DE1061625B - Elektrohydraulische Relaisanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft elektrohydraulisch« Verstärker, bei denen Ausströmdüse« für ein Strömungsmittel mit einem durch elektrische· Signale betitigten Anker gesteuert werden.

Ein Grund für das Verlagen der vorstehend genannten Verstärker liegt vor allem darin, dafl das hydraulische Strömungsmittel niemals völlig frei von Schrmiupariikeln oder anderen FrcmdstorTcn gehalten werden kann, welche dann die DiJsenöffnungen fur das Strömungsmittel verstopfen, so daß der Verstärker ι« nicht ordnungsgemäß arbeiten kann. Häufig enthalt das hydraulische StrftnningHnittel magnetische Schmu«· oder Frenid5torTptrtike!n. die *u klein sind, um sie mit einem Filter zu entfernen, so clali die !'artikeln sich manchmal zwischen de« Polstück«« oder am Anker ·5 oder an den Diifcn ansammeln und einen einwandfreien Betrieb <k-s Verstärkers Ixtinträchtigcn.

Eh MmI tie-retts ekkirohydrauli«he Verstärker mit mir einer einzigen Dim· vorgeschlagen worden, welche mit dir einen St-Ite eine« Ankers zusammenarljcitct. w Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß diese Verstärker, «vim eil· turn Meirich eines Servoventil« verwendet werden. »ich nicht in genügender Weise gegenüber Änderungen des F.iniaBdruckcs kompensieren lassen, um sie in der Praxis, in Verbindung mit den *5 meisten Hilf»kTafvvarrichiungen zu verwenden. Im übrigen werden diese Verstärker in ihrer Arlteitswcisc auch leicht beeinträchtigt durch magnetische Schmutzparttkeln. welche sich zwischen den Polstuckcn und dem Anker ansammeln und den Betrieb st&ren. 3»

Des weiteren sind auch fchon zahlreiche Ausfülirongsfnrinen von Verstärkern mit zwei Düsen hergestellt wordrn. zwischen deren koaxial aufeinander ausgerichteten und gegenüberliegenden Anxtrittsur?- nungeti eine flache Ankerplatte beweglich angeordnet W ist. Die Kompensation zur Herüdcsichtigung von Schwankungen des Einlaßdnickes ist bei diesen Verstärkern recht gut. sie sind jedoch äußerst schmutz· empfindlich, weil das Spiel zwischen jeder der feAt angeordneten Ditsenöffnungen und der gcgcnüljcr- *o liegenden Ankerfläch«· sehr klein gehalten werden muß. Wenn sich der Anker in der Mittelstellung befindet, beträgt dag Spiel für die Lücke an der DüsenörTnung im allgemeinen nicht rieht alä 25 μ an jeder Seite. Diese I/jckt ISBt sich nicht vergrößern, ohne dabei die «S lineare Abhängigkeit und Symmetrie der Aushflstr«mui*K<m der von diesem Verstärker gesteuerten V«mtilc zu sti/ren. Im übrigen werden diese Verstärker auch in ihrer Arbeitsweise durch magnetischen Schmatz gestört, der sich infolge der Kleinheit der &> Partikeln nicht mit Filtern oder Sieben aus dem hydraulischen Strömungsmittel entfernen IiBt. Bei Betrieb eines Düsen vent ils fließt stetig am der Oüst gegen den Anker and darm auch in dem Bereich der Elektrohydraulische Relaisanordnung

Anmelder:

Bendix Aviation Corporation« New York, N. Y. (V. St A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negeodeak, Patentanwalt, Hamburg 36. Neuer Wall 41

Donald Vernon Hedly. Nortbridge, Calif. (V. SL A.). ist als Erfinder genannt worden

Hydrnnliköl oder ein anderes Strö'mungsmittel, wodurch dem magnetischen Schmutz vielfache Gelegenheit gegeln-n wird, in den Bereich von Magnetfeldern zu gelangen und dort anzuhaften.

Somit liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen gegenüber den bekannten Ausführungen verbesserten elektrohydraulisch«! Verstärker zu schäften, der auch bei Auftreten von größeren Schmutzpartikelri im Strömungsmittel wesentlich exakter und zuverlässiger arbeitet. Hierbei soll die Ansammlung von magnetischen Schrrmtzteikhen in starkem Maße verhindert werden und nur an solchen Stellen auftreten, an denen keine Störung des Betriebes hervorgerufen werden kann.

Die krflndung bezieht sich auf eine el ektrohy draulic ric Relaisarfordnung mit «wei Ausströmdüse!! für ein Strömungsmittel, deren Auslaßöffnongen durch die wahlweise Verlagerung von AbdccJctcilen unterschiedlich verändert werden, wobei die Abdeckteile mittels Elektromagneten durch die Anlegung eines umkehrharen elektrischen Signals bewegbar sind, um die Offnungen in umgekehrter Weise ία dem einen oder anderen Sinne* zu verändern.

Ernndungsgemäß sind zwei miteinander in Verbindung stclKnde VcrschUißglieaer mittels einer federnden Aufhängung derart schwimmend nachgiebig vor den Däictiöfftiungcn angeordnet, daß xic zusätzlich zu einer Bcwegl>arkeit im gegenläufigen Sinnt, bei welcher steh zwecks unterschiedlicher Veränderung der Dfiaenöffnungen das eine Verschluflglkd xur zugehörigen Düse hin· und das andere Vcrscnlußglied von der zugehorigen Düse fortbewegt, gemeinsam In Grenzen parallel üu den Düsen hin- und von ihnen fortbewegtxtr sind.

In dner besonders vorteilhaften Ausführungsfottn sind die Vcrschlaßnlicder rollständig mit einem

Ktfr?M>

Magnetanker verbunden oder bilden einen Teil des schieberspindel 18 mit Hilfe von zwei entgegengesetzt

Magnetankers, der, vorzugsweise in Form einer dünnen Platte ausgeführt, von einer durch das Signal erregbaren Spule umgeben ist, um den Anker in Längsrichtung in dem einen oder dem entgegengesetzten Sinne in Abhängigkeit von der Polarität des Signals zu erregen, wobei ein System von Magnetpolen so angeordnet ist, daß die entgegengesetzten Enden des Ankers nach der Erregung in umgekehrten Richtungen angezogen werden.

Die Erfindung sieht eine Ausführung vor, bei der der Anker von einem Strömungsmittel beaufschlagt wird, das aus zwei an der gleichen Seite, jedoch an den angeordneten Druckfedern normalerweise in ihrer Ruhestellung gehalten. Die Nulleinstellung der Ventilschicberspindel erfolgt mit Hilfe- einer Einstellschraube 27', welche einen in einer Öffnung des einen Ventildeckels 29 geführten Zentrierstopfen 28 beaufschlagt. Eine gegebenenfalls vorgesehene Kontermutter 30 dient dazu, die Einstellschraube 27 in der gewünschten Lage zu blockieren.

Das Schieberventilgehäuse 19 ist mit einer Mehrzahl von Durchflußkanälen versehen, von denen einer,

IO der mit der

nnglormigen

Rinne 21 in Verbindung

steht, einen Filter oder Schmutzfänger 32 in beliebiger

entgegengesetzten Enden des Ankers angeordneten Ausführungsform aufweist. Der Einlaßkanal, in dem Düsen ausströmt. Hierbei wird erfindungsgemäß das 15 der Schmutzfänger angeordnet ist, steht in Verbin-Strömungsmittel durch Leitvorrichtungen so geführt, dung mit einem Längskanal 33 des Ventilgehäuses 19.

daß es nicht der magnetischen Anziehung ausgesetzt ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor, das in der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine mittig geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Verstärkers, Dieser Kanal 33 enthält zwei gleich große Drosseleinsätze 34, welche beidseitig des mit dem Schmutzfänger versehenen Einlaßkanals angeordnet sind.

An den beiden von den Drosseleinsätzen 34 abgelegenen Enden ist der Kanal 33 an nach oben führende Kanäle 36 angeschlossen, von denen jeder zu einer Düse 37 führt. Die Düsenaustrittsöffnungen sind im Bereich gegenüberliegender Enden eines Ankers 39 an-

Fig. 2 eine Schnittansicht der Fig. 1 entlang der 25 geordnet. Diese Düsen können so ausgebildet sein, wie

Schnittlinie 2-2,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Verstärkers mit geschnittenem Deckel,

Fig. 4 eine geschnittene Teilansicht einer in abgewandelter Ausführungsform ausgebildeten Düse,

Fig. 5 einen Schnitt der Fig. 4 entlang der Schnittlinie 5-5 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 6 eine mittig geschnittene Ansicht eines verbesserten elektrohydraulischen Verstärkers in Verbines auch sonst bei solchen Geräten üblich ist. Der Anker ist dabei so unterstützt, daß er normalerweise innerhalb eines Abstandes von 25 μ über der Düsenaustrittsöffnung schwebt. Die Düsen und die elektrischen Teile des Verstärkers sind in einem Motorraum angeordnet, welcher innerhalb eines Deckels 40 untergebracht ist und in geeigneter Weise, beispielsweise mit Schraubbolzen, am Ventilgehäuse befestigt ist.

Der Anker hat die Gestalt einer flachen Platte oder

dung mit einem Servoventil abgewandelter Ausfüh- 35 eines Streifens aus Eisen und erstreckt sich durch

rungsform,

Fig. 7 eine geschnittene Teilansicht der Fig. 6 entlang der Linie 7-7 und

Fig. 8 eine geschnittene Teilansicht einer Düse gemäß einer weiter abgewandelten Ausführungsform.

In den Fig. 1 und 6 sind in strichpunktierten Linien Einzelheiten einer hydraulischen Steuerung dargestellt, die an und für sich bekannt ist, jedoch im Rahmen der einen Schlitz innerhalb eines Spulengehäuses 41 aus geeignetem, nichtmetallischem Werkstoff, auf welchem die Spule 42 aufgewickelt ist. Diese Spule ist elektisch angeschlossen und wird mit Signalströmen gespeist, wie es bei Verstärkern dieser Art üblich ist. Die Spule magnetisiert bei ihrer Erregung den Anker 39, so daß sich an dessen Enden, je nach der Richtung, mit der die Spule 42 vom Signalstrom durchflossen

vorliegenden Erfindung mit dargestellt ist, weil der _wi_rd, Nord- oder Südpole ausbilden. Die Spule wird erfindungsgemäß verbesserte elektrohydraulische Ver- 45 teilweise umschlossen von Polstücken 43 und 44,

stärker mit ihnen zusammenarbeitet. Diese an und für sich bekannten Vorrichtungen in den beiden genannten Figuren bestehen aus einem Hydraulikzylinder 10 und einem dabei hin- und herbeweglich gelagerten Kolben .11, an welchen eine verlängerte Kolbenstange 12 angeschlossen ist, die an beiden Enden aus dem Hydraulikzylinder herausragt. An den einander gegenüberliegenden Enden des Zylinders sind Zu- und Abflußkanäle 14 angeschlossen. Dem Ventil und dem Verstärker wird unter Druck stehendes Strömungsmittel über eine Rohrleitung 15 zugeführt, während das aus dem Ventil und dem Verstärker abzuführende Strömungsmittel über einen Abflußkanal 16 abgeführt wird.

Das in Fig. 1 dargestellte Ventil zur Steuerung des Kolbens 11 in dem Zylinder 10 besteht aus einer Schieberventilspindel 18, die im dargestellten Beispiel einen zylindrischen Querschnitt aufweist und mit engem Sitz in eine Bohrung des Ventilschiebergehäuses 19 eingepaßt ist. Das Gehäuse 13 ist mit drei ringförmigen Rinnen 20, 21, 22 versehen, die so dimensioniert sind, daß jede einzelne von ihnen von den verbreiterten Teilen oder Stollen der Schieberventilspindel etwas überlappend abgedeckt werden kann. Bei welche an die Dauermagneten 45 und 46 angeschlossen sind. Die Polstücke und Magneten sind beispielsweise mit Hilfe einer Klammer 47 aus nichtmagnetischem Material, insbesondere Messing, fest miteinander verbunden und mit Hilfe von Schrauben 48 in ihrer Lage gesichert. Die unteren Enden der Schrauben greifen mit ihrem Gewinde in entsprechende Muttergewinde im Schieberventilgehäuse 19 ein. Es ist noch zu erwärmen, daß die Polstücke U-förmig ausgebildet und ihre Schenkel so weit voneinander entfernt sind, daß zwischen ihnen Spalte zur Unterbringung des Ankers 39 entstehen. Infolge dieser Anordnung wird, wenn der Anker durch einen Strom in der Spule 42 magnetisiert wird, das eine Ende des Ankers von dem einen Ende des einen Polstückes und das andere des Ankers vom entgegengesetzt angeordneten Ende des anderen Polstückes angezogen, so daß der Anker in Art einer »Gegentakt«-Wirkung gekippt wird. Hierdurch wird der Anker so bewegt, daß sich sein eines Ende von der einen Düse entfernt und sein anderes Ende sich der anderen Düse nähert und durch die eine Düse ein größerer Durchfluß auftreten kann als durch die andere und beim Durchströmen in der weiter geöffneten Düse ein geringerer Reaktionsdruck auftritt als in der

der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird die Ventil- 70 anderen. Es ist noch zu erwähnen, daß die Endteile

des Ankers im Bereich der Düsenöffnungen als Begrenzungsmittel für den Durchfluß wirken und infolge ihrer starren Verbindung mit dem Anker sich stets genauso bewegen wie der Anker selbst.

Der Innenraum des Deckels ist mit Hydrauliköl oder einem anderen Strömungsmittel angefüllt und steht im wesentlichen unter dem gleichen Druck wie die anderen Teile des Verstärkers vor den Düsen, wo das Strömungsmittel in unmittelbarer Nähe der magnetischen Teile des Verstärkers leicht seine mitgeführten magnetischen Schmutzteilchen an einer dieser magnetischen oder magnetisieren Oberflächen absetzen kann. Um die Ablagerung von magnetischen Schmutzpartikeln an den magnetischen Teilen der Vorrichtung auf ein Minimum zu verringern, ist eine Vorkehrung getroffen, um die über die Düsen ausgeströmten Strömungsmittelmengen zur Ablaßleitung 16 zurückzuführen, ohne dabei die mit dem Deckel 40 umhüllte Motorkammer zu durchqueren, obwohl natürlich, wenn der Verstärker anfänglich in Betrieb genommen wird, öl oder ein sonstiges Strömungsmittel die Motorkammer auffüllt. Um diese Aufgabe zu lösen, wurde um jede Düse herum eine feste Hülse 50 angeordnet, die, wie dargestellt, die Düse konzentrisch umgibt und mit Abstand davon gehalten ist, um zwischen dieser Hülse und der Düse einen Rückflußkanal zu bilden, über den das hydraulische Strömungsmittel zu einem Querkanal 51 gelangen kann, der in geeigneter Weise im Ventilgehäuse 19 angeordnet ist. Dieser Kanal 51 steht mit einem Kanal 52 in Verbindung, der über die ringförmige Rinne 20 des Ventilgehäuses 19 zum Abflußkanal 16 führt. Es ergibt sich somit also, daß, nachdem die Kammer innerhalb des Deckels 40 mit hydraulischem Strömungsmittel angefüllt wurde, praktisch die gesamten Strömungsmittelmengen, die aus den Düsen 37 austreten, in den Raum zwischen den Düsen und den Hülsen 50 gelangen und von dort aus dem Verstärker wieder abgeführt werden.

Um in höchstmöglichem Maße zu verhindern, daß die Hülsen 50 die Wirkung der Düsen auf den Anker 39 stören, sind die oberen Kanten der Hülsen 50 ein klein wenig unterhalb der Austrittsöffnungen der Düsen 37 angeordnet, so daß die oberen Enden der Hülsen den Anker nicht berühren. Des weiteren sind die oberen Enden der Hülsen vorzugsweise, wie bei 54 dargestellt, etwas eingezogen, so daß eine Störung des freien Spiels des Ankers 39 durch die oberen Enden dieser Hülse auf ein Minimum verringert werden.

Jenseits der Kanäle 36 endet der Querkanal 33 in zwei abwärts gerichteten Kanälen 56, welche in der Hauptbohrung des Schieberventilgehäuses 19 außerhalb der Ventilschieberspindel 18 einmünden. In diesen Kanälen 56 können Drosseleinsätze 57 vorgesehen werden. Für die meisten Anwendungsgebiete sind diese Drosseleinsätze nicht erforderlich, doch können sie vorgesehen werden, um die dynamische Ansprechempfindlichkeit des Ventils für hohe Frequenzen mittels einer durch diese Drossel bewirkten Geschwindigkeitsdämpfung zu dampfen.

Unter Vernachlässigung der Drosseln 57 kann dann angenommen werden, daß der Druck im gesamten Volumen des Strömungsmittels, d. h. in den Düsenkammern zwischen einer den Durchfluß begrenzenden Drossel 34 und der öffnung der Düse 37 und am Ende der Schieberventilspindel im wesentlichen jederzeit konstant ist, da der Abfluß aus diesem Raum oder der Düsenkammer durch eine Drosselöffnung erfolgt und sich somit innerhalb dieses Raumes eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit einstellt. Die Drosselwirkung wird durch den Anker 39 hervorgerufen, der normalerweise in einem Abstand von 25 μ über der Düsenaustrittsöffnung schwebend angeordnet ist.

Die durch die veränderlichen Drosselstellen zwischen der Düse und dem Anker hindurchströmenden Strömungsmittelmengen wandern innerhalb der zylindrischen Hülsen 50 nach unten und gelangen dann durch die Drossel 58 zum Abflußkanal 16. Diese Drossel 58 ist ebenfalls nicht unbedingt erforderlich, ίο um den Betrieb des Verstärkers zu gewährleisten, doch hält er innerhalb des Düsenabflußkanals und der Motorkammer einen Druck aufrecht, der anscheinend den Einfluß von Abflußdruckschwankungen auf den Betrieb des Ventils vermindert. Der Druck in den Düsenabflußkanälen innerhalb der Hülsen 50 und innerhalb des Deckels 40 kann beispielsweise etwa 14 kg/cm² betragen. Der Düsenkammerdruck liegt etwa in der Größenordnung von 39 kg/cm² beim Signal Null, wenn der Druck der Druckmittelquelle etwa ao 140 kg/cm² beträgt.

Die Spule 42 ist mit Anschlußklemmen 60 versehen, die sich durch eine Isolierstoffplatte 61 hindurch erstrecken, welche am Deckel 40 in geeigneter Weise befestigt ist, um die durch die Durchführungen entstandenen öffnungen zu verschließen.

Es ist noch zu erwähnen, daß das Polstück 43 oberhalb des Ankers und das Polstück 44 unterhalb des Ankers angeordnet ist, wobei die Dauermagneten so eingebaut sind, daß sich ihre Nordpole an das gleiche Polstück anlegen. Auf diese Weise wird eines der Polstücke ein Nordpol und das andere ein Südpol. Der Anker 39 ist aus magnetischem Werkstoff mit geringen Hysteresisverlusten aufgebaut. Der Anker ist vorzugsweise in der Mitte zwischen den Lücken der Polstücke angeordnet. Der Arbeitshub des Ankers in Richtung auf das untere Polstück 44 ist begrenzt durch die Vorderkanten der Düsen 37, die vorzugsweise aus hartem unmagnetischem Werkstoff hergestellt sind und beispielsweise aus gehärteter Berylliumbronze bestehen. Die Bewegung des Ankers in entgegengesetzter Richtung wird beispielsweise begrenzt durch Anschlagflächen 64 aus nichtmagnetischem Werkstoff, wie Messing, die entweder am Anker oder an dem Polstück 43 zu befestigen sind. Durch diese Begrenzungen kann der Anker sich nur in dem mittleren, etwa 30% umfassenden Bereich des gesamten Spalts zwischen den Polstücken bewegen. Wenn diese Lücke beispielsweise 0,5 mm beträgt, verbleibt für die Bewegung des Ankers lediglich ein Raum von etwa 0,15 mm. Die Zentrierung des Ankers im Spalt kann in jeder geeigneten oder gewünschten Weise vorgenommen werden; in der als Beispiel dargestellten Ausführungsform wird der Anker mit Hilfe von Federn 63 in seiner Lage gehalten, wobei diese Federn in der Nähe der Enden des Ankers an diesem angreifen. Hierbei ist es wichtig, daß die Federkraft je Wegeeinheit der Unterstützungsfedern 63 der durch die Einwirkung des Dauermagnetfeldes auf den Anker in jedem Spalt hervorgerufenen Ablenkungskraft je Wegeeinheit etwa gleich ist, um zu bewirken, daß diese zwei Kräfte einander aufheben. Unter solchen Bedingungen ergibt es sich in der Tat, daß der Anker an einer beliebigen Stelle innerhalb seines Arbeitsbereiches eines jeden Spalts angeordnet werden kann, ohne das sich dadurch wesentliche Änderungen bezüglich des Kräfteangriffes ergeben. Dies heißt mit anderen Worten, der Anker schwimmt im wesentlichen in den Spalten.

Bei den Betätigungskräften, die an den beiden Enden

des Ankers angreifen, handelt es sich um Kräfte, die durch die Druckdifferenz in den beiden Düsenzu-

flußleitungen, d. h. in den Düsenkammern und den Düsenabflußkanälen einschließlich der Flüssigkeitsräume innerhalb der Hülsen 50 hervorgerufen werden. Diese Kräfte beaufschlagen eine wirksame Fläche des Ankers, die angenähert der scharfkantig umrissenen Düsenöffnung gleich ist, und hängen in linearer Funktion von der vorerwähnten Druckdifferenz ab, da die wirksame Fläche bei allen normalerweise vorkommenden Einstellungen des Ankers 39 annähernd konstant bleibt. Die von den Unterstützungsfedern 63 aufgebrachte Vorspannungskraft dient dazu, den einem Nullsignal entsprechenden Druckpegel in den Zufuhrkanälen der Düsen einzustellen. Da diese Federkraft, wie zuvor erläutert, nahezu von der Ankerkraft aufgehoben wird, ergibt sich, daß die daraus resultierende Kraft eine nahezu konstante Vorspannung bei allen Ankerstellungen gewährleistet. Die auf den Anker durch die Ungleichheit der magnetischen Flüsse im Spalt infolge des Stromflusses in der Spule 42 durch ein elektrisches Signal einwirkende Kraft bestimmt je nach der Stromfluß richtung in der Spule die Polarität des Ankers. Hierdurch wird auch bestimmt, von welcher Polstückfläche der Anker angezogen wird. Unterhalb des Sättigungspegels ist die Größe dieser Kraft eine lineare Funktion des Stromes.

Bei einer Untersuchung dieser zuvor erwähnten Kräfte zeigt sich, daß das Strömungsmittel in den zu den Düsen führenden Kanälen des Gerätes stets unter einem Druck steht, der annähernd eine lineare Funktion des in der Spule fließenden Stromes oder des Eingangssignals ist. Die Polarität stellt sich so ein, daß, wenn das eine Ende des Ankers infolge eines der Spule zugeführten Signals in Richtung auf die eine Düse angezogen wird, sich das andere Ende des Ankers von der zugehörigen Düse entfernt. Somit ist die Druckdifferenz der Strömungsmittel in den zwei zu den Düsen führenden Kanälen stets eine lineare Funktion der zugeführten elektrischen Signale (unterhalb der Sättigung).

Das in den zu den Düsen führenden Kanälen befindliehe Strömungsmittel wirkt auf die entsprechenden Enden der Schieberventilspindel 18 ein, so daß die hieraus resultierende Antriebskraft der Spindel ebenfalls eine lineare Funktion des elektrischen Signals wird. Dieser Antriebskraft der Spindel wirkt die Kraft der Zentrierungsfedern 24 und 25 entgegen, die eine lineare Federkonstante aufweisen, so daß der Verschiebungsweg der Spindel von seiner Mittellage sich ebenfalls als eine lineare Funktion des elektrischen Signals einstellt. Zusammenfassend ergibt sich also, daß der Durchflußquerschnitt einer jeden Düsenöffnung und damit auch das der Spule zugeführte Signal eine lineare Funktion des Verschiebungsweges der Schieberventilspindel ist. Die Verschiebung des Kolbens 11 ist jedoch dem elektrischen Signal nicht unbedingt geschwindigkeitsproportional, da die von außen am Kolben angreifenden Lasten schwanken können und auch Schwankungen in der Druckerzeugungsanlage des zur Betätigung benutzten Strömungsmittels möglich sind. Wenn der Druck in der Anlage konstant gehalten wird und auf die Kolbenstange keine Kraft ausgeübt wird, wird die Verschiebungsgeschwindigkeit des Kolbens 11 ebenfalls dem Signal proportional.

Zur Einstellung des Ventils nach dessen Zusammenbau wird der Deckel 40 abgenommen und der Kanal 15 dem Versorgungsdruck von beispielsweise 70 kg/cm² ausgesetzt, während man die Schieberventilspindel 18 mit geeigneten Mitteln in der Nullstellung festsetzt. Dieses Festsetzen kann beispielsweise mit besonderen Endkappen (nicht dargestellt) erfolgen, durch die die Endkappe 29 am einen Ende der Spindel ersetzt wird, während eine Endkappe 66, die am anderen Ende des Schieberventilgehäuses 19 angebracht ist, mittels der Feder 25 auf die Ventilspindel einen Gegendruck ausübt. Die Strömungsmitteldrücke in den zu den Düsen führenden Kanälen werden dann dadurch eingestellt, daß man die Halteschrauben 68 der Federn 63 in geringem Maße lockert. Diese Schrauben 68 erstrecken sich vorzugsweise durch entsprechende Schlitze an den rückwärtigen Enden der Federn 63. Auf diese Weise ist es möglich, die Federn in vertikaler Richtung zu verstellen und so festzulegen, daß sich der gewünschte Reaktionsdruck einstellt; beispielsweise beträgt der Flüssigkeitsdruck in den beiden zu den Düsen führenden Kanälen etwa 25 kg/cm². Die Federn sind dabei auch so einzustellen, daß die auf die gegenüberliegenden Enden der Schieberventilspindel einwirkenden Drücke einander gleich werden. Anschließend werden die Schrauben dann wieder angezogen, um die Federn in ihrer Lage zu sichern. Danach kann dann der Deckel wieder angebracht und der Speisedruck zugeführt werden. Für ein Signal Null in der Spule 42 wird die Einstellschraube 27 so verstellt, daß auch die Ventilspindel in ihre Nullage kommt und über die beiden seitlichen Kanäle 14 keinerlei Strömungsmittel fließen können. Nunmehr sind das Ventil und der elektrohydraulische Verstärker fertig eingestellt.

Die Federn sind an der Klammer 47 befestigt, die aus nichtmagnetischem Werkstoff, beispielsweise aus Messing, besteht und auch als Halteklammer für die Polstücke, die Magneten und die Spule mit ihrem Spulenkern 41 dient und diese Elemente in geeigneter Weise in ihrer Lage sichert und mit den dargestellten Schrauben am Ventilspindelgehäuse 19 befestigt. Die Düsen 37, die gleich große Austrittsöffnungen aufweisen müssen, sind mit ihren rückwärtigen Enden mit Preßsitz in entsprechende öffnungen des Schieberventilgehäuses 19 eingesetzt. In gleicher Weise sind die verschiedenen Drosseleinsätze in die entsprechenden Kanäle des Schieberventilgehäuses eingepreßt.

Eine geringfügig abgewandelte Ausführungsform der Düsen ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Düse 71 mit einem Kanal 70 versehen, der einen Teil der Düsenkammer bildet. Vertikal verschiebbar auf der Düse ist eine Kappe 72 angebracht, die in ihrer Mitte einen Vorsprung 73 aufweist, welcher an der Unterfläche des Ankers 39 anliegt. Mit einer schwachen Feder 74 wird die Kappe 73 normalerweise an die Unterfläche des Ankers angedrückt. Die Kappe besteht aus nichtmagnetischem Werkstoff und ist gewichtsmäßig so leicht wie möglich ausgebildet, und es ist in entsprechender Weise die Feder 74 so schwach gewählt, daß sie die Arbeitsweise des Verstärkers nicht störend beeinflussen kann. Auf diese Weise wird das aus den Düsen ausströmende Strömungsmittel nicht unmittelbar auf den Anker gerichtet, doch steuert das aus den Düsen ausströmende Strömungsmittel ebenfalls die Lage des Ankers und der Kappe 72. In ähnlicher Weise, wie in Fig. 1 dargestellt, sind die Düsen mit geeigneten Bohrungen oder Kanälen 75 versehen, die über einer ringförmigen Rinne in der Düse mit dem Abflußkanal 51 des Strönuingsmittels in Verbindung stehen.

Da der Strömungsmitteldruck innerhalb des Deckels 40 im wesentlichen dem Druck der aus den Düsen ausströmenden Flüssigkeit gleich sein muß, ergibt sich, daß mit einer Konstruktion gemäß Fig. 1, bei der sich der Zylinder 50 um das Ventil herum streckt und an seinem oberen Ende geöffnet ist, genügende Strö-

mungsmittelmengen in die Kammer über den oberen Rand der Hülse 50 hineinfließen können, um das gewünschte Druckverhältnis aufrechtzuerhalten. Bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5, bei denen eine geschlossene Kappe 72 verwendet wird, ist es erforderlich, andere Vorkehrungen zu treffen, um das Druckmittel in den Raum innerhalb des Deckels 40 hineinzubringen. In den Fig. 6 und 7 ist eine Vorrichtung gezeigt, die diese Aufgabe löst und gleichzeitig magnetischen Schmutz oder Fremdkörper aus dem Strömungsmittel beseitigt. Bei dieser Ausführungsform ist an der Oberfläche des Spindelventilgehäuses 19 der Vorrichtung eine flache Aussparung oder Kammer 78 vorgesehen, die mit dem Abflußkanal 51 über einen Kanal oder eine Verbindungsleitung 79 verbunden ist. Diese Kammer 78 befindet sich unterhalb des unteren Polstückes 44 und erstreckt sich bis zu dessen gegenüberliegenden Enden, so daß das Strömungsmittel von den Enden dieser Kammer in die andere Kammer innerhalb des Deckels 40 abgeleitet werden kann. Auf diese Weise fließt das aus den Düsen ausströmende Strömungsmittel vom Abflußkanal 51 nach oben in die Kammer 78 und von dort in die Motorkammer. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß das hydraulische Strömungsmittel in unmittelbarer Nähe des stark magnetisieren unteren Polstückes vorbeifließt, so daß magnetische Teilchen innerhalb des Strömungsmittels an diesen nicht kritischen Flächen des Polstückes hängenbleiben. Die Kammer 78 ist groß genug, um die Gefahr auszuschließen, daß eine Anhäufung von vielen magnetischen Partikeln in der Kammer 78 eine Störung der ordnungsgemäßen Funktion des Gerätes bewirkt, zumal durch diese Kammer während des Normalbetriebes des Verstärkers kein Strömungsmittel fließt.

Eine weitere abgewandelte Ausführungsform, bei der die Düse 80 von einer festen Kappe 81 umgeben ist, ist in Fig. 8 dargestellt. Diese Kappe 81 weist in ihrem oberen Abschnitt eine axial ausgerichtete Öffnung auf, in der ein Plunger 82 längsverschieblich gelagert ist. Dieser Plunger befindet sich unmittelbar über der Austrittsöffnung der Düse 80 und berührt den Anker 39. Auf diese Weise kann, wenn der Anker infolge eines Signals in der Spule des Gerätes nach oben bewegt wird, der Plunger sich aufwärts bewegen und damit bewirken, daß aus der Düse 80 eine größere Menge von Strömungsmittel austreten kann. Dieser Plunger 82 ist sehr klein und weist ein geringes Gewicht auf. so daß durch ihn keine Störung des ordnungsgemäßen Betriebes des Gerätes auftreten kann. Der Düsendruck ist ausreichend groß gewählt, um sicherzustellen, daß der Plunger 82 jederzeit den Bewegungen des Ankers folgen kann. Diese Düsenausführungsform ist natürlich in Verbindung mit den in Fig. 6 und 7 dargestellten Verstärkern zu verwenden, bei denen ein Kanal vorgesehen ist, über den der Raum innerhalb des Deckels mit dem Düsenabflußkanal in Verbindung steht.

Der erfindungsgemäß ausgebildete elektrohydraulische Verstärker kann ohne jede Abänderungen zum Betrieb eines druckgesteuerten Servoventils verwendet werden. Eine solche Anwendung des Verstärkers ist in Fig. 6 dargestellt. Das in Fig. 6 dargestellte, den Durchfluß steuernde Ventil unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch, daß die Schieberventilspindel 85 so gelagert ist, daß sie sich stets in eine Lage einstellt, bei der sich die gesamten Druckkräfte am Ende der Spindel im Gleichgewicht befinden, während bei der Fig. 1 die Lage der Spindel proportional zu den elektrischen Signalen ist. Das Gleichgewicht der Kräfte an der Spindel 85 der Fig. 6 wird mit Hilfe der elektrischen Signale linear gesteuert, jedoch ist die Lage der Spindel nunmehr eine kombinierte lineare Funktion des äußeren Belastungsdruckes an der Kolbenstange 12 und des Verstärkersignals.

Der Unterschied zwischen den Drücken in den Zylinderkanälen 14 wird somit eine lineare Funktion der zugeführten elektrischen Signale, und es wird der Abfluß des Strömungsmittels aus diesen Zylinderkanälen kontinuierlich so eingestellt, daß diese Beziehung aufrechterhalten bleibt.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform beaufschlagen die Drücke in den Düsenkammern oder den Zuführungskanälen der Düsen zwar noch gleich große Querschnitte an den beiden Enden der Ventilspindel, doch wirken dort auch noch weitere kleine Ouerschnittsflächen der Spindelenden ein, die mit der dargestellten Polarität von den Drücken der Zylinderanschlußstutzen beaufschlagt werden. Die Endabschnitte 86 der Spindel 85 mit kleinerem Durchmesser sind mit engem Sitz in Bohrungen der Gehäusedeckel 87 eingepaßt. Diese Deckel 87 sind wiederum mit engem Sitz in die Hauptbohrung 88 des Schieberventilgehäuses 19 eingefügt. Die Drücke des Strömungsmittels in den Anschlußstutzen der Zylinder werden von den Kanälen 14 über die Leitungen oder Kanäle 90 und 91 zu ringförmigen Rinnen 92 innerhalb der Gehäusedeckel 87 und von dort zu den Kammern neben den Spindelabschnitten kleineren Durchmessers übertragen.

Das den Druck steuernde Ventil wird in gleicher Weise eingestellt, wie es bereits mit dem den Durchfluß steuernden Ventil beschrieben wurde, mit Ausnahme der Tatsache, daß in diesem Falle keine Zentrierfedereinstellung für die Spindel vorgesehen ist.

Bei allen dargestellten Ausführungsformen kann die Spule 42, wie dargestellt, eine einfache Wicklung haben oder aber als eine im Gegentakt arbeitende Spule ausgebildet sein, bei der sich die Größe der auf den Anker einwirkenden Magnetkraft proportional zur Differenz des Stromes in den zwei Wicklungen der Spule ein^ stellt.

Der soweit beschriebene Verstärker bietet den Vorteil, daß selbst große Schwankungen des Strömungsniitteleinlaßdruckes infolge des symmetrischen Aufbaues der Schaltelemente kompensiert werden. Jede Erhöhung oder Verminderung des Strömungsmitteldruckes wirkt in gleicher Weise auf die beiden Enden des Ankers und hat demgemäß keine \^rerschiebung der Ventilspindeln 18 und 85 zur Folge. Auch ist der Verstärker unempfindlich gegenüber äußeren Schwingungen, weil die Masse des Ankers gering ist und weil die beiden Düsen auf der gleichen Seite des Ankers angeordnet sind, so daß eine Verschiebung des Ankers bei stoßartigen Beanspruchungen gleiche Druckänderungen an beiden Düsen hervorruft und die Durchflußdifferenz an den Düsen, mit der die Differenz der Drosselkammerdrücke gesteuert wird, und der Ausgang des Verstärkers unverändert bleiben. Die Temperaturkompensation ist ebenfalls gut infolge der symmetrischen Anordnung der beiden Düsen an der gleichen Seite des Ankers. Zum Aufbau der Vorrichtung können Werkstoffe verwendet werden, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten mit sehr großer Annäherung einander gleich sind.

Das wichtigste Merkmal des verbesserten elektrohydraulischen Verstärkers besteht darin, daß er automatisch Schmutzpartikeln bis zu einer Größe von etwa 0,15 mm hindurchlassen kann, ohne daß dadurch sein ordnungsgemäßer Betrieb gestört wird. Ein solcher

Betrieb ist möglich infolge des schwimmend angeordneten Ankers, bei dem die Ankerkräfte die Kräfte der Abstützfedern aufheben und bei dem die Düsen an der gleichen Seite des Ankers angeordnet sind. Wenn Schmutzpartikeln an einem Düsenende eintreffen, verstopfen diese teilweise die Drosselöffnung zwischen der Düse und dem Anker, die normalerweise, selbst bei Zufuhr eines maximalen Signals, nicht größer als 25 μ ist. Wenn sich eine Schmutzpartikel in solcher Weise angelagert hat, beginnt der Düsenkammerdruck anzusteigen, wodurch dann der Kräfteausgleich gestört wird und der Anker sich bemüht, von der Düsenöffnung so weit fortzukommen, bis der Druckausgleich wiederhergestellt ist. Da sich der Anker bis zu einem Gesamtweg von 0,IvS mm von der Düse entfernen kann, bevor die Anschlagfläche 64 am unteren Polstück anschlägt, ist stets eine Möglichkeit gegeben, daß Fremdkörper bis zu dieser Größenordnung entweichen können. Der Betrieb des Ventils in einem Hilfskraftsystem mit in sich geschlossenem Kreislauf ermöglicht es, den gesamten verfügbaren Arbeitsweg des Ankers zur Freigabe von Schmutzpartikeln auszunutzen. Somit sind die Düsen mit einer Selbstreinigung ausgestaltet.

Ein weiteres wichtiges Merkmal des verbesserten Verstärkers liegt auch noch darin, daß infolge der um die Düsen herum angeordneten Zylinder oder Kappen der Durchfluß des hydraulischen Strömungsmittels durch die Motorkammer innerhalb des Deckels 40 unterbrochen ist, so daß magnetische Schmutzteilchen sich nicht an betriebswichtigen Stellen innerhalb der Motorkammer ansammeln können. Kin besonders wichtiges Merkmal ist auch noch die Anordnung des magnetischen Schmutzfängers innerhalb der Kammer 78, da durch diesen der Verstärker fortgesetzt in Betrieb bleiben kann, ohne daß eine Unterbrechung durch Ansammlung magnetischer Fremdstoffe zu befürchten ist.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen lassen sich wesentlich wirtschaftlicher herstellen und benötigen zu ihrer Herstellung weniger Arbeitskraft von Fach- oder Spezialarbeitern, als dies bei den bisher bekannten Vorrichtungen der Fall war. Beispielsweise ist es bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform nicht erforderlich, die zwei Düsen 47 genau auf gleicher Höhe anzuordnen, da geringe Höhenunterschiede der zwei Düsen sich nicht störend bemerkbar machen und leicht durch die Lagerung des Ankers 39 kompensiert werden können. Demgegenüber muß bei Verstärkern, deren Düsen an gegenüberliegenden Seiten eines Ankers angebracht sind, zwischen jeder Düse und dem Anker gleichmäßig ein Spiel von etwa 25 μ vorgesehen werden, um einen ordnungsgemäßen Betrieb aufrechtzuerhalten.

Es soll auch noch erwähnt werden, daß zur Verwendung in diesem Gerät als hydraulisches Strömungsmittel sowohl Flüssigkeiten als auch Gase verwendet werden können.

Des weiteren ist noch zu erwähnen, daß noch zahlreiche Änderungen bezüglich der Einzelheiten, der Werkstoffe und der Anordnung der vorstehend zur Klärung der vorliegenden Erfindung beschriebenen und erläuterten Teile vom Fachmann vorgenommen werden können, ohne damit den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung und dessen Erfindungsrahmen, wie er in den Ansprüchen angegeben ist, zu überschreiten.

Claims (16)

Patentansprüche.

1. Elektrohydraulische Relaisanordnung mit zwei Ausströmdüsen für ein Strömungsmittel, deren Auslaßöffnungen durch die wahlweise Verlagerung von Abdeckteilen unterschiedlich verändert werden, wobei die Abdeckteile mittels Elektromagneten durch die Anlegung eines umkehrbaren elektrischen Signals bewegbar sind, um die öffnungen in umgekehrter Weise in dem einen oder anderen Sinne zu verändern, dadurch gekennzeichnet, daß zwei miteinander in Verbindung stehende Verschlußglieder (39) mittels einer federnden Aufhängung (63) derart schwimmend nachgiebig vor den Düsenöffnungen angeordnet sind, daß sie zusätzlich zu einer Bewegbarkeit im gegenläufigen Sinne, bei welcher sich zwecks unterschiedlicher Veränderung der Düsenöffnungen das eine Verschlußglied zur zugehörigen Düse hin- und das andere Verschlußglied von der zugehörigen Düse fortbewegt, gemeinsam in Grenzen parallel zu den Düsen hin- und von ihnen fortbewegbar sind.

2. Relaisanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußglieder vollständig mit einem Magnetanker (39) verbunden sind oder einen Teil des Magnetankers bilden, der, vorzugsweise in Form einer dünnen Platte ausgeführt, von einer durch das Signal erregbaren Spule umgeben ist. um den Anker in Längsrichtung in dem einen oder dem entgegengesetzten Sinne in Abhängigkeit von der Polarität des Signals zu erregen, wobei ein System von Magnetpolen (43. 44) so angeordnet ist, daß die entgegengesetzten Enden des Ankers nach der Erregung in umgekehrten Richtungen angezogen werden.

3. Relaisanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußglieder außerhalb des von der Spule (42) umgebenen Teiles der Ankerplatte (39) an deren Enden angeordnet sind.

4. Relaisanordnung nach Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß das federnde Aufhängesystem der Verschlußglieder aus einstellbaren Blattfedern (63) besteht.

5. Relaisanordnung nach Anspruch 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß jede Düse in an sich bekannter Weise mit einer Mittelbohrung, über die das Strömungsmittel von der Druckkammer (36) in Richtung auf das Verschlußglied (39) austreten kann, und einem oder mehreren die Mittelbohrung umgebenden Rückflußkanälen, über die das Strömungsmittel zum Abfluß (16) geleitet wird, versehen ist.

6. Relaisanordnung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Mittelbohrung der Düse austretenden Strömungsmittel nicht unmittelbar auf das Verschlußglied (39). sondern über ein leichtes, bewegliches Element (72, Fig. 4: 82, Fig. 8) einwirkt.

7. Relaisanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element eine rohrförmige Kappe (72) ist, die mit Gleitsitz auf die Düse aufgesetzt ist und an der unteren Fläche des Verschlußgliedes (39) anliegt, wobei vorzugsweise eine schwache Feder (74) vorgesehen ist, um das Gewicht der Kappe auszugleichen (Fig. 4).

8. Relaisanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element ein kleiner Plunger (82) ist, welcher mit Gleitsitz in der Mittelöffnung einer Kappe (81) gelagert ist, welche fest über der Düsenöffnung befestigt ist und die Unterseite des Verschlußgliedes beaufschlagt (Fig. 8).

9. Relaisanordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmdüsen (37),

dieYerschlußglieder, der Anker (39) und die Motorvorrichtung (42, 43, 44) in einem Gehäuse angeordnet sind, welches mit einem Strömungsmittel angefüllt ist, dessen Druck angenähert dem Ausströmdruck an den Düsen entspricht.

10. Relaisanordnung nach Anspruch 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückleitungskanäle der Düsen (37) mit dem Hauptraum des Gehäuses über eine Kammer (78) in Verbindung stehen, deren eine AVand von einem (44) der Polstücke ge- ίο bildet wird, so daß dort vom Strömungsmittel mitgeführte magnetische Partikeln festgehalten und gesammelt werden.

11. Relaisanordnung nach Anspruch 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetsystem aus zwei entgegengesetzt angeordneten U-förmigen Polstücken (43, 44) von je einer Polarität besteht, denen ihre magnetische Polarität zumindest von einem Magneten (45, 46) vermittelt wird, welcher an seine entgegengesetzten Enden in magnetischen Kontakt mit den entsprechenden Polstücken steht, wobei jedes der zwei Enden eines Polstückes auf das entsprechende Ende des anderen Polstückes gerichtet ist, so daß zwei Lücken entstehen, in die die Enden des Ankers (39) hineinragen.

12. Relaisanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Strömungsmittelverteilerglied (18), das zur Steuerung der Verbindungen zwischen einer Zuführung (15.1 für unter Druck stehendes Strömungsmittel, einem Auslaß (16) und wenigstens einem Motorteil (14) in entgegengesetzte Richtungen verschiebbar ist. wobei ein Unterschied zwischen den öffnungs weiten der Auslaßöffnungen der Düsen

(37) eine Bewegung des Verteilergliedes in einer Richtung verursacht, die dem Vorzeichen des Unterschiedes entspricht.

13. Relaisanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerglied (18) die Form eines in einer Bohrung bewegbaren und einem Strömungsmitteldruck in zwei Endkammern ausgesetzten Ventilkolbens hat, der in einer Richtung entsprechend der Druckdifferenz zwischen den Kammern bewegt wird, die mit den betreffenden Düsen (37) so verbunden sind, daß der Druckunterschied zwischen den Kammern den Unterschied zwischen den öffnungsweiten der Düsenauslässe entspricht.

14. Relaisanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (37) mit einer gemeinsamen Quelle (15) eines unter Druck stehenden Strömungsmittels über eingeschnürte Kanäle (56-34) verbunden sind.

15. Relaisanordnung nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Endkammern an die gemeinsame Quelle (15) für unter Druck stehendes Strömungsmittel über eingeschnürte Kanäle parallel zu den Düsen (37) angeschlossen sind.

16. Relaisanordnung nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (18) durch eine im Gleichgewicht stehende Federanordnung (24, 25, Fig. 1) und/oder durch eine Differentialrückdruckwirkung (Fig. 6) in seine mittlere Stellung gedrückt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 228015.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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