EP0638731A1 - Pneumatic linear drive with locking for ends of travel - Google Patents

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EP0638731A1
EP0638731A1 EP94110397A EP94110397A EP0638731A1 EP 0638731 A1 EP0638731 A1 EP 0638731A1 EP 94110397 A EP94110397 A EP 94110397A EP 94110397 A EP94110397 A EP 94110397A EP 0638731 A1 EP0638731 A1 EP 0638731A1
Authority
EP
European Patent Office
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piston
rod
valve
linear drive
locking link
Prior art date
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EP94110397A
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German (de)
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EP0638731B1 (en
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Markus Dipl.-Ing. Horstmann
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Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Deutsche Aerospace AG
Daimler Benz Aerospace AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/26—Locking mechanisms
    • F15B15/261—Locking mechanisms using positive interengagement, e.g. balls and grooves, for locking in the end positions

Definitions

  • the invention relates to a linear drive with a single-acting, pneumatic piston / cylinder unit and with at least one spring which counteracts the pneumatic force and loads the piston rod in the direction of an end position.
  • a linear drive with all the generic features of the present invention is known from DE-PS 42 21 230.
  • the locking in both end positions of the drive is carried out by a pneumatically operated locking link that is movable transversely to the piston rod and can be snapped into a recess in the piston rod from diametrical sides.
  • a first, smaller control piston which is responsible for locking in the pneumatically inactive end position of the drive, is rigidly connected to the locking link.
  • a second, larger control piston is located on the opposite side of the piston rod and transmits its actuating force to the locking link in a spring-elastic manner. This is responsible for locking in the pneumatically active end position of the drive.
  • the piston / cylinder unit is also pneumatically actuated via a mostly open flow connection.
  • a valve device (valve piston, spring finger, throttle channel, etc.) is coupled to the second, larger control piston, which temporarily releases an additional flow cross section when the piston / cylinder unit is vented and thus increases the overall flow cross section. This allows the movement of the piston rod to be accelerated in one direction (from the pneumatically active to the inactive end position), or throttling effects can be compensated for by the cryogenic pressure medium (gap reduction, higher viscosity of the flow, etc.).
  • this linear drive is relatively compact, light, uncomplicated, reliable and suitable for the operating conditions in the vicinity of rocket engines.
  • the object of the invention is to provide a generic linear drive which is still more compact, simple, reliable and easy to maintain with at least largely the same functionality.
  • the locking link is actuated only by an actuating rod and by a double piston separating the two pressure chambers.
  • the force transmission from the double piston to the actuating rod is resilient in both directions, the forces also being at least largely the same in size.
  • the pneumatic system is on one side of the piston rod and is therefore more compact, easier, more reliable and easier to maintain.
  • the design and arrangement of the one-way flow control valve in the area between the locking link and the double piston also contributes to this.
  • the sub-claims 2 to 5 contain preferred embodiments of the linear drive according to claim 1.
  • the linear drive 1 is an essential component of a rocket fuel valve, not shown with regard to its other components, through which liquid hydrogen or liquid oxygen flows, for example.
  • the pressure medium to be used for the actuation must neither condense nor freeze at the extremely low fuel temperatures and should be inert in the event of possible contact with the fuel. These conditions are also met by the particularly low-weight gas helium.
  • the housing 2 encloses or carries both the elements required for the valve actuation, ie the piston / cylinder unit 3 and the spring 11, and the locking mechanism, ie in particular the Locking link 12, the actuating rod 13 and the double piston 20.
  • the locking and unlocking movement takes place vertically, the valve movement horizontally.
  • the valve cone and seat would be in the area of the left end of the piston rod.
  • the piston / cylinder unit 3 comprises in particular the cylinder 4, the piston 5, which is movably sealed in the cylinder 4 by means of a sealing ring 6, the piston rod 7 provided with two axially offset, diametrical recesses 8, 9 and the sliding bushing 10 which guides and seals the piston rod 7 .
  • the right end of the piston / cylinder unit 3 with cylinder cover, piston rod bushing, ventilation, etc. is not shown for the sake of simplicity. It is understood that the entire housing 2 in reality - for manufacturing and assembly reasons - consists of a large number of individual parts, seals, screw connections, centering, etc. In the figures, the housing 2 is shown as an integral block for the sake of clarity. The same also applies to other components, such as the actuating rod 13 and the double piston 20.
  • the essence of the invention is, of course, in the design and type of locking, including the pressure gas guide.
  • the locking link 12 which engages around the piston rod 7 or, for example as a perforated plate, surrounds on all sides, serves as a locking element, which snaps into the recesses 8, 9 of the piston rod 7.
  • the power transmission to the locking link 12 takes place via the actuating rod 13 which is firmly connected thereto and extends into the region of the double piston 20.
  • the double piston 20 converts the pneumatic pressure into a mechanical axial force and for this purpose extends into two pressure chambers 31 and 32 which can be ventilated and vented separately and which have openings 33, 34 leading to external connections (not shown).
  • the double piston 20 is provided with a cylindrical cavity 26, in which two bushings 28, 29 are axially displaceable to a limited extent, and which has an opening 27 for the actuating rod 13.
  • the bushings 28, 29 are held at a distance by a compression spring 30 and interact with a stop surface 14, 15 on the actuating rod 13.
  • the flow of force runs from the double piston via the first bushing, the compression spring and the second bushing to the stop surface on the actuating rod, the compression spring 30 forming the elastic link. This applies to downward and upward piston forces.
  • the double piston 20 is slidably sealed in the housing 2 by means of the seal 25, furthermore the seals 23, 24 are effective in its stop surfaces 21, 22 in their two end positions, which rest on elevations of the inner housing surface.
  • the lower pressure chamber 32 is permanently fluid-mechanically connected to the space on the left of the piston 5 inside the cylinder 4, but the available flow cross sections vary with time.
  • the opening 17 is molded into an exchangeable calibration insert 19 and can be varied in a targeted manner by exchanging the same.
  • Both the guidance of the locking link 12 in the housing 2 and the housing opening for the piston rod 7 are on the right of the locking link 12 designed to be gas permeable.
  • the opening 17 plunges into the guide bore of the valve piston 36 of the throttle check valve 35 in certain operating states.
  • there is a clearance fit here which is also not gas-tight. In the figures, this is indicated by a radial gap.
  • the guide bore of the valve piston 36 can also be designed in a targeted manner with grooves, grooves, etc. in the longitudinal direction.
  • the sliding bush 43 also does not enclose and guide the actuating rod 13 in a gastight manner.
  • the throttle check valve 35 has the task of temporarily increasing the flow cross section when venting the piston / cylinder unit 3. This state is shown in Fig. 3.
  • the valve piston 36 lifts against the force of the compression spring 38 from the seal 41 in the stop surface 40 until it abuts the stop surface 39 in the housing 2.
  • the pressure medium can thus flow rapidly through the flow gap 42 and through the passage openings 37 to the pressure chamber 32. If desired, this accelerates the closing of the fuel valve.
  • the effect is compensated that in the pneumatically active state of the piston / cylinder unit 3, the heat and capacity of the cryogenic pressure medium reduce the clearances and gaps and thus also the flow cross sections between the components, which would result in increased flow resistance, i.e. a slowed piston rod movement.
  • Fig. 1 shows the pneumatically active, locked end position.
  • the locking link 12 is located in the recess 9 of the piston rod 7 and would inadvertently close the pneumatic pressure in the event of failure Prevent fuel valves.
  • the pressurization of the lower pressure chamber 32 and thus of the piston 5 is indicated by a white arrow at the opening 34.
  • Fig. 2 shows an intermediate position in the transition movement from the active to the passive end position.
  • the piston movement is indicated by a black arrow.
  • the upper pressure chamber 31 is pressurized, the lower pressure chamber 32 and thus the piston / cylinder unit 3 are vented.
  • the pressure medium flowing back has opened the throttle check valve 35 and thus has additional flow cross sections (passage openings 37 etc.).
  • the locking link is under spring force (compression spring 30) from above on the piston rod 7 and dampens any vibrations that may occur. It can be seen that the lower bush 29 is displaced upwards in the double piston 20, but is not in contact with the upper bush 28, as a result of which the power transmission is still elastically flexible.
  • Fig. 3 shows the pneumatically passive, locked end position.
  • the locking link 12 is located in the recess 8 of the piston rod 7 and prevents unwanted opening of the fuel valve. Only the upper pressure chamber 31 is pressurized (see white arrow).

Abstract

Linear drive (1) having a piston rod (13) linked to a double piston (20) by a flexible connection. A permanent connection is provided between the pressure chamber (32) and the piston/cylinder unit (3). A throttle check valve (36) is provided positioned in the region of the position rod between the double piston and the locking guide groove (12). A cylindrical hollow chamber (26) with a central opening (27) forms part of the interior of the hollow piston and contains two axially displaceable, sequentially arranged bushes (28, 29).

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb mit einer einfachwirkenden, pneumatischen Kolben-/Zylindereinheit und mit mindestens einer der Pneumatikkraft entgegenwirkenden, die Kolbenstange in Richtung einer Endlage belastenden Feder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a linear drive with a single-acting, pneumatic piston / cylinder unit and with at least one spring which counteracts the pneumatic force and loads the piston rod in the direction of an end position.

Ein Linearantrieb mit allen gattungsbildenden Merkmalen der vorliegenden Erfindung ist aus der DE-PS 42 21 230 bekannt. Die Verriegelung in beiden Endlagen des Antriebs wird von einer quer zur Kolbenstange beweglichen, von diametralen Seiten in je eine Ausnehmung der Kolbenstange einrastbaren, pneumatisch betätigten Verriegelungskulisse übernommen. Mit der Verriegelungskulisse ist ein erster, kleinerer Steuerkolben starr verbunden, welcher für die Verriegelung in der pneumatisch inaktiven Endlage des Antriebes zuständig ist. Ein zweiter, größerer Steuerkolben befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der Kolbenstange und überträgt seine Betätigungskraft federelastisch auf die Verriegelungskulisse. Dieser ist für die Verriegelung in der pneumatisch aktiven Endlage des Antriebes zuständig, von seinem Druckraum aus erfolgt auch die pneumatische Betätigung der Kolben-/Zylindereinheit über eine meist geöffnete Strömungsverbindung. Mit dem zweiten, größeren Steuerkolben ist eine Ventileinrichtung (Ventilkolben, Federfinger, Drosselkanal etc.) gekoppelt, welche beim Entlüften der Kolben-/Zylindereinheit vorübergehend einen zusätzlichen Strömungsquerschnitt freigibt und somit den Gesamtströmungsquerschnitt vergrößert. Dadurch läßt sich die Bewegung der Kolbenstange in eine Richtung (von der pneumatisch aktiven zur inaktiven Endlage) beschleunigen, bzw. es lassen sich Drosseleffekte durch das tiefkalte Druckmedium (Spaltverkleinerung, höhere Zähigkeit der Strömung etc.) kompensieren. Durch die Verwendung einer Verriegelungseinheit für beide Endlagen sowie durch die funktionale Kombination des Verriegelungsvorganges und der Kolbenstangenbewegung (gemeinsames Druckmedium, gemeinsame Strömungswege etc.) ist dieser Linearantrieb relativ kompakt, leicht, unkompliziert, betriebssicher und für die Betriebsverhältnisse in der Umgebung von Raketentriebwerken geeignet.A linear drive with all the generic features of the present invention is known from DE-PS 42 21 230. The locking in both end positions of the drive is carried out by a pneumatically operated locking link that is movable transversely to the piston rod and can be snapped into a recess in the piston rod from diametrical sides. A first, smaller control piston, which is responsible for locking in the pneumatically inactive end position of the drive, is rigidly connected to the locking link. A second, larger control piston is located on the opposite side of the piston rod and transmits its actuating force to the locking link in a spring-elastic manner. This is responsible for locking in the pneumatically active end position of the drive. From its pressure chamber, the piston / cylinder unit is also pneumatically actuated via a mostly open flow connection. A valve device (valve piston, spring finger, throttle channel, etc.) is coupled to the second, larger control piston, which temporarily releases an additional flow cross section when the piston / cylinder unit is vented and thus increases the overall flow cross section. This allows the movement of the piston rod to be accelerated in one direction (from the pneumatically active to the inactive end position), or throttling effects can be compensated for by the cryogenic pressure medium (gap reduction, higher viscosity of the flow, etc.). Through the use of a locking unit for both end positions and through the functional combination of the locking process and the piston rod movement (common pressure medium, common flow paths, etc.), this linear drive is relatively compact, light, uncomplicated, reliable and suitable for the operating conditions in the vicinity of rocket engines.

Gewisse konstruktive und funktionale Nachteile liegen in der Verwendung zweier unterschiedlicher Steuerkolben auf gegenüberliegenden Seiten der Kolbenstange zur Betätigung der Verriegelungskulisse. Sowohl die Größe der Betätigungskraft (unterschiedliche Kolbenflächen) als auch die Art der Einleitung in die Verriegelungskulisse (starr/elastisch) sind verschieden, was zu unterschiedlichem Betriebsverhalten führen kann. Die Fertigung des relativen langen, komplizierten Hubraumes für die Verriegelungskulisse und die beiden Steuerkolben ist aufwendig, teuer und mit vielen Toleranzen behaftet, so daß auch die Betriebssicherheit negativ beeinflußt werden kann. Die Druckräume für die beiden Steuerkolben liegen relativ weit auseinander, was wiederum nachteilig für die Kompaktheit des Pneumatiksystems ist (Anschlüsse, Leitungsführung etc.).Certain design and functional disadvantages lie in the use of two different control pistons on opposite sides of the piston rod for actuating the locking link. Both the size of the actuating force (different piston surfaces) and the type of introduction into the locking link (rigid / elastic) are different, which can lead to different operating behavior. The production of the relatively long, complicated displacement for the locking link and the two control pistons is complex, expensive and has many tolerances, so that operational reliability can also be negatively affected. The pressure chambers for the two control pistons are relatively far apart, which in turn is disadvantageous for the compactness of the pneumatic system (connections, line routing, etc.).

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen gattungsgemäßen Linearantrieb zu schaffen, welcher bei zumindest weitgehend gleicher Funktionsweise noch kompakter, einfacher, zuverlässiger und wartungsfreundlicher ist.Starting from this prior art, the object of the invention is to provide a generic linear drive which is still more compact, simple, reliable and easy to maintain with at least largely the same functionality.

Diese Aufgabe wird - in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen im Oberbegriff - durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale a) bis e) gelöst. Die Betätigung der Verriegelungskulisse erfolgt nur durch eine Stellstange sowie durch einen die zwei Druckräume trennenden Doppelkolben. Die Kraftübertragung vom Doppelkolben auf die Stellstange erfolgt in beide Richtungen federelastisch nachgiebig, wobei die Kräfte auch der Größe nach zumindest weitgehend gleich sind. Das Pneumatiksystem liegt auf einer Seite der Kolbenstange und ist dadurch kompakter, einfacher, zuverlässiger und wartungsfreundlicher. Dazu trägt auch die Ausführung und Anordnung des Drosselrückschlagventiles im Bereich zwischend der Verriegelungskulisse und dem Doppelkolben bei.This object is achieved in connection with the generic features in the preamble by the features a) to e) mentioned in the characterizing part of claim 1. The locking link is actuated only by an actuating rod and by a double piston separating the two pressure chambers. The force transmission from the double piston to the actuating rod is resilient in both directions, the forces also being at least largely the same in size. The pneumatic system is on one side of the piston rod and is therefore more compact, easier, more reliable and easier to maintain. The design and arrangement of the one-way flow control valve in the area between the locking link and the double piston also contributes to this.

Die Unteransprüche 2 bis 5 enthalten bevorzugte Ausgestaltungen des Linearantriebes nach Anspruch 1.The sub-claims 2 to 5 contain preferred embodiments of the linear drive according to claim 1.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren noch näher erläutert. Dabei zeigen in stark vereinfachter Darstellung:

Fig. 1
einen Teillängsschnitt durch einen Linearantrieb mit in pneumatisch aktiver Endlage verriegelter Kolbenstange,
Fig. 2
den gleichen Teillängsschnitt mit sich von der aktiven in die passive Stellung bewegender Kolbenstange,
Fig. 3
den gleichen Teillängsschnitt mit in passiver Endlage verriegelter Kolbenstange,
Fig. 4
den gleichen Teillängsschnitt mit sich von der passiven in die aktive Stellung bewegender Kolbenstange.
The invention is subsequently explained in more detail with reference to the figures. In a very simplified representation:
Fig. 1
a partial longitudinal section through a linear drive with the piston rod locked in the pneumatically active end position,
Fig. 2
the same partial longitudinal section with the piston rod moving from the active to the passive position,
Fig. 3
the same partial longitudinal cut with the piston rod locked in the passive end position,
Fig. 4
the same partial longitudinal section with the piston rod moving from the passive to the active position.

Der Linearantrieb 1 ist wesentlicher Bestandteil eines hinsichtlich seiner sonstigen Komponenten nicht dargestellten Raketentreibstoffventils, welches beispielsweise von flüssigem Wasserstoff oder flüssigem Sauerstoff durchströmt wird. Das für die Betätigung zu verwendende Druckmedium darf bei den extrem tiefen Treibstofftemperaturen weder kondensieren noch gefrieren und soll sich bei möglichem Kontakt mit dem Treibstoff inert verhalten. Diese Bedingungen erfüllt das darüber hinaus noch besonders gewichtsgünstige Gas Helium.The linear drive 1 is an essential component of a rocket fuel valve, not shown with regard to its other components, through which liquid hydrogen or liquid oxygen flows, for example. The pressure medium to be used for the actuation must neither condense nor freeze at the extremely low fuel temperatures and should be inert in the event of possible contact with the fuel. These conditions are also met by the particularly low-weight gas helium.

Luft wäre im vorliegenden Fall nicht geeignet, so daß der Ausdruck "pneumatisch" hier im weiteren Sinne als "mit Gas(en)" zu deuten ist.Air would not be suitable in the present case, so that the expression "pneumatic" is to be interpreted in the broader sense here as "with gas (s)".

Das Gehäuse 2 umschließt bzw. trägt sowohl die für die Ventilbetätigung erforderlichen Elemente, d.h. die Kolben-/Zylindereinheit 3 und die Feder 11, als auch den Verriegelungsmechanismus, d.h. insbesondere die Verriegelungskulisse 12, die Stellstange 13 und den Doppelkolben 20. Die Ver- bzw. Entriegelungsbewegung erfolgt darstellungsgemäß vertikal, die Ventilbewegung horizontal. Ventilkegel und -sitz würden sich im Bereich des linken Kolbenstangenendes befinden. Somit entspricht die pneumatisch aktive, rechte Endlage der Kolbenstange 7 der Offen-Stellung des Ventils, die federbetätigte, passive, linke Endlage der Kolbenstange 7 der Geschlossen-Stellung.The housing 2 encloses or carries both the elements required for the valve actuation, ie the piston / cylinder unit 3 and the spring 11, and the locking mechanism, ie in particular the Locking link 12, the actuating rod 13 and the double piston 20. As shown, the locking and unlocking movement takes place vertically, the valve movement horizontally. The valve cone and seat would be in the area of the left end of the piston rod. Thus, the pneumatically active, right end position of the piston rod 7 corresponds to the open position of the valve, the spring-operated, passive, left end position of the piston rod 7 corresponds to the closed position.

Die Kolben-/Zylindereinheit 3 umfaßt im einzelnen den Zylinder 4, den mittels eines Dichtringes 6 im Zylinder 4 beweglich abgedichteten Kolben 5, die mit zwei axial versetzten, diametralen Ausnehmungen 8, 9 versehene Kolbenstange 7 sowie die die Kolbenstange 7 führende und abdichtende Gleitbuchse 10.The piston / cylinder unit 3 comprises in particular the cylinder 4, the piston 5, which is movably sealed in the cylinder 4 by means of a sealing ring 6, the piston rod 7 provided with two axially offset, diametrical recesses 8, 9 and the sliding bushing 10 which guides and seals the piston rod 7 .

Das rechte Ende der Kolben-/Zylindereinheit 3 mit Zylinderdeckel, Kolbenstangendurchführung, Entlüftung usw. ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Es versteht sich, daß das gesamte Gehäuse 2 in Wirklichkeit - aus Fertigungs- und Montagegründen - aus einer Vielzahl von Einzelteilen, Dichtungen, Verschraubungen, Zentrierungen usw. besteht. In den Figuren ist das Gehäuse 2 der besseren Übersichtlichkeit wegen als integraler Block wiedergegeben. Nämliches gilt auch für andere Bauteile, wie z.B. die Stellstange 13 und den Doppelkolben 20.The right end of the piston / cylinder unit 3 with cylinder cover, piston rod bushing, ventilation, etc. is not shown for the sake of simplicity. It is understood that the entire housing 2 in reality - for manufacturing and assembly reasons - consists of a large number of individual parts, seals, screw connections, centering, etc. In the figures, the housing 2 is shown as an integral block for the sake of clarity. The same also applies to other components, such as the actuating rod 13 and the double piston 20.

Das Wesen der Erfindung liegt wohlgemerkt in der Ausführung und Art der Verriegelung einschließlich der Druckgasführung.The essence of the invention is, of course, in the design and type of locking, including the pressure gas guide.

Als Sperrelement, welches formschlüssig in die Ausnehmungen 8, 9 der Kolbenstange 7 einrastet, dient die Verriegelungskulisse 12, welche die Kolbenstange 7 umgreift oder, z.B. als gelochte Platte, allseitig umschließt.The locking link 12, which engages around the piston rod 7 or, for example as a perforated plate, surrounds on all sides, serves as a locking element, which snaps into the recesses 8, 9 of the piston rod 7.

Die Kraftübertragung zur Verriegelungskulisse 12 erfolgt über die fest damit verbundene Stellstange 13, welche bis in den Bereich des Doppelkolbens 20 verläuft. Der Doppelkolben 20 setzt den Pneumatikdruck in eine mechanische Axialkraft um und reicht zu diesem Zweck in zwei getrennt be- und entlüftbare Druckräume 31 und 32 hinein, welche zu externen, nicht dargestellten Anschlüssen führende Öffnungen 33, 34 aufweisen.The power transmission to the locking link 12 takes place via the actuating rod 13 which is firmly connected thereto and extends into the region of the double piston 20. The double piston 20 converts the pneumatic pressure into a mechanical axial force and for this purpose extends into two pressure chambers 31 and 32 which can be ventilated and vented separately and which have openings 33, 34 leading to external connections (not shown).

Die Kraftübertragung vom Doppelkolben 20 auf die Stellstange 13 erfolgt - bis zum Erreichen von Anschlägen - elastisch nachgiebig. Zu diesem Zweck ist der Doppelkolben 20 mit einem zylindrischen Hohlraum 26 versehen, in welchem zwei Buchsen 28, 29 begrenzt axial verschiebbar gelagert sind, und welcher eine Öffnung 27 für die Stellstange 13 besitzt. Die Buchsen 28, 29 werden von einer Druckfeder 30 auf Distanz gehalten und wirken mit je einer Anschlagfläche 14, 15 an der Stellstange 13 zusammen. Dabei verläuft der Kraftfluß vom Doppelkolben über die erste Buchse, die Druckfeder und die zweite Buchse zur Anschlagfläche an der Stellstange, wobei die Druckfeder 30 das elastische Bindeglied bildet. Dies gilt bei nach unten und nach oben wirkender Kolbenkraft. Der Doppelkolben 20 ist im Gehäuse 2 mittels der Dichtung 25 gleitend abgedichtet, weiterhin sind in seinen beiden Endlagen die Dichtungen 23, 24 in seinen Anschlagflächen 21, 22 wirksam, welche auf Erhebungen der inneren Gehäuseoberfläche aufliegen.The power transmission from the double piston 20 to the actuating rod 13 takes place - until it reaches stops - elastically flexible. For this purpose, the double piston 20 is provided with a cylindrical cavity 26, in which two bushings 28, 29 are axially displaceable to a limited extent, and which has an opening 27 for the actuating rod 13. The bushings 28, 29 are held at a distance by a compression spring 30 and interact with a stop surface 14, 15 on the actuating rod 13. The flow of force runs from the double piston via the first bushing, the compression spring and the second bushing to the stop surface on the actuating rod, the compression spring 30 forming the elastic link. This applies to downward and upward piston forces. The double piston 20 is slidably sealed in the housing 2 by means of the seal 25, furthermore the seals 23, 24 are effective in its stop surfaces 21, 22 in their two end positions, which rest on elevations of the inner housing surface.

Der untere Druckraum 32 ist mit dem links des Kolbens 5 befindlichen Raum im inneren des Zylinders 4 permanent strömungsmechanisch verbunden, wobei die verfügbaren Strömungsquerschnitte jedoch zeitlich variieren. Zum einen existiert eine Strömungsverbindung durch die Stellstange 13, umfassend den Strömungskanal 16 sowie die Öffnungen 17 und 18. Die Öffnung 17 ist in einen auswechselbaren Kalibriereinsatz 19 eingeformt und läßt sich - durch Austausch desselben - gezielt variieren. Sowohl die Führung der Verriegelungskulisse 12 im Gehäuse 2 als auch die Gehäuseöffnung für die Kolbenstange 7 rechts der Verriegelungskulisse 12 sind bewußt gasdurchlässig ausgeführt. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, taucht die Öffnung 17 in gewissen Betriebszuständen in die Führungsbohrung des Ventilkolbens 36 des Drosselrückschlagventils 35 ein. Hier liegt jedoch eine Spielpassung vor, welche ebenfalls nicht gasdicht ist. In den Figuren wird dies durch einen Radialspalt angedeutet. Die Führungsbohrung des Ventilkolbens 36 kann auch gezielt mit Nuten, Rillen etc. in Längsrichtung ausgeführt sein.The lower pressure chamber 32 is permanently fluid-mechanically connected to the space on the left of the piston 5 inside the cylinder 4, but the available flow cross sections vary with time. On the one hand, there is a flow connection through the actuating rod 13, comprising the flow channel 16 and the openings 17 and 18. The opening 17 is molded into an exchangeable calibration insert 19 and can be varied in a targeted manner by exchanging the same. Both the guidance of the locking link 12 in the housing 2 and the housing opening for the piston rod 7 are on the right of the locking link 12 designed to be gas permeable. As shown in FIGS. 2 and 3, the opening 17 plunges into the guide bore of the valve piston 36 of the throttle check valve 35 in certain operating states. However, there is a clearance fit here, which is also not gas-tight. In the figures, this is indicated by a radial gap. The guide bore of the valve piston 36 can also be designed in a targeted manner with grooves, grooves, etc. in the longitudinal direction.

Auch die Gleitbuchse 43 umschließt und führt die Stellstange 13 nicht gasdicht.The sliding bush 43 also does not enclose and guide the actuating rod 13 in a gastight manner.

Wie schon erwähnt, hat das Drosselrückschlagventil 35 die Aufgabe, beim Entlüften der Kolben-/Zylindereinheit 3 zeitweise den Strömungsquerschnitt zu vergrößern. Dieser Zustand ist in Fig. 3 wiedergegeben. Dabei hebt der Ventilkolben 36 entgegen der Kraft der Druckfeder 38 von der Dichtung 41 in der Anschlagfläche 40 ab, bis er gegen die Anschlagfläche 39 im Gehäuse 2 stößt. Somit kann das Druckmittel zügig durch den Strömungsspalt 42 und über die Durchtrittsöffnungen 37 zum Druckraum 32 abfließen. Damit wird - falls gewünscht - eine beschleunigte Schließbewegung des Treibstoffventils erreicht. Außerdem wird auch der Effekt kompensiert, daß sich im pneumatisch aktiven Zustand der Kolben-/Zylindereinheit 3 durch die Wärmekapazität des tiefkalten Druckmittels die Spiele und Spalte und somit auch die Strömungsquerschnitte zwischen den Bauteilen verkleinern, woraus ein erhöhter Strömungswiderstand resultieren würde, d.h. eine verlangsamte Kolbenstangenbewegung.As already mentioned, the throttle check valve 35 has the task of temporarily increasing the flow cross section when venting the piston / cylinder unit 3. This state is shown in Fig. 3. The valve piston 36 lifts against the force of the compression spring 38 from the seal 41 in the stop surface 40 until it abuts the stop surface 39 in the housing 2. The pressure medium can thus flow rapidly through the flow gap 42 and through the passage openings 37 to the pressure chamber 32. If desired, this accelerates the closing of the fuel valve. In addition, the effect is compensated that in the pneumatically active state of the piston / cylinder unit 3, the heat and capacity of the cryogenic pressure medium reduce the clearances and gaps and thus also the flow cross sections between the components, which would result in increased flow resistance, i.e. a slowed piston rod movement.

Die Figuren zeigen vier markante Stellungen des Linearantriebes 1, auf welche nachfolgend noch kurz einzugehen ist.The figures show four distinctive positions of the linear drive 1, which will be discussed briefly below.

Fig. 1 zeigt die pneumatisch aktive, verriegelte Endlage. Die Verriegelungskulisse 12 befindet sich in der Ausnehmung 9 der Kolbenstange 7 und würde bei Ausfall des Pneumatikdruckes ein ungewolltes Schließen des Treibstoffventiles verhindern. Die Druckbeaufschlagung des unteren Druckraumes 32 und somit des Kolbens 5 ist mit einem weißen Pfeil an der Öffnung 34 angedeutet.Fig. 1 shows the pneumatically active, locked end position. The locking link 12 is located in the recess 9 of the piston rod 7 and would inadvertently close the pneumatic pressure in the event of failure Prevent fuel valves. The pressurization of the lower pressure chamber 32 and thus of the piston 5 is indicated by a white arrow at the opening 34.

Fig. 2 zeigt eine Zwischenstellung in der Übergangsbewegung von der aktiven zur passiven Endlage. Die Kolbenbewegung ist mit einem schwarzen Pfeil angedeutet. Der obere Druckraum 31 ist druckbeaufschlagt, der untere Druckraum 32 und somit die Kolben-/Zylindereinheit 3 werden entlüftet. Das zurückströmende Druckmittel hat das Drosselrückschlagventil 35 geöffnet und verfügt somit über zusätzliche Strömungsquerschnitte (Durchtrittsöffnungen 37 etc.). Die Verriegelungskulisse liegt unter Federkraft (Druckfeder 30) von oben an der Kolbenstange 7 an und dämpft ggf. auftretende Schwingungen. Es ist zu erkennen, daß die untere Buchse 29 im Doppelkolben 20 nach oben verschoben ist, aber nicht an der oberen Buchse 28 anliegt, wodurch die Kraftübertragung noch elastisch nachgiebig erfolgt.Fig. 2 shows an intermediate position in the transition movement from the active to the passive end position. The piston movement is indicated by a black arrow. The upper pressure chamber 31 is pressurized, the lower pressure chamber 32 and thus the piston / cylinder unit 3 are vented. The pressure medium flowing back has opened the throttle check valve 35 and thus has additional flow cross sections (passage openings 37 etc.). The locking link is under spring force (compression spring 30) from above on the piston rod 7 and dampens any vibrations that may occur. It can be seen that the lower bush 29 is displaced upwards in the double piston 20, but is not in contact with the upper bush 28, as a result of which the power transmission is still elastically flexible.

Fig. 3 zeigt die pneumatisch passive, verriegelte Endlage. Die Verriegelungskulisse 12 befindet sich dabei in der Ausnehmung 8 der Kolbenstange 7 und verhindert ein ungewolltes Öffnen des Treibstoffventiles. Nur der obere Druckraum 31 ist druckmittelbeaufschlagt (siehe weißer Pfeil).Fig. 3 shows the pneumatically passive, locked end position. The locking link 12 is located in the recess 8 of the piston rod 7 and prevents unwanted opening of the fuel valve. Only the upper pressure chamber 31 is pressurized (see white arrow).

Fig. 4 schließlich zeigt eine Zwischenstellung in der Übergangsbewegung von der passiven zur aktiven Endlage (siehe schwarzer Pfeil). Der untere Druckraum und somit die Kolben-/Zylindereinheit 3 sind druckmittelbeaufschlagt. Die Verriegelungskulisse 12 liegt unter Federkraft (Druckfeder 30) von unten an der Kolbenstange 7 an. Man sieht, daß die obere Buchse 28 im Doppelkolben 20 nach unten verschoben ist, aber nicht an der unteren Buchse 29 anliegt.4 shows an intermediate position in the transition movement from the passive to the active end position (see black arrow). The lower pressure chamber and thus the piston / cylinder unit 3 are pressurized with pressure medium. The locking link 12 is under spring force (compression spring 30) from below on the piston rod 7. It can be seen that the upper bushing 28 in the double piston 20 is displaced downward, but is not in contact with the lower bushing 29.

Es besteht die Möglichkeit, im unteren Bereich der der Kolben-/Zylindereinheit zugewandten Stirnfläche der Verriegelungskulisse einen nasenartigen Fortsatz vorzusehen, welcher in der pneumatisch aktiven Endlage des Linearantriebes in eine entsprechende Vertiefung in der Ausnehmung der Kolbenstange eingreifen kann. Dies wäre eine zusätzliche Sicherung gegen ein Herausrutschen der Verriegelungskulisse aus der Ausnehmung bei Druckausfall im Pneumatiksystem. Diese konstruktive Modifikation ist leicht verständlich und deshalb nicht gesondert dargestellt.It is possible to provide a nose-like extension in the lower region of the end face of the locking link facing the piston / cylinder unit, which projection is in the pneumatically active end position of the linear drive can engage in a corresponding recess in the recess of the piston rod. This would be an additional safeguard against the locking link slipping out of the recess in the event of pressure loss in the pneumatic system. This design modification is easy to understand and is therefore not shown separately.

Claims (5)

Linearantrieb (1), insbesondere für kryogene Steuerventile in Flüssigtreibstoffleitungen von Raketentriebwerken, mit einer einfachwirkenden, pneumatischen Kolben-/Zylindereinheit (3), mit mindestens einer der Pneumatikkraft entgegenwirkenden, die Kolbenstange (7) in Richtung einer Endlage belastenden Feder (11), mit einer quer zur Kolbenstange (7) beweglichen, von diametralen Seiten in je eine Ausnehmung (8, 9) der Kolbenstange (7) einrastbaren, über mindestens einen Steuerkolben (20) pneumatisch betätigten Verriegelungskulisse (12), mit zwei getrennten, be- und entlüftbaren Druckräumen (31, 32) für die Betätigung der Verriegelungskulisse (12), mit einer zumindest in den meisten Betriebszuständen offenen, strömungsmechanischen Verbindung zwischen einem (32) dieser beiden Druckräume und der druckbeaufschlagten Seite des Kolbens (5) der Kolben-/Zylindereinheit (3) und mit einem Ventil (35) in dieser strömungsmechanischen Verbindung, welches beim Entlüften dieses Druckraumes (32) und somit der Kolben-/Zylindereinheit (3) zeitweise den Strömungsquerschnitt vergrößert, gekennzeichnet durch a) eine fest mit der Verriegelungskulisse (12) verbundene und diese betätigende Stellstange (13), b) einen das kulissenferne Ende der Stellstange (13) betätigenden, in die beiden Druckräume (31, 32) hineinreichenden und diese dichtend voneinander trennenden Doppelkolben (20), c) eine in Längsrichtung der Stellstange (13) von der Verriegelungskulisse (12) weg und auf diese zu begrenzt axial bewegliche (Hohlraum 26; Buchsen 28, 29; Anschlagflächen 14, 15), bis zum Erreichen von Anschlägen federelastisch (Druckfeder 30) nachgiebige Verbindung zwischen dem kulissenfernen Ende der Stellstange (13) und dem Doppelkolben (20), d) eine permanente strömungsmechanische Verbindung zwischen dem Druckraum (32) und der Kolben-/Zylindereinheit (3) und e) eine Ausführung des den Strömungsquerschnitt dieser strömungsmechanischen Verbindung zeitweise vergrößernden Ventils als Drosselrückschlagventil (35) sowie dessen Anordnung im Bereich der Stellstange (13) zwischen dem Doppelkolben (20) und der Verriegelungskulisse (12), Linear drive (1), in particular for cryogenic control valves in liquid fuel lines of rocket engines, with a single-acting, pneumatic piston / cylinder unit (3) with at least one spring (11) which counteracts the pneumatic force and loads the piston rod (7) in the direction of an end position a locking link (12) which can be moved transversely to the piston rod (7) and which can be locked from diametrical sides into a recess (8, 9) of the piston rod (7) and which is pneumatically actuated via at least one control piston (20), with two separate, ventilated Pressure chambers (31, 32) for actuating the locking link (12), with a fluid-mechanical connection that is open at least in most operating states between one (32) of these two pressure chambers and the pressurized side of the piston (5) of the piston / cylinder unit (3 ) and with a valve (35) in this fluid mechanical connection, which when venting this pressure chamber (32) and thus the piston / cylinder unit (3) temporarily increases the flow cross section, characterized by a) a control rod (13) which is firmly connected to the locking link (12) and actuates it, b) a double piston (20) which actuates the end of the actuating rod (13) remote from the link, extends into the two pressure chambers (31, 32) and separates them sealingly from one another, c) a in the longitudinal direction of the adjusting rod (13) away from the locking link (12) and limited to this axially movable (cavity 26; bushings 28, 29; stop surfaces 14, 15), until it reaches stops resilient (compression spring 30) Connection between the end of the adjusting rod (13) remote from the link and the double piston (20), d) a permanent fluid-mechanical connection between the pressure chamber (32) and the piston / cylinder unit (3) and e) an embodiment of the valve which temporarily enlarges the flow cross section of this fluid mechanical connection as a throttle check valve (35) and its arrangement in the region of the actuating rod (13) between the double piston (20) and the locking link (12), Linearantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet - durch einen zylindrischen, an der einen Stirnseite geschlossenen und an der anderen Stirnseite mit einer zentrischen Öffung (27) versehenen Hohlraum (26) im Inneren des Doppelkolbens (20), - durch zwei in dem Hohlraum (26) begrenzt axial verschiebbar gelagerte, hintereinander angeordnete Buchsen (28, 29), - durch mindestens eine zwischen den Buchsen (28, 29) angeordnete Druckfeder (30) und - durch zwei mit den Buchsen (28, 29) zusammenwirkende Anschlagflächen (14, 15) an der in den Hohlraum (26) hineinragenden Stellstange (13). Linear drive according to claim 1, characterized - by a cylindrical cavity (26) closed on one end face and provided on the other end face with a central opening (27) in the interior of the double piston (20), - By two axially displaceably mounted, one behind the other bushings (28, 29) in the cavity (26), - By at least one between the bushes (28, 29) arranged compression spring (30) and - By two with the bushes (28, 29) cooperating stop surfaces (14, 15) on the in the cavity (26) protruding adjusting rod (13). Linearantrieb nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet - durch ein Drosselrückschlagventil (35) mit einem die Stellstange (13) konzentrisch umgebenden, axial auf dieser verschiebbaren Ventilkolben (36), - durch einen kreisringförmigen Strömungsspalt (42) zwischen dem Ventilkolben (36) und dem Gehäuse (2), - durch mehrere Durchtrittsöffnungen (37) im Ventilkolben (36), - durch zwei die Bewegung des Ventilkolbens (36) begrenzende, ggf. mit einer zusätzlichen Dichtung (41) versehene Anschlagflächen (39, 40) im Gehäuse (2), - durch mindestens eine den Ventilkolben (36) in Richtung zur Verriegelungskulisse (12) hin vorspannende Druckfeder (38) und - durch einen axialen Strömungskanal (16) im Inneren der Stellstange (13) und im Bereich des Drosselrückschlagventils (35) mit mindestens zwei zur Außenseite der Stellstange (13) verlaufenden Öffnungen (17, 18), wovon mindestens eine kalibriert (Kalibriereinsatz 19) ist. Linear drive according to claim 1 or 2, characterized - by a one-way flow control valve (35) with a valve piston (36) concentrically surrounding the actuating rod (13) and axially displaceable on it, - by an annular flow gap (42) between the valve piston (36) and the housing (2), - Through a plurality of through openings (37) in the valve piston (36), - by two stop surfaces (39, 40) limiting the movement of the valve piston (36) and possibly provided with an additional seal (41) in the housing (2), - By at least one pressure spring (38) which biases the valve piston (36) in the direction of the locking link (12) - Through an axial flow channel (16) inside the control rod (13) and in the area of the throttle check valve (35) with at least two openings (17, 18) running to the outside of the control rod (13), at least one of which is calibrated (calibration insert 19) . Linearantrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch zwei mit dem Gehäuse (2) zusammenwirkende und mit je einer zusätzlichen Dichtung (23, 24) versehene Anschlagflächen (21, 22) am Doppelkolben (20).Linear drive according to one or more of Claims 1 to 3, characterized by two stop faces (21, 22) on the double piston (20) which interact with the housing (2) and each have an additional seal (23, 24). Linearantrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen von der Verriegelungskulisse in Längsrichtung der Kolbenstange abstehenden Fortsatz, welcher bei in pneumatisch aktiver Endlage verriegelter Kolben-/Zylindereinheit und bei Druckausfall im Pneumatiksystem in eine entsprechende Vertiefung in der Ausnehmung der Kolbenstange eingreift.Linear drive according to one or more of claims 1 to 4, characterized by an extension projecting from the locking link in the longitudinal direction of the piston rod, which engages in a corresponding recess in the recess of the piston rod when the piston / cylinder unit is locked in the pneumatically active end position and in the event of pressure loss in the pneumatic system .
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