DE2339124A1 - Hitzdraht-gesteuerte vorsteuerdrossel - Google Patents

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daitn 9927/(t

Stuttgart-Untertiirkheim

Hitzdraht-gesteuerte Vorsteuerdrossel

Die Erfindung betrifft eine durch einen elektrischen Strom beeinflußbare Vorsteuerdrossel zur Erzeugung eines dem Strom direkt oder reziprok analogen hydraulischen Druckes mit wenigstens einer Meßdrossel, vorzugsweise mit einem Paar von einander gegenüberliegenden Meßdrosseln, die jeweils über ein eine Druckrückwirkung verhinderndes Organ, vorzugsweise über je eine Festdrossel an eine Druckquelle angeschlossen ist bzw. sind und deren Zulauf vorzugsweise jeweils mit einem bezüglich eines Arbeitsdruckes druckerhöhend bzw. druckerniedrigend wirkenden Druckraum eines hydraulisch steuerbaren Druckregelorgans für ein Arbeitsmedium verbunden ist und mit einem vor der Meßdrossel bzw. zwischen den Meßdrosseln angeordneten und vor bzw. zwischen ihnen hin- und herbeweglichen, vorzugsweise schwenkbaren und dabei den wirksamen Querschnitt der Drossel bzw. einer Drossel zuungunsten der anderen verändernden Strömungshindernis, welches durch eine elektrische Einrichtung nach Maßgabe eines Stromes mehr oder weniger aus der Mittellage zwischen den Meßdrosseln nach der einen oder anderen Richtung herausbewegbar ist.

Bei vorbekannten Einrichtungen dieser Art ( vgl. z.B. US-PS 3 023 782) ist das Strömungshindernis eine schwenkbar zwischen den beiden gegenüberliegenden Meßdrosseln angebrachte Prallplatte, die mit dem waagebalkenartigen Anker eines komplizierten Magnetsystems aus Permanentmagneten und Elektromagneten

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verbunden ist. Wegen der erforderlichen genauen Reproduzierbarkeit von hydraulischen Drucken durch eine elektrische Größe ist es nötig, dieses Magnetsystem in möglichst hoher Präzision und möglichst geringer mechanischer und magnetischer Hysterese herzustellen, zumal Abweichungen von der Sollzuordnung eines Vertepaares hydraulischer Druck/elektrischer Strom in der ersten Stufe einer Verstärkereinrichtung an deren Auegang sich entsprechend verstärkt bemerkbar machen. Die Venrendung von hochwertigen Magnetwerkstoffen und die hohe Fertigungegenauigkeit verteuern das Gerät sehr.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorsteuerdrossel ohne Genauigkeitseinbuße einfacher und somit billiger zu gestalten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Strömungshindernis mechanisch mit einem elektrisch isoliert in der Bewegungsrichtung des Strömungshindernisses ausgespannten, unter Federvorspannung gehaltenen, an seinen Enden elektrisch leitend mit Stromanschlüssen verbundenen Hitzdraht als elektrische Einrichtung gekoppelt ist.

Im Gegensatz zu den mit einem Magnetsystem feinfühlig dosierbar zu erzielenden Kräften sind die Kräfte, die mit einem Hitzdraht ausgeübt werden können sehr viel größer. Mechanische Reibungswiderstände können daher in der Regel bei einem Hitzdrahtinstrument nicht in eine Größenordnung kommen, wo sie hinsichtlich der Meß- oder Reproduktionsgenauigkeit Einfluß nehmen, da die Dehnungskräfte des Hitzdrahtes um viele Größenordnungen höher liegen. Die Anforderungen an Präzision und Leichtgängigkeit der bewegten mechanischen Teile der Vorsteuerdrossel brauchen,um gleich gute Ergebnisse wie mit vorbekannten Vorsteuerdroaseln zu erzielen, nicht so hoch gesteckt su werden. Zwar muß der Hitzdraht als das für die Umwandlung einer elektrischen in eine mechanische firöße (Dehnung) verantwortliche Teil hinsichtlich seiner elektrischen und mechanischen Eigenschaften genau gefertigt werden. Jedoch ist das Erfordernis

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der Präsieion bei einem einfachen Drahtstück wesentlich einfacher su erfüllen, als bei einem komplizierten aus vielen Teilen bestehenden Magnetsystem.

Um die Mittellage des Strömungshindernisses genau einstellen SU können, ist es ratsam, daß ein Ende des Hitzdrahtes in Ausspannrichtung lageeinstellbar ist.

Abweichungen des Hitzdrahtes von seinen Solleigenschaften lassen sich teilweise dadurch kompensieren, daß die ausgespannte Lage und/oder daß die elektrische Abgriffelänge des Hitzdrahtes unabhängig voneinander einstellbar sind·

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispieles im folgenden näher erläutert; die Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hitzdraht-Vorsteuerdrossel mit von ihr beeinflußtem Arbeitedruck-Regelorgan.

Die dargestellte Einrichtung umfaßt einen elektrisch/mechanischen Steuergrößenumformer 1 und einen hydraulischen Verstärker 2. In dem Steuergrößenumformer 1 ist ein um den feststehenden Schwenkpunkt 3 (Schneidengelenk) reibungsarm schwenkbar gelagerter Hebel 4 vorgesehen, an den über ein weiteres Schneidengelenk 5 und einen körbchenartig ausgebildeten Isolator mit Schneidenhenkel 6 und Plombenhalter 7 der Hitzdraht 8 angehängt ist. Am einen Ende des Hebels 4 ist ein Federteller 9 angeordnet, in den eine den Hitzdraht 8 ausspannende Feder 10 gestellt ist, die sich andererseits an dem ortsfesten aber einstellbaren Federwiderlager 11 abstützt. Der Hitzdraht ist am anderen Ende in einem in Ausspannrichtung verschraubbaren elektrisch nicht leitenden wärmebeständigen Plombenhalter 12 gestellfest mittels einer an unterschiedlichen Längsstellen des Drahtes 8 beliebig festklemnbaren Verstellplombe 13 gehalten, die gleichzeitig der Stromzuführung dient und mit einem leicht flexiblen Kabel l4

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großen Leitungsquerschnittes verlötet ist. Mittel« des verstellbaren Plombenhalters 12 kann zum einen bei unveränderter Klemmstellung der Plombe 13 die einem festen Mittelwert oder einem Nullwert des Heizstromes entsprechende Sollage des Hebele k eingestellt werden oder es kann damit zum anderen bei gleichzeitiger Veränderung der Klemmstellung der Verstellplombe die ausgespannte und die strombeaufschlagte Länge des Hitzdrahtes verändert werden. Auf dem Hitzdraht 8 ist in unterschiedlichen Längspositionen festklemmbar eine Stromanechlußklemme 15 angeordnet, die ebenfalls mit einem biegeweichen im Leitungequerschnitt großflächigen Kabel l6 verlötet ist. Die Kabel l4 und l6 sind mit den isoliert befestigten Anschlußsteckern 17 und verbunden. Mit der verstellbaren Stromanschlußklemrae 15 kann die strombeaufschlagte Länge des Hitzdrahtes unabhängig von dessen ausgespannter Lange verändert werden.

In dem hydraulischen Verstärker 2 sind an einer dem Umformer zugekehrten Stelle zwei einander gegenüberliegende Meßdrosseln 19 und 20 angeordnet, deren Stirnseiten einen definierten Abstand voneinander und deren übertrieben groß dargestellte Drosselbohrungen einen definierten Durchmesser haben. An dem Hebel 4 ist eine bodeneeitig aus dem Umformer 1 berausragende Prallplatte 21 von bestimmter Dicke angebracht, und zwar ist die Prallplatte um etwa den halben Drosselbohrungsdurchmesser dünner als der Öffnungsabstand der beiden Meßdrosseln. Durch diese enge Annäherung der Prallplattenoberfläche an die Meßdrosselmündung stellt sie ein den Ausflußwiderstand beeinflussendes Strömungshindernis dar, dessen Widerstand bei weiterer Annäherung noch erhöht werden kann.

Den Meßdrosseln wird von der Druckquelle 22 aus über das Filter 23 und die beiden Festdrosseln 2k und 25 sowie die Druckräume 26 und 27 ständig Arbeitsöl in geringem Mengenstrom zugeführt, der durch den im Querschnitt reichlich bemessenen Ölrücklauf

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ohne Stau in den Ölsumpf 29 wieder ablaufen kann. Erforderlichenfalls kann das Innere des Umformers 1 durch eine von dem Hebel h und der Prallplatte 21 durchsetzte leicht bewegliche und ölbeständige Membran abgeschlossen werden. Die Festdrosseln 24 und 25 verhindern einen raschen Druckausgleich zwischen den beiden Druckräumen 26 und 271 d.h. während der Ansprechzeit des Druckverstärkers.

Im Innern des Verstärkers ist noch ein Steuerschieber 30 angeordnet, der zusammen mit der Bohrung und dem Gehäuse vier Steuerkantenpaare 3l/32, 33/3Ί, 35/36 und 37/3$ bildet und der durch zwei in der Federkraft einstellbare auf die Stirnseiten einwirkenden Federn 39 und kO in einer solchen Feder-Gleichgewichtslage einstellbar ist, daß die Steuerkanten gerade miteinander koinzidieren. Durch einen mehr oder weniger großen Druckunterschied in den Druckräumen 26 und 27 kann der Schieber 30 entsprechend diesem Druckunterschied mehr oder weniger nach einer Seite verschoben und dadurch zwei der vier Steuerkantenpaare geöffnet und die zwei anderen überdockt werden» Dadurch wird einer der beiden Arbeitsanschlüsse 4t and k2, mit dem von der Druckquelle 22 kommenden Ölzulauf 43 und dor anders mit dem Ölrücklauf 28 verbunden. Der hydraulische Verstärker 2 ist mit seinen Einzelteilen, was ihre hydraulische Wirkung anbelangt symmetrisch aufgebaut und in der ungestörten symmetrischen Gleichgewichtsstellung sind beide ArbeltsanschXüsse 4i und h2 drucklos. Je nach Verstellung der Prallplatte 21 sw:Lsehen den beiden Meßdrosseln 19 und 20 aus dar Mittallagö heraus - dies geschieht durch eine mehr oder weniger starSse elektrische Erhitzung und dementsprechend© Temperaturdehimng des Hitzdrahtes 8 - wird die funktioneile Symmetrie des Verstärkers gestört und vor derjenigen Drossel, der sich die Prallplatte etwas stärker angenähert hat und in dsm ssugehörigea. Dsruckx'aum ein größerer Druck aufgestaut und dementsprechend der Schieber entgegen der Kraft einer der Federn 39 bzw. kO aus der Qleich-

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gewichtslage verschoben, so daß einer der Arbeitsanechlüsse über ein mehr oder weniger stark geöffnetes Steuerkantenpaar an die Druckquelle und der andere Arbeitsanschluß über ein anderes Steuerlcantenpaar mit dem Olrüeklauf verbunden ist. Je nach elektrisch auegelöster Verschiebung der Prallplatte nach Betrag und Richtung ist einer der beiden Arbeitsanschlüase mehr oder weniger stark druckbeaufschlagt. Auf diese Weise kommt unter Zwischenschaltung einer hydraulischen Verstärkerstufe eine elektrisch/hydraulische Größenumwandlung zustande.

Bei dem dargestellten und vorstehend beschriebenen doppelseitig wirkenden symmetrisch aufgebauten und wirkenden Ausführungsbeispiel des Steuergrößenumformers gibt ein bestimmter Strommittelwert den hydraulischen Nullpunkt an, bei dem die funktionelle Symmetrie besteht und beide Arbeitsanschlüsse kl und hZ von der Druckversorgung getrennt sind. Abweichungen vom Stronimittelwert nach oben odor nach unten rufen an dem einen oder an dem anderen Arbeitsanschlaß einen der Mittelwertabweichung entsprechenden Druckanstieg hervor. Zur Aufreehterhaltxmg des Nullpunktes ist also das ständige Fließen sines Stromes von der Höhe des St.rooiinittölwörtes erforderlich» Damit disser Stromverbrauch möglichst goring ist_t aber auch damit die Wärnicspeicherkapasität dos Prahtss möglichst klein ist und Teaiperatu.randerungisii und deriienfcsp.rsciiesid Langexxanderungen des Hitzdraht os den aufgeprägt esa Stsroriianderungon mö glichet v&vzögcrtisigsfrsx folgen, können,. :Csrner damit aus Gründen dar Meßgenauigkeit der Innenv/Ide.rstand dos ©ioktri*jehan Teiles des Gerätes möglichst hoch ist, wird Dei act konstruktiv praktisch vorgegebenen Länge des Hitadsrahto» sein Durchmesser so klein wie möglich gewählt, werden. J0 größer der Widerstand des Drahtes ist um so größer sind bei einer bestimmten Stromänderung überdies dia tsmperaturbsdingten Längenänderungen χχηά um so größer ist deraentsprecheBid die Reproduzierganaui.glco.it des Ura-formere· Andererseits muß dor i'iit&drafot im Q'aeraclmitt ausreichend groß

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bemessen werden, um noch mit Sicherheit auch im glühend erhitzten Zustand die Spannkraft der Feder 10 auffangen zu können. Die Schrumpfkraft des Hitzdrehtes muß außer der Federkraft auch noch, und zwar um mehrere Größenordnungen die Reibungskräfte des Systems übersteigen. Aus diesen vielfältigen sich teilweise zuwiderlaufenden Gesichtspunkten ist der optimale Hitzdrahtquerschnitt zu ermitteln. Die geringe Wärmekapazität des Hitzdrahtes macht diesen empfindlich gegen äußere Temperaturschwankungen. Er muß daher in einer kleinen gegebenenfalls künstlich auf möglichst gleiche Temperatur gehaltenen Kammer angeordnet sein und gegen thermische äußere Störeinflüsse gut gekapselt und isoliert sein.

Bei der vorbeschriebenen Ausführung einer Hitzdraht-Vorsteuerdroesel handelt es sich lediglich um eines von einer Vielzahl denkbarer erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele. Insbesondere ist eine einseitig wirkende Ausführung«Variante denkbar, bei der gemäß einem von Null aus gemessenen Meß- oder Steuerstrom ein Druck an nur einem Arbeitsanschluß eingesteuert wird.

Aus verschiedenen Gründen ist es wünschenswert, eine Rückführung in dem System zu haben, wie es schon bei den vorbekannten magnetischen Steuergrößenumwandlern üblich ist. Hiermit sind Naßnahmen, Merkmale oder Vorkehrungen angesprochen, die dafür sorgen, daß eine vom Hitzdraht eingeleitete Veränderung der Drosselquerschnitte seitens des hydraulischen Teiles der Einrichtung her wieder abgeschwächt wird. Eine solche Rückführung macht das System unempfindlicher hinsichtlich dem Auftreten von Steuergrößenschwankungen} sie kann auch die Federn 39 und 40 entbehrlich machen. Bei dem dargestellten Ausftihrungsbeispiel wäre eine Rückführung dadurch zu verwirklichen, daß die die Schneide 44 des Schneidengelenkes 3 tragende Konsole 45, wenigstens aber das Schneidengelenk 3 selber mit dem Schieber mitbewegt wird. Eine andere Art, wie eine Rückführung zu ver-

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wirklichen wäre, kann darin gelegen sein, daß die beiden Meßdrosseln 19 und 20 im Innern des Schiebers 30 angeordnet sind und sich der Hebel k mit der Prallplatt« bis in da· Innere des Schiebers hinein erstreckt. Die Meßdrosseln müßten aber bei einer solchen Variante gegenüber dem dargestellten Beispiel seitenvertauscht im Schieber angeordnet werden, d.h. die mit dem rechten Druckraum 26 in Verbindung stehende Meßdrossel (20) müßte links von der Prallplatte und die mit dem linken Druckraura 27 verbundene Meßdrossel (l9) müßte rechts von der Prallplatte angeordnet sein. Eine solche Rückführung wäre mit dem gleichen Effekt unter entsprechender Abänderung und Anpassung auch bei einem einseitig wirkenden oben erwähnten Steuergrößenumformer anwendbar.

Für eine Druckregelung ist die Rückführung erforderlich, für eine Querschnittsregelung kann sie u.U. entbehrlich sein.

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Claims (1)

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   Ansprüche I

   Durch einen elektrischen Strom beeinflußbare Vorsteuerdrossel zur Erzeugung eines dem Strom direkt oder reziprok analogen hydraulischen Druckes, mit wenigstens einer Meßdrossel, vorzugsweise mit einem Paar von einander gegenüber s

   Uberliegenden Meßdrosseln, die jeweilsCexn eine Druckrückwirkung verhinderndes Organ, vorzugsweise über eine Festdrossel an eine Druckquelle angeschlossen ist bzw. sind und deren Zulauf vorzugsweise jeweils mit einem bezüglich eines Arbeitsdruckes druckerhöhend bzw. druckerniedrxgend wirkenden Druckraum eines hydraulisch steuerbaren Druckregelorgans für ein Arbeitsmedium verbunden ist und mit einem vor der Meßdrossel bzw. zwischen den Meßdrosseln angeordneten und vor ihr bzw. zwischen ihnen hin- und herbeweglichen, vorzugsweise schwenkbaren und dabei den wirksamen Querschnitt der Drossel bzw. einer Drossel zuungunsten der anderen verändernden Stromungshxndernxs, welches durch eine elektrische Einrichtung nach Maßgabe eines Stromes mehr oder weniger aus der Mittellage zwischen den Meßdrosseln nach der einen oder anderen Richtung herausbewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungshindernis (21) mechanisch mit einem elektrisch isoliert in der Bewegungsrichtung des Strömungshindernisses ausgespannten unter Federspannung (Feder 10) gehaltenen, an seinen Enden elektrisch leitend mit Stromanschlüssen (l7|lß) verbundenen Hitzdraht (8) als elektrische Einrichtung gekoppelt ist.

   2. Vorsteuerdrossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Hitzdrahtes in Ausspannrichtung lageeinstellbar aufgehängt ist.

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   3* Vorsteuerdrossel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgespannte Länge des Hitzdrahtes (8) veränderbar und einstellbar ist.

   4. Vorsteuerdrossel nach Anspruch 1, 2 oder 3· dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Abgrifflänge des ausgespannten Hitzdrahtes (ö) veränderbar und einstellbar ist.

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