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Einrichtung zur Ausübung gesteuerter Verstellkräfte unter Verwendung
eines Druckmittels; insbesondere zum übertragen von Steuerimpulsen für Flugzeugtriebwerke
Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Ausübung gesteuerter Verstellkräfte
mittels eines Druckmittels; als ein Beispiel hierfür sei ein indirekt Wirkender
Regler erwähnt, bei dem eine Druckflüssigkeit vermittels einer Steuerung, die von
einem auf Zustandsänderungen ansprechenden Gliede (Geber) verstellt wird, in wechselnder
Stärke und Richtung zur Einwirkung auf ein Kraftglied, z. B. einen Kolben, gebracht
wird, dessen Bewegungen auf das zu verstellende Glied (Verstellglied) übertragen.werden.
Die Erfindung bezweckt, eine solche Einrichtung so auszubilden, daB sie bei möglichst
geringer Verzögerung zwischen dem Ausschlag des Gebers und der dadurch verursachten
Verstellung des Verstellgliedes ein möglichst niedriges Gewicht und einen möglichst
geringen Kraft-und Raumbedarf hat. Diese Forderung ist von besonderer Bedeutung
für die Übertragung von Steuerimpulsen im Flugbetriebe; beispielsweise bei den Steuervorgängen
von Flugmotoren, die etwa die Veränderung der Kraftstoffmenge bewirken, welche den
Arbeitsräumen des Motors zugeführt wird. Hier ist ein u. U. schwacher Steuerimpuls
in kürzester Zeit und mit völliger Sicherheit zur Einwirkung auf die durch ihre
Einstellung die Leistung des Motors bestimmenden Glieder zu bringen, und zwar bei
einem Mindestaufwand an Gewicht, Raum und Antriebskraft für die hierzu dienende
EinriEhtung.
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Die Erfindung wird diesen Anforderungen grundsätzlich dadurch gerecht,
daß als vom Geber gesteuertes und die gewünschte Verstellkraft ausübendes Mittel
ein unter Druck gesetztes Gemisch von flüssigen und gasförmigen Bestandteilen verwendet
wird. In weiterer
Ausgestaltung der Erfindung dient zur Erzeugung
dieses Gemisches, welches elastisch zusammendrückbar ist und daher Energie in sich
zu speichern vermag, eine Pumpe, der gleichzeitig ein flüssiges und ein gasfdr=;:
miges Mittel getrennt zugeführt wird und' welche diese beiden Mittel miteinander
vermischt und sie dabei unter Druck setzt. Das ausdehnungsfähige Gemisch wird von
der Pumpe aus in Leitungen zur Verwendungsstelle geführt, so daß dort, wo die Kraft
des Druckmittels wirken soll, ein Energieträger zur Verfügung steht, der den Bewegungsvorgang
unverzüglich veranlassen kann. Infolge der Zusammensetzung des Gemisches aus einem
flüssigen und einem gasförmigen Bestandteile wird die für eine Verstellbewegung
bestimmter Größe erforderliche Flüssigkeitsmenge sowie der Druckabfall, den das
Übertragungsmittel beim Zuströmen zum Kraftglied erfährt, gegenüber einem rein flüssigen
Druckmittel erheblich verringert. Den Energieinhalt des Gemisches kann-man dem Kraftbedarf
der Einrichtung durch entsprechende Bemessung der Menge oder des Druckes des der
Pumpe zuzuführenden gasförmigen Bestandteiles anpassen.
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Infolge der Ausdehnungsfähigkeit des erfindungsgemäß verwendeten Druckmittels
ist für die gleiche Verstellarbeit am Kraftgliede eine geringere Menge als bei rein
flüssigem Druckmittel erforderlich; es kann deshalb die Leistung der Pumpe, welche
das Druckmittel unter Druck setzt, und demzufolge auch diese Pumpe selbst kleiner
als bei Verwendung eines nein. flüssigen Druckmittels sein.. Dies ergibt eine weitere
Energieersparnis, weil die Pumpe auch in der in der Regel weit überwiegenden Zeit,
in welcher eine Verstellung des Kraftgliedes nicht stattfindet und in der trotzdem
die Pumpenleistung aufgebracht werden muß, nur diese geringere Menge zu fördern
braucht. Außerdem fallen bei einer Einrichtung nach der Erfindung Energiespeicher
oder andere Mittel, welche viel Raum beanspruchen und hohes Gewicht besitzen, wie
z. B. Windkessel; fort.
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Die Erfindung ist im nachstehenden an Hand eines Ausführüngsbeispieles
näher erläutert, welches eine indirekt wirkende Regeleinrichtung darstellt, die
mit einem Druckmittel arbeitet, dessen Wirkung von einem Geber gesteuert wird.
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Abb. i der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung den Gesamtaufbau
der Einrichtung, deren Hauptteile vorwiegend im Schnitt wiedergegeben sind; Abb.
2 zeigt einen Teil der Abb. r in vergrößertem Maßstabe.
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Die wesentlichen Bestandteile des in Abb. i dargestellten Ausführungsbeispieles
der Einrichteng nach der Erfindung sind ein Druckerzeuger i, ein Geber 2 beliebiger
Art mit irgendeinem bewegbaren Gliede, das sich in ;:iAbhängiglceit von Änderungen
eines physika-1@üen Zustandes (Druck, Temperatur, GesclwindiL-keit o. dgl.) verstellt,
ein Steuerglied 3 und ein Kraftglied q.. Der Druckerzeu-'ger ist in Abb. 2 im einzelnen
dargestellt und wird durch eine Zahnradpumpe gebildet. Dem einen der beiden in einem
Gehäuse 5 gelagerten Zahnräder 6,7 wird durch eine Zuleitung 8 eine Flüssigkeit,
beispielsweise Öl; dem anderen Zahnrade durch eine Zuleitung 9 ein gasförmiges Mittel,
z: B. Luft, zugeführt. Beide Zahnräder fördern das ihnen zugeführte Mittel zu ihrer
Eingriffsstelle, wo die beiden Mittel innig miteinander vermischt und unter Druck
gesetzt werden. Dieser Druck und damit der Energieinhalt des Gemisches läßt sich
dadurch erhöhen, daß man der Pumpe bereits unter Druck stehende Luft zuführt. Verwendet
man als flüssiges Mittel Öl, so bildet sich in der Pumpe ein unter Druck stehendes
öl-Luft-Gemisch, das durch die -Leitung io weitergefördert wird. In Abb. 'i wird
das von der Pumpe i benötigte Ö1 mittels einer Leitung i i aus einem Gefäß 12 angesaugt.
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Der Druckerzeuger i ist, wie aus Abb. i ersichtlich, mit dem Steuergliede
3 durch eine Leitung 13 für das Gemisch verbunden, von der eine mit einem Überdruckventil
15 versehene Rückströmleitung 14 zum Gefäß 12 abzweigt. Das Steuerglied 3 besitzt
einen Zylinder 16, in dem zwei starr miteinander verbundene Kolhenschieber 17 und
17' längs verschieblich gelagert sind. Diese Kolbenschieber sind mit dem bewegbaren
Gliede, beispielsweise einer Stange 3o, des Gebers 2 gekuppelt, so daß sie dessen
Verstellbewegungen mitmachen. Die Leitung 13 verzweigt sich und mündet mit jedem
Zweige in der Nähe einer der beiden Stirnflächen des Zylinders 16. Inbestimmtem,
von der axialen Erstreckung der Kolbenschieber 17, 17" abhängigen Abstande von jeder
Stirnfläche führt aus dem Zylinder 16 je eine Leitung 18 bzw. 19 zu dem Kraftgliede
q., das einen von dem Druckmittel zu verstellenden; im Gehäuse 21 schwingend angeordneten
Flügelkolben 2o aufweist. Die Leitungen 18 und i9 münden je in einem der beiden
:durch den Flügelkolben 2o voneinander getrennten Räume des Gehäuses 21. Außerhalb
des Gehäuses 21 trägt der Flügelkolben 2o einen Zahnbogen 22; der in eine Zahnstange
23 eingreift, die einen Teil einer längs verschieblich gelagerten Stange 2q, bildet.
Die Stange 2q: dient unter Vermittlung eines Hebels 25 zur Betätigung des zu verstellenden
Gliedes, das beispielsweise als in der Ansaugeleitung 26 eines Flugmotors angeordnete
Reglerklappe 27 ausgebildet ist. Aus der
Mitte des Steuerzylinders
16 führt eine Rückströmleitung 28 zu dem Behälter 12.
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Ein von dem Geber 2 ausgehender Impul: bewirkt eine Verschiebung der
Kolbenschieber 17, 17' des Steuergliedes 3 und damit die Freigabe einer der Leitungen
18 oder i9 für das aus der Leitung 13 zugeführte unter Druck stehende Gemisch, dessen
Druck somit auf die eine oder andere Seite des Flügelkolbens 2o einwirkt, so daß
dieser im einen oder anderen Sinne verschwenkt wird. In Abb. i ist der Fall dargestellt,
.daß die Kolbenschieber 17, 17' die Leitung ,i9 mit der Druckmittelzuleitung 13
verbindet, so daß das Gemisch den Flügelkolben 2o aus der dargestellten rechten
Endlage im Sinne des Pfeiles a verschwenkt. Das hier-bei von dem Flügelkolben 2o
aus dem Gehäuse 21 verdrängte Gemisch gelangt durch die Leitungen 18 und 28 in den
Behälter i2 zurück. Die Verschwenkung des Flügelkolbens 2o hat unter Vermittlung
der Glieder 2z, 23, 24 und 25 eine Verschwenkung der Reglerklappe 27 zur Folge.
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Das von der Pumpe i erzeugte Gemisch besteht nur zu einem Bruchteile
aus Flüssigkeit, beispielsweise Öl, während der übrige Teil von dem zusammengedrückten
gasförmigen Mittel, in der Regel Luft, gebildet wird. Die Abmessungen der Pumpe
i können infolge der Ausdehnungsfähigkeit dieses Gemisches kleiner sein als bei
der Benutzung eines rein flüssigen, d. h. eines tropfbarenDruckmittels, und auch
ihr Antriebsbedarf ist dementsprechend geringer. Die Leitungen 18 und i9 werden
so kurz wie möglich ausgebildet, so daß nach Verbindung einer der Leitungen 18 oder
i9 mit der Zuleitung 13 der Druck des Gemisches sich unverzüglich zur Erzeugung
der Schwenkbewegung des Flügelkolbens 2o des Kraftgliedes 4 auswirken kann. Das
von der Pumpe i geförderte Druckmittelgemisch (das beim Fehlen eines Steuerimpulses
des Gebers durch die Überströmleitung 14 in den Behälter 12 zurückfließt) bewirkt
infolge seines Energiespeichervermögens beim Auftreten eines Steuerimpulses eine
unverzügliche Krafteinwirkung auf das Kraftglied. Dabei wird ein Druckabfall infolge
der Ausdehnung des gasförmigen Bestandteiles des Gemisches durch die weitere Förderung
der Pumpe i alsbald wieder ausgeglichen. Diese ausgleichende Wirkung des in dem
Gemisch enthaltenen, unter Spannung stehenden luftförmigen Bestandteiles verhindert
auch ein bei rein flüssigem Druckmittel mögliches Abreißen der beim Regelvorgange
zwischen dem Druckerzeuger und dem Kraftgliede bestehenden Druckmittelsäule und
macht die Regelung dadurch weich und stoßfrei. .
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Bei Regeleinrichtungen, die mit reiner Flüssigkeit, vorzugsweise Öl,
als Kraftübertragungsmittel arbeiten, muß erfahrungsgemäß zwecks Erzielung eines
genügend schnellen Einsetzens der Kraftgliedverstellung die Förderleistung der Pumpe
etwa drei- bis viermal so groß gewählt werden als der für den Gesamtverlauf des
Regelvorganges sich ergebende Mittelwert dieser Leistung; diese große Flüssigkeitsmenge
muß, solange der Geber ruht, gegen den Widerstand des Überströmventils ständig in
Umlauf gehalten werden, so daß sich hierdurch ein großer Energiebedarf für die Pumpe
ergibt.
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Wird dagegen gemäß der Erfindung als Druckmittel ein unter Druck stehendes
Gemisch verwendet, das aus etwa gleichen Mengen Öl und Luft gebildet wird, so braucht
die Druckmittelpumpe nur etwa den vierten Teil derjenigen Ölmenge zu fördern, welche
im Falle der ausschließlichen Verwendung von Öl als Druckmittel gefördert werden
müßte. Die bei Anwendung der Erfindung in Umlauf zu setzende Druckmittelmenge ist
also erheblich kleiner; und demgemäß sind auch das Gewicht sowie der Raum- und Energiebedarf
der Pumpe entsprechend geringer als bei Verwendung eines nur aus. Flüssigkeit bestehenden
Übertragungsmittels. Da außerdem die im Leerlaufe umzuwälzende Ölmenge infolge ihrer
Erwärmung beim Durchgange durch die Pumpe eine unerwünschte zusätzliche Erwärmung
des Ölvorrates herbeiführt, wirkt sich die Erfindung auch in dieser Hinsicht durch
die Herabsetzung der Umlaufmenge günstig aus.