SE515685C2 - Styrservo, t ex för båtar - Google Patents

Description

20 Å-:zs :'30 ' 515 685 2 öppna sidolägen, i vilket kommunicerande förbindelse upprättas mellan den motor- drivna pumpen och det motsatta cylinderrummet i den andra kolv-cylinderanord- ningen, vilket leder till förskjutning av kolven i motsatt riktning, något som i sin tur resulterar i att ventilhuset förskjuts i samma riktning som ventilsliden vid styrrörel- sen. Så länge ratten vrids följs sliden och huset åt med sliden i öppet läge. När ratt- vridningen och slidrörelse upphör stänger ventilen efter en kort förskjutning av ventilhuset relativt sliden.

Det beskrivna systemet har således en mekanisk återkoppling, som kräver att regler- ventilen är rörlig tillsammans med den tillhörande kolv-cylinderanordningens kolv- stång. En nackdel med ett system med denna fimktion, dvs inledande rattvridning är endast spelupptagande och resulterar inte i styrkrafter, är att föraren upplever ett påtagligt glapp i systemet vid rattrörelsen. En annan nackdel är att den sammanlagda längden av kolv-cylinderanordningen och reglerventilen gör att avståndet mellan in- fästningarna i båtskrovet eller motsvarande och i propellerriggen måste vara relativt stort, vilket utesluter användning av den beskrivna servoanordningen tilllsamrnans med vissa marina drivaggregat, t ex ett utombordsdrev av den typ, som visas i SE 501 147 (US 5 562 508).

Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en servoassisterad styranord- ning avi inledningen angivet slag, som upplevs som i det närmaste glappfri och som medger placering av reglerventilen oberoende av kolv-cylinderanordningamas pla- cering.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att delkretsarna är så förbundna med reg- lerventilorgan och med varsitt par cylinderrum, att flödet i den första delkretsen styrs dels till ettdera cylinderrummet av tillhörande par cylinderrurn och dels till reglerventilorganen, som vid ett förutbestämt tryck öppnar förbindelse mellan den andra hydraulpumpen och ettdera cylinderrummet av tillhörande par cylindenurn, så att kolvarna i respektive kolv-cylinderanordningar förskjuts i en av flödesriktningen i den första delkretsen beroende riktning. 10 15 20 E25 30 515 685 3 Genom att styra flödet från rattpumpen parallellt till en styrcylinder och till regler- ventilen åstadkommes direkt ett manövertryck i cylindern, som strävar att svänga det till cylindrarna kopplade svängbara elementet. Något glapp i den storleksordning som är ofrånkonilig hos det beskrivna kända systemet, vid vilket den till rattpumpen kopplade hydraulcylindern endast styr en slavcylinder, uppstår inte. Den servoas- sisterade styranordningen enligt uppfinningen ger därför föraren en bättre styrkänsla och kontroll över båten. Eftersom återkopplingen mellan styrcylinderama, regler- ventilen och rattpumpen är helt hydrauliskt kan reglerventilen monteras på valfii plats i båten, vilket innebär att den inte som den beskrivna kända servoanordningens reglerventil inkrälctar på styrcylindramas utrymme.

En särskild men inte uteslutande för styranordnjngen enligt uppfinningen avsedd reglerventil innefattar ett ventilhus, en i huset förskjutbar ventilslid, som är fjäder- belastad mot ett neutralläge, i vilket den bryter förbindelse mellan inlopp till och utlopp från ventilhuset, och en med ventilsliden förbunden reglerkolv, vilken är för- skjutbar i en cylinder i ventilhuset, vilken cylinder på motsatta sidor om reglerkol- ven uppvisar cylindetrum, som vart och ett har ett inlopp och ett utlopp, så att ett tryck i ettdera cylinderrummet strävar att förskjuta reglerkolven och därmed ventil- sliden till ettdera av två öppna lägen.

En reglerventil av detta slag, som i en reglerkrets för en styranordning enligt uppfin- ningen medger manuell nödstryning vid tryckbortfall på högtryckssidan, utmärks av att ventilsliden i ettdera av nämnda två lägen upprättar förbindelse mellan ett inlopp till ventilhuset avsett att anslutas till högtryckssidan i en hydraulkrets och den ena av två anslutningar avsedda att anslutas till varsin tryckmediepåverkad anordning, samtidigt som förbindelse upprättas mellan den andra anslutningen och ett utlopp från ventilhuset avsett att anslutas till hydraulkretsens lågtryckssida, varvid i ventil- huset anordnade bakventilorgan vid tryckfall på högtryckssidan medger flöde från lågtryckssidan till högtryckssidan, när trycket på lågtryckssidan överskrider trycket på högtryckssidan. 10 15 “v25 30 515 685 4 Uppfinningen beskrivs närmare med hänvisning till på bifogade ritningar visade ut- föringsexempel, där fig. 1 visar en schematisk sidovy av ett båtpropellerdrev, fig. 2 ett principschema över en utföringsform av en styranordning enligt uppfinningen för propellerdrevet i fig. 1, fig. 3 ett detaljschema över reglerventilen i fig. 2 med till- hörande komponenter i neutralläget, fig. 4 ett schema motsvarande fig. 3 med till- hörande komponenter i läge för en gir, fig. 5 ett schema över en första utföringsfonn av ett arrangemang för oljekylning, fig. 6 ett schema över en andra utföringsfonn av ett arrangemang för oljekylning och fig. 7 ett principschema motsvarande fig. 2 över en andra utföringsfonn av styranordningen enligt uppfinningen..

I fig. l visas ett inudrev l av Aquamatic®-typ, som innefattar en bärare eller sköld 2 avsedd att fixeras mot en akterspegel och täta mot kanterna hos en öppning i akter- spegeln (se fig. 2). Drevet 1 har ett riggben 3, vilket är svängbart upphängt i ett gaf- felliknande bärelement 4 via en axel 5, vars centrumaxel 6 bildar drevets styraxel.

Gaffelelementet 4 är i sin övre del lagrat i skölden 2 för svängning kring en hori- sontell svängaxel 7. Vid sin nedre ände ingriper gaffelelementet 4 med ett par sym- metriskt med avseende på axeln 5 anordnade kolv-cylinderanordningar 8, av vilka endast den ena visas i figuren. I det visade utföringsexemplet är respektive anord- nings 8 kolvstång 9 via en tapp 10 i en borrning ll i respekttive gaffelskänkel hos elementet 4 svängbart förbunden med elementet 4, medan respektive hydraul- cylinder 12 via en tapp 13 är svängbart lagrad i skölden 2. Kolv-cylinderanordning- arna 8 bildar s k trim- och tiltcylindrar, medelst vilka riggbenets 3 vinkel kan trim- mas under gång och medelst vilka riggbenet kan svängas upp ur vattnet vid stillalig- gande.

Två symmetriskt med avseende på drevets längsgående symmetriplan orienterade hydrauliska kolv- och cylinderanordningar 20a och 20b är ledbart förbundna med den nedre änden av vardera skänkeln 21 hos gaffelelementet 4 och drevets kavita- tionsplatta 22. I det visade utföringsexemplet är respektive anordnings 20 cylinder 23 förbunden med respektive gaffelskänkel 21 medelst en ledtapp 24, medan 10 15 20 515 685 " 5 respektive kolvstång 25 är förbunden med ett fäste 26 på kavitationsplattan via en ledtapp 27.

I principschemat i fig. 2 visas i tvärsnitt en del av en båtakterspegel 30, varvid 31 betecknar dess insida, 32 dess utsida och 33 en genomgående öppning, mot vars kanter 34 skölden 2 är tätande fixerad. I en öppning 35 i skölden 2 är en reglerventil 36 tätande ñxerad mot öppningens 35 kanter. Ventilen 35 kommunicerar via led- ningar 37, 38 med en hydraulpurnp 39, som är ansluten till ett inte närmare visat manuellt drivorgan, t ex en ratt, vid vars vridning hydraulolja purnpas dels till reg- lerventilen 36 och dels till och från cylindemnn i cylindrama 20a, 20b, såsom skall beskrivas närmare nedan i anslutning till fig. 3 och 4. Reglerventilen 36 är dessutom ansluten dels till en tryckledning 40 från en av en inte visad drivmotor driven hyd- raulpump 41 och dels via en ledning 42 till en oljereservoar 43, till vilken en sug- ledning 44 till pumpen 41 är ansluten. Via reglerventilen och hydraulledningama 45, 46 kan olja pumpas till och från cylinderrurn i cylindrama 20a, 20b.

I fig. 3 och 4 visas reglerventilen 36 med sina hydraulkretsar närmare. Fig. 3 illust- rerar härvid komponentemas läge för körning rakt fram, då pumpen 39 inte ger något flöde respektive tryck, medan fig. 4 illustrerar komponentemas läge vid gir, då pumpen 39 ger ett flöde respektive tryck. Såsom 'framgår av fig. 3 och 4 uppvisar reglerventilen 36 ett ventilhus 50, i vilket en ventilslid 51 är förskjutbart upptagen i en cylindrisk borrning 52. Sliden 51 är förbunden med en kolvstäng 53 till en reg- lerkolv 54, vilken är förskjutbart upptagen i en cylindrisk borrning 55. Cylindermm 56, 57 på ömse sidor om reglerkolven 54 kommunicerar med hydraulpumpen 39 via ledningarna 37, 38. När pumpen 39 inte ger något flöde och ingen txyckskillnad rå- der över kolven 54, håller fiädrar 58, 59 ventilsliden 51 centrerad i det i fig. 3 visade läget, i vilket pumpens 41 tryckledning 40 och sugledning 42, 44 är kortslutna i reglerventilen, genom att ett ringspår 60 hos sliden 5l förbinder ventilens tryckkanal 61 med dess returkanal 62 till oljereservoaren 43. 10 15 20 i: 25 30 515 685 6 I fig. 4 är den manuella pumpen 39 driven genom vridning av den inte visade ratten, så att ett flöde uppstår i den av pilama indikerade riktningen, vilket resulterar i ett flöde till och en tryckölming i reglerkolvens 54 cylinderrum 57 och ett flöde från det motsatta cylinderrummet 56. Detta i sin tur resulterar i en förskjutning av reglerkol- ven 54 till det i fig. 4 visade vänstra läget. Flödet genom cylinderrummet 57 tillför hydraulvätska till hydraulcylindems 20a högra cylindemun 70 samtidigt som sam- ma volym dräneras från hydraulcylindems 20b högra cylinderrurn 71 via reglerkol- vens cylinderrurrr 56. Den av reglerkolven 54 orsakade förskjutningen av ventilsli- den 51 medför att ett ringspår 63 i sliden 51 förbinder ventilens tryckkanal 61 med cylinderns 20b vänstra cylinderrurn 72, samtidigt som ett ringspår 64 i sliden 51 förbinder cylindems 20a vänstra cylinderrum 73 med en returkanal 65 till returled- ningen 42. Härvid tillförs olja under högt tryck från den motordrivna pumpen 41 till cylindems 20b vänstra cylinderrurn 72 via en kanal 61a samtidigt som olja dråneras från cylindems 20a vänstra cylinderrurn 73 via en kanal 65a. I cylindem 20a råder ett av den manuella pumpen 39 alstrat relativt lågt arbetstryck, som är lika med reg- lertiycket på reglerkolven 54, men detta tryck är likaväl ett manövertryck, som ger en styrkraft, vilken medverkar till drevets styrrörelse och inte enbart ett tryck för styrning av reglervenfilen.

Huvuddelen av styrkrafter kommer emellertid från högtryckspumpen 41.

När rattvridnirrgen och därmed flödet från rattpurnpen 39 upphör sker en tryckut- jämning över reglerkolven 54, så att fjädrarna 58, 59 återställer ventilsliden 51 till neutralläget, i vilket den kortsluter högtryckspurnpens 41 hög- och lågtryckssida.

Samtidigt bryts cylindramas 20a och 20b förbindelser med pumpens 41 hög- och lågtryckssida så att en hydraulisk blockering i det inställda läget erhålls.

Vid rattvridning i en riktning motsatt den, som ger det i fig. 4 med pilar markerade flödet, alstras ett flöde i motsatt riktning, varvid den av flödet orsakade tryckökning- en i cylinderrurnmet 56 medför förskjutning av reglerkolven 54 och tillsammans med den även ventilsliden 51 åt höger. Detta resulterar i att ett ringspår 66 förbinder ventilens högtryckskanal 61 med cylindems 20a cylinderrum 73 och att ett ringspår 10 15 20 30 515 685 7 67 förbinder ventilens returkanal 65 med cylindems 20b cylinderrum 72. Härvid åstadkommes omställning av kolvama 74, 75 i drevets styrcylindrar 20a och 20b i en riktning motsatt den i fig. 4.

Såsom framgår av fig. 3 och 4 innehåller ventilhuset 50 en backventil 76 mellan ventilens tryckkanal 61 och returkanal 65. Backventilen 76 är en säkerhetsventil, som skall göra det möjligt att nödstyra helt manuellt om högtryckspmnpen 41 skulle haverera. Om, i det i fig. 4 visade tillståndet, tryckbortfall skulle inträffa i tryckka- nalen 61 måste olja kunna tillföras tryckkanalen 61 en annan väg än från pumpen 41 för att olja skall kunna tillföras cylindems 20b cylinderrum 72 samtidigt som cylin- derrummet 73 i cylindem 20a måste kunna dräneras, när det i cylinderrummet 70 manuellt alstrade trycket strävar att förskjuta kolven 74 åt vänster i fig. 4, annars sker en hydraulisk låsning i systemet. Backventilen 76 tillåter överströmning från returkanalen 65 till tryckkanalen 61 så att kolven 75 vid sin rörelse i cylindern 20b via backventilen 76 kan suga olja från returkanalen 65 via tryckkanalen 61 till cylinderrummet 72. l det i fig. 2 visade utförandet är lågtryckskretsen 37, 38 mellan pumpen 39 och cyhlindrarna 20a, 20b anslutna till cylinderrummen 72, 73 på kolvstångssidan, medan i utförandet i fig. 3 och 4 lågtryckskretsen 37, 38 är ansluten till cylinder- rummen 70, 71 på kolvsidan. Vilket man väljer beror på vilken utväxling, dvs av- Vägning mellan manuell styrkraft och antal rattvarv för ett givet styrutslag, som man önskar. Det senare utförandet ger högre manuell styrkraft men i gengäld fler rattvarv för ett givet styrutslag. I ett altemativt i fig. 7 visat utförande är lågtryckspurnpen 39 ansluten till den ena cylindems 20a bägge cylinderrum 70,73 och högtryckspumpen 41 via reglerventilen med den andra cylindems 20b bägge cylinderrum 71,72. I detta utförande kräver åtminstone cylindern 20a på lågtryckssidan en kolv 74 med kolv- stänger 25 i bägge cylinderrummen för att erhålla samma effektiva kolvarea på bäg- ge sidor om kolven. Ett visst mindre läckage kan tillåtas mellan hög- och lågtrycks- sidan utan att funktionen äventyras. 515 685 8 Såsom visas i fig. 2 är reglerventilen 36 monterad i en öppning i skölden 2, så att dess utsida är utsatt för vattensprut. Genom detta utförande kan ventilen 36 tjänstgö- ra som oljekylare för hydrauloljan i systemet och därigenom åtminstone i vissa in- stallationer helt ersätta en separat oljekylare. För att öka reglerventilens 36 kylkapa- citet kan den, såsom visas i fig. 5 förses med kylflänsar 80 eller, såsom visas i fig. 6, utformas med en kanal 81, som sträcker sig genom huset 50 och vid vardera änden uppvisar anslutningar 82 för kylvattenslangar 83 till motorns kylvatten. Eventuellt kan kanalen 81 även förses med kylflänsar 84.

Claims (14)

10 15 20 25 30 515 685 Patentkrav

1. Servoassisterad styranordning till ett kring en styraxel (5) svängbar strömnings- kropp (1), innefattande en av ett manuellt drivorgan driven första hydraulpump (3 9) i en hydraulkrets (3 7,38,40,42,44), minst två i hydraulkretsen inkopplade dubbel- verkande hydrauliska kolv-cylinderanordningar (20a,20b) med varsitt cylinderrum (70-73) på vardera sidan om respektive kolv (74,75), vilka är inkopplade mellan det svångbara elementet och en relativt ett båtskrov fixerad kropp (2), samt en i hyd- raulkretsen inkopplad andra hydraulpurnp (41), som är driven av en drivrnotor, var- vid hydraulkretsen är uppdelad i två åtminstone i huvudsakfrån varandra åtskilda första och andra delkretsar med den första hydraulpumpen i den första delkretsen och den andra hydraulpumpen i den andra delkretsen, kännetecknad av att delkret- sama (37,38 resp 40,42,44) är så förbundna med reglerventilorgan (36) och med varsitt par cylinderrum (70,7l resp 72,73), att flödet i den första delkretsen styrs dels till ettdera cylinderrummet av tillhörande par cylinderrum (70,7l eller 70,73) och dels till reglerventilorganen (3 6), som vid ett förutbestämt tryck öppnar förbin- delse mellan den andra hydraulpumpen (41) och ettdera cylinderrummet av tillhö- rande par cylinderrurn (72,73 eller 71,72), så att kolvama (74,75) i respektive kolv- cylinderanordningar (20a,20b) förskjuts i en av flödesriktningen i den första delkret- sen beroende riktning.

2. Styranordning enligt krav 1, kännetecknad av att den första hydraulpumpen (39) kommunicerar med det ena cylinderrummet (70,7l) i vardera kolv-cylinderanord- ningen (20a,20b), medan den andra hydraulpumpen (41) via reglerventilorganen (36) kommunicerar med det andra cylinderrummet (72,7 3) i vardera kolv-cylinder- anordningen.

3. Styranordning enligt krav 1, kännetecknad av att den första hydraulpumpen (39) kommunicerar med vardera cylinderrummet i den ena kolv-cylinderanordningen, 10 15 20 25 515 685 10 medan den andra hydraulpumpen (41) via reglerventilorganen (36) kommunicerar med vardera cylinderruinmet i den andra kolv-cylinderanordningen.

4. Styranordning enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att kolv-cylinderan- ordningarna (20a,20b) är inkopplade mellan det svängbara elementet (1) och det andra elementet (2), så att styraxeln (5) är belägen mellan kolv-cylinderanordning- ama (20a,20b), och att delkretsama (3 7,38 resp 40,42,44) är så anslutna till respek- tive cylindemim (70-73), att flödet och trycket i respektive delkretsar strävar att för- skjuta respektive kolvar (74,7 5) i motsatta riktningar.

5. Styranordning enligt krav 4, kännetecknad av att det svängbara elementet (1) är ett propellerdrevben och det andra elementet en med en båtakterspegel förbunden sköld (z).

6. Styranordning enligt krav 4, kännetecknad av att det svängbara elementet är ett roderblad.

7. Styranordning enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att det manuella drivorganet är en båtratt.

8. Styranordning enligt något av kraven4-7, kännetecknad av att reglerventilen (36) har ett ventilhus (50), vilket är så fixerat relativt båtskrovet, att åtminstone en del av ventilhuset är exponerat mot skrovets omgivning.

9. Styranordning enligt krav 8, kännetecknad av att ventilhuset (50) åtminstone på den mot skrovets omgivning exponerade sidan är försett med kylflänsar (80).

10. Styranordning enligt krav 8, kännetecknad av att ventilhuset (50) är utformat med en genomgående kanal (81), som har ett inlopp och ett utlopp (82) för inkopp- ling i en kylvattenledning (83). 10 15 20 25 30 515 685 ll

11. l 1. Styranordning enligt något av kraven 8-10, kännetecknad av att ventilhuset (50) är tätande fixerat i en genomgående öppning i en med en båtakterspegel förbunden skam (2).

12. Styranordning enligt något av kraven 1-11, kännetecknad av att reglerventilen (35) är en slidventil, som har en mot ett neutralläge fiäderbelastad ventilslid (51), vilken i neutralläget bryter förbindelsen mellan den andra hydraulpumpen (41) och nämnda par cylinderrum (72,73) och är förbunden med en reglerkolv (54), vilken är förskjutbar i en cylinder (55), vilken på motsatta sidor om reglerkolven uppvisar med den första hydraulpumpen (3 9) kommunicerande cylinderrum (56,57), så att ett av den första hydraulpumpen alstrat tryck i ettdera cylinderrummet strävar att för- skjuta reglerkolven och därmed ventilsliden till ettdera av två av den första pumpens flödesriktriing beroende öppna lägen, i vilka den andra hydraulpumpen kommunice- rar med närnnda par cylinderrum (72,73).

13. Styranordning enligt krav 12, kännetecknad av att reglerventilen (36) innefattar backventilorgan (76), som vid tryckbortfall på den andra hydraulpumpens (41) trycksida (61) medger flöde från pumpens sugsida (65) till dess trycksida (61), när trycket på sugsidan överskrider trycket på trycksidan.

14. Hydraulisk reglerventil för en styranordning enligt något av kraven 1-13, inne- fattande ett ventilhus, en i huset förskjutbar ventilslid, som är fjäderbelastad mot ett neutralläge, i vilket den bryter förbindelse mellan inlopp till och utlopp från ventil- huset och en med ventilsliden förbunden reglerkolv, vilken är förskjutbar i en cylin- der i ventilhuset, vilken cylinder på motsatta sidor om reglerkolven uppvisar cylin- demnn, som vart och ett har ett inlopp och ett utlopp, så att ett tryck i ettdera cylin- derrummet strävar att förskjuta reglerkolven och därmed ventilsliden till ettdera av två öppna lägen, kännetecknad av att ventilsliden (51)i ettdera av nänmda två lägen upprättar förbindelse mellan ett inlopp (40) till ventilhuset, avsett att anslutas till högtryckssidan i en hydraulkrets och den ena av två anslutningar (61a eller 65a) av- KJ! 515 ess 12 sedda att anslutas till varsin tryckrnediepåverkad anordning (20a,20b), samtidigt som förbindelse upprättas mellan den andra anslutningen (65a eller 61a) och ett ut- lopp (42) från ventilhuset avsett att anslutas till hydraulkretsens lågtryckssida, var- vid i ventilhuset anordnade backventilorgan (76) vid tryckbortfall på högtryckssidan (61) medger flöde från lågtryckssidan (65) till högtryckssidan, när trycket på lågtryckssidan överskrider trycket på högtryckssidan.