DE19654781A1

DE19654781A1 - Hilfseinrichtung zur Realisierung einer Redundanz für die Energieversorgung von Flugsteuerungsantrieben

Info

Publication number: DE19654781A1
Application number: DE19654781A
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl Ing Hesse; Manfred Dipl Ing Grundke
Original assignee: LIEBHERR AEROSPACE GmbH
Current assignee: LIEBHERR AEROSPACE GmbH
Priority date: 1996-12-31
Filing date: 1996-12-31
Publication date: 1998-07-02

Description

Die Erfindung betrifft eine Hilfseinrichtung zur Realisierung einer Redundanz für die Energieversorgung von Flugsteuerungsantrieben gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.

Aus Gründen der Redundanz sind im Regelfall in großen Transportflugzeugen für die funktionswichtigen Flugsteuerungsantriebe drei oder vier unabhängig voneinander arbeitende Hydrauliksysteme angeordnet. Diese Hydrauliksysteme werden von zentral angeordneten Pumpen gespeist, die von Triebwerken oder Elektromotoren oder im Notfall auch durch Stauluftturbinen angetrieben werden. Seit längerem ist man bei den verschiedenen Flugzeugherstellern bemüht, eines oder mehrere Hydrauliksysteme einzusparen. Dabei wird die Einsparung im Wegfall von Leitungen, Ventilen usw. und damit einhergehend vom Gewicht, mechanischer Komplexität und Wartungsaufwand gesehen.

Bekannt ist bereits eine Hilfseinrichtung, die in der englischen Fachsprache auch als EBHA (Electrical Back up Hydraulic Actuator) bezeichnet wird (EP 0 477 079 B1).

Diese Hilfseinrichtung ist mit einem mit einer Pumpe verbundenen Elektromotor versehen, der in bekannter Weise vom elektrischen Bordnetz gespeist wird. Im Unterschied zur bisher üblichen Anordnung eines dritten Hydrauliksystems wird die Hilfseinrichtung direkt an das Antriebssystem der jeweiligen Flugsteuerung wie z. B. Querruder, Seitenruder, Höhenruder angeflanscht. Wie zuvor schon erwähnt, wird diese Hilfseinrichtung auch als Electrical Back up Hydraulic Actuator (EBHA) bezeichnet, um deutlich zu machen, daß es sich um eine Einrichtung für den Notfall handelt, d. h. wenn beide fest installierten Hydrauliksysteme ausfallen sollten. Das Grundkonzept dieser bekannten Hilfseinrichtung ist ein regelbarer Elektromotor mit Rechts- und Linkslauf, der mit einer Konstantpumpe verbunden ist. Sowohl die Druck- als auch die Rückführleitung der Hilfseinrichtung sind direkt mit der einen sowie mit der anderen Seite des Antriebes für die jeweilige Flugsteuerung verbunden. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß im Notfall die Positionsregelung des Stellsystems auf eine Regelung der Drehzahl des Elektromotors umgeschaltet werden muß und hierfür zusätzlich eine aufwendige Leistungselektronik erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hilfseinrichtung für die Realisierung einer Redundanz für die Energieversorgung von Flugsteuerungsantrieben anzugeben, die in einfacher Weise ohne Steuerungs- und Regelungsumschaltung mit dem Hydrauliksystem des jeweiligen Antriebes verbindbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.

Kern der Erfindung ist die Verknüpfung sowohl der Druck- als auch der Rückführleitung der Hilfseinrichtung mit der Druckleitung (P) und der Rückführleitung (R) des Antriebssystems zwischen einem in der Systemleitung des Stellantriebes angeordneten Sperrventil und dem Servoventil (4/3-Wegeventil) des jeweiligen Antriebes. Bei Druckabfall in dem festinstallierten Hydrauliksystem trennt das Sperrventil den jeweiligen Antrieb vom zentralen Hydrauliksystem ab und die angeflanschte Hilfseinrichtung wird aktiviert. Bei der erfindungsgemäßen Art der Verknüpfung ist keine weitere Steuerungs- und Regelungsumschaltung erforderlich, da die Regelung des Stellsystems (Ansteuerung des Servoventils) unverändert bleibt. Vorzugsweise ist der E-Motor als luftgekühlter Asynchron-Motor und die Pumpeinrichtung als Axialkolben-Schrägscheibenverstellpumpe ausgebildet. Die Drucksteuerung erfolgt über zwei 3/2-Wegeventile, die in der Pumpeinrichtung angeordnet sind. Der Förderdruck der Pumpeinrichtung wird lastdruckabhängig eingeregelt, wobei für die Zuführung des sich einstellenden Lastdruckes ein mit einem der 3/2-Wegeventile steuerungsmäßig verbundenes Wechselventil angeordnet ist, das hydraulisch mit beiden Kammern des Hydraulikzylinders des jeweiligen Stellantriebes verbunden ist.

Um die Anlaufphase des Asynchron-Motors zu erleichtern, wird weiterbildend vorgeschlagen, die Hilfseinrichtung mit einem 3/2-Wege-Anlaufventil zu versehen, das hydraulisch und steuerungsmäßig mit der Pumpeinrichtung verbunden ist.

ln der einzigen Figur wird anhand eines Prinzipschaltbildes die erfindungsgemäße Hilfseinrichtung näher erläutert.

Der hier nicht näher dargestellte Flugsteuerungsantrieb besteht im wesentlichen aus einem Stellantrieb 2, bestehend aus einem Hydraulikzylinder und einem Servo-Ventil 4 in Form eines 4/3-Wegeventiles. In der Druckleitung P ist ein Hochdruckfilter 6 in Form einer Austauschpatrone angeordnet. Zur Betätigung des betreffenden Stellantriebes 2 wird das Servoventil 4 angesteuert, so daß der Kolben des Hydraulikzylinders bewegt wird. Die Bewegung des Kolbens hat durch die Verknüpfung der Kolbenstange mit dem jeweiligen Ruder den gewünschten Steuerflächenausschlag zufolge. Das verdrängte Öl fließt dann über das Servoventil 4 zurück. Im Normalfall (Hilfseinrichtung inaktiv) wird die Druckölversorgung durch die Zentralhydraulik an den Anschlüssen P und R bereitgestellt (Schaltventil 8 in der gezeichneten Stellung). Die erfindungsgemäße Hilfseinrichtung wird in dem Moment aktiviert, wenn der Versorgungsdruck in der Druckleitung P unter einen vorgegebenen Mindestdruck abfällt. In einer solchen Situation wird durch die Feder das Sperrventil 8 in die Sperrstellung geschaltet. Vorzugsweise ist das Sperrventil 8 als 4/2-Wege-Ventil ausgebildet. Nach diesem Schaltvorgang ist der Stellantrieb 2 von der zentralen Ölversorgung abgetrennt. Gleichzeitig mit dem Schalten des Sperrventils 8 wird der Elektromotor 1 der Hilfseinrichtung eingeschaltet. Der E-Motor 1 ist mit einer Pumpeinrichtung 3 verbunden. Die mit hier gestrichelten Linien umrandete Pumpeinrichtung 3 besteht hier vorzugsweise aus einer Axial- Schrägscheibenverstellpumpe 5 und zwei 3/2-Wegeventilen 16, 17. Durch das eine 3/2-Wegeventil 16 wird das Fördervolumen der Pumpe 5 in der Weise verstellt, daß der Pumpendruck um einen gewissen Betrag oberhalb des Lastdruckes eingeregelt wird. Der Lastdruck ist der im Hydrozylinder des Stellantriebes 2 herrschende größere der beiden Kammerdrücke und wird dem 3/2-Wegeventil 16 über das Wechselventil 15 zugeführt. Bei Überschreiten eines bestimmten maximalen Lastdrucks übernimmt das andere 3/2-Wegeventil 17 die Regelung des Pumpendrucks auf einen konstanten Wert. Die von der Pumpeinrichtung 3 wegführende Druckleitung 18 mündet erfindungsgemäß in der zum Stellantrieb 2 führenden Druckleitung P, und zwar zwischen dem Sperrventil 8 und dem Servoventil 4.

In dieser genannten Druckleitung 18 ist ein Hochdruckfilter 7 in Form einer Austauschpatrone und ein Rückschlagventil 11 angeordnet. Die Rückführleitung 19 der Hilfseinrichtung mündet erfindungsgemäß in der Rückführleitung R des Antriebssystems und zwar ebenfalls zwischen dem Sperrventil 8 und dem Servoventil 4. In dieser Rückführleitung 19 der Hilfseinrichtung ist ebenfalls ein Niederdruck- Druckbegrenzungsventil 10 angeordnet. Die Rückführleitung 19 der Hilfseinrichtung wird durch einen mit ihr verbundenen Gasdruckspeicher 12 mit einem gewissen Mindestdruck beaufschlagt. Die Ölbefüllung des Gasdruckspeichers 12 wird durch ein Niederdruck-Druckbegrenzungsventil 9 gewährleistet, welches in der Rückführleitung R in Fließrichtung gesehen hinter dem Sperrventil 8 angeordnet ist. Je nach Charakteristik des verwendeten E-Motors kann es erforderlich sein, einen lastfreien Anlauf zu gewährleisten. Dazu ist ein Anlaufventil 13 zwischen dem Ausgang der Pumpe 5, der Druckleitung 18 und der Rückführleitung 19 der Hilfseinrichtung angeordnet. Dieses Anlaufventil 13 bewirkt, daß bis zum Erreichen einer bestimmten Mindestdrehzahl der Pumpe 5, der Pumpendruck auf Rückführniveau liegt, so daß der Elektromotor 1 die Pumpe 5 lastfrei beschleunigen kann. Bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl d. h. Förderstrom und Druckniveau am Ausgang der Pumpe 5 schaltet das Anlaufventil 13 aus der gezeichneten Stellung in die Betriebsstellung um.

Bezugszeichenliste

1

E-Motor

2

Stellantrieb

3

Pumpeinrichtung

4

Servoventil (4/3-Wegeventil)

5

Axialkolben-Schrägscheibenverstellpumpe

6

Hochdruckfilter

7

Hochdruckfilter

8

Sperrventil

9

Niederdruck-Druckbegrenzungsventil

10

Niederdruck-Druckbegrenzungsventil

11

Rückschlagventil

12

Gasdruckspeicher

13

3/2-Wege-Anlaufventil

14

Nachsaugventil

15

Last-Wechselventil

16

3/2-Wegeventil

17

3/2-Wegeventil

18

Druckleitung der Hilfseinrichtung

19

Rückführleitung der Hilfseinrichtung.

Claims

1. Hilfseinrichtung zur Realisierung einer Redundanz für die Energieversorgung von Flugsteuerungsantrieben bestehend aus einem Elektromotor, einer hydrostatischen Pumpe, Steuerungsmitteln und Leitungen zum Anschluß an den jeweiligen Flugsteuerungsantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Druckleitung (18) als auch die Rückführleitung (19) der Hilfseinrichtung mit der Druckleitung P bzw. der Rückführleitung ( R) des Stellantriebes (2) zwischen einem in der Systemleitung des Stellantriebes (2) angeordneten Sperrventil (8) und dem Servoventil (4) des jeweiligen Stellantriebes (2) verbunden ist.

2. Hilfseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor als Konstant-Asynchron-Motor (1) ausgebildet ist.

3. Hilfseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatische Pumpe als druckgeregelte Pumpe ausgebildet ist.

4. Hilfseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatische Pumpe lastdruckgeregelt ist.

5. Hilfseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinrichtung (3) der Hilfseinrichtung eine Axialkolben- Schrägscheibenverstellpumpe (5) sowie damit hydraulisch und steuerungsmäßig verknüpfte 3/2-Wegeventile (16, 17) aufweist, deren Förderdruck lastdruckabhängig einregelbar ist und die Zuführung des sich einstellenden Lastdruckes über ein steuerungsmäßig mit einem der 3/2- Wegeventile (16) verbundenes Wechselventil (15) erfolgt, das hydraulisch mit beiden Kammern des Hydraulikzylinders des Stellantriebes (2) verbunden ist.

6. Hilfseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfseinrichtung mit einem 3/2-Wege-Anlaufventil (13) versehen ist, das hydraulisch und steuerungsmäßig mit der Pumpeneinrichtung (3) verbunden ist.

7. Hilfseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführleitung (19) der Hilfseinrichtung ein Niederdruck- Druckbegrenzungsventil (10) angeordnet ist.

8. Hilfseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführleitung (19) der Hilfseinrichtung ein Gasdruckspeicher (12) angeordnet ist.

9. Hilfseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hilfseinrichtung ein Sperrventil (8) vorgesehen ist, das im Bedarfsfall den Stellantrieb (2) vom zentralen Hydrauliksystem (P, R) isoliert und das bei Druckabfall automatisch auf Sperrstellung schaltet.

10. Hilfseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführleitung (R) des Stellantriebes in Fließrichtung gesehen nach dem Sperrventil (8) ein Niederdruck-Druckbegrenzungsventil (9) angeordnet ist.

11. Hilfseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckleitung (P) des Stellantriebes in Fließrichtung gesehen vor dem Sperrventil (8) ein Hochdruckfilter (6) angeordnet ist.