DE19518634C2 - Gerät zur Kraftstoffzumessung und -verteilung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Zumessen und Verteilen eines von einer gemeinsamen Pum­ pe gelieferten Zustroms, insbesondere Flugkraftstoff, auf zwei oder mehrere unabhängig vonein­ ander einstellbare Teilstöme zur Speisung von verschiedenen Verbrauchern gemäß dem Oberbegriff von Patenanspruch 1. Die jeweils eingestell­ ten Teilströme sollen auch bei Änderung der Verbraucher-Gegendrücke sowie bei Änderungen des Pumpendrucks oder Pumpendurchflusses erhalten bleiben, wobei letzterer natürlich immer mindestens so groß wie die Summe der Teilströme sein muß. Die Teilströme sollen also entspre­ chend ihren Sollwerten eingeprägt werden.

Ein solches Gerät wird z. B. bei der Kraftstoffzumessung für Gasturbinentriebwerke neuerer Bau­ art benötigt, bei denen der von einer Zahnradpumpe geförderte Kraftstoff zur Optimierung von Schadstoffemission und Verbrauch auf zwei unterschiedliche Brennersysteme verteilt wird (ge­ stufte Brennkammer mit primärem und sekundärem Brennerkreis). Bei Nachbrennersystemen mit Kreiselpumpe und z. B. drei unterschiedlich anzusteuernden Einspritzdüsen-Ringen ist das Verfah­ ren ebenfalls anwendbar.

Es ist bekannt, wie diese Aufgabenstellung bei einer Zahnradpumpe mit nur einem Brennersystem gelöst wird. Dabei wird zwischen Pumpe und Verbraucher ein Zumeßventil mit einem über einen Positionsregelkreis verstellbaren Drosselquerschnitt angeordnet. Der durchflußbedingte Druckab­ fall über diesem Drosselquerschnitt wird mit Hilfe eines Differenzdruckreglers konstant gehalten, der ein am Pumpenauslaß angeordneten Absteuerventils so verstellt, daß die nicht zugemessene Überschußmenge der Zahnradpumpe vom Pumpenauslaß zum -einlaß zurückgefördert wird.

Damit entspricht jede Öffnungsposition des Zumeßventils einem bestimmten Durchflußwert; die Aufgabe der Durchflußregelung ist auf eine Positionsregelung zurückgeführt, wobei der einmal meßtechnisch ermittelte Zusammenhang zwischen Durchfluß und Öffnungsposition bei festem Differenzdruck (sogenannte Kalibrierkennlinie des Zumeßventils) bei der Vorgabe des Positions- Sollwerts berücksichtigt wird. Dadurch erübrigt sich der Einsatz eines Durchflußmeßgeräts, was wegen der hohen dynamischen Anforderungen (Durchflußeinstellung innerhalb einiger 10 ms) und der Temperaturbelastungen (ca. -50 bis +150°C) problematisch wäre.

Soll dieses bekannte Verfahren auf zwei oder mehr zugemessene Teilströme erweitert werden, in­ dem pro Teilstrom ein Zumeßventil mit Differenzdruckregelung und ein Absteuerventil parallel geschaltet werden, so ergibt sich folgendes Problem: Alle Absteuerventile liegen parallel zwischen Pumpenauslaß und -einlaß, wirken hydraulisch also wie eine gemeinsame Drossel. Die Stellaus­ gänge der Differenzdruckregler der einzelnen Teilströme wirken also auf ein gemeinsames Stell­ glied; damit können natürlich die Druckabfälle über den einzelnen Zumeßventilen nicht mehr indi­ viduell eingeregelt werden. Somit geht die Zumeßgenauigkeit verloren, so daß dieses Verfahren der einfachen Parallelschaltung nicht geeignet ist.

Eine zweite bekannte Möglichkeit zum Zumessen von zwei oder mehr Teilstömen besteht darin, den bereits zugemessenen Kraftstoff über eine Verteilereinheit mit einstellbarer Drosselung pro Teilstrom zu leiten. Dann ist zwar der Gesamtdurchfluß bekannt, die exakte Aufteilung auf die Teilströme wird jedoch nicht nur von dem Verhältnis der Aufteilungsdrosseln, sondern auch von den Gegendrücken der einzelnen Verbraucher beeinflußt.

Eine dritte bekannte Möglichkeit besteht darin, pro Teilstrom ein Zumeßventil mit Differenz­ druckregelung und ein Drosselventil in Reihe zu schalten, wobei der Differenzdruckregler das Drosselventil so verstellt, daß der durchflußabhängige Druckabfall über dem Zumeßventil kon­ stant bleibt. Die Pumpe liefert dabei ständig einen so hohen Überschuß, daß alle Teilströme auch bei maximaler Anforderung störungsfrei zugemessen werden können.

Damit ist eine individuelle Regelung der Druckabfälle über den einzelnen Zumeßventilen sowie eine individuelle Einstellung der Teilströme unabhängig von den Verbraucher-Gegendrücken möglich. Allerdings würde die Pumpe bei kleinen Teilströmen wesentlich höher als notwendig be­ lastet; der Pumpendruck müßte ggf. durch ein Überdruckventil begrenzt werden. Das mag in der Verfahrenstechnik zulässig sein; bei Luftfahrtanwendungen dagegen sind die dabei entstehenden Temperaturerhöhungen und der unnötige Pumpenverschleiß unerwünscht.

Als vierte Möglichkeit ist aus der Verfahrenstechnik bekannt, durch Einsatz von Durchflußmeß­ geräten die Teilströme individuell zu messen und mit Drosselvorrichtungen einzustellen. Bei Luft­ fahrtanwendungen reicht jedoch die hierbei erzielbare Dynamik nicht aus; die Durchflußmeßgeräte sind zu langsam, um den Teilstrom innerhalb einiger 10 ms mit hinreichender Genauigkeit einzu­ stellen. Außerdem gibt es Probleme mit der Zuverlässigkeit und dem Gewicht der Durchflußmeßgeräte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits jeden Teilstrom individuell einstellen und auch absperren zu können, ohne daß er von Änderungen des Verbraucher-Gegendrucks oder Pumpendrucks bzw. -durchflusses beeinflußt wird, und andererseits die Pumpenförderung auf das notwendige Maß zu reduzieren, um unnötigen Pumpenverschleiß und Kraftstofferwärmung zu verhindern, wobei gleichzeitig die in der Luftfahrt üblichen Anforderungen an Gewicht, Zuverläs­ sigkeit, Temperaturbereich und Dynamik erfüllt werden müssen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben und besteht darin, daß

• - pro Teilstrom jeweils eine Zumeßleitung von einer Abzweigstelle ausgeht, die von dem Zustrom einer gemeinsamen Pumpe gespeist wird,
• - in jeder Zumeßleitung je ein Zumeßventil, dessen Öffnungsposition den gewünschten Teilstrom einstellen soll, und ein Drosselventil in Reihe geschaltet sind,
• - die Druckdifferenz über jedem der Zumeßventile durch Verstellung des zugehörigen Drosselventils auf einen vorgegeben Sollwert geregelt wird, um die kalibrierte Zuordnung zwischen Öffnungsposition und Durchfluß des Zumeßventils sicherzustellen,
• - derjenige Druckabfall über dem Drosselventil und dem Zumeßventil, der im Verhältnis zu den entsprechenden Druckabfällen der anderen Zumeßleitungen klein, vorzugsweise am kleinsten ist, über eine hydromechanische Auswahlschaltung ausgewählt wird und dazu benutzt wird, den Zustroms aus der gemeinsamen Pumpe zu verstellen, so daß der ausgewählte Druckabfall auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird.

Durch die Benutzung des jeweils kleinsten Druckabfalls über den Drosselventilen und Zumeßven­ tilen zur Verstellung des gemeinsamen Zustroms wird in überraschender Weise sichergestellt, daß der Zustrom sich nach der Zumeßleitung mit dem höchsten Förderbedarf richtet. Die höheren Druckabfälle in den anderen Zumeßleitungen signalisieren nämlich, daß dort stärker gedrosselt werden muß, der Zustrom also mehr als ausreichend ist.

In vorteilhafter Weise kann dieser Zusammenhang zur Verstellung der Pumpenleistung mittels ei­ ner besonderen Auswahlschaltung benutzt werden: Sind in einer bevorzugten Ausführung der Er­ findung die Drosselventile zwischen der gemeinsamen Abzweigstelle und den Zumeßventilen an­ geordnet, und werden darüber hinaus alle Zumeßventile auf den gleichen Druckabfall-Sollwert ge­ regelt, so genügt zur Auswahl des jeweils kleinsten Druckabfalls über Drosselventil und Zumeß­ ventil die Auswahl des jeweils größten Drucks stromabwärts der Drosselventile. Die Drücke stromaufwärts an der Abzweigstelle sind nämlich alle gleich, und die untereinander gleichen Druckabfälle an den Zumeßventilen beeinflussen die Auswahl nicht.

Eine Auswahlschaltung für Drücke anstelle von Druckdifferenzen läßt sich gerätetechnisch beson­ ders einfach realisieren, insbesonders auch deshalb, weil Leckströme zugelassen werden können, die wegen der Anordnung der Drosselventile stromaufwärts von den Zumeßventilen keine Aus­ wirkung auf die Zumeßgenauigkeiten haben. Außerdem muß die Auswahl nicht exakt sein; bei un­ gefährer Druckgleichheit ist ein fließender Übergang von dem einen Meßdruck zum anderen Meß­ druck zulässig, weil der ausgewählte Referenzdruck lediglich zur Regelung der Pumpenüber­ schußleistung dient.

Eine vorteilhafte Ausführung für eine Anordnung zur Maximalwert-Auswahl und -Weiterleitung, im folgenden Highest-Wins-Schaltung genannt, zur Auswahl des größeren von zunächst zwei Meßdrücken besteht aus einer Buchse mit einer darin geführten Kugel und zwei Kugelsitzen an den Stirnseiten. Dort werden die zu vergleichenden Meßdrücke angelegt. Der ausgewählte Refe­ renzdruck kann in der Mitte der Buchse an einer radialen Bohrung entnommen werden. Der je­ weils größere Druck schiebt die Kugel auf den gegenüberliegenden Kugelsitz, sperrt dabei den kleineren Druck ab und öffnet den Pfad zum Referenzdruck.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann anstelle von Kugel und Kugelsitzen auch ein Kol­ ben verwendet werden, der über seine radialen Passungen abdichtet. Dabei muß allerdings darauf geachtet werden, daß bei Gleichheit der Meßdrücke und zufälliger Mittelstellung des Kolbens der Referenzdruck-Ausgang nicht abgesperrt wird, weil dadurch die Funktion der weiter unten noch beschriebenen Verstellmechanismen für den Pumpenüberschuß behindert würde.

Bei mehr als zwei Teilströmen können diese Schaltungen kaskadiert werden, indem der Referenz­ druck-Ausgang der ersten Schaltung mit einem der stirnseitigen Meßdruck-Einlässe der nächsten Schaltung verbunden wird. Eine Auswahlschaltung für n Meßdrücke benötigt also n - 1 einzelne Highest-Wins-Schaltungen.

Die Differenz zwischen dem Druck an der gemeinsamen Abzweigstelle und dem über die Aus­ wahlschaltung ermittelten Referenzdruck entspricht dem jeweils kleinsten Druckabfall über den Drosselventilen der einzelnen Zumeßleitungen. Diese Druckdifferenz wird erfindungsgemäß zur Anpassung des gemeinsamen Zustroms, d. h. zur Regelung des Pumpenüberschusses benutzt.

In bekannter Weise kommen dabei je nach verwendetem Pumpentyp folgende Verstellmechanis­ men in Frage:

• - Bei Pumpen mit fester Fördermenge pro Umdrehung, also z. B. Zahnradpumpen, wird der Überschuß durch ein verstellbares Absteuerventil zum Pumpeneinlaß zurückgeleitet.
• - Bei Pumpen mit variabler Fördermenge pro Umdrehung wird der Überschuß durch Verstellung der Fördergeometrie beeinflußt.
• - Bei Kreiselpumpen (z. B. Dampfkern- oder Flüssigkeitsringpumpen) wird der Überschuß durch ein verstellbares Drosselventil im Pumpeneinnlaß reduziert.

Der je nach Pumpentyp unterschiedliche Verstellmechanismus wird benutzt, um die ausgewählte Druckdifferenz auf einen konstanten Wert zu regeln: Je größer die ausgewählte Druckdifferenz wird, desto stärker wird der Pumpenüberschuß reduziert.

Hierdurch erfolgt die erfindungsgemäße Anpassung der Pumpenleistung an die Anforderung der Zumeßleitung mit dem jeweils höchsten Förderbedarf. Es verbleibt genügend Reserve für die Dif­ ferenzdruckregelung des Zumeßventils, so daß die genaue Zumessung entsprechend der Öff­ nungsposition und der Kalibrierkennlinie des Zumeßventils sichergestellt ist, unabhängig von den Verbraucher-Gegendrücken. Die ausgewählte Zumeßleitung bestimmt den Druckaufbau an der gemeinsamen Abzweigstelle; bei den übrigen Zumeßleitungen wird der nicht benötigte Druck über die Drosselventile abgebaut.

Bei abgesperrter Zumeßleitung muß sichergestellt werden, daß der dortige Meßdruck nicht mehr an der Referenzdruck-Auswahl teilnimmt. Dieser Meßdruck wäre nämlich mit Sicherheit der größte, weil eben kein durchflußabhängiger Druckabfall mehr vorliegt, und würde von der Aus­ wahlschaltung als Referenzdruck bestimmt. Entsprechend dem Regelsinn würde dann die Pum­ penleistung fälschlicherweise bis zum Maximalwert erhöht werden.

Das kann verhindert werden, indem beim Absperren der Zumeßleitung gleichzeitig der Meßdruck durch den Pumpeneinlaßdruck ersetzt wird, der so klein ist, daß die Meßdrücke der anderen Zu­ meßleitungen mit Sicherheit bei der Auswahlschaltung den Vorrang erhalten. Vorzugsweise kann diese Umschaltfunktion für die Meßdrücke im Steuerkolben des Absperrventils integriert werden.

Beim Absperren aller Zumeßleitungen ergibt sich dann in vorteilhafter Weise, daß nunmehr der Druckaufbau über der Pumpe auf den gleichen festen Wert geregelt wird wie zuvor der Druckab­ fall über dem Drosselventil des ausgewählten Zumeßzweiges. Dadurch wird einerseits der Druck­ anstieg der Pumpe beim Sperren aller Zumeßleitungen auf zulässige Werte begrenzt; andererseits steht ein Mindestdruck zum eventuellen Betrieb von Servokreisen zur Verfügung.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß die einzelnen Teilströme unabhängig voneinander eingestellt oder auch abgeschaltet werden können, wobei die gleichen Zumeßgenauigkeiten und dynamische Eigenschaften wie bei Systemen mit nur einer Zumeßleitung erzielbar sind,
daß Unsymmetrien in den Leitungen zu den Verbrauchern, Änderungen der Verbraucher-Gegendrücke und Änderungen des Zustroms ausgeregelt werden, daß die Pumpenleistung automatisch an den jeweiligen Förderbedarf angepaßt wird, wodurch Temperaturerhöhungen und Verschleiß vermieden wird,
daß zur gerätetechnischen Realisierung lediglich einfache, in der Luftfahrt erprobte Komponenten hoher Zuverlässigkeit benötigt werden.

Anhand der folgenden Fig. 1, 2 und 3 soll die Erfindung in Form bevorzugter Beispiele näher er­ läutert werden:

Es zeigen im einzelnen
Fig. 1 ein regeltechnisches Blockschaltbild der Erfindung am Beispiel einer Kraftstoffzumessung für ein Gasturbinentriebwerk mit gestufter Brennkammer mit primärem und sekundärem Brennersystem
Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Referenzdruck-Auswahl
Fig. 3 ein schematisches vereinfachtes Wirkschaltbild eines Gerätes mit drei Zumeßleitungen, gespeist von einer Zahnradpumpe

In Fig. 1 sind die beteiligten Komponenten durch hydraulische Ersatzschaltbilder bzw. regelungs­ technische Blockschaltbilder dargestellt. Die Drücke sind mit P, die Druckabfälle mit ΔP, die vo­ lumetrischen Durchflüsse mit Q und die hydraulischen Leitwerte der einzelnen Drosseln durch ih­ re Flownumber N bezeichnet (Definition: N = Q/√ΔP). Die Verbraucher, d. h. das primäre und das sekundäre Brennersystem (Index p und s) eines Gasturbinentriebwerks, sind durch die Gegen­ drücke Pbp, Pbs (Brennkammerdrücke) und durch Verbraucherdrosseln mit den Flownumbern Nbp, Nbs (Brennerleitungen und Einspritzdüsen) dargestellt.

Eine Verdrängerpumpe 2 mit festem Fördervolumen pro Umdrehung, dem Einlaßdruck P0 und dem Auslaßdruck P1 liefert den Zustrom Q zum Abzweig 4. Dort zweigen die beiden Zumeßlei­ tungen mit den Teilströmen Qp und Qs zu den primären und sekundären Brennersystemen und die Rücklaufleitung mit dem Absteuerdurchfluß Qa ab. Qa wird über das Absteuerventil 20 mit der Flownumber Na zum Pumpeneinlaß zurückgeleitet.

Die folgende Beschreibung bezieht sich jeweils auf beide Teilströme. Der Teilstrom Qp, Qs durchläuft dann das Drosselventil 30, 130 mit der Flownumber Ndp, Nds, das Zumeßventil 40, 140 mit der Flownumber Nzp, Nzs, das Absperrventil 50, 150 sowie die Verbraucherdrossel 95, 195 mit der Flownumber Nbp, Nbs. Entsprechend dem Verbraucher-Gegendruck Pbp, Pbs und den durchflußabhängigen Druckabfällen an den einzelnen Flownumbern bauen sich dann die Drücke P3p, P3s stromabwärts des Zumeßventils 40, 140 und P2p, P2s stromabwärts des Dros­ selventils 30, 130 und P1p, P1s stromaufwärts des Drosselventils 30, 130 auf. P1p und P1s ent­ sprechen dabei dem Pumpenauslaßdruck P1, weil diese drei Drücke an der Abzweigstelle 4 hy­ draulisch verbunden sind.

Ein Durchfluß-Sollwert Qpsoll, Qssoll verstellt über eine Positionsregelung 70, 170 die Flownumber Nzp, Nzs, entsprechend der bekannten Kalibrierkennlinie des Zumeßventils. Der Druckabfall P2p-P3p, P2s-P3s wird von der Regeleinrichtung 80, 180 gemessen und durch Ver­ stellen der Flownumber Ndp, Nds auf den konstanten Wert ΔPz geregelt. Der Regelsinn lautet: Zu großer Druckabfall P2p-P3p, P2s-P3s verkleinert die Flownumber Ndp, Nds.

Der Umschalter 91 mit den drei Schaltstellungen a, b, c wählt unter den beiden Meßdrücke P2p und P2s sowie dem Pumpeneinlaßdruck P0 einen Druck als Referenzdruck Pref aus. Die Kriteri­ en für die Schaltstellungen lauten:

• - (Pref = P2p), wenn P2p < P2s oder sekundäres Absperrventil 150 geschlossen
• - (Pref = P2s), wenn P2s < P2p oder primäres Absperrventil 50 geschlossen
• - (Pref = P0), wenn beide Absperrventile 50 und 150 geschlossen sind

Der Druckabfall P1-Pref wird von der Regeleinrichtung 90 gemessen und durch Verstellen der Flownumber Na auf den konstanten Wert ΔPd geregelt. Der Regelsinn lautet hier: Zu großer Druckabfall P1-Prefvergrößert die Flownumber Na.

Nunmehr soll das Regelverhalten der in Fig. 1 dargestellten Schaltung bei Störungen durch Ände­ rung des Zustroms Q und der Verbraucher-Gegendrücke Pbp und Pbs erläutert werden. Aus­ gangspunkt sei jeweils ein Zustand, bei dem beide Absperrventile 50, 150 geöffnet sind und der Druckaufbau in der primären Zumeßleitung überwiegt, weil eingestellter Teilstrom und/oder Ver­ braucher-Gegendruck höher sind bei der sekundären Leitung. Der Umschalter 91 habe also die Schaltstellung a.

Vergrößert sich der Zustrom Q, z. B. durch höhere Pumpendrehzahl, so bewirkt das zunächst ei­ nen Anstieg der beiden Teilströme Qp und Qs sowie des Absteuerstroms Qa. Die höheren Teil­ ströme erhöhen die Druckabfälle über den Zumeßventilen 40, 140 über den Sollwert ΔPz hinaus; somit verkleinern die Regler 80, 180 die Flownumbern Ndp, Nds der Drosseln 30, 130, um die ursprünglichen Teilströme Qp, Qs wieder einzustellen. Dadurch steigt jedoch der Druckabfall über dem primären Drosselventil 30 über den Sollwert ΔPd hinaus. Das wiederum veranlaßt den Regler 90, die Flownumber Na des Absteuerventils 20 soweit zu erhöhen, bis die Änderung des Zustrom vollständig vom Absteuerventil 20 zurückgeleitet wird. Eine Änderung des Zustroms wird also letztendlich durch das Absteuerventil gegengeregelt; die übrigen Ventile kehren wieder in ihre Ausgangslage zurück.

Bei einem Anstieg des sekundären Verbraucher-Gegendrucks Pbs wird zunächst der Teilstrom Qs absinken, weil der Pumpenauslaßdruck P1 bei der hier angenommenen Ausgangslage über die primäre Zumeßleitung bestimmt ist. Damit sinkt der Druckabfall über dem Zumeßventil 140 unter den Sollwert ΔPz, und der Regler 180 vergrößert die Flownumber Nds, um den ursprünglichen Teilstrom Qs wiederherzustellen. Der Anstieg von Pbs wird also durch einen entsprechenden ge­ ringeren Druckabfall über dem Drosselventil 130 kompensiert; die übrigen Ventile bleiben davon unbeeinflußt.

Bei einem Anstieg des primären Verbraucher-Gegendrucks Pbp wird auch zunächst einmal der Teilstrom Qp absinken. Damit sinkt der Druckabfall über dem Zumeßventil 40 unter den Soll­ wert ΔPz, und der Regler 80 vergrößert die Flownumber Ndp, um den ursprünglichen Teilstrom Qp wiederherzustellen. Dadurch sinkt jedoch der Druckabfall über dem Drosselventil 30 unter den Sollwert ΔPd, so daß der Regler 90 die Flownumber Na soweit verkleinert, daß bei gleichem Absteuerstrom Qa ein höherer Pumpenauslaßdruck P1 erzeugt wird, der den höheren Verbrau­ cher-Gegendruck Pbp kompensiert. Das hat natürlich auch Auswirkungen auf die sekundäre Zu­ meßleitung. Dort muß der Zuwachs an Hochdruck durch Verkleinern der Flownumber Nds wie­ der abgebaut werden. Die Änderung des Verbraucher-Gegendrucks an der den Druckaufbau be­ stimmenden Zumeßleitung wird also letztendlich von dem Absteuerventil und dem Drosselventil der anderen Zumeßleitung gegengeregelt. Soweit die Erläuterung des Regelverhaltens bei Störgrößen.

Bei geöffneten Absperrventilen 50, 150 wählt der Umschalter 91 immer den Meßdruck der Zu­ meßleitung mit dem größeren Druckaufbau als Referenzdruck für die Absteuerregelung 90 aus. Dadurch wird gerade soviel Pumpenhochdruck P1 erzeugt, um in der ausgewählten Zumeßleitung die für die Regelung benötigten Druckabfälle ΔPd und ΔPz an Drosselventil und Zumeßventil zu überwinden und den eingestellten Teilstrom gegen den Widerstand der Verbraucherdrossel Nbp bzw. Nbs und gegen den festen Verbraucher-Gegendruck Pbp bzw. Pbs zu fördern. In der nicht ausgewählten Zumeßleitung wird der überschüssige Hochdruck durch Drosselung mit Nds bzw. Ndp abgebaut. Dadurch wird letztendlich die Pumpenförderleistung an den Teilstrom mit dem höchsten Förderbedarf angepaßt.

Beim Absperren eines der Teilströme, z. B. von Qp mit Hilfe des Absperrventils 50, würde der entsprechende Meßdruck P2p den gleichen Wert wie der Hochdruck P1 annehmen, weil ohne Durchfluß kein Druckabfall an Ndp entstehen kann. Damit wäre P2p immer größer als P2s. Wür­ de P2p jetzt als Referenzdruck für den Absteuerregler 90 benutzt, dann würde entsprechend dem Regelsinn das Absteuerventil 20 schließen und einen gefährlichen Druckanstieg von P1 bewirken. Der Umschalter 91 verhindert deshalb, daß der Meßdruck des abgesperrten Teilstroms an der Auswahl teilnimmt.

Wenn beide Teilströme Qp und Qs mit Hilfe der Absperrventile 50 und 150 abgesperrt werden, wählt der Umschalter 91 den Pumpeneinlaßdruck P0 als Referenzdruck. Damit wird der Druck­ aufbau P1-P0 der Pumpe durch den Regler 90 auf den Sollwert ΔPd geregelt, was einerseits eine Überlastung der Pumpe verhindert und andererseits einen gewissen Mindestdruck sicherstellt, der üblicherweise zum Betrieb von Servokreisen benötigt wird.

In Fig. 2 wird ein bevorzugtes Verfahren zur Referenzdruck-Auswahl bei n Teilströmen näher er­ läutert. Grundelement des Verfahrens ist eine sogenannte Highest-Wins-Schaltung 300, 310, 320 mit je zwei Eingängen 301, 311, 321 und 302, 312, 322 und einem Ausgang 303, 313, 323. Die­ ses Element verbindet jeweils den Eingang, an dem der höhere Druck anliegt, mit dem Ausgang und sperrt den Eingang mit dem niedrigeren Druck ab.

Ferner wird für jeden Teilstrom je ein Schaltelement 330, 340, 350, 360 benötigt, das wie ein Wechselschalter wirkt und bei eingeschaltetem Teilstrom seinen Ausgang 331, 341, 351, 361 mit dem Meßdruck des jeweiligen Teilstroms stromabwärts des Drosselventils verbindet, bei abge­ sperrtem Teilstrom jedoch mit dem Pumpeneinlaßdruck.

Für die in Fig. 2 dargestellte Auswahlschaltung für vier Teilströme werden drei Highest-Wins- Schaltungen kaskadiert, indem der Ausgang 323 mit dem Eingang 312, der Ausgang 313 mit dem Eingang 302 verbunden wird. Die verbleibenden vier Eingänge 301, 311, 321, 322 werden mit den Ausgängen 331, 341, 351, 361 der vier Schaltelemente verbunden. Bei n Teilströmen würden n - 1 Highest-Wins-Schaltungen und n Schaltelemente benötigt werden.

Als Ergebnis kann am Ausgang 303 als Referenzdruck der jeweils höchste Meßdruck der einge­ schalteten Teilströme entnommen werden. Abgesperrte Teilströme werden bei der Auswahl nicht berücksichtigt, weil der dortige Meßdruck über das Schaltelement durch den Pumpeneinlaßdruck ersetzt wird, und der ist sicher niedriger als die anderen Meßdrücke. Nur falls alle Teilströme ab­ gesperrt sind, liegt als Referenzdruck der Pumpeneinlaßdruck an.

In Fig. 3 ist ein Gerät 1 zur Speisung von drei Zumeßleitungen als Wirkschaltbild vereinfacht dar­ gestellt. Die Zahnradpumpe 2 liefert einen Zustrom 3, der an einer hydraulisch gemeinsamen, d. h. unter gleichem Druck befindlichen Abzweigung 4 in Teilströme zu den Zumeßleitungen 10, 110, 210 aufgeteilt wird. Der Überschuß 5 gelangt über das Rücklaufventil 20 zum Pumpeneinlaß 6 zurück.

Die Teilströme passieren zunächst die Drosseln 30,130, 230, die hier zugleich Druckdifferenzreg­ ler sind. Der Sollwert ist gegeben durch die Vorlast der Federn 31, 131, 231. Stromabwärts der Drosseln durchlaufen die Teilströme die Zumeßventile 40, 140, 240 mit den Zumeßquerschnitten 41, 141, 241, über denen jeweils die Druckdifferenz mit Hilfe der Drosseln 30, 130, 230 geregelt wird. Die Zumeßquerschnitte werden gemäß den an Anschlüssen 42, 142, 242 vorliegenden Rechnerbefehlen mittels der servogestützten Positionsregler 43,143, 243 eingestellt.

Weiter stromabwärts durchlaufen die Teilströme die Absperrventile 50, 150, 250 und gelangen von dort zu den Verbrauchsstellen (nicht dargestellt). Die Absperrventile werden servogestützt von den Wandlern 51, 151, 251 betätigt, veranlaßt durch Rechnerbefehle an den Anschlüssen 52, 152, 252. In der gezeichneten Betriebslage leiten die Steuerkolben 53, 153, 253 die Teilströme hindurch, die Zumeßleitungen sind also eingeschaltet. Zugleich verbinden die Steuerkolben die Meßleitungen 33, 133, 233 jeweils mit den Wählleitungen 34, 134, 234, die zur Auswahlschaltung 60 führen.

Beim Überwiegen des Meßdrucks z. B. in der Wählleitung 234 gegenüber dem in der Wählleitung 134 wandert die Kugel 61 nach rechts und gibt dem höheren Meßdruck den Weg zur linken Stirn­ fläche der Kugel 62 frei, wo ein weiterer Vergleich mit dem Meßdruck in der Wählleitung 34 stattfindet. Beim Überwiegen des letzteren wandert die Kugel 62 nach links, so daß nun der Meß­ druck stromabwärts der Drossel 30 als momentan größter ausgewählt ist. Über die Referenzlei­ tung 65 wirkt dieser auf die untere Stirnfläche des Kolbens 21 im Rücklaufventil 20 gegen den Pumpenauslaßdruck auf der oberen Stirnfläche.

Der Kolben 21 verschiebt sich nun soweit, bis ein Gleichgewicht zwischen dem Differenzdruck an seinen Stirnflächen und der Vorspannung der Feder 22 entsteht. Der Differenzdruck am Kol­ ben 21 entspricht dabei dem Istwert des Druckabfalls an der ausgewählten Drossel 30, die Vor­ spannung der Feder 22 dem Sollwert. Somit regelt der Kolben 21 durch Verstellen des Drossel­ querschnitts 23 und damit des Pumpenüberschusses 5 den Druckabfall an der ausgewählten Dros­ sel 30 auf den vorgegebenen Sollwert ein.

Bei etwa gleichen Meßdrücken können die Kugeln 61, 62 in der Auswahlschaltung 60 eine unde­ finierte Mittellage einnehmen. Die Öffnungen 63, 64 lassen aber auch bei mittig liegender Kugel noch einen Leckstrom zu. Dieser beeinträchtigt die Zumeßgenauigkeit nicht, da er stromaufwärts vor den Zumeßventilen 40, 140, 240 entnommen wird. Der Leckstrom in begrenztem Ausmaß er­ gibt als Vorteil einen stetigen Übergang vom bisherigen auf einen neugewählten Referenzdruck.

Bei Sperrung der Zumeßleitung werden die Steuerkolben 53, 153, 253 nach unten geschoben, so daß die Durchlässe 54, 154, 254 sowie die Durchlässe 55, 155, 255 und deren Meßleitungen 33, 133, 233 verschlossen sind. Zugleich werden die Wählleitungen 34, 134, 234 mit den Durchläs­ sen 56, 156, 256 verbunden, die über Leitung 57 zum Pumpeneinlaßdruck führen. So wird bei Sperrung einer Zumeßleitung die zugehörige Wählleitung vom Meßdruck auf den Pumpeneinlaß­ druck umgeschaltet. Damit ist sichergestellt, daß bei wenigsten einer offenen Zumeßleitung die gesperrten Zumeßleitungen in der Auswahlschaltung 60 nicht ausgewählt werden, weil der Pum­ peneinlaßdruck immer kleiner als der Meßdruck ist.

Bei Sperrung aller Zweigleitungen führen jedoch alle Wählleitungen Pumpeneinlaßdruck. Somit wird dieser auch ausgewählt und wirkt auf die untere Stirnseite des Kolbens 21. Daher regelt das Rücklaufventil 20 nunmehr die Druckdifferenz zwischen Pumpeneinlaß und -auslaß, begrenzt al­ so den Druckanstieg an der Pumpe auf den durch die Feder 22 bestimmten Sollwert.

Es sei noch erwähnt, daß in Bild 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit Druckdifferenzregler 30, 130, 230 einfachster Bauart verwendet sind, deren bauartbedingte proportionale Regelabwei­ chung die Genauigkeit der Zumessung verschlechtern. In einer realen Anwendung würden hier zweistufige Regler mit vernachlässigbarem Proportionalfehler oder Regler mit Integralanteil verwendet.

Claims (9)

1. Gerät zum Aufteilen eines von einer Pumpe (2) gelieferten Zustroms, insbesonders Flug­ kraftstoff, auf mindestens zwei unabhängig voneinander einstellbare Teilströme (Qp), (Qs), die auch bei Änderung der überschüssigen Pumpenleistung und der Gegendrücke (Pbp), (Pbs) der Verbrauchsstellen erhalten bleiben, wobei pro Teilstrom jeweils eine Zu­ meßleitung (10), (110) von einer hydraulisch gemeinsamen Abzweigstelle (4) ausgeht, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. in jeder Zumeßleitung (10), (110) je ein Zumeßventil (40), (140) zur Einstellung des Teilstroms (Qp), (Qs) und ein verstellbares Drosselventil (30), (130) in Reihe geschaltet sind,
• 2. die Druckdifferenzen über jedem der Zumeßventile (40), (140) durch Verstellen des zugehörigen Drosselventils (30), (130) auf jeweils vorgegebene Sollwerte (ΔPz) geregelt werden,
• 3. derjenige Druckabfall über dem Drosselventil (30), (130) und dem Zumeßventil (40), (140), der im Verhältnis zu den entsprechenden Druckabfällen der übrigen Zumeßleitungen klein, vorzugsweise am kleinsten ist und somit den Bedarf an Zustrom charakterisiert, durch eine hydromechanische Auswahlschaltung (91) ausgewählt wird,
• 4. dieser ausgewählte Druckabfall auf einen vorgegebenen Sollwert (ΔPd) geregelt wird, indem der Zustrom aus der Pumpe (2) verstellt wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselventile (30), (130) je­ weils zwischen der gemeinsamen Abzweigstelle (4) und den Zumeßventilen (40), (140) angeordnet sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswahl des kleinsten Druckabfalls jeweils die Meßdrücke (P2p), (P2s) zwischen Drosselventil (30), (130) und Zumeßventil (40), (140) über eine Highest-Wins-Schaltung ausgewertet werden, die den jeweils höchsten Meßdruck als Referenzdruck (Pref) auswählt.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Highest- Wins-Schaltung zur Auswahl des größeren Drucks von zwei Meßdrücken eine Anordnung (60) benutzt wird, bestehend aus einer Buchse mit zwei Kugelsitzen an den Stirnseiten und einer radialen Bohrung (63) in der Mitte und einer in der Buchse geführten Kugel (62), wobei die Meßdrücke an den stirnseitigen Anschlüssen angelegt werden, so daß der jeweils größere Meßdruck die Kugel (62) auf den gegenüberliegenden Kugelsitz drückt, damit den kleineren Meßdruck absperrt und eine Verbindung zwischen dem größeren Meßdruck und der radialen Bohrung (63) herstellt, an der der jeweils größere Meßdruck als Referenzdruck abgenommen wird.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anordnung entsprechend Anspruch 4 anstelle von Kugel und Kugelsitzen ein Kolben mit einer radialen Passung be­ nutzt wird.

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswahl des größten Drucks von n Meßdrücken n - 1 Anordnungen entsprechend Anspruch 4 oder 5 kaskadiert werden, indem jeweils der Referenzdruck-Ausgang (323) der vorherigen Anordnung (320) mit einem der stirnseitigen Meßdruck-Eingänge (312) der nächsten Anordnung (310) verbunden wird.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Sperrung einer Zumeßleitung (10), (110) der Druckabfall über dem zugehörigen Drosselventil (30), (130) von der Auswahl des kleinsten Druckabfalls ausgeschlossen wird.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Sperrung einer der Zumeßleitungen (10), (110) der zugehörige Meßdruck für die Highest-Wins-Schal­ tung durch den Pumpeneinlaßdruck (P0) ersetzt wird und bei Sperrung aller Zumeßleitun­ gen der Druckanstieg (P1-P0) der Pumpe (2) auf einen festen Wert (ΔPd) begrenzt wird.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltfunk­ tion für die Wählleitung (34), (134), (234) zwischen Meßleitung (33), (133), (233) und Pumpeneinlaßdruckleitung (57) im Steuerkolben (53), (153), (253) des Absperrventils (50), (150), (250) integriert ist.