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Elektrohydraulischer Stellantrieb mit Rückführung Die Erfindung betrifft
einen elektrohydraulischen Stellantrieb mit einem als elektrohydraulischer Signalwandler
dienenden Servoventil, einem davon angesteuerten Steuerschieber und einem Arbeitskolben,
sowie mit einer Rückführung der Arbeitakolbenstellung zum Servoventil.
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Derartige Stellantriebe dienen ganz allgemein dazu, Signalimpulse
von geringer Energie in große Stellkräfte zu vprwandeln. Die Rückführung erlaubt
einen Vergleich zwischen der durch das elektrische Ein,-angssignal, gegebenen Soll-Lage
sowie der tatsächlichen Ist-Lage des Arbeitskolbens.sowie eine Aufhebung des Eingangssignals
bei Ubereinstimmung von Soll- und Ist-Lage, Servoventile für Stellantriebe der eingangs
genannten Art sind in der Regel als Strahlrohrventile oder als Strahlklappenventile
aufgebaut. Bei beiden Bauarten wird das elektrische Eingan.-asignal in einem Torquemotor
in ein mechanisches Moment umgewandeltg durch welches die Deaufschlagungsrichtung
für den Steuerschieber gesteuert wird.
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Als Rückführun,-en sind bereits mechanische und elektrische
Systeme bekannt' Bei den elektrischen Systemen wird die Arbeitskolbenatellung-in
elektrische Rückführungssignale umZ,#ewandelt, welche mit den elektrischen Eingangssignalen
des Servoventils verglichen werden. Bei den mechanischen Rückführungssystemen wird
im Prinzip stets die Arbeitokolbenotellung- über Gestänge oder ähnliches auf den
b(,#w(-i,"lielien Teil des Torquemotors bzw. die damit verbundenen Steuerdeu
'#ervov(,#ntils übertragen. La werden also in diesem Fall zwei i--i(,-oli"tniacho
Nomunte miteinander verglichen.
Der Vorteil mechanischer Rückführungssysteme
gegenüber elektrischen istg daß keine eigene Stromvereorgung mit den dazugehörigen
Demodulatoren usw. erforderlich aindj und daß die Eigenzuverlässigkeit eines mechanischen
Systeme größer als die einen elektrischen Systeme ist, so daß auch beispielsweise
bei redundanten Stellantrieben ein Teil der Rückführungsstrecke nur einfach ausgefUhrt
zu werden braucht, ohne die Zuverlässigkeit des gesamten Stellantrieben zu vermindern.
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Als Nachteil rein mechanischer Rüokführungen wird jedoch angeneheng
daß ihr Auflösungsvermögen wegen der Elastizität den Systeme sowie wegen
des unvermeidlichen Spiele erheblich schlechter ist als das von elektrischen Systemeng,
weil die mechanische Übertragung der Stellkolbenbewegung zum Servoventil konstruktiv
schwieriger ist und vor allem bei einem geknickten Übertragungeweg zahlreiche Umlenkungshebel
benötigt.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindungg einen elektrohydraulischen
Stellantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher ohne Verwendung einer
elektrischen Rückführung ein hohea'Auflösungsvermögen, eine hohe Zuverlässigkeit
sowie einen geringen konstruktiven Aufwand besitzt.
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Diese Aufgabe ißt erfindungegemäß gelöst durch eine hydronochanische
RückführuiiL-9 bestehend aus einem-vom Arbeitskolben gesteuerten Druckgeber sowie
ein über Verbindunaaleitungen damit verbundenes Deformationemanometerg welchen mechanisch
mit den Steuerelementen des Servomotors verbunden ist, Die Genauigkeit von modernen
hydraulluchen Geräten ist bei vergleichbarem Fertigungeaufwand erheblich höher als
die einer mechanischen Übertragungaeinriohtun,#.,9 vor allem dann, wann der Übertragungsweg
nicht
geradlinigg sondern mehrfach geknickt ist, Der vom Druckgeber ausgehende hydraulische
Druckg welcher die Jeweilige Arbeitskolbenstellung repräsentiert, wird über die
Verbindungeleitungen auf das Deformationsmanometer übertrageng welches sich unter
der Wirkung der verschiedenen Drücke verschieden stark ausdehnt. Diese Ausdehnungskraft
stellt das mechanische Rückführungesignal darg welches mit dem mechanischen, im
Servoventil erzeugten Steuermoment verglichen werden kann.
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Nach einem Merkmal der Erfindung ist das Deformationemanometer durch
ein Rohrfedermanometer gebildet, welchen über eine Rückführfeder mit den Steuerelementen
des Servoyentils verbunden ist. Die Charakteristik von Rohrfedermanometern läßt
sich in besonders günstiger Weine an die Charakteristik bestehender elektrohydraulischer
Servoventile anpassen, In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgeseheng
daß der Druckgeber aus einem mit der Kolbenstange des Arbeitakolbens verbundenen,
in einen Steuerraum ragenden Steuerstift bestehtg und der Steuerraum durch einen
gleitend auf dem Steuerstift angeordneten Steuerring in zwei Druckräume geteilt
ist, deren erster über eine Ver indungsleitung mit dem Rohrfedermanometer und über
eine Blende mit dem Zulauf, deren zweiter mit dem Rücklauf eines Druckmittelsysteme
verbunden ist, wobei der durch eine Spiralfeder einerseits und dem Zulaufdruck der
Druckmittelversorgung andererseits im Gleichgewicht gehaltene Steuerring den Querschnitt
einer Steuerungebohrung regelt, welche durch den Steuerstift verläuft und den ersten
Druckraum mit dem zweiten verbindet. Der Druckgeber kann direkt an das innere Druck-«
mittelversorgungseystem den gesamten Stellantriebes angeschlossen sein$ so daß eine
zusätzliche Versorgunj entfällt.
Durch die diZekte Verbindung
den Steuerstiften mit dem Ärbeitskolben wird eine sehr präzise Drucksteuerung
erzielt. Die Verbindum«eleitungen, vom,ersten Druckraum zum Rohrfedermanometer lassen
sich in einfacher Weise so steif ausführen, daß auf den gesamten Übertiragumgavog
keine Verfälschung den Rückführungesignalen auftritt. Geringe Undichtheiten,
des Rückführungsayoteme haben keinen wesentlichen Einfluß auf seine
Ge-
nauigkeit, da es kein geschlonnenen System darstellt, sondern mit einer
ständigen geringen Durchlaufrate den Druckmittels-arbeitet.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Juntierschraube
vorgesehen# welche sich im Gehäuse den Servoyentils abstUtzt und über eine'
Justierfeder mit den Steuerelementen den Servoventils verbunden ist. Mit Hilfe dieser
Juatierschraube kann die Null-Stellung den Servoventile eingestellt werden, so daß
eventuelle Herstellungs- oder Einbauungenauie keiten den Rückführungonysteme nach
den Einbau ausgeglichen worden können, Ein Ausführungebeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden näher beachrieben.
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#ie Pigur zeigt einen Querschnitt durch einen Stellantrieb mit einer
hydromechanischen Rückführung, Die vonentlichen an sich bekannten Bauteile des Stellantrieben
sind das als elektrohydrauliaoher Sionalvandler dienende Servovontil 19 der
Steuerschieber.2 sowie der Arbeitakolben 3..Das Servorentil 1 besteht aus
einem Torquemotor 49 welcher bei einer anliegenden Signalspannung das Strahlrohr
5 etwa um den Punkt 6 dreht. Dadurch wird die Kändung den Strahlrohren
5 zur Seite abgelenkt, no daß die beiden Stellkolben 7, 8 den Steuerechiebern
2 ungleich beaufaohlagt vorden. Der Steuerschieber wird dadurch zur Seite aungelenkt.
Er gibt
damit den Veg des Drucköles zu einer der Kolbenkammern des
Arbeitskolbens 3 frei und öffnet gleichzeitig den Weg von der anderen Kolbenkammer
zum Rücklauf.
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Die Kolbenstange 9 des Arbeitskolbens weist an seinem in der
Figur rechten Ende ein Auge zum Anschluß an das zu verstellende Teil, beispielsweise
die Steuerfläche eines Flugzeuges, auf. Das linke Ende der Kolbenstange ist als
Steuerstift 10 ausgebildet. Es ragt in einen geschlossenen Steuerraum
11, welcher durch den verschiebbar gelagerten Steuerring 12 in einen ersten Druckraum
13 sowie einen zweiten Druckraum 14 geteilt wird. Der erste Druckraum
13 ist über eine Blende 15
an den Zulauf des inneren hydraulischen
Versorgungskreises angeschlossen, w4hrend der zweite Druckraum 14 über die Leitung
16 eine Verbindung zum Rücklauf des Versorgungssystemes aufweist. Der Steuerstift
ist mit einer Steuerungebohrung 17 versehen, welcher den Druckraum
13
mit dem Druckraum 14 verbindet. Der Steuerring 12 wird einerseits durch
den Rücklaufdruck der Druckkammer 14 sowie die Kraft einer Feder 189
andererseits
durch den Druck in der Druckkammer 13 im Gleichgewicht gehalten. Die Feder
18 ist so ausgelegt, daß der Steuerring stets die Steuerungsbohrung
17 etwa zur Hälfte abdeckt. Über eine Leitung 19 ist der Driiekraum
13 mit dem Rohrfedermanometer verbunden. Das freie Ende den Rohrfedermanometern
ist seinerseits über eine Rückführfeder 21 mit dem oberen Vnde des Strahlrohren
5 verbunden. Die Justierschraube 22 sowie die Justierfeder 23 dienen
zur Einntellung des Null-Punktes des Itrahlrohren, d.h. bei spannungsloaem elektrischen
Signaleingang muß das "jtrahlrohr eine exakte Mittellage einnehmen.
Die
Funktion des Stellantrieben ist folgendes Wird beispielsweise durch ein über den
elektrischen Signaleingang 24 eingegebenes Steuerkommando die Mündung
des Strahlrohres 5 nach linke ausgelenkt, so bewegt sich als Folge
davon der Steuerschieber 2 nach rechts, bis er eine durch die Auslegung der Mitnehmerfeder
25 bestimmbare Gleichgewichtslage einnimmt. Der Arbeitekolben 3 bewegt
sich ebenfalle nach rechte, wobei er den Steuerstifi 10 mitnimmt. Die Steuerungebohrung
17 wird dadurch für einen Augenblick ganz freigegeben, so daß der Druck im
Druckraum 13 absinkt, bis der Steuerring 12 wieder seine Gleichgewichtelage
einnimmt. Der abnehmende Druck im Steuerraum 13
wird über die Verbindungeleitung,19
auf das Rohrfedermanometer 20 übertragen, welches unter der Wirkung seiner Vorspannung
seinen Krümmungsradius verkleinert. Über die Rückführfeder 21 wird diese Bewegung
das
Rohrfedermanometers auf den oberen Teil des Strahlrohren 5 übertragerh
so daß ein dem durch den Torquemotor verursachten Steuermoment entgegengesetztes
Rückführmoment entsteht. Wenn der Arbeitakolben 3 seine Soll-Lage erreicht
hat, dann heben sich das Steuermoment sowie das
Rückführmoment grade
auf, so daß das Strahlrohr sowie der Steuerschieber in ihre Mittell age zurückkehren
und der Arbeitskolben 3 zum Stillstand kommt.
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Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf das in der Zeichnung
dargestellte Ausführungebeispiel. Insbesondere können für den Druckgeber sowie das
Rohrfedermanometer 20 alle anderen technisch äquivalenten Mittel eingesetzt werden.