DE1751809C3 - Anordnung zur elektrohydraulischen Steuerung eines hydraulischen Tandem-Stellmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrohydraulischen Steuerung eines hydraulischen Tandem-Stellmotors, insbesondere für die Verwendung in Luft- und Raumfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Anordnung, welche in der Redundanztechnik als Forcesharing-Anordnung bezeichnet wird, arbeitet in der Weise, daß zunächst alle beiden Versorgungssysteme gleichzeitig und gleichsinnig auf die beiden Arbeitskolben wirken. Bei Auftreten eines Fehlers im Ansteuerungsweg eines Arbeitskolbens wird dessen Druckmittelversorgung abgeschaltet, so daß nur der verbleibende Arbeitskolben in Funktion bleibt. Derartige Anordnungen haben vor den meisten anderen Anordnungen des Standes der Technik den Vorteil, daß kein Schwellenwert für die Fehler besteht, unterhalb dessen die Kontrolle über den Stellantrieb verlorengehen kann, weil dieser bei Auftreten eines Fehlers über den intakten Arbeitskolben stets steuerbar bleibt

Aus der US-PS 33 85 171 ist bereits eine Anordnung der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei der der gemeinsame Steuerschieber nur durch ein einziges Steuerventil angesteuert wird, während ein zweites Servo-Ventil erst nach Ausfall des Steuerventils die Steuerung des Steuerschiebers übernimmt Dies führt jedoch zu einer Zeitverzögerung in der Ansteuerung des Steuerschiebers, die noch dadurch erhöht wird, daß die Fehlererkennung über mehrere Zwischenglieder erfolgt Wie weiterhin der Druckschrift zu entnehmen ist, ist es nicht möglich, bei schwerwiegenden Fehlern den Zylinder des Tandem-Stellmotors abzuschalten.

Aus den US-PS 33 91611 und 34 06 719 sind mehrkanalige elektrohydraulische Steuerungen bekanntgeworden, die Monitorventile verwenden und über Komparatoren die Umschaltventile ansteuern. Auch hier mangelt es an der Steuergenauigkeit
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Anordnung zur elektrohydraulischen Steuerung eines hydraulischen Tanden-Steilmotors so zu verbessern, daß sowohl die Fehlererkennung als auch die Ansteuerung des gemeinsamen Steuerschiebers nach dem Auftreten von Fehlern schneller erfolgt und auch bei schwerwiegenden Fehlern die Funktionsfähigkeit der gesamten Steuerung aufrechterhalten wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Dadurch wird eine vollständige hydraulische Trennung

JO der beiden Versorgungssysteme erreicht, wobei durch die Auslegung der Rückführfedern das Verhältnis zwischen der Größe der hydraulischen Ausgangssignale der Servo-Ventile sowie der zugehörigen Steuerschieber-Auslenkung bestimmt wird.

Einstufige Servo-Ventile können sehr einfach und mit einer hohen Eigenzuverlässigkeit gebaut werden. Durch die gemeinsame Beaufschlagung eines Steuerschiebers durch zwei Servo-Ventile werden gesonderte Einrichtungen zum Ausgleich der Null-Punkt-Differenzen überflüssig, da sich diese selbsttätig ausgleichen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Untersnsprüchen niedergelegt und in der Beschreibung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die Zeichnung mit ihrer einzigen Figur stellt dieses

4^r> beschriebene Ausführungsbeispiel dar.

Die dargestellte Stellvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem elektrischen Signaleingangsteil, mehreren als elektrohydraulische Signalwandler dienenden einstufigen elektrohydraulischen Servo-Ventilen, sowie einem Hydraulikaggregat, welches die Komponenten zur Steuerung der Arbeitskolben sowie zur Fehlerentscheidung enthält Der elektrische Signaleingangsteil umfaßt die Steuerleitungen 1, 2, 3, die Summierverstärker 4,5,6, sowie die Signaleingangskanäle 7,107 und 8, 108 zur Ansteuerung der Servo-Ventile 9, 109 und 10, 110, wobei die erstgenannten 9, 109 als aktive Steuer-Ventile den gemeinsamen Steuerschieber 12 ansteuern und die letztgenannten 10, 110 Monitorventile sind, die vom dritten Signaleüngangskanal 8, 108 angesteuert werden. Das Hydraulikaggregat 11 enthält den Steuerschieber 12, die Sensorkolben 13, 113, die Komparatoren 14, 15 und 115, die Umschaltventile 16, 116 sowie die Arbeitskolben 17, 117. Außerdem ist eine elektrische Rückführung vorgesehen, welche die Stel-'iing der Arbeitskolben über einen nicht näher durgestellten Abgriff 18, sowie die Rückführungsleitungen 19, zu den Summierverstärkern 4,5,6 meldet, wo sie in bekannter Weise mit den Signalen der Steuerleitun-

gen 1, 2, 3 gemischt werden. Statt der elektrischen Rückführung kann auch eine beliebige mechanische Rückführung von bekannter Art vorgesehen werden.

Die hydraulischen Komponenten des Aggregates 11 sind als Stellkolben ausgebildet, welche durch beiderleitig wirkende Drücke, bzw. Federkräfte im Gleichgewicht gehalten werden. Ihre Arbeitsweise braucht im einzelnen nicht erläutert zu werden, da sie aus der Zeichnung hervorgeht. Es soll daher nur der funktionel-Ie Zusammenhang dieser Komponenten untereinander erläutert werden. Da der Stellantrieb bezüglich seiner Funktion in zwei völlig symmetrisch zueinander aufgebaute Funktionsgruppen aufgeteilt ist, deren erste dem hydraulischen Versorgungssystem PVRi, und deren zweite dem zweiten Versorgungssystem P2/R2 zugeordnet ist, genügt es ferner, nur eine der beiden Funktionsgruppen zu erläutern, wobei die Bezugszahlen der zweiten Funktionsgruppe jeweils in Klammern angegeben werden.

Das aktive Steuerventil 9 (109) ist an das Versorgungssystem Pi (P2) angeschlossen und versorgt den Steuerungskreis der ersten Stufe 22 (122). Von diesem Steuerungskreis wird der Stellkolben 20, (120), sowie das Kolbenstangenende 21 (121) beaufschlagt, sowie die beiden Seiten des Sensorkolbens 13 (113). Der Steuerschieber 12 ist über eine Rückführfeder 23 (123) mit dem Steuerventil 9 (109) verbunden. Der Steuerschieber weist außerdem das Steuerkolbenpaar 24 (124) auf, mit dem der Steuerungskreis der zweiten Verstärkerstufe 25 (125) geregelt wird. Dieser Steuerungskreis 25 (125) führt über das Umschaltventil 16 (116) zum Arbeitskolben 17 (117). Die Druckausgänge des Monitorventils 10 (110) bilden den Druckindikationskreis 26 (126), mit dem der zugeordnete Komparator 15 (115) sowie der gemeinsame Komparator 14 beaufschlagt wird.

Der erste Schaltdruckkreis 27 (127) wird über eine Blende 28 (128) vom Versorgungssystem Pi (P2) versorgt. Eine Leitung des ersten Schaltdruckkreises führt über das Umschaltventil 16(116) zum Komparator 15 (1115) und weiter zum Komparator 14. Die beiden Komparatoren sind in bezug auf diese Leitung in Reihe geschaltet, d. h. erst bei Auslenkung beider Komparatoren wird der Weg zum Rücklauf geöffnet.

Der zweite Schaltdruckkreis 29 (129), welcher über die Blende 30 (130) gespeist wird, hat eine Verbindung zu einem Fehleranzeigegerät 31 (131), sowie über den Komparator 15(115) zum Rücklauf R 1 (R 2).

Die Funktion des Stellantriebes ist folgende:

Liegt kein Steuersignal und kein Fehlerereignis vor, so sind alle Signaleingangskanäle 7, 8, 107, 108 spannungslos und die angeschlossenen Steuer- bzw. Monitorventile stehen in Nullstellung. Damit nehmen auch der Steuerschieber 12, sowie die Sensorkolben 13 und 113 ihre Mittelstellung ein. Ebenso befinden sich die Komparatoren 14,15(115) im Gleichgewicht, und damit in ihrer Mittelstellung. Die Umschaltventile 16 (116) werden jeweils durch den Druck des ersten Schaltdruckkreises entgegen der Kraft einer Feder 32 (132) in ihre linke Endstellung gedruckt. Sie geben damit den Weg des Steuerungskreises der zweiten Verstärkungsstufe 25 (125) zum Arbeitskolben 17(117) frei.

Wird in die Steuerleitungen 1, 2, 3 ein Steuersignal eingegeben, so werden die Steuerventile 9 (109) ausgelenkt, so daß der Steuerschieber 12 zur Seite verschoben wird und die Arbeitskolben 17 (117) in einem entsprechenden Sinne beaufschlagt werden.

Haben die Arbeitskolben ihre Sollstellung erreicht, so wird über die Rückführung das Steuersignal kompensiert, die Steuerventile 9 (109), sowie der Steuerschieber 12 kehren in ihre Mittellage zurück, und die Bewegung der Arbeitskolben kommt zum Stehen. Der Sensorkolben 13 (113) ist über eine Rückführfeder 33 (133) mit dem Monitorventil 10 verbunden, und derart ausgelegt und geschaltet, daß bei Gleichheit der Signale in den Signaleingangskanälen 7, 8 (107, 108) das Moment des Torque-Motors des Monitorventils durch die Kraft des Sensorkolbens aufgehoben wird. Treten Differenzen zwischen dem Steuerventil und dem Monitorventil auf, so lenkt das Monitorventil aus und erzeugt im Druckindikationskreis eine Druckdifferenz.

Die Druckausgänge der beiden Monitorventile 10 (110) beaufschlagen kreuzweise den Komparator 14. Tritt nun ein Fehler in der Steuerleitung 1 bzw. den Signaleingangskanälen 8 und 108 auf, so erzeugen beide Monitorventile die gleiche Druckdifferenz, und der Komparator 14 bleibt in Null-Siellung. Die Komparatoren 15 und 115 lenken aus und zeigen das Fehlerereignis über das Zusammenbrechen der von den Blenden 30 und 130 gespeisten Schaltdruckkreise 29 und 129 an.

Tritt dagegen ein Fehler in einem der beiden Signaleingangskanäle 7 (107) oder in einem der vier Servoventile 9 (109) 10 (110) auf, so lenken der Komparator 14 und jeweils einer der Komparatoren 15 oder 115 aus. Werden beispielsweise die Komparatoren 14 und 15 ausgelenkt, so bricht der über die Blende 28 gespeiste Schaltdruck durch Öffnung zum Rücklauf R 1 zusammen, das Umschaltventil 26 sperrt das Versorgungssystem, in dem der Fehler aufgetreten ist, und schaltet die zugehörigen Kolbenkammern des Arbeitskolbens 17 über die Kurzschlußleitung 34 auf by-paß. Der Kurzschlußleitung 34 entspricht die Kurzschlußleitung 134 des Umschaltventils 116. Außerdem wird durch das Umschaltventil 16 die zweite Leitung des Schaltdruckkreises 27 zum Rücklauf geöffnet, so daß dieser Schaltvorgang irreversibel ist. Der Druck der vom Versorgungssystem Pl versorgten anderen hydraulischen Kreise wird über die Servoventile abgebaut, und das Fehlerereignis über das Fehleranzeigegerät 35 angezeigt. Das Fehleranzeigegerät 135 zeigt den Zusammenbruch des Druckes für die vom zweiten Versorgungssystem P2 versorgten hydraulischen Kreise an.

Tritt als Fehlerereignis ein Druckabfall in einem der Versorgungssysteme Pi, P2 auf, so schaltet das zugehörige Umschaltventil 16 (116) das Versorgungssystem unterhalb eines mit der Feder 32 (132) einstellbaren Druckes ab.

Zum Einstellen des Stellantriebes kann mittels der Solenoid-Ventile 36 (136) der Rücklauf des ersten Schaltdruckkreises 27 (127) vorübergehend geschlossen werden, so daß sich in der Stellkammer des Umschaltventils 16 (116) ein Druck aufbauen kann und dieser in seine linke Endlage, d. h. also in eine funktionsfähige Stellung gelangt.

Eine Zentrierkupplung 37 von bekannter Bauart sorgt für eine Zentrierung der Arbeitskolben bei Ausfall des gesamten Stellantriebes.

Treten zwei aktive Fehler, beispielsweise zwei vorzeichengleiche hardover-Signale, in beliebiger zeitlicher Aufeinanderfolge auf, so werden die fehlerhaften Systeme ohne jede Einschränkung durch die Hydrologik nacheinander abgeschaltet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur elektrohydraulischen Steuerung eines hydraulischen Tandem-Stellmotors, insbesondere zur Verwendung in Luft- und Raumfahrzeugen, mit drei elektrischen Signaleingangskanälen und mehreren, als Signalwandler dienenden einstufigen elektrohydraulischen Servoventilen, mit zwei getrennten, gleichzeitig auf je einen Arbeitskolben des Tandem-Stellmotors über einen gemeinsamen Steuerschieber wirkenden Versorgungskreisen sowie mit einem hydrologischen System zur Fehlerüberwachung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei an je einen Signaleingangskanal (7, 107) angeschlossene und als aktive Steuerventile (9, 109) dienende Servoventil den gemeinsamen Steuerschieber (12) ansteuern, und der dritte Signaleingangskanal (8,108) zwei weitere, als Monitorventile (10, 110) dienende Servoventile ansteuert, deren Druckausgänge auf Steuerflächen je eines zugeordneten hydraulischen (Comparators (15, 115) sowie auf Steuerflächen eines beiden Monitorventilen gemeinsamen Komparators (14) wirken, und daß die Sleuerorgane der Monitorventile (10, 110) über Rückführfedern (33, 133) jeweils mit einem hydraulisch betätigten Sensorkolben (13, 113) verbunden sind, dessen Steuerflächen mit dem auch auf den gemeinsamen Steuerschieber (12) wirkenden Steuerdruck des jeweils zugeordneten Steuerventils (9, 109) beaufschlagt werden, und daß jeder Komparator (15, 115) mit dem gemeinsamen Komparator (14) so in Reihe geschaltet ist, daß bei gleichzeitiger Auslenkung eines der Komparatoren und des gemeinsamen Komparators ein den zugeordneten Zylinder des Tandem-Stellmotors abschaltendes und dessen Arbeitskammern kurzschließendes Umschaltventil (16, 116) von einem Druck des entsprechenden Versorgungssystems betätigt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Komparatoren (15,115) Fehleranzeigegeräte (31, 131) zugeordnet sind.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Umschaltventilen (16, 116) Fehleranzeigegeräte (35, 135) zugeordnet sind.