DE1932066B2 - Anordnung zur ueberwachung und anpassung von mehreren auf einen gemeinsamen ausgang wirkenden elektrohydraulischen stellantrieben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwa chung und Anpassung von mehreren auf einei gemeinsamen Ausgang wirkenden elektrohydraulischer Stellantrieben mit durch Servoventil gesteuerten unc durch HilfsSteuervorrichtungen überwachten Arbeiis zylindern, deren Kolben tesi miteinander verbündet

Zur Steuerung von beweglichen Objekten, insbeson dere von modernen Hochleistungsflugzeugen, werder Stellantriebe mit großer Stellgenauigkeit benötigt Hierfür sind Ausführungsformen einfacher und mehrfa ehe/ hydraulischer Stellantriebe bekannt, bei dener durch Servoventil angesteuerte Arbeitszylinder aui einen gemeinsamen Ausgang wirken. Die Mehrfachen triebe bilden hierbei eine Kombination aus mindestens zwei Einfachantrieben, deren Ausgänge über mechanische Kupplungen mit dem gemeinsamen Ausgang verbunden sind.

Die Überwachung der Stellgenauigkeit jedes Einfachantriebes kann aurch ein nachgebildetes Vergleichsmodell oder durch eine lastunabhängige elektrische oder hydraulische Vergleichseinrichtung erfolgen. Hiermit lassen sich aber den Stellmotor beeinflussende Großen nicht vollständig nachbilden. Es muß daher für die Fehlererkennung und -abschaltung eine relativ große Abweichung als Erlennungsmarke gewählt und zur Auslösung einer Abschaltung überschritten werden, so daß ein großer Fehlerweg am Stellmotorausgang nicht zu vermeiden ist. Darüber hinaus oleibt der Abschältschwellwert für jeden Einfachantrieb eines Mehrfachantriebes gleich groß. Weiterhin kann bei diesen Mehrfachgeräten durch die Bautoleranzen der einzelnen Servoventil, insbesondere bei elektrischer Ansteuerung durch Signalunterschiede im Zusammenhang mit der mechanischen Kupplung, unter Umständen ein Gegeneinanderv irken der einzelnen Arbeitszylinder entstehen. Dadurch wird aber die Stellgenauigkeii des Gesamtantriebes weiter verschlechtert, die durch eine hohe Verstärkung des Rückführsignals nicht wieder verbessert werden kann, weil der Antrieb sonst instabil wird.

Bei einer aus der FR-PS 14 15 891 bekannten Ausführung wirken die Ausgänge zweier Einzelantriebe auf einen gemeinsamen Waagebalken, der die Stellbewegung abgibt. Fehler werden durch Wegevergleich mit einer elektrischen oder hydraulischen Vergleichseinrichtung festgestellt so daß ein fehlerhafter Kanal abgeschaltet werden kann. Nach dem Abschalten eines fehlerhaften Einzelantriebes wird der Waagebalken eingerastet, damit der verbleibende Einzelantrieb weiterarbeiten kann. Dies erfordert aber zusätzliche Schaltvorgänge und einen erheblichen technischen Aufwand, was dazu geführt hat, daß derartige Stellantriebe bisher nicht zum Einsaiz gekommen sind.

Ein weiteres Servosteuersystem, das aus der DT-OS 14 26 497 bekannt ist, arbeitet mit zwei Stellzylindern, und zwar mi» einem sogenannten Hauptsteuerkanal und einem in Wartestellung stehenden Reservesteuerkanal. Im Normalfall, d. h. bei Störungsfreiheit, übernimmt der Hauptsteuerkanal den Antrieb, während bei einer Störung der Antrieb auf den Reservesteuerkanal übergeht. Bei diesem Servosteuersystem findet kein Ausgleich von Abweichungen, sondern lediglich eine Umschaltung bei jedem identifizierten Fehler statt, so daß die Sicherheit dieses Servosystems als unbefriedigend angesehen wird.

Es sind weiterhin Triplex-Stellmotore bekannt, bei denen zur Überwachung die drei Lastdrücke auf einen

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Waagebalken wirken, aer Ungenauigkeiten und Fehler lusgleicht Der Waagebalken gerät jedoch aus dem Gleichgewicht, wenn einer der auf ihm stehenden Lastdrücke ausfällt Daher müßte der Waagebalken zur Erhaitung seiner Funktionsfähigkeit stabilisiert werden; was aber den Ausgleich unterschiedlicher Lasten nicht mehr gestatten würde. _ ______ ___^ _____

Aus der ÜS-PS 34 38 306 ist ein weiteres Servosteuersystem mit parallel wirkenden Einzeh»ntrieben bekannt, das bei auftretenden Fehlern in gewissem Umfang in der Lage ist, den auftretenden Abweichungen sntgegenzuwirken. Voraussetzung für ein derartiges Entgegenwirken ist eine im Ausgang jedes Einzelantriebes eingebaute vorgespannte Feder, die Relativbewegung<m zwischen den Einzelantrieben zuläßt Diese Relativbewegungen werden elektrisch mit Feinsteuereinnchtungen erlaßt und einem Summierglied der Steuerschaltung zur Gegensteuerung zugeführt Ein vollständiges Ausregeln der Abweichungen ist damit jedoch nicht möglich, sondern es wird lediglich der zwischen zwei Stellantrieben auftretende Fehler halbieri. Dies ist aber für Anwendungen von Servos'euerungen in Luftfahrzeugen zu ungenau.

Bei Triplex und höher vervielfachten Stellantrieben erfoigt die Überwachung auch durch das sog. Majoritätspnnzip, wobei die Mehrzahl der richtigen Einzelantriebe den falschen Einzelantrieb überstimmen, so daß dieser abgeschaltet werden kann. Diese Art der Überwachung und Abschaltung vermeidet ebenfalls nicht die Nachteile bezüglich der Stellgenauigkeit und der Abschaltschwelle, die bei den zuvor beschriebenen I Jberwachungs- und Abschalteinrichtungen auftreten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Stellgenauigkeit mehrfach redundanter Antriebe bei relativ weiten Toleranzen der einzelnen Baugruppen und Bauelemente unter Vermeidung eines sich am Antriebsausgang aus'· irkenden Fehlers zu erhöhen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei einander entsprechende Arbeitsräume zweier Arbeitszylinder über eine Hilfssteuervorrichtung miteinander verbunden sind, die bei einem Druckunterschied ein Steuersignal erzeugt, das bei kleinen Unterschieden zur Ausregelung und bei großen Unterschieden zur Abschaltung der zwei Arbeitszylinder dient.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahme ist es möglich, Druckunterschiede, die aus verschiedenen Gründen zwischen zwei Arbeitszylindern eines Duplexstellantriebes bestehen können, auszugleichen. Durch eine Dämpfung und Integration der Druckdifferenz mit der anschließenden Aufschaltung des über die Druckdifferenz gewonnenen Steuersignals wird regelungstechnisch ein Vorhalt erzeugt, der die Stabilitätsreservedes Stellantriebes beträchtlich erhöht. Bei eir:^m Stellantrieb, der aus mehr als zwei Einfachantrieben gebildet ist, kann die Anpassung der Antriebe untereinander wie bei einem Duplexantrieb vorgenommen werden.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Duplexantriebes,

Fig. 2 zeigt den Antrieb nach Fig. I, jedoch mit einer anderen Steuervorrichtung,

Fig. 3 zeigt den Antrieb nach Fig. 2 mit einer anderen Anordnung der Arbeitszylinder,

Fig.4 zeigt eine Kombination aus zwei Duplexstellantrieben gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Duplex-Stellantrieb mit zwei

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5° nebeneinander angeordneten Arbeitszylindern I, 2, deren Kolbenstangen \b, 2b am oberen Ende über einen Querbalken 5 miteinander fest verbunden sind. Jedem Arbeitszylinder ist ein Servoventil 3a. 3b zugeordnet, die elektrisch mit den Ausgängen 4a b^w. 4b einer elektrischen Vergleichschaltung 4 verbnndfn sind. Die hydraulische Druckversorgung der Servoventil 3a 36 erfolgt über ein Abschaltventil 13.

Die Kolben la, 2a stehen mit je einem Potentiometer 6,7 in Verbindung, wobei das Potentiometer 6 über den Vergleichsschaltungsausgang Aa dem Ventil 3a und das Potentiometer 7 über den Vergleichschaltungsausgang 46 dem Ventil 36 zugeordnet ist Die Widerstandsbahn 6a des Potentiometers 6 ist axial beweglich und an dem einen Ende der Kolbenstange 86 eines Hilfszylinders 8 befestigt Dieser ist über Leitungen, die je ein hydraulisches Dämpfungsglied 9 enthalten, mit den Arbeitszylindern 1, 2 verbunden. Das andere Ende der Kolbenstange 86 ist mit einem Schubglied 20 zur Betätigung eines elektrischen Schalters 1! versehen, der das Abschaltventil 13 ansteuert Weiterhin ist an diesem Ende der Kolbenstange 86 eine Stabiiisiemrigsfeder 10 angebracht.

Die Wirkungsweise ist folgende: Über das Abschaltventil 13 wird das Druckmittel den Arbeitszylindern 1,2 zugeleitet Im Normalfall sind die Servoventiie 3a, 36 geschlossen. Eine den Ventilen zugeführte elektrische Größe (Sollwert), die den Ausgängen 4a, 46 der Vergleichsschaltung 4 entnehmbar ist. öffnet die Ventile. Das Druckmittel strömt in die Arbeitszylinder 1, 2 und bewegt ihre Kolben ta, 2a Die Koibenbewegung wird auf die Schleifkontakte 66. 76 der Potentiometer übertragen. Die Potentiometer 6,7 geben daher eine der Kolbenstellung proportionale elektrische Größe (Istwert) an die Ausgänge 4a bzw. 46 der Vergleichsschaltung 4 ab. In dieser findet ein Vergleich der Istwerte mit den Sollwerten statt. Jedes Servoventil bleibt solange geöffnet, bis der Istwert den Sollwert erreicht hat. Bei ungleichmäßiger Verstellung der Kolben infolge von Bautoleranzen oder unsymmetrischer Ansteuerung würde zwischen den zwei Arbeitszylindern 1, 2 ein Druckunterschied entstehen. Dieser Druckunterschied wird aber durch die erfindungsgemäße Hilfssteuervorrichtung vermieden.

Die Hiltssteuervorrichtung besteht aus einer Steuervorrichtung 6, 12 und einem Hilfszylinder 8, der hydraulisch mit den entsprechenden Arbeitsräumen der Arbeitszylinder 1, 2 verbunden ist. Als Steuervorrichtung wird das vorhandene Potentiometer 6, dessen Widerstandsbahn 6a verschiebbar ausgebildet ist, benutzt.

Bei einem Druckunterschied bzw. unterschiedlicher Kolbenstellung beider Arbeitszylinder wird der Kolben 8a des Hilfszylinders und über seine Kolbenstange 86 die Widerstandsbahn 6a des Potentiometers 6 verscho ben. Das Potentiometer b führt hierbei der Vergleichsschaltung eine dem Druckunterschied proportionale elektrische Größe zu, die der elektrischen Gsöße zur Ansteuerung des Ventils 3a vorzeichenrichtig überlagert wird. Das Servoventil 3a wird solange angesteuert, bis die Druckdifferenz der Arbeitszylinder 1,2 Null wird.

Bei einer großen Druckdifferenz zwischen beiden Arbeitszyündern 1, 2 wird das Abschaltventil 13 über den Schalter 11 durch den Hilfszylinder 8 abgeschaltet. Die Bewegung des Hilfszylinderkolbens 8a wird durch Dämpfungsglieder 9, die in den hyxraulischen Zuleitungen liegen, gedämpft 21ur Stabilisierung des Hilfszylinderkolbens 8a ist dieser mit der Feder 10 belastet.

Der Duplexstellantrieb nach F i g.· 2 weist im Gegensatz zu dem nach F i g. 1 einen Hilfszyiinder 8 auf, dessen Kolbenstange 86 statt mit der Widerstandsbahn 6a mit einem Potentiometer 12 mechanisch verbunden ist. Dieses Potentiometer 12 erzeugt eine der Kolbenstellung des Hilfszylinders 8 proportionale eiektrische Größe, die der Vergleichsschaltung 4 zugeführt ist. Hierdurch wird eine Bewegung der Widerstandsbahn 6a des Potentiometers 6 vermieden. Funktionsmäßig unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel nicht von dem nach Fig. 1.

Der Duplexstellantrieb nach F i g. 3 unterscheidet sich von den vorangehenden durch untereinander angeordnete Arbeitszylinder 1,2, deren Kolben la2a durch eine gemeinsame Kolbenstange 5' miteinander fest verbunden sind. Der Antrieb erweitert die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung bei Berücksichtigung besonderer räumlicher Verhältnisse.

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F i g. 4 zeigt eine Kombination zweier Duplexstellantriebe nach Fig. 1, die zu einem Quadruple:xantrieb zusammengebaut sind. Die Überwachung der Antriebe 1 und Il untereinander erfolgt mit. Hilfe des Hilfszylinclers 8 des Antriebes II. Die Arbeitszylinder 1 und 2 des Antriebes ii werden mit Hilfe eines weiteren Hiüszyiinders 14 überwacht, entsprechend dem Hilfszyiinder 8 des Antriebes I. An der Kolbenstange des Hilfszylinclers 8 des Antriebes II ist keine Abschaltvorrichtung für ein Abschaltventil angebracht, da dieser Hilfszylinder nur die Aufgabe hat, die Antriebe 1 und Il untereinander abzustimmen. Die Arbeitsweise des gesamten Steilantriebes ist wie die beim Ausführungsbeispiel nachfl.

Bei den erfindungsgemäßen Stellantrieben kann als HilfsSteuervorrichtung auch ein Druckmeßwandler verwendet werden, der insbesondere bei speziellen Umweltbedingungen gegenüber einem Potentiometer vorteilhafter sein kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (9)

Il Patentansprüche:

1. Anordnung zur Überwachung und Anpassung von mehreren auf einen gemeinsamen Ausgang wirkenden elektrohydraulischen Stellantrieben mit s durch Servoventil gesteuerten und durch Hilfssteuervorrichtungen überwachten Arbeitszylindern, deren Kolben fest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander entsprechende Arbeitsräume zweier Arbeitszy- v> linder (1,2) über eine Hilf Ssiteuervorrichtung (8,6,12) miteinander verbunden sind, die bei einem Druckunterschied ein Steuersignal erzeugt, das bei kleinen Unterschieden zur Ausregelung und bei großen Unterschieden zur Abschaltung der zwei Arbeitszy- «5 linder dient

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die HilfsSteuervorrichtung (8,6,12) aus einer Steuervorrichtung (6,12) und einem Hilfszylinder (8) besteht der über je ein Dämpfungsglied (9) n> hydraulisch mit den Arbeitszylindern (1, 2) verbunden ist

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Arbeitszylinder (1,2) ein Potentiometer (6, 7) zugeordnet ist das eine der *S Kolbenstellung proportionale elektrische Größe einer die Servoventil steuernden Vergleichsschaltung (4) zuführt und daß der Kolben (8a) des Hilfszylinders (8) mit der Steuervorrichtung (6, 12) verbunden ist, die bei einem Druckunterschied zwischen entsprechenden Arbeitsräumen zweier Arbeitszylinder (1,2) ein elektrisches Signal erzeugt, das ebenfalls der Vergleichsschaltung (4) zugeführt wird.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung durch das vorhandene Potentiometer (6) eines Arbeitszylinders gebildet wird, und daß das Potentiometer (6) sowohl einen verstellbaren Schleifkontakt (66) als auch eine verstellbare Widerstandsbahn (6a) aufweist

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der Schleifkontakt (66) durch den Kolben (la) eines Arbeitszylinders (1) und die Widerstandsbahn (ba) durch die Kolbenstange (Sb) des Hilfszylinders (8) verstellbar ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung durch ein weiteres Potentiometer (12) gebildet wird, das durch die Kolbenstange (Sb) des Hilfszylinders (S) verstellbar ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Steuervorrichtung durch einen Druckmeßwandler gebildet wird, der bei einem Druckunterschied ein elektrisches Signal erzeugt

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Kolbenstange (Sb) des Hilfszylinders (8) eine Feder (10) zur Stabilisierung vorgesehen ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (Sb) des Hilfszylinders (8) mit einem Schubglied (20) verbunden ist, das bei großen Druckunterschieden einen Schalter (11) zur Abschaltung der über die ⁶S HilfsSteuervorrichtung verbundenen Arbeitszylinder betätigt.

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