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Druckmittelkraftschalter, insbesondere als Steuervorrichtung für ferngesteuerte
Fahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckmittelkraftschalter, der ermöglicht,
Schwingungen, z. B. elektrischer Art, in Druckmittelimpulse umzusetzen. Erfindungsgemäß
läßt sich dies dadurch .erreichen, daß das den Druckmittelstrom steuernde Kraftschalterglied
als federnder Schwinganker eines Resonanzrelais ausgebildet ist, derart, daß der
in Schwingung versetzte Schwinganker die Stärke des Druakmittelstromes beeinflußt.
Ein derartiger Kraftschalter ist beispielsweise anwendbar als Steuervorrichtung
für ferngesteuerte Fahrzeuge, rum mit Hilfe von elektrischer Strahlung bestimmter
Frequenz in der Magnetspule -des Resonanzrelais ein im Rhythmus der ankommenden
Frequenzen schwankendes Magnetfeld zu erzeugen, das den Kraftschalteranker in mechanische
Resonanzschwingungen versetzt. Die hierdurch bedingten periodischen Schwankungen
eines Druckmittelstromes beeinflussen dann ein Steuerorgan auf dem ferngesteuerten
Fahrzeug. Es ist bereits bekannt, zwecks Fernsteuerung eines Luftfahrzeuges im Druckmittelzufluß
von Servomotoren, die auf Steuerorgane einwirken, elektromagnetisch betätigte Steuerventile
vorzusehen, wobei die Elektromagnete durch drahtlos übermittelte Impulse von bestimmter
Zahl und Dauer erregt werden, die durch kurzzeitige Unterbrechungen der von einer
Sendestelle ausgesandten hochfrequenten Trägerwellen erzeugt werden. Empfangsseitig
werden die aus je einer Anzahl hochfrequenter Schwingungen bestehenden Impulse in
entsprechende Gleichstromimpulse verwandelt, die den Steuerelektromagneten eines
Druckmittelventils erregen und dabei das Ventil entsprechend der Zahl der Gleichstromimpulse
anheben oder zum Abfall bringen. Diese Art des Stenerns hat im besonderen den Nachteil,
daß sie für eine Mehrzahl der zu steuernden Apparate und der dadurch erforderlichen
Träger- oder Modulationsfrequenzen eine entsprechende Anzahl elektrischer Absti#mmkreise
und außerdem
elektromagnetisch betätigte Druckmittelrelais notwendig
macht. Benutzt man dagegen erfindungsgemäß Resonanzrelais, deren im Rhythmus der
Steuerschwingung schwingende= Anker als den Druckmittelstrom steuernde Kraftschalterglieder
ausgebildet sind, so werden die einzelnen der Zahl der auszulösenden Vorgänge entsprechenden
Steuerschwingungen, die zweckmäßigerweise einer einzigen Trägerwelle überlagert
werden, den Spulen des Resonanzrelais zugeführt, das die Funktion von mechanischen
Abstimmitteln für die Steuerfrequenzen übernehmen, da jeder Schwinganker ähnlich
wie eine Stimmgabel auf nur eine Frequenz reagiert. Es werden also für das Trennen
der Steuerfrequenzen nur mechanische Siebmittel benötigt, die gemäß der Erfindung
zugleich das Steuern des Druckmittelstromes übernehmen. Es ergibt sich somit eine
Vereinfachung der ganzen Steuerung.
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Durch Fernübertragen einer bestimmten Anzahl intermittierender Steuerimpulse
und durch Wahl eines bestimmten Verhältnisses von Impulsdauer zur Unterbrechungsdauer
läßt sich die Steuerbewegung nicht nur nach Größe und Richtung, sondern auch der
erforderlichen Steuergeschwindigkeit nach fernübertragen. Natürlich können auch
mehrere auf verschiedene Frequenzen abgestimmte Schwinganker vorgesehen sein, wobei
jeder durch eine bestimmte Steuerfrequenz in Schwingung versetzt wird und jedem
eine bestimmte Steueraufgabe zufällt. Dabei können in der von mechanischen Resonanzrelais
bekannten Art mehrere auf verschiedene Frequenzen abgestimmte Schwinganker einer
einzigen Elektroma.gnetspule zugeordnet sein, die gleichzeitig durch einander überlagerte
Ströme verschiedener Frequenz erregt wird.
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Beispielsweise sind die Düsen für die Druckniittelzu- und -ableitung
quer zur Schwingungsebene des Schwingankers angeordnet.
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Eine sehr zweckmäßige Anordnung ergibt sich dadurch, daß der zwischen
den Düsen bewegliche Teil der Federzunge in Form einer Schneide und außerdem derart
ausgebildet ist, d:aß er wirbelstromvermindernd auf das strömende Druckmittel wirkt.
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Man kann aber beispielsweise auch den Schwinganker als federndes Strahlrohr
ausbilden. Eine sehr zweckmäßige Ausgestaltung dieser Anordnung ist, daß das Strahlrohr
mit quer zur Schwingungsrichtung länglichem Querschnitt hergestellt wird. Hierdurch
läßt sich eine genau definierte Schwingumgsrichtung erzielen.
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Man kann auch einen Kraftverstärker in der Art eines von den Kraftschalterimpulsen
gesteuerten Hilfsventils vorsehen, das einen verstärkten Druckmittelstrom steuert
und gedämpft beweglich ist.
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Hierdurch ist- es einerseits möglich, mit einer geringen Leistung
steuern zu können. Andererseits gibt die Dämpfung des Hilfsventils die Möglichkeit,
das Bewegen des Hilfsventils den Erfordernissen der Kraftschaltersteuerung anzupassen,
wie später noch erläutert wird. Zweckmäßigerwei.se macht man die Dämpfung des Hilfsventils
einstellbar.
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Die Kraftschaltersteuerung kann beispielsweise so ausgebildet sein,
daß auf je eine Kolbenseite eines doppelt wirkenden Servamotors je ein durch einen
besonderen Schwinganker gesteuerter Druckmittelstrom einwirkt, wobei beide Schwinganker
auf voneinander verschiedene Frequenzen abgestimmt sind. Je nach dem Erregen des
einen oder anderen Schwingankers und je nach der Dauer des Erregens wird der Servomotorkolben
aus seiner ursprünglichen Mittelstellung nach der einen oder anderen Richtung um
einen bestimmten Betrag verschoben. Um den Kolben nach Erregen der Schwinganker
wieder in seine Ausgangsstellung zu bringen, kann der Kolben mit Rückführfedern
versehen sein, gegen deren Kraft sich der Kolben bewegt. Auf diese Weise läßt sich
beispielsweise das Höhen- oder Seitensteuer eines ferngesteuerten Fahrzeuges verstellen.
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An Hand der Zeichnungen ist- der Erfindungsgegenstand an einigen Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Die Abb. i bis 7 beziehen sich auf einen Kraftschalter mit quer zur
Schwingungsebene des Schwingankers gerichtetem Druckmittelstrom, während die Abb.
8 bis 12 einen Kraftschalter mit einem federnden Strahlrohr als Schwinganker zeigen,
bei dem also das Druckmittel das Strahlrohr durchströmt.
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Abb. i zeigt ein Resonanzrelais, dessen als Joch ausgebildeter Eisenkern
i eine elektromagnetische Erregerspule 2 trägt. Diese Spule magnetisiert das Joch
i im Rhtythmus der die Spule durchfließenden Wechselströme. Im Magnetfeld der Spule
befindet sich der mechanisch abgestimmte Schwinganker 3, dessen freies Ende unter
dem Einfluß des Erregerfeldes in der Zeichnungsebene schwingt.
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Abb. 2 zeigt dieselbe Anordnung von vorn gesehen und veranschaulicht
zugleich den Einbau zweier Schwinganker 3' und 3", die beide auf voneinander verschiedene
Frequenzen abgestimmt sein sollen. Beiden Schwingankern ist- nur eine einzige Erregerspule
2 zugeordnet, so daß sie durch überlagerte Schwingungen unterschiedlicher Frequenz
erregt wird.
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Abb. 3 zeigt einen einzelnen Schwinganker finit der Zungenspitze 4.
perspektivisch in etwas vergrößertem Maßstab.
Abb. q. und 5 zeigen
die Art des Zuführens des Druckmittels quer zur Schwingungsebene des Schwingankers
für eine Anordnung mit zwei Schwingankern.
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Abb.4 stellt einen Vertikalschnitt durch den Düsenklotz mit den waagerecht
liegenden Schwingankern 3', 3" dar, während Abb. 5 einen Horizontalschnitt durch
denselben Düsenklotz zeigt. .
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Das Druckmittel wird durch den Kanal 5 den zwei Kanälen 6', 6" zugeführt,
die durch die Federzungen q.', q." in der Ruhelage der Schwinganker versperrhar
sind. Wird einer der Schwinganker Y, 3" ins Schwingen versetzt, so gibt der schwingende
Anker mit zunehmender Auslenkung aus der Mittellage den Kanal 6' oder 6" mehr und
mehr frei, so daß das Druckmittel durch den jeweils freigegebenen Kanal 6' oder
6" abströmen kann, wodurch das zugeordnete Steuerorgan betätigt wird. Es wird also
jeweils immer nur derjenige Schwinganker ansprechen und den zugeordneten Druckmittelkanal
öffnen, der in seiner mechanischen Eigenschwingung mit der ankommenden Steuerfrequenz
übereinstimmt.
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Abb. 6 zeigt in noch größerem Maßstab als A-bb. 3 eine aridere Ausführungsart
des Schwingankers. In ihr besitzt das vordere Ende 7 der Ankerfederzunge zwei Schneiden
8' und 8". .Hierdurch soll einmal ein Zerschneiden des Luftstromes erreicht werden,
sobald die Federzunge sich zwischen den Düsen befindet, andererseits soll die Form
der Federzunge einen möglichst wirbelstromfreien Abfluß des beim Schw.ingvorgang
an der Federzunge vorbeistreichenden Druckmittels ermöglichen.
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Abb. 7 zeigt die Anordnung zweier Schwinganker 3', 3" mit Kraftverstärkern
in der Art zweier gedämpft beweglicher Hilfsventile g', g", die von den Kra-ftschalterimpulsen
gesteuert sind und je einen verstärkten Druckmittelstrom steuern. Sobald einer der
beiden Schwinganker in Schwingung versetzt wird, wird das entsprechende Hilfsventil-
in Pfeilrichtung fortbewegt, wobei die entsprechende Dämpfungsfeder io', io" zusammengepreßt
wind. Dabei wird der Zuflußkanal i i', i i" für das unter stärkerem Druck stehende
Druckmittel mit dem Abflußkanal 12', 12" in Verbindung gebracht. Das durch die Rohre
12'; 12" fortgeleitete Druckmittel beeinflußt dann das Steuerorgan. Infolge ihrer
Dämpfung schwingen die Hilfsventile g', g" nicht entsprechend den Schwankungen des
durch .die Schwinganker unmittelbar gesteuerten Druckmittelstromes; sie bleiben
vielmehr ruhig in der angehobenen Stellung, bis die Schwingung der Schwinganker
beendet ist. Sobald dies eintritt, werden die Kanäle 12', 12" mit den Kanälen 13',
13" verbunden, so daß das in den Leitungen 12', 12" unter Druck stehende Mittel
sich entspannen kann.
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Die Verwendung des Kraftverstärkers hat noch den besonderen Vorteil,
daß der quer zur Schwingungsrichtung der Schwinganker gerichtete Druckmittelstrom
so gering gehalten werden kann, daß er keinesfalls beim Vorbeiströmen an den Schwingankern
sie durch Wirbelbildung ins Schwingen versetzen kann.
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Schließen in der Ruhelage die Schwinganker .den Druckmittelstrom nicht
völlig ab, so läßt sich durch Bemessen der Dämpfungsfedern io', io" außerdem erreichen,
daß der Hilfskolben nicht vorzeitig so weit angehoben werden kann, bis die Druckmittelkanäle
i i' und i2' oder ii" und 12" untereinander verbunden sind. Auch läßt sich durch
die Dämpfungsfedern erreichen, daß Unregelmäßigkeiten in der vom Kraftschalter gelieferten
Druckmittelmenge, verursacht durch etwa vorhandene Abweichungen der Schwingungsrichtung
von -der Sollrichtung, keinen Einfluß auf das Verstellorgan des zu steuernden Gliedes
haben. Um das Dämpfen der Hilfsventile den jeweiligen Verhältnissen besser anpassen
zu können, können die Dämp:fungsfedern iö , io" der Hilfsventile z. B. durch Stellschrauben
einstellbar sein.
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Die Abb. 8 und 9 zeigen das Steuern des Druckmittelstromes mit Hilfe
eines schwingenden Strahlrohres. Gemäß Abb.8 hat das Strahlrohr 1d.' einen kreisrunden
Querschnitt, während das Strahlrohr 1,4" gemäß Abb, 9 einen quer zur Schwingungsrichtung
länglichen Querschnitt hat. Die Abb. io zeigt in Seitenansicht den Zusammenbau des
vor der Auffangdüse 15 schwingenden Strahlrohres mit dem übrigen Relaiskörper, -der
in seinem Aufbau ähnlich der iri den Abb. i und 2 dargestellten Bauart ist.
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Durch die Öffnung 16 wird dem Strahlrohr 14 das Steuerdruckmittel
zugeführt. Abb. i i zeigt die entsprechende Ansicht von vorn mit vier Strahlrohren
1q., die einer einzigen Relaisspule 17 zugeordnet sind. Ihr werden die verschiedenen
Steuerfrequenzen zugeführt, die je ein einziges oder gleichzeitig mehrere der vier
Strahlrohre zum Schwingen bringen und dadurch einen entsprechenden Steuervorgang
einleiten. Bei einer Anordnung gemäß Abb. i I können also die vier Strahlrohre
paarweise auf je einen Servomotor arbeiten, so daß beispielsweise zwei Strahlrohre
das Seitensteuer und zwei Strahlrohre .das Höhensteuer eines Fahrzeuges verstellen.
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Abb. 12 zeigt als Anwendungsbeispiel einen doppelt wirkenden Kolbenservomotor
18 mit
einem Kolben ig, der beiderseits durch je einen Druckmittelstrom
gesteuert wird. Die Druckmittelströme werden von je einem besonderen Schwinganker
2o', 2o" in der Art eines Strahlrohres geliefert, von denen jeder auf eine bestimmte
Steuerfrequenz anspricht. In ihrer Ruhelage stehen beide Strahlrohre vor den Auffangdüsen
21', 21", die sie voll beaufschlaben.
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In der Ruhelage der beiden Strahlrohre steht daher der Kolben i9 in
der Mittellage. Wird eines der beiden Strahlrohre durch eine Steuerfrequenz ins
Schwingen versetzt, so überwiegt der Druck des von denn anderen Strahlrohr gelieferten
Druckmittels, so daß sich der Servomotorkolben und damit das durch ihn beeinflußte
Steuerorgan entsprechend einstellt. Hört die Steuerschwingung auf, so wird der Kolben
ig durch die Kraft der Rückführfedern 22',:22" wieder in seine Mittelstellung zurückgeführt.
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Abb. 13 zeigt zwei Zwischenventile, um den von den Strahlrohren gelieferten
Impuls zu verstärken. Jedes der beiden Strahlrohre beaufschlagt eine Öffnung 23',
23" des Ventilgehäuses 24, , 2d.", in dem sich je ein Hilfsventil 3 i', 31" unter
dem Einfluß eines Druckmittelimpulses entgegen der Spannung einer D'ämpfungsfeder
a5', 25" bewegen kann. Durch die Dämpfungsfedern wird wieder erreicht, daß die Zwischenventile
nicht jede Schwingung der Strahlrohre mitmachen, sondern nur entsprechend der Anzahl
und Dauer der mehrere Steuerschwingungen umfassenden Steuerimpulse hin und her bewegt
werden. In der Ruhelage der beiden Strahlrohre, in der sie die Auffangdüsen voll
beaufschlagen, befinden sich die beiden Hilfsventile in ihrer Endstellung und stellen
die Verbindung zwischen .den von :dem gemeinsamen Druckmittelzuleitungsrohr 26 abzweigenden
Rohren 27', 27" und den Ableitungsrohren 28', 28" her, die das Druckmittel zu beiden
Seiten des Servomotorkolbens 19 (vgl. Abb.12) hinleiten. Wird das eine Strahlrohr,
beispielsweise das die Zuleitung 23' beaufschlagende, ins Schwurgen versetzt,
so läßt der auf den Hilfskolben 31' wirkende Druck nach, was zu Folge hat, daß der
Hilfskolben sich seiner rechten Endlage nähert und dabei die Druckmittelleitung
27' abschließt, «nährend zugleich die Leitung 28' mit der Ableitung 29' verbunden
wird. Diesen Zustand gibt die Abb. 13 wieder. Infolgedessen überwiegt der auf die
eine Kolbenseite wirkende Druck der Druckmittelleitung 27" oder 28", während das
auf die andere Kolbenseite wirkende Druckmittel sich über die Leitung 29' entspannt,
so daß infolge davon der Servomotorkolben aus seiner Mittelstellung und entsprechend
.das Steuerorgan angelenkt wird. Nach Aufhören der Impulssteuerung steht das Strahlrohr
wieder vor der Zuleitung 23', d. h. der Hilfskolben 31' geht wieder in seine linke
Endlage, wobei -die Leitungen 27' und 28' wieder miteinander verbunden sind.
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Bei dieser Anordnung wirkt sich das Verwenden gedämpft beweglicher
Hilfsventile noch insofern günstig aus, als ungleiche Stellungen beider Schwinganker
in der Ruhelage, die bereits zu einem Verstellen des Serv omotorkol:bens führen
können, durch Bemessen der Dämpfungsfederkräfte der Hilfsventile wirkungslos gemacht
werden können.
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Durch Einstellschrauben 30', 3o" kann die Spannung der Därnpfungsfedern
geändert und den jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden. .
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Die beschriebene Vorrichtung ist verschiedener Abänderungen fähig.
So z. B. kann bei der Ausführung nach Abb. i bis 7 die Ausgangslage der Federzungen
so gewählt sein, daß die Zunge des Kraftschalters in der Ruhelage nicht den Steuerdruckmittelstrom
abschließt, sondern ihn voll die Auffangdüse beaufschlagen läßt, während erst die
ins Schwingen versetzte Feder die Austrittsdüse mehr oder weniger drosselt, also
ähnlich der Wirkungsweise des in der Abb. 12 erläuterten schwingenden Strahlrohres.
Auch kann die Ausgangsstellung .des Strahlrohres so gewählt sein, daß .die Auffangdüse
erst beaufschlagt wird, wenn das Strahlrohr zu schwingen beginnt.