DE2014661A1 - Elektrohydraulisches Stellglied für Flugzeugsteuerungen - Google Patents

Description

20Ί4661

DORNIER GMBH
Friedrichshafen

Reg. 2263

Elektrohydraulisches Stellglied für Flugzeugsteuerungen

Die Erfindung betrifft ein redundantes elektrohydraulisches Stellglied zur Betätigung von Steuerflächen bzw. Ruder an Flugzeugen, dessen Eingangssignale elektrisch vom | Piloten aus bzw. Regler und/oder Stabilisierungssystem» erfolgt, bestehend aus Vorsteuer-,Hauptsteuerventil und Servomotor alt Mechanischer Rückführung, wobei zur Fehlererkennung nehrere Stellglieder zu einer Kette zusammengefaßt sind.

Stellglieder dienen dazu, die z. B. vom Piloten ausgehenden Schalteignale für ein Ruder auf elektrisches Wege Übertragen zu können, wobei eine wirksame Fehlererkennung bei Ausfall eines Stellgliedes Grundbedingung ist. Aus Sicherheitsgründen werden daher Mehrere Stellglieder zu einer Kette zusaMMengefaßt, um auch slatliehe auftretenden Störungen abdecken zu können.

Die bekannten Stellglieder arbeiten alle Mit Mehr- λ heitsentscheid, d. h. um einen Fehler feststellen zu können,, werden drei Ketten benötigt. Bei den Meisten SysteMen sind Steuerschieber nicht Miteinander verbunden, aber geeignete Synchronisierungeeinrichtungen vorhanden.

Eine weitere Anordnung vom Stellgliedern ist bekannt, bei denen vorerst nur eine Kette arbeitet und bein Auftreten eines Fehlers auf die zweite Kette umgeschaltet wird. Bei SysteMen Mit verbundenen Steuerschiebern sind dies« entweder starr verbunden, oder die einzelnen Schieberteile werden über

-"■',- 2 109842/0121

BAD

Hebel bzw. Verbindungsstangen gekoppelt. Nachteilig wirkt sich jedoch bei diesen vorhin genannten Systemen aus» daß für jede Kette koalisierte Batikomponenten vorhanden sein müssen. Bei Steuerschiebern mit Mechanischer Verbindung, d.h. einer festen Schieberstange, tritt dieser Nachteil besonders bei Mehreren Kett®n auf, da die Gehäuse eine grössere Baulange aufweisen und die Herstellung Schwierigkeiten bereitet. Bei Festfressen nus^f eines Steuerschiebers ist aber trotzdem die gesagte Anlage blockiert und unbrauchbar. Man ist deshalb dazu Übergegangen, dl« Gehäuse der einzelnen Servoventile zu trennen und durch Leitungen zu verbinden. Dies bringt jedoch wieder den Nachteil Mit sich, daft hydraulische Leitungen zur Undichtheit neigen, und selbst bei geringen Erschütterungen ausfallen können.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein redundantes elektrohydraulisches Stellglied zu schaffen, das «it einer geringen Anzahl elektrischer Baukoaponenten auskommt und ein Vereinfachen des Gesamtsystems zuläßt. Eine weitere Forderung ist in der. Gehäusetrennung zu sehen. Baukomponenten verschiedener Hydrauliksystem» sollen getrennte Gehäuse aufweisen, damit bei einem Gehäuseriß nur ein Hydrauliksystem ausfällt und die weiteren nicht behindert sind. Schließlich ist die Forderung an ein Stellglied zu stellen, daß das Festfressen der Steuerschieber der Servoventilstufen abgedeckt ist, ohne daß die weiteren in ihrer Funktion behindert werden.

Ausgehend von diesen Forderungen, die am Stellglieder gestellt werden müssen, wird erfindungsgemäß das Ziel dadurch erreicht, daß jedem Hauptsteuerventil eis Differenzdruckventil aachgeschaltet ist, und daß synchron zur Schieberstange des Servomotors ein mechanisch verbundenes Stellungsventil bewegt wird, das bei Auftreten einer Schaltbewegung des Differenzdruckventils ein Abschaltsignal durchläßt. Dadurch wird

109842/0121

BAD ORIGINAL

-3- 20U661

eine Fehlererkennung auf einfache Weise erreicht, ohne daß hierzu «ehr als zwei Ketten notwendig sind. Bei einer Anordnung alt drei Ketten werden sogar zwei gleichzeitig auftretende Fehler abgedeckt.

Anhand eines Ausführungsbeispieles sei die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1 Schema eines Stellgliedes,
Fig. 2 Stellglied alt gekoppeltem Differenzdruckventil.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht das Stellglied aus eines in Tandemanordnung aufgebauten Schieberverband. Es enthält das Vorsteuerventil 1, Hauptsteuerventil 2, Differenzdruckventil 3, Stellungsventil 4, Abschaltventil 5, Servomotor 6, Bypassventil 7 und Rückführung 9.

Das VorSteuervent11 1 besteht aus einem Strahlrohr und wird durch einen Drehmomentmotor 12 in gewissen Grenzen verschwenkt. Der Strahl des Strahlrohres 11 trifft auf eine hydraulische weiche 13 und führt das Druckmittel zu den entsprechenden Druckleitungen des Hauptsteuerventils 2. Das Hauptsteuerventil 2 besteht aus Steuerschiebern 21, die in gewissen Abstanden aneinandergereiht auf einer Kolbenstange 22 befestigt sind. Die Zwischenräume zwischen dem Steuerschieber 21 dienen als Ringleitungen für Schaltzwecke. Weitere sind im Hauptsteuerventil 2 Schieberhülsen 23 angeordnet, die axial verschiebbar zwischen Steuerschieber 21 und ämm Gehäuse liegen. An den Enden der Schieberhülsen 23 sind Zentrierfedern 24 angebracht. Diese halten die Schieberhülsen 23 stets in einer Mittellage und sind am Gehäuse des Hauptsteuerventile 2 abgestützt. Die Kolbenstange 22 ragt aus dem Gehäuse heraus und dient gleichzeitig z. B. bei einer Tandemanordnung als Verbindungsglied zwischen den einzelnen Hauptsteuerventilen 2. Um Hauptsteuerventile 2 bei mehrfachanordnung nicht in einer übermäßigen Läng· her-

109842/0121

BAD ORIGINAL

-«- 2ÜH661

•teilen zu Müssen, dient eine Mechanische Kupplung 26 als Verbindungselement. Diese Anordnung hat den Vorteil, daQ die SchieberhUlsen 23 nicht genau in der Langsachse fluchtend angeordnet sein müssen, um den gesagten Schieberrerband nicht durch Exzentrizität im Betrieb zu hindern. Dieses Hauptsteuerventil 2 ist ein Differenzdruckventil 3 nachgeschaltet. Es besteht aus Stellkolben 31, einer Kolbenstange 32 und verfügt aber stirnseitig an den Stellkolben 31 eingelegte Zentrierfedern 33. Im Gehäuse sind an der entsprechenden Stelle Schaltnuten 34 für die zu erfüllenden Schaltvorgänge angeordnet.

Das Stellungsventil 4 besteht ebenfalls aus Stellkolben 41 und der Kolbenstange 42. Die Stellkolben 41 «erden durch Herausdrehen von Schaltnuten 44 aus der Kolbenstange 42 hergestellt. Diese dient gleichzeitig als Verbindungselement fOr weitere Stellungsventile. Weiters enthält das Stellungsventil 4 an eine« Ende eine Druckfeder 43, um Mit deM anderen Ende der Kolbenstange 42 Mechanisch Mit der später aufgeführten Rückführung 9 spielfrei in Verbindung zu stehen. Ein Abschaltventil 5, bestehend aus Kolben 51, Führung 52, Druckfeder 53 und Schaltnuten 54 enthält eine optische Anzeige 55, die selbsttätig bei Auftreten eines Fehlere in Funktion tritt. Schlieftlich ist in den Figure« unten der Servomotor 6 als Bestandteil des Stellgliedes angeordnet. Dieser Servomotor β besteht aus einen Arbeitskolben 61, einer Schieberstange 62, die aus deM Gehäuse herausführt, uad eine Vorrichtung für die Mechanische Rückführung aufweist. Ferner ist noch ein Bypassventil 7 angeordnet, das ebenfalls aus einem Stellkolben 71, einer Führung 72 und eimer Druckfeder 73 besteht.

Das Vorsteuerventil 1, das Stellungsventil 4 und die Schieberstange 62 des Servomotors β sind mit einer äußeren mechanisches Rückführung 9 verbunden. Es ist an der Schieberstange 62 eine Keilfläche 63 angeordnet, die bewirkt, daß da« Gestänge 93, das senkrecht zur Schieberstange 62 liegt, eine Bewegungsumlenkung um 9O° der Schieberstange 62 erfährt.

109842/0121 -

— ο —

BAD ORIGINAL

leiter« ist aa Gestänge 93 in der gleichen Ebene, an der dl· Kolbenstange 42 des Stelluagsventils 4 aufliegt, eine ähnliche KeiIflache 63a vorgesehen* Aa Ende des Gestänges 93 ist nochmals eine Keilfläche 63b vorgesehen, die eine axiale Verschiebung der Koppel 93 bewirkt. Druckfedern 91 sind aa Ende der Koppel 92 und des Gestänges 93 angeordnet und bewirken einen spielfreien Rücklauf der ge-Saaten Rückführung 9. Zwischen Vorsteuerventil 1 und Hauptsteuer ventil 2 ist noch eine innere Rückführung 94 angebracht.

In Fig. 2 ist ein Stellglied in Tandemanordnung alt gekoppelte* Differenzdruckventil 3 dargestellt. Es sind die gleichen Baukoaponenten, wie das in Fig. 1 dargestellte !

Stellglied enthält, jedoch das Differenzdruckventil 3 weist eine verlängerte Kolbenstange 32a auf und besteht alt der Machbarkolbenstange aus eines Stück. Diese Anordnung hat den Vorteil, dafi nuraehr an den äußeren Enden zwischen den Stellkolben 31 und dea Gehäuse Zentrierfedern 33 angeordnet werden Müssen. Aus dea Gehäuse ragt die Kolbenstange 32 nach außen noch ein Stück hervor. An den Enden der Kolbenstange sind Arretiernuten 35 eingefräst, in denen die Blockierung eingreift. Die Blockierung 8 besteht aus einea Kolben 81, der alt Hilfe einer Druckfeder 82 in einer Endstellung bei Druckabfall ia Gehäuse anliegt. Dabei führt in Verbindung des Kolbens 81 ein Arretierstift 83 aus dea Gehäuse heraus und greift in die Arretiernut 35 des Differenzdruckventils ein.

Die in den beiden Figuren aufgeführten Anordnungen von Stellgliedern sind als Duplex-Stellglieder auegeführt. Selbstverständlich können auch aehrere solche Einheiten, z. B. zu einea Triplex-Stellglied zusaaaengefttgt werden. Es ist hierbei lediglich für das Differenzdruckventil 3 eine Schaltwaage erforderlich. Da aber die Anordnungen von Schaltwaagen bekannt sind, wird von einer weiteren Besehreibung Abstand gei

109842/0121

BAD ORIGINAL

-β- 2Ü-U661

Tritt nun ia Betrieb eines Stellgliedes in irgend-' einer Fora ein Fehler auf, so ist der Entscheid zum Abschalten der fehlerhaften Kette notwendig. Daait bei* "Festfressen* eines Steuerschiebers 21 nicht der ganze Schieberverband blockiert ist, sind die Schieberhttleen 23 verschiebbar la Gehäuse gelagert und durch Federn 24 Bit einer gewissen Kraft in ihrer Lage festgehalten. Wenn die Reibungskraft zwischen Steuerschieber 21 und SchieberhQlse 23 gröfler wird als die Haltekraft der Schieberhais· 23, dann verschiebt sich die Schieberhülse 23 ie Gehäuse. Dadurch kann sich der Schieberverband weiter eween und die andere Kette kann weiter arbeiten. Die Verschiebung der Scbleberhülse 23 Im Gehäuse bewirkt ein Abschalten der Druckölversorgung der betreffenden Kette.

Das Differenzdruckventil 3 ist ait den beiden stirnseitigen Kaaaern des Hauptsteuerventile 2 verbunden. Durch Druckdifferenzen in diesen Kamera wird das Hauptsteuerventil 2 bewegt. Für den Antrieb des Haupteteuerrentils 2 wird nur ein· gering· Druckdifferenz benötigt, wenn das Yorsteuerventil synchron arbeitet. Die Zentrierfedern 33 des Diff·- renzdruckventils 3 sind so stark, daß dieses bei den geringen Druckdifferenzen des Horealbetriebes (wobei auch geringe Eingangesigaaldifferenzea vorhanden sein können)nicht aus seiner Mittelstellung ausgelenkt wird. An den Dreheoeeet-■otoren 12 des Vorsteuerventilee 1 herrscht ein Gleichgewichtszustand zwischen des elektrischen Drehsoswnt «ad de« Drehsxuwnt von der StellungsrOckftthrung 9. Weaa der Strosi la eimer Kette ausfällt (Mullsignal), dan» ist das Gleichgewicht ia dieser Kette gestört, weil das elektrisch· Drehaoaent wegfällt ued ein Strahlrohr 11 aaeht eimen Ausschlag nach rechts oder links, Je nach der Stellang der Arbeitskolben 61 de· Servomotors 6. Di«*· Au«lenkung ruft «is« Verschiebung der Steuerschieber 21 des Hauptsteuerv*»tils 2

109842/0121

ORIGINAL

- 7 - ZQ U 6

hervor, wodurch das Strahlrohr 11 der Intakten lette aber die Innere Rückführung 94 in entgegengesetzter Richtung zum andere» Strahlrohr 11 auegelenkt wird. Dadurch entsteht aa Hauptsteuerventil 2 der intakten Kette eine Kaa-■erdruckdifferenz, die der Bewegung des Scnieberverbandes entgegenwirkt. Die Bewegung koset dann zua Stillstand, wem die gegeneinander wirkenden Kasaerdruckdlfferenzen in beiden Ketten gleich groß sind. Diese Kaseerdruckdifferenzen sind wesentlich größer als die bei Moraalbetrieb auftretenden, well die Strahlrohre 11 nicht über die Rückführung 94 zwischen Vorsteuerventil 1 und Hauptsteuerventil 2 In die Mittelstellung zurückgeführt werden/ wie das im Noraalbe- g

trieb der Fall ist. Die große Druckdifferenz bewirkt, daß :

die Druckdifferenzventile 3 bei beiden Ketten in entgegengesetzter Richtung betAtigt werden.

Ub. die Entscheidung treffen zu können, welche der Kette die fehlerhafte ist, wird alt Hilfe des Stellungsventils 4 erreicht. Das Stellungsventil 4 hat drei Schaltstellungen und wird von der Mechanischen Rückführung 9 betätigt, nisMt also laser eine zu« Arbeitskolben 61 des Servomotors proportionale Stellung ein. Das Strahlrohr 11 der fehlerhaften Kette bewegt sich wegen der Stellungerückführung ebenfalls proportional'ZUM Arbeitskolbea 61 und ruft eine proportionale Stellung der Stellkolben 31 des Differeazialdruckveotils 3 hervor, während Strahlrohr 11 und Differenzdruckventil 3 der intakten Kette !»gekehrte Bewegungen durchführen. Das Stellungsventil 4 läßt nur von dem Differenzdruckventil 3 ein Abschaltsignal durch, das die gleiche Bewegungsrichtung wie es selbst hat, also von der fehlerhaften Kette.

Die Abschaltventil· 5 haben die Aufgabe, die Druck-Ölversorgung der einzelnen Ketten ab—sperren, wenn ein Fehler aufgetreten und festgestellt worden ist. Die Schalt-

109 842/0121

stellung "Druckversorgung gesperrt** wird erst dann wieder verlassen, wenn der Druck in betreffenden Hydrauliksystem völlig abgebaut «orden ist.

Die Bypassventlle 7 haben die Aufgabe, die ZylinderkasjMm des Servomotors 6 Miteinander zu verbinden, wenn eine Kette abgeschaltet «orden ist» oder vena die Druckölversorgung ausgefallen ist, daalt die Intakte Kette nicht durch die fehlerhaft· Kette blockiert vird.

In Fig« 2 ist eine Variante des Differenzdruckventils 3 aufgeführt. FOr die Fehlererkennung 1st in jeder Kette ebenfalls ein Differenzdruckventil 3 end ein Stellungsventil 4 vorhanden, wobei das Stellungsventil 4 identisch «it der Ausführung der in Flg. 1 dargestellten Tersion ist. Die Differensdruckventile 3 sind ebenso «le die Hauptsteuerventile 2 stirnseitig alt den Kaamerdruck beaufschlagt und Mechanisch Miteinander verbunden. Sie sind jedoch so an die Hauptsteuerventile 2 angeschlossen, daft Druckdifferenzen, die an den HauptSteuerventilen 2 in gleicher Richtung wirken, hler gegeneinander wirken, d. h. bei Mormalbetrleb herrschen an den Dlfferenzdruckventilea 3 gleich grofte, gegeneinander wirkende Kräfte, die sich gegenseitig aufheben. DaMit bei geringen Eingangssignaldifferenzen, die etwas voneinander abweichenden Kräfte und daait eine kleine resultierende Kraft an den Differenzdruckventilen 3 ergeben, keine Bewegung der Differenzdruckventile 3 erfolgt, sind diese durch Federn 33 in der Mittelstellung Mit einer gewissen Torspannkraft zentriert. Bei einen Kullsignal in einer Kette herrschen aa Hauptsteuerventil 2 gegeneinander wirkende Druckdifferenzen. Das ergibt für das Differenzdruckventil 3 in gleicher Richtung wirkende Kräfte. Dadurch wird der Schieberverband des Differensdruckventils 3 bewegt. Die Bewegungsrichtung hängt vom der Stellung des Arbeitekolbens 61 ab und davon, in welcher Kette der Fehler auf-

.109842/0121

OBiGiNAL

tritt. Durch das Stellungsventil 4 wird, wie in Fig. 1, ■ nur von der fehlerhaften Kette das Abschältsignal durchgelassen. Durch die Abschaltung des Druckes in der fehlerhaften Kette wird eine Blockierung 8 für das Differenzdruckventil 3 ausgelost, wodurch dieses in die Mittelstellung gebracht und hler festgehalten wird. Die Blockierung 8 ist nötig, weil das Gleichgewicht am Differenzdruckventil 3 als Folge der Abschaltung der einen Kette gestört ist und , die Intakte Kette deshalb ebenfalls abgeschaltet werden wurde.

Es 1st vorteilhaft, bei Verwendung Mehrerer Ketten , Kupplungen 26, wie in Fig. 1 aa Hauptsteuerventil 2 aufge- f führt, zwischen den Kolbenstangen der einzelnen Ventile, wie Differenzdruckventil 3, Stellungsventil 4, anzuordnen. Durch diese Ausbildung von redundanten elektrohydraulischen Stellgliedern werden bei eine· Duplexsystest alle auftretenden Fehler sofort festgestellt und Gegenaaltoahaen automatisch getroffen, ohne daft die Virksaakelt des Stellgliedes gestört ist«

19.3.1970 - . m

Gö/ro I

1098 42/0121 - io -

BAD

Claims (1)

1. Beg. 2263

   Patentanspruch· :

   ( 1.JRedundant·« elektrohydraulisch·* Stellglied zur BetAtigung von Steuerflächen, Ruder oder dergleichen an Flugzeugen, dessen Eingangssignale elektrisch vom Piloten aus bzw. Regler und/oder 3tabilisierungssyet«men erfolgt, bestehend aus Torsteuer-, Hauptsteuerventil und Servomotor alt Mechanischer Rückführung, wobei zur Fehlererkennung «ehrere Stellglieder in einer Kette zusammengefaftt sind, dadurch gekennzeichnet, daft jedes Hauptsteuerventil (2) ein Differenzfe druckventil (3) nachgeschaltet ist, und daft synchron zur Schieberstange (62) des Servomotors (6) ein mechanisch verbundenes Stellungsventil (4) bewegt wird, das bei Auftreten einer Schaltbewegung des Differenzdruckventils (3) ein Ab» schaltsignal durchlast.

   2. Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzdruckventil (3) einen axial verschiebbaren Stellkolben (31) enthalt, der durch beidseitig des Kolbenboden« und an Zylinder gehäuse abgestutzten Druckfedern (33) in Mittellage gehalten wird.

   3. Stellglied nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daft das Abscbaltsignal hydraulisch aber ein Abschaltventil (5) erfolgt.

   4. Stellglied mach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daft das Ste1lungsventil (4) mit allen weiterem Stellungevent ilen eimer Kette mechanisch gekoppelt 1st.

   5. Stellglied nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daft bei Asordnumg einer Kette die Differensdrmckvemtile (3) mechanisch miteinander gekoppelt sind, und daft Druckfedern (33) am dem auftenliegenden Kolbenstlmf lachen angeordnet •Ind.

   19.3.1070
   Oö/ro

   γ - η -

   109842/0121

   Lee rs ei te