DE1751809A1 - Anordnung zur elektrohydraulischen Steuerung eines hydraulischen Tandem-Stellkolbens - Google Patents

Description

• #nordnuna zur elektrohrTdraulisahen Steuerung eines h ydraulisahen

  Tandes-Stellkolbeas

  Die Erfindung betrifft eine insbesondere zur Verwendung in Luft- und

  Raumfahrzeugen bestimmte Anordnung zur elektrohydraulischen Steuerung

  eines hydraulischen Tandem-Stellkolbene mit drei elektrischen Signal-

  eingangekan#len und mehreren, als Signalwaudlei dienenden elektro-

  hydraulischen Servoventilen, mit zwei getrennten, gleichseitig auf je

  einen Arbeitskolben des Tandemstellkolbens wirkenden Versorungskreisen,

  sowie mit einem hydrologischen System zur Fehlerüberwachung.

  Eine derartige Anordnung, welche in der Redundanstechnik als Porce-

  oharing-Anordnung bezeichnet wird, arbeitet in der Weise, daB zunächst

  alle beide Versorgungssysteme gleichseitig und gleichsinnig auf die

  beiden Arbeitskolben wirken. Hei Auftreten eines Fehlers im Ansteuernags-

  weg eines Arbeitskolbens wird dessen Drnokmittelversorgnag abgeschaltet, sodaB

  nur der verbleibende lrbeitskolbea in Funktion bleibt. Derartige Anord-

  nungen haben vor den meisten anderen, bekannten Anordnungen den Vorteil,

  daB kein Sohwellenwert für die Fehler besteht, unterhalb dessen die Kon-

  trolle über den Stellentrieb verlorengehen kann. weil dieser bei Auf-

  treten eines Fehlers über den intakten Arbeitskolben stets steuerbar

  bleibt.

  Zu ist bereits eine Anordnung der eingangs genannten Art bekannt ge-

  worden, welche mit sogenannten zweistufigen Servo-Ventilea arbeitet. Die-

  se Ventile enthalten einen elektrisch betätigten Torque-Notor, welcher

  über eine Strahlklappen-Anordnung einen im Ventilgehäuse untergebrachten

  Steuerschieber ansteuert. Die Ausgänge dieses Steuerschiebers sind mit

  den Zylindern einen ärbeitakolbens verbunden. Weiterhin ist ein dritter

  sogenannter Druokindikationaausgang vorgesehen, in dem der zur Verarbeitung

  in einem hydraulischen Logiksystem benötigte Druck abgenommen werden kann.

  Ein Nachteil eines mit derartigen Ventilen ausgestatteten Stellantriebea

  wird darin gesehen, daß bei Verwendung mehrerer Bervo-Yentile#Yorkehxungtn

  zum Ausgleich der Nullpunkt-Differenzen zwischen den einzelnen Servo-

  Yentilen getroffen werden müssen. Dies kann aber nur durch Eingriffe in die

  elektrische Rückführung der Servo-Ventile erreicht werden, Es wurden zwar

  auch schon Servo-Ventile entwickelt, bei denen nimm Ausgleich der Iffull-

  punkt-Differensen über eine mechanische Rückführung möglich ist, jedoch

  ist die konstruktive Lösung eines derartigen Stellantriebes sehr aufwen-

  dig, was wiederum auf Kosten der Zuverlässigkeit und Steuerungsgenauigkeit

  geht.

  Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs ge-

  nannten Art zu schaffen, bei der ein Ausgleich der !Nullpunktdifferenzen

  zwischen verschiedenen Servo-Yentilen ohne Eiriffe in die elektrische

  Rückführung erreicht werden kann.

  Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daB zwei einstufige, an

  je einen Signaleingangskanal angeschlossene und als aktive Steuerventile

  dienende Bervo-lentile einen gemeinsamen Steuerschieber »steuern, welcher

  die beiden Versorgungskreise zur parallelen Beaufachlsguug der Arbeite-

  kolbea steuert, während der dritte*Sigoal-lingafflkaaal zwei weitere, als

  momitorventile dienende Bervo-Ventile aasteaert, deren Ausgänge mit den

  .Ausgängen der Steuer-Ventile in einem h'dro-logisohen System von hydraulischen gomparatoren und Sensorkolben verglichen werden, welche bei Auftreten von Fehlern ausgelenkt werden und in an sich bekannter Weise Fehlerschalter zur Unterbrechung der fehlerhaften Versorgungskreise betätigen, wobei jeweils ein Steuerventil, ein zugehöriges Moni- torventil, sowie sämtliche zugeordneten Komponenten der Anordnung von je einem Versorgungskreis versorgt werden und vom anderen getrennt sind. Einstufige Servo-Ventile können sehr einfach udd mit einer hohen Eigenzuverlässigkeit gebaut werden. Durch die geneinsame Beaufschlagung eines Steuerschiebers durch zwei Servo-Yentile werden gesonderte Einrichtungen zum Ausgleich der Null-Punkt-Differensen überflüssig, da eich diese selbsttätig ausgleichen.
• Hach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daB der Steuerschieber zwei getrennte, jeweils von eines der Steuer- ventile beaufschlagte Stallkolben, sowie zxeikanalig ausgeführte Steuer- kolben aufweist und daB er über zwei Rückführfeäern mit den beiden Steuerventilen mechanisch verbunden ist. Auf diese Weise wird eine vollständige: hydraulische Trennung der beiden Versorg=gwsysteme erreicht. Durch die Auslegung der Rückführfedern wird das Verhältnis zwischen der Größe der hydraulischen Ausgangssignale der Servo-Vantile, sowie der zugehörigen Steuerschieber-Auslenkung bestimmt.

  Das hydrologische System ist erfindungsgemäß derart aufgebaut, da zwei

  Sensor-Kolben vorgesehen sind, welche je von einem Steuerventil beauf-

  zchl,#j-1 werden und über Rüc'ührfedern mit je einem Konitor-Ventil ver-

  bunden -@:$ saß -,ußerdem die Konitor-Yentile einen gemeinsamen, sowie

  je oinea «geordnet« loofflater be«fsohlagen, welche in an sich

  blkaaater Weine aas üteuarung va in, den ZuloituNdea zu den Arbeits-

  kolben angeordnet« bpis«lioohon Pohlersoh"tera dienen. über die

  Soasor-tolben sind dorash jeweils eia steoerventil und eia Xoaitor-

  Ventil miteinander «okoppelt. Die Seeutsohlagong des Sensorkolbe®s

  ist derart, dad er bei Auftreten eines ste»rsivsals in den Sipnaleinpf-

  kanälen über die äüotfährfeder das in einem Torqne-Xotor des Monitor-

  Ventils erzeugte Moment

  Brot bei luftroten von Differenzen

  in den mit dem Steuerventil und du Konitorventil verbaMensn Sipul-

  eindawkanäleä lenkt das Monitorventil aus und gibt sein Ansgange-

  si«aal an die nachpsohalteten Koaparatoren weiter.

  Die Bervo-#entile können als Strahlrohrventile oder Strahlklappon-Vontile

  (Flapper) aussebiliot sein.

  Weiterhin sind erfinäun@@@eatd Fehleranzeigegeräte vorgesehen, welche

  hydraulisch über das hldrologinehe 86stu betrtigbar sind.

  Nach einer Ausgestaltung der =rtindnng ist vorgesehen, daß die beiden

  #ereorgnagssysteae bei den zweifach vorhanden Komponenten ü'wr das

  Sehinns des gldranlikaggregates getrennt sind, wehrend bei den einfach

  vorhandenen Komponenten die lremsung aber die Diohtfliohen der fohiebrr

  erfolgt.

  Aa"r der beschriebenen ?renwa4 der beiden #ersorgungsrWeteme ist

  weiterhin ertindl vosgestis, da jedes #ersoremffl"etea

  mehrere, teilweise äber rieadef voteiaaador getromtte lydsanlisohe

  Kreise versorgt.

  Nach der Erfindung versorgt jedes Versorannsss"tea fünf hydraulische

  Kreise und zwar beaufsohlaat jeweils

  a) ein ateuernnaskreis der ersten Verstärkungsstufe Über ein Steuer-

  ventil den Steuerschieber und einen Sensorlwlben;

  b) ein Steuerungskreis der zweit -en Verstärkungsstufe einen Stellkolben;

  o) ein Druokindikationskreis über ein Monitorventil einen zugeordneten

  wie den gemeinsamen Koaparator;

  i) ein erster Sohaltdruokkreis über eine Blende einen Fehlirsohalter

  sowie das zugehörige Fehleranzeigegerät;

  e) ein zweiter Sohaltäruokkreis über eine svlite Blende ein weiteres

  Fehleranseigeaeritt.

  Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt

  und in Folgenden näher beschrieben.

  Die in der einzigen Figur dargestellte Stellvorrichtung besteht in Vesent-

  liohen aus einem elektrischen Sianaleinaanssteil, mehreren als elektro-

  hydraulisohe Signalwandler dienenden Strahlrohrventilen, sowie einem

  Bydranlikagaregat, welches die Komponenten zur Steuerung der Arbeits-

  kolben sowie zur Fehlerentsoheiduns enthält. Der elektrische sia»lein-

  gangsteil uafaßt die Steuerleitungen 1, 2, 3, di.e Summierverstärker 4.596@

  sowie die Signaleinaafkatsäle 7, 107 und 8, 108 zur lnsteuernns der

  Steuerventile 9, 109 und der Monitorventile 10, 110. Das Sydraulikassre-

  aat 11 enthält den Steuerschieber 12, die Sensorkolben 13, 113, die tos-

  paratoren 14, 15 und 115, die Zehlersohalter 16, 116 sowie die Arbeits-

  kolben 17, 117. Außerdem ist eine elektrische Meer vorgesehen, velehe

  die Stellung der Arbeitskolben über einen nicht näher dargestelltes

  tbeiff 18, sowie die @llai@ffhrunssleitnasea 19, zu den Suumierwretar-

  kerft 4. 5@ 6 meldet, wo sie in bekannter Veto* mit den Signalen der

  $teuerleitungea 1, 2, 3 seettsoht werden. ®tatt der elektrischen Mak..

  tähsun; kaum auch eine beliebige mooh anisohe Motföbruna von bekennt«

  Irt vorgesehen werden.

  Die hydraulischen Komponenten des lfesates 11 sind als Stellkolöea

  welche durch beiderseitig wirkende Drücke, bau. Federkräfte

  im Oleiohsevioht gehalten werden. Ihre lrbeitweise,brauoht in Biaselnen

  nicht erläutert zu werden, da sie aus der Zeichnung hervorseht: Zu soll daher

  nur der funktionelle Zusaumenh=W dieser Komponenten untereinander erläutert

  werden. Da der Stellantrieb bezüglich seiner luattion in zwei völlig

  sfisetrisoh zueinander aufgebaute Punttioasasappen aufgeteilt ist@ deren

  erste dem hydraulischen VersoraafsWstsm P 1 / lt 1, und deren zweit* dem

  zweiten #ersorsnfs"t« P 2 / kt 2 zugeordnet ist, genügt so ferner,

  nur eine der beiden Panktions.ruppen zu erläutern, wobei die @esupsahlea

  der zweiten Pnoktionssruppe jewils in Klamm= angegeben worden.

  Das Steuerventil 9 (109) ist im das #ersorsaagesystem P 1 (P 2) anp-

  aohiossen und versorgt den Steuerungskreis der ersten Stute 22 (12P).

  Von diesem SteSeruapkreis wird der Stslltolben 20, (120), sowie das

  toibewtandenemie 21 (121) ieaatsohlagt, sowie die beiden feiten des Sensor..

  tolbens 13 (11;). Dessteuersoäieber 12 ist aber eine Moläasteder 23

  (123-) mit den gesaes"atil 9 (109) verband«. Der ftenersohieber weist auftr-

  dem das gtewrhoslbeupear 24 (124) gut, mit dem der Oteuesoophteis der

  der :weiten #eretirkerstufe 25 (125) geregelt wird. Dieser Steueruage-

  kreis 25 (125) führt über den !ehleraohalter 16 (116) zum Arbeitskolben

  17 (117). Die Druokausgdage des Konitorventils 10 (110) bilden den Druok-

  indikationekreis 26 (l26), mit dem der zugeordnete Komparator 15 (115)

  sowie der gemeinsame Komparator 14 baanfsohlagt wird.

  Der erste Sohaltdruokkreis 27 (127) wird über eine Blende 28 (128) vom

  Versorgungssystem P 1 (P 2) versorgt. Eine Leitung des ersten Schalt-

  druckkreiaes führt über den Fehlerschalter 16 (116) zum Komparator 15 (1l5)

  und weiter aus Komparator 14. Die beiden tomparatoren sind in Bezug auf

  diese Leitung in Reihe geschaltet, d.h. erst bei lualenkung beider Iom-

  paratoren wird der V:« zum Rücklauf geöffnet.

  Der :Weite Schaltäruckkreis 29 (129), welo -_-= Über die Blende 30 (130)

  gespeist wird, hat eine Verbindung zu einen Pehlereohalter 31 (131), so-

  wie über den Komparator 15 (1l5) zum Rücklauf R 1 (R 2).

  Die Funktion des Stellantriebea ist folgendes

  Liegt kein Steuersignal und kein lehlerereigaie vor, so sind alle Signal-

  eingangskanäle 7, 8, 107, 108 spannungslos und die angeschlossenen Steuer-

  bsv. Monitorventile stehen in Nullstellung. Damit nehmen auch der Sterns-.

  sohieber 12, sowie die Senaorkolben 13 und 113 ihre Xittelatellung ein,

  gbenao befinden sich die tomparatoren 14, 15 (115) in üleiohgeviaht, und

  damit in ihrer lsittelstell nag. Die lehlersohalter 16 (11b) werden je-

  weils durch den Drnok des ersten Sohaltdrnsikreisea entgegen der traft

  einer Jeder 32 (132) in ihre linke 1Mstellung gedrückt. Sie geben damit

  den Weg des 8teuernngskreiaes der zweiten lersttiaagsstnfe 25 (12j) zum

  drbeitskolbea 17 (11T) frei.
• Wird in die Steuerleitungen 1, 2, 3 ein Steuersignal eingegeben, so werden die S.tsmrventile 9 4109) Busgelenkt, sodaß der Steuerschieber 12 zur Seite verschoben wird und die Arbeitskolben 17 (11T) in einem ent- sprechenden Sinne beaufschlagt werden. Haben die Arbeitskolben ihre Soll-Lage erreicht, so wird über die Rückführung das Steuersigaal.koapensiert, die Steuerventile 9 (109), sowie der Steuerschieber 12 kehren in ihre Mittellage zurück und die Bewegung der Arbeitskolben kat zum Stehen. Der Sensorkolben 13 (113) ist über eine 8üokführfeder 33 (133) mit dem Monitorventil 10 verbunden, und derart ausgelegt und geschaltet, da8 bei Gleichheit der Signale in den SigaaleingaagskaaKlen T,8 (10T, 108) das Moment den Torque-Motorg den Konitor-Ventils durch die Kraft den Sensorkolbens aufgehoben wird. Treten Differenzen :wischen dem Steuer- ventil und den Konitor-Ventil auf, so lenkt das Monitor-Ventil aus und erzeugt in Druokindikationakreis eine Druckdifferens.
• Die Druckausgänge der beiden Konitorventile 10 (110) besufsohlagen ireusweise den tomparator 14: Tritt nun ein Fehler in der Steuerleitung 1 bzw. den Signaleingangtkaailen 8 und 108 auf, so erzeugen beide Monitor-Ventile die gleiche Druckdifferenz, und der Zo,parator 14 bleibt in Null-Stellung. Die Koaparatoren 15 und 115 lenken aus und seigert das Fehlerereignis über das Zuaasmenbreohen der von den blenden 30 und 130 gespeipten Sohaltdruokkreise 29 und 129 ea.
• Tritt dagegen ein Fehler in eines der. beiden IJidoaleiadandskaUle-T (107) oder in einem der vier 8ervov«tile 9 (109) 10 (110) m!, so lenken der Kosparator 14 MU jeweils einer der tosparatoren 15 oder 115 aus. werden_beispielsweise die gomparatoren 14 und 15 ausgelenkt, so bricht der über die Blende 28 gespeiste Schaltdruck durch Öffnung zum Rücklauf R 1 zusammen, der Fehlerschaltet 16 sperrt das Versorgungssystem, in den der Fehler aufgetreten ist, und schaltet die zugehörigen Kolbenkammern den Arbeitskolbens 17 über die KurzsohluBleitung 3¢ auf bl pass. Der Kurzschlußleitung 34 entspricht die KurzschluBleitung 134 den Fehleischalters 116. Außerdem wird durch den Fehlerschalter 16 die zweite Leitung den Schaltdruckkreises 27 zum Rücklauf geöffnet, sodaB dieser Schaltvorgang irreversibel ist. Der Druck der von Vernorgungssysten P 1 versorrten anderen hydraulischen Kreise wird über die Servoventile abgebaut, und das Fehlerereignis über das Fehleranzeigegerät 35 angezeigt. Das -Fehleranzeigegerät 135 zeigt den Zusammenbruch den Druckes für die von zweiten Versorgungssystem P 2 versorgten hydraulischen Kreise an. Trittals Fehlerereignis ein Druckabfall in einem der Versorgungssystene P 1, P 2 auf, so schaltet der zugehörige Fehlerschalter 16 (116) das Versorgungssystem unterhalb eines mit der Feder 32 (132) einstellbaren Druckes ab.
• Zum Einstellen den Stellantrieben kann mittels der Solenoid-Yentile 36 (136) der Rücklauf den ersten Schaltdruckkreisen 27 (127) vorüber-

  gehend geschlossen werden, sodaß sich in der Stellkaaner den Pehlersohal-

  tern 16 (116) ein Druck aufbauen kann und dieser in seine linke äaälage

  4.h. also in eine funktionsfähige Stellung gelangt.-

  Bin* Zentrierkupplung 37 von bekannter Bauart sorgt für eine Zentrierung

  der Arbeitskolben bei Ausfall den genanten Stellantriebes.

  'treten zwei aktive Fehler, beispielsweise svei vorseiohenaleiohe hard-

  over-.Sisnale, in belielidger seitlicher Weinanderfolse auf, so verden

  die fehlerhaften Systeme ohne jede linsahriakuns durch die 9,7drolosik

  nacheinander abgeschaltet.

Claims (1)

1. Patentansprüche 1. Insbesondere zur Verwendung in Luft- und Raumfahrzeugen bestimmte Anordnung zur elektrohydraulischen Steuerung eines hydraulischen Tandem-Stellkolbens mit drei elektrischen Signaleingangsianälen und mehreren, als Signalwandler dienenden elektrohydraulischen Servoventilen, mit zwei getrennten, gleichzeitig auf je einen Arbeitskolben des Tandem-Stellkolbens wirkenden Versorgungskreisen, sowie mit einen hydro-logisohen System zur Tehlerübervachuag, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daB zwei einstufige, an je einen Signaleingangskaaal (7,107) angeschlossene und als aktive Steuerventile(9, 10)dienende Servoventile einen gemeinsamen Steuerschieber (12) ansteuern, welcher die beiden Versorgnngskriese (P 1, P 2) zur parallelen Beaufschlafflnag der Arbeitskolben (17, 117) steuert, während der dritte Signaleingangskanal (8, 108) zwei weitere, als Monitorventile (10, 110) dienende Servoventile ansteuert, deren Ausgänge mit den Ausgängen der Steuer- ventile in einem hydro-logisohen System. von hydraulischen Koaparatoren (14, 15, 115) und Senaorkolben (13,113) verglichen Werden, wel- che bei Auftreten von !'ehlern aasgelenkt werden, und in an sich bekannter Weise Pehlerschalter (16, 116) zur Unterbrechung der fehlerhaften Versorgungskreise betätigen, wobei jeweils ein Steuerventil, ein dazugehöriges Konitorveatil, sowie sämtliche zugeordneten äoaponenten der Anordnung von je einem Versorgungskreis versorgt werden und vom anderen getrennt sind. 2. Einrichtung zur Steuerung eines Tandem-Stellkolbens nach Anspruch 1, dadurch g e k e n a s e i o h n e t, daß ein geeineamer Steuer-' Schieber (12) zwei getrennte, jeweils von einem der Steuerventile (9,109) beaufsohlagte Stellkolben (20, 120), sowie sweikanalig aus- geführte Steuerkolben (24,124) aufweist@und daß er über zwei Rüok- führfedern (23,123) mit den beiden Steuerventilen meahaaisoh ver- bunden ist. 3. Einrichtung nach Anapruoh 1 und 2, dadurch g e k e n n s e i o h n e t, daß in dem hydro-logisohen System zwei Sensorkolben (13,113) vorgesehen sind, welche je von einem Steuerventil (9,109) beanfeohlagt werden und über Rüokführfedern (33, 133) mit je einem Monitorventil (10,110) verbunden sind, daß außerdem die Monitorventile einen gemeinsamen 8omparator (14) sowie je einen zugeordneten tomparator (15,115) be- aufschlagen, welche in an sich bekannter Veise zur Steuerung von in den Zuleitungen zu den Arbeitskolben angeordneten hydraulischen Feh- lerachaltern (16,116) dienen. 4. Einrichtungen nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch g e k e ans e i oh - a e t, daß die Sero-Vontile in an sich bekannter Veiee als Strahl- rohr- bsw. Strahlklappenventile ausgebildet sind. 5. Einrichtung nach den 'EI- richtnnsen 1 bis 4 dadurch g e k e ans e i o h - n s t, daß lehleranseigegerste (3l,131,35,135) vorgesehen sind, wel- ohe hydraulisch über du hZdro-logisohe Sjstem betätisbar sind. 6. Einrichtungen nach den Ansprüche 1 - 5, dadurch g e k e n n s e ich n e t daB die beiden Versorgungssysteme (P1, P2)bei den zweifach vorhandenen Komponenten (s.B. 13,15,16,17) der gesamten Einrichtung über das Gehäuse des Hydraulikaggregates (11) getrennt sind, während bei den ein- fach vorhandenen Komponenten (12,1q.) die Trennung über die Dichtflächen der Schieber erfolgt. 7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 - 6 dadurch g e k e n n s e i c h n e t, daß jedes Versorgungssystem (P 1, P 2) mehrere, teilweise über Blenden (28, 30, 128, 130) voneinander getrennte hydraulische Kreise versorgt. B. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 - 7 dadurch g e k e n n s e i c h n .o t, da8 jedes Versorgungssystem fünf hydraulische Kreise versorgt, und zwar beaufschlagt jeweils a) der Steuerungskreis der ersten Verstärkungsstufe (22,122) über ein Steuerventil (9,109) den Steuerschieber (12) und einen Senscrkolben (1k113) b) der Steuerungskreis der zweiten Verstärkungsstufe (25,125) einen Arbeitskolben (17,117) c) der Druckindikationskreis (26,126) über ein Konitorventil (10,110) einen zugeordneten Komparator (15,115) sowie den geneinsamen ZOaparator d) der erste Sohaltdruokkreis (27,127) über eine Blende (2¢,128) einen Fehlerschalter (16,116) sowie das zugehörige Fehleraaseigeaerät (35,135 e) der zweite Schalt.druokkreis (29,129) über eine zweite Rende(30,130) ein weiteres Fehleranzeigegerät (31,131) , '