DE1523665B2 - Hydraulischer Verstärker - Google Patents
Hydraulischer VerstärkerInfo
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- F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
- F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
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- F15B13/042—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure
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Description
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Verstärker mit einem in Längsrichtung schwenkbar gelagerten
Strahlrohr, dessen Flüssigkeitsstrahl die axiale Stellung eines in einem Gehäuse verschiebbaren
Kolbens beeinflußt, in dem die Strömungsenergie des radial auf den Kolben gerichteten Flüssigkeitsstrahls
in Bohrungen des Kolbens in Druckenergie umgesetzt je nach Stellung des Strahlrohres
auf eines der Kolbenenden wirkt.
Bei einem derartigen hydraulischen Verstärker ist es bekannt, den Flüssigkeitsstrahl direkt auf entsprechend
düsenartige zugespitzte Öffnungen in dem Kolben zu richten. Dabei ist es nachteilig, daß die
Gefahr einer Verschmutzung besteht, indem Partikelchen sich an den Öffnungen anlagern oder diese
zusetzen, so daß die Wirkungsweise des Verstärkers beeinträchtigt wird. Zudem ist die hydraulische Ansprechbarkeit
bei derartigen Maßnahmen nicht genügend fein differenziert.
Weiterhin sind noch andersartige Strahlrohrregler bekannt, die sich dadurch auszeichnen, daß zwei in
einer Achse liegende, entgegengerichtete Bohrungen vorgesehen sind, denen gegenüber sich Einströmöffnungen
befinden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe,
einen hydraulischen Verstärker der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß dieser
sich gegenüber Verschmutzungen unempfindlich zeigt und dabei sich durch eine sehr hohe dynamische
Ansprechbarkeit auszeichnet.
Die Erfindung besteht darin, daß der Kolben zwar in Längsrichtung nebeneinander angeordnete Steuerkammern
aufweist, die durch eine in Umfangsrichtung sich erstreckende Steuerschneide getrennt sind
und von den Steuerkammern die Bohrungen zu den Kolbenenden ausgehen und daß zwischen dem
Strahlrohr und den Steuerkammern ein Leitvorrichtungsschlitz in dem Gehäuse angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstärkers besteht darin, daß der Leitvorrichtungsschlitz
in Längsrichtung eine Abmessung aufweist, die größer ist als die Breite der Steuerschneide
und jede der Steuerkammern in Längsrichtung eine Abmessung von mindestens der halben
Länge des Leitvorrichtungsschlitzes besitzt.
Zweckmäßig ist dabei die Steuerschneide aus gleichmäßig verjüngten Seiten der Steuerkammern
gebildet.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, daß der Flüssigkeitsstrahl des Strahlrohres außermittig zur Längsachse
des Kolbens gerichtet ist.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Leitvorrichtungsschlitz in einer zwischen Gehäuse
und Kolben angeordneten Hülse vorgesehen. Eine weitere Ausbildung des Verstärkers besteht
darin, daß das Strahlrohr im Gehäuse an einer an diesen drehbar gelagerten Positionsplatte angebracht
ist, wobei die Positionsplatte durch einen Schaltmotor drehbar ist, und in der Positionsplatte eine
ringförmige Kammer mit einer Einlaßöffnung angeordnet ist, von der dünne Rohre ausgehen, die in
einen Sammlerblock mit einer Sammlerkammer münden, von der ein Flüssigkeitsvorratsrohr durch
die Positionsplatte zum Strahlrohr führt.
Dabei kann die Positionsplatte mit einem einstellbaren Rückführgelenk verbunden sein.
Gemäß einer Weiterbildung des Verstärkers sind mehrere Gehäuse mit ihren Kolben zu einem in
Kaskade oder redundant geschalteten Verstärkersystem verbunden.
Mit Vorteil ist an den Steuerkammern ein Absaugauslaß angeordnet.
Die Erfindung soll an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
nachfolgend näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen hydraulischen
Verstärker längs der Linie 1-1 in Fig. 2,
F i g. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem
Maßstab, längs der Linie 3-3 in Fig. 4,
Fig. 4 einen Ausschnitt längs der Linie4-4 in
Fig. 3,
Fig. 5 einen Ausschnitt längs der Linie 5-5 in
Fig. 4,
Fig. 6 einen Ausschnitt entsprechend der nach Fig. 4 einer abgewandelten Ausführungsform,
F i g. 7 die Darstellung einer Strahlrohranordnung,
F i g. 8 und 9 eine Veranschaulichung der Arbeitsweise der Strahlrohranordnung,
Fig. 10 eine elektrische Schaltung, die die theoretische
elektrische Analogie zu dem hydraulischen Verstärker nach den Fig. 8 und 9 darstellt und
Fig. 11 eine Darstellung, aus der zu entnehmen
ist, wie der hydraulische Verstärker mit einem Servosystem verbunden ist.
In den F i g. 1 und 2 ist ein hydraulischer Verstärker dargestellt, mit einem Gehäuse 10, in dem ein
Schaltmotor 11 angeordnet ist und der ein Strahlrohr 12 in Bewegung setzen kann. Der von dem Strahlrohr
12 ausgehende Flüssigkeitsstrahl ist auf einen Leitvorrichtungsschlitz 13 in einer Hülse 14 gerichtet,
die in einer Bohrung 15 im Gehäuse 10 sitzt. Ein verschiebbarer Kolben 16 weist zwei in Längsrichtung
nebeneinander angeordnete Steuerkammern 17, 18 (Fig. 3) auf, die durch eine in Umfangsrichtung
sich erstreckende Steuerschneide 19 getrennt sind. Die Steuerschneide 19 weist vorzugsweise eine zylindrische
Oberfläche20 auf. Wie Fig. 5 zeigt, weist
der Leitvorrichtungsschlitz 13 in Längsrichtung eine Abmessung auf, die größer ist als die Breite der
Steuerschneide 19, und jede der Steuerkammern 17, 18 besitzt in Längsrichtung eine Abmessung von
mindestens der halben Länge des Leitvorrichtungsschlitzes 13.
Die Fig. 1 und 3 zeigen, daß der Kolben mit verbreiterten
Enden 21,22 versehen ist. Von den Steuerkammern 17,18 gehen Bohrungen 23,25 über
Öffnungen 24, 26 aus.
Fig. 2 zeigt, daß das Strahlrohr 12 auf einem
Block 30 befestigt ist, der in bezug auf eine Positionsplatte 31 drehbar ist, die in einem zylindrischen
Sitz 32 im Gehäuse 10 gelagert ist. Flüssigkeit gelangt durch den Einlaß 33 durch eine Filterkammer
34, in der ein Filter 35 angeordnet ist. Von dort fließt die Flüssigkeit durch eine Einlaßöffnung 36 zu
einer ringförmigen Kammer 37 in der Positionsplatte 31. Von der ringförmigen Kammer 37 fließt die
Flüssigkeit durch dünne Rohre 38, die in einen Sammlerblock 39 mit einer Sammlerkammer 40
münden, von der ein Flüssigkeitsvorratsrohr 45 durch die Positior.splatte 31 zum Strahlrohr 12 führt.
Der Block 30 und eine Ankerstütze 41 sind in dem Gehäuse 10 mit flexiblen Stützen 42, 43 angebracht.
Eine Abflußöffnung 46' führt zu einem Auslaß im
elektrischen Brücke entspricht. Wenn sich jedoch die Steuerschneide relativ zum Flüssigkeitsstrahl bewegt,
wie F i g. 9 zeigt, wächst der Teil A des Flüssigkeitsstrahls, der auf die Steuerkammer 17' gerichtet ist,
5 während der Teil B, gerichtet auf die Steuerkammer 18', kleiner wird. Zur selben Zeit wird der Durchfluß
von dem Teil A' der Flüssigkeit zum Bereich Γ kleiner, so daß der Druck in der Steuerkammer 17'
weiter anwächst. Entsprechend wird die Strömung
Gehäuse 10. Der Schaltmotor 11 ist von üblicher Bauart und sein Anker auf der Ankerstütze 41 befestigt.
Eine Hohlwellenbegrenzung 44 ist mit ihren Enden an der Ankerstütze 41 und der Positionsplatte
31 befestigt. Innerhalb der Hohlwellenbegrenzung 44 erstreckt sich das Flüssigkeitsvorratsrohr 45.
Erhält der Schaltmotor 11 ein elektrisches Signal, wird der Anker gedreht und dreht seinerseits den
Sammlerblock 39 mit der Begrenzung 44 und die
Rohre 38 relativ zur Positionsplatte 31. Die Drehung io vom Teil B' zum Bereich T weniger beschränkt, und
des Sammlerblocks 39 dreht den Block 30 und ver- der Druck in der Steuerkammer 18' wird weiter verschwenkt
das Strahlrohr 12. Ein mechanisches Ge- mindert. So kann die Strömung in dem hydraulischen
lenk betätigt eine Rückführwelle 47, die mit einem Verstärker zu der elektrischen Analogie einer Wheat-Joch
48 verbunden ist, das seinerseits an der Posi- stone'schen Brücke einen Gegensatz bilden, wie
tionsplatte 31 befestigt ist, um diese zu drehen und 15 Fig. 10 zeigt, in der die Arme,4, B die Teile des
das Strahlrohr 12 in seine Ausgangsstellung zurück- Strahls darstellen, die in die Steuerkammern 17', 18'
zubringen. Das Gelenk weist einen justierbaren Kurbelarm 50 auf, der sich in einen Schlitz 51A auf dem
Joch 48 und in einen Schlitz 51B auf der Rückführwelle 47 erstreckt. Die Drehung einer Schraube 52, 20
die auf dem Joch 48 drehbar gelagert ist und in den
Kurbelarm 50 hineingeschraubt ist, veranlaßt diesen,
sich radial nach innen und außen zu bewegen. Eine
Sicherungsmutter 53 ist vorgesehen, um den Kurbelarm 50 in eingestellter Lage in bezug auf die Rück- 25 hung des Kolbens, führwelle 47 zu halten. Eine Feder 54 zwischen dem Mehrere Gehäuse 10 mit ihren Kolben 16 können
Joch 48 und in einen Schlitz 51B auf der Rückführwelle 47 erstreckt. Die Drehung einer Schraube 52, 20
die auf dem Joch 48 drehbar gelagert ist und in den
Kurbelarm 50 hineingeschraubt ist, veranlaßt diesen,
sich radial nach innen und außen zu bewegen. Eine
Sicherungsmutter 53 ist vorgesehen, um den Kurbelarm 50 in eingestellter Lage in bezug auf die Rück- 25 hung des Kolbens, führwelle 47 zu halten. Eine Feder 54 zwischen dem Mehrere Gehäuse 10 mit ihren Kolben 16 können
Gehäuse 10 und dem Joch 48 nimmt einen Schlupf zu einem in Kaskade oder redundant geschalteten
in dem Kurbelarmgelenk auf. Verstärkersystem verbunden werden. Das in Fig. 11
Zur Erläuterung der Arbeitsweise des Strahlrohres gezeigte dreifache redundante Servo-Ventilsystem
12, des Leitvorrichtungsschlitzes 13 der Steuer- 30 besteht aus drei unabhängigen Servosystemen 10,
schneide 19 und der Steuerkammern 17,18 wird deren Drucköffnungen C1, C2 mit parallel angelenk-Bezug
auf F i g. 7 genommen. Der Flüssigkeitsstrahl ten Arbeitszylindern C der dritten Stufe verbunden
aus dem Strahlrohr 12' gelangt durch den Leitvor- sind, die beispielsweise eine Leitschaufel 5 betätigen,
richtungsschlitz 13' bis zur Steuerschneide 19', und Dadurch wird ebenfalls ein hoher Grad an Ver-
dabei wird seine kinetische Energie in einen stati- 35 schmutzungstoleranz erreicht infolge der Fähigkeit
sehen Steuerdruck umgewandelt. Wenn anfänglich der ersten Stufe, große Schmutzpartikeln durchgehen
die die Steuerkammern 17', 18' trennende Steuer- zu lassen. Weiterhin eliminiert eine Strahlrohr-Leitschneide
19' und der Flüssigkeitsstrahl aus dem vorrichtungsschlitz-Anordnung die lästige mechani-Strahlrohr
12' in bezug aufeinander und zu dem sehe Rückführung, die normalerweise zwischen der
Leitvorrichtungsschlitz 13' zentriert sind, wie F i g. 8 40 ersten und der zweiten Stufe erforderlich ist.
zeigt, ist der Steuerdruck, der in den Steuerkammern Das Servo-Ventilsystem wendet somit eine reine
17', 18' entwickelt wird, gleich, und der Kolben 16 Positionsrückführung 51, 47 an und wird nicht durch
bleibt in Ruhelage. Reibung und mechanische Hysterese beeinflußt oder
Wird der Kolben 16' durch eine äußere Kraft in von Federn oder Schaltmotorbereichen begrenzt. Die
dem Servosystem bewegt, z. B. durch einen Wechsel 45 Schaltmotore können unabhängig auf Null und auf
gerichtet werden, und die Arme A', B' stellen die Teile des Flüssigkeitsstrahls dar, die zu dem Bereich
T zurückgeführt werden.
In der Ausführungsform nach Fig. 6 ist an den
Steuerkammern 17,18 ein Absaugauslaß 60 vorgesehen, um für das System eine größere Stabilität zu
schaffen. Darüber hinaus schafft der winklig verschobene Absaugauslaß 60 eine wirkungsvolle Dre
in der Belastung nach links, wird die Steuerkammer 18' nun einen größeren Teil des Flüssigkeitsstrahles
aufnehmen, und der Druck in der Steuerkammer 18 wächst an. Die Strömung in den Steuerkammern 17',
18' ist sehr gering, da die Kammern bereits mit 50
Flüssigkeit gefüllt sind. Jeglicher Druckanstieg wird durch die Durchlässe dem entsprechenden Steuerbereich
des Kolbens übermittelt und bringt ein Druckdifferential hervor, der die Steuerschneide 19
Verstärkung justiert werden. Die Kolben der zweiten Stufe können ebenso unabhängig eingerichtet werden,
um die Betätigung des dreifach überfließenden Auslösers zu synchronisieren.
Der beschriebene hydraulische Verstärker hat somit neben seiner Unempfindlichkeit gegenüber
Schmutz — eine Flüssigkeit, die nur bis 200 Mikrons und sogar darüber gefiltert ist — führt zu keinen
Schwierigkeiten, den Vorteil, daß seine dynamische
zu dem Druckmittelpunkt des Flüssigkeitsstrahls 55 Ansprechbarkeit sehr gut ist und ein hochdifferenzurückführt.
Der Kolben 16 nimmt somit zu jeder zierter Steuerdruck entwickelt werden kann. Alle
Zeit die Lage ein, in der der Druck in den Steuer- Federn und Rückführdrähte können vom Ventil
kammern 17', 18' gleich ist. Diese Anordnung er- ferngehalten werden. Die Verschiebung des Kolbens
laubt große Öffnungen und vergrößert somit die Ver- 16 ist der Verschiebung des Strahlrohrs 12 direkt
schmutzungstoleranz des Verstärkers. Zusätzlich 6o proportional, wobei das Verhältnis durch die relative
wird ein wesentlicher Energiegewinn produziert. Wie Größe des Strahls und des Leitvorrichtungsschlitzes
Fig. 8 zeigt, kann der Flüssigkeitsstrahl, der vom 13 festgelegt wird. Durch Vergrößern des Strahl-Strahlrohr
12' ausgeht, in die beiden Komponenten A durchmesser relativ zu der Länge des Leitvorrich-
und B zerlegt werden. Der Druck von diesen Korn- tungsschlitzes 13 wird ein Anwachsen der Ausbeute
ponenten wird in die Druckkammern 17' und 18' 65 erreicht, wobei die Ausbeute G = I + a/r; wobei a
eingebracht. Die Flüssigkeit kehrt zum Bereich T zurück, in dem der Druck P7 entspricht. Somit wird
eine ausgeglichene Anordnung geschaffen, die einer
der halbe Durchmesser des Strahls und r der Abstand zwischen dem Ende des Leitvorrichtungsschlitzes
13 und der Kante des Strahls ist, wenn der
Strahl zentriert ist (2a + 2r = Länge des Schlitzes).
Außerdem kann der beschriebene hydraulische Verstärker in vorteilhafter Weise zu Verstärkersystemen
verbunden werden.
Claims (9)
1. Hydraulischer Verstärker mit einem in Längsrichtung schwenkbar gelagerten Strahlrohr,
dessen Flüssigkeitsstrahl die axiale Stellung eines in einem Gehäuse verschiebbaren Kolbens beeinflußt,
indem die Strömungsenergie des radial auf den Kolben gerichteten Flüssigkeitsstrahls in
Bohrungen des Kolbens in Druckenergie umgesetzt je nach Stellung des Strahlrohres auf eines
der Kolbenenden wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (16) zwei in
Längsrichtung nebeneinander angeordnete Steuerkammern (17,18) aufweist, die durch eine
in Umfangsrichtung sich erstreckende Steuerschneide (19) getrennt sind und von den Steuerkammern
die Bohrungen (23, 25) zu den Kolbenenden ausgehen und daß zwischen dem Strahlrohr
(12) und den Steuerkammern ein Leitvorrichtungsschlitz (13) in dem Gehäuse angeordnet
ist.
2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitvorrichtungsschlitz
(13) in Längsrichtung eine Abmessung aufweist, die größer ist als die Breite der Steuerschneide
(19) und jede der Steuerkammern (17,18) in Längsrichtung eine Abmessung von mindestens
der halben Länge des Leitvorrichtungsschlitzes (13) besitzt.
3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschneide
(19) aus gleichmäßig verjüngten Seiten der Steuerkammern (17,18) gebildet ist.
4. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsstrahl
des Strahlrohres (12) außermittig zur Längsachse des Kolbens (16) gerichtet ist.
5. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitvorrichtungsschlitz
(13) in einer zwischen Gehäuse (10) und Kolben (16) angeordneten Hülse (14) vorgesehen ist.
6. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohr
(12) im Gehäuse (10) an einer in diesem drehbar gelagerten Positionsplatte (31) angebracht
ist, wobei die Positionsplatte (31) durch einen Schaltmotor (11) drehbar ist und in der
Positionsplatte (31) eine ringförmige Kammer (37) mit einer Einlaßöffnung (36) angeordnet ist,
von der dünne Rohre (38) ausgehen, die in einen Sammlerblock (39) mit einer Sammlerkammer
(40) münden, von der ein Flüssigkeitsvorratsrohr (45) durch die Positionsplatte (31) zum Strahlrohr
(12) führt.
7. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsplatte (31) mit
einem einstellbaren Rückführgelenk (48,50) verbunden ist.
8. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gehäuse
(10) mit ihren Kolben (16) zu einem in Kaskade oder redundant geschalteten Verstärkersystem
verbunden sind.
9. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den
Steuerkammern (17,18) ein Absaugauslaß (60) angeordnet ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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ID=22732350
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1963
- 1963-02-27 GB GB788963A patent/GB995572A/en not_active Expired
- 1963-05-21 DE DE19631523665 patent/DE1523665B2/de not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
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