DE2950263A1

DE2950263A1 - Steuermechanismus

Info

Publication number: DE2950263A1
Application number: DE19792950263
Authority: DE
Inventors: David Keith Andrews; Michael William Smart
Original assignee: Dowty Fuel Systems Ltd
Current assignee: Dowty Fuel Systems Ltd
Priority date: 1978-12-15
Filing date: 1979-12-13
Publication date: 1980-06-26
Also published as: FR2444186B1; FR2444186A1; JPS5582803A; JPH0127309B2; US4296676A

Description

Steuermechanismus

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mechanismus zur Steuerung der Position eines beweglichen Elementes. Die Position dieses Elementes kann eine weitere Steuerung bewirken, ft·it der sich die vorliegende Erfindung jedoch nicht befaßt· Beispielsweise kann durch die Position des Elementes die Speisegeschwindigkeit einer variablen Kraftstoffpumpe für eine Gasturbine gesteuert werden.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine hydraulische Verschiebungsvorrichtung vorzusehen, beispielsweise einen Kolben und einen Zylinder für ein bewegliches Element, und zum Öffnen oder Schließen der Verschiebungsvorrichtung ein Ventil zu verwenden, um dadurch das Element freizugeben oder dieses gegenüber eine¹⁷Bewegung zu arretieren. Gemäß diesem Vorschlag wird das Schließen des Ventiles dadurch erreicht, daß sich ein Tellerventil in Kontakt mit einem Sitz bewegt. Dieser Vorschlag hat den Nachteil, daß das Tellerventil normalerweise auf den Sitz aufprallt, so daß ein wiederholter Schließvorgang des Ventils, insbesondere dann, wenn das Ventil nach dem Impulssystem betrieben wird, möglicherweise eine Beschädigung desselben hervorruft, wodurch dieses nicht mehr flüssigkeitsdicht schließen und somit das bewegliche Element nicht mehr in einer beliebigen Position festgestellt werden kann.

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In Verbindung mit diesem Vorschlag ist es auch bekannt geworden, einen elektromagnetischen Stellmotor vorzusehen, der im erregten Zustand eine Kraft ausüben kann, die das Ventil in seine offene Stellung bewegt. Es ist darüber hinaus bekannt geworden, eine vorgespannte Feder vorzusehen, die stark genug ist, um das Ventil in seinem geschlossenen Zustand zu halten, wenn der elektromagnetische Stellmotor keine Kraft ausübt. Ein weiterer Nachteil des bekannten Systems besteht darin, daß der elektromagnetische Stellmotor stark genug sein muß, um eine die Vorspannung übersteigende Kraft auszuüben, damit das Ventil geöffnet werden kann.

Erfindungsgemaß ist eine vorgespannte Feder vorgesehen, die eine mit Anschlageinrichtungen kombinierte Feder aufweist, so daß die Feder ohne Aufbringung einer äußeren Kraft mit einer auf die Anschlageinrichtungen einwirkenden Vorbelastung im geschlossenen Zustand verbleibt. Wenn zur Bewegung der Feder von den Anschlageinrichtungen eine äußere Kraft aufgebracht wird, muß diese äußere Kraft die Vorspannung der Feder übersteigen, bevor eine Federbewegung möglich ist·

Erfindungsgemäß wird ein Mechanismus zum Steuern der Position eines beweglichen Elementes vorgesehen, der einen oder beide vorstehend erwähnten Nachteile vermeidet.

Erfindungsgemäß umfaßt der Mechanismus zum Steuer⁰ der Position eines beweglichen Elementes ein Ventil» das eine geschlo»!·

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sene Stellung und eine offene Stellung aufweist, eine hydraulische Verschiebungsvorrichtung, die an dem Element zur Bewegung mit demselben befestigt ist, und eine hydraulische Verbindung zwischen dem Ventil und der Vorrichtung, so daß in der geschlossenen Position des Ventiles die Vorrichtung und das Element gegen eine Bewegung hydraulisch blockiert sind und das Element und die Vorrichtung sich in der offenen Ventilstellung bewegen können, wobei das Ventil aus zwei relativ zueinander gleitfähigen Ventilbauteilen gebildet ist, die miteinander zusammenwirkende Ventilflächen aufweisen, wobei mindestens ein Bauteil in seiner ebenen Fläche eine durch den anderen Bauteil in der geschlossenen Stellung des Ventils schließbare Öffnung aufweist und wobei Belastungseinrichtungen angeordnet sind, um die Bauteile mit ihren ebenen Flächen in Gleitkontakt zu halten, während eine vorgespannte Feder zwischen den Bauteilen in einer Richtung parallel zu den ebenen Flächen wirkt, so daß durch die Vorspannung der Feder selbst die Bauteile in die geschlossene Stellung des Ventils bewegt werden, und wobei ein Stellmotor im erregten Zustand in der Lage ist, eine Kraft zur Bewegung eines Bauteils relativ zum anderen gegen die Vorspannung der Feder in Richtung auf die offene Ventilstellung auszuüben.

Bei dem Stellmotor kann es sich um einen elektromagnetischen Stellmotor handeln, der durch ein elektrisches Signal erregbar ist.

Die Verschiebungsvorrichtung kann einen Hydraulikmotor umfassen

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oder einen Teil desselben bilden, und das Ventil kann in der offenen Stellung einen Strom einer unter Druck stehenden Flüssigkeit in die Verschiebungsvorrichtung ermöglichen, damit dieser als Motor wirken kann.

Die Ventilbauteile können aus der geschlossenen Stellung sowohl in die eine als auch in die andere Richtung relativ zueinander bewegbar sein, um eine von zwei Öffnungen in den ebenen Flächen der Ventilbauteile zu öffnen, damit zwei alternative geöffnete Stellungen vorgesehen werden, und bei der Verschiebungsvorrichtung kann es sich um einen doppelt wirkenden Motor handeln, wobei zwei hydraulische Verbindungen durch die Steuerung des Ventile eine Hydraulikflüssigkeit zur Verschiebungsvorrichtung führen und von dieser abziehen können und wobei das Ventil in seiner geschlossenen Stellung mindestens eine dieser Verbindungen schließt.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung des Ventiles und der hydraulischen Verschiebungsvorrichtung, die bei beiden Ausführungsformen der Erfindung Anwendung finden können;

Figur 2 eine allgemeine Anordnung des Ventiles und des Stellmotors der ersten Ausführungsform, teilweise im Schnitt;

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Figur 3 einen Aufriß eines Ventilbauteils und des vorgespannten Federmechanismus der ersten Ausführungsform der Erfindung im vergrößerten Maßstab;

Figur 4 einen Schnitt entlang Linie IV-IV in Figur 3;

Figur 5 eine Draufsicht auf das feste Ventilbauteil der Figuren 2 und 4;

Figur 6 eine schematische Schnittansicht des Ventils und des Stellmotors der zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 7 einen Schnitt entlang der Linie VII-VII in Figur 6; und

Figur θ einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Figur

In Figur 1 handelt es sich bei dem beweglichen Element um den die Verschiebung ändernden Hebel 1 einer Kraftstoffpumpe 2 für eine Gasturbine. Das Element 1 ist an die Kolbenstange 3 einer hydraulischen Verschiebungsvorrichtung angeschlossen, die als doppelt wirkender Differentialkolben 4 und Zylinder 5 ausgebildet ist. Ein Arbeitsraum 6 mit großem Querechnittsbereich ist auf der linken Seite des Kolbens 4 innerhalb des Zylinders 5 ausgebildet, wahrend sich auf der rechten Seite des Kolbens 4 um die Kolbenstange 3 innerhalb des Zylinders 5 herum ein

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Arbelteraum 7 mit kleinerer Querschnittsfläche befindet· Das Ventil θ ist in Figur 1 in schematischer Weise als sich

bewegendes Ventilbauteil 9 und als festes Ventilbauteil 10

eines
dargestellt, das mittels/ Paares von Federn 11 und 12, die zusammen mit geeigneten Anschlägen eine vorgespannte Feder bilden, in die geschlossene Stellung des Ventils vorgespannt ist. Die Ventilbauteile werden mittels einer Feder 13 gegeneinander gepreßt. Ein bei 14 durch seine Erregerspule gezeigter elektromagnetischer Stellmotor ist im erregten Zustand in der Lage, das Ventilbauteil 9 gegen die Vorspannung der Federn 11, 12 zu bewegen.

Zwei Öffnungen 15 und 16 befinden sich auf der ebenen Fläche des Ventilbeuteile 10 und öffnen sich in das Innere einer Kammer 17, wobei die eine oder die andere der öffnungen oder beide zusammen normalerweise geschlossen sind, je nach der Stellung des beweglichen Ventilbauteile 9. Die Öffnung 15 ist über eine Verbindung 19 an eine Quelle 1Θ einer unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit angeschlossen, und die Öffnung 16 steht mit einer Ableitung 21 in Verbindung. Die Kammer 17 ist über die Verbindung 20 an den Arbeitsraum 6 angeschlossen, während der Arbeiteraum 7 über die Verbindung 19 mit dar Quelle 1Θ in Verbindung steht.

Wenn das Ventilbauteil 9 nach rechts bewegt wird, wird ein Zugang zwischen der öffnung 15 und der Kammer 17 hergestellt,

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so daß unter Druck stehende Flüssigkeit in den Arbeitsraum eindringen kann. Innerhalb des Zylinders 5 entfaltet die unter Druck stehende Flüssigkeit ihre Wirkung in beiden Arbeitsräumen 6 und 7· Da der Raum 5 einen größeren Querschnittsbereich aufweist, wird der Kolben 4 folglich nach rechts gedrückt. Wenn das Ventilbauteil 9 nach links bewegt wird, werden die Kammer 17 und der Arbeitsraum 6 an die Ableitung angeschlossen, so daß der im Arbeitsraum 7 vorherrschende Druck den Kolben 4 dann nach links bewegen kann. Wenn sich das Ventilbauteil 9 in seiner mittleren geschlossenen Stellung befindet, ist der Arbeitsraum 6 geschlossen, so daß der im Arbeitsraum 7 vorherrschende Druck derart auf den Kolben einwirkt, daß die im Arbeitsraum 6 vorhandene Flüssigkeit zusammengedrückt und dadurch der Kolben 4 in einer festen Stellung gehalten wird.

In Figur 2 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hierbei handelt es sich bei dem elektromagnetischen Motor um einen elektrischen Drehmomentmotor, bei dem ein elektrisches Signal eine Drehung einer Ausgangswelle 22 in einer Richtung oder der anderen Richtung über einen kleinen Winkel bewirkt. Die Drehrichtung hängt von der Richtung des gelieferten elektrischen Signales ab. Das bewegliche Ventilbauteil 9 wird von einem Arm 23 getragen, der an der Welle befestigt ist, wobei das von der Welle 22 ausgeübte Drehmoment zu einer das Ventilbauteil 9 beaufschlagenden Kraft wird.

Es wird nunmehr das Ventil in Verbindung mit den Figuren 3 und 4 im einzelnen beschrieben. Der Arm 23 ist mit einem

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Schlltz und mit einem Klemmbolzen 24 versehen, durch den der Arm an der Welle 22 befestigt ist. In einem Abstand von der Welle 22 ist der Arm 23 mit einer mit einem Schraubengewinde versehenen Bohrung 25 ausgestattet, die einen Bolzen 26 aufnimmt, der eine Druckfeder 27 umgibt. Die Feder 27 wirkt über eine Endkappe 2Θ und eine Kugel 29 auf das bewegliche Ventilbauteil 9. Bei diesem handelt es sich um einen Block aus Wolframkarbid mit rechteckiger Form, der in einer rechteckigen Ausnehmung 30 montiert ist, die in einer Seitenfläche des Armes 23 ausgebildet ist. Durch die Feder 27 wird das Ventilbauteil 9 aus der Ausnehmung 30 nach außen gedruckt. Die Außenfläche 31 des Ventilbauteils 9 ist eben ausgebildet und nicht mit Öffnungen versehen. Die Welle 22 erstreckt sich durch den Schwerpunkt des Armes 23.

Das feste Ventilbauteil 10 ist ebenfalls aus Wolframkarbid ausgebildet und in der Wand der Kammer 17 befestigt, so daß eine ebene Ventilfläche 32 (sh. Figur 5) dem Ventilbauteil 9 gegenüberliegt und sich mit der Ventilfläche 31 in Eingriff befindet. Das Ventilbauteil 10 ist mit zwei Öffnungen 15 und 16 versehen, die sich an eng voneinander beabstandeten Stellen in die Fläche 32 hinein öffnen, so daß sie gleichzeitig von der Ventilfläche 31 abgedeckt werden können, wenn diese sich in ihrer mittleren Position befindet (wie in Figur 5 mit gestrichelten Linien gezeigt). Die Kammer 17 ist Ober die Verbindung 20 in der Wand der Kammer 17 an den Arbeitsraum 6 in Figur 1 angeschlossen. Es ist offensichtlich, daß durch die Spannung der Feder 27 das Ventilbauteil 9 an

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dem Ventilbauteil 10 gehalten wird, wie man Figur 4 entnehmen kann, wobei die geringfügig lose Anordnung des Ventilbauteils 9 in der Ausnehmung 30 ein Setzen des Ventilbauteils 9 ermöglicht, so daß dessen ebene Fläche 130 sehr eng an die Ventilfläche 32 angepaßt ist.

Die beiden in Figur 1 dargestellten Federn 11 und 12 besitzen die Form von Blattfedern, wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Diese Blattfedern sind über den Bolzen 24 an gegenüberliegende Seiten des Armes 23 angeklemmt, wobei sie mit einem beweglichen Anschlag 33 am Arm 23 in Kontakt treten, während die Blattfeder 12 mit einem beweglichen Anschlag 35 am Arm 23 in Kontakt tritt. Jede Blattfeder 11 und 12 weist in ihrem unbelasteten Zustand eine gekrümmte Form auf, wenn sie jedoch durch den Bolzen 24 festgeklemmt ist, um mit dem beweglichen Anschlag in Eingriff zu treten, wird sie im wesentlichen gerade und übt eine elastische Vorspannung auf den entsprechenden Anschlag aus. Wenn bei dieser Ausführungsform durch die Welle 22 ein Drehmoment gegen den Urzeigersinn ausgeübt wird, wie in Figur 3 dargestellt, bewirkt die Bewegung des Armes 23, daß die Feder 11 mit einem durch den Stift 34 gebildeten festen Anschlag, der an der Wand der Kammer 17 befestigt ist, in Eingriff tritt. Unter der Annahme, daß das Drehmoment ausreichend groß ist, um die Vorspannung der Feder 11 zu übersteigen, bewegt sich der Arm 23 gegen den Uhrzeigersinn, so daß sich der Anschlag 33 von der Feder 11 weg bewegt und sich das Ventilbauteil 9 über das Ventilbauteil 10 bewegt und die Öffnung 16 frei-

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gegeben wird. Wenn der Arm 23 im Uhrzeigersinn bewegt wird, tritt die Blattfeder 12 mit einem festen Anschlag in Eingriff, der durch den Stift 36 gebildet ist, wodurch sich der Anschlag 35 von der Feder weg bewegt, wenn das von dem Arm 23 ausgeübte Drehmoment die Vorbelastung der Feder übersteigt. Bei einer derartigen Bewegung bewegt sich das bewegliche Ventilbauteil 9 über das feste Ventilbauteil 10 und gibt die Öffnung 15 frei. Die Blattfedern 11 und 12 bilden zusammen mit den Anschlägen 33, 34, 35 und 36 eine vorgespannte Feder.

Am Arm 23 ist ein dritter beweglicher Anschlag 37 ausgebildet, der sich zwischen die festen Anschläge und 36 erstreckt. Für jede Bewegungsrichtung des Armes 23 bildet der eine oder der andere der Anschläge 34 und 36 eine Begrenzung der Winkelbewegung. In der mittleren Stellung des Armes 23, wenn vom Motor 15 kein Drehmoment ausgeübt wird, befinden sich beide Federn 11 und 12 mit den beweglichen Anschlägen 33 und 35 und den festen Anschlägen 34 und 36 in Eingriff, wobei das Ventilbauteil 9 so gehalten wird, daß dessen Fläche 31 die öffnungen 15 und 16 vollständig verschließt.

Die Bewegung des Armes 23 in die eine oder die andere Richtung hingt von der Richtung des elektrischen Stromes ab, der dem Drehmomentmotor zugeführt wird* Die tatsächlich stattfindende Bewegung des Armes 23 ist von dem dem Drehmomentmotor zugeführten Strom abhängig, der einen bestimmten Minimalwert übersteigt und in der Lage ist, eine zur Überwindung der

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Federvorspannung geeignete Kraft zu erzeugen. Die Freigabe der Öffnung 15 oder der Öffnung 16 bewirkt eine Bewegung der Kolbenstange 3 und des Kolbens 4 im wesentlichen in der gleichen Weise, wie in Verbindung mit Figur 1 beschrieben· Vorzugsweise ist der dem Drehmomentmotor zugeführte Strom immer ausreichend groß, um eine Kraft zur Bewegung des Armes zu erzeugen, so daß der Anschlag 37 mit dem einen oder dem anderen festen Anschlag 34 oder 36 in Eingriff tritt.

Bei dieser ersten Ausführungsform wird die hydraulische Verschiebungsvorrichtung durch einen Kolben 4, einen Zylinder 5 und die Arbeitsräume 6 und 7 gebildet, und ein Schließen des von den Bauteilen 9 und 10 gebildeten Ventile stellt eicher, daß zwischen der Ventilkammer 12 und dem Arbeitsraum 6 durch die Verbindung 20 in jeder Richtung kein Durchfluß existiert und somit die Kolbenstange 3 und das Element 1 gegen eine Bewegung blockiert sind.

Es wird nunmehr auf die zweite Ausführungsform der Erfindung bezug genommen, die in den Figuren 6, 7 und θ gezeigt ist. Gleiche Bezugsziffern wie in den Figuren 2 bis 5 dienen zur Bezeichnung von entsprechenden Teilen in den Figuren 6 bis Θ. Der Stellmotor und das Ventil sind als eine Einheit ausgebildet, in der zwei Kammern 41 und 42 vorhanden sind, die durch Abdeckungen gebildet sind, welche an gegenüberliegenden Seiten einer mittleren Wand 43 befestigt sind. Der elektrische Stellmotor ist in der Kammer 42 angeordnet und umfaßt einen Anker 44, der durch ein elastisches Gelenk 45 mittig

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schwenkbar gelagert ist und sich relativ zu einem Paar von festen Weicheisenpolstücken 46 und 47 bewegen kann, die durch Permanentmagnete 48 magnetisiert sind, so daß magnetische Nord» und Südpole ausgebildet werden. Die Polstücke bilden ein Paar von Polflächen 51 und 52 an einem Ende des Ankers und ein zweites Paar von benachbarten Polflächen 53 und 54 am gegenüberliegenden Ende des Ankers.

Der Anker ist mit einer einzigen Wicklung 55 versehen, die in üblicher Weise angeschlossen ist,so daß sie elektrische Steuersignale erhalten kann. Ein Arm 56 erstreckt sich von der Mitte des Ankers unter rechten Winkeln zur Länge desselben durch eine Ausnehmung 57 in der Wand 43 in die Kammer 41. Ein flexibles Diaphragma 58 dient dazu, eine Menge einer inerten Flüssigkeit in der Kammer 42 zu isolieren. Innerhalb der Kammer 41 ist der Arm 56 mit einer rechteckförmigen Ausnehmung 59 versehen, die zur Lagerung eines beweglichen Ventilbauteils 9 und einer Spannfeder 27 dient. Das feste Ventilbauteil 10, das mit dem Bauteil 9 zusammenwirkt, ist an der Wand der Kammer 41 befestigt und umfaßt die Öffnungen 14 und 15, wie in Figur 5 dargestellt ist.

Ein Tragarm 60 ist an der Wand 43 in der Kammer 41 befestigt und trägt die vorgespannte Feder, die zwei Blattfedern 11 und 12 umfaßt, die normalerweise gekrümmt sind, jedoch unter Vorspannung stehend mit festen Anschlägen 34 und 36 in Eingriff bringber sind, wobei sie den in Figur 6 gezeigten

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geraden Zustand einnehmen« Die Federn sind ebenfalls mit zwei beweglichen Anschlägen 33 und 35, die am Ende des Armes von Gelenk 45 entfernt ausgebildet sind, in Eingriff bringbar, Ein weiterer beweglicher Anschlag 37, der von dem Arm 56 getragen wird, liegt zwischen den festen Anschlägen 34 und 36·

Das Gelenk 45 läßt eine limitierte Winkelbewegung des Ankers 44 ohne Reibung zu. Zu diesem Zweck ist der Anker mit einer teilzylindrischen Verlängerung 61 versehen, die sich in eine Bohrung 62 in der Wand der Kammer 42 erstreckt, wahrend sich eine andere teilzylindrische Verlängerung 44 von der Wand 42 in eine Bohrung 63 im Anker erstreckt. Drei elastische Streifen 55, 56 und 57 wirken zwischen dem Anker 44 und der Wand der Kammer 42, wobei diese Streifen mit den Bohrungen 62 und 63 und den Verlängerungen 61 und 64 verbunden sind. Der Streifen 65 stellt eine Verbindung zwischen der Verlängerung 61 und der Bohrung 62 her, der Streifen 66 stellt eine Verbindung zwischen den Verlängerungen 61 und 64 her und der Streifen 67 verbindet die Verlängerung 64 mit der Bohrung 67. Die Streifen 65 und 67 liegen in einer Ebene, während der Streifen 66 zwischen den Streifen 65 und 67 in einer Ebene rechtwinklig zu diesen angeordnet ist. Die Streifen sichern den Anker gegen andere Bewegungen als eine Schwenkbewegung um eine Achse, die sich durch die Bohrungen 62 und 63 erstreckt. Eine solche Schwenkbewegung des Ankers wird durch eine Verbiegung der Streifen zugelassen. Die Streifen sind vorzugsweise so eingestellt, daß sie nicht elastisch durchgebogen werden, wenn der Arm 56 in der

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geschlossenen Ventilstellung der Figur 6 liegt. Es ist darüber hinaus Sorge dafür getragen, daß sich die wirksame Schwenkachse durch den Schwerpunkt des Ankers und des Armes erstreckt, um die Empfindlichkeit dee Ventiles gegenüber linearen Beschleunigungen herabzusetzen.

Der Stellmotor und das Ventil der Figuren 6 bis θ sind an die Schaltung der Figur 1 angeschlossen. Der Anker 44 ist aus der in Figur 6 dargestellten Position im oder gegen den Uhrzeigersinn ablenkbar, je nach der Richtung des der Wicklung 55 zugeführten elektrischen Stromes. Die Größe des elektrischen Stromes ist vorzugsweise immer ausreichend, um eine Ablenkung des Arnes 56 gegen die Vorspannung der Federstreifen 11 und 12 zu bewirken, damit die beweglichen Anschläge 37 mit dem •inan oder dem anderen festen Anschlag 34 oder 36 in Eingriff treten können. Zur Durchführung einer Bewegung im Uhrzeigersinn gemäß Figur 6 tritt der Armanschlag 35 mit der Feder 12 in Eingriff und bewegt diese von dem festen Anschlag 36 weg, wMhrend die Feder 11 von dem festen Anschlag 34 gehalten wird. Zur Durchführung einer Bewegung gegen den Uhrzeigersinn gemäß Figur 6 tritt der Armanschlag 33 mit der Feder 11 in Eingriff und bewegt diese vom festen Anschlag 34 weg, während die Feder 4 von dem festen Anschlag 36 gehalten wird* Durch die Bewegung des Armes 56 im Uhrzeigersinn wird die öffnung 15 zur Kammer 41 hin freigegeben, während durch eine Bewegung gegen den Uhrzeigersinn die öffnung 16 zur Kammer 41 hin freigegeben wird, wobei das bewegliche Element 1 bewegt wird, wie in Verbindung mit Figur 1 beschrieben. Bei der

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mittleren Stellung des Armes 56 und des Ventilbauteils 9, wie in Figur 6 gezeigt, sind die Öffnungen 15 und 16 geschlossen,so daß daher das bewegliche Element 1 blockiert ist, wie in Verbindung mit Figur 1 beschrieben. Im Hinblick auf Figur 6 ist festzustellen, daß eine Bewegung des beweglichen Elementes in der geschlossenen Stellung des Ventilbauteils 9 die Erzeugung eines hydraulischen Druckes im Volumen 6 des Zylinders 5 bewirkt, der Ober die Verbindung 20 zur Kammer 41 übertragen wird. Die Kammer 41 zur Aufnahme der Hydraulikflüssigkeit, die Verbindung 20, der Arbeitsraum 6 und die inerte Flüssigkeit im Stellmotor stellen sicher, daß für das bewegliche Element keine Bewegung möglich ist, da die Flüssigkeit eine hydraulische Blockierung bildet.

Bei den beiden beschriebenen Ausführungsformen bilden der Kolben 4 und der Zylinder 5 zusammen einen Hydraulikmotor zur Bewegung des beweglichen Elements 1 zusätzlich zu ihrer Funktion als Verschiebungsvorrichtung, die in der Lage ist, das Element 1 zu blockieren. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, daß die Einrichtung, die das bewegliche Element tatsächlich bewegt, von der hydraulischen Verschiebungsvorrichtung getrennt sein kann, falls die Einrichtungen zur Bewegung des Elementes und die mechanische Verschiebungsvorrichtung beide mit dem Element in Verbindung stehen. Erfindungsgemäß kann daher eine Blockierung erreicht werden, die auch in anderen Fällen eine Bewegung des beweglichen Elementes verhindert, als wenn das Ventil geöffnet ist.

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Während bei jeder beschriebenen Ausführungsform die hydraulische Verschiebungsvorrichtung doppelt wirkend in dem Sinne ist, daß sie die Bewegung des beweglichen Elementes in zwei Richtungen steuert, liegt es auch im Rahmen der Erfindung, eine Anordnung zur Steuerung der Bewegung des beweglichen Elementes in nur einer Richtung vorzusehen.

Der erfindungsgemäße Mechanismus und insbesondere die beiden dargestellten Ausführungsformen können in geeigneter Weise durch ein elektrisches Impulssystem betrieben werden, bei dem die genaue Stellung des beweglichen Elementes durch eine Reihe von elektrischen Impulsen gesteuert wird, wobei der Abstand und die Richtung der Impulse und nicht die Größe des elektrischen Stromes in jedem Impuls die zugelassene Bewegung des beweglichen Elementes bestimmen, unter der Voraussetzung, daß die Größe des Stromes ausreicht, um das bewegliche Ventilbauteil bei jedem Impuls in eine vollständig geöffnete Position zu bewegen. Somit wird die Steuerung der Position des beweglichen Elementes nach dem Digitalprinzip und nicht nach dem Analogprinzip festgelegt.

Der Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Betrieb des Ventiles keinen Aufprall zwischen den Ventilbauteilen bewirkt, woraus eine lange Lebensdauer des Ventiles resultiert, insbesondere wenn dieses nach dem elektrischen Impulssystem betrieben wird. Weitere Vorteile sind die folgenden:

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(a) Verschleiß, der an den ebenen Ventilflächen entsteht, wird durch die Belastung kompensiert, durch die die beiden Ventilbauteile in Kontakt miteinander gehalten werden;

(b) da die vorgespannte Feder nicht das eine Ventilbauteil

im Sitz gegen das andere halten muß, können die Vorspannkräfte der Feder relativ klein sein, so daß der Stellmotor die Vorspannung der Feder mit einer vergleichs-

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weise geringen Leistung überwiden kann. Folglich kann der Stellmotor relativ klein ausgebildet werden, so daß der Energieverbrauch des Motors entsprechend gering ist;

(c) indem beide Ventilbauteile aus sehr hartem und verschleißfestem Material, wie Wolframkarbid, hergestellt sind, besitzt das Ventil eine sehr lange nutzbare Lebensdauer;

(d) indem das bewegliche Ventilbauteil an einem im Gleichgewicht befindlichen, sich um eine Winkeldistanz bewegenden Arm angeordnet ist, wird die Möglichkeit eines zufälligen Ventilbetriebes durch eine Linearbeschleunigung des gesamten Ventiles verringert.

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L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche

Mechanismus zum Steuern der Position eines beweglichen Elementes mit einem Ventil, das eine geschlossene Stellung und eine offene Stellung aufweist, einer hydraulischen Verschiebungsvorrichtung, die an dem Element zur Durchführung einer Bewegung befestigt ist, und einer hydraulischen Verbindung zwischen dem Ventil und der Vorrichtung, so daß in der geschlossenen Stellung des Ventils die Vorrichtung und das Element gegen eine Bewegung hydraulisch blockiert sind und sich das Element und die Vorrichtung in der offenen Ventilstellung bewegen können, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil aus zwei relativ zueinander gleitfähigen Ventil-

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bauteilen / gebildet ist, die zwei zusammenwirkende ebene Flächen aufweisen, wobei mindestens ein Bauteil (9) eine Öffnung (15, 16) in seiner ebenen Fläche aufweist, die im geschlossenen Zustand des Ventils durch das andere Bauteil(10) verschließbar ist, wobei Belastungseinrichtungen (27, 2a) angeordnet sind, um die Bauteile mit ihren ebenen Flächen in Gleitkontakt zuhhalten, eine vorgespannte Feder (11, 12, 33, 34, 35, 36) zwischen den Bauteilen in einer

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Original inspected

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Richtung parallel zu den ebenen Flächen wirkt, so daß die unter Vorspannung stehende Feder selbst die Bauteile in die geschlossene Ventilstellung bewegen kann, und wobei ein Stellmotor (14, 44) angeordnet ist, der im erregten Zustand in der Lage ist, eine Kraft auszuüben und dadurch das eine Bauteil relativ zu dem anderen gegen die Vorspannung der Feder in Richtung auf die offene Ventilstellung zu bewegen.

2. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (14, 44) ein elektromagnetischer Stellmotor ist, der durch ein elektrisches Signal erregbar ist.

3. Mechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungsvorrichtung (4, 5) einen Teil eines Hydraulikmotors umfaßt oder einen Teil desselben bildet und daß das Ventil (9, 10),wenn es sich in der offenen Stellung befindet, den Zufluß einer unter Druck stehenden Flüssigkeit in die Verschiebungsvorrichtung gestattet, um diese als Motor zu betreiben.

4. Mechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbauteile (9, 10) relativ zueinander in zwei Richtungen aus der geschlossenen Stellung bewegbar sind, um jede der beiden Öffnungen (15, 16) in den ebenen Flächen der Bauteile freizugeben und zwei alternative offene Stellungen vorzusehen, daß es sich bei der Verschiebungsvorrichtung um einen

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doppelt wirkenden Motor (4, 5) handelt und daß zwei hydraulische Verbindungen (19, 20) Hydraulikflüssigkeit unter der Steuerung des Ventiles zur Verschiebungsvorrichtung führen bzw. von dieser abziehen, so daß das Ventil in seiner geschlossenen Stellung das Schließen von mindestens einer der Verbindungen bewirkt*

5· Mechanismus nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ventilbauteil (9) von einem schwenkbar gelagerten Arm (23, 56) getragen ist und daß das andere Bauteil (1O) fest ist, so daß eine Winkelbewegung des Armes eine Gleitbewegung des beweglichen Bauteils über das feste Bauteil bewirkt.

6. Mechanismus nach den Ansprüche 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgespannte Feder zwei Blattfedern (11, 12) umfaßt, die so montiert sind, daß sie sich unter Vorspannung in entgegengesetzte Richtungen gegen zwei Anschläge(33, 35) preßt, die von dem Arm getragen werden, und daß zwei feste Anschläge

mit

(34, 36)/der Blattfeder in zu den Armanschlägen eng benachbarten Stellungen in Kontakt treten können, so daß eine Winkelbewegung des Armes in einer Richtung bewirkt, daß der eine Armanschlag (33) mit einer Blattfeder (11) in Eingriff tritt, um diese von einem festen Anschlag (34) weg zu bewegen, und eine Bewegung des Armes in der anderen Richtung bewirkt, daß der andere Armanschlag (35) mit der anderen Blattfeder (12) in Eingriff tritt, um diese von dem anderen festen

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Anschlag (36) weg zu bewegen, wobei eine oder die andere Blattfeder elastisch verformt wird, je nach der Richtung der Winkelbewegung des Armes.

7. Mechanismus nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungsvorrichtung eine aus einem doppelt wirkenden Differentialkolben und einem Zylinder bestehende Einheit (4, 5) umfaßt, daß eine Quelle (18) einer unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit mit dem Arbeitsraum (7) der geringeren Fläche in Verbindung steht und daß der Arbeitsraum (6) der größeren Fläche über die Verbindung (20) an das Ventil (9, 10) angeschlossen ist, das in einer offenen Stellung so angeordnet ist, daß es die Verbindung an die Hochdruckquelle anschließt, und das in der anderen offenen Stellung die Verbindung an eine Niedrigdruckzone (21) anschließt und in der geschlossenen Stellung die Verbindung schließt.

6. Mechanismus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ventilbauteil (10), das zwei sich zu der ebenen Fläche hin öffnende Öffnungen (15, 16) aufweist, an der Wand einer Ventilkammer (41) befestigt ist und daß sich das bewegliche Ventilbauteil (9) innerhalb der Kammer befindet, so daß in einer offenen Stellung eine Öffnung an die Kammer angeschlossen ist und in der anderen offenen Stellung die andere Öffnung an die Kammer angeschlossen ist, wobei die Kammer mit der hydraulischen Verbindung (20) in Verbindung steht.

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9. Mechanismus nach Anspruch 5 oder einem der von Anspruch abhängigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der schwenkbar gelagerte Arm (56) an einem winklig nachgiebigem Gelenk (65, 66, 67) gelagert ist.

10· Mechanismus nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dafl das winklig nachgiebige Gelenk eine Vielzahl von flexiblen Streifen (65, 66, 67) umfaßt, von denen jeder zur Montage und örtlichen Festlegung des Armes (56) beiträgt und die so angeordnet sind, daß sie sich während der Winkelbewegung des Armes elastisch durchbiegen.

11. Mechanismus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stellmotor kammer (42) an der Ventilkantmer (41) befestigt ist, daß sich ein schwenkbar montierter Arm (56) vom Stellmotor (44) in der Stellmotorkamraer in die Ventilkammer (41) erstreckt, um das bewegliche Ventilbauteil (9) gegen das feste Ventilbauteil (1O) zu lagern, und daß eine Dichtung die Ventilkammer gegenüber der Stellmotorkammer und einer inerten Flüssigkeit isoliert, die die Stellmotorkammer füllt, um einfc geringe oder überhaupt keine Formänderung der Dichtung bei Auftreten eines Druckes in der Kammer sicherzustellen.

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