DE1932066C3 - Anordnung zur Überwachung und Anpassung von mehreren auf einen gemeinsamen Ausgang wirkenden elektrohydraullschen Stellantrieben - Google Patents

Description

Zur Steuerung von beweglichen Objekten, insbesondere von modernen Hochleistungsflugzeugen, werden Stellantriebe mit großer Stellgenauigkeit benötigt Hierfür sind Ausführungsformen einfacher und mehrfacher hydraulischer Stellantriebe bekannt bei denen durch Servoventile angesteuerte Arbeitszylinder auf einen gemeinsamen Ausgang wirken. Die Mehrfachantriebe 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 durch ein nachgebildetes Vergleichsmodell oder durch eine lastunabhängige elektrische oder hydraulische Vergleichseinrichtung erfolgen. Hiermit lassen sich aber den Stellmotor beeinflussende Größen nicht vollständig nachbilden. Es muß daher für die Fehlererkennung und -abschaltung eine relativ große Abwe^;chung als Erkennungsmarke gewählt und zur Auslösung einer Abschaltung überschritten werden, so daß ein großer Fehlerweg am Stellmotorausgang nicht zu vermeiden ist. Darüber hinaus bleibt der Abschaltschwellwert für jeden Einfachantrieb eines Mehrfachantriebes gleich groß. Weiterhin kann bei diesen Mehrfachgeräten durch die Bautoleranzen der einzelnen Servoventile, insbesondere bei elektrischer Ansteuerung durch Signalunterschiede im Zusammenhang mit der mechanischen Kupplung, unter Umständen ein Gegeneinanderwirken der einzelnen Arbeitszylinder entstehen. Dadurch wird rber die Stellgenauigkeit 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 Schahvorgänge und einen erheblichen technischen Aufwand, was dazu geführt hat, daß derartige Stellantriebe bisher nicht zum Einsatz gekommen sind.

Ein weiteres Servosteuersystem, das aus der DT-OS 14 26 497 bekannt ist, arbeitet mit zwei Stellzylindern, und zwar mit 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

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

Aus der US-PS 34 38 306 ist ein weiteres Servosieuersystem mit parallel wirkenden Einzelantrieben bekannt, das bei auio etenden Fehlern in gewissem Umfang in der Lage ist, den auftretenden Abweichungen entgegenzuwirken. Voraussetzung für ein derartiges Entgegenwirken ist eine im Ausgang jedes Einzelantriebes eingebaute vorgespannte Feder, die Relativbewegungen zwischen den Einzelantrieben zuläßt. Diese Relativbewegungen werden elektrisch mit Feinsteuerünrichtungen erfaßt 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 halbiert. Dies ist aber für Anwendungen von Servosteuerungen in Luftfahrzeugen zu ungenau.

Bei Triplex und höher vervielfachten Stellantrieben erfolgt die Überwachung auch durch das sog. Majoritätsprinzip, 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 Überwachungs- 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 auswirkenden 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, Druckuntersehiede, die aus verschiedenen Gründen zwischen zwei Arbeitszylindern eines Duplexstellantriebes bestehen können, auszugleichen. Durch eine Dämpfung und Integration der Druckdifferenz mit .so der anschließenden Aufschaltung des über die Druckdifferenz gewonnenen Steuersignals wird regclungstechnisch ein Vorhalt erzeugt, der die Stabilitätsreserve des Stellantriebes beträchtlich erhöht. Bei einem 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 (" Duplcxantriebcs,

Fi g. 2 zeigt den Antrieb nach Fi g. 1, jedoch mit einer anderen Steuervorrichtung,

Fig. 3 zeigt den Antrieb nach F i g. 2 mit einer anderen Anordnung der Arbeitszylinder, <\s

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

Fig. 1 zeigt einen Duplex-Stellantrieb mit zwei nebeneinander angeordneten Arbeitezylindern 1, 2, deren Kolbenstangen 16,2b 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 bzw. 4b einer elektrischen Vergleichschaltung 4 verbunden sind. Die hydraulische Druckversorgung der Servoventile 3a, 3b 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 4a dem Ventil 3a und das Potentiometer 7 über den Vergleichschaltungsausgang 4b dem Ventil 3b zugeordnet ist Die Widerstandsbahn 6a des Potentiometers 6 ist axial beweglich und an dem einen Ende der Kolbenstange 8b 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 8b ist mit einem Schubglied 20 zur Betätigung eines elektrischen Schalters 11 versehen, der das Abschaltventil 13 ansteuert. Weiterhin ist an diesem Ende der Kolbenstange 8b eine Stabilisierungsfeder 10 angebracht.

Die Wirkungsweise ist folgende: Über das Abschaltventil 13 wird das Druckmittel den Arbeitszylindern 1, 2 zugeleitet. Im Normalfall sind die Servoventile 3a, 3b geschlossen. Eine den Ventilen zugeführte elektrische Größe (Sollwert), die den Ausgängen 4a, 4έ> der Vergleichsschaltung 4 entnehmbar ist, öffnet die Ventile. Das Druckmittel strömt in die Arbeitszylinder 1, 2 und bewegt ihre Kolben la, 2a. Die Kolbenbewegung wird auf die Schleifkontakte 6b, 7b der Potentiometer übertragen. Die Potentiometer 6,7 geben daher eine der Kolbenstellung proportionale elektrische Größe (Istwert) an die Ausgänge 4a bzw. 4b 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 Hilfssieuervorrichtung 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 8b die Widerstandsbahn 6a des Potentiometers 6 verschoben. Das Potentiometer 6 führt hierbei der Vergleichsschaltung eine dem Druckunterschied proportionale elektrische Größe zu, die der elektrischen Größe 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 Arbeitszylindern 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. Zur Stabilisierung des Hilfszylinderkolbens 8a ist dieser mit der Feder 10 belastet.

Der Duplexstellantrieb nach Fig. 2 weist im Gegensatz zu dem nach F i g. 1 einen Hilfszylinder 8 auf, dessen Kolbenstange Sb statt mit der Widerstandsbahn 6a mit einem Potentiometer 12 mechanisch verbunden ist. Dieses Potentiometer 12 erzeugt eine der Kolbenstellung des Hilfszylinders 8 proportionale elektrische 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 Fi g. 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.

Fig.4 zeigt eine Kombination zweier Duplexstellantricbe nach Fig. 1, die zu einem Quadruplexantrieb zusammengebaut sind. Die Überwachung der Antriebe I und Il untereinander erfolgt mit Hilfe des Hilfszylinders 8 des Antriebes II. Die Arbeitszylinder 1 und 2 des Antriebes Il werden mit Hilfe eines weiteren Hilfszylinders 14 überwacht, entsprechend dem Hilfszylinder 8 des Antriebes I. An der Kolbenstange des Hilfszylinders 8 des Antriebes Il ist keine Abschaltvorrichtung für ein Abschaltventil angebracht, da dieser Hilfszylinder nur die Aufgabe hat, die Antriebe I und Il untereinander abzustimmen. Die Arbeitsweise des gesamten Stellantriebes ist wie die beim Ausführungsbeispiel nachf 1.

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

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Überwachung und Anpassung von mehreren auf einen gemeinsamen Ausgang wirkenden elektrohydraulischen Stellantrieben mit durch Servoventile gesteuerten und durch Hilfsjteuervorrichtungen überwachten Arbeitszylindern, deren Kolben fest miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander entsprechende Arbeitsräume zweier Arbeitszylinder (1,2) über eine HilfsSteuervorrichtung (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 Arbeitszylinder 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) 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 Kolbenstellung proportionale elektrische Größe einer die Servoventile 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 (6b) als auch eine verstellbare Widerstandsbahn (6a) aufweist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkontakt (6b) durch den Kolben (la) eines Arbeitszylinders (1) und die Widerstandsbahn (6a) durch die Kolbenstange (86) 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 (8) verstellbar ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß 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 (8f>) 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 HilfsSteuervorrichtung verbundenen Arbeitszylinder betätigt.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung und Anpassung von mehreren auf einen gemeinsamen Ausgang wirkenden elektrohydraulischen Stellantrieben mit durch Servoventile gesteuerten und durch HilfsSteuervorrichtungen überwachten Arbeitszylindern, deren Kolben fest miteinander verbunden