DE1003041B

DE1003041B - Hydraulischer Servomotor mit Nachfolgesteuerung

Info

Publication number: DE1003041B
Application number: DEB20660A
Authority: DE
Original assignee: Bendix Aviation Corp
Current assignee: Bendix Aviation Corp
Priority date: 1952-06-03
Filing date: 1952-06-03
Publication date: 1957-02-21

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung beizieht sich auf hydraulische Servomotoren, bei denen durch Verstellen eines Steuergriffes von Hand ein, Steuerventil geöffnet wird und damit ein Krafthub des Servomotors herbeigeführt wird, in dessen Verlauf der Steuerschieber wieder in seine Schließlage zurückgebracht wird.

Bei den gewöhnlichen, Servomotoren dieser Art handelt es sich im allgemeinen um eine Folgeanordnung, bei der der Motorkolben, der Venitilkörper und der Steuergriff durch ein unnachgiebiges Gestänge gekuppelt sind, so daß der Kolben jeweils einen der Verstellung des Steuergriffes entsprechenden Hub ausführt. Die Bedienungsperson muß also den Steuergriff in die dem gewünschten Krafthub entsprechende Stellung bringen, was meist nur allmählich in dem Maße möglich ist, wie der Krafthub der Verstellbewegung des Steuergriffes folgt.

Abweichend hiervon ist bei einer bekannten Ausführung das kuppelnde Gestänge in der Weise nachgiebig ausgebildet, daß der Steuergriff nach dem öffnen des Ventils durch Ausrasten eines Gesperres gelöst wird und infolgedessen, unverzüglich in die gewünschte Endlage weiterbewegt werden kann, in der er festgestellt wird; nach einem entsprechenden Krafthub wird das Gesperre wieder eingerastet, worauf das Ventil in die Ausgangslage zurückgebracht wird. Hierbei wird durch ein das Ventil in seiner Öffnungslage haltendes Gesperre und ein elastisches Glied in dem Gestänge zwischen Kolben und Ventil bewirkt, daß letzteres ruckartig in die Schließlage springt. Auch bei dieser bekannten Anordnung muß also der Steuergriff von Hand in die gewünschte Endlage bewegt werden.

Die Erfindung ermöglicht demgegenüber eine wesentlich vorteilhaftere Arbeits- und Bedienungsweise und hat einen hydraulischen Servomotor mit Steuerventil und Steuerhandgriff zum Gegenstand, bei dem der Motorkolben, der Ventilschieber und der Handgriff durch ein Gestänge verbunden sind und der Ventilschieber in der Öffnungsstellung nachgiebig gesperrt gehalten, wird. Dieser Servomotor nach der Erfindung ist in erster Linie dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der Steuerhandgriff bis zu wenigstens einem vorzugsweise verstellbaren Anschlag frei beweglich und andererseits der Motorkolben, der Steuerschieber und der Handgriff durch das Gestänge in bekannter Weise unnachgiebig bzw. kraftschlüssig miteinander gekuppelt sind. Außerdem sieht die Erfindung vor, daß der Ventil schieber in seine neutrale Stellung durch eine Feder gedrückt wird, die schwäeher als die den Schieber in der Öffnungsstellung haltende nachgiebige Sperre ist.

Diese erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß die Bedienungsperson den Steuerhandgriff nur bis Hydraulischer Servomotor
mit Nachfolgesteuerung

Anmelder:

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

Vertreter: Dipl.-Ing. K.-A. Brose, Patentanwalt,
Pullach bei München, Wiener Str. 1

zum öffnen des Ventils zu verstellen braucht und dann loslassen kann,, da der weitere Ablauf der eingeleiteten Betätigung, z. B. irgendeines Geräteiteiis einer landwirtschaftlichen Maschine, unter selbsttätiger Weiterbewegung des Steuerhandgriffes bis zum Anschlag vor sich geht, wobei der Hub dieser Arbeitsbewegung durch entsprechende Einstellung des Anschlages für den Handgriff vom Arbeitsplatz der Bedienungsperson aus bequem im voraus festgelegt werden kann. Diese Arbeitsweise des Servomotors nach der Erfindung hat außerdem den Vorteil, daß die jeweilige Stellung des sich selbsttätig weiterbewegenden Handgriffes die Stellung des zu verstellenden Organs erkennen läßt, ohne daß dieses vom Arbeitsplatz der Bedienungsperson wahrnehmbar zu sein braucht.

Trotz dieser weitgehend automatischen Betätigung hat es die Bedienungsperson in der Hand, den Servomotor ohne Verstellen des. Anschlags auch einen kürzeren Krafthub ausführen zu lassen. Dies ist dadurch ermöglicht, daß gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung die nachgiebige Sperre für den Ventilschieber nur in einem äußeren Bereich der Öffnungsbewegung wirksam wird, derart, daß der Schieber in einem kleineren Bereich geöffnet werden kann, ohne gesperrt zu werden. Somit ist durch langsames Verstellen des Steuerhandgriffes ohne Loslassen desselben zu erreichen, daß der Kolben nach Art der bekannten Folgeanordnungen in jede beliebige Zwischenstellung gebracht werden kann.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an, einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht, und zwar zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer hydraulischen Steuervorrichtung nach der Erfindung und

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aus einer ringförmigen Feder 36, die mitunter Fesselfeder genannt wird. Diese Feder liegt in einer im Ventilkörper 11° vorgesehenen ringförmigen Nut und umfaßt den Kolben 27 zusammenpressend. Wenn sich der 5 Kolben in der neutralen, in der Fig. 1 gezeigten Stellung befindet, so ruht die Feder 36 gegen einen glatten zylindrischen Teil 39 des Kolbens, so daß sie den letzteren nur verhältnismäßig wenig beeinflußt. Wird aber der Kolben in seine linke offene, in der Fig. 2 gezeigte

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche schematische Darstellung, in welcher aber die einzelnen Teile der Vorrichtung in einer anderen Betriebsstellung gezeigt sind.

Die in der Fig. 1 dargestallte Vorrichtung besteht aus einem Motorzylinder 10, einem Ventil 11, einer Pumpe 12 und einem Steuerhandgriff 13.

Der dargestellte Motor 10 besteht aus einem Zylinder 10^a mit einem darin beweglichen Kolben 14. Dieser ist mit einer Kolbenstange 15 verbunden, die das

eine Ende des Zylinders durchsetzt und mit einem i° Endstellung gebracht, so schnappt die Fesselfeder 36

Arm 16 verbunden ist, der bei 17 seinen Drehzapfen in eine im Kolben vorgesehene V-förmige Nut ein und

besitzt und sich zu einer zu betätigenden Vorrichtung verhindert dadurch die Zurückführung des Kolbens in

erstreckt. Der Zylinder 10^a ist so eingerichtet, daß er seine neutrale Stellung durch die Rückstellfeder 29.

mittels einer daran vorgesehenen Öse 18 an einem fest- Wird der Ventilkolben 27 andererseits in die entgegenstehenden Halter drehbar befestigt werden kann, wo- *5 gesetzte offene Stellung nach rechts bewegt, so

durch eine Verschwenkung dieses Zylinders 10° dann schnappt die Fesselfeder in die zweite ring- und V-för-

möglich ist, wenn der Arm 16 um seinen Drehzapfen mige Nut 41 ein und hält den Kolben in dieser Stel-

17 schwingt. lung fest.

Das Ventil 11 ist ein Vierwegwählerventil mit einem Gemäß der vorliegenden Erfindung werden der Mo-Boden ll^a, der Öffnungen 19 und 20, die durch Lei- a° tor 10, das Ventil 11 und der Handgriff 13 durch eine

tungen 21 bzw. 22 mit den entgegengesetzten Enden Differentialvorrichtung miteinander verbunden, so daß

des Motorzylinders 10» verbunden sind, ferner eine eine Bewegung irgendeines dieser drei Teile eine Be-

Auslaßöffnung 23, durch welche die abfließende wegung desjenigen der beiden anderen Teile bwirkt,

Arbeitsflüssigkeit durch eine Leitung 24 nach einem der sich am leichtesten bewegen: kann. Wie gezeigt, Behälter 25 geleitet werden kann, und endlich eine 25 besteht diese Vorrichtung aus einem Hebelarm 42, der

Öffnung 26 aufweist, die mit dem Auslaß der Pumpe an seinem oberen Ende durch ein Gelenk 44 mit dem

12 verbunden ist, welche die Flüssigkeit aus dem Be- unteren Ende des Handgriffes 13 drehbar verbunden

hälter 25 ansaugt. Das Ventil 11 enthält einen mit ist, wobei letzterereinen Hebel bildet, der auf einem

ringförmigen Nuten versehenen Kolben 27, der so an- Drehzapfen 45 gelagert ist und auf einer bogenförmigeordnet ist, daß er die beiden Motoröffnungen 19 und 3<> gen Bahn verschwenkt werden kann.

20 sowie die Auslaßöffnung 23 und die Drucköffnung Die Vorrichtung arbeitet wie folgt. Die Stellung des

26 in einer gewünschten Weise verbindet. Der Kolben Handgriffes 13 innerhalb seiner bogenförmigen Bahn

27 wird für gewöhnlich durch eine Zentrierfeder von entspricht im allgemeinen der Stellung des Motorüblicher Ausführung in einer neutralen Stellung ge- kolbens 14; so befinden sich der Motorkolben 14 und halten, in welcher die beiden Motoröffnungen 19 und 35 der Handgriff 13 in der Fig. 1 beide in der Nähe ihrer 20 versperrt sind und die Drucköffnung 26 mit der Grenzstellung. Nimmt man jetzt an, daß der Motor-Auslaßöffnung 23 verbunden ist. Wird nun der Kolben kolben 14 um einen vorbestimmten Abstand nach 27 nach links bewegt, wie Fig. 2 zeigt, so wird die rechts bewegt werden soll, welcher der Einstellung Verbindung der Drucköffnung 26 mit der Auslaßöff- eines Anschlages 47 entspricht, der längs eines dem nung 23 unterbrochen, und diese Drucköffnung 26 4° Handgriff 13 zugeordneten Quadranten 49 einstellbar wird durch eine im Kolben vorgesehene Bohrung 30 ist. Der Bedienende versetzt dem Handgriff 13 einen mit der Motoröffnung 19 verbunden, um Druckmittel Stoß nach rechts und läßt ihn dann los. Diese Benach dem linken Ende des Motorzylinders 10" zu lei- wegung des Handgriffes wird durch das Gelenk 44 auf ten; gleichzeitig wird das rechte Ende des Zylinders das untere Ende des Hebelarmes 42 übertragen. Das 10^a durch die Leitung 22 und die Motoröffnung 20 mit 45 obere Ende des Hebelarmes kann sich nicht bewegen, der Auslaßöffnung 23 verbunden, so daß sich der Mo- weil es mit der Motorkolbenstange 14 drehbar verbuntorkolben nach rechts bewegt. Wird der Ventilkolben den ist, sie seiner Bewegung einen beträchtlichen 27 andererseits von der in der Fig. 1 gezeigten Stel- Widerstand entgegensetzt. Der Hebelarm 42 bewegt lung aus nach rechts bewegt, so wird eine direkte sich somit im Uhrzeigersinn um sein oberes Ende, um Druckmittelströmung aus der Drucköffnung 26 nach 50 den Ventilkolben 27 in seine äußerste linke, in der der Auslaßöffnung 23 unterbunden; gleichzeitig aber Fig. 2 dargestellte Stellung zu bringen, wobei die wird Druckmittel durch die Bohrung 30 nach der Fesselfeder 36 in die Nut 40 einschnappt und den Ven-Motoröff nung 20 und nach dem rechten Ende des tilkolben in dieser Stellung festhält, in welcher Druck-Motorzylinders 10° geleitet und das am linken Ende mittel nach dem linken Ende des Motorzylinders 10° des Motorzylinders befindliche Druckmittel durch die 55 geleitet, während das am rechten Ende befindliche Leitung 21 ausgelassen, wobei es durch die Motor- Druckmittel ausgelassen' wird, um. den Motorkolben 14 öffnung 19 sowie durch eine im Ventilkolben 27 vor- und die Motorkolbenstange 15 nach rechts zu bewegen, gesehene Bohrung 32 und eine im Ventilkörper vorge- ■ Durch die resultierende Bewegung dieses oberen Endes sehene Bohrung 33 nach der Auslaßleitung 24 zurück- des Armes 42 wird eine Kraft ausgeübt, die bestrebt fließt. Ein Entlastungsventil 35 kann im Ventilkolben 60 ist, den Ventilkolben 27 in seine neutrale Stellung

27 vorgesehen, sein und sich für den Fall öffnen, daß ein übermäßiger Druck während der Ventilbewegung entsteht, oder wenn das Ventil selbst offen ist, d. h. wenn die Drucköffnung 26 mit der Auslaßöffnung 23 nicht verbunden: ist.

Eine Sperrvorrichtung ist vorgesehen, um den Ventilkolben! 27 in der einen oder anderen offenen Stellung entgegen der Rückstellkraft zu halten, dia durch die Rückstellfeder 29 fortwährend auf den Kolben ausge-

zurückzubringen und den Handgriff 13 nach rechts zu bewegen. Die Fesselfeder 36 setzt der Bewegung des Ventilkolbens einen größeren Widerstand entgegen als der Widerstand des Handgriffes 13 gegen seine Be-65 wegung, so daß sich letzterer so lange synchron mit der Bewegung des Motorkolbens 14 bewegt, bis er gegen den Anschlag 47 stößt, worauf er dann stillsteht. Durch die sich weiter fortsetzende Bewegung des oberen Endes des Armes 42 nach rechts wird letzterer

übt wird. Wie gezeigt, besteht diese Sperrvorrichtung 7° dann um sein unteres Ende verschwenkt, wobei er auf

den Ventilkolben 27 eine Kraft ausübt, die genügend groß ist, um diesen nach seiner neutralen Stellung zurückzuführen, wobei er den Widerstand überwindet, den die in der Nut 40 ruhende Fesselfeder 36 dieser Bewegung entgegensetzt. Sobald die Nut 40 mit der Fesselfeder außer Eingriff kommt, wird die Rückstellung des Ventilkolbens 27 in seine neutrale Stellung durch die Zentrierfeder 29 vervollständigt, wodurch der Ventilkolben in der gewünschten Stellung festgehalten wird. xo

Wünscht nun der Bedienende den Motorkolben in seine ursprüngliche Lage zurückzubringen, so stößt er den Handgriff 13 nach, links, wodurch der Ventilkolben 27 so weit nach rechts bewegt wird, bis die Fesselfeder 36 in die Nut 41 einschnappt, um das Ventil in der entsprechenden offenen Stellung festzuhalten. Hierauf wird der Motorkolben durch das Druckmittel nach links bewegt, und der Handgriff 13 kehrt wieder nach links synchron mit der Bewegung des Motorkolbens zurück, bis er gegen den anderen Anschlag 48 stößt, durch welchen er angehalten wird, worauf die Endbewegung des Motorkolbens den Ventilkolben in der oben beschriebenen Weise entgegen dem Widerstand der Fesselfeder in seine neutrale Stellung zurückführt.

Die Endbewegung des Ventilkolbens zur Rückkehr in seine genau zentrierte Stellung erfolgt unter dem Einfluß der Zentrierfeder 29, nachdem der Motor zum Stillstand gekommen ist, und bewegt den Handgriff etwas in der entgegengesetzten Richtung. Der Handgriff kommt somit zum Stillstand kurz vor seinem Anschlag, wie die Fig. 1 zeigt.

Die Größe der Bewegung des Motorkolbens 14 kann an dem einen wie an dem anderen Ende einfach durch eine Änderung der Stellung der Anschläge 47 und 48 auf dem Quadranten 49 geändert werden. In der Fig. 2 sind diese Anschläge, in einer solchen Stellung gezeigt, in welcher sie näher aneinanderliegen.

Bei dieser Art der Einrichtung ist es manchmal wünschenswert, daß der Motorkolben unter der unmittelbaren Steuerung durch den Handgriff 13 langsam bewegt wird, ohne daß die selbsttätige Einrichtung zum Festhalten und Freigeben benutzt wird. Eine solche Bewegung kann dadurch erfolgen, daß der Handgriff sehr langsam aus der neutralen Stellung herausbewegt wird, wobei die Bewegung nicht genügt, um die eine oder die andere der Nuten 40, 41 des Ventilkolbens mit der Fesselfeder 36 in Eingriff zu bringen. Die Nuten 40 und 41 sind vorzugsweise so angeordnet, daß das Ventil sich zu öffnen beginnt, bevor die Fesselfeder 36 in Tätigkeit tritt. Hierdurch ist es möglich, eine langsame Bewegung des Motorkolbens 14 durch einen geringen, auf den Handgriff 13 ausgeübten Druck einzuleiten, wobei nur die Zentrierfeder des Ventils, dieser Anfangsbewegung des Handgriffes 13 entgegenwirkt. Die Bewegung des Motorkolbens 14 ist bestrebt, das Ventil in seine neutrale Stellung zurückzuführen, aber durch Aufrechterhaltung einer geringen, auf den Handgriff 13 ausgeübten Kraft kann es der Bedienende bewirken, daß der Handgriff der Bewegung des Motorkolbens folgt und die zur Aufrechterhaltung der Bewegung nötige geringe öffnung des Ventils sichert. Wenn der Bedienende den Motorkolben in die gewünschte Stellung gebracht hat, so hält er ihn in dieser Stellung einfach dadurch, daß er den Handgriff 13 losläßt.

Wenn eine selbsttätig gesteuerte Bewegung nur in einer Richtung erwünscht ist, so kann eine der Nuten und 41 weggelassen werden. Der Motorkolben bewegt sich dann nur in einer Richtung, solange eine Kraft auf den Handgriff 13 ausgeübt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Servomotor mit Steuerventil und Steuerhandgriff, bei dem der Motorkolben, der Ventilschiieber und der Handgriff durch ein Gestänge verbunden sind und der Ventilschieber in der Öffnungsstellung nachgiebig gesperrt gehalten werden, kann, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der Steuerhandgriff (13J bis zu wenigstens einem vorzugsweise verstellbaren Anschlag frei beweglich ist und andererseits der Motorkolben (14), der Steuerschieber (27) und der Handgriff (13) durch das obengenannte Gestänge in an sich bekannter Weise bewegungsschlüssig und nicht nachgiebig miteinander gekuppelt sind.

2. Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (27) in seine neutrale Stellung durch eine Feder (29) gedrückt wird, die schwächer als die den Schieber in der Öffnungsstellung haltende nachgiebige Sperre ist.

3. Servomotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Sperre für den Ventilschieber nur in einem äußeren Bereich der Öffnungsbewegung wirksam wird, derart, daß der Schieber in einem kleineren Bereich geöffnet werden kann, ohne gesperrt zu werden.

4. Servomotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit doppelseitig wirksamen Motorkolben und Ventilschieber letzterer in beiden Öffnungsstellungen durch ein nachgiebiges Gesperre feststellbar ist und der Steuerhandgriff für beide Bewegungsrichtungen verstellbare Anschläge aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 557 994;
USA.-Patentschriften Nr. 2 511393, 2 283 541.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen