DE2029287B2

DE2029287B2 - Anordnung zur ueberwachung und anpassung von mehreren auf einen gemeinsamen ausgang wirkenden elektrohydraulischen stellantrieben

Info

Publication number: DE2029287B2
Application number: DE19702029287
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dipl.-Ing 2807 Achim; Linnenbecker Udo 2800 Bremen Renner
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke-Fokker GmbH, 2800 Bremen
Priority date: 1970-06-13
Filing date: 1970-06-13
Publication date: 1977-11-17
Also published as: FR2095229B3; DE2029287C3; GB1289950A; DE2029287A1; US3703849A; FR2095229A7

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung und Anpassung von mehreren auf einen gemeinsamen Ausgang wirkenden elektrohydraulischen Stellantrieben mit durch Servoventile gesteuerten Arbeitszylindern und damit verbundenen Hilfszylindern, die bei kleinen Druckunterschieden ein Potentiometer zur Ausgabe eines den Servoventilen über eine Vergleichsschaltung zuge^führten Steuersignals einstellen und bei großen Druckunterschieden einen Schalter zur Abschaltung fehlerhafter Arbeitszylinder umschalten.

Zur Steuerung von beweglichen Objekten, insbesondere von modernen Hochleistungsflugzeugen, werden Stellantriebe mit großer Stellgenauigkeit benötigt. Hierfür sind Ausführungsformen einfacher und mehrfa- so eher hydraulischer Stellantriebe bekannt, bei denen durch Servoventile gesteuerte Arbeitszylinder auf einen gemeinsamen Ausgang wirken. Die Mehrfachantriebe bilden hierbei eine Kombination aus mindestens zwei Einfachantrieben, deren Ausgang über mechanische b5 Kupplungen mit dem gemeinsamen Ausgang verbunden sind. Vermehrfachte Stellantriebe erfordern aber eine Überwachung der Stellgenauigkeit jedes Einfachantriebes was durch ein nachgebildetes Vergleichsmodell ein sogenanntes Analogon ur.d durch eine lastunabhängige oder hydraulische Vergleichseinrichtung erfolgen kann.

Die Überwachung der Stellgenauigkeit nach der zuvor beschriebenen Art ist jedoch unbefriedigend, weil sich damit die einen Stellmotor beeinflussenden Größen vollständig nicht nachbilden lassen. Es muß daher für die Fehlererkennung und -Abschaltung eine relativ große Abweichung als Erkennungsmarke gewählt und zur Auslösung einer Abschaltung überschritten werden, was, einen großen Fehlerweg am Stellmotorausgang bedeutet Außerdem bleibt der Abschaltschwellwert für jeden Einfachantrieb eines Mehrfachantriebes gleich groß.

Bei Mehrfachgeröien dieser Art kann durch Bautoleranzen der einzelnen Servoventile und, insbesondere bei elektrischer Ansteuerung, durch Signalunterschiede im Zusammenhang mit der mechanischen Kupplung unter Umständen ein Gegeneinanderwirken der einzelnen Arbeitszylinder entstehen. Dadurch wird die Stellgenauigkeit beider verschlechtert, die durch eine hohe Verstärkung des Rückführsignals nicht wieder verbessert werden kann, weil der Antrieb sonst instabil wird.

Für die Überwachung und Anpassung vermehrfachter Stellantriebe ist gemäß der DT-OS 19 32 066 auch schon der Einsatz von HilfsSteuereinrichtungen vorgeschlagen worden, die gleichliegende Arbeitsräume jeweils zweier Arbeitszylinder überwachen. Diese als interner Stand der Technik geltende Anordnung hat sich im Einsatz bewährt, da sie in der Lage ist, Überwachungen und Anpassungen bis zur Reduzierung auf einen Duplexantrieb auszuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hilfszylinder aufweisende Anordnung zur Überwachung und Anpassung von aus mehreren Einfachantrieben bestehenden elektrohydraulischen Stellantrieben vorzusehen, die unter Vermeidung sich am Ausgang auswirkender Fehler nach Abschaltung fehlerhafter Arbeitszylinder funktionsfähig bleibt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Drücke von einander entsprechenden Arbeitsräumen der Arbeitszylinder jeweils über eine Verbindungsleitung der Oberseite jeweils eines in einem Zylinder einer hydraulischen Waage geführten Kolbens zugeführt sind, daß die Unterseiten der Kolben ein gemeinsames hydraulisches Sekundärsystem beeinflussen, das über weitere Verbindungsleitungen mit je einem Druckraum der Hilfszylinder verbunden ist, deren zweiter Druckraum mit jeweils gleichliegenden Arbeitsräumen der Arbeitszylinder in Verbindung stehen.

Bei der erfindungsgemäßen hydraulischen Waage dient jeder Arbeitszylinder als Analogen zu einem beliebigen anderen Arbeitszylinder des Stellantriebes, so daß jeder Arbeitszylinder durch die anderen überwacht wird. Die Überwachungsfunktion bleibt auch dann erhalten, wenn ein falschgehender Arbeitszylinder abgeschaltet werden muß. Die hydraulische Waage besteht dabei aus so vielen Zylindern mit eingesetzten Kolben, wie zu überwachende Arbeitszylinder vorgesehen sind. Der hydraulische Druck der Arbeitszylinder drückt dabei auf die Oberseiten der zugeordneten Kolben, während die Unterseiten ein das jeweilige Ausgleichssignal lieferndes hydraulisches Sekundärsystem steuern. Die Zylinder der hydraulischen Waage können dabei auf einem gemeinsamen, das hydraulische Sekundärsystem bildenden ölpolster ruhen, oder in systemgetrennten und untereinander druckverbundenen Kammern angeordnet sein.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Quadru-Plex-Stellantriebes,

F i g. 2 ein Stellantrieb nach F i g. 1 mit einer anderen Überwachungsanordnung und

Fig. 3 einen Stellantrieb nach F i g. 2 mit einer systemgetrernten hydraulischen Waage.

Fig. 1 zeigt einen Quadruplexstellantrieb mit vier nebeneinander angeordneten Arbeitszylindern la— Ic/, deren Kolbenstangen 2a—2c/ an ihren oberen Enden durch ein Querjoch 3 fest miteinander verbunden sind. Jedem Arbeitszylinder ist je ein Servoventil 4a-4c/ zugeordnet, das jeweils elektrisch mit dem Ausgang einer elektrischen Vergleichsschaltung 5a-5d verbunden ist. Die hydraulische Druckversorgurg der Servoventile 4a—•Werfolgt über Abschaltventil 6a—6d

Die Kolbenstangen 4a-4c/ der Arbeitszylinder Ia-Ic/ sind mit je einem Potentiometer Ta-Td verbunden, die über die Vergleichsschaltungen 5a-5c/ den Servoventüen 4a—4c/zugeordnet sind.

Die Widerstandsbahnen der Potentiometer Ta-Td sind axial beweglich und an einem Ende mit Kolbenstangen 9a—9c/ von Hilfszylindern 8a—8c/ verbunden. Diese Hüfszylinder 8a—8c/ sind über Leitungen, die je ein hydraulisches Dämpfungsglied 10 enthalten, auf der einen Seite mit den Arbeitszyliiidern la—Ic/ und auf der anderen Seite mit einem Sekundärsystem einer hydraulischen Waage 20 verbunden. Die anderen Enden der Kolbenstangen 9a—9c/sind mit je einem Schubglied lla—lic/ zur Betätigung elektrischer Schalter 12a— 12c/ versehen, die zur Verstellung der Abschaltventile 6a—6c/ vorgesehen sind. Weiterhin sind an diesen Enden der Kolbenstangen 9a—9c/Stabilisierungsfedern 13a—Odangebracht. js

Die hydraulische Waage 20 besteht aus vier mit Kolben 18a—18c/versehenen Zylindern 14a—14c/. Auf die Oberseite dieser Kolben 58a—18c/ drückt der Hydraulikdruck der Arbeitszylinder la—Ic/, während die Unterseiten auf einem geschlossenen, das Sekundärsystem bildenden ölpolster ruhen. Dieses ölpolster ist mit den Kolbenunterseiten der Hüfszylinder 8a und 8c/ verbunden.

Die Überwachung des Stellantriebes arbeitet wie folgt:

Über die Abschaltventile 6a—6c/wird das Druckmittel den Arbeitszylindern la— \dzugeleitet. Im Ruhezustand sind die Servoventile 4a—4c/ in Mittelstellung Eine diesen Ventilen zugeführte elektrische Größe Xe (Sollwert), die den Vergleichsschaltungen 5a—5c/ zugeführt wird, öffnet die Ventile. Das Druckmittel strömt in die Arbeitszylinder la—Ic/und bewegt ihre Kolben. Die Kolbenbewegung wird auf die Schleifkontakte der Potentiometer Ta—Td übertragen, die daher eine der Kolbenstellung proportionale elektrische Größe (Istwert) an die Eingänge der Vergleichsschaltungen 5a—5c/ abgeben. In diesen findet ein Vergleich der Istwerte mit den Sollwerten statt. Jedes Servoventil 4a—4c/ bleibt solange geöffnet, bis der Istwert den Sollwert erreicht hat. Infolge von Bautoleranzen, z. B. Unterschieden in der Druck-Signal-Funktion, können Druckunterschiede zwischen den Arbeitszylindern entstehen, was die Antriebsleistung vermindert, die Stellgenauigkeit verschlechtert und bei zusätzlichen Fehlern den Antrieb weich und damit unbrauchbar 6^r> machen kann. Diese Druckunterschiede werden aber mit Hilfe der Erfindung vermieden.

Tritt nun in einem der Arbeitszylinder la—Ic/ein zu den anderen Arbeilszylindern unterschiedlicher Druck auf, so verschiebt sich einmal der Kolben seines Hilfszylinders 8 und gleichzeitig der zugeordnete Kolben 18 der hydraulischen Waage 20. Die Verschiebungen des Hilfszylinderkolbens und die des zugeordneten Kolbens 18 der hydraulischen Wüage 20 ergeben im Zusammenhang mit dem unterschiedlichen Druck Verschiebungen der anderen Kolben 18 in der hydraulischen Waage 20. Dadurch werden aber die Kolben der Hüfszylinder 8, und zwar in entgegengesetzter Richtung als der Kolben des fehlerhaflen Arbeitszylinders, verstellt.

Die Verschiebungen der Kolben der Hüfszylinder 8 bewirken über die mit den Kolbenstangen 9 verbundenen Widerstandsbahnen der Potentiometer 7 ein elektrisches Signal, das über die zugeordnete Vergleichsschaltung 5 zu den Servoventilen 4 gelangt. Die Steuerung der Arbeitszylinder 1 erfolgt solange, bis die Drücke in den Arbeilszylindern 1 aneinander angepaßt sind und die Waage 20 sowie die Kolben der Hüfszylinder 8 wieder im Gleichgewicht stehen. Treten mehrere Fehler gleichzeitig auf, so ist die Funktionsweise die gleiche, denn die Hüfszylinder 8 steuern die Potentiometer 7 solange und soweit aus, bis alle Drücke gleich sind.

Sollte in einem der Zylinder 1 ein derartiger Fehler auftreten, daß das an der Kolbenstange 9 der Hüfszylinder 8 angebrachte Schubglied U des fehlerhaften Arbeitszylinders 1 den Schalter 12 betätigt, so wird über das Abschaltventil 6 die hydraulische Versorgung des fehlerhaften Arbeitszylinders abgeschaltet und die beiden Arbeitsräume des Arbeitszylinders miteinander verbunden.

Die von dem Versorgungsdruck der noch intakten Arbeitszylinder 1 belasteten Kolben 18 der hydraulischen Waage 20 schieben nun den druckentlasteten Kolben des Hilfszylinders 8 und den der hydraulischen Waage 20 in ihre obere Endlage. Dadurch nehmen aber die Kolben der hydraulischen Waage 20 eine neue Lage ein. Die Waage bleibt aber zur weiteren Drucküberwachung der noch intakten Zylinder voll funktionsfähig und hält den Kolben der übrigen Hüfszylinder 8 weiter das Gleichgewicht.

Die Überwachung der übrigen Arbeitszylinder 1 erfolgt danach weiter in der zuvor beschriebenen Weise. Die hydraulische Waage 20 ist dabei weiter in der Lage, Fehler, die unterhalb der Abschaltschwelle bleiben, auszugleichen, und zwar solange drei oder mehr Arbeitszylinder 1 funktionsfähig sind. Tritt bei den verbleibenden Arbeitszylindern 1 ein Fehler auf, der die Abschaltschwelle überschreitet, so wird der fehlerhafte Arbeitszylinder, wie zuvor beschrieben, abgeschaltet. Sind nur noch zwei Arbeitszylinder eingeschaltet, dann hat die Überwachung keine Entscheidungsmöglichkeit mehr, so daß bei einem Fehler, der die Abschaltschwelle überschreitet, beide Antriebe abgeschaltet werden. Kleinere Fehler, die unterhalb der Abschaltschwelle bleiben, werden jedoch weiterhin ausgeglichen.

Der Quadruplex-Stellantrieb nach Fig. 2 weist im Gegensatz zu dem nach Fi g. 1 Hüfszylinder 8a—8c/auf, deren Kolbenstangen 9a—9c/statt mit den Widerstandsbahnen der Potentiometer Ta-Td mit weiteren Potentiometern 15a— ί5α mechanisch verbunden sind. Diese Potentiometer 15a—15c/ erzeugen eine der Kolbenstellung der Hüfszylinder 8a-8c/proportionale elektrische Größe, die den Vergleichsschaltungen 5a —5c/zugeführt sind. Hierdurch wird eine Bewegung der Widerstandsbahnen der Potentiometer Ta-Td

durch die Hilfszylinder 8a—Sd vermieden und außerdem eine Möglichkeit vorgesehen, die Rückführverstärkung der Steuerpotentiometer 15a— 15c/ anders als die der Wegpotentiometer Ta-Td vorzunehmen. In der Funktionsweise bestehen keine Unterschiede zum Ausführungsbeispiel nach F i g. 1.

Beim Quadruplex-Stellantrieb nach Fig.3, der sich funktionsmäßig ebenfalls nicht von dem nach Fig. 1 unterscheidet, ist eine hydraulische Waage 20 mit Systemtrennung vorgesehen. Hierbei ist für jeden Arbeitszylinder la—lc/eine Kammer vorgesehen, in der die Zylinder 14a—14c/ angeordnet sind. Die hydraulischen Drücke der Kammern übertragen sich auf der Sekundärsystemseite untereinander über die schwimmenden Kolben 16a—16c.

Die Unterteilung der hydraulischen Waage 20 in Kammern hat den Vorteil einer vollständigen Trennung der einzelnen Überwachungskreise der Arbeitszylinder la— id. Im Falle eines Lecks in einer Kammer der hydraulischen Waage 20 oder in einer Zuleitung von den Hilfszylindern 8a—8c/ zur hydraulischen Waage kann somit nicht der gesamte Antrieb ausfallen. Die schwimmenden Kolben 16a— 16c der hydraulischen Waage 20 sind mit Druckstiften 17a—17c versehen. Bei einem Ausfall einer mittleren Kammer der hydraulischen Waage 20 fahren die beiden benachbarten Kolben 17 gegeneinander und ermöglichen so über die Druckstifte 17 eine Druckübertragung zwischen den noch verbleibenden Kammern. Eine Systemtrennung und mechanische Druckübertragung ist auch mit entsprechend ausgebildeten und bemessenen Membranen möglich.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahme ist es also möglich, Druckunterschiede, die aus verschiedenen Gründen zwischen den Einzelzylindern eines Mehrfachstellantriebes bestehen können, auszugleichen. Durch eine Dämpfung und Integration der Druckdifferenz mit der anschließenden Aufschaltung des über die Druckdifferenz gewonnenen Steuersignals läßt sich regelungstechnisch die Stabilitätsreserve des Stellantriebes beträchtlich erhöhen. Die Erfindung läßt sich auf alle Mehrfach-, mindestens jedoch für Triplex-Servostellantriebe anwenden, die sowohl parallel als auch tandemförmig angeordnet sein können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Überwachung und /
von mehreren auf einen gemeinsamen Ausgang wirkenden elektrohydraulischen Stellantrieben mit durch Servoventile gesteuerten Arbeitszylindern und damit verbundenen Hilfszylindern, die bei kleinen Druckunterschieden ein Potentiometer zur Ausgabe eines den Servoventilen über eine Vergleichsschaltung zugeführten Steuersignals einstellen und bei großen Druckunterschieden einen Schalter zur Abschaltung fehlerhafter Arbeitszylinder umschalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Drücke von einander entsprechenden Arbeitsräumen der Arbeitszylinder (la, b, c, d) jeweils über eine Verbindungsleitung der Oberseite jeweils eines in einem Zylinder (14a, ö, c, d) einer hydraulischen Waage (20) geführten Kolbens (18a, b, c. d) zugeführt sind, daß die Unterseiten der Kolben (18a, b, c, d) ein gemeinsames hydraulisches Sekundärsystem beeinflussen, das üDer weitere Verbindungsleitungen mit je einem Druckraum der Hilfszylinder(8a, b, c, (^verbunden ist, deren zweiter Druckraum mit jeweils gleichliegenden Arbeitsräumen der Arbeitszylinder (la, b, c, d) in Verbindung stehen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (14a, b, c, d) der hydraulischen Waage (20) in systemgetrennten und Ju untereinander druckverbundenen Kammern angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckübertragung zwischen den Kammern durch schwimmende, mit Druckstiften (17a, b, c) versehene Kolben (16a, b, c) erfolgt, die beim Ausfall von Arbeitszylindern (la, b, c, d) den Druck mechanisch übertragen.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckübertragung zwischen den Kammern der hydraulischen Waage (20) durch geeignete Membranen erfolgt.