DE2620685A1 - Elektrohydraulische proportionalbetaetigungseinrichtung - Google Patents

Description

• Titel: Elektrohydraulische P-roportionalbetätigungseinrichtung Zusammenfassung: Gegenstand der Erfindung ist eine elektrohydraulische Proportionalbetätigungsvorrichtung (Stellantrieb) zur Umwandlung eines elektrischen Eingangssignales in einen proportionalen mechanischen Ausgang. Strömungsmittelenergie kann von unter Druck stehendem Strömungsmittel oder Schmieröl einer zugeordneten Maschine entnommen werden. Die 3etbtigungsvorrichtung kann zum Antrieb einer beliebigen M6schinenfunkti on verwendet werden, die eine modulierte Steuerung erforderlich macht.
• Der mechanische Ausgang ist proportional dem elektrischen Eingang. Die Betätigungsvorrichtung bzw. der Stellantrieb weist eine mechanische Rückt kopplung auf, um die Ansprechfunktion zu linearisieren, so daß es nicht erforderlich ist, einen Regelkreis für das System vorzusehen, in welchem der Stellantrieb verwendet wird. Sowohl lineare als auch Drehstellantrie be werden in verschiedenen Ausführungsformen erläutert. Jede Art kann entweder einen Proportionalsoleonidstellantrieb oder einen Kraftabgleich stellantrieb beaufschlagen.
• Die Erfindung bezieht sich auf elektrohydraulische Betätigungseinrichtungen bzw. Stellantriebe und insbesondere auf derartige Einrichtungen zum Positionieren der Düse einer zugeordneten Turbine.
• Die Entwicklung eines einwandfrei arbeitenden Gasturbinenmotors für den Antrieb von Kraftfahrzeugen hängt in wesentlichem Umfang von der Wirkjsamkeit seiner Steuereinrichtungen ab. Damit eine Neuentwicklung erfolgreich als Alternative mit den bereits hochentwickelten Kolbenmotoren für den Antrieb von Kraftfahrzeugen in Wettbewerb treten kann, muß die Gastur! bine nicht nur in der Lage sein, unter allen Betriebsbedingungen vergleichbare Leistungen zu erbringen, sondern auch ein Ansprechen haben, das dem an Kraftfahrzeuge mit Kolbenantriebsmotoren gewöhnten Fahrer vertraut ist.
• Die meisten technischen Einrichtungen, die erforderlich sind, um eine Gasturbine für ein Kraftfahrzeug einwandfrei zu steuern, stehen aus den bisherigen Erfahrungen in Verbindung mit Flugzeuggasturbinenmotoren zur Verfügung. In gewisser Weise ist die Konstruktion des Steuersystems schwieriger, weil die Bedienungsperson weniger geschult ist und weil es praktisch notwendig ist, daß das Steuersystem den Kolbenmotorbetrieb im Grenzbereich zwischen Bedienendem und Maschine simulieren muß. Es ist jedoch wesentlich schwieriger, die gewünschtenSteuerfunktionen in Einrichtungen zu verwirklichen, die auf einer wirtschaftlichen Basis für die Veb wendung im Automobilbau annehmbar sind. Deshalb können viele Steuereinrichtungen und -konstruktionen, die bei Gasturbinen für Flugzeuge Anwendung finden, nicht direkt für den Automobilbau verwendet werden.
• Eine der speziellen Steuerfunktionen, die für Gasturbinen als Antriebsmotor fUr Kraftfahrzeuge erforderlich sind, xt die Einstellung der Leistungsturbinendusen. Der Brennstoffdurchfluß und die Turbinendüsenposition werden in Abhängigkeit von verschiedenen Steuer- und Bedienungsparametern, z.B. der Position des Gaspedales, der Umgebungstemperatur, des Umgebungsdruckes, der Gasgeneratordrehzahl, der Gasgeneratorturbinentemperatur, der Regenerator "hot side in "-Temperatur und der Ubertragungsabgabewellengeschwindigkeit gesteuert. Wegen der Kompliziertheit der Steueranforderungen wird ein Computer verwendet, der mit Signalen aus einer Vielzahl von Sensoren gespeist wird und der die erforderlichen Steuerfunktionen berechnet. Es sind geeignete Betätigungseinrichtungen bzw. Stellantriebe erfonderlich, die in Abhängigkeit von den Computersteuersignalen aresten. Es sind bereits verschiedeneArten von elektromechanischen Betötigungseinrichtungen bzw. Stellantrieben bekannt, die aus auf eine Vielzahl von Abgabefunktionen gerichtet sind, z.B./den US-Paten -schriften 2 055 209, 2 256 970, 2 570 624, 2 696 196, 2 738 772, 2 886 1 3 264 947 und 3 380 394.
• Mit der Erfindung wird eine Servobetätigungseinrichtung bzw. ein Servostellantrieb vorgeschlagen, die bzw. der insbesondere zurEinstellung der Turbinendtisen einer Fahrzeugturbine in Abhängigkeit von elektrischen Befehlssignalen geeignet ist. Bei dem Fahrzeug system, für das vorliegende Erfindung angewendet werden soll, werden die elektrischen Signale durch einen Steuercomputer erzeugt, der in Abhängigkeit von den charakteristi-l schen Eigenschaften des Systems und in Abhängigkeit von die durch verschiedene Sensoren erzeugt werden, betrieben. Der Aufbau des Computers ist nicht Gegenstand vorliegender Erfindung. Die Stellantriebe nach vorliegender Erfindung können in anderen Systemen und in Abhängigkeit von Signalen, die aus anderen Speisequellen abgeleitet werden, verwendet werden. Die Servostellantriebe nach vorliegender Erfindung erzeugen eine Abgabebewegung proportional den elektrischen Eingangssteuersignalen. In der speziellen Kraftfahrzeugturbineneinrichtung, bei der diese Servostellantriebe verwendet werden, wirkt die Abgabebewegung des Servostellantriebes Uber einen entsprechenden Gelenkmechanismus zum Antrieb eines Zahnkranzes der seinerseits die DUsen der Turbine Uber den ge-'wUnschten Winkelweg dreht. Bei diesem System wird die Düsenposition zwischen +82° und 0° als Funktion der Turbinendrehzahl bei Leerlauf und zwischen 0 und -8 als Funktion der Regeneratoreinlaßtemperatur Dauerbetrieb verändert. Insbesondere werden die Winkeleinstellungen der Düsen während der Beschleunigung, der Ven ögerung und des Anlaufens spezifizielt, wobei dann die Leerlauf- und Dauerbetriebsbedingungen Ubersteuert werden. Zusätzlich können die Stellantriebe zum Reversieren der DUsen verwendet werden, indem sie in einem Bremsantrieb so positioniert werden, daß eine Teilbremsung des Fahrzeuges von der Turbine erzielt wird.
• Bei einer speziellen Ausgestaltung vorliegender Erfindung weist der Servostellantrieb einen Hydraulikantrieb mit einer Abgabewelle zur Kopplung mit dem Zahnkranz auf, der zur Positionierung der Turbinendüsen gekoppet ist. Eine Bewegung des Hydraulikantriebes wird durch ein hydraulisches Servoventil gesteuert, das durch ein proportional arbeitendes Solenoid (Proportionalsolenoid) betätigt wird. Ein Hebel ist an einem Ende angelenkt und schwenkbar mitdzr vorstehenden Stange des Hydraulikantriebes am anderen Ende verbunden. Eine zweite Stange, die von dem Spulenteil des Proportionalsolenoids vorsteht, ist schwenkbar zwischen den Erden des Hebels befestigt, derart, daß die Bewegung des Kolbens des Hydraulikantriebes eine Translation der Solenoidspule relativ zum Servoventil ergibt, wodurch ein Nochlaufmechanismus für den Servostellantrieb erhalten wird, der zur Linearisierung des Ansprechens des Servostellantriebes dient.
• Gemäß der Erfindung wird ein Stellantrieb der eingangs angegebenen Art vorgeschlagen, der gekennzeichnet ist durch ein doppelt wirkendes, auf Strömungsmittel ansprechendes Bewegungsbauteil mit einer Abgabewelle, aufweist, die mit dem Bauteil verschiebbar gekoppelt ist, eine Vorrichtung, die druckaufgeladenes Strömungsmittel zuführt, um einen Druckunter schied an dem Bewegungsbauteil zu erzeugen und die ein Ventil enthält, das zwischen einer Nullposition und entsprechenden Durchflußpositionen verschiebbar ist, um Druck auf die eine oder andere Seite des Bewegungsbauteiles aufzubringen, ein Solenoid, das zum Antrieb des Ventiles in eine ausgewählte Durchflußposition entsprechend einer Zuwachsänderung des Strompegels in Solenoid gekoppelt ist, und eine Vorrichtung, die auf die Bewegung des Bewegungsbauteiles anspricht, um das Ventil in seine Nullposition zurückzuführen, wenn das Bewegungsbauteil eine Position erreicht hat, die dem Strompegel im Solenoid entspricht, Im Falle vorliegender Erfindung sind ein hydraulisches Vierwegventil, ein Wandler und ein Kolben vorgesehen, der so angeordnet ist, daß eine Linearbewegung einer Abgabewelle erhalten wird, die mit dem Kolben verbunden ist, wobei diese Bewegung proportional einem elektrischen Eingang ;-signal ist. Die Abgabewelle ist so ausgelegt, daß sie mit einer Last gekoppelt ist, die im Falle des beschriebenen Fahrzeugturbinensystems ein Zahnkranz ist, der so gekoppelt ist, daß er die Turbinendüsen über den gewünschten Winkelweg in Drehung versetzt. Das Servoventil weist einen roportionalsolenoidwandler mit Linearbewegung und ein Vierweghydraulik ventil mit hoher Verstärkung auf. Der Solenoidtauchmagnetanker besitzt eine konisch geformte Stirnfläche, um den Bereich der Kraftbetätigung mit dem Weg auf einem Minimum zu halten. Ein Loch durch den Kolben kann zur Steuerung der Dämpfung und damit zur Stabilisierung des Ventilschiebers vorgesehen sein. Der Tauchmagnetanker ist federvorgespannt und ergibt einen Weg, der. proportional dem Eingangsstrom in die Solenoidspule ist.
• Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Drehstellantrieb vorgesehen, der so gekoppelt ist, daß er von einem Drehsolenoid angetrie ben wird. Der Drehstellantrieb weist eine Drehabgabewelle zur Erzielung einer Drehabgabebewegung auf, die linear proportional einem elektrischen Eingangssignal in das Drehsolenoid ist. Die Position des Stellantriebes wird durch ein Drehventil gesteuert, dessen Welle mit dem Drehstellantrieb Uber eine Nachlauffeder gekoppelt ist. Die Drehventilwelle ist mit der Drehsolenoidwelle über eine Lastfeder verbunden, so daß dann, wenn der Betätiger die "Null"- Position einnimmt die Lastfeder und die Nach lauffeder in ihrer Spannung gegeneinander abgeglichen sind.
• Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Nachstehend wird die Erfindung mit Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Frontansicht einer speziellen Ausftihrungsform der Erfindung, teilweise herausgebrochen dargestellt, Fig. 2 eine ähnliche Ansicht enes Teiles der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung mit einer speziellen Modifizierung, Fig. 3 eine ähnliche Ansicht im Längsquerschnitt einer anderen spezielle Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 in teilweiser Explosionsdarstellung und perspektivischer Ansicht einen Teil der Einrichtung nach Fig. 3, Fig. 5 in Explosionsdarstellung einen Teil der Fig. 4, Fig. 6 eine schematische Darstellung des Strömungsmittelflusses in der Einrichtung nach den Fig. 3 und 4, Fig. 7 eine Frontansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 8 eine Explosionsdarstellung eines Teiles der Einrichtung nach Fig. 7.
• Nach Figur 1 weist ein linearer Servostellantrieb 10 nach vorliegender Erfindung einen Hauptkörper oder ein Gehäuse 12 auf, das ein hydraulisches Vierweg-Ventil 14, ein Proportionalsolenoid 16 und einen Kolben 18 aufnimmt. Eine Folgegelenkverbindung 20 verbindet das Proportionalsolenoid 16 und den Kolben 18 miteinander, so daß ein Ausgang erzielt wird, der linear proportional der elektrischen Signaleingabe im Solenoid ist.
• Das hydraulische Ventil 14 weist eine Einlaßleitung 22 zum Anschluß an eine Speisequelle druckaufgeladenen Strömungsmittels (nicht dargestellt) sowie einen Auslaß 24 zur Verbindung mit einer Strömungsmittelrückführleitung auf. Die inneren Strömungsmittelleitungen 26 und i8 sind vom Ventil 14 zu entgegengesetzten Seiten des Kolbens 18 innerhalb des Zylinl ders 30 verbunden. Ein Schieber 32 ist so angeordnet, daß er sich seitlich innerhalb der Ventilkammer 34 bewegt, damit druckoufgeladenesStrömungsmittel vom Einlaß 22 an eine ausgewählte der inneren Leitungen 26, 28 gegeben wird. Eine weitere innere Leitung 36 verbindet den Teil der Kammer 34 auf der rechten Seite des Schiebers 32 mit dem Teil der Komme init auf der linken Seite des Schiebers 32,(dem der Auslaß 24 verbunden ist.
• Das Solenoid 16 weist eine Spule 40 auf, die mit einem Kern 42 verbunden ist, der innerhalb des Gehäuses 12 abdichtend (Dichtung 44) verschie bbar ist. Das Solenoid 16 besitzt einen Tauchmagnetanker 46, der eine zentrische Öffnung 48 aufweist. Der Tauchmagnetanker 46 ist mit dem Schieber 32 über eine Gelenkverbindung 50 verbunden. Das Proportionalsolenoid 16 ist über eine Kompressionsfeder 52 belastet, die sich zwischen benachbarten Stirnseiten der Spule 40 und des Tauchmagnetankers 46 erstreckt, damit eine Ruckkopplungskraft erzielt wird. Die direkte Verbindung zwischen dem Tauchmagnetanker 46 des Solenoids und dem Ventilschieber 32 Uber die Gelenkverbindung 50 ergibt einen Nulltotgang und nimmt gleichzeitig das enge Spiel des Ventilschiebers auf. Der Tauchmagnetanker 46 ist im StrömungsmittelrückfUhrkanal des Stellantriebsgehäuses untergebracht und ergibt eine minimale Betätigungskraft fUr den Ventilschieber 32. Die hydraulische Dichtung 44 für das Solenoid ist am äußeren Durchmesser der Spule 40 vorgesehen, und die Kraft für die Folgebewegung wir durch den Kolben 18 bereitgestellt. Da das Ventil 14 eine Hochdruckverstärkung besitzt, ist der Fehler, der zur Uberwindung der Dichtungsreibung eingefUhrtWirdt sehr klein.
• Mit dem Kolben 18 ist eine Abgabewelle 60 verbunden, die innerhalb des Gehäuses 12 gegen Lecken mit Hilfe der Abdichtung 62 abgedichtet ist.
• Die Folgegelenkverbindung 20 weist einen Hebel 64 auf, der drehbar mit dem Gehäuse 12 an einer Schwenkstelle 66 verankert ist und auch schwenk bar mit der Welle 60 an der Schwenkstelle 68 und mit einer Wellenverlängerung 70 des Solenoidkernes 42 an einer Schwenkstelle 72 verbunden ist. Die Kopplung mit der Welle 60 zum Antrieb des zugehörigen Turbinen dusenringzahnrades (nicht dargestellt) kann durch eine Kopplungsstelle 74 erzielt werden. Die gestrichelt angedeutete Umrißlinie des Hebels 64 zeigt die Position der Gelenkverbindung 20, die der Bewegung des Kolbens 18 in die äußerste rechte Position innerhalb des Zylinders 30 entspricht.
• Im Betrieb der Anordnung nach Fig. 1 beginnt die Einrichtung in einem stabilen Zustand, wobei der Schieber 32 die Strömungsmittelleitungen 26, 28 für einen gegebenen Pegel des Eingangssignales in das Solenoid 16 versuch ließt. Wird der Signalstrom vergrößert, wird ein Punkt erreicht, bei welchem die Vorbelastung der Feder 62 durch die elektromagnetische Kraft auf den Tauchmagnetanker 46 des Solenoids überwunden. Dadurch wird der Schieber 62 des Servoventiles nach links verschoben und bewirkt, d hydraulisches Strömungsmittel von dem Druckmitteleinlaß 22 in die Leitung 26 fließt, die sich zur Abgabewellenseite des Kolbens 18 erstreckt.
• Der Kolben 18 spricht durch Bewegung nach rechts im Zylinder 30 über die Gelenkverbindung 20 an und bewegt auch den Solenoidkern 42 und die Spule 40 nach rechts.Dies hat zur Folge, daß der Schieber 32 des Servoventils in die Nullposition zurückkehrt, wodurch die Leitungen 26, 28 verschlossen werden und der Kolben 18 an der neuen Position angehalten wird. Eine weitere Zunahme des Signalstromes wirkt, daß der Kolben 18 um einen Betrag proportional der Zunahme des Signalstromes nach rechts weiterbewegt wird. Eine Abnahme des Signalstromes hat zur Folge, daß der Kolben 18 sich in entsprechender Weise nach links bewegt.
• Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 hat der Kolben einen Hub von 6,25 cm und ergibt eine Kraft von maximal 450 kg 2 bei einem Speisedruck von 7 kg/cm . Bei einer maximalen Slew-Geschwindigkeit von 6,25 cm in 0,10 sec. erzeugt der Stellantrieb 10 eine Ausgangskraft von 6,75 kg. Die volle Bewegung des Stellantriebes von 6,25cm 0 entspricht einer Gesamtdüsenschaufelwinkeländerung um 90 . Beim Kolbendurchmesser von 3,3 cm erfüllt das Konstruktionsmaximum eine Abgabekrafl von 45 kg. Der Tauchmagnetanker 46 des Solenoids hat einen Weg von 0,125 cm, über den seine Bewegung proportional dem Eingangsstrom in die Spule 40 ist. Das Vierweg-Ventil 14 erzeugt die maximale Slew-Geschwindigkeit bei einer Bewegung von 0,1 cm des Schiebers 32. Eine ausgewähite Größe der Öffnung 48 des Tauchmagnetankers dient zur Erzielung einer effektiven Dämpfung des inneren Steuersystems des Servostellantriebes.
• Figur 2 zeigt den Zylinderteil der Anordnung nach Fig. 1 mit einer Modifikation, bei der die Abgabewelle 60 sich aus beiden Enden des Zylinders 30 hinauserstreckt, so daß die Antriebskopplung zu dem zugeordneten Turbinendüsenringzahnrad am rechten Ende des Zylinders 30 erfolgen kann.
• In sonstiger Hinsicht ist die Arbeitsweise eines Servostellantriebes nac Fig. 2 die gleiche wie die des Stellantriebes nach Fig. 1.
• Die in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellte Ausführungsform der Erfindung weist einen Drehstellontrieb 80 mit Proportionalsolenoid auf. Wie in Fig. 3 gezeigt, besitzt der Stellantrieb 80 ein Gehäuse 82, das ein Drehsolenoid 84, eine Ventilanordnung 86 und eine Antriebsvorrichtung 88 aufnimmt. Das Drehsolenoid 84 ist ein an sich bekanntes Solenoid.
• Es ergibt eine direkte Drehung der Abgabewelle 90 in Abhängigkeit von elektrischen Eingangssignalen.
• Die Antriebsvorrichtung 88 ist im einzelnen in Fig. 4 gezeigt und weist einen Zylinder 100 zwischen Endplatten 102 (Fig. 3) auf, die einen Doppelschaufelrotor 104 führen, der so ausgelegt ist, daß er sich über einen Winkel von 900 bewegt. Zwei Wi-derlager 106, die diametral entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, sind fest mit den inneren Wandungen des Zylinders 100 verbunden und bilden einen Festsitz mit der Welle 108 des Rotors 104. Die Wi-derlager 106 dienen als Anschläge fur die Winkelbewegung des Rotors 104 und bilden zwei getrennte Kammern 110 , in deren Innerem die beiden Schaufeln 112 des Rotors 104 sich bewegen. Die Rotorabgabewelle 116 erstreckt sich Uber die rechte Platte 102, die auch als Befestigungsplatte für den Stellantrieb 80 dient. Die Drehwelle 108 erstreckt sich auch in die linke Platte 102 und durch einen Drehverteiler 118 (Fig. 3), der Strömungsmittel in den und aus dem Zylinder 100 richtet. Einlaß 120 und Auslaß 122 führen Strömungsmittel zwischen dem Drehverteiler und einer Quelle druckaufgeladenen Strömungsmittels. Der Drehverteiler 118 bleibt in bezug auf das Gehäuse 82 ortsfest und ermöglicht den freien Strömungsmitteldurchfluß während der vollen Winkelbewegung des Rotors 104.
• Die Servoventilanordnung 86 weist einen Servoventilschieber 130 (Fig. 4 und 5) mit einer inneren Welle 132 auf, die am rechten Ende eine Bohrung für den hydraulischen Strömungsmittelrückführkonal und am linken Ende eine Bohrung zur Kopplung mit der Solenoidwelle/mit Hilfe eines Bolzens 134 besitzt. Der Servoventilschieber 130 weist ferner eine äußere Muffe 136, rohrförmige Abstandshalter 138, 140 zur Verzweigung des hydraulischen Strömungsmittels, und einen Stöpsel 142, der im hohlen Abschnitt der inneren Welle 132 be-festigt wird. Der Speisekanal des Servoventilschiebers 130 ist zwischen dem Innendurchmesser der äußeren Muffe 136 und dem Außendurchmesser der inneren Welle 132 ausgebildet.
• Die Arbeitsweise des Drehstellantriebes nach den Figuren 3-5 wird in Verbindung mit Fig. 6 erläutert, die eine Qverschnittsansicht längs der Linie 6-6 der Fig. 3 mit Blicken Pfeilrichtung ist. Wenn der Servostellantrieb 80 den statischen Zustand einnimmt, ist der Druck in den Kammern A, B, C und D des Zylinders 100 ausgeglichen. Wenn die Servoventilanordnung 86 die Stellung nach Fig. 6 einnimmt und der Stellantrieb im druckaufgeladenen Zustand arbeitet, wird Druck in die Kammern A und B aus den Räumen zwischen der Muffe 136 und der Welle 132 ausgeübt. Gleich zeitig ist die Kanalführung so auselegtr daß die Verbindung von den Kammern B und D zur RUckführung über den hohlen Abschnitt der Welle 132 ermöglicht wird. Avfgrund des Druckunterschiedes an den Rotorschaufeln 112 (Speisedruck in den Kammern A und C, Nulldruck in den Kammern B und D) bewirken die Schaufeln 112 eine Drehbewegung im Gegenuhrzeigersinn, die mit der Abgabewelle 116 gekoppelt ist. Die Bewegung des Rotors 108 in dieser Weise bringt die Ventilanordnung 86 in eine Position, in der die Strömungsmittelöffnungen wieder geschlossen werden, so daß die Position der Schaufeln 112 und der Abgabewelle, wie sie durch die Solenoid ~ welle 90 in Abhängigkeit von einem gegebenen Strompegel eines elektrischen Signals in dem Solenoid 84 festgelegt ist, aufrechterhalten wird.
• Eine Erhöhung des Solenoidstromes bewirkt eine weitere Drehung der Sole~ noidwelle 90, eine entsprechende Drehung der Ventilschieberanordnung 86 und es wird erneut ein Differentialdruckzustand an den Schaufeln 112 im Zylinder 100hervorgerufen, der eine weitere Drehung der Schaufeln 11 und der Abgabewelle 116 in die neue, durch den Strompegel im Solenoid 84 bestimmte Position erzeugt. Eine Herabsetzung des Stmpegels im Solenoid 84 bewirkt einen Druckunterschied an den Schaufeln 112 in der entgegengesetzten Richtung und eine sich daraus ergebende Drehung der Schaufeln 112 und der Abgabewelle 116 im Uhrzeigersinn nach Fig. 6.
• Ein enges Arbeitsspiel wird zwischen den Enden der Schaufeln 112 und den inneren Zylinderwandungen zwischen den linken und den rechten Seite der Schaufeln und der Zylinderseitenplatten und zwischen dem Innendurch messer der Wi derlager 106 und der Rotorwelle 108 vorgesehen sein, um Auslaufverluste durch dieses Spiel während des Betriebes so gering wie möglich zu halten. Ein einwandfreier Sitz zwischen den Enden der Schaufeln 112 und der Innenwandung des Zylinders 100 erfordert eine exakte Steuerung der Konzentrizität aller zusammengehörigen Teile. Federbelastete Gleitschuhe oder dgl. können an den Enden der Schaufeln 112 vorgesehen sein, um ein Abfließen so gering wie möglich zu halten, wenn die Toleranzen größer werden. Das Spiel zwischen den linken und rechten Kanten der Schaufeln 112 kann durch Beilagen in der Nähe der Flansche der Zylinderendpiatten 102 gesteuert werden.
• Die Figuren 7 und 8 zeigen einen Drehstellantrieb nach vorliegender Erfindung, der dem in Verbindung mit den Fig. 3-6 beschriebenen entspricht, mit der Ausnahme, daß eine Torsionsbelastungsfeder als Verbindung zwischen der Drehsolenoidwelle 90 und der Welle 132 der Drehventilanordnung 86 eingesetzt ist. Auch ist eine Nachführfeder eingesetzt, die eine Verbindung zwischen der Drehventilanordnung 86 und der Schaufelrotorwelle 108 ergibt. Der Drehstellantrieb 150 nach Fig. 7 ergibt ein Kraftabgleichsystem, bei dem die Lastfeder 152, die mit der Solenoidwelle 90 durch den Bolzen 154 und mit der Ventilwelle 132 durch den Stift 156 verbunden ist, und die Nachführfeder 160, die mit der Welle 132 durch einen Stift 162 und mit dem Schaufelrotor 108 durch einen Stift 164 verbunden ist, in der Spannung gegeneinander in der Nullposition abgeglichen sind. Eine Winkelbewegung des Rotors 108 proportional zur Stromeingabe in das Solenoid 84 wird durch geeignete Anpassung der Solenoidcharakteristik und der Federkonstanten der Lastfeder 152 erzielt.
• Mit vorliegender Erfindung wird ein verbessertes proportionales Ansprech verhalten sowohl bei Linear- als auch Dreh-Stellantrieben der angegebenen Art erzielt. Diese Stellantriebe sind insbesondere zweckmäßig anwend bar und ausgelegt fUr Einstellsysteme für Turbinendüsen bei verbesserten und vereinfachten Turbinenantriebssystemen für Kraftfahrzeuge. Die Linearisierung dieser Stellantriebe ermöglicht, daß das Turbinendüsensteuersystem betätigt wird, ohne daß ein Regelkreis notwendig ist, so daß die Kosten und die Kompliziertheit des Turbinensteuersystems wesentlich herabgesetzt werden können und der Turbinenantrieb eine konkusenzfdhigere Alternative zu herkömmlichen Kolbenmotoren für den Antrieb von Kraftfahrzeugen wird.

Claims (20)

1)Elektrohydraulische Proportionalstellantriebseinrichtung, insbesondre

re re zum Positionieren der Düse einer Gasturbine für den Antrieb von Kraftfahrzeugen, gekennzeichnet durch ein doppelt wirkendes, auf Strömungsmittel ansprechendes Bewegungsbauteil (18; 104), mit einer Abgabewelle (60;90) aufweist, die mit dem Bauteil verschiebbar gekoppelt ist, eine Vorrichtung (14, 26, 28; 86, 120, 122), die druckaufgeladenes Strömungsmittel zuführt, um einen Druckunterschied an dem Bewegungsbauteil (18; 104) zu erzeugen, und die ein Ventil (14; 86) enthält, das zwischen einer Nullposition und entsprechenden Durchflußpositionen verschiebbar ist, um Druck auf die eine oder andere Seite des Bewegungsbauteiles (18; 104) aufzubringen, ein Solenoid (16, 84), das zum Antrieb des Ventiles (14; 86) in eine ausgewählte Durchflußposition entsprechend einer Zuwachsänderung des Strompegels in Solenoid (16; 84) gekoppelt ist, und eine Vorrichtung (20), die auf die Bewegung des Bewegungsbauteiles (18;104) anspricht, um das Ventil (14; 86) in seine Nullposition zurUckzuführen, wenn das Bewegungsbauteil (18; 104) eine Position erreicht hat, die dem Strompegel im Solenoid (16; 84) entspricht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (14) ein Schieberventil mit einem Schieber (32) ist, der längs einer Achse innerhalb einer Ventilkammer (34) bewegbar ist, daß das Solenoid (16) einen Tragrahmen, der eine integrale Spule (40) und einen Kern (42) aufnimmt, welcher längs der Translationsachse des Schieber (32) verschoben werden kann, und einen mit dem Schieber (32) verbundenen Tauchmagnetanker (46) aufweist, und daß die auf Bewegung ansprechende Vorrichtung (20) eine Gelenkverbindung besitzt, die schwe kbar mit dem Gehäuse (12) befestigt und schwenkbar mit dem Bewegungsbauteil (18) und mit dem Solenoidrahmen verbunden ist, um eine Translation der Spule (40) und des Kernes (42) proportional der Bewegung des Bewegungsbauteiles (18) zu erreichen.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (52) zum Vorspannen des Tauchmagnetankers (46) von dem Solenoidtragrahmen weg.

4. Einrichtung nach anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen und der Tauchmagnetanker (46) mit entgegengesetzt gerichteten Flächen versehen sind und daß die Vorspannvorrichtung (52) eine Druckfeder ist, die zwischen den entgegengesetzt angeordneten Flächen eingesetzt ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (32) die Ventilkammer (34) in einen Druckströmungsmittelabschnitt und einen Ruckfuhrströmungsmittelabschnitt unterteilt und daß der Teil des Gehäuses (12) der das Solenoid (16) aufweist, einen Raum besitzt, der direkt mit dem Rückführströmungsmittelabschnitt in Verbindung steht, und der den Twdi;nagnetanker (46) aufnimmt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abdichtq bauteil (44) zwischen Gehäuse (12) und Solenoid (16) vorgesehen ist, damit eine Verschiebebewegung des Solenoidrahmens relativ zu diesem Raum ermöglicht wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tauchmagnetanker (46) eine Öffnung (48) aufweist, die sich durch den Anker hindurcherstreckt und den Strömungsmitelfluß von einer Seite des An-, kers zur anderen während der Relativverschiebuny zwischen Anker und Solenoidrahmen ermöglicht.

8. Einrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (48) selektiv so a mens1orie8-t vi5t, daß eine Dämpfung der beweglichen Elemente der Einrichtung erzielt wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Ende der Gelenkverbindung (20) schwenkbar mit dem Gehäuse befestigt ist, daß das Bewegungsbauteil (18) eine erste Abgabewelle (60) besitzt, die schwenkbar mit dem zweiten, vom ersten Ende entfernt liegenden Ende verbunden ist, und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, um den Solenoidrahmen mit der Gelenkverbindung (20) an einer Stelle zwischen den beiden Enden schwenkbar zu verbinden.

10. Einrichtung nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungsbauteil (18) einen Kolben(18) aufweist, der innerhalb enes im Gehäuse (12) angeordneten Zylinders (30) verschiebbar ist, und da eine zweite Abgabewelle (60') von einem Ende des Zylinders (30) entfernt von der ersten Abgabewelle (60) verläuft.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungsbauteil (18) einen Schaufelrotor (104) aufweist, der eine Drehbewegung innerhalb eines Zylinders (100) durchführt und eine Drehwelle (108) besitzt, die dem mit Rotor (104) gekoppelt ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (82) einen Ventilabschnitt (86) aufweist, der entsprechende Druckströmungsmittel- und Ruckfuhrströmungsmittelteile besitzt, und daß ein Drehventil (86) innerhalb derRotorwelle (108) relativ damit drehbar angeordnet ist.

13. EinrichtungFach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehventil (86) und die Rotorwelle (108) jeweils eine Vielzahl von Öffnungen aufweisen die in Deckung miteinander gebracht werden können, um um den Strömungsmitteldurchfluß durch den Zylinder (100) zu steuern.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Solenoid (16; 84) ein Drehsolenoid (84) mit einer Abgabewelle (90) aufweist, die um einen Winkel proportional einem angelegten Eingangssignal drehbar ist, und daß eine Vorrichtung (152, 160) zur Kopplung der Solenoidwelle (90) mit dem Drehventil (86) vorgesehen ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, da das Drehventil (86) eine innere Welle (132) und eine äußere Muffe (136) aufweist, die beide eine Vielzahl von Öffnungen zur Steuerung des Strömungsmitteldurchflusses durch das Ventil (86) in Abhängigkeit von der Drehposition der inneren Welle (132) relativ zu der äußeren Muffe (136) besitzt.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Muffe (136) in der Rotorwelle (108) mit ihr drehbar befestigt ist, wobei die Öffnungen der äußeren Muffe (136) mit den entsprechenden Öffnungen der Rotorwelle (108) ausgerichtet sind.

17. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (104) (104) ein Paar von diametral gegenüberliegenden Schaufeln (112) besitzt, daß der Zylinder (100) ein Paar von diametral entgegengesetzte Anschlagbauteile (106) aufweist, die entgegengesetzte Zylindersegmente definieren, die die Schaufeln (112) enthalten, und daß die Schaufeln (112) und die Anschlagbauteile (106) so angeordnet sind, daß sie eine abgeglichene Bewegung des Rotors übe * inen Winkel von etwa 900 ergeben.

18. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrich.

tung (152, 160) die die Solenoidwelle (90) mit dem Drehventil (86) koppelt, ein Paar von Torsionsfedern (152, 160) aufweist, die in ihrer Spannung gegeneinander abgeglichen sind.

19. Einrichtung näch Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (152, 160) eine Lastfeder (152), die zwischen die Solenoidwelle (90) und die innere Welle (132) des Drehventiles (86) eingeschaltet sind, sowie eine Folgefeder (160), die zwischen die innere Welle (132) des Drehventiles (86) und die Rotorwelle (108) eingeschaltet ist, aufweis wobei die Federn (152, 160) in ihrer Spannung abgeglichen sind, wenn das Ventil (86) seine Nullposition einnimmt.

20. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rotorschaufel (112) das zugeordnete Zylindersegment (100) in ein Paar von Strömungsmittelabschnitten (A-D; B-C) unterteilt und daß das Drehventil (86) inder Durchflußposition Druckströmungsmittel auf diametral gegenüberliegende Abschnitte richtet und das Rückführströmungsmittel von anderen diametral gegenüberliegenden Abschnitten überträgt.

L e e r s e i t e