DE3334432A1

DE3334432A1 - Servoventil und verfahren zum betaetigen von dessen zweiter stufe

Info

Publication number: DE3334432A1
Application number: DE19833334432
Authority: DE
Inventors: Howard Berdolt 45014 Fairfield Ohio Kast
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1983-09-23
Publication date: 1984-04-05
Also published as: US4510848A; GB8525154D0; GB2163877A; GB2128372B; GB2163877B; IT1170225B; IT8323051A0; FR2533994A1; FR2533994B1; GB8324819D0; GB2128372A; JPS5983808A

Description

Servoventil und Verfahren zum Betätigen von dessen zweiter Stufe

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf mehrstufige Servoventile und betrifft insbesondere ein zweistufiges, mit Scherung arbeitendes, bei einer Störung verriegeltes Servoventil mit Bewegungsverstärkung in dessen zweiter Stufe sowie ein Verfahren zum Betätigen von dessen zweiter Stufe.

Servoventile werden weitgehend als Schnittstelle zwischen einem elektrischen Steuersystem und mechanischen Zumeß- oder Betätigungsvorrichtungen, wie beispielsweise der Triebwerkssteuerausrüstung im Flugsteuersystem eines Flugzeuges zum Steuern der Brennstoffzufuhr zu einer Gasturbine auf ein elektrisches Steuersignal hin, verwendet. In letzterem Fall steuert typisch ein Steuersignal den Betrieb des Servoventils derart, daß sich die Geschwin-

digkeit eines Servokolbens mit dem Steuersignal ändert. Der Servokolben selbst kann mit einem Brennstoffzumeßventil od.dgl., dessen Status den Brennstoffdurchfluß zu dem Triebwerk festlegt, mechanisch gekoppelt sein. Ιϊΐ einer solchen Anordnung ist ein bei einer Störung verriegeltes Servoventil (fail-fixed servovalve) erwünscht, d.h. ein Ventil, das bewirkt, daß der Servokolben unter gewissen Bedingungen sofort in seiner Stellung verriegelt wird. In einem Fall muß der Kolben verriegelt werden, wenn ein Verlust des elektrischen Steuersignals auftritt, um eine unerwünschte Änderung in der Brennstoffzufuhr zu dem Triebwerk zu verhindern. In einem anderen Fall muß der Kolben verriegelt werden, wenn das elektrische Steuersignal einen vorbestimmten Wert in der einen oder in der anderen Richtung überschreitet, um eine unerwünschte Brennstoffzufuhränderung zu verhindern, falls und wenn eine Störung in dem elektrischen Steuersystem auftritt.

In einem zweistufigen elektrohydraulischen Servoventil wird ein unter Druck stehendes Fluid benutzt, um ein mechanisches Element, z. B. eine Trommel, einen Schieber oder einen Kolben, zu bewegen. In der zweiten Stufe wird das Druckfluid entsprechend der Position des mechanischen Elements in eine Servokolbenkammer abgelassen. Eine Bauart eines gegenwärtig benutzten zweistufigen Servoventils, wie es beispielsweise in der US-PS 4 227 443 beschrieben ist, enthält weiter einen Drehmomentmotor in der ersten Stufe, der eine Strahldüse auf ein elektrisches Steuersignal hin bewegt. Die Düse richtet die Fluidströmung auf zwei Eingangsöffnungen, von denen jede Fluid für einen gesonderten Fluidweg empfängt. Die beiden Fluidwege endigen an den entgegengesetzten Enden einer gemeinsamen Bohrung in einem Gehäuse. Eine Trommel ist in der Bohrung bewegbar angeordnet, so daß die Trommelposition durch die Re-

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lativströmung des Fluids in den beiden Fluidwegen gesteuert wird. Eine Rückführungsfeder ist mit einem Ende an der Trommel und mit dem anderen Ende an der Düse befestigt. Durch die Feder wird das Strahlrohr umpositioniert, wenn die Trommel eine Position erreicht/ die dem Referenzwert des Steuersignals entspricht. Die Trommel hat mehrere ausgesparte Bereiche zwischen mehreren Stegen. Das Gehäuse enthält Durchlässe, die die Verbindung zwischen der Bohrung und einem Hochdruckfluidreservoir bzw. einem Niederdruckfluidsumpf und zwischen der Bohrung und den entgegengesetzten Enden einer Servokolbenkammer herstellen. Ein Servokolben, der innerhalb einer Servokolbenkammer beweglich angeordnet ist, wird durch Druckfluid betätigt, das über die vorgenannten Durchlässe abgelassen wird, wenn sich die Trommel innerhalb der Bohrung des Gehäuses bewegt und die Durchlässe öffnet und schließt.

Es ist üblich, die erste Stufe des Servoventils entweder mit einem Gleichstromsteuersignal oder mit einem pulsbreitenmodulierten Steuersignal zu betätigen, vorausgesetzt, daß die Frequenz von letzterem hoch genug ist, so daß der Drehmomentmotor in der ersten Stufe nicht auf jede einzelne Signalschwingung, die an seinen Eingängen anliegt, anspricht. Ein Gleichstromsteuersignal der Hälfte des maximalen Nennstroms, das an die erste Stufe angelegt wird, betätigt daher diese Stufe auf ähnliche Weise wie ein pulsbreitenmoduliertes Steuersignal, das einen Mittelwert der Hälfte des Nennstroms hat, wenn die Frequenz des letztgenannten Signals hoch genug ist. Die Verschiebung und die tatsächliche Position der Trommel ist gemäß der oben erwähnten US-Patentschrift normalerweise direkt proportional zu dem zeitlichen Mittel des Drehmomentmotorstroms ab einem Null- oder Referenzstrom. Eine ausführliche Beschreibung dieses Trommelservoventils findet sich in der US-PS 4 227 443.

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Das Trommelservoventil der oben beschriebenen Art erfordert eine Trommel, die in die Bohrung des Gehäuses eng eingepaßt ist, um eine nennenswerte Leckage um die Trommel zu verhindern, wenn die Trommel die Durchlässe zwischen dem Hoch- und dem Niederdruckreservoir und der Servokolbenkammer blockiert. Selbst bei einer Feinpassung ist die Geschwindigkeit, mit der Fluid zwischen der Trommel und der Bohrung leckt, nicht konstant. Wenn die Trommel die Durchlässe, die zu der Servokolbenkammer führen, verschließt, bewirkt deshalb die Leckage um die Trommel, daß sich der Servokolben mit einer Geschwindigkeit etwas bewegt oder kriecht, die schwierig vorhersagbar oder konstanthaltbar ist. Wenn die Trommel und die Bohrung im Gebrauch verschleißen, wird das Kriechen sogar noch schwieriger bestimmbar. Das Erfordernis einer Feinpassung macht das Trommelservoventil in der Herstellung teuer, da die Trommel spanabhebend bearbeitet werden muß, um sie genau in die Bohrung einzupassen. Trommelservoventile werden außerdem durch Verunreinigungsmaterial, wie beispielsweise Hartstoffteilchen in der Fluidzufuhr, gefährdet, da dieses Material bewirken kann, daß sich die Trommel in der Bohrung verklemmt.

Elektrohydraulische zweistufige Servoventile, die gegenwärtig in Flugsteuersystemen von Flugzeugen im Gebrauch sind, arbeiten üblicherweise in einem geschlossenen System bei Hydraulikversorgungsdrücken in der Größenordnung von 207 bar (3,000 psi). In einem geschlossenen System wird das Hydraulikfluid, üblicherweise öl, umgewälzt und feingefiltert. Da das Fluid den sehr wenigen Elementen außerhalb des Systems ausgesetzt ist, werden wenige äußere Verunreinigungen in das System eingebracht, und die Menge an Hartstoffteilchen oder ähnlichem Verunreinigungsmaterial in dem Fluid, das den Betrieb des Servoventils nachteilig beeinflussen kann, kann auf einem Minimum gehalten werden.

In einem Triebwerkssteuersystem wird vorzugsweise der Triebwerksbrennstoff selbst als Hydraulikfluid benutzt. Ein solches System ist notwendigerweise ein offenes System, weshalb die Feinfilterung große oder mehrere Filter oder einen häufigen Filterelementaustausch erfordert. Bei einem Triebwerkssteuersystem dieses Typs sollten deshalb vergleichsweise große Mengen an Verunreinigungen zulässig sein. Weiter arbeitet ein solches Steuersystem normalerweise bei einem niedrigeren Druck, d.h. bei einem Druck in dem Bereich von 13,8 bis 69 bar (200-1,000 psi). Deshalb haben die Servoventile eines solchen Steuersystems in der zweiten Stufe kleinere Kraftwerte oder Verunreinigungsscherkraftwerte als diejenigen eines Hochdrucksystems, wenn nicht die Trommeln größer gemacht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Servoventil zu schaffen.

Weiter soll ein mit Scherung arbeitendes (shear-type), bei einer Störung verriegeltes Servoventil geschaffen werden, das gegenüber Verunreinigungsmaterial relativ tolerant ist.

Weiter soll ein mit Scherung arbeitendes, bei einer Störung verriegeltes Servoventil geschaffen werden, das eine hohe Kraft in der zweiten Stufe hat und auf eine Änderung des Steuersignals schnell anspricht.

Weiter soll ein mit Scherung arbeitendes, bei einer Störung verriegeltes Servoventil geschaffen werden, das eine relativ geringere Leckage in seiner Position, in der es bei einer Störung verriegelt ist, hat als bekannte, bei einer Störung verriegelte Trommelservoventile.

Weiter soll ein mit Scherung arbeitendes, bei einer Störung verriegeltes Servoventil geschaffen werden, das in verschiedenen Positionen genau eingestellt werden kann und eine größere Zuverlässigkeit als vergleichbare bekannte Servoventile hat.

Weiter soll die Rückführungsfeder eliminiert werden, die in herkömmlichen, mit Scherung arbeitenden Servoventilen benutzt wird, indem der Kolben in der zweiten Stufe des Servoventils veranlaßt wird, auf die Bewegung des Strahlrohrs in jeder Richtung aus der Nullposition anzusprechen.

Ferner soll ein mit Scherung arbeitendes, bei einer Störung verriegeltes Servoventil geschaffen werden, das in der Herstellung einfacher und weniger teuer ist als herkömmliche Trommelservoventile.

Das mit Scherung arbeitende Servoventil nach der Erfindung enthält einen Kolben mit einem Kolbenkopf, der in einer Kammer linear und bewegbar angeordnet ist und mit dem eine Kolbenstange verbunden ist. Die Kolbenstange erstreckt sich in wenigstens eine weitere Kammer und ist darin linear längs ihrer Achse bewegbar, die zu der ebenen Fläche einer Platte, welche zum Teil die letztgenannte Kammer begrenzt, im wesentlichen parallel ist. Zwei Durchlässe erstrecken sich durch den Kolben und stehen mit der einen Kammer auf entgegengesetzten Seiten des Kolbenkopfes in Verbindung. Jeder Durchlaß hat eine Eingangsöffnung an einem Ende der Kolbenstange. Ein winkelbeweglicher Fluidstrahl wird auf die Eingangsöffnungen gerichtet. Der Strahl hat eine Nullwinkelposition, die unter einem vorbestimmten Versetzungswinkel gegen die Achse angeordnet ist und in der das Fluid in vorbestimmten Relativmengen den Eingangsöffnungen zugeführt

wird. Eine Vorrichtung, die auf ein wahlweise veränderbares Steuersignal zum Verändern der Winkelposition des Strahls anspricht, bewirkt, daß eine vergrößerte lineare KolbenverSchiebung erzeugt wird, indem die Relativmengen des den Eingangsöffnungen zugeführten Fluids verändert werden. Wenigstens ein Gleitstück ist an der Kolbenstange angebracht. Durch eine Einrichtung wird das Gleitstück nachgiebig gegen die Plattenoberfläche gedrückt. Öffnungen in der Plattenoberfläche können durch das Gleitstück entsprechend der Linearposition des Kolbens geöffnet und geschlossen werden.

Ein Verfahren zum Betätigen des Kolbens in der zweiten Stufe des zweistufigen Servoventils beinhaltet den Schritt, einen winkelbeweglichen Fluidstrahl zu liefern. Der Strahl hat eine Nullwinkelposition unter einem vorbestimmten Versetzungswinkel gegen die Achse des linear bewegbaren Kolbens. Das Verfahren beinhaltet weiter den Schritt, die Winkelposition des Strahls auf ein Steuersignal hin zu ändern, wodurch eine vergrößerte lineare Kolbenbewegung in der zweiten Stufe erzeugt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Querschnittansicht eines Servo

ventils in einer ersten Betriebsart,

Fig. 2 eine Querschnittansicht des Servo

ventils in einer weiteren Betriebsart,

Fig. 3 eine Querschnittansicht des Servoven

tils in noch einer weiteren Betriebsart,

Fig. 4 eine Querschnittansicht des Servoven

tils in nochmals einer weiteren Betriebsart,

Fig. 5 eine Querschnittansicht des Servoven-

tils in nochmals einer anderen Betriebsart und

Fig. 6 eine Querschnittansicht einer weiteren

Ausführungsform eines Servoventil^ nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Das dargestellte Servoventil hat ein Gehäuse 12 mit einer ersten Kammer 14, mit einer zweiten Kammer 16, mit einer dritten Kammer 18 und mit einer vierten Kammer 19, wobei die Kammern 14 und 16 zwischen den Kammern 18 und 19 angeordnet sind. Die Kammern 14 und 16 werden zum Teil durch eine im wesentlichen ebene Fläche 20 einer Platte oder eines Plattenteils 21, der Teil des Gehäuses 12 ist, und durch Kammerwände 22, 24 und 25, die zu der Fläche 20 normal sind, begrenzt. Ein Kolben 26 hat einen Kolbenkopf 28, der längs seiner Achse 64 innerhalb der Kammer 18 linear bewegbar ist. Eine Kolbenstange 30 ist an dem Kolbenkopf 28 befestigt. Die Kolbenstange 30 erstreckt sich durch die Kammern 14 und 16 im wesentlichen parallel zu der Fläche 20 und ist an den Kammerwänden 24, 22 und 25 fluiddicht verschiebbar. Die Abdichtung erfolgt durch O-Ringe, die in Nuten 34, 36 und 38 in den Kammerwänden 24, 22 bzw. 25 angeordnet sind.

Ein erster innerer Fluiddurchlaß oder ein erstes Empfängerrohr 40 erstreckt sich durch die Kolbenstange 30 zwischen einem Ende 42 und dem anderen Ende 32 der Kolbenstange. Ein zweiter innerer Fluiddurchlaß oder ein zweites Empfängerrohr 44 erstreckt sich ebenso durch die Kolbenstange 30 zwischen deren entgegengesetzten Enden. Die Fluiddurchlässe 40 und 44 haben jeweils entsprechende Eingangs- und Ausgangsöffnungen. Eine erste Ausgangsöffnung

46 stellt zwischen dem ersten Fluiddurchlaß 40 und der Kammer 18 die Verbindung mit einer Seite des Kolbenkopfes 28 her. Eine zweite Ausgangsöffnung 48 stellt zwischen dem zweiten Fluiddurchlaß 44 und der Kammer 18 die Verbindung mit der entgegengesetzten Seite des Kplbenkopfes 28 her. Eine erste und eine zweite Eingangsöffnung 50 bzw. 52, die den Fluiddurchlässen 40 bzw. 44 entsprechen, sind einander benachbart an dem Kolbenstangenende 42 und in einer Kammer 19 angeordnet. Eine Abdeckung 54, die in gegenseitigem ümfangsabstand angeordnete.radiale Durchlässe 56 aufweist, erstreckt sich von dem Kolbenstangenende 42 aus in die Kammer 19.

Ein Strahlrohr 58 empfängt eine Druckfluidströmung aus einem Fluidversorgungsdurchlaß 130, der mit einem Hochdruckfluidversorgungsreservoir in Verbindung steht, welch letzteres in Fig. 1 nicht dargestellt ist. Das Strahlrohr 58 ist an einem Drehpunkt 60 abgestützt, so daß es winkelbeweglich ist, um einen Fluidstrahl über seine Düse 66 auf die erste und die zweite Eingangsöffnung 50 bzw. 52 zu richten und dadurch die relativen Fluidmengen, die letzteren zugeführt werden, zu verändern. In der ersten Stufe ist ein herkömmlicher Drehmomentmotor 62 od.dgl. zum Winkelpositionieren des Strahlrohres 58 vorgesehen und in der Lage, auf ein wahlweise veränderbares Steuersignal anzusprechen, das an Klemmen 61 und 63 angelegt wird. Auf diese Weise kann das Strahlrohr 58 um einen Winkel gedreht werden, der zu einem Strom proportional ist, welcher den Klemmen 61, 63 zugeführt wird. Das Steuersignal kann ein Gleichstromsignal oder ein pulsbreitenmoduliertes Signal sein, wie eingangs beschrieben.

Fig. 1 zeigt das Strahlrohr 58 in seiner Position, in der es unter einem vorbestimmten Winkel gegen die Achse 64 des Kolbenkopfes 28 und der Kolbenstange 30 angeordnet ist. In dieser Nullposition liefert die Düse 66 den Ein-

gangsöffnungen 50 und 52 Fluid in vorbestimmten Relativmengen. In der vorgenannten Position erzeugen die Fluidrelativmengen, die durch die Durchlässe 40 und 44 hindurchgehen, abgeglichene Kräfte auf entgegengesetzten Seiten des Kolbenkopfes 28, so daß der Kolben 26 in der in Fig. 1 gezeigten Position stationär bleibt. Die Abdeckung 54, in die sich die Düse 66 erstreckt, begrenzt die Bewegung der Düse und damit die Winkelbewegung des Strahlrohres. Die Abdeckung 54 erfüllt weiter die Funktion, das aus der Düse 66 gesprühte Fluid aufzunehmen und den Hauptteil der Fluidströmung zu den beiden Eingangsöffnungen zu leiten. Wenn das Strahlrohr eine erste oder eine zweite extreme Winkelposition auf ein maximales Nennsteuersignal bzw. auf ein minimales Nennsteuersignal hin einnimmt, begrenzt die Abdeckung 54 die Strahlrohrbewegung, so daß der Strahl im wesentlichen auf eine Eingangsöffnung gerichtet wird, und verhindert, daß der Fluidstrahl nennenswert auffächert, bevor das Fluid die Eingangsöffnungen 50, 52 erreicht. Die radialen Durchlässe 56 in der Abdeckung 54 gestatten dem Fluid, das nicht in die Eingangsöffnungen 50, 52 eintritt, in die Kammer 19 einzutreten. Die Abdeckung vergrößert deshalb den wiedergewonnenen Druck, insbesondere wenn die Strahlrohrdüse den maximalen Abstand von den Eingangsöffnungen 50, 52 hat.

In der zweiten Stufe sind ein erstes und ein zweites Gleitstück 70 bzw. 68 mit Hilfe von zwei Haltern 78 bzw. an der Kolbenstange 30 befestigt. Die Gleitstücke 68 und 70 sind in den Kammern 16 bzw. 14 angeordnet. Die Halter 72 und 78 sind an der Kolbenstange 30 befestigt und halten die Axialposition der Gleitstücke relativ zu dem Kolbenkopf und der Kolbenstange aufrecht. Stellschrauben oder andere Vorrichtungen, die hier nicht dargestellt sind, sind zum Einstellen der Axialposition der Gleitstük-

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ke 68 und 70 in den Haltern 72 bzw. 78 vorgesehen.

Die Gleitstücke 68, 70 haben erste Flächen 69 bzw. 71 und zweite Flächen 73 bzw. 75 entgegengesetzt zu den ersten Gleitstückflächen. Zwei Blattfedern 74 sind zwischen der Kolbenstange 30 und der Gleitstückfläche 73 angeordnet und drücken die Gleitstückfläche 69 nachgiebig mit der Plattenfläche 20 in Berührung. Der Halter 72 hat ein Loch 76, das eine Verbindung mit der Kammer 16 herstellt. Stattdessen kann diese Verbindung auch über eine Bohrung durch die Kolbenstange 30 hergestellt werden. Zwei weitere Blattfedern 80 sind zwischen der Kolbenstange 30 und der Gleitstückfläche 75 angeordnet und drücken die Gleitstückfläche 71 nachgiebig mit der Plattenfläche 20 in Berührung. Ein Loch 82 stellt eine Verbindung mit der Kammer 14 her. Das Loch 82 kann durch eine Bohrung in der Kolbenstange 30 ersetzt werden, wie oben erläutert. Das Gleitstück 70 hat eine innere Bohrung 84 und eine kleinere Durchgangsbohrung 86. Die kleinere Bohrung 86 stellt eine Verbindung von der Gleitstückfläche 75 des Gleitstücks 70 zu der Bohrung 84 her. Ein vorgewählter Bereich der Fläche 75 ist von dem Fluid in der Kammer 14 durch einen O-Ring 88 isoliert, der in zwei Nuten eingesetzt ist, die in der Fläche 75 und in der Kolbenstange 30 angeordnet sind. Der Zweck dieser Anordnung wird aus der weiteren Beschreibung deutlich werden.

Die Plattenfläche 20 hat in der dargestellten Äusführungsform der Erfindung sechs öffnungen. Die Kammer 14 hat eine erste, eine zweite und eine dritte öffnung 114, 98 bzw. 124, die mit ihr in Verbindung stehen. Ebenso hat die Kammer 16 eine erste, eine zweite und eine dritte öffnung 110, 94 bzw. 90, die mit ihr in Verbindung stehen. Die öffnung 90 ist zu der Kammer 16 offen und verbindet letztere mit einer Hochdruckfluidversorgung P_c

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über den vierten Durchlaß 92. Die öffnungen 94 und 98 stehen beide mit dem zweiten Durchlaß 96 in Verbindung. Die öffnungen 110 und 114 stehen beide mit dem ersten Durchlaß 112 in Verbindung. Der Durchlaß 112 steht mit einer Servokolbenkammer 118 über eine Vorrichtung in Verbindung, die zwei öffnungen 127, in dem Gehäuse 12 bzw. in der Servokolbenkammer aufweist, und insbesondere mit einem ersten Teil 116 der Kammer 118, der auf einer Seite des Servokolbenkopfes 122 angeordnet ist. Der Durchlaß 96 ist mit einem weiteren oder zweiten Teil 120 der Servokolbenkammer 118 über eine Vorrichtung in Verbindung, die zwei öffnungen 131, 135 in dem Gehäuse 12 bzw. in der Servokolbenkammer aufweist, wobei sich der zweite Teil auf der entgegengesetzten Seite des Servokolbenkopfes 122 befindet. Die Drücke auf den entgegengesetzten Seiten des Kopfes 122 sind mit P_- bzw. P _ bezeichnet. Der Servokolbenkopf 122 ist in der Kammer 118 bewegbar angeordnet und spricht auf sich verändernde Fluiddurchflüsse zu der Kammer und/oder auf sich ändernde Drücke P_p1 und P-,- an. Seine Kolbenstange kann eine Brennstoffzumeßvorrichtung oder eine andere Vorrichtung, die in Fig. 1 nicht dargestellt ist, betätigen.

Die öffnung 124 steht mit einem Niederdruckfluidsumpf P₁₀ über einen dritten Durchlaß 126 in Verbindung. Ein Fluidrückweg 128 verbindet die Kammer 19 mit dem Durchlaß 126. Ein Fluidversorgungsdurchlaß 130 steht mit der Kammer 16 in Verbindung, um das Strahlrohr 58 mit Hochdruckfluid zu versorgen.

Als ein Beispiel für die Arbeitsweise des hier beschriebenen Servoventils sei angegeben, daß die Nullposition des Strahlrohres 58, die in Fig. 1 gezeigt ist, einem elektrischen Steuersignal entspricht, das

50% des maximalen Nennsteuersignals entspricht. In der Nullposition empfangen die Eingangsöffnungen 50 und 52 vorbestimmte Relativmengen des durch die Düse 66 ausgestoßenen Fluids und erzeugen eine Kraft an dem Kolbenkopf 28. Wenn die auf entgegengesetzte Seiten des Kolbenkopfes 28 einwirkenden Kräfte ausgeglichen sind, bleibt der Kolben stationär. In dieser Kolbenposition, die der Nullposition des Strahlrohres 58 entspricht, sind vorbestimmte Öffnungen 94, 110, 98 und 114 durch die Gleitstücke 68 und 70 geschlossen, so daß im wesentlichen der gesamte Fluidstrom zu oder aus der Kolbenkammer 118 blockiert ist. Die Position der Gleitstücke 68, 70 kann, wie oben beschrieben, über den Öffnungen durch Einstellvorrichtungen in den Haltern 72 und 78 genau eingestellt werden. Die Position der Gleitstücke kann deshalb geändert werden, um die Leckage an den Gleitstücken jeweils zwischen den Kammern 14 und 16 und den Durchlässen 96, 112 zu reduzieren, wenn der Kolben in der vorgenannten Kolbenposition ist. Wenn die Vorrichtungen sum Einstellen vorgesehen sind, werden das Herstellen und der Zusammenbau der Gleitstücke, der Halter und der Kolbenstange vereinfacht, und diese Teile brauchen nicht die engen Toleranzen zu haben, die bei den bekannten Servoventilen erforderlich sind. Diese Faktoren drücken sich durch niedrigere Fertigungskosten aus.

Die Kammer 16 ist mit Fluid gefüllt, dessen Druck dem der Hochdruckversorgung P_g nahekommt. Im Betrieb ist die Kammer 14 ebenfalls mit einem Druckfluid gefüllt, und der Druck in dieser Kammer wird, wie im folgenden beschrieben, im wesentlichen entweder gleich P-.. oder gleich P_₂ sein, was von der Position des Kolbenkopfes 28, des Kolbens 26 und somit der Gleitstücke 68 und 70 abhängig ist. Wegen der Löcher 76 und 82 werden die

Flächen 73 und 75 der Gleitstücke 68 bzw. 70 mit dem Druckfluid beaufschlagt. Dieser Druck drückt die Gleitstücke 68 und 70 gegen die Plattenfläche 20 und verbessert dadurch die Abdichtung an der Fläche 20. Die Druckbelastung der Gleitstücke 68 und 70 wird durch die Drücke P_c1 und P₂ in den Durchlässen 112 bzw. 96 ausgeglichen, die auf die Flächen 69 und 71 dieser Gleitstücke wirken.

Der Durchlaß 126 steht mit dem Niederdruckreservoir P_

dn Verbindung. Deshalb ist die Druckbelastung des Gleitstückes 70 normalerweise größer als die des Gleitstückes 68, weil der Druck in dem Durchlaß 126 nicht genug Gegenkraft zu dem Druck in der Kammer 14 liefert, mit dem die Fläche 75 des Gleitstückes 70 über das Loch 82 beaufschlagt wird. Zum Begrenzen der Kraft, die das Gleitstück 70 gegen die Plattenfläche 20 drückt, wird der Bereich der Fläche 75, der dem Druck in der Kammer 14 ausgesetzt ist, durch den O-Ring 88 begrenzt. Der Bereich innerhalb des O-Ringes 88 ist daher nicht dem Druck ausgesetzt, mit dem der außerhalb davon gelegene Bereich der Fläche 75 beaufschlagt wird. Zum Erzeugen eines niedrigen Druckes innerhalb des O-Ringes 88 steht die kleine Bohrung 86 mit dem Niederdruckgebiet der Bohrung 84 und des Durchlasses 126 in Verbindung. Die Blattfedern 74, 80 liefern zusätzliche Kräfte, die die Gleitstückflächen 69, 71 gegen die Plattenfläche 20 drücken, um einen minimalen Druck zum ständigen Abdichten der öffnungen zu gewährleisten.

Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß die Gleitstücke 68 und 70 nachgiebig gegen die Fläche 20 gedrückt werden, mit der die Gleitstücke in Gleitkontakt sind. Obgleich die Druckbelastung der Gleitstücke ausreichend ist, um die öffnungen in der in Fig. 1 gezeigten Kolbenposition abzudichten, gestattet sie trotzdem den

Gleitstücken, Hartstoffteilchen oder anderes Verunreinigungsmaterial, das durch das Fluid in das Servoventil eingebracht werden kann, zur Seite zu drücken oder über dasselbe hinwegzugleiten. Diese Toleranz gegenüber Verunreinigungen hilft, das Festklemmen des Servoventils zu verhindern, wodurch es für den Gebrauch mit Brennstoff geeignet gemacht wird, der in normalem Ausmaß gefiltert ist wie das Hydraulikfluid in einem Triebwerkssteuersystem.

Die Winkelverstellung des Strahlrohres 58 aus seiner Nullposition ist normalerweise proportional zu der prozentualen Änderung des maximalen Nennsteuersignals, das über die Klemmen 61, 63 an den Drehmomentmotor 62 angelegt wird. Bei einer Änderung von 25% in dem maximalen Nennsteuersignal bewegt sich daher das Strahlrohr um 25% seiner gesamten Winkelauslenkung. Gemäß der Erfindung ist die Nullposition des Strahlrohres 58 ein vorbestimmter Versetzungswinkel U- gegen die Achse 64. Dieser Versetzungswinkel ergibt eine Bewegungsverstärkung für die zweite Stufe des Servoventils. Beispielsweise werden in einer Ausführungsform der Erfindung, in der das Strahlrohr einen Versetzungswinkel öC von 5° mit der Achse 64 bildet und die Spitze der Düse 66 25,4 mm (1") von dem Drehpunkt 60 entfernt ist, der Kolbenkopf 28 und der Kolben 26 und somit die Gleitstücke 68 und 70 längs der Achse 64 um -3,18 mm (0.125 inches) auf eine Winkelbewegung des Strahlrohres 58 um -0,7° hin linear verschoben. In einer solchen Anordnung beträgt die Bewegungsverstärkung ungefähr 10:1, d.h. der Kolbenkopf 28 bewegt sich um 3,18 mm (0.125 inches), wenn sich die Düse 66 auf ihrem önfangsbogen um 0,30 ran (0.012 inches) bewegt.

In einer herkömmlichen Anordnung wird, wenn dem Drehmomentmotor 62 ein Steuersignal eingeprägt wird, das gleich 25% des maximalen Nennsteuersignals ist, das Strahlrohr seine Winkelposition um 25% ändern. Da die

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Nullposition in der beschriebenen Ausführungsform 50% des maximalen Nennsteuersignals entspricht, stellen 25% des Maximums eine Verringerung in der Signalamplitude dar und bewirken eine Winkelverlagerung des Strahlrohres 58 in einer ersten Richtung relativ zu der Nullposition/ z.B. aufwärts, d.h. im Uhrzeigersinn um den Punkt 60. Diese Änderung der- Winkelposition wird bewirken, daß relativ mehr Fluid in die Eingangsöffnung 50 und den Durchlaß 40 als in die öffnung 52 und den Durchlaß 44 eintritt. Da das Gleichgewicht auf den entgegengesetzten Seiten des Kolbenkopfes 28 gestört wird, bewegt sich äer Kolben 26 wegen des größeren Druckes auf der Stangenseite des Kolbenkopfes und wegen des geringeren Drukkes auf der entgegengesetzten Seite nach links. Die Gleitstücke 68 und 70 werden sich ebenfalls nach links verschieben, so daß die vorbestimmten öffnungen 110 und 114 geöffnet werden. Diese Position ist in Fig. 2 gezeigt. Wenn die öffnung 110 offen ist, besteht nun eine Verbindung zwischen der Kammer 16 und dem Durchlaß 112, so daß der Druck P₁ sich dem Versorgungsdruck P_c nähern

Ό ι fa

wird. Infolgedessen nähert sich der Druck in dem Teil 116 der Servokolbenkammer 118 ebenfalls dem Versorgungsdruck Pg.

Gleichzeitig öffnet das Gleitstück 70 die öffnung 114, weshalb sich der Druck in der Kammer 14 dem Versorgungsdruck Pg nähern wird. Das Gleitstück 70 öffnet außerdem die öffnung 98) wodurch eine Verbindung zwischen dem Teil 120 der Servokolbenkammer 118, dem Kanal 96, der öffnung 98, der Bohrung 34, der öffnung 124 und dem Durchlaß 126 und dem Niederdruckfluidsumpf P_ hergestellt wird. In dieser Position des Kolbens 26 wird der Druck P„ im wesentlichen gleich P . Das Ergebnis der oben beschriebenen Operation besteht darin, daß der Druck in dem Teil T16 der Servokolbenkammer 118 erhöht und gleichzeitig der Druck in dem Teil 120 verringert

wird. Der Servokolben 117 wird sich deshalb nach rechts bewegen.

Wenn das an den Drehmomentmotor 62 angelegte Steuersignal auf 0% des maximalen Nennsteuersignals abfällt, wird das Strahlrohr 58 sich noch weiter nach oben bewegen, bis die Düse 66 in unmittelbarer Nähe der Abdeckung 54 ist. Die Abdeckung 54 begrenzt, wie oben erläutert, die Gesamtwinkelbewegung des Strahlrohres und gewährleistet dadurch, daß selbst in der extremen Position, die das Strahlrohr im Uhrzeigersinn erreicht, eine beträchtliche Menge des durch die Düse 66 ausgestoßenen Fluids durch die öffnung 50 empfangen wird. Der Kolben 26 bewegt sich nun nach links an einen Anschlag 132, was in Fig. 3 dargestellt ist. An diesem Punkt ist die öffnung 110 durch das Gleitstück 68 völlig unabgedeckt. Demgemäß wird der Druck P_g über den Durchlaß 112 abgelassen, und der Druck P_c1 wird sich dem Druck P_g nähern. Das Gleitstück 68 blockiert weiterhin die öffnung 94, und das Gleitstück 70 blockiert nun die vorbestimmte öffnung 124. Deshalb ist nun der Durchlaß 96 von der Kammer 14 und dem Durchlaß 126 getrennt, so daß kein Hydraulikfluid daraus entweichen kann. Der Druck P_₂ wird auf einen Wert ansteigen, der ungefähr gleich P_c ist, um die Kräfte auszugleichen, die auf die entgegengesetzten Seiten des Servokolbenkopfes 122 einwirken. Es fließt jedoch relativ wenig Fluid aus dem Teil 120 der Servokolbenkammer 118, und infolgedessen ist der Servokolben 117 in seiner Stellung verriegelt. Anders ausgedrückt, wenn der Druck P_₂ isoliert ist, steigt er im Wert an, um die Kräfte an dem Kopf 122, die durch den Druck P^₁ entwickelt werden, auszugleichen, wobei aber der Servokolben stationär bleibt, weil das Fluid relativ inkompressibel ist und die Fluidströmung aus dem Teil 120 blockiert ist. Es gibt eine gewisse Leckage in dem

Ventil unter den Gleitstücken 68, 70. Diese Leckage bewirkt, daß der Servokolben 117 kriecht, d.h. sich sehr langsam bewegt. Bei der Erfindung erfolgt dieses Kriechen mit einer relativ langsamen Geschwindigkeit im Vergleich zu bekannten Servoventilen, und zwar wegen der Konfiguration der Gleitstücke und wegen der Zusammenwirkung zwischen den Gleitstücken 68, 70, der Plattenfläche 20 und den Öffnungen 90, 94, 98, 110, 114, 124.

In der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Verriegeln des Servokolbens 122, wenn das Gleitstück 70 die Öffnung 124 geschlossen hat, bei ungefähr 12,5% des maximalen Nennsteuersignals. Bei allen anderen Signalen, die kleiner als dieses 12,5%— Stromsignal sind, wird der Servokolben in seiner Stellung verriegelt, d.h. es wird der Verriegelungsvorgang ausgeführt.

Wenn das Steuersignal von 0% auf 50% des maximalen Nennsteuersignals zurückkehrt, schwenkt das Strahlrohr 58 nach unten, d.h. im Gegenuhrzeigersinn. Der Kolben 26 spricht auf diese Änderung der Winkelposition an, indem ersieh aufgrund der veränderten Relativmengen des Fluids, die den entgegengesetzten Seiten des Kolbenkopfes zugeführt werden, nach rechts bewegt. Der Kolben spricht bei dem Servoventil nach der Erfindung also auf die Bewegung des Strahlrohres an, ohne daß Rückholfedern erforderlich sind. Ebenso werden die Gleitstücke 68 und 70 wieder die in Pig» 2 gezeigte Position passieren. Das Hydraulikfluid wird deshalb in den Kammerteil 116 ein- und aus dem Kanmerteil 120 abgelassen. Die Teile 116 und 120 der Servokolbenkammer 118 werden wieder durch diese Strömungs- und Druckänderung beeinflußt, und der Servokolben 117 bewegt sich infolgedessen nach rechts. Wenn das Steuersignal 50% des maximalen Nennwer-

-w-

tes erreicht, nimmt das Strahlrohr 58 wieder sein Nullposition ein, und der Kolben 26 nimmt die in Fig. 1 gezeigte Position ein. Da die Gleitstücke 68 und 70 wieder die öffnungen 94, 110, 98 und 114 blockieren, sind die Drücke P_n* und P _ ungefähr gleich, und der Servokolben bleibt, da die Strömung durch die Gleitstücke blockiert wird, stationär.

Eine ausführliche Beschreibung der Betätigung des Servokolbens in bezug auf das öffnen und Schließen der öffnungen 90, 94, 98, 110, 114, 124 findet sich in der US-PS 4 227 443.

Wenn ein Steuersignal, das gleich 75% des maximalen Nennwertes ist, an dem Drehmomentmotor 62 eingeprägt wird, führt das Strahlrohr 58 eine Winkelbewegung im Gegenuhrzeigersinn aus der in Fig. 1 gezeigten Nullposition aus. Es wird nun mehr Fluid in die Eingangsöffnung 52 geleitet, was zu einem Ungleichgewicht der auf den Kolbenkopf 28 einwirkenden Kräfte führt. Demgemäß bewegen sich nun der Kolbenkopf 28 und der Kolben 26 nach rechts. Wenn sich die Gleitstücke 68 und 70 nach rechts bewegen, öffnet das Gleitstück 68 die vorbestimmte Öffnung 94 und läßt Fluid mit dem hohen Druck P„ in den Durchlaß 96 eintreten. Der Druck P _ nähert sich nun dem Druck P_c. Gleichzeitig öffnet das Gleitstück 70 die öffnung 114. Daher wird der Druck Pp₁ in dem Teil 116 der Servokolbenkammer 118 in den Niederdrucksumpf P_R abgelassen. Die Position des Kolbens 26 und der Gleitstücke 68, 70 ist für diese Situation in Fig. 4 dargestellt. Der Servokolben 117 bewegt sich nun nach links, und zwar wegen der Hydraulikfluidströmung in den Durchlässen 96 und 112 und der Druckdifferenz zwischen P_c_ und P .. Wenn das Steuersignal gleich 100% des maximalen Nennwerts ist, erreicht das Strahlrohr 58 seine extreme Verlagerung aus der Nullposition im Gegenuhrzeigersinn,

- 2-θ- -

und die Düse 66 ist nun in unmittelbarer Näher der Abdeckung 54. Dieser Vorgang bewirkt, daß sich der Kolben 26 weiter nach rechts bewegt, bis der Kolbenkopf 28 an einem Anschlag 133 anliegt, was in Fig. 5 dargestellt ist. In dieser Position ist die öffnung 94 nicht durch das Gleitstück 68 abgedeckt, weshalb der Druck P_c2 im wesentlichen gleich dem Druck P„ ist. Gleichzeitig blockiert das Gleitstück 68 die öffnung 110, und das Gleitstück 70 blockiert nun die vorbestimmte öffnung 124, die mit dem Niederdrucksumpf P_ in Verbindung steht. Da-

JK

her ist der Durchlaß 112, der mit dem Teil 116 der Servokolbenkammsr 118 in Verbindung steht, verschlossen. Der Servokolben 117 ist deshalb in seiner Lage verriegelt, weil die Hydraulikfluidströmung blockiert ist. Das ist die andere Position der Verriegelung bei einer Störung und sie entspricht einem Steuersignal, das einen vorbestimmten Wert übersteigt. In dem hier betrachteten Beispiel beträgt der vorbestimmte Wert 87,5% des maximalen Nennsteuersignals.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in der gleiche Teile wieder gleiche Bezugszahlen tragen. Die Kammern 18 und 16 befinden sich zwischen der Kammer 14'und einer zusätzlichen vierten Kammer 119. Ein Kolben 26 hat den Kolbenkopf 28, und die Kolbenstange 30 hat einen linken Fortsatz 141 und einen rechten Fortsatz 151 sowie Durchlässe 140 und 144, die in Ausgangsöffnungen 146 bzw. 148 auf entgegengesetzten Seiten des Kolbenkopfes 28 münden. Der Kolbenkopf 28 ist in der Kammer 18 beweglich längs der Achse 164 des Kolbenkopfes und der Kolbenstange angeordnet. Der linke Fortsatz 141 der Kolbenstange 30 erstreckt sich in die vierte Kammer 119 und ist mit der Kammerwand 145 verschiebbar in Berührung. Ein O-Ring, der in eine Nut 147 in der Kammerwand 145 eingesetzt ist, sorgt für eine fluiddichte Abdichtung. Das Ende 142 des Kolbenstangenfortsatzes 141 ist

in der Kammer 119 angeordnet und hat zwei Eingangsöffnungen 150 und 152, die den Durchlässen 140 bzw. 144 entsprechen. Eine Abdeckung 154, die in gegenseitigem Umfangsabstand angeordnete radiale Durchlässe 156 aufweist, steht von dem Ende 142 des Kolbenstangenfortsatzes 141 vor. Ein Loch 149 stellt eine Verbindung zwischen dem Niederdruckfluidsumpf P_R und der Kammer 119 her.

Der rechte Fortsatz 151 der Kolbenstange 30 erstreckt sich durch die Kammer 16 und in die Kammer 14 und ist mit den Kammerwänden 24 und 22 verschiebbar in Berührung. O-Ringe, die in Nuten 134 bzw. 136 eingesetzt sind, sorgen für eine fluiddichte Abdichtung an den Wänden 24 und 22. Der Kolbenstangenfortsatz 151 hat einen Abschnitt 153, der zu der Plattenfläche 20 im wesentlichen parallel ist und die Gleitstücke 68 und 70 in den Kammern 16 bzw. 14 trägt. Die Arbeitsweise des in Fig. 6 gezeigten Servoventils gleicht der des Servoventils nach Fig. 1, mit der Ausnahme, daß sich das Strahlrohr 58 auf ein Steuersignal hin, das gleich 25% des maximalen Nennsteuersignals ist, im Gegenuhrzeigersinn bewegt. Umgekehrt bewegt sich das Strahlrohr 58 auf ein Steuersignal hin, das gleich 75% des maximalen Nennsteuersignals ist, im Uhrzeigersinn. Der Kolbenkopf 28 und deshalb die Kolbenstange 30 und die Fortsätze 141 und 151 bewegen sich jedoch nach links, wenn ein Steuersignal, das gleich 25% des maximalen Nennsteuersignals ist, an den Drehmomentmotor 62 angelegt wird.

Der Fortsatz 151 ist zwar koaxial zu der Kolbenachse 164 dargestellt, die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht darauf. Wenn beispielsweise der Aufbau des Gehäuses 12 es verlangt, kann der Fortsatz 151 eine L-

Form haben, vorausgesetzt nur, daß sich die Gleitstükke 68 und 70 in einer zu der Plattenfläche 20 parallelen Richtung bewegen.

Eine ähnliche konstruktive Abwandlung ist bei dem Kolbenstangenfortsatz 141 möglich, nur vorausgesetzt, daß das Strahlrohr 58 eine Nullposition hat, die unter einem vorbestimmten Versetzungswinkel zu der Achse 164 der Kolbenstange angeordnet ist.

Das Servoventil nach der Erfindung ist in der Lage, verschiedene Versorgungsdrücke P_e zu verarbeiten. Das gilt auch, obgleich die Reibungskräfte, die sich der Bewegung der Gleitstücke 68, 70 widersetzen, mit zunehmenden Versorgungsdrücken P₀ zunehmen. Zum Kompensieren des zusätzlichen Reibungswiderstands an den Gleitstücken 68 und 70 kann die auf den Kolben 26 ausgeübte Kraft vergrößert werden, indem der Flächeninhalt des Kolbenkopfes 28 vergrößert wird. Da die Größe des Kolbenkopfes 28 in der zweiten Stufe des Servoventils von der Größe sämtlicher übrigen Elemente, d.h. der Kolbenstange, der Gleitstücke, usw., relativ unabhängig ist, kann die zum Bewegen der Gleitstücke 68, 70 erforderliche Kraft ohne nennenswerte Modifizierungen der Konstruktion entwickelt werden.

Das Servoventil nach der Erfindung könnte so konstruiert werden, daß die Kammern 14 und 16 zu einer Kammer kombiniert sind. In dieser Ausführungsform würden die inneren Durchlässe in den Gleitstücken 68 und 70 und der Kolbenstange 30 eine Verbindung zwischen den Durchlässen 96 und 112 und den Hoch- und Niederdruckreservoiren gestatten. Bei einer weiteren Abwandlung der letztgenannten Ausführungsform könnte ein einziges Gleitstück benutzt werden, das durch die Kolbenstange 30 nachgiebig gehalten ist.

333Λ432

Verschiedene Abmessungskombinationen sind bei dem Servoventil nach der Erfindung möglich. In einer Ausführungsform der Erfindung hat die Düse 66 vorzugsweise einen Abstand von maximal fünf Innenumfangsdüsenlängen ab den Eingangsöffnungen 50, 52, wenn der Kolbenkopf 28 an dem Anschlag 132 anliegt. Die öffnungen 94, 110, 98 und 114 sind im Querschnitt rechteckförmig mit einer Länge von ungefähr 2,54 mm (0.100 inches) des Hubes relativ zu dem Kolben 26 und einer Breite von 4,83 mm (0.190 inches) bei einem Servoventil von 30,28 l/min (8 gallons per minute). Die öffnung 124, die über den Durchlaß 126 zu dem Sumpf führt, besteht aus einem langen Schlitz von ungefähr 0,64 mm (0.025 inches) Kolbenhub mal 19,30 mm (0.760 inches) Breite. Der Kolbenkopf 28 hat einen Flächeninhalt von ungefähr 806,50 mm² (1.25 square inches). Diese Abmessungen ergeben einen Verriegelungsvorgang im Störungsfall bei ungefähr 12,5% des Hubes des Kolbens 26 an jedem Ende von dessen Bewegung, wie es oben beschrieben ist. Insbesondere wird in dieser Ausführungsform das Ventil bei Steuersignalen unter 12,5% des maximalen Nennwertes und bei Steuersignalen oberhalb von 87,5% des maximalen Nennwertes verriegelt.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebene besondere Ausführungsform. Beispielsweise kann das mit Scherung arbeitende, bei einer Störung verriegelte Servoventil modifiziert werden, indem eine Feder vorgesehen wird, die den Kolben 26 bei dem Ausfall des Versorgungsdruckes P_ in einer besonderen Richtung bewegt. Weiter braucht der Kolbenkopf 28 nicht starr oder direkt mit der Kolbenstange 30 verbunden zu sein. Beispielsweise kann die Verbindung mittels eines Zahnrades erfolgen, und flexible Empfängerrohre können die Durchlässe 40 und 44 ersetzen. Weitere mechanische Verbindung smögl ichke i ten bieten sich dem Fachmann nun von

selbst an. Der vorbestimmte Versetzungswinkel et kann geändert werden, wenn ein anderer Bewegungsverstärkungsfaktor erwünscht ist. Weiter kann eine Einstellvorrichtung zum variablen Einstellen des Versetzungswinkels vorgesehen werden. Außerdem können die Vorrichtungen, die nachgiebig gegen die Gleitstücke 68, 70 drücken, modifiziert werden, indem die Blattfedern 74, 80 bei einem oder beiden Gleitstücken weggelassen werden, indem der O-Ring 88 weggelassen wird, oder durch irgendeine Kombination davon.

Die Abmessungen der Gleitstücke 68, 70 und der öffnungen 94, 110, 98, 114 und 124 kann verändert werden, damit der Servokolben 117 auf andere Weise anspricht. Die Lage der öffnungen 90, 92, 98, 110, 114 und 124 in der Plattenfläche 20 kann verändert werden, um den Servokolben 117 anders ansprechen zu lassen. Ein Gleitstück kann mehrere Durchlässe haben, die mit einer oder mehreren Öffnungen in Verbindung bringbar sind. Die Flächen 69, 71 der Gleitstücke können einer gekrümmten Plattenfläche 20 angepaßt und so modifiziert werden, daß sie der Krümmung der Plattenfläche genau folgen. Die angepaßten gekrümmten Flächen können eine bessere Abdichtung der Kammern 14 und 16 gegenüber den Durchlässen 96, 112 und 126 bewirken. Der Drehmomentmotor kann durch irgendeine Vorrichtung ersetzt werden, die die Winkelposition des Strahlrohres 58 auf ein Steuersignal hin verändert«,

Claims

Ansprüche:

./Servoventil, gekennzeichnet durch: ein Gehäuse (12) mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Kammer (14, 16, 18) und einer Platte (21), wobei die erste und die zweite Kammer zum Teil durch eine im wesentlichen ebene Fläche (20) der Platte und durch Kammerwände (22, 24, 25), die zu der Plattenfläche normal sind, begrenzt werden;

einen Kolben (26), der in dem Gehäuse angeordnet ist und einen Kolbenkopf (28) hat, der mit einer Kolbenstange (30) verbunden ist, welche sich in die erste und in die zweite Kammer (14, 16) erstreckt und dabei mit den Kammerwänden in abgedichteter Gleitberührung ist und in den Kammern längs ihrer Achse (64), die zu der Plattenfläche im wesentlichen parallel ist, linear bewegbar ist, während der Kolbenkopf in der dritten Kammer (18) linear und bewegbar angeordnet ist;
einen ersten und einen zweiten inneren Durchlaß (40, 44) in

wenigstens einem Teil der Kolbenstange (30), die eine erste Eingangs- und eine erste Ausgangsöffnung (50/ 46) und eine zweite Eingangs- und eine zweite Ausgangsöffnung (52, 48) haben, wobei die erste und die zweite Ausgangsöffnung mit der dritten Kammer (18) auf entgegengesetzten Seiten des Kolbenkopfes (28) in Verbindung stehen und die erste und die zweite Eingangsöffnung (50, 52) nahe bei einander an einem Ende (42) der Kobenstange angeordnet sind; eine Vorrichtung (58) zum Liefern eines winkelbeweglichen Flüidstrahls, der auf die Eingangsöffnungen (50, 52) gerichtet ist und eine Winkelnullposition hat, in der er unter einem vorbestimmten Versetzungswinkel ( oC ) gegen die Kolbenstangenachse (64) angeordnet ist, und wobei der Strahl in der Lage ist, Fluid in vorbestimmten Relativmengen der ersten und der zweiten Eingangsöffnung in der Nullposition zuzuführen;

eine Vorrichtung (62), die auf ein wahlweise veränderbares Steuersignal hin die Winkelposition des Strahls ändert, wobei die Winke!verschiebung des Strahls relativ zu der Nullposition bewirkt, daß eine vergrößerte lineare Kolbenstangenverlagerung längs der Achse durch Verändern der Relativmengen des der ersten und der zweiten Eingangsöffung (50, 52) zugeführten Fluids erzeugt wird;

mehrere Gleitstücke (68, 70), die an der Kolbenstange (30) angebracht sind;

Vorrichtungen (74, 80) zum nachgiebigen Andrücken der Gleitstücke an die Plattenfläche (20); und mehrere Öffnungen (90, 94, 98, 110, 114, 124) in der Plattenfläche (20), von denen vorbestimmte Öffnungen bei der linearen Kolbenkopfverschiebung durch die Gleitstücke geöffnet und geschlossen werden.
2. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Kolbenstange (30) wenigstens ein erstes und ein zweites Gleitstück (68, 70) trägt, die in der ersten bzw. in der zweiten Kammer (14, 16) angeordnet sind.
3= Servoventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitstücke (68, 70) jeweils eine erste Gleitstückfläche (69, 71) haben, die mit der Plattenfläche 420) in Gleitberührung ist, und eine zweite Gleitstückfläche (73, 75) entgegengesetzt zu der ersten Gleitstückfläche; und daß die Vorrichtungen (74, 80) zum nachgiebigen Andrücken der Gleitstücke an die Plattenfläche (20) Vorrichtungen (76, 86) zum Einlassen von Druckfluid in jede Kammer zum Ausüben einer Kraft auf jede zweite Gleitstückfläche aufweisen.
4. Servoventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zum nachgiebigen Andrücken der Gleitstücke (68, 70) an die Plattenfläche (20) Federn (74, 80) aufweisen, die zwischen der Kolbenstange (30) und jeder zweiten Gleitstückfläche (73, 75) angeordnet sind.
5. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitstücke (68, 70) eine erste Gleitstückfläche (69, 71) haben, die mit der Plattenfläche (20) in Gleitberührung ist, und eine zweite Gleitstückfläche (73, 75) entgegengesetzt zu der ersten Gleitstückfläche; und

daß die Vorrichtungen zum nachgiebigen Andrücken der Gleitstücke an die Plattenfläche (20) Federn (74, 80) aufweisen, die zwischen der Kolbenstange (30) und jeder zweiten Gleitstückfläche (73, 75) angeordnet sind.
6 ο Servoventil nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abdeckung (54) von dem einen Ende (42) der Kolbenstange (30) vorsteht; und

daß die Vorrichtung (58) zum Liefern eines Fluidstrahls ein winkelbewegliches Strahlrohr aufweist, das sich in die Abdeckung erstreckt und in einer Düse (66) mündet, die Abstand von der ersten und der zweiten Eingangsöffung (50, 52) aufweist, wobei die Abdeckung die Winkelbewegung des Strahlrohres begrenzt.
7. Servoventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) eine vierte Kammer (19) enthält; und daß das Kolbenstangenende (42), die Abdeckung (54) und das Strahlrohr (58) in der vierten Kammer (19) angeordnet sind.
8. Servoventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Kammer (14, 16) zwischen der dritten und der vierten Kammer (18, 19) angeordnet sind; daß sich die Kolbenstange (30) zwischen der dritten und der vierten Kammer (18, 19) durch die erste und die zweite Kammer (14, 16) erstreckt; und

daß sich die Durchlässe (40, 44) zwischen dem Kolbenkopf (28) und dem einen Ende (42) der Kolbenstange (30) erstrekken.
9. Servoventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Kammer (14, 16) auf einer Seite der dritten Kammer (18) angeordnet sind und daß die vierte Kammer (119) auf der anderen Seite der dritten Kammer (18) angeordnet ist;

daß sich die Kolbenstange (30) zwischen der ersten und der vierten Kammer (14, 119) durch die zweite und die dritte Kammer (16, 18) erstreckt; und

daß sich die Durchlässe (140, 144) zwischen dem Kolbenkopf (28) und dem einen Ende (142) der Kolbenstange (30) erstekken.
10» Servoventil, gekennzeichnet durch:

ein Gehäuse (12) mit mehreren Kammern (14, 16, 18, 19; 119) und mit einer Platte (21), wobei die erste und die zweite Kammer (14,16) zum Teil durch eine im wesentlichen ebene Fläche (20) der Platte und durch zu der ebenen Fläche normale Kammerwände (22, 24, 25) begrenzt werden; einen Kolben (26) mit einem Kolbenkopf (28), der mit einer Kolbenstange (30) verbunden ist, wobei der Kolben längs seiner Achse (64) in einer zu der Plattenfläche (20) im wesentlichen parallelen Richtung bewegbar ist, wobei der Kolbenkopf in der dritten Kammer (18) angeordnet ist und wobei sich die Kolbenstange (30) in jede Kammer erstreckt und mit den Kammerwänden in abgedichteter Glei'tberührung ist;

einen ersten und einen zweiten inneren Durchlaß (40, 44; 140, 144) in wenigstens einem Teil der Kolbenstange (30), die sich zwischen einer ersten Eingangs- und einer ersten Ausgangsöffnung (50, 46) und einer zweiten Eingangs- und einer zweiten Ausgangsöffnung (52, 48) erstrecken, wobei die erste und die zweite Ausgangsöffnung mit der dritten Kammer (18) auf entgegengesetzten Seiten des Kolbenkopfes (28) in Verbindung sind und die erste und die zweite Eingangsöffnung nahe beieinander an einem Ende (42; 142) der Kolbenstange angeordnet sind, das in der vierten Kammer (19) angeordnet ist;

einer Abdeckung (54; 154), die von dem einen Ende (42; 142) der Kolbenstange (30) innerhalb der vierten Kammer (19; 119) vorsteht;

ein winkelbewegliches Strahlrohr (58), das sich von außerhalb der vierten Kammer (19) in die Abdeckung (54) erstreckt und in einer Düse (66) mündet, die Abstand von der ersten und der zweiten Eingangsöffnung hat und einen Fluidstrahl auf die Eingangsöffnungen richtet; wobei das Strahlrohr eine Nullwinkelposition hat, in der es einen vorbestimmten Ver-

setzungswinkel (oC) mit der Kolbenachse (64) bildet, wodurch Fluid in vorbestimmten Relativmengen der ersten und der zweiten Eingangsöffnung zugeführt wird;

eine Vorrichtung (62), die auf ein wahlweise veränderbares Steuersignal hin die Winkelposition des Strahlrohres ändert, wobei die Winkelverlagerung des Strahlrohres relativ zu der Nullposition bewirkt, daß eine vergrößerte lineare Kolbenverschiebung längs der Achse (64) durch Verändern der Fluidrelativmengen, die der ersten und der zweiten Eingangsöffnung (50, 52) zugeführt werden, erzeugt wird;

ein erstes und ein zweites Gleitstück (68, 70), die an der Kolbenstange angebracht und in der ersten bzw. in der zweiten Kammer (14, 16) angeordnet sind, wobei jedes Gleitstück eine erste Gleitstückfläche (69, 71) in Gleitberührung mit der Plattenfläche (20) und eine zweite Gleitstückfläche (73, 75) entgegengesetzt zu der ersten Gleitstückfläche hat; Vorrichtungen (74, 76, 80, 86) zum nachgiebigen Andrücken der ersten Gleitstückflächen (69, 71) an die Plattenfläche (20), mit Vorrichtungen (76, 86) zum Einlassen von Druckfluid, damit eine Kraft auf jede zweite Gleitstückfläche ausgeübt wird, und mit Federn (74, 80), die zwischen der Kolbenstange (30) und jeder zweiten Gleitstückfläche (73, 75) angeordnet sind; und

mehrere öffnungen (90, 94, 98, 110, 114, 124) in der Plattenfläche (20), von denen vorbestimmte öffnungen beim Auftreten der linearen Kolbenverschiebung durch die Gleitstücke geöffnet und geschlossen werden.
11. Servoventil nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch: mehrere Durchlässe in dem Gehäuse (12), von denen jeder Fluid durch das Gehäuse leiten kann, wobei ein erster Durchlaß (114) eine Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Kammer (14, 16) über eine erste öffnung (110, 114) in jeder der letztgenannnten Kammer herstellt, wobei ein zweiter Durchlaß (96)

eine Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Kammer (14,-16) über eine zweite öffnung (94, 98) in jeder der letztgenannten Kammern herstellt, wobei ein· dritter Durchlaß (126) eine Verbindung zwischen einem Niederdruckfluidsumpf (P ) und der ersten Kammer (14) über eine dritte öffnung (124) in der ersten Kammer (14) herstellt und wobei ein vierter Durchlaß (92) eine Verbindung zwischen einer Hochdruckfluidversorgung (Pg) und der zweiten Kammer (16) über eine dritte öffnung (90) in der zweiten Kammer herstellt;
eine Servokolbenkammer (118);

einen Servokolben (117), der in der Servokolbenkammer bewegbar angeordnet ist und einen Servokolbenkopf (122) aufweist, der die Servokolbenkammer in einen ersten und einen zweiten veränderbaren Kammerteil (116, 120) unterteilt, wobei der Servokolben weiter eine Servokolbenstange aufweist, die an dem Servokolbenkopf befestigt ist und sich verschiebbar durch eine Wand der Servokolbenkammer erstreckt;

eine Vorrichtung mit zwei öffnungen (127, 129, 131, 135) in dem Gehäuse (12) bzw. in der Servokolbenkammer (118) zum Herstellen einer Verbindung zwischen dem ersten Durchlaß (112) und dem ersten Kammerteil (116) und zwischen dem zweiten Durchlaß (96) und dem zweiten Kammerteil (120); wodurch der Servokolben (117) sich in linearer Richtung innerhalb der Servokolbenkammer (118) bewegen kann, wenn Druckfluid aus dem ersten oder dem zweiten Durchlaß in einen der Kammerteile eingelassen und gleichzeitig Fluid aus dem anderen Kammerteil in den Niederdrucksumpf (P ) abgelassen wird.
12. Servoventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Kammer (14, 16) zwischen der dritten und der vierten Kammer (18, 19) angeordnet sind; daß sich die Kolbenstange (30) zwischen der dritten und der vierten Kammer durch die erste und die zweite Kammer erstreckt; und

daß sich die Durchlässe (40, 44) zwischen dem Kolbenkopf (28) und dem einen Ende (42) der Kolbenstange (30) erstrecken.
13. Servoventil nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Kammer (14, 16) auf einer Seite der dritten Kammer (18) angeordnet sind und daß die vierte Kammer (119) auf der anderen Seite der dritten Kammer (18) angeordnet ist; und

daß sich die Kolbenstange (30) zwischen der ersten und der vierten Kammer (14, 119) durch die zweite und die dritte Kammer (16, 18) erstreckt und daß sich die Durchlässe (140, 144) zwischen dem Kolbenkopf (28) und dem einen Ende (142) der Kolbenstange erstrecken.
14. Servoventil, gekennzeichnet durch:

ein Gehäuse (12) mit wenigstens zwei Kammern (18, 119) und einer Platte (21), wobei eine der Kammern zum Teil durch eine Fläche (20) der Platte begrenzt wird;

einen Kolben (26), der in dem Gehäuse angeordnet ist und einen Kolbenkopf (28) aufweist, der mit einer Kolbenstange (30) verbunden ist, welche wenigstens teilweise in der einen Kammer angeordnet und darin längs ihrer Achse (164), die zu der Fläche (20) im wesentlichen parallel ist, linear bewegbar ist, während der Kolbenkopf in der anderen Kammer linear und bewegbar angeordnet ist;

einen ersten und einen zweiten inneren Durchlaß (140, 144) in wenigstens einem Teil der Kolbenstange (30), mit einer ersten Eingangs- und einer ersten Ausgangsöffnung (150, 146) und mit einer zweiten Eingangs- und einer zweiten Ausgangsöffnung (152, 148), wobei die erste und die zweite Ausgangsöffnung mit der anderen Kammer (18) auf entgegengesetzten Seiten des Kolbenkapfes in Verbindung stehen und wobei die erste und die zweite Eingangsöffnung nahe beieinander an einem Ende (142) der Kolbenstange angeordnet sind;

—. ο —

eine Vorrichtung (58) zum Liefern eines winkelbeweglichen Fluidstrahls, der auf die Eingangsöffnungen gerichtet ist und eine Nullwinkelposition hat, in der er unter einem vorbestimmten Versetzungswinkel (Φ) gegen die Kolbenstangenachse (164) angeordnet ist, wobei der Strahl Fluid in vorbestimmten Relativmengen der ersten und der zweiten Eingangsöffnung in der Nullposition zuführen kann;

eine Vorrichtung (62), die auf ein wahlweise veränderbares Steuersignal hin die Winkelposition des Strahls ändert, wobei die Winkelverlagerung des Strahls relativ zu der Nullposition beitfirkt, daß eine vergrößerte lineare Kolbenverschiebung längs der Achse (164) durch Verändern der Fluidrelativmengen, die der ersten und der zweiten Eingangsöffnung zugeführt werden, erzeugt wird;

wenigstens ein Gleitstück (68 oder 70), das an der Kolbenstange in der einen Kammer angebracht ist und eine erste Gleitstückfläche hat, die der Plattenfläche angepaßt ist; Vorrichtungen (74, oder 80, 76 oder 86) zum nachgiebigen Andrücken der ersten Gleitstückfläche an die Plattenfläche; und mehrere öffnungen (90, 94, 98, 110, 114, 124) in der Plattenfläche, von denen vorbestimmte öffnungen beim Auftreten der linearen Kolbenverschiebung durch das Gleitstück geöffnet und geschlossen werden.
15. Servoventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern weiter durch wenigstens eine Wand (145) begrenzt sind, die beiden Kammern gemeinsam ist, und daß die Kolbenstange (30) mit dieser Wand in abgedichteter Gleitberührung ist.
16- Servoventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitstück mehrere Durchlässe hat, die sich durch es erstrecken und eine Verbindung zwischen den vorbestimmten öffnungen herstellen.
17. Servoventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gleitstückfläche mit der Plattenfläche (20) in Gleitberührung ist und daß das Gleitstück eine zweite Gleitstückfläche entgegengesetzt zu der ersten Gleitstückfläche aufweist; und

daß die Vorrichtungen (76, 86) zum nachgiebigen Andrücken des Gleitstücks an die Plattenfläche Vorrichtungen aufweisen zum Einleiten von Druckfluid in die eine Kammer, damit eine Kraft auf die zweite Gleitstückfläche ausgeübt wird.
18. Servoventil nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zum nachgiebigen Andrücken des Gleitstückes an die Plattenfläche Federn (74, 80) aufweisen, die zwischen der Kolbenstange (30) und der zweiten Gleitstückfläche angeordnet sind.
19. Servoventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gleitstückfläche mit der Plattenfläche (20) in Gleitberührung ist und daß das Gleitstück eine zweite Gleitstückfläche entgegengesetzt zu der ersten Gleitstückfläche aufweist; und

daß die Vorrichtungen zum nachgiebigen Andrücken des Gleitstückes an die Plattenfläche (20) Federn (74, 80) aufweisen, die zwischen der Kolbenstange (30) und der zweiten Gleitstückfläche angeordnet sind.
20. Servoventil nach Anspruch 14 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abdeckung (154) von dem einen Ende (142) der Kolbenstange (30) vorsteht; und

daß die Vorrichtung zum Liefern eines Fluidstrahls ein winkelbewegliches Strahlrohr (58) aufweist, das sich in die Abdekkung erstreckt und in einer Düse (66) mündet, die Abstand von der ersten und der zweiten Eingangsöffnung aufweist, wobei die Abdeckung die Winkelbewegung des Strahlrohres begrenzt.
21. Verfahren zum Betätigen eines Kolbens in der zweiten Stufe eines zweistufigen Servoventils, wobei der Kolben längs einer Achse linear bewegbar ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Liefern eines winkelbeweglichen Fluidstrahls, der eine Nullwinkelposition unter einem vorbestimmten Versetzungswinkel gegen die Achse hat; und

Ändern der Winkelposition des Strahls auf ein Steuersignal hin, wobei die WinkelVerlagerung des Strahls relativ zu der Nullposition eine vergrößerte Linearbewegung des Kolbens längs der Achse in der zweiten Stufe erzeugt.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Kolben einen Kolbenkopf hat, der mit einer Kolbenstange verbunden ist, die längs der Achse linear bewegbar ist, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

Zuführen von Fluidrelativmengen aus dem Strahl zu entgegengesetzten Seiten des Kolbenkopfes, um dadurch den Kolbenkopf linear zu positionieren; und

Verändern der Fluidrelativmengen, die auf diese Weise zugeführt werden, wenn der Strahl seine Winkelposition ändert.