DE2625240A1

DE2625240A1 - Redundante daempferdichtungen

Info

Publication number: DE2625240A1
Application number: DE19762625240
Authority: DE
Inventors: Robert Charles Rybicki
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1975-06-05
Filing date: 1976-06-04
Publication date: 1976-12-23
Also published as: FR2313603A1; BR7603630A; US4084668A; IL49744A; GB1550170A; CA1045947A; IT1081094B

Description

PATENTANWÄLTE MENGES & PRAHL

Erhardtstrasse 12, D-8000 München 5

F'a-optanwalte Menges & Prahl, Erhardtstr. 12, D-8000 München 5 Dipl.-Ing. Rolf Menges

Dipl.-Chem.Dr Horst Prahl

Telefon (089) 26 3847 Telex 529581 BIPATd Telegramm BIPAT München

IhrZeichen/Yourref.

UnserZeichen/Ourref. U 323

Datum/Date

UNITED TECHNOLOGIES CORPORATION Hartford, Connecticut O6lOl V.St.A.

Redundante Dämpferdichtungen

Die Erfindung betrifft hydraulische Dämpfer des Zylinder- und -Kolben-Typs für die Steuerung der Vor- und Rückbewegung von Hubschrauber-Rotorblättern in ihrer Rotationsebeno. Insbesondere betrifft die Erfindung Maßnahmen zur Einführung redundanter Dichtungen, eines Fluidbehälters sowie einer Vorrichtung zur genauen Anzeige, wenn die Dichtungen für den Dämpfer abgenutzt und zu durchlässig sind, und zwar alles in einem in sich geschlossenen System.

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Doppeldichtungen sind bereits auf Wellen von Dämpfern und Servomotoren und dergleichen verwendet worden, wobei Fluiddruckanzeiger mit dem Bereich zwischen Dichtungen für die Leckanzeige hinter der ersten Dichtung verbunden sind. Die US-PS 1 943 578 (193Ό zeigt eine solche Anordnung an einer Welle einer Hochdruck-Fliehkraft- oder -Kreiselpumpe. Der Bereich zwischen den Dichtungen ist über eine eine Verengung (Ventil) enthaltende Leitung mit einem Niederdrucksystem verbunden, und ein Manometer ist mit der Leitung zwischen der Verengung und den Dichtungen verbunden. Diese Anordnung erwies sich wegen eines Druckaufbaus in der Rückrührleitung für das ausgetretene oder Leck-Fluid als nicht annehmbar, weil sich daraus eine falsche Leckanzeige ergibt. Zudem erfordert diese Anordnung die Verwendung von Fluid-Aussenleitungen, einem getrennten Behälter und einer Pumpe zum Sammeln des Leck-Fluids und für dessen Rückführung zum Hochdrucksystem. Diese Anordnung ist für die Anwendung bei einem Hubschrauberrotor nicht optimal geeignet, da die zusätzliche Komplexität die Leistungsfähigkeit behindern und die Zuverlässigkeit begrenzen sowie Kosten und Gewicht erhöhen würde.

Auch ist gemäß der US-SN ein Vorschlag für einen Leck-Fluid-Anzeiger in einem hydraulischen System gemacht worden, wobei die Schwierigkeit des Gegen- oder Rückdrucks, der eine falsche Anzeige auslöst, erfolgreich überwunden wurde, jedoch nicht innerhalb eines geschlossenen, in sich abgeschlossenen Systems ohne äußere Leitungen, Behälter und Pump e.

Die Erfindung schafft einen hydraulischen Dämpfer zum Steuern der Schwenkbewegungen (d.h. der Voreil-Nacheilbewegungen um die Schwenkgelenke in der Drehebene) von Hubschrauber-Rotorblättern, was die Lebensdauer des Dämpfers zwischen Dichtungs-

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Austauschvorgängen stark ausdehnt. Insbesondere kann der Erfindungsgegenstand als Dämpfer des Zylinder- und -Kolben-.Typs ausgebildet sein, wobei die Kolbenstangen mit im Abstand voneinander angeordneten ersten und zweiten Dichtungen zur Redundanz ausgestattet sind und eine Einrichtung vorgesehen ist zum Sammeln des durch die ersten Dichtungen hindurch austretenden Fluids, das einem geschlossenen Behälter zugeführt wird, der mit eine*m Fluidpegelanzeiger ausgestattet ist, und wobei dann das ausgetretene Fluid zu den Dämpferkammern mit Hilfe eines Absperrorgans oder eines Wechselventils zurückgeführt wird, wobei die Pumpwirkung des Dämpfers selbst statt einer externen oder Sekundärpumpe eingesetzt wird. Weiter kann der Erfindungsgegenstand als in sich abgeschlossener hydraulischer Dämpfer ausgebildet sein, der für seine Lebensdauer hermetisch abgeschlossen ist, keine Wartung erfordert und hohe Verläßlichkeit zeigt. Schließlich soll die Erfindung allgemein die Konstruktion und Leistung hydraulischer Dämpfer, Absorber, Schwächungs- oder Dämpfungsglieder und ähnlich wirkender Vorrichtungen verbessern.

Die Figur ist eine schematische Schnittansicht des verbesserten Dämpfers und seines Leckfluid-Steuersystems.

In der Figur bezeichnet die Bezugsziffer 10 das Gehäuse des hydraulischen Dämpfers und 12 einen Kolben, der darin hin und her bewegbar ist und eine Kolbenstange lk aufweist, die sich auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens durch die linke und rechte Zylinderwandung l6 bzw. l8 hindurch erstreckt. Es versteht sich, daß die Kolbenstange l4 an ihrem rechten Ende eine Öse oder Öffnung (nicht dargestellt) aufweist, über die sie mit einem Hubschrauber-Rotorblatt verbunden ist. Das Dämpfergehäuse 10 erstreckt sich ebenso zu

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seinem anderen Ende hin und endet in einer ähnlichen Öse oder Öffnung (ebenfalls nicht dargestellt), die am Rotorkopf angelenkt ist. Diese Konstruktion ist in dem eingangs erwähnten Vorschlag im einzelnen dargestellt. Der Dämpferkolben 12 hat die übliche Verengung 20, die einen begrenzten Fluidstrom zwischen den Dämpferkammern 22, 24 zuläßt, wenn der Kolben sich relativ zum Gehäuse 10 hin und her bewegt . Gegenläufig öffnende Druckentlastungsorgane 26, 28 sind vorgesehen, die auf gegenläufige Bewegungen des Kolbens unter überdruckbedineuneen in den Kammern öffnen.

Die Endwandungen l6j l8 des Dämpfergehäuses sind jeweils mit im Abstand voneinander angeordneten ersten und zweiten Dichtungen 30» 32 um die Kolbenstange l4 herum versehen, wobei eine kleine ringförmige Ausnehmung 34 die Stange l4 umgibt. Dieses Ausnehmungen sind vorgesehen, um Fluid zu sammeln, das durch die ersten Dichtungen 30 während des Betriebs des Dämpfers austritt. Die Ausnehmungen 34 sind durch einen vorgegossenen Durchlaß 36, der eine Verengung

37 aufweist und mit einer weiteren vorgegossenen Leitung in Verbindung steht, welche zum Wechselventil 52 im Dämpfergehäuse führt, und dann durch einen vorgegossenen Durchlaß

38 mit dem Behälter 40 verbunden. Der Behälter 40 ist ein Teil des Dämpferanzeigers, der allgemein bei 4l dargestellt ist und durch ein Diaphragma 42 geschlossen ist, das einen Fluidpegelanzeiger 44 trägt. Eine das Anzeigeglied 44 umgebende Druckfeder 46 ruht an einem Ende auf der Abdeckung 48 und an ihrem anderen Ende auf dem Anzeigeglied 44 und übt so einen Druck gegen das Diaphragma 42 aus, wobei ständig ein leichter Druck im Leck-Fluid besteht. Dies dient unter anderem zur Sicherung der Schmierung der Dichtungen 30, 32.

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Bewegt sich z.B. der Dämpfer nach links, wie durch (lon Pfeil angedeutet, steigt der Druck in der Kammer 22, und dieser erhöhte Druck wird durch die Leitung 5° zum Wachselventil 52 fortgepflanzt, das in einer vorgegossenen Kammer innerhalb des Dämpferkammergehauses 10 enthalten ist. Eine ähnliche Leitung 53 verbindet die rechte Kammer 24 mit dem Wechselventil. Das Wechselventil ist ein Trommel- oder Steuerventil mit im wesentlichen zwei im Abstand voneinander befindlichen Ventilteilen 54, 56, die iibor einen kurzen Schaft 58 miteinander verbunden sind und auf alternierend in Berührung kommenden Auflagern 6O bzw. 62 aufsitzen, wenn das Wechselventil durch Druck von den Dämpferkammern 22, 24 hin und her bewegt wird. Das Wechselventil hat eine zentrale Öffnung 64 für das Fluid, die über die Leitung 66 mit dem ausgetretenes Fluid enthaltenden Durchlaß 36 verbunden ist. In das Wechselventil durch die Öffnung 64 eintretendes Fluid strömt in die zentrale Kammer 68 und, je nach dem, welches Ventilteil von seinem Auflager weg ist, durch Kerböffnungen 70 im offenen Ventil teil in radiale Kanäle 72 und sodann durch die axialen Kanäle 74, 75 in die Leitung 50 oder 53« Das Wechselvontil ist symmetrisch, so daß es sich erübrigt, den Fluidstroin in der entgegengesetzten Richtung zu verfolgen.

Beim normalen Betrieb des vorstehend beschriebenen Dämpfersystems erfahren die ersten Dichtungen den vollen Dämpfei— druck. Normale Abnützung der Dichtung ermöglicht es eventuell einer kleinen Menge des Fluids, üblicherweise Öl, durch diese Dichtung in die ringförmigen Bereiche oder Ausnehmungen ~>4 zwischen der ersten und der zweiten Dichtung zu kriechen. Diese Sickermenge geht dem Dämpfersystem jedoch nicht verloren, da der Ringkanal 34 mit dem Behälter 40 des Anzeigers über Leitungen 36, 66, 38 verbunden ist. So ist zu erkennen, daß ein geschlossenes Dämpfersystem vorliegt. Im Verlauf dor normalen Lebensdauer der ersten Dichtungen steigt diese

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Sickormenge nach und nach an und wird weiter zum Behälter mit dem gleichen geringen Druck zurückgeführt, so—lange die erste Di cntun pe den hohen Dämpferdruck zurückzuhalten vermag. Während der Lebensdauer der ersten Dichtungen nutzen sich die zweiten Dichtungen sehr viel weniger rasch oder überhaupt nicht ab, da sie nur den sehr geringen Brück erfahren, der von der Feder 46 ausgeübt wird, und durch das Fluid vom Behälter 40 geschmiert werden.

Wenn schließlich eine erste Dichtung ausfällt und den Dämpferdruck nicht langer auszuhalten vermag, steigt der Fluidfluß durch die erste Dichtung so weit an, daß die Verengung 37 den Dämpferdruck der Kammern 22, 24 sich aufbauen läßt und auf die zweiten Dichtungen 32 trifft. Wenn nun schließlich die zweite Dichtung zum Zuge kommt, ist diese für alle Fälle neu und besitzt wiederum eine zu 100 % vei— wertbare Lebensdauer. Wenn dann nach angemessener Zeit din zweite Dichtung ausreichende Abnutzung erfahren hat, um ein Leck zu bilden, geht dann Fluid aus dem System durch Auslaufen durch die zweite Dichtung hindurch in die Atmosphäre, z.B. beim Punkt 80, verloren. Dieser Verlust wird durch den Dämpferanzeiger wie folgt wieder ausgeglichen: Es sei angenommen, der Dämpferkolben 12 bewege sich nach links, dann strömt Fluid unter hohem Druck durch die Leitung 50 zum Wechselventil 52, was das Absperrorgan 54 veranlaßt, mit dem Auflager 60 in Berührung zu kommen. In dem Maße, wie der Dämpferkolben das Fluid in der Kammer komprimiert, fällt der Druck in der Kammer 24 ab. Vom Behälter 40 zugeführtes Fluid strömt dann durch die Leitung 38 in die Öffnung 64 und durch das Absperrorganteil 56, das offen ist, durch die Kerbkanäle 70 in radiale Kanäle und dann durch die axialen Kanäle 74, 75 in die Leitung und die Dämpferkammer 24. Ebenso wird Öl der Kammer 22 zugeführt, wenn der Dämpferkolben sich nach rechts bewegt.

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Der leichte positive Druck auf der Niederdruckseite dos Kolbens l4, der vom Behälter 40 aufrecht erhalten wird, verhindert, daß Luft in die Dämpferkammern 22, 24 über fehlerhafte Dichtungen 32, 30 gezogen wird. Jede Luftmenj>;o in den Dämpferkammern 22, 24 würde die Dämpferleistung durch Hervorrufen eines unregelmäßigen Kraft/Geschwindigkeits-Verhaltens nachteilig beeinflussen.

Hat das Dämpfersystem durch ein Leck in den zweiten Dichtungen genügend Fluid verloren, zeigt der DämpferanzciRor 4l die Notwendigkeit zum Wiederauffüllen von Fluid in dem System und zum Ersatz der Dichtungen an. Die redundanten Dichtungen 32 verdoppeln zumindest die verwertbare Lebensdauer des Dämpfers, bevor irgendeine Wartung erforderlich wird. Während der ersten Phase der Lebensdauer, während der die ersten Dichtungen arbeiten, geht weder Fluid aus dem System verloren noch ist eine Wartung, wie derzeit, erforderlich. Während der zweiten Phase der Lebensdauer wird der Verlust an Fluid automatisch aus der Reserve im Dämpferanzeiger 4l aufgefüllt, und wiederum ist eine Wartung nicht erforderlich. Wenn schließlich sowohl die ersten als auch die zweiten Dichtungen ausgefallen sind und wenn das Fluid die Reservekapazität des Behälters 40 auf ein zuvor bestimmtes Minimum herabgesetzt hat, ragt das Anzeigeglied 44 nicht mehr über die Abdeckung 48 hinaus. Der Dämpfer wird dann bei nächster Gelegenheit ersetzt und zur Überholung zum Ersatz der Dichtungen eingesandt.

Die Vorteile des vorstehend beschriebenen Dämpfersystems sind extrem lange Lebensdauer, Wartungsfreiheit während der Lebensdauer und ein Dämpfer, der in vielen Fällen für seine gesamte Lebensdauer gedichtet ist.

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Zusammenfassend kann man also sagen, daß die Erfindung
einen hydraulischen Dämpfer des Zylinder- und -Kolben-Typs schafft, der im Abstand voneinander befindliche Doppeldichtungen auf Kolbenstangen und ringförmige Räume
zwischen den Dichtungen aufweist. Eine Leitung für ausgetretenes Fluid verbindet die Räume oder Ausnehmungen mit dem geschlossenen Behälter eines Fluidleckanzeigers, der aus einem Zylinder besteht, welcher durch ein durch eine Feder vorgespanntes Diaphragma geschlossen ist, das das
Anzeigeglied des Anzeigers trägt. Die Dämpferkammern auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens werden wechselweise mit Fluid aus dem Behälter während des Betriebs des
Dämpfers über ein Wechselventil versorgt, wodurch ein geschlossenes und gedichtetes Fluidsystem einschließlich
redundanter Dichtungen mit einer Anzeige dafür geschaffen wird, daß der Dämpfer nach einem vorherbestimmten Verlust an Fluid aus dem Behälter Wartung benötigt.

Wenn auch anhand der Figur nur eine Ausführungsform der Erfindung im einzelnen beschrieben wurde, so versteht os sich doch, daß Abänderungen von Einzelheiten hieran Tür den Fachmann keine Abweichung vom erfinderischen Konzept darstellen, sondern im Bereich der Erfindung liegen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

lJ Hydraulischer Dämpfer zur Steuerung der Schwenkbewegungen eines Hubschrauber-Rotorblattes mit einem Zylinder, einem in dem Zylinder hin und her bewegbaren Kolben unter Bildung einer Dämpfterkammer auf jeder Seito des Kolbens, einer Kolbenstange, die sich durch die Endwandungen des Zylinders hindurch erstreckt, einem Satz erster und zweiter Dichtungen in jeder der die Stange umgebenden Wandungen, einerringförmigen,die Stange zwischen der ersten und der zweiten Dichtung eines jeden ■ Satzes umgebenden Ausnehmung zur Aufnahme des durch dir; ersten Dichtungen austretenden Fluids, einem Fluidlockanzeiger mit einem geschlossenen Behälter, Fluidleitunjroii, die die Ausnehmungen zwischen den Dichtungen mit dom Bohälter verbinden, einem Wechselventil mit zwei Ventilgliedern, einem beiden Ventilgliedern gemeinsamen Fluideinlnß und einem Fluidauslaß für jedes Ventilgliod, Fluidleitungen, die den Fluideinlaß des WechselventiTs mit den Ausnehmungen zwischen den Dichtungen verbinden, und Fluidleitungen, die jeden Fluidauslaß des Wcchselvontils mit einer anderen Dämpföricammer verbinden.
2. Hydraulischer Dämpfer zur Steuerung der Schwenkbewegungen eines Hubschrauber-Rotorblattes mit einem Zylinder mit Endwandungen, einem in dem Zylinder hin und her bewegbaren, auf jeder Seite eine Dämpferkammer bildenden Kolbon, dor Kolbenstangen aufweist, die sich durch die Endwandungoii hindurch erstrecken, mit ersten und zweiten Dichtungen in jeder die Kolbenstangen umgebenden Endwandung, einer da ο Kolbenstangen zwischen den ersten und den zweiten Dichtungen umgebenden ringförmigen Ausnehmung zur Aufnahme von durch die

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ersten Dichtungen austretendem Fluid, einer Verbindungsleitung zwischen den Ausnehmungen, einem. Fluidanzexger mit einem geschlossenen Behälter, einer Fluidieitung zur Zuführung ausgetretenen Fluids von der Verbindungsleitung zum Behälter und einem Wechselventil zur Steuerung der Rückführung von ausgetretenem Fluid von dem Behälter zu den Dämpferkammern.
3. Hydraulischer Dämpfer nach Anspruch 2, bei dem das Wechselventil zwei AuslaßÖffnungen, von denen jedes eine Fluidverbindung zu einer anderen Dämpferkammer besitzt, eine Einlaßöffnung, die eine Fluidverbindung zu dem Behälter aufweist, und zwei Ventilglieder umfaßt, von denen Jodes die Fluidverbindung zu einer anderen Dämpferkammer steuert.
k. Hydraulischer Dämpfer nach Anspruch 3, bei dein dir Ventilglieder des Wechselventils starr verbunden und durch Fluiddruck in den Dämpferkammern zur wechselweisen Verbindung des Behälters mit den Dämpferkammern bei der Hin- und Herbewegung im Zylinder betätigbar sind.
5. Hydraulischer Dämpfer zur Steuerung der Schwenkbewegungen eines Hubschrauber-Rotorblattes mit einem Zylinder mit Endwandungen, einem in dem Zylinder hin und her bewegbaren Kolben zur Bildung von Dämpferkammern auf einander gegenüberliegenden Seiten des Kolbens, Kolbenstangen, die sich dutch die Endwandungen des Dämpfers hindurch erstrokken, im Abstand voneinander angeordneten ersten und zweiton Dichtungen in jeder die Kolbenstangen umgebenden Endwandung, die Stangen zwischen den Dichtungen umgebenden ringförmigen Ausnehmungen zur Aufnahme von durch die ersten Dichtungen austretendem Fluid, einem die Ausnehmungen verbindenden

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Fluiddurchlaß, einem Fluidanzeiger mit einem geschlossenen Behälter, einem Fluiddurchlaß zwischen dem Behälter und dem die Ausnehmungen verbindenden Durchlaß, und einem durch Fluiddruck in den Dämpferkammern betätigbaren Wechsolvontil zur Rückführung von Fluid vom Behälter wechselweise zuerst zu einer Dämpferkammer und dann zur anderen im Zu.p;o der Hin- und Herbewegung des Dämpferkolbens in dem Dämpforzylinder·
6. Hydraulischer Dämpfer nach Anspruch 5» bei dem der Behälter durch ein flexibles Diaphragma geschlossen ist und das Diaphragma den Anzeiger trägt.
7. Hydraulischer Dämpfer nach Anspruch 6, bei dem das Diaphragma durch eine Druckfeder zur Aufrechterhaltung eines konstanten niederen Drucks auf das Fluid in dem Behälter vorgespannt ist.
8. Hydraulischer Dämpfer zur Steuerung der SchwenkbfiWf»- gungen eines Hubschrauber-Rotorblattes mit einem geschlossenen Fluidsystem, mit einem Zylinder, einem in dem Zylinder hin und her bewegbaren Kolben mit durch die Endwandungen des Zylinders hindurch sich erstreckenden Kolbenstangen, im Abstand voneinander angeordneten ersten und zweiten Fluiddichtungen in den die Stangen umgebenden Wandungen, die Stangen in dem Raum zwischen den ersten und zweiten Dichtungen umgebenden ringförmigen Ausnehmungen zur Aufnahme von durch die ersten Dichtungen ausgetretenem Fluid, einem Fluidanzeiger mit einem geschlossenen Behälter, einer Fluidleitimg, die dem Behälter mit den Ausnehmungen zur Rückführung ausgetretenen Fluids zum Behälter verbindet, und einem Wechselvontil mit einer Einlaßverbindung zu dem Behälter und Auslaßverbindungen zu den Dämpferkammern zur Rückführung ausgetretenen Fluids zu den Dämpferkammern im Zuge der Hin- und Herbewegung des Kolbens relativ zum Zylinder·

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9· Dämpferzylinder mit einem in dem Zylinder hin und hör bewegbaren Kolben, der Dämpferkammern auf einander gegenüberliegenden Seiten des Kolbens bildet, durch die Zylinderwandungen sich erstreckenden Kolbenstangen, im Abstand voneinander angeordneten ersten und zweiten Dichtungen i ti den die Stangen umgebenden Wandungen, ringförmigen Ausnehmungen in den die Stangen im Raum zwischen den Dichtungen umgebenden Wandungen zur Aufnahme von Fluid, das durch die ersten Dichtungen austritt, einem geschlossenen Fluidbehälter mit einer Fluidverbindung zu den Ausnehmungen, einem Fluidanzeiger, der auf den Fluidpegel in dem Behälter anspricht, und einem Wechselventil zur Rückführung ausgetretenen Fluids zu den Dämpferkammern im Zuge der Hin- und Herbewegung des Kolbens relativ zum Zylinder mit einer Einlaßverbindung zu den Ausnehmungen und Auslaßverbindungon zu den Kammern.

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