick der Störung ist, wirkt also die Vorrichtung nach F i g. 1 auf die Nocke ein, um letztere in die Anschlagposition zu führen, wobei diese Position bestimmt wird durch die Einregulierungdes Ringes 24.

Cj sei noch auf folgendes hingewiesen. Wenn man

b5 befürchtet, daß der Wert des Drehmoments Cl allein nicht ausreicht, die Nocke 10 gegen den Finger 15 zu drücken, beispielsweise weil die Betriebsbedingungen der Vorrichtung sehr hohe Reibkräfte mit sich bringen.

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so genügt es, durch ein nicht dargestelltes und dem Zylinder 20 ähnliches Kolben-Zylinder-Aggregat auf die Nocke ein Drehmoment C3 einwirken zu lassen, das dem Drehmoment C2 entgegengerichtet ist. Die einzige Voraussetzung besteht darin, daß die algebraische Summe der Drehmomente CX + C2 + C3 größer als die zu überwindenden Reibbelastungen ist.

Im folgenden sei auf die F i g. 3 und 4 Bezug genommen, die eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung mit einer drehbaren Nocke zeigen. Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich wegen seiner geringen Größe für die Steuerung eines Reglers und insbesondere eines Reglers zum Dosieren des Kraftstoffs für eine Brennkammer einer Strahlturbine.

Der Motor 12 der Nocke 10 wird von einem Rahmen 30 getragen, wie er zwar in F i g. 3, nicht jedoch in F i g. 4 dargestellt ist. Die Nocke 10 sitzt auf der Welle 11, welche mit drm Motor 12 in Verbindung steht. Die Andrückfeder für die Rolle 17, die an das zu steuernde Element angeschlossen ist, wird nicht dargestellt. Die Anpreßkraft F der Rolle bewirkt, wie im vorausgegangenen Beispiel, ein Rückstell-Drehmoment Cl, das an der Nocke angreift. Die Nocke tritt jedoch, im Gegensatz zum vorausgehenden Ausführungsbeispiel nicht direkt in Berührung mit dem Anschlagelement. Diese Berührungsfunktion wird einem Zeiger 31 übertragen, eier mit der Welle 11 fest verbunden ist.

Das Anschlagelement besteht aus einer kreisförmigen Scheibe 32, die unter Zwischenschaltung eines Wälzlagers 33 frei drehbar auf der Welle 11 angeordnet ist und einen Finger 34 trägt, gegen den der Zeiger 31 drückt. Die Rückstelleinrichtung der Scheibe 32 umfaßt folgende Bauteile: Eine im Rahmen 30 angeordnete Hülse 40, die an ihrem einen Ende von der Scheibe 32 abgeschlossen wird, wobei letztere mit geringer Reibung derart in die Hülse eingreift daß eine Relativdrehung zwischen Hülse und Scheibe möglich ist; eine Scheibe 41, die das andere Ende der Hülse abschließt und in die Hülse eingepreßt ist; ein Wälzlager 42, das auf der Seite der Scheibe 41 die Halterung der Welle 11 im Rahmen 30 bildet; und eine schraubengangförmige Torsionsfeder 43, die sich an der Scheibe 41 abstützt, um auf die Scheibe 32 das Drehmoment C 2 aufzubringen, welches den Finger 34 in Richtung auf den Zeiger 31 verspannt

Die Anschlagposition wird definiert von einer Aussparung 44 in demjenigen Ende der Hülse 40, welches die Scheibe 32 umgibt Ein mit der Scheibe 32 fest verbundener Zeiger 36 greift in die Aussparung 44 ein und gelangt unter der Wirkung des Drehmoments C 2 an einem Rand 45 der Aussparung zur Anlage, solange nicht der Zeiger 31 bei Normalbetrieb unter der Einwirkung der Welle 11 und des Motors 12 den Finger 34 zurückdrückt

Die Regulierung der Anschlagposition schließlich erfolgt mittels einer Einrichtung, die unter manueller Steuerung eine irreversible Drehung der Hülse 40 innerhalb des Rahmens 30 bewirkt Die Hülse 40 ist fliegend gelagert durch die Scheibe 41, weiche mit einem Bauteil 35 fest verbunden ist Letzteres stützt sich seinerseits am Rahmen 30 ab, kann sich dabei jedoch gegenüber dem Rahmen frei drehen. Der Drehantrieb kann beispielsweise von einer Schnecke 37 gebildet werden, die mit dem Rahmen 30 verbunden ist und in eine Verzahnung eingreift welche auf einem Umfangssektor der Hülse 40 vorgesehen ist

Die grundlegenden Ausführungen zu F i g. 2 und im Zusammenhang mit dem Betrieb der Vorrichtung nach F i g. 1 sind auch auf die Vorrichtungen nach den F i g. 3 und 4 anwendbar. Sie sollen daher nicht wiederholt werden.

Zusammenfassend wird so eine Vorrichtung zur Steuerung der Stellung eines Bauteils mittels einer Nokke geschaffen, die von einem Motor angetrieben wird, um ein mit diesem Bauteil verbundenes Berührungselement zu betätigen. Die Vorrichtung weist Mittel auf, um die Nocke in eine vorbestimmte Position zurückzustellen, sofern der Motor versagt.

Diese Mittel umfassen einen bewegbaren Nockenanschlag, eine Einrichtung zum Zurückstellen der Nocke in Richtung auf den bewegbaren Anschlag, eine Einrichtung zum Zurückstellen des bewegbaren Anschlags in Richtung auf die Nocke und eine Einrichtung zum Stillsetzen des Anschlags.

Die Vorrichtung dient beispielsveise zur Steuerung des Reglers für eine Zumessung des Kraftstoffbedarfs, insbesondere für eine Brennkammer eines Reaktors.

45 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Nocken-Steuervorrichtung für ein hewegbares Element, mit einer Nocke,

einem Motor, der die Verstellung der Nocke steuert einem Berührungselement, das mit dem zu steuernden Element in Verbindung steht, einer Einrichtung zum Andrücken des Berührungselements an das Betätigungsprofil der Nocke, einem bewegbaren Anschlagelement, einer Einrichtung zum Rückstellen des Anschlagelements gegen die Nocke,

eine Einrichtung zum Festhalten des Anschlagelements bei dessen Rückstellbewegung gegen die Nocke zum Bestimmen der Anschlagpositioa d a -durch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (18) zum Zurücksteilen der Nocke (10) gegen das Anschlagelement (14; 32) vorgesehen ist, die den Nocken in Abhängigkeit vom Widerstand des Anschlagelements und von Reibungskräften so rückstellt, daß der Widerstand, der von der Rückstelleinrichtung (23; 43) des Anschlagelements und von den Reibungskräften dem von der Nocke auf das Anschlagelement ausgeübten Druck entgegenwirkt, merklich kleiner ist als die Resultierende der Belastungen, die vom Nocken-Verstellmotor (12), von der Rückstelleinrichtung der Nocke und vom Berührungselement (17) auf die Nocke übertragen wird, und daß der Widerstand der von der Rückstelleinrichtung der Nocke vom Berührungselement und von den Reibungskräften dem vom Anschlagelement auf die Nocke ausgeübten Druck entgegenwirkt, merklich kleiner ist a!s die Belastung, die von der Rückstelleinrichtung des Anschlagelements auf letzteres ausgeübt wird,

derart, daß die Nocke bei Betätigung vom Nocken-Verstellmotor das Anschlagelement aus der Anschlagposition zurückdrückt, während andernfalls das Anschlagelement die Nocke bis zum Erreichen der Anschlagposition zurückdrückt.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Nocke mit einer Motorwelle fest verbunden und mit ihr drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (14; 32) aus einem frei drehbar auf der Motorwelle (11) angeordneten Bauteil besteht und ein Stoßelement (15; 34) trägt, das an einem mit der Motorwelle verbundenen Bauteil (10; 31) zur Anlage kommt, und daß die Rückstelleinrichtungen für die Nocke (10) und das Anschlagelement aus Einrichtungen bestehen, die auf die Nocke bzw. auf das Anschlagelement entgegengerichtete Drehmomente einwirken lassen.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement eine Kurbel (14) ist, an deren Kurbelzapfen (15) die Nocke (10) zur Anlage kommt

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung des Anschlagelements (14) einen Zylinder (20) aufweist, dessen Kolben (22) das Anschlagelement belastet.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Ring (24), der als Anschlag für den Kolben (22) des Zylinders (20) dient und mit einem Gewinde des Zylinders zusammenwirkt, die Anschlagposition einstellbar ist.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet

daß eine Hülse (40) zwei auf der Welle (11) frei drehbare endseitige Scheiben (32; 41) aufweist, daß die eine Scheibe (32) an dem einen Ende der Hülse (40) mit einem Stoßelement (34) versehen ist und zur Bildung des Anschlagelements gegenüber der Hülse verdrehbar ist

daß die andere Scheibe (41) fest mit der Hülse (40) verbunden ist

daß beide Scheiben (32; 41) miteinander über eine die Einrichtung zum Zurückstellen des Anschlagelements bildende und innerhalb der Hülse (40) die Welle (11) umgebende Torsionsfeder (43) in Verbindung stehen und daß die Amplitude der Relativdrehung zwischen der verdrehbaren Scheibe (32) und der Hülse begrenzt ist wobei letztere die Einrichtung (36; 44) zum Festlegen des Anschlagelements bildet und von einem mit Zähnen versehenen Elements (37) stationär gehalten wird, das mit einer Verzahnung am Umfang der Hülse zusammenarbeitet und so eine Einrichtung zum Einstellen der Anschlagposition bildet