DE102022117155A1 - Hydraulic supply system and aircraft with such a hydraulic supply system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Versorgungssystem zur Versorgung von Hydraulikverbrauchern eines Fluggeräts durch ein Hydraulikfluid, umfassend wenigstens eine Hydraulikpumpe, wenigstens einen Motor und wenigstens einen Speicher. Zum Bereitstellen des Hydraulikfluides mit variablem Volumenstrom oder konstantem Druckniveau sind die Drehzahl des Motors und die Hydraulikpumpe variabel verstellbar.The invention relates to a hydraulic supply system for supplying hydraulic consumers of an aircraft with a hydraulic fluid, comprising at least one hydraulic pump, at least one motor and at least one accumulator. To provide the hydraulic fluid with a variable volume flow or constant pressure level, the speed of the motor and the hydraulic pump are variably adjustable.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Versorgungssystem gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Fluggerät mit einem derartigen hydraulischen Versorgungssystem.The present invention relates to a hydraulic supply system according to the features of the preamble of patent claim 1. The invention further relates to an aircraft with such a hydraulic supply system.
Aus dem Stand der Technik sind generell hydraulische Versorgungssysteme bekannt, die Hydraulikverbraucher mit einem variablen Volumenstrom versorgen. Dabei werden Hydraulikpumpen von Elektromotoren angetrieben. Derartige mit einem Elektromotor gekoppelte Hydraulikpumpen werden als Elektromotorpumpen bezeichnet.Hydraulic supply systems are generally known from the prior art, which supply hydraulic consumers with a variable volume flow. Hydraulic pumps are driven by electric motors. Such hydraulic pumps coupled to an electric motor are referred to as electric motor pumps.
Moderne hydraulische Versorgungssysteme sind derart ausgelegt, dass sehr geringe Durchflüsse möglich sind, wobei hierfür eine Drehzahl unterhalb einer Minimaldrehzahl erforderlich ist.Modern hydraulic supply systems are designed in such a way that very low flows are possible, although this requires a speed below a minimum speed.
Eine aus dem Stand der Technik bekannte Lösung, einen geringen Durchfluss zu ermöglichen ist es, einen Bypass anzulegen. Durch das Anlegen eines Bypasses wird ein Minimaldurchfluss im Regelkreis ermöglicht. Nachteilig an dieser Variante ist jedoch, dass durch den Bypass zusätzliche Verluste erzeugt werden und sich dadurch der maximal erzeugbare Durchfluss verringert.A solution known from the prior art to enable a low flow is to create a bypass. Creating a bypass enables a minimum flow in the control circuit. However, the disadvantage of this variant is that the bypass generates additional losses, thereby reducing the maximum flow that can be generated.
Eine Hydraulikpumpe eines modernen hydraulischen Versorgungssystems weist in der Regel eine Kapazität von etwa 5 ccm/REV auf, wobei hierfür eine Mindestdrehzahl von etwa 1000 rpm erforderlich ist. Unter diesen Bedingungen ist die Hydraulikpumpe also in der Lage einen Durchfluss von 5 I/min zu fördern. Kleine hydraulische Versorgungssysteme können Durchflüsse von ca. 1 l/min benötigen, sodass durch den angelegten Bypass 4 l/min in Wärme umgewandelt wird. Bei einem modernen hydraulischen Versorgungssystem mit einem Systemdruck von ca. 210 bar entspricht die durch den Bypass erzeugte Wärmeleistung etwa 1,4 kW. Derartige Versorgungssysteme sind thermisch sensibel ausgelegt, sodass die durch den Bypass erzeugte Wärmeleistung den Wirkungsgrad wesentlich verschlechtert und sich deshalb nachteilig auf das hydraulische Versorgungssystem insgesamt auswirkt. Daher ist diese Lösung nicht für hydraulische Versorgungssysteme geeignet, die geringe Durchflüsse erfordern.A hydraulic pump in a modern hydraulic supply system usually has a capacity of around 5 cc/REV, requiring a minimum speed of around 1000 rpm. Under these conditions, the hydraulic pump is able to deliver a flow of 5 l/min. Small hydraulic supply systems can require flow rates of approx. 1 l/min, so that 4 l/min is converted into heat by the applied bypass. In a modern hydraulic supply system with a system pressure of approximately 210 bar, the heat output generated by the bypass corresponds to approximately 1.4 kW. Such supply systems are designed to be thermally sensitive, so that the heat output generated by the bypass significantly impairs the efficiency and therefore has a detrimental effect on the hydraulic supply system as a whole. Therefore, this solution is not suitable for hydraulic supply systems that require low flows.
Eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Variante einen variablen Volumenstrom bereitzustellen ist, eine konstante Hydraulikpumpe durch einen regelbaren Elektromotor anzutreiben. Aufgrund der mechanischen Ausführung der Elektromotorpumpe ist jedoch eine Mindestdrehzahl des Motors erforderlich, um eine lange Lebensdauer der Hydraulikpumpe zu garantieren. Bei kleineren hydraulischen Versorgungssystemen, die wie bereits oben erwähnt Durchflüsse von ca. 1 l/min erfordern, muss bei der Elektromotorpumpe mit einem konstanten Schluckvolumen die Motordrehzahl sehr stark reduziert werden, um den geringen Durchfluss ermöglichen zu können. Gleichzeitig kann das Schluckvolumen jedoch nicht beliebig klein gewählt werden, da bestimmte Anforderungen an hohe Durchflüsse gestellt werden. Das Schluckvolumen ist abhängig vom Durchfluss und der Motordrehzahl, sodass bei der Bereitstellung sehr geringer oder sehr großer Durchflüsse das Schluckvolumen durch eine maximal zulässige Drehzahl begrenzt ist.
Zu kleine Drehzahlen führen zu erhöhtem Verschleiß aufgrund der fehlenden Flüssigkeitsreibung in der Hydraulikpumpe. Des Weiteren ist die Dynamik der Hydraulikpumpenreaktion aufgrund der hohen Differenzen zwischen der minimalen und der maximalen Motordrehzahl begrenzt, sodass hohe Anforderungen an die Regelungstechnik gestellt werden. Die Möglichkeit, die Motordrehzahl zu begrenzen und gleichzeitig den überschüssigen Volumenstrom über eine zusätzliche Drossel zwischen dem Hydraulikpumpenauslass und einem Reservoir abzuführen, führt zu einer hohen Wärmeverlustleistung und zu einem insgesamt schlechteren Wirkungsgrad. Daher ist diese Variante ebenfalls nicht für die Bereitstellung sehr geringer Durchflüsse, insbesondere Ruhedurchflüsse, in einem hydraulischen Versorgungssystem geeignet.Speeds that are too low lead to increased wear due to the lack of fluid friction in the hydraulic pump. Furthermore, the dynamics of the hydraulic pump reaction is limited due to the high differences between the minimum and maximum engine speed, which places high demands on the control technology. The ability to limit the engine speed and at the same time dissipate the excess volume flow via an additional throttle between the hydraulic pump outlet and a reservoir leads to high heat loss and overall poorer efficiency. Therefore, this variant is also not suitable for providing very low flows, in particular resting flows, in a hydraulic supply system.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes hydraulisches System der eingangs genannten Art zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und Letzteren in vorteilhafter Weise weiterbilden. Insbesondere soll sowohl eine variable Regelung des Volumenstroms und des Druckniveaus als auch eine konstante Regelung des Volumenstroms und des Druckniveaus ermöglicht werden, ohne dabei die Hydraulikpumpe bzw. den Motor stark zu belasten. Dabei wird der Volumenstrom betriebsabhängig geregelt.Proceeding from this, the object of the invention is to create an improved hydraulic system of the type mentioned at the outset, to avoid the disadvantages of the prior art and to further develop the latter in an advantageous manner. In particular, both a variable control of the volume flow and the pressure level as well as a constant control of the volume flow and the pressure level should be made possible without putting a lot of strain on the hydraulic pump or the motor. The volume flow is regulated depending on the operation.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein hydraulisches Versorgungssystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Mit Blick auf das Fluggerät wird die Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 10 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a hydraulic supply system according to claim 1. With regard to the aircraft, the task is solved by the subject matter of
Konkret wird die Aufgabe durch ein hydraulisches Versorgungssystem zur Versorgung von Hydraulikverbrauchern eines Fluggeräts durch ein Hydraulikfluid, umfassend wenigstens eine Hydraulikpumpe, wenigstens einen Motor und wenigstens einen Speicher gelöst. Zum Bereitstellen des Hydraulikfluides mit variablem Volumenstrom oder konstantem Druckniveau sind die Drehzahl des Motors und die Hydraulikpumpe variabel verstellbar.Specifically, the task is solved by a hydraulic supply system for supplying hydraulic consumers of an aircraft with a hydraulic fluid, comprising at least one hydraulic pump, at least one motor and at least one accumulator. To provide of the hydraulic fluid with variable volume flow or constant pressure level, the speed of the motor and the hydraulic pump are variably adjustable.
Die Erfindung hat den wesentlichen Vorteil, dass zur Bereitstellung eines variablen Volumenstroms, insbesondere eines sehr geringen oder eines sehr großen Volumenstroms, Volumenstromänderungen sowohl durch Anpassung der Motorgeschwindigkeit, insbesondere der Motordrehzahl als auch durch Anpassung der Hydraulikpumpe ausgeglichen werden können. Durch diese Kombination kann die Motor-Pumpen-Einheit insgesamt kompakter und dadurch leichter ausgebildet werden. Bei mehreren Regelkreisen in einem Fluggerät, wie beispielsweise einem Flugzeug, wird das Gesamtgewicht des Fluggerätes somit bedeutend reduziert.The invention has the essential advantage that in order to provide a variable volume flow, in particular a very low or a very large volume flow, volume flow changes can be compensated for both by adjusting the engine speed, in particular the engine speed, and by adjusting the hydraulic pump. This combination allows the motor-pump unit to be made more compact and therefore lighter overall. With multiple control circuits in an aircraft, such as an airplane, the overall weight of the aircraft is significantly reduced.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch diese Kombination sich im Vergleich zum Stand der Technik, die Regeldynamik über den gesamten Durchflussbereich erheblich verbessert. Mit anderen Worten verbessert sich das Ansprechverhalten des hydraulischen Versorgungssystems. Das Versorgungssystem reagiert bei Drehzahländerungen, insbesondere bei Durchflussänderungen nicht so träge wie im Stand der Technik. Durch das verbesserte Ansprechverhalten werden wiederum Druckspitzen verhindert.A further advantage of the invention is that this combination significantly improves the control dynamics over the entire flow range compared to the prior art. In other words, the response of the hydraulic supply system improves. The supply system does not react as sluggishly to changes in speed, especially to changes in flow, as in the prior art. The improved response behavior in turn prevents pressure peaks.
Weiter vorteilhaft an der Erfindung ist, dass durch das Betreiben der Motor-PumpenEinheit mit einer Minimaldrehzahl, die Lebensdauer der mechanischen Komponenten wesentlich verlängert und der Geräuschpegel deutlich reduziert wird.Another advantage of the invention is that by operating the motor-pump unit at a minimum speed, the service life of the mechanical components is significantly extended and the noise level is significantly reduced.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims.
In der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff Volumenstrom, Durchfluss oder Durchflussrate, die Menge, insbesondere das Volumen eines Hydraulikfluides pro Zeiteinheit durch einen definierten Querschnitt oder anders ausgedrückt, die Menge eines Hydraulikfluides, die innerhalb einer bestimmten Zeit eine bestimmte Strecke im hydraulischen Regelkreis zurücklegt verstanden. Hierfür wird die Einheit Liter pro Minute (l/min) definiert.In the present application, the term volume flow, flow rate or flow rate means the quantity, in particular the volume of a hydraulic fluid per unit of time through a defined cross section or, in other words, the quantity of a hydraulic fluid that covers a certain distance in the hydraulic control circuit within a certain time . The unit liters per minute (l/min) is defined for this.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Motor zur Bereitstellung eines sehr geringen oder keines Volumenstroms mit einer Minimaldrehzahl betreibbar. Unter bestimmten Vorrausetzungen kann es erforderlich sein, den Durchfluss komplett ein- oder in sehr geringem Maße bereitzustellen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn sich die Aktuatoren und/oder Steuerelemente in einem energielosen Zustand oder Standby-Modus befinden. Unter einem sehr geringen Volumenstrom wird ein Ruhedurchfluss verstanden. Der Ruhedurchfluss ist ein minimaler Durchfluss, der durch eine Drehzahl unterhalb der Minimaldrehzahl oder durch die Minimaldrehzahl des Motors selbst bereitgestellt wird und entspricht einem Volumenstrom von etwa 1 l/min. Durch den Ruhedurchfluss bildet sich ein Film auf den Laufrädern der Hydraulikpumpe, sodass die Hydraulikpumpe ausreichend mit Feuchtigkeit versorgt, insbesondere geschmiert ist. Durch den Ruhedurchfluss bzw. die Feuchtigkeitsschmierung wird die Lebensdauer der Hydraulikpumpe verlängert.In a preferred embodiment, the motor can be operated at a minimum speed to provide a very low or no volume flow. Under certain conditions it may be necessary to provide the flow completely or to a very small extent. This can be the case, for example, when the actuators and/or control elements are in a de-energized state or standby mode. A very low volume flow is understood to mean a resting flow. The resting flow is a minimum flow that is provided by a speed below the minimum speed or by the minimum speed of the motor itself and corresponds to a volume flow of approximately 1 l/min. The resting flow creates a film on the impellers of the hydraulic pump, so that the hydraulic pump is sufficiently supplied with moisture and, in particular, lubricated. The service life of the hydraulic pump is extended by the quiescent flow or moisture lubrication.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Motor zur Bereitstellung eines sehr hohen Volumenstroms mit einer Maximaldrehzahl betreibbar. Unter bestimmten Vorrausetzungen kann es erforderlich sein, einen sehr großen Durchfluss bereitzustellen. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn sich die Aktuatoren und/oder Steuerelemente in einem aktivierten Zustand befinden und eine bestimmte Funktion ausführen. Unter einem sehr hohen Volumenstrom wird der maximale Volumenstrom verstanden, der durch die Maximaldrehzahl des Motors bereitgestellt wird und einem Volumenstrom von etwa 50 I/min entspricht. Der maximale Volumenstrom kann je nach Ausgestaltung des hydraulischen Versorgungssystems in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform großer oder kleiner als 50 l/min sein.In a further preferred embodiment, the motor can be operated at a maximum speed to provide a very high volume flow. Under certain conditions it may be necessary to provide a very large flow. This can be the case, for example, when the actuators and/or control elements are in an activated state and perform a specific function. A very high volume flow is understood to mean the maximum volume flow that is provided by the maximum speed of the motor and corresponds to a volume flow of approximately 50 I/min. Depending on the design of the hydraulic supply system, the maximum volume flow can be larger or smaller than 50 l/min in a further preferred embodiment.
Der Volumenstrom kann sowohl im Minimalbereich, Maximalbereich als auch dazwischen stufenlos geregelt oder konstant gehalten werden. Mit anderen Worten kann ein sehr geringer, sehr hoher oder beliebiger Volumenstrom stufenlos variabel geregelt oder konstant gehalten werden.The volume flow can be continuously regulated or kept constant in the minimum range, maximum range and in between. In other words, a very low, very high or any volume flow can be continuously variably regulated or kept constant.
Vorzugsweise umfasst der Motor eine Steuervorrichtung zur stufenlosen variablen Änderung oder konstanter Beibehaltung der Motordrehzahl, was auch den Fall einschließt, dass der Motor mit einer solchen Steuervorrichtung verbunden ist. Das Schluckvolumen, der Volumenstrom bzw. Durchfluss und die Motordrehzahl stehen in einer abhängigen Beziehung zueinander. Bei einem konstanten Schluckvolumen der Hydraulikpumpe erfordert ein sehr geringer Volumenstrom eine sehr geringe Motordrehzahl und ein sehr hoher Volumenstrom eine sehr hohe Motordrehzahl. Folglich erfordert ein konstanter Volumenstrom eine konstante Motordrehzahl. Die Steuervorrichtung ermöglicht eine stufenlose variable Änderung oder konstante Beibehaltung der Motordrehzahl unabhängig von der Netzfrequenz des Motors in einem vorher definierten Drehzahlband.Preferably, the engine comprises a control device for continuously variable change or constant maintenance of the engine speed, which also includes the case that the engine is connected to such a control device. The displacement volume, the volume flow or flow and the engine speed are dependent on one another. With a constant displacement volume of the hydraulic pump, a very low volume flow requires a very low engine speed and a very high volume flow requires a very high engine speed. Consequently, a constant volume flow requires a constant engine speed. The control device enables a continuously variable change or constant maintenance of the motor speed regardless of the mains frequency of the motor in a predefined speed band.
Der Motor umfasst vorzugsweise eine Kühlvorrichtung. Dabei kann vorzugsweise das Hydraulikfluid als Kühlmedium zum Kühlen des Motors verwendet werden. Die Kühlvorrichtung kann mit der Steuervorrichtung verbunden sein, sodass Hitzeverluste des Motors in das Hydraulikfluid abgegeben werden können.The engine preferably includes a cooling device. The hydraulic can preferably be used likfluid can be used as a cooling medium to cool the engine. The cooling device may be connected to the control device so that heat losses from the engine can be released into the hydraulic fluid.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Hydraulikpumpe durch eine Schwenkscheibe verstellbar. Durch die Verstellung der Hydraulikpumpe durch die Schwenkscheibe ist es einerseits möglich, den Motor mit einer Minimaldrehzahl zu betreiben und gleichzeitig einen sehr geringen Volumenstrom von etwa 1 l/min bereitzustellen. Andererseits ist es durch die Verstellung der Schwenkscheibe wiederum möglich, den Motor mit einer Maximaldrehzahl zu betreiben und gleichzeitig einen sehr hohen Volumenstrom von 50 l/min bereitzustellen. Durch die Verstellung der Schwenkscheibe ist also das Schluckvolumen der Hydraulikpumpe einstellbar, sodass das Schluckvolumen der Hydraulikpumpe erhöht oder reduziert werden kann. Mit anderen Worten kann durch die Verstellung der Hydraulikpumpe durch die Schwenkscheibe ein Ruhedurchfluss und Maximaldurchfluss oder ein anderer beliebiger variabler Durchfluss bereitgestellt werden.In a further preferred embodiment, the hydraulic pump is adjustable by a swivel plate. By adjusting the hydraulic pump using the swash plate, it is possible to operate the engine at a minimum speed and at the same time to provide a very low volume flow of around 1 l/min. On the other hand, by adjusting the swash plate, it is again possible to operate the motor at maximum speed and at the same time provide a very high volume flow of 50 l/min. By adjusting the swash plate, the displacement volume of the hydraulic pump can be adjusted, so that the displacement volume of the hydraulic pump can be increased or reduced. In other words, a resting flow and maximum flow or any other variable flow can be provided by adjusting the hydraulic pump using the swashplate.
Vorzugsweise ist die Schwenkscheibe in Abhängigkeit oder unabhängig des Systemdrucks schwenkbar. Das Schluckvolumen, der Volumenstrom bzw. der Durchfluss sowie die Richtung des Volumenstroms bzw. Durchflusses, werden durch die Verstellung der Schwenkscheibe, insbesondere durch den Anstellwinkel der Schwenkscheibe geregelt. Der Volumenstrom ist wiederum direkt proportional zum Druck, sodass durch ein Erhöhen des Drucks ein höherer Volumenstrom und durch ein Erniedrigen des Drucks ein reduzierter Volumenstrom bereitgestellt wird, wobei dadurch die Schwenkscheibe in einem eingeschwenkten Zustand ist.Preferably, the swivel plate can be pivoted depending on or independently of the system pressure. The displacement volume, the volume flow or the flow as well as the direction of the volume flow or flow are regulated by the adjustment of the swashplate, in particular by the angle of attack of the swashplate. The volume flow is in turn directly proportional to the pressure, so that increasing the pressure provides a higher volume flow and reducing the pressure provides a reduced volume flow, whereby the swash plate is in a swung-in state.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Reservoir vorgesehen, das mit den Anschlüssen der Hydraulikpumpe verbunden ist. Die Hydraulikpumpe weist wenigstens zwei Anschlüsse auf, die jeweils eine Pumpenleitung umfasst. Mit einer Pumpenleitung ist hierbei gemeint, dass eine Leitung zu oder von der Pumpe führt. Mit anderen Worten umfasst der eine Anschluss der Hydraulikpumpe eine Hydraulikpumpenzuleitung und der andere Anschluss eine Hydraulikpumpenableitung, sodass das Reservoir durch die Hydraulikpumpenzuleitung und/oder die Hydraulikpumpenableitung hydraulisch mit Hydraulikpumpe verbunden ist.In a further preferred embodiment, a reservoir is provided which is connected to the connections of the hydraulic pump. The hydraulic pump has at least two connections, each of which includes a pump line. A pump line means that a line leads to or from the pump. In other words, one connection of the hydraulic pump comprises a hydraulic pump supply line and the other connection includes a hydraulic pump discharge line, so that the reservoir is hydraulically connected to the hydraulic pump through the hydraulic pump supply line and/or the hydraulic pump discharge line.
Vorzugsweise ist der Speicher als Kolbenspeicher, insbesondere als Federspeicher, ausgebildet. Der als Kolbenspeicher, insbesondere als Federspeicher ausgebildete Speicher kann einen Füllstandsgeber, insbesondere einen integrierten Level Transducer (LVT) umfassen, der zum Ausgleichen der Temperatur geeignet ist. Des Weiteren ist der Speicher derart ausgebildet, eine Reserve im Falle einer Leckage aufrecht erhalten zu können, wobei er insbesondere das Hydraulikfluid aus dem Reservoir zu- und ableitet.The accumulator is preferably designed as a piston accumulator, in particular as a spring accumulator. The memory designed as a piston accumulator, in particular as a spring accumulator, can include a level sensor, in particular an integrated level transducer (LVT), which is suitable for compensating the temperature. Furthermore, the memory is designed in such a way that it can maintain a reserve in the event of a leak, in particular supplying and draining the hydraulic fluid from the reservoir.
An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „ein“ und „eine“ nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente.At this point it should be noted that the terms “a” and “an” do not necessarily refer to exactly one of the elements, although this is a possible embodiment, but can also refer to a plurality of the elements. Likewise, the use of the plural also includes the presence of the element in question in the singular and, conversely, the singular also includes several of the elements in question.
Weiterhin können alle hierin beschriebenen Merkmale der Erfindung beliebig miteinander kombiniert oder voneinander isoliert beansprucht werden.Furthermore, all of the features of the invention described herein can be combined with one another as desired or claimed in isolation from one another.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.Further details and advantages of the invention are explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the drawing.
Dabei zeigt
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1 : eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Regelkreises mit einem variabel verstellbaren Motor und einer variaben verstellbaren Hydraulikpumpe.
-
1 : a schematic representation of the control circuit according to the invention with a variably adjustable motor and a variably adjustable hydraulic pump.
Die Hydraulikpumpe 10 weist eine Hydraulikpumpenzuleitung 10z und eine Hydraulikpumpenableitung 10a auf. Die Hydraulikpumpe 10 ist durch die Hydraulikpumpenableitung 10a mit dem Speicher 40 und dem Hydraulikverbraucher 50 hydraulisch verbunden. Die Hydraulikpumpe 10 ist ferner durch die Hydraulikpumpenableitung 10a und durch die Hydraulikpumpenzuleitung 10z mit dem Reservoir 30 hydraulisch verbunden. Das Hydraulikfluid durchströmt den Hydraulikverbraucher 50 über die Hydraulikpumpenableitung 10a und strömt durch das Reservoir 30 über die Hydraulikpumpenzuleitung 10z zur Hydraulikpumpe 10 zurück.The
Es ist denkbar, dass in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zwischen der Hydraulikpumpe 10 und dem Reservoir 30 ein Anschluss eines Sicherheitsventils vorgesehen ist. Es ist denkbar, dass in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Einrichtung zum Messen des Ausgangsdrucks direkt im Bereich des Hydraulikpumpenausgangs vorgesehen ist. Es ist denkbar, dass in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Hydraulikpumpenausgang und der Hydraulikpumpeneingang durch ein Druckbegrenzungsventil bzw. ein Sicherheitsventil verbunden sind. Es ist denkbar, dass in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zwischen der Hydraulikpumpe 10 und dem Hydraulikverbrauch 50 ein oder mehrere Filter und/oder Auslassrückschlagventil vorgesehen ist. Es ist denkbar, dass in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Speicher 40 zwischen dem Auslassrückschlagventil und dem Hydraulikverbraucher 50 durch eine entsprechende Leitung verbunden ist.It is conceivable that in a further preferred embodiment a connection of a safety valve is provided between the
Der Motor 20 ist vorzugsweise als ein Permanentmagnetsynchronmotor ausgebildet und treibt die Hydraulikpumpe 10 an. Der Motor 20 wird über eine Steuervorrichtung geregelt, welche die Drehgeschwindigkeit, insbesondere die Drehzahl des Motors 20 auf Grundlage eines von einem Sensor erfassten Ausgangsdrucks der Hydraulikpumpe 10 erhöht, reduziert oder konstant hält, wobei die Erhöhung bzw. Reduzierung der Motordrehzahl insbesondere stufenlos erfolgt. Die Steuervorrichtung kann über eine VDC-Sammelschiene mit elektrischer Energie versorgbar und des Weiteren dazu eingerichtet sein, die Hydraulikpumpe 10 an und aus zu schalten, Hochfahrtests durchzuführen, das Überhitzen der Hydraulikpumpe 10 zu überwachen und Fehlermeldungen zu erstellen.The
Die Steuervorrichtung kann in einem Heizmodus betrieben werden, um beim Starten der Hydraulikpumpe 10 bei einer niedrigen Temperatur des Hydraulikfluides, insbesondere unter -20 Grad Celsius, die dabei auftretenden hohen Motorbelastungen zu vermeiden. So kann beispielsweise die Steuervorrichtung die Drehzahl des Motors 20 bei einem konstanten Wert halten, bis die Temperatur des Hydraulikfluides sich erhöht und beispielsweise einen Wert von 0 Grad Celsius erreicht.The control device can be operated in a heating mode in order to avoid the high engine loads that occur when starting the
Der Motor 20 weist eine Kühlvorrichtung auf, die das Hydraulikfluid als Kühlmedium zum Kühlen des Motors 20 verwenden kann. Die Kühlvorrichtung kann mit der Steuervorrichtung verbunden sein, sodass Hitzeverluste des Motors 20 in das Hydraulikfluid abgegeben werden können.The
Der Motor 20 kann über eine BUS-Versorgung (Aircraft BUS Supply) an weitere Systeme wie beispielsweise den Bordcomputer eines Fluggerätes angeschlossen sein. The
Der Gehäuseauslass bzw. der Gehäuseabfluss aus dem Motor 20 kann durch einen Gehäuseauslassfilter (CD-Filter) geführt werden, der das System vor Verschmutzungen der Hydraulikpumpe schützt. Die Temperatur des Hydraulikfluides kann in einem Bereich vor dem CD-Filter gemessen werden.The housing outlet or the housing drain from the
Im Stand der Technik wird der Motor mit einer konstanten Drehzahl abhängig von der Netzfrequenz betrieben. Das bedeutet, der Motor kann lediglich netzfrequenzabhängige Drehzahlen aufweisen und stufenweise geregelt werden, wobei die Drehzahlstufen sehr hoch sind. Beispielsweise weist der Motor im Stand der Technik mit einer Polpaarzahl von 3 bei einer Netzfrequenz von 400 Hz eine Drehzahl von 8000 rpm auf. In einer anderen Drehzahlstufe bzw. Netzfrequenz weist der Motor eine andere von der Netzfrequenzabhängige Drehzahl auf. Dies hat zur Folge, dass der maximale Durchfluss bei niedrigen Drehzahlen des Motors reduziert wird.In the prior art, the motor is operated at a constant speed depending on the mains frequency. This means that the motor can only have speeds that are dependent on the mains frequency and can be regulated in stages, with the speed levels being very high. For example, the motor in the prior art with a number of pole pairs of 3 has a speed of 8000 rpm at a mains frequency of 400 Hz. In a different speed level or network frequency, the motor has a different speed that is dependent on the network frequency. This results in the maximum flow being reduced at low engine speeds.
Im Vergleich zum Stand der Technik, kann die Drehzahl des Motors 20 in einem vorgegebenen Drehzahlband stufenlos durch die Steuervorrichtung geregelt oder konstant gehalten werden. Die stufenlose variable Regelung bzw. konstante Beibehaltung der Motordrehzahl erfolgt unabhängig von der Netzfrequenz des Motors 20.In comparison to the prior art, the speed of the
Der Speicher 40 ist ein Druckspeicher bzw. Druckbehälter. Der Speicher 40 kann vorzugsweise als Kolbenspeicher, insbesondere vorzugsweise als Federspeicher, ausgebildet sein. Der Speicher 40 ermöglicht den von der Hydraulikpumpe 10 erzeugten Druck aufrechtzuerhalten sowie die dadurch erzeugte Energie zu speichern und bei Bedarf wieder in den Regelkreis freizugeben.The
Im Falle der Ausgestaltungform des Speichers 40 als Kolbenspeicher wird das Hydraulikfluid durch die Hydraulikpumpe 10 in den Speicher 40 gepumpt, wo es unter Gasdruck gespeichert wird, wobei ein im Speicher 40 vorhandenes Gas und das gepumpte Hydraulikfluid durch einen Kolben voneinander getrennt werden. Bei einem Druckanstieg im Regelkreis sammelt sich im Speicher 40 das Hydraulikfluid, wobei der Kolben verschoben wird und dadurch das im Speicher 40 vorhandene Gas komprimiert. Sinkt der Druck, dehnt sich das verdichtete Gas wieder aus und verdrängt dadurch das gespeicherte Hydraulikfluid aus dem Speicher 40 wieder in den Hydraulik-Kreislauf zurück.In the case of the embodiment of the
Im Falle der Ausgestaltungform des Speichers 40 als Federspeicher wird eine Feder zur Druckbelastung benutzt, wobei die Freigabe des Hydraulikfluides wieder in den Regelkreis von der Härte der Feder abhängig ist. Diese Ausgestaltungsform eignet sich besonders gut für sehr kleine Speicher. Des Weiteren ermöglicht der Speicher 40 Druckspitzen zu reduzierenIn the case of the embodiment of the
Der Hydraulikverbraucher 50 ist repräsentativ dargestellt und kann insbesondere die Primärflugsteuerungen (Primary-Flight-Controls) wie beispielsweise das Höhen-, Seiten- und Querruder und/oder Auftriebskontrolleinrichtungen wie beispielsweise Spoiler und Groundspoiler umfassen. Der Hydraulikverbraucher 50 kann das Bug- und Hauptfahrwerk einschließlich den Landeklappenaktuatoren, das High-Lift-System für Flaps und Slats, die Lade- und Passagiertüren, die normalen Bremsen sowie die Notfallbremsen, die Lenkungen, Steuerungen sowie die Schubumkehr und/oder ähnliches umfassen.The
Durch die stufenlose Anpassung der Motorgeschwindigkeit, insbesondere der Motordrehzahl des Motors 20 unabhängig von der Netzfrequenz und die Verstellung einer hier nicht dargestellten Schwenkscheibe der Hydraulikpumpe 10, die nur dann verstellt wird, wenn der Durchfluss des Hydraulikverbrauchers 50 unterhalb einer Minimaldrehzahl äquivalenten Durchflusses liegt, wird das Hydraulikfluid mit einem variablen Volumenstrom oder konstantem Druckniveau bereitgestellt.Through the continuous adjustment of the engine speed, in particular the engine speed of the
Konkret wird die Drehzahl des Motors 20 von einem Regelkreis kontrolliert, wobei die Minimaldrehzahl des Motors 20 derart ausgewählt ist, dass die Hydraulikpumpe 10 in einem stabilen Betriebspunkt arbeitet. Die hier nicht dargestellte Schwenkscheibe schwenkt ab einem bestimmten Druck ein, bis sie keinen Durchfluss mehr bereitstellt. Die Motordrehzahl wird erhöht, sobald der Hydraulikverbraucher 50 einen höheren Durchfluss als den Hydraulikpumpenabfluss erfordert. Im Falle, dass der Hydraulikverbraucher 50 eine geringere Drehzahl als die Minimaldrehzahl erfordert, wird der Durchfluss durch die Verstellung der Schwenkscheibe sichergestellt. Mit anderen Worten sinkt der Druck am Hydraulikpumpenausgang, wenn der Hydraulikverbraucher 50 einen Durchfluss benötigt. Dieser Druckabfall am Hydraulikpumpenausgang wird von der Steuervorrichtung, insbesondere einem externen Druckregelkreis erkannt, sodass eine äquivalente Drehzahl bereitstellt wird, um den Druck konstant zu halten. Sobald der Durchfluss unterhalb des minimalen Hydraulikpumpenauslasses liegt, fängt der Druck am Hydraulikpumpenausgang an zu steigen und schwenkt die Schwenkscheibe wieder zurück. Währenddessen stellt der Druckregelkreis eine Minimaldrehzahl ein, da der geforderte Druck unterhalb des tatsächlichen Drucks liegt.Specifically, the speed of the
Um zu verhindern, dass die beiden Regelkreise nicht konkurrieren, muss der Regelpunkt des Druckregelkreises unterhalb des minimalen Setzpunktes der Schwenkscheibe liegen. Mit anderen Worten liegt die Regelpunktvorgabe des Druckkontrollkreises unterhalb des Setzpunktes der Schwenkscheibe. Beispielsweise beginnt die Schwenkscheibe bei einem Systemdruck von ca. 200 bar einzuschwenken, bis der Systemdruck auf 210 bar ansteigt. Bei diesem Druck ist die Schwenkscheibe fast voll eingeschwenkt. Dies wird über einen Zylinder und einer Feder, die mechanisch mit der Schwenkscheibe verbunden sind, sichergestellt.To prevent the two control loops from competing, the control point of the pressure control loop must be below the minimum setting point of the swashplate. In other words, the control point specification of the pressure control circuit is below the setting point of the swash plate. For example, the swash plate begins to swing in at a system pressure of approx. 200 bar until the system pressure rises to 210 bar. At this pressure the swash plate is almost fully swiveled in. This is ensured via a cylinder and a spring that are mechanically connected to the swash plate.
Konkret wird der Regeldruck bei z.B. 195 bar gewählt. Wenn der Durchfluss der Hydraulikpumpe 10, den Durchfluss des Hydraulikverbrauchers 50 übersteigt, steigt der Druck an einer Messstelle des Druckregelkreises und auch an einem Stellmechanismus der Schwenkscheibe an. Der Druckregelkreis erkennt einen Ist-Wert, der oberhalb seines Soll-Wertes liegt, sodass dadurch die Minimaldrehzahl bereitgestellt wird. Diese bleibt solange erhalten, bis der Durchfluss des Hydraulikverbrauchers 50 höher ist als der maximale Durchfluss bei minimaler Drehzahl. Mit anderen Worten solange der Durchfluss des Hydraulikverbrauchers 50 unterhalb des Hydraulikpumpenauslasses, äquivalent zur Minimaldrehzahl, liegt, dreht sich der Motor 20 mit einer konstanten Geschwindigkeit und die Schwenkscheibe der Hydraulikpumpe gleicht die Änderungen des Durchflusses aus.Specifically, the control pressure is selected at 195 bar, for example. If the flow of the
Unter einer voll ausgeschwenkten Schwenkscheibe wird eine relative Schwenkung von 0% verstanden, wobei die Schwenkscheibe in diesem Zustand in einem Drehzahlbereich, der kritisch für die Lebensdauer der Hydraulikpumpe 10 bzw. des Motors 20 ist arbeitet.A fully swiveled swivel disk is understood to mean a relative swivel of 0%, with the swivel disk in this state operating in a speed range that is critical for the service life of the
Unter einer voll eingeschwenkten Schwenkscheibe wird eine relative Schwenkung von 100% verstanden, wobei sich die Schwenkscheibe in diesem Zustand negativ auf den Wirkungsgrad der Hydraulikpumpe 10 auswirkt. Generell gilt, je weiter die Schwenkscheibe eingeschwenkt ist, desto mehr nimmt der Wirkungsgrad der Hydraulikpumpe 10 ab.A fully swiveled swivel disk is understood to mean a relative swivel of 100%, with the swivel disk in this state having a negative effect on the efficiency of the
Die erfindungsmäßige Schwenkscheibe ist fast voll eingeschwenkt und weist hierbei vorzugsweise eine relative Schwenkung von 92 % auf, wobei für die Bereitstellung eines sehr geringen Volumenstroms der Motor 20 eine Drehzahl zwischen vorzugsweise 1000 rpm und 2500 rpm und für die Bereitstellung eines sehr hohen Volumenstroms der Motor 20 eine Drehzahl von vorzugsweise 10000 rpm aufweist. Dabei entspricht bei der Bereitstellung eines sehr hohen Volumenstroms der Systemdruck 210 bar.The swivel disk according to the invention is almost fully swiveled in and preferably has a relative swivel of 92%, with the
Im Vergleich zur Erfindung ist im Stand der Technik für die Bereitstellung eines sehr geringen Volumenstroms eine Motordrehzahl von 8000 rpm erforderlich, sodass diese hohe Motordrehzahl zu einer verkürzten Lebensdauer der Hydraulikpumpe bzw. des Motors und einem erhöhten Geräuschpegel führt.In comparison to the invention, in the prior art an engine speed of 8000 rpm is required to provide a very low volume flow, so that this high engine speed leads to a shortened service life of the hydraulic pump or the motor and an increased noise level.
Durch die erfindungsgemäße Kombination der variablen Verstellung der Motordrehzahl und der Hydraulikpumpe werden also genau diese Probleme beseitigt. Des Weiteren ist hierdurch eine konstante Druckregelung für alle Regelbereiche möglich. Ferner werden die Regeldynamik deutlich verbessert und Druckspitzen verhindert.The combination according to the invention of the variable adjustment of the engine speed and the hydraulic pump eliminates exactly these problems. Furthermore, this makes constant pressure control possible for all control ranges. Furthermore, the control dynamics are significantly improved and pressure peaks are prevented.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1010
- Hydraulikpumpehydraulic pump
- 10a10a
- HydraulikpumpenableitungHydraulic pump derivation
- 10z10z
- HydraulikpumpenzuleitungHydraulic pump supply line
- 2020
- Motorengine
- 3030
- Reservoirreservoir
- 4040
- SpeicherStorage
- 5050
- HydraulikversorgerHydraulic supplier
Claims (10)
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DE102022117155.8A DE102022117155A1 (en) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | Hydraulic supply system and aircraft with such a hydraulic supply system |
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---|---|
DE (1) | DE102022117155A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2113666B1 (en) | 2008-04-28 | 2019-11-27 | Nabtesco Corporation | Hydraulic fluid supply device and electrical actuator |
WO2021089917A1 (en) | 2019-11-04 | 2021-05-14 | Norrhydro Oy | Electro-hydraulic actuator |
-
2022
- 2022-07-11 DE DE102022117155.8A patent/DE102022117155A1/en active Pending
Patent Citations (2)
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EP2113666B1 (en) | 2008-04-28 | 2019-11-27 | Nabtesco Corporation | Hydraulic fluid supply device and electrical actuator |
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