DE102018129220A1 - Method for monitoring a speed-controlled electric motor pump of a hydraulic circuit in an aircraft and hydraulic system for executing the method - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer drehzahlgeregelten Elektromotorpumpe eines Hydraulikkreislaufs eines Luftfahrzeuges, wobei die Elektromotorpumpe wenigstens einen Elektromotor mit variabler Drehzahl zum Antrieb der Hydraulikpumpe umfasst und eine hydraulische Mantelkühlung zur Kühlung der Elektromotorpumpe vorgesehen ist, die durch das von der Pumpe geförderte Hydraulikmedium durchströmt wird, wobei der Volumenstrom durch die Mantelkühlung für unterschiedliche Motordrehzahlen der Elektromotorpumpe erfasst wird, um den volumetrischen Wirkungsgrad der Pumpe zu ermitteln.The present invention relates to a method for monitoring a speed-controlled electric motor pump of a hydraulic circuit of an aircraft, the electric motor pump comprising at least one electric motor with variable speed for driving the hydraulic pump and a hydraulic jacket cooling is provided for cooling the electric motor pump, which flows through the hydraulic medium conveyed by the pump is, the volume flow through the jacket cooling for different motor speeds of the electric motor pump is detected to determine the volumetric efficiency of the pump.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer drehzahlgeregelten Elektromotorpumpe eines Hydraulikkreislaufs in einem Luftfahrzeug, wobei die Elektromotorpumpe wenigstens einen Elektromotor mit variabler Drehzahl zum Antrieb der Hydraulikpumpe umfasst und eine hydraulische Mantelkühlung zur Kühlung der Elektromotorpumpe vorgesehen ist, die durch das von der Pumpe geförderte Hydraulikmedium durchströmt wird.The invention relates to a method for monitoring a speed-controlled electric motor pump of a hydraulic circuit in an aircraft, the electric motor pump comprising at least one electric motor with variable speed for driving the hydraulic pump and a hydraulic jacket cooling is provided for cooling the electric motor pump, which flows through the hydraulic medium conveyed by the pump becomes.

Aus dem Stand der Technik sind Hydrauliksysteme für Luftfahrzeuge bekannt, die wenigstens eine Elektromotorpumpe mit ungeregeltem Elektromotor umfassen. Solche Elektromotorpumpen sind rein hydromechanisch druckgeregelt und arbeiten mittels verstellbaren Axialkolbenpumpen mit variablem Schluckvolumen. Es ist heute nicht möglich, derartige aus dem Stand der Technik bekannte Elektromotorpumpen richtig zu überwachen, da die wichtige Information des genau geförderten Durchflusses nicht ermittelt werden kann, wenn Informationen zur Drehzahl und Position der Drehscheibe der Axialkolbenpumpe fehlen.Hydraulic systems for aircraft are known from the prior art, which comprise at least one electric motor pump with an uncontrolled electric motor. Such electric motor pumps are purely hydromechanically pressure-controlled and operate by means of adjustable axial piston pumps with a variable absorption volume. It is not possible today to properly monitor such electric motor pumps known from the prior art, since the important information of the precisely conveyed flow cannot be determined if information on the speed and position of the turntable of the axial piston pump is missing.

Aufgrund dieser Tatsache sind Elektromotorpumpen mit Pumpenfehlern behaftet, welche sich durch die Verschlechterung des volumetrischen Pumpenwirkungsgrads bemerkbar machen und heute nicht detektierbar sind. Wenn überhaupt kann eine Fehlfunktion der Pumpe nur im aktiven Betrieb festgestellt werden, was zur kritischen Beeinflussung der Flugmission und damit zu großen ungeplanten finanziellen Aufwendungen für den Betreiber führen kann.Due to this fact, electric motor pumps are associated with pump errors, which are noticeable by the deterioration in the volumetric pump efficiency and are not detectable today. If at all, a malfunction of the pump can only be determined during active operation, which can lead to a critical influence on the flight mission and thus to large unplanned financial expenses for the operator.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Überwachung einer Elektromotorpumpe bereitzustellen.Against this background, it is an object of the invention to provide an improved method for monitoring an electric motor pump.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Elektromotorpumpe mit drehzahlvariablem Elektromotor als Pumpenantrieb bereitzustellen. Die Elektromotorpumpe ist mit einer hydraulischen Mantelkühlung zur Kühlung der Elektromotorpumpe versehen. Für die Überwachung der Elektromotorpumpe wird vorgeschlagen, den Volumenstrom durch die Mantelkühlung bei unterschiedlichen Motordrehzahlen der Elektromotorpumpe zu erfassen um basierend auf diesen Volumenstromwerten den volumetrischen Wirkungsgrad der Pumpe zu ermitteln.According to the invention it is proposed to provide an electric motor pump with a variable-speed electric motor as a pump drive. The electric motor pump is provided with a hydraulic jacket cooling for cooling the electric motor pump. For monitoring the electric motor pump, it is proposed to record the volume flow through the jacket cooling at different motor speeds of the electric motor pump in order to determine the volumetric efficiency of the pump based on these volume flow values.

Anhand des volumetrischen Wirkungsgrades lässt sich die Pumpenfunktion überwachen und ein mögliches Fehlverhalten frühzeitig erkennen. Der volumetrische Wirkungsgrad ist definiert durch das Verhältnis des tatsächlich bereitgestellten Volumenstroms der Pumpe gegenüber dem theoretisch möglichen Volumenstrom der Pumpe. Eine Abnahme des Verhältnisses entspricht einer Verschlechterung des Pumpenwirkungsgrads, was ein Indiz für einen auftretenden Pumpenfehler sein kann.Based on the volumetric efficiency, the pump function can be monitored and a possible malfunction can be identified at an early stage. The volumetric efficiency is defined by the ratio of the actually provided volume flow of the pump to the theoretically possible volume flow of the pump. A decrease in the ratio corresponds to a deterioration in the pump efficiency, which can be an indication of a pump fault occurring.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine automatische Überwachungsfunktion der Elektromotorpumpe geschaffen, um den fehlerfreien Betrieb der Pumpenfunktion zu gewährleisten. Die Elektromotorpumpe kann dabei idealerweise mittels des sogenannten „continuous built-in test“ (CBIT) überwacht werden, welcher automatisiert den fehlerfreien Betriebszustand diagnostiziert und nur im Fehlerfall entsprechende Wartungsaktionen initiiert. Durch den CBIT können somit kostenintensive geplante Wartungsvorgänge eingespart oder minimiert werden.An automatic monitoring function of the electric motor pump is created by the method according to the invention in order to ensure the error-free operation of the pump function. The electric motor pump can ideally be monitored using the so-called "continuous built-in test" (CBIT), which automatically diagnoses the fault-free operating state and initiates appropriate maintenance actions only in the event of a fault. The CBIT can thus save or minimize cost-intensive planned maintenance processes.

Vor diesem Hintergrund ist es vorteilhaft, wenn der ermittelte volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe ständig während des Flugbetriebs überwacht wird und bei einer auffälligen Änderung des Wirkungsgrades, beispielsweise einer Abweichung gegenüber einem Referenzwert oder dem Herausfallen des Wertes aus einem tolerierbaren Wertekorridor, eine Warnmeldung und/oder Wartungsaufforderung angezeigt wird. Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, dass bei einer entsprechend detektierten Abweichung zu einem Referenzwert auch eine geeignete Gegenmaßnahme eingeleitet wird.Against this background, it is advantageous if the determined volumetric efficiency of the pump is constantly monitored during flight operations and if there is a noticeable change in efficiency, for example a deviation from a reference value or if the value falls out of a tolerable value corridor, a warning message and / or maintenance request is shown. In principle, it is also conceivable that a suitable countermeasure is also initiated in the event of a correspondingly detected deviation from a reference value.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der zu überwachende volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe als das Verhältnis des gemessenen Volumenstroms durch die Mantelkühlung zum theoretischen Volumenstrom der Pumpe definiert. Der theoretische Volumenstrom ergibt sich aus dem Produkt der aktuellen Pumpen- bzw. Motordrehzahl und dem aktuellen Schluckvolumen der Pumpe. Ist die verbaute Hydraulikpumpe eine Konstantpumpe, so ist der theoretische Volumenstrom rein drehzahlabhängig. Die gefahrene Motordrehzahl ist dem System durch die Motorregelung bekannt.According to a preferred embodiment of the invention, the volumetric efficiency of the pump to be monitored is defined as the ratio of the measured volume flow through the jacket cooling to the theoretical volume flow of the pump. The theoretical volume flow results from the product of the current pump or motor speed and the current absorption volume of the pump. If the built-in hydraulic pump is a constant pump, the theoretical volume flow is purely speed-dependent. The engine speed is known to the system from the engine control.

Vorstellbar ist es beispielsweise, dass das Verfahren in einem gesonderten Testzyklus ausgeführt wird, bei diesem definierte Motordrehzahlen eingestellt und die entsprechenden volumetrischen Wirkungsgrade ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es ebenso vorstellbar, dass eine kontinuierliche Überwachung während des regulären Flugbetriebs erfolgt, das heißt der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe wird kontinuierlich während des Betriebs der Hydraulik erfasst wird und überwacht.It is conceivable, for example, that the method is carried out in a separate test cycle, that defined engine speeds are set, and the corresponding volumetric efficiencies are determined. Alternatively or additionally, it is also conceivable for continuous monitoring to take place during normal flight operation, that is to say the volumetric efficiency of the pump is continuously recorded and monitored during the operation of the hydraulic system.

Die Erfassung des Volumenstroms durch die Mantelkühlung erfolgt unmittelbar durch eine geeignete Sensorik. Aufgrund der geforderten Robustheit der Sensoren für ein Luftfahrzeug ist die Verwendung eines Differenzdrucksensors bevorzugt. Ein solcher Sensor misst bspw. den über der Mantelkühlung abfallenden Differenzdruck. Unter der Prämisse, dass die Mantelkühlung als kalibrierter Durchflusswiderstand verstanden wird, kann unter Berücksichtigung der physikalischen Zusammenhänge bei hydraulischen Blenden der Volumenstrom durch die Mantelkühlung in Abhängigkeit des gemessenen Differenzdruckes errechnet werden. Weitere benötigte Parameter, bspw. die Dichte und Temperatur des Hydraulikmediums sowie der hydraulische Widerstand der Mantelkühlung, liegen der das Verfahren ausführenden Steuerung vor. Insbesondere ein geeigneter Temperatursensor im Bereich der Mantelkühlung zur Erfassung der Mediumtemperatur ohnehin verbaut sein, um eine zu starke Erwärmung des Hydraulikmediums innerhalb des Kühlmantels zu detektieren.The volume flow through the jacket cooling is recorded directly by suitable sensors. Due to the required robustness of the sensors for an aircraft, the use of a differential pressure sensor is preferred. Such a sensor measures, for example, the differential pressure dropping across the jacket cooling. Under the premise that the jacket cooling as calibrated Flow resistance is understood, the volume flow through the jacket cooling can be calculated depending on the measured differential pressure, taking into account the physical relationships in hydraulic orifices. Further parameters required, for example the density and temperature of the hydraulic medium and the hydraulic resistance of the jacket cooling, are available to the control executing the method. In particular, a suitable temperature sensor in the area of the jacket cooling for detecting the medium temperature should be installed anyway in order to detect excessive heating of the hydraulic medium within the cooling jacket.

Üblicherweise wird die Mantelkühlung durch das Hydraulikmedium von der Niederdruckseite des Hydraulikkreislaufes durchströmt.The jacket cooling is usually flowed through by the hydraulic medium from the low-pressure side of the hydraulic circuit.

Kommt die Elektromotorpumpe in einem dauerlaufenden Hydrauliksystem zum Einsatz, so wird eine Kühlung, insbesondere des Elektromotors, über die integrale Mantelkühlung erzielt. Gegebenenfalls ist jedoch ebenfalls eine Kühlung des Hydraulikmediums notwendig. Empfehlenswert ist die Integration eines geeigneten Wärmetauschers in den Hydraulikkreis, insbesondere in den Niederdruckbereich, um das durchströmende Hydraulikmedium mittels passender Wärmesenke zu kühlen.If the electric motor pump is used in a continuously running hydraulic system, cooling, in particular of the electric motor, is achieved via the integral jacket cooling. However, cooling of the hydraulic medium may also be necessary. It is advisable to integrate a suitable heat exchanger in the hydraulic circuit, especially in the low-pressure area, in order to cool the hydraulic medium flowing through using a suitable heat sink.

Eine geeignete Wärmesenke kann beispielsweise der Kraftstofftank des Luftfahrzeuges sein. Da der Kraftstofftank jedoch nur im Bereich der Tragflächen als Wärmesenke zur Verfügung steht, ist alternativ der Einsatz eines Luft-Hydraulik-Wärmetauschers sinnvoll. Als Kühlmedium könnte hier atmosphärische Luft durch den Wärmetauscher geleitet werden. Da eine solche Maßnahme jedoch in der Regel eine Stauluftöffnung der Flugzeugaussenhaut erfordert und dies im Hinblick auf das Vermeiden von Strömungsverlusten nachteilig ist, besteht ein alternativer, bevorzugter Ansatz darin, stattdessen Luft aus dem bedruckten Bereich des Luftfahrzeuges, bspw. aus der Flugzeugkabine, durch den Wärmetauscher als Kühlmedium strömen zu lassen.A suitable heat sink can be, for example, the aircraft's fuel tank. However, since the fuel tank is only available as a heat sink in the area of the wings, the use of an air-hydraulic heat exchanger is useful. Atmospheric air could be passed through the heat exchanger as the cooling medium. However, since such a measure usually requires a ram air opening in the aircraft outer skin and this is disadvantageous in terms of avoiding flow losses, an alternative, preferred approach is to use air instead from the printed area of the aircraft, for example from the aircraft cabin Let heat exchanger flow as a cooling medium.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung zudem ein Hydrauliksystem eines Luftfahrzeuges mit wenigstens einer drehzahlgeregelten Elektromotorpumpe mit hydraulischer Mantelkühlung. Darüber hinaus umfasst das Hydrauliksystem eine Sensorik zur unmittelbaren oder mittelbaren Volumenstrommessung des Hydraulikflusses durch die Mantelkühlung sowie wenigstens eine Steuerung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.In addition to the method according to the invention, the present invention also relates to a hydraulic system of an aircraft with at least one speed-controlled electric motor pump with hydraulic jacket cooling. In addition, the hydraulic system comprises a sensor system for direct or indirect volume flow measurement of the hydraulic flow through the jacket cooling, and at least one controller for executing the method according to the invention.

Das Hydrauliksystem zeichnet sich offensichtlich durch dieselben Vorteile und Eigenschaften aus, wie sie bereits vorstehend anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgezeigt wurden. Auf eine wiederholende Beschreibung wird aus diesem Grund verzichtet.The hydraulic system is obviously characterized by the same advantages and properties as have already been shown above using the method according to the invention. For this reason, a repetitive description is omitted.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Elektromotorpumpe in ein Gehäuse mit integrierter Mantelkühlung eingefasst. Neben dem Elektromotor und der Hydraulikpumpe ist zudem die entsprechende Sensorik zur Durchflussmessung als auch eine entsprechende Steuerung zur Verfahrensausführung vorhanden.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the electric motor pump is enclosed in a housing with integrated jacket cooling. In addition to the electric motor and the hydraulic pump, the corresponding sensors for flow measurement as well as a corresponding control for process execution are also available.

Für die Kühlung des Hydraulikmediums innerhalb des Hydrauliksystems ist vorzugsweise wenigstens ein Hydraulik-Luft-Wärmetauscher vorgesehen, wobei dieser sinnvollerweise im Niederdruckbereich des Hydraulikkreislaufs angeordnet ist. Über einen entsprechenden Luftkanal kann Kabinenluft durch den Wärmetauscher strömen. Aufgrund des Druckunterschiedes im Flugbetrieb erfordert dies keine zusätzlichen Strömungsmaschinen, der Druckunterschied sorgt für eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit durch den Wärmetauscher.For cooling the hydraulic medium within the hydraulic system, at least one hydraulic-air heat exchanger is preferably provided, which is expediently arranged in the low-pressure region of the hydraulic circuit. Cabin air can flow through the heat exchanger via an appropriate air duct. Due to the pressure difference in flight operations, this does not require any additional turbomachines, the pressure difference ensures a sufficient flow speed through the heat exchanger.

Bedarfsweise kann der Luftstrom aus dem bedruckten Kabinenbereich durch wenigstens ein Ventil gesteuert sein, um bspw. eine temperaturabhängige Kühlung auszuführen. Erst bei Übersteigen eines maximalen Temperaturwertes des Hydraulikmediums wird das Ventil geöffnet und eine Kühlwirkung erzeugt.If necessary, the air flow from the printed cabin area can be controlled by at least one valve, for example in order to carry out temperature-dependent cooling. The valve is only opened and a cooling effect is generated when the maximum temperature value of the hydraulic medium is exceeded.

Optional kann wenigstens ein Lüfter in Strömungsrichtung vor und/oder nach dem Wärmetauscher angeordnet sein, um die Förderung der Abluft in die Atmosphäre zu unterstützen. Ein solcher Lüfter ist insbesondere dann von Vorteil, wenn kein oder nur geringer Druckunterschied zwischen Kabinendruck und Atmosphäre vorliegt, so beispielsweise wenn das Luftfahrzeug auf dem Boden steht.Optionally, at least one fan can be arranged upstream and / or downstream of the heat exchanger in order to support the conveying of the exhaust air into the atmosphere. Such a fan is particularly advantageous when there is little or no pressure difference between the cabin pressure and the atmosphere, for example when the aircraft is on the ground.

Neben dem Hydrauliksystem betrifft die Erfindung weiterhin ein Luftfahrzeug mit einem entsprechenden Hydrauliksystem gemäß der Erfindung, sodass sich auch bezüglich des Luftfahrzeuges dieselben Vorteile und Eigenschaften ergeben.In addition to the hydraulic system, the invention further relates to an aircraft with a corresponding hydraulic system according to the invention, so that the same advantages and properties also result with respect to the aircraft.

Denkbar ist es, dass das Hydrauliksystem ein isoliertes Hydrauliksystem zur primären Flugsteuerung ist, beispielsweise zur Steuerung des Leitwerks eines Luftfahrzeuges. Das entsprechende Hydrauliksystem ist hierbei im unbedruckten Bereich untergebracht, idealerweise im Heck bzw. hecknahen Bereich des Luftfahrzeuges.It is conceivable that the hydraulic system is an isolated hydraulic system for primary flight control, for example for controlling the tail unit of an aircraft. The corresponding hydraulic system is housed in the unprinted area, ideally in the tail or near the tail area of the aircraft.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

  • 1: ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen Volumenstrom und volumetrischen Pumpenwirkungsgrad,
  • 2: den erfindungsgemäßen Hydraulikkreislauf für eine primäre Flugsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung,
  • 3: eine modifizierte Ausführung des erfindungsgemäßen Hydraulikkreislaufs gemäß 2.
Further advantages and properties of the invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the figures. Show it:
  • 1 : a diagram to clarify the relationship between volume flow and volumetric pump efficiency,
  • 2nd the hydraulic circuit according to the invention for a primary flight control according to the present invention,
  • 3rd : a modified version of the hydraulic circuit according to the invention 2nd .

2 zeigt den Aufbau des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems. Die Elektromotorpumpe 10 besteht aus einem drehzahlregelbaren Motor M, der die Konstantdruckpumpe FDP antreibt. Ein entsprechender Steuerungscomputer MCE dient unter anderem zur Drehzahlregelung des Motors M. 2nd shows the structure of the hydraulic system according to the invention. The electric motor pump 10th consists of a variable speed motor M which is the constant pressure pump FDP drives. A corresponding control computer MCE is used, among other things, to control the speed of the engine M .

Die Elektromotorpumpe 10 ist integraler Bestandteil eines Hydrauliksystems für die primäre Flugsteuerung eines Luftfahrzeuges. Der Hochdruckausgang der Konstantpumpe FDP ist über ein Rückschlagventil 2 und einen Hochdruckfilter 3 mit wenigstens einem hydraulischen Verbraucher 4, insbesondere Hydraulikaktor, für die mechanische Betätigung der Steuerflächen verbunden. Vom Verbraucher 4 führt die Niederdruckseite über einen Niederdruckfilter 5 zurück zum Hydrauliktank T, aus diesem die Konstantdruckpumpe FDP Hydraulikmedium ansaugt. Zudem sind zwischen Rückschlagventil 2 und Hochdruckfilter 3 ein Drucksensor 7 sowie ein hydraulischer Speicher angeordnet. Das Überlastventil 6 verbindet die Hoch- und Niederdruckseite parallel zum Verbraucher 4. Darüber hinaus werden optional die abfallenden Differenzdrücke über den Filtern 3, 5 erfasst, um den Verschmutzungsgrad des Filters zu messen.The electric motor pump 10th is an integral part of a hydraulic system for the primary flight control of an aircraft. The high pressure outlet of the constant pump FDP is via a check valve 2nd and a high pressure filter 3rd with at least one hydraulic consumer 4th , in particular hydraulic actuator, connected for the mechanical actuation of the control surfaces. From the consumer 4th leads the low pressure side over a low pressure filter 5 back to the hydraulic tank T, from this the constant pressure pump FDP Hydraulic medium is sucked in. There is also a check valve 2nd and high pressure filter 3rd a pressure sensor 7 as well as a hydraulic accumulator. The overload valve 6 connects the high and low pressure side parallel to the consumer 4th . In addition, the falling differential pressures above the filters are optional 3rd , 5 recorded to measure the degree of contamination of the filter.

Die Steuerung MCE, der Motor M sowie die Konstantdruckpumpe FDP bilden eine Baugruppe und sind gemeinsam in einem Gehäuse untergebracht. Das Gehäuse ist mit einer hydraulischen Mantelkühlung ausgestattet, die einen Eingangs- und Ausgangsanschluss aufweist, die über in die Gehäusewandung eingebettete Kühlkanäle miteinander verbunden sind. Der Eingang des Kühlmantels steht mit dem Filter 5 in Verbindung während der Ausgang über Verbindungsleitungen im Tank T mündet. Das durch die Kanalstruktur des Gehäuses durchströmende Hydrauliköl sorgt für eine ausreichende Kühlung insbesondere des integralen Elektromotors M.The control MCE , the motor M as well as the constant pressure pump FDP form an assembly and are housed together in one housing. The housing is equipped with hydraulic jacket cooling, which has an input and output connection, which are connected to one another via cooling channels embedded in the housing wall. The entrance of the cooling jacket is with the filter 5 in connection while the outlet opens via connecting lines in the tank T. The hydraulic oil flowing through the channel structure of the housing ensures adequate cooling, in particular of the integral electric motor M .

Mittels des Differenzdrucksensors 11 wird der abfallende Druck über der Mantelkühlung der Elektromotorpumpe 10 erfasst. Ein ebenfalls vorgesehener Temperatursensor 12 erfasst die Temperatur des Hydraulikmediums am Ausgang der Mantelkühlung.By means of the differential pressure sensor 11 the falling pressure over the jacket cooling of the electric motor pump 10th detected. A temperature sensor also provided 12 detects the temperature of the hydraulic medium at the jacket cooling outlet.

Zur Überwachung der Elektromotorpumpe 10 ist in der Steuerung MCE ein Verfahren implementiert, das kontinuierlich den volumetrischen Wirkungsgrad der Pumpe FDP ermittelt. Der volumetrische Wirkungsgrad ηP, Vol ist durch das Verhältnis des tatsächlichen Durchflusses Qeff (Qgemessen) zum theoretisch geförderten Durchfluss Qth der Pumpe FDP definiert. Letzterer ist ergibt sich aus dem Produkt der aktuellen Drehzahl n und des Schluckvolumens V der Pumpe FDP.For monitoring the electric motor pump 10th is in control MCE implemented a process that continuously measures the volumetric efficiency of the pump FDP determined. The volumetric efficiency η P, Vol is due to the ratio of the actual flow Q eff (Q measured ) to the theoretically promoted flow Q th of the pump FDP Are defined. The latter is obtained from the product of the current speed n and the absorption volume V of the pump FDP .

Für die Überwachung des volumetrischen Wirkungsgrades ηP, Vol der Pumpe FDP wird ein entsprechender Korridor durch ein Maximal- und Minimallimit des volumetrischen Wirkungsgrades ηP, Vol definiert, wie dies in 1 zu sehen ist. Überschreitet der erfasste volumetrische Wirkungsgrad ηP, Vol einen entsprechenden Grenzbereich, wird von der Steuerung MCE eine Warnmeldung erzeugt und angezeigt, gegebenenfalls in Kombination mit einer Aufforderung zur Durchführung von Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten am Hydrauliksystem.For monitoring the volumetric efficiency η P, vol of the pump FDP a corresponding corridor is defined by a maximum and minimum limit of the volumetric efficiency η P, Vol , as described in 1 you can see. If the detected volumetric efficiency η P, Vol exceeds a corresponding limit range, the control will MCE generates and displays a warning message, possibly in combination with a request to carry out maintenance or repair work on the hydraulic system.

Die Ermittlung des benötigten tatsächlichen Durchflusses Qeff kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, entweder unmittelbar über einen Durchflusssensor mit einem beliebigen physikalischen Funktionsprinzip (kalorimetrisch, Ultraschall, Flügelrad) oder bevorzugt, wie im Ausführungsbeispiel der 2 gezeigt, mittels eines kalibrierten Durchflusswiderstand in Verbindung mit einer Differenzdruckmessung und den physikalischen Parametern Differenzdruck Δp, Fluidtemperatur TFluid, Fluiddruck pFluid sowie Dichte ρ des Hydraulikmediums .The actual flow rate Q eff required can be determined in different ways, either directly via a flow sensor with any physical functional principle (calorimetric, ultrasound, impeller) or preferably, as in the embodiment of FIG 2nd shown, by means of a calibrated flow resistance in connection with a differential pressure measurement and the physical parameters differential pressure Δp, fluid temperature T fluid, fluid pressure p fluid and density ρ of the hydraulic medium.

Erfindungsgemäß wird der entsprechende Durchfluss Qeff im Bereich der hydraulischen Mantelkühlung bestimmt, wobei die Mantelkühlung hier als kalibrierter großer Durchflusswiderstand dient. Mittels des Differenzdrucksensors 11 wird der Differenzdruck Δp über der Mantelkühlung laufend erfasst und unter Berücksichtigung der physikalischen Zusammenhänge bei hydraulischen Blenden der entsprechende Durchfluss Qeff gemäß: Q e f f = ∝ ∗ A ∗ 2 Δ p ρ

Figure DE102018129220A1_0001
bestimmt. Die Parameter für die Berechnung der Fluiddichte p sind in einem entsprechenden Hydrauliksystem normalerweise vorhanden, da immer der Ausgangsdruck der Pumpe FDP für die Regelung gemessen wird, hier mittels des Sensors 7, und üblicherweise auch die Fluidtemperatur im Bereich der Mantelkühlung gemessen wird, hier mittels des Sensors 12. Die Daten des Drucksensors 7, des Differenzdrucksensors 11, des Temperatursensors 12 werden der Steuerung MCE laufend übermittelt, diese dann den berechneten volumetrischen Wirkungsgrad der Pumpe FDP laufend gegen die Grenzkurven der 1 vergleichen kann. Die Signalleitungen sind in der 3 gezeigt, sind jedoch im Beispiel der 2 identisch verwirklicht.According to the invention, the corresponding flow rate Q eff is determined in the area of the hydraulic jacket cooling, the jacket cooling serving here as a calibrated large flow resistance. By means of the differential pressure sensor 11 the differential pressure Δp across the jacket cooling is continuously recorded and, taking into account the physical relationships with hydraulic orifices, the corresponding flow rate Q eff according to: Q e f f = ∝ ∗ A ∗ 2nd Δ p ρ
Figure DE102018129220A1_0001
 certainly. The parameters for the calculation of the fluid density p are normally available in a corresponding hydraulic system, since the output pressure of the pump is always present FDP is measured for the control, here by means of the sensor 7 , and usually also the fluid temperature in the area of the jacket cooling is measured, here by means of the sensor 12 . The pressure sensor data 7 , the differential pressure sensor 11 , the temperature sensor 12 be in control MCE continuously transmitted, this then the calculated volumetric efficiency of the pump FDP continuously against the limit curves of the 1 can compare. The signal lines are in the 3rd shown, but are in the example of 2nd realized identically.

Die Ermittlung des real geförderten Durchflusses Qeff kann kontinuierlich mit einem CBIT erfolgen, da das zurückfließende Hydrauliköl der Niederdruckseite stets vollständig über den Kühlmantel der Elektromotorpumpe 10 zurückfließt, sobald diese in Betrieb ist. Diese Vorgehensweise ist prinzipiell unabhängig von der Betriebsweise der Pumpe 10, d.h. für unidirektionalen oder auch für bidirektionalen Betrieb der Elektromotorpumpe 10 einsetzbar.The determination of the actually delivered flow rate Q eff can be carried out continuously with a CBIT, since the hydraulic oil flowing back on the low-pressure side is always completely through the cooling jacket of the electric motor pump 10th flows back as soon as it is in operation. In principle, this procedure is independent of the operating mode of the pump 10th , ie for unidirectional or also for bidirectional operation of the electric motor pump 10th applicable.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass aufgrund des Dauerbetriebs des Hydrauliksystems ggf. für eine Kühlung des Hydraulikmediums gesorgt werden muss. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Hydrauliksystem ein isoliertes System für die primäre Flugsteuerung ist, so beispielsweise zur Steuerung des Flugzeugleitwerkes im Heckbereich des Flugzeuges. Da dort wie bei anderen Hydrauliksystemen keine adäquate Wärmesenke in Form des Kerosintanks zur Verfügung steht, muss hier auf eine Alternative zurückgegriffen werden. Eine zusätzliche Stauluftöffnung zur Nutzung atmosphärischer Kühlluft ist aus strömungstechnischen Gründen zu vermeiden.Another aspect of the invention is that due to the continuous operation of the hydraulic system, cooling of the hydraulic medium may have to be ensured. This applies in particular if the hydraulic system is an isolated system for primary flight control, for example for controlling the aircraft tail unit in the rear area of the aircraft. As there is no adequate heat sink in the form of the kerosene tank available as with other hydraulic systems, an alternative must be used here. An additional ram air opening for the use of atmospheric cooling air should be avoided for fluidic reasons.

Vor diesem Hintergrund wird das System der 2 im Niederdruckbereich des Hydraulikkreises um wenigstens einen Hydraulik-Luft-Wärmetauscher 20 erweitert, alle sonstigen Komponenten sind identisch zur Ausführung der 2. Die notwendige Kühlluft wird bei Bedarf über das Ventil 21 aus der Flugzeugkabine entnommen. Aufgrund des im Flugbetrieb vorliegenden Druckunterschieds zwischen Kabinendruck und Atmosphärendruck strömt die Kabinenluft durch den Wärmetauscher 20, von diesem sie an die Atmosphäre abgegeben wird. Aufgrund der geringen abzuführenden Menge an Luft aus der bedruckten Kabine wird angenommen, dass die Kabinendruckregelung hiervon nicht wesentlich beeinflusst wird. Auch ist das Temperaturniveau der klimatisierten Kabinenluft mit ca. 30° bis 40° Celsius adäquat für die Kühlungsaufgabe.Against this background, the system of 2nd in the low-pressure area of the hydraulic circuit by at least one hydraulic-air heat exchanger 20th extended, all other components are identical to the execution of the 2nd . The necessary cooling air is supplied via the valve if necessary 21st taken from the aircraft cabin. Due to the pressure difference between cabin pressure and atmospheric pressure during flight operation, the cabin air flows through the heat exchanger 20th , from which it is released into the atmosphere. Due to the small amount of air to be removed from the printed cabin, it is assumed that the cabin pressure control is not significantly affected by this. The temperature level of the air-conditioned cabin air at around 30 ° to 40 ° Celsius is also adequate for the cooling task.

Um das hydraulische System auch im Bodenbetrieb zu kühlen, kann optional ein elektrischer Abluftventilator 22 aktiviert werden.In order to cool the hydraulic system even during ground operation, an electric exhaust fan can be used as an option 22 to be activated.

Claims (13)

Verfahren zur Überwachung einer drehzahlgeregelten Elektromotorpumpe eines Hydraulikkreislaufs in einem Luftfahrzeug, wobei die Elektromotorpumpe wenigstens einen Elektromotor (M) mit variabler Drehzahl zum Antrieb der Hydraulikpumpe (2) umfasst und eine hydraulische Mantelkühlung zur Kühlung der Elektromotorpumpe vorgesehen ist, durch die das von der Pumpe geförderte Hydraulikmedium durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom durch die Mantelkühlung für unterschiedliche Motordrehzahlen der Elektromotorpumpe erfasst wird, um den volumetrischen Wirkungsgrad der Pumpe zu ermitteln, wobei der Volumenstrom durch die Mantelkühlung auf Grundlage des über der Mantelkühlung über einen Differenzdrucksensor erfassten Differenzdruckes berechnet wird.Method for monitoring a speed-controlled electric motor pump of a hydraulic circuit in an aircraft, the electric motor pump comprising at least one electric motor (M) with variable speed for driving the hydraulic pump (2) and a hydraulic jacket cooling is provided for cooling the electric motor pump, through which the pump pumped Hydraulic medium flows through, characterized in that the volume flow through the jacket cooling is recorded for different motor speeds of the electric motor pump in order to determine the volumetric efficiency of the pump, the volume flow through the jacket cooling being calculated on the basis of the differential pressure detected via the jacket cooling via a differential pressure sensor. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe überwacht wird und bei einer auffälligen Änderung eine Warnmeldung und/oder Wartungsaufforderung angezeigt und/oder eine Gegenmaßnahme eingeleitet wird, wobei die Überwachung vorzugsweise durch Vergleich des volumetrischen Wirkungsgrades gegen einen oberen und/oder unteren Grenzwert erfolgt.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the determined volumetric efficiency of the pump is monitored and a warning message and / or maintenance request is displayed and / or a countermeasure is initiated in the event of a noticeable change, the monitoring preferably being carried out by comparing the volumetric efficiency against an upper and / or lower limit value he follows. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe durch das Verhältnis von gemessenem Volumenstrom durch die Mantelkühlung zum theoretischen Volumenstrom der Pumpe bestimmt wird, wobei sich der theoretische Volumenstrom aus dem Produkt aus aktueller Pumpen-/Motordrehzahl und aktuellem Schluckvolumen der Pumpe ergibt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the volumetric efficiency of the pump is determined by the ratio of the measured volume flow through the jacket cooling to the theoretical volume flow of the pump, the theoretical volume flow being the product of the current pump / motor speed and current absorption volume the pump results. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Hydraulikmediums im Bereich der Mantelkühlung erfasst wird, insbesondere durch einen Temperatursensor zur Überwachung von Übertemperaturen des Hydraulikmediums, und für die Berechnung des Volumenstroms durch die Mantelkühlung berücksichtigt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the hydraulic medium in the area of the jacket cooling is detected, in particular by a temperature sensor for monitoring excess temperatures of the hydraulic medium, and is taken into account for the calculation of the volume flow through the jacket cooling. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Hydraulikmedium von der Niederdruckseite des Hydraulikkreislaufs durch die Mantelkühlung strömt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that hydraulic medium flows from the low-pressure side of the hydraulic circuit through the jacket cooling. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikmedium des Hydraulikkreislaufs durch die Kabinenluft des Luftfahrzeuges gekühlt wird, insbesondere mittels eines im Niederruckbereich angeordneten Luft-Hydraulik-Wärmetauschers.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the hydraulic medium of the hydraulic circuit is cooled by the cabin air of the aircraft, in particular by means of an air-hydraulic heat exchanger arranged in the low-pressure region. Hydrauliksystem eines Luftfahrzeuges umfassend wenigstens eine drehzahlgeregelte Elektromotorpumpe mit hydraulischer Mantelkühlung, einer Sensorik zur unmittelbaren oder mittelbaren Volumenstrommessung durch die Mantelkühlung sowie wenigstens einer Steuerung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.Hydraulic system of an aircraft comprising at least one speed-controlled electric motor pump with hydraulic jacket cooling, a sensor system for direct or indirect volume flow measurement through the jacket cooling and at least one controller for carrying out the method according to one of the preceding claims. Hydrauliksystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotorpumpe ein Gehäuse mit Mantelkühlung umfasst, in das wenigstens eine Hydraulikpumpe, wenigstens ein die Pumpe antreibender drehzahlgeregelter Elektromotor, eine Sensorik zur Durchflussmessung durch die Mantelkühlung und wenigstens eine Steuerung zur Ausführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 8 integriert sind. Hydraulic system after Claim 7 , characterized in that the electric motor pump comprises a housing with jacket cooling, in which at least one hydraulic pump, at least one speed-controlled electric motor driving the pump, a sensor system for flow measurement through the jacket cooling and at least one controller for executing the method according to the Claims 1 to 8th are integrated. Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulik-Luft-Wärmetauscher in den Hydraulikkreis integriert ist, insbesondere in den Niederdruckbereich, und über einen Luftkanal Kabinenluft durch den Wärmetauscher zur Kühlung des Hydraulikmediums leitbar ist.Hydraulic system according to one of the Claims 7 and 8th , characterized in that a hydraulic-air heat exchanger is integrated in the hydraulic circuit, in particular in the low pressure range, and cabin air can be passed through the heat exchanger for cooling the hydraulic medium via an air duct. Hydrauliksystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom aus dem bedruckten Kabinenbereich durch wenigstens ein Ventil steuerbar ist.Hydraulic system after Claim 9 , characterized in that the air flow from the printed cabin area can be controlled by at least one valve. Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Lüfter zur Förderung der Abluft aus dem Wärmetauscher vorgesehen ist.Hydraulic system according to one of the Claims 9 and 10th , characterized in that at least one fan is provided to convey the exhaust air from the heat exchanger. Luftfahrzeug mit einem Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 11.Aircraft with a hydraulic system according to one of the preceding Claims 7 to 11 . Luftfahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem im unbedruckten Bereich des Hecks des Luftfahrzeuges verbaut ist und zur primären Flugsteuerung dient, inbesondere zur Betätigung des Leitwerkes.Aircraft after Claim 12 , characterized in that the hydraulic system is installed in the unprinted area of the rear of the aircraft and is used for primary flight control, in particular for actuating the tail unit.
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