DE3445999A1

DE3445999A1 - ACTUATOR

Info

Publication number: DE3445999A1
Application number: DE19843445999
Authority: DE
Inventors: Philip Earle West Hartford Conn. Barnes; John Edly Granby Conn. Horr
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1984-12-17
Publication date: 1985-06-27
Also published as: GB2151306B; FR2556789A1; GB2151306A; IT8424097A0; SE8406358D0; GB8430573D0; IT1177435B; IL73760A0; JPS60143206A; SE8406358L; IT8424097A1; FR2556789B1

Description

- 4 Stellglied - 4 actuators

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf .Stellglieder und im besonderen auf eine Lagerkonstruktion für die Zylinder von hydraulischen Stellgliedern.The invention relates generally to .Stellglieder and in particular a bearing structure for the cylinders of hydraulic actuators.

Die gegenwärtigen hydraulischen Stellglieder,wie z.B. solche, die zur Lageregelung einer Vorrichtung,wie z.B. einer Steuerfläche eines Flugzeugs,verwendet werden, weisen typischerweise einen Zylinder auf, der einen gleitbar darin angeordneten Kolben hat, der an einer Stange befestigt ist, die mit der zu betätigenden Vorrichtung verbunden ist. Durch ausgewählte Druckbeaufschlagung und Entleerung des Zylinders wird die Lage des Kolbens in dem Zylinder in Längsrichtung und somit die Lage der Stange, an welcher der Kolben befestigt ist, eingestellt, wodurch die Lage der angeschlossenen Vorrichtung eingestellt wird.The current hydraulic actuators, e.g. those used to control the position of a device such as a control surface of an aircraft typically comprises a cylinder having a piston slidably disposed therein that is attached to a rod which is connected to the device to be actuated. Through selected pressurization and evacuation of the cylinder, the position of the piston in the cylinder in the longitudinal direction and thus the position of the rod on which the piston is attached, adjusted, whereby the position of the attached device is adjusted.

Typischerweise sind die Stellgliedzylinder mit einer lösbaren Stopfbüchse abgedichtet, die durch geeignete Mittel,wie z.B. eine Mutter oder ähnliche Befestigungsmittel mit Gewinde,an dem Zylinder befestigt ist. Bei Stellgliedern für Flugzeuge besteht der Zylinder üblicherweise aus rostfreiem Stahl und die Stopfbüchse aus Bronze. Die Stopfbüchse weist üblicherweise eine Anzahl von Umfangsnuten auf, die in ihrer inneren und ihrer äußeren Oberfläche gebildet sind, wobei die Nuten Dichtungen aufnehmen, welche die Stopfbüchse sowohl gegen den Zylinder als auch die Stange abdichten, um den Austritt von Hydraulikflüssigkeit aus dem Inneren des Zylinders auf einem Minimum zu erhalten. Die durch die inneren Dichtungsnuten begrenzten Stege bilden Lager, an denen die Stange gleitbar abgestützt wird, während sie sich mit dem Kolben bewegt.Typically, the actuator cylinders are sealed with a releasable stuffing box secured by suitable Means, such as a nut or similar threaded fastener, is attached to the cylinder. at In aircraft actuators, the cylinder is usually made of stainless steel and the stuffing box is made of bronze. The stuffing box usually has a number of circumferential grooves in its inner and outer Surface are formed, the grooves receiving seals, which the gland against both the cylinder as well as sealing the rod to prevent hydraulic fluid from leaking from inside the cylinder to get a minimum. The webs bounded by the inner sealing grooves form bearings on which the Rod is slidably supported while it moves with the piston.

Für den Fachmann ist erkennbar, daß zum Erzielen einer freien Bewegung der Stange durch die Stopfbüchse bei gleichzeitiger Abdichtung der Stopfbüchse gegen die Stange sehr enge Herstellungstoleranzen sowohl bei der Exzentrizität der Stopfbüchse und des Zylinders als auch bei den Spielräumen zwischen ihnen und zwischen der Stopfbüchse und der Stange eingehalten werden müssen. Übergroße Spielräume und stark außermittige Bauteile beinhalten nicht nur das Risiko, daß das Stellglied nicht funktioniert, sondern auch das Risiko einer vorzeitigen Abnutzung der Lager und Dichtungen und somit eines nicht tolerierbaren Flüssigkeitsaustritts aus dem Stellglied.Those skilled in the art will recognize that in order to achieve free movement of the rod through the stuffing box simultaneous sealing of the stuffing box against the rod very tight manufacturing tolerances both at the eccentricity of the gland and cylinder, as well as the clearances between them and between the stuffing box and the rod must be observed. Oversized clearances and strongly eccentric components involve not only the risk that the actuator will not work, but also the risk of premature Wear of the bearings and seals and thus an intolerable leakage of fluid from the actuator.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Stopfbüchsenanordnung für ein hydraulisches Stellglied, wobei die Anordnung durcheine minimale Anzahl von Bauteilen zum Verringern der Bedeutung von Außermittigkeiten der Bauteile und der dazwischenliegenden Spielräume gekennzeichnet is1The object of the invention is to create an improved A gland assembly for a hydraulic actuator, the assembly being represented by a minimum number of Components to reduce the importance of eccentricities of the components and the clearance between them is1

Diese Aufgabe wird mit dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 oder 3 gelöst.This object is achieved with the characterizing part of claim 1 or 3.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Stellglied, bei welchem eine Zylinderstopfbüchse einstückig mit dem Zylinder ausgeführt und mit Stangenlagerstegen versehen ist, die mit einem verschleißfesten Material wie z.B. Silber beschichtet sind. Das Material kann auf die Stege beispielsweise durch Galvanisieren, Aufdampfen oder Flammspritzen aufgetragen werden. Die mit dem verschleißfesten Lagermaterial beschichteten integrierten Stege vermindern die Anzahl der einzelnen Bauteile, die für die Stellgliedoder Stopfbüchsenanordnung benötigt werden, und infolgedessen die nachteiligen Auswirkungen übermäßiger Außermittigkeiten dieser Teile und unsachgemäßer Spielräume zwischen* ihnen. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das LagermaterialThe subject of the invention is thus an actuator at which a cylinder gland integral with the cylinder and is provided with rod bearing bars, which are made of a wear-resistant material such as silver are coated. The material can be applied to the webs, for example by electroplating, vapor deposition or flame spraying be applied. The integrated webs coated with the wear-resistant bearing material reduce the number of individual components required for the actuator or gland assembly, and consequently the adverse effects of excessive eccentricity of these parts and improper clearances between * them. In one embodiment, the stock material

eine Silberschicht auf, die auf eine Unterschicht aus Kupfer aufgetragen ist, die unmittelbar auf die integrierten Stege aufgetragen ist,obwohl andere Materialien verwendet werden können, wie aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, die zur Erläuterung der Erfindung dient. Es zeigt:a layer of silver that is applied to an underlayer of copper that is directly on top of the integrated Strips is applied, although other materials can be used, as will be evident from the following description which serves to explain the invention. It shows:

Fig. 1 eine bruchstückartige SchnittdarstellungFig. 1 is a fragmentary sectional view

einer Stopfbüchsenanordnung für ein hydraulisches Stellglied nach dem Stand der Techa prior art gland assembly for a hydraulic actuator

nik,nik,

Fig. 2 eine bruchstückartige Schnittdarstellung einer Stopfbüchsenanordnung für ein Stellglied nach der Erfindung undFigure 2 is a fragmentary sectional view of a gland assembly for an actuator according to the invention and

Fig. 3 eine vergrößerte und bruchstückartige Ansicht eines Teiles der Stopfbüchsenanordnung nach der Erfindung, wobei gezeigt ist, wie die Anordnung eine schlechte Zentrierung3 is an enlarged and fragmentary view of a portion of the gland assembly according to the invention, showing how the arrangement has poor centering

zwischen einer Kolbenstange und ihren Lagern ausgleicht.balances between a piston rod and its bearings.

In Fig. 1 ist ein Endteil eines vorbekannten Hydraulik-Stellgliedes 10 gezeigt. Das Stellglied 10 weist einen Zylinder auf, der typischerweise aus rostfreiem Stahl oder einem ähnlichen Material mit einer geeigneten Festigkeit und Härte gebildet ist, in welchem ein Kolben 20 gleitbar angeordnet ist. Der Kolben 20 ist an einer typischerweise aus verchromtem Stahl bestehenden Ausgabestange 25 derart befestigt, daß eine ausgewählte Druckbeaufschlagung und Entleerung des Zylinders den Kolben und die Stange in Längsrichtung bewegenlassen, wodurch eine zu betätigende Vorrichtung (nicht gezeigt), die mit der Stange 25 zur Betätigung durch das Stellglied verbunden ist, bewegtIn Fig. 1 is an end portion of a previously known hydraulic actuator 10 shown. The actuator 10 has a cylinder which is typically made of stainless steel or a similar material of suitable strength and hardness in which a piston 20 is slidable is arranged. The piston 20 is on an output rod 25 typically made of chrome-plated steel mounted so that a selected pressurization and emptying the cylinder causing the piston and rod to move longitudinally, thereby causing an actuatable Device (not shown) connected to rod 25 for actuation by the actuator

wird» Urn Lagerflächen für die Stange 2U₁ schaffen und den Zylinder gegen den Austritt von Hydraulikflüssigkeit aus ihm abzudichten, ist der Zylinder 15 mit einer typischerweise aus Bronze bestehenden Stopfbüchse 30 versehen, die in einer ringförmigen Ausnehmung in der Zylinderwand angeordnet ist. Die Stopfbüchse wird durch eine Sicherungsmutter 35 unter Druck an Ort und Stelle gehalten, die in das Ende des Zylinders eingeschraubt ist. Wie gezeigt, weist die Stopfbüchse 30 eine Anzahl von Nuten auf, die in ihrer inneren und ihrer äußeren Oberfläche gebildet sind. In den Nuten 4 0 sind Dichtungsringe 45 und Hinterlegungsringe zum Abdichten der Stopfbüchse gegen die äußere Oberfläche der Stange 25 untergebracht, während die Nut 55 einen Dichtungsring 60 und Hinterlegungsringe 65 zum Abdichten der Stopfbüchse gegen die innere Oberfläche des Zylinders 15 darin hat. Die Nuten 4 0 begrenzen drei Stege 70, die als Lager wirken, um die Stange 25 radial abzustützen und die Stange durch die Stopfbüchse bei der normalen Hin- und Herbewegung der Stange hindurchgleiten zu lassen.If »Urn create bearing surfaces for the rod 2U ₁ and to seal the cylinder against the escape of hydraulic fluid from it, the cylinder 15 is provided with a stuffing box 30, typically made of bronze, which is arranged in an annular recess in the cylinder wall. The gland is held in place under pressure by a lock nut 35 screwed into the end of the cylinder. As shown, the gland 30 has a number of grooves formed in its inner and outer surfaces. Grooves 40 house sealing rings 45 and backing rings for sealing the gland against the outer surface of rod 25, while groove 55 has sealing ring 60 and backing rings 65 for sealing the gland against the inner surface of cylinder 15 therein. The grooves 40 define three webs 70 which act as bearings to radially support the rod 25 and allow the rod to slide through the gland during normal reciprocation of the rod.

Wie der Fachmann weiß, hängt ein ordnungsgemäßer Betrieb des Stellgliedes 10 nicht nur von der Präzision der Passung des Kolbens 20 in dem Zylinder 15 ab,sondern auch von der Präzision der Passung zwischen der Stopfbüchse und dem Zylinder sowie zwischen der Kolbenstange und den LagerStegen. Es ist somit klar, daß Außermittigkeiten bei dem Zylinder, der Stopfbüchse oder der Kolbenstange auf einem Minimum gehalten werden müssen, um einen ordnungsgemäßen Betrieb des Stellgliedes sicherzustellen, ohne daß eine vorzeitige Abnutzung der Dichtungsringe und übermäßiges Lecken des Zylinders auftreten. Ebenfalls müssen die Spielräume zwischen der Kolbenstange und der Stopfbüchse sowie zwischen der Stopfbüchse und dem Zylinder genau eingehalten werden, um einen ordnungsgemäßen Betrieb des Stellgliedes sicherzustellen und eine vorzeitige Abnutzung der Dichtungen zu vermeiden.As the skilled person knows, proper operation depends of the actuator 10 depends not only on the precision of the fit of the piston 20 in the cylinder 15, but also on the precision of the fit between the stuffing box and the cylinder and between the piston rod and the storage bars. It is thus clear that eccentricities cylinder, stuffing box or piston rod must be kept to a minimum in order to achieve proper Ensure operation of the actuator without premature wear and tear on the sealing rings and excessive Leakage of the cylinder may occur. There must also be clearances between the piston rod and the stuffing box as well as between the gland and the cylinder must be strictly adhered to for proper operation of the actuator and to avoid premature wear of the seals.

-Q--Q-

' Wie in Fig. 2 dargestellt, ist erfindungsgemäß die Stellgliedstopfbüchse einstückig mit dem Zylinder ausgeführt, wodurch die Außermittigkeiten der äußeren Oberfläche der Stopfbüchse und der Spielraum zwischen der Stopfbüchse und dem Zylinder ausgeschaltet sind. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Zylinder 15 mit einer integrierten Stopfbüchse 80 versehen, die aus einem Absatz des Zylinders besteht, der sich radial nach innen erstreckt. Die Stopfbüchse 80 ist mit Nuten 40 versehen, die Dichtungsringe und Hinterlegungsringe 50 aufnehmen,und wie bei der Stopfbüchse 30 begrenzen die Nuten in der Stopfbüchse 8 0 eine Anzahl von Lagerstegen 85 zur radialen Abstützung der Kolbenstange 25.'As shown in Fig. 2, according to the invention is the Actuator gland made integral with the cylinder, eliminating the eccentricities of the outer surface the stuffing box and the clearance between the stuffing box and the cylinder are eliminated. As in As shown in Fig. 2, the cylinder 15 is provided with an integrated stuffing box 80 which emerges from a shoulder of the cylinder exists, which extends radially inward. The stuffing box 80 is provided with grooves 40, the sealing rings and backing rings 50, and as with the stuffing box 30 limit the grooves in the stuffing box 8 0 a number of bearing webs 85 for the radial support of the piston rod 25th

s . ,s. ,

Wie oben bemerkt, werden bei hydraulischen Stellgliedern, die in der Luftfahrt Anwendung finden, typischerweise Zylinder aus rostfreiem Stahl und verchromte Kolbenstangen verwendet. Da die Stopfbüchse 80 einstückig mit dem Zylinder 15 ausgeführt ist, sind die Lagerstege 85 aus dem selben Material wie der Zylinder gebildet. Wenn dieses Material rostfreien Stahl aufweist, um ein Verschleißen und/oder Pressen der Stege und der Kolbenstange zu vermeiden, werden die Stege mit wenigstens einer Schicht aus einem verschleißfesten (nicht fressenden) Lagermaterial beschichtet. Bei dem Ausführungsbeispiel weist das Lagermaterial" ein Ka].tflußmetall,wie z.B. Zinn, Indium, Blei, Kupfer, Silber oder eine Kombination daraus,auf. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind zwei Schichten aus dem verschleißfesten Material vorgesehen, wobei die innere Schicht 90 eine dünne (0,025mm) innere Beschichtung aus Silber auf einer etwas dickeren (0,127mm) äußeren Schicht 95 aus Kupfer aufweist. Die Lagermaterialien können auf die Stege beispielsweise durch Galvanisieren,Flammspritzen oder Aufdampfen aufgebracht werden. Obwohl festgestellt wurde, daß Silber ein etwas besseres Lagermaterial als Kupfer ist, wenn es in Verbindung mit einer verchromten Kolbenstange verwendet wird,As noted above, hydraulic actuators used in aviation typically include Stainless steel cylinders and chrome-plated piston rods used. Since the gland 80 is integral with the cylinder 15 is executed, the bearing webs 85 are formed from the same material as the cylinder. If this material has stainless steel in order to avoid wearing and / or pressing of the webs and the piston rod the bars are coated with at least one layer of wear-resistant (non-corroding) bearing material. at In the exemplary embodiment, the bearing material has "a metal flux, such as e.g. tin, indium, lead, copper, silver or a combination thereof. As shown in Fig. 2, are two layers of the wear-resistant material are provided, the inner layer 90 being a thin (0.025mm) inner coating of silver on a slightly thicker (0.127mm) outer layer 95 of copper. The storage materials can be applied to the webs, for example, by electroplating, flame spraying or vapor deposition will. Although silver has been found to be a slightly better bearing material than copper when combined is used with a chrome-plated piston rod,

so wurde auch festgestellt, daß eine Silberschicht so dick wie die Silberschicht und Kupferschicht zusammengenommen von den Stegen abfließen könnte/ wenn die Oberfläche der Kolbenstange im Normalbetrieb des Stellgliedes an ihr reibt. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß, die Bereitstellung eines verschleißfesten, kaltfließenden Lagermaterials auf den Stegen 80 es den Stellgliedlagern ermöglicht, schlechte Zentrierungen zwischen dem Zylinder und der Kolbenstange auszugleichen. Wie in Fig. 3 gezeigt, führt eine schlechte Zentrierung dieser beiden Teile zu einer übermäßigen radialen Belastung des Endes des Lagersteges, wodurch das Lagermaterial in Längsrichtung nach außen kaltfließt, wobei das Material sich an die Form der schlecht zentrierten Kolbenstange anpaßt, ohne das Stellglied zu blockieren oder einen übermäßigen Austritt von Flüssigkeit aus ihm hervorzurufen.so it was also found that a silver layer so thick as the silver layer and copper layer taken together could flow off the webs / if the surface the piston rod rubs against it during normal operation of the actuator. From Fig. 3 it can be seen that, the provision a wear-resistant, cold-flowing bearing material on the webs 80 enables the actuator bearings to to compensate for poor centering between the cylinder and the piston rod. As shown in Fig. 3, one leads poor centering of these two parts to an excessive radial load on the end of the bearing web, whereby the bearing material cold flows outwards in the longitudinal direction, whereby the material adapts to the shape of the bad centered piston rod adjusts without jamming the actuator or excess fluid leakage to evoke from him.

Es ist daher ersichtlich, daß durch die integrierte Stopfbüchse und Stangenlager nach der Erfindung die Abhängigkeit eines ordnungsgemäßen Stellgliedbetriebes und die Abhängigkeit der Wirksamkeit der Stellglieddichtungen von einer strikten Mittigkeit und engen Spielraumtoleranzen vermindert sind. Die Verringerung der Anzahl der einzelnen Bauteile durch die Erfindung steigert auch die Wirtschaftlichkeit der Anordnung sowie die Leichtigkeit des Zusammenbaus der Stellglieder. Die Zentrierung zwischen der Kolbenstange und dem Zylinder wird auch gesteigert, wodurch die Lebensdauer der Dichtungen erhöht wird.It can therefore be seen that through the integrated stuffing box and rod bearings according to the invention, the dependency of proper actuator operation and the dependency the effectiveness of the actuator seals is reduced by strict centricity and tight clearance tolerances are. The reduction in the number of individual components as a result of the invention also increases economic efficiency the arrangement as well as the ease of assembly of the actuators. The centering between the piston rod and the cylinder is also increased, thereby increasing the life of the seals.

Obwohl ein spezielles Ausführungsbeispiel der Efindung gezeigt und beschrieben wurde, ist es für den Fachmann klar, daß sich ihm verschiedene Abänderungen aufgrund der Beschreibung ergeben, und es wird mit den folgenden Ansprüchen die Absicht verfolgt, diese Abänderungen, die in den Bereich der Erfindung fallen, abzudecken.While a particular embodiment of the invention has been shown and described, it will be apparent to those skilled in the art it will be understood that various changes may arise from the description, and it will be understood with the following claims it is intended to cover those modifications that fall within the scope of the invention.

AOAO

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Claims

?] Sl · Dr- Stefren ANDRAE pl.-Phys. Dteter FLACH °! P "· - ·" «· Dietmar HAUG Steinstr. 44, D-8000 Munich 80 Note: United Technologies Corporation Hartford, Ct.06101, V.St.A. Az: 280 actuator claims

1. An actuator having a cylinder and a dispensing rod slidably disposed therein, characterized that the cylinder (15) is provided with an integrated stuffing box (80) which has a bearing web (85) for the output rod (25), wherein the web {85) with at least one layer (90) made of wear-resistant bearing material for sliding contact with an outer surface of the output rod (25) is coated and the coated web

(85) an integrated bearing for the radial support of the output rod (25) through the integrated cylinder gland (85) creates.

2. Actuator according to claim 1, characterized in that that the storage material is a non-eating material.

3., actuator having a cylinder and an output rod slidably disposed therein, characterized that the cylinder (15) is provided with an integrated stuffing box (80), »the has at least one groove (4 0) in it that can accommodate a sealing ring (4 5) and an adjacent web (85) partially limited, the one with at least one layer (90) of a cold flowing bearing material for a sliding contact is coated with an outer surface of the dispensing rod (25), the coated web (85) being an integral part Cylinder bearing for radial support of the output rod (25) through the integrated cylinder stuffing box (80) creates.

4. Actuator according to claim 1 or 3, characterized in that the bearing material comprises at least one metal selected from the group consisting of tin, indium, lead, copper and silver, or a combination group consisting of it is selected.

5. Actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the bearing material is a outer layer (95) of copper deposited on the web (85) and an inner concentric layer of silver (90), which is applied to the copper, has 0.

6. Actuator according to claim 4, characterized in that that the copper layer (95) approximately 0.127mm (0.005 inch) thick. 35

7. Actuator according to claim 4, characterized that the silver layer (90) is approximately 0.025mm (0.001 inch) thick.

8. Actuator according to claim 4, characterized in that that the copper and silver layers (95, 90) are electroplated onto the cylinder bar.

9. Actuator according to claim 4, characterized in that g e that the copper and silver layer (95.90) are vapor-deposited on the cylinder bar.

10. Actuator according to claim 4, characterized that the copper and silver layer (95.90) are flame-sprayed onto the cylinder web.