DE2454259A1 - Hydraulische betaetigungseinrichtung - Google Patents

Description

Textron Inc. (Prio: 16. November 1973

Providence R.I. ,TJ.8 .A. US 416 585 - 11736)

Hamburg, den 14. November 1974

Hydraulische Betätigungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Betätigungseinrichtung, insbesondere zum Betätigen von Flugzeugsteuerungen, init einem eine Kammer aufweisenden Ventilkörper, mit einen zum Regeln der Flüssigkeitszufuhr unter Druck und zur, Betätigen der Betätigungseinrichtung dienenden Servosteuerventil, und nit einer Vorbeiströmeinrichtung mit einen in der Kammer angeordneten, in und aus einer Normalstellung bewegbaren Vorbeiströmventil, wodurch die Bedienung der Betätigungseinrichtung durch das Servosteuerventil und durch eine VorbeiStromsteilung steuerbar ist und ein hydraulisches Festsetzen der Betätigungseinrichtung bein Klemmen des Servosteuerventi'ls verhindert wird.

50982 1/0327

Bei der Steuerung von Flugzeugen, insbesondere von Hubschraubern, finden hydraulische Servovorrichtungen zur mechanischen Verstärkung der Steuerbefehle des Piloten zur Betätigung einer Steuereinrichtung Verwendung.

Die hydraulischen Vorrichtungen werden beispielsweise dazu benutzt, um die über die Bewegung eines Steuerknüppels aufgewandte Kraft zu verstärken. Eine solche Bewegung kann eine Steuerstange in einem Servosteuerventil in eine solche Stellung bringen, daß unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit zum Bewegen der Taumelscheibe eines Hubschraubers einer hydraulischen Betätigungseinrichtung zugeführt wird. Fällt das hydraulische System aus oder setzt sich das Servoventil fest, dann können daraus ungeheuer schwerwiegende Folgen entstehen, denn die Betätigungseinrichtung kann in einer extremen Lage festgehalten werden, während der Steuerkreis offen ist. Es ist wichtig, daß der Pilot die Kontrolle über das Flugzeug selbst dann behalten kann, wenn das Steuerventil ausfällt. Bei militärischer Verwendung sind durch Feindeinwirkung hervorgerufene Zerstörung und dadurch bewirkte Ausfälle des Steuerventils bedeutend wahrscheinlicher als bei zivilem Einsatz. Die US-Patentschriften 3 253 613 und 3 460 440 beschreiben bereits ausfallssichere Servosteuerventile.

509821 /0327

2Λ5Α259

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, nicht nur eine . ausfallsichere, sondern eine selbst beim Ausfallen noch betriebsfähige Betätigungseinrichtung vorzuschlagen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Betätigungseinrichtung der eingangs erwähnten Art, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß das Vorbeiströmventil eine mit einer Bohrung versehene bewegliche Buchse und eine in der Bohrung angeordnete Steuerstange aufweist.

Dadurch ist für das Servosteuerventilsysten und. die Betätigungseinrichtung eine Redundanz vorhanden, die beim Ausfallen eines Servosteuerventilsystems die Steuerung über ein zweites Servosteuerventilsystem weiterhin aufrecht erhält. Sollten beide Servosteuerventilsysteme ausfallen, dann ist immer noch eine Handsteuerung wirksam. Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung erfüllt grundsätzlich alle Sicherheitsanforderungen nachdem irgendein.-;Teil des Servosteuersystems ausgefallen ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1: eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung, befestigt an einem Spant des Flugzeuges;

5Ό9821/0327

Figur 2: einen Aufriß der in Figur 1 dargestellten Betätigungseinrichtung in teilweise geschnittenem Zustand, wobei die Leitungen in den Betätigungsorganen und den Betätigungszylindern und -kolben gezeigt sind;

Figur 3: einen Kreuzriß entlang der Linie 3-3 aus Figur 2;

Figur 4: einen vergrößerten Schnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen hydraulischen Steuerventilanordnung mit den zugehörigen Ventilen;

Figur 5: einen vergrößerten Schnitt einer Hälfte der Steuerventilanordnung aus Figur 4 mit zugehörigem Betätigungsorgan;

Figur 6

bis 12: Diagramme von verschiedenen Arbeitsstellungen der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform; und

Figur 13: eine andere Ausführungsform einer hydraulischen Steuerventilanordnung.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen in allen Ansichten die gleichen oder entsprechenden Teile.

50 9 821/0327

Die in Figur 1 gezeigte Betätigungseinrichtung 10 ermöglicht die Bewegung einer Steuereinrichtung/ beispielsweise einer Taumelscheibe eines Hubschraubers entsprechend den Steuer-, befehlen des Piloten. Die Betätigungseinrichtung 10 ist an einem Spant 12 eines ilubschrauberrahmens befestigt dargestellt. Die Steuerbefehle werden durch Bewegen eines Verbindungsteils 14 von einem nicht dargestellten Steuerknüppel gegeben. Die Taumelscheibe des Hubschraubers wird von der Welle 16 angetrieben und ist an dieser befestigt.

Im Betriebszustand werden begrenzte Steuerbewegungen des Piloten an dem Verbindungsteil 14 in Pfeilrichtung 18 durch die Betätigungseinrichtung 10 verstärkt und veranlassen die Welle 16, sich in Richtung des Pfeiles 20 zu bewegen. Dadurch wird die Bewegung der Taumelscheibe gesteuert. Eine Bewegung des Verbindungsteils 14 entgegengesetzt zur Pfeilrichtung 18 ruft die entsprechende Bewegung der Welle 16 und damit die entgegengesetzt der Pfeilrichtung 20 erfolgende Bewegung der Taumelscheibe hervor. Sollte darüber hinaus aus irgendeinem Grunde das hydraulische Servosteuersystem in der Betätigungseinrichtung 10 ausfallen, so kann-über das .Verbindungsteil 14 ein direktes mechanisches Bewegen der Welle 16 durch den Piloten bewirkt werden.

Erfindungsgemäß weist die Betätigungseinrichtung 10 zwei getrennte Betätigungssystem auf, die ein unabhängiges Betätigen der Welle 16 bewirken. Jedes dieser beiden Betätigungssysteme ist mit einem getrennten Behälter verbunden, der

509821/0327

eine unter Druck stehende Flüssigkeit enthält und weist voneinander unabhängige Servosteuerventile, Vorbeiströmventile, hydraulische Betätigungsorgane sowie zugehörige hydraulische Leitungen und Ventile auf. Auf diese Weise sind zwei getrennte Steuersysteme vorgesehen, von denen jedes Einrichtungen aufweist, die selbst dann noch betätigbar sind, wenn das andere System, ausfällt. Darüber hinaus gestatten die beiden Betätigungssysteme ein direktes mechanisches Bewegen der Welle 16 durch den Piloten über das Verbindungsteil 14 für den Fall, daß beide Betätigungssysteme ausfallen.

Figur 2 zeigt die getrennten Betätigungsorgane der beiden Steuersysteme in Einzelheiten. Die Betätigungseinrichtung 10 ist mittels eines Lagers 22 an einen Spant 12 angebracht, v/odurch eine begrenzte Bewegung der Betätigungseinrichtung 10 bezüglich des Spantes 12 in Richtung der Pfeile 24 möglich ist. Der Betätigungszylinder 26 ist fest mit dem Gelenkkopf 28 verbunden, um den Betätigungszylinder 26 im Spant 12 anzulenken.

Die Welle 16 läuft konzentrisch durch den Betätigungszylinder und weist an ihren Enden Dichtungen auf. Eine Ventilanordnung 42 ist am rechten Ende der Welle angebracht und wird auch von diesem getragen, während das linke Ende der Welle 16 mit der Taumelscheibe des Hubschraubers verbunden ist.

509821/0327

Der erste und der zweite Betätigungskolben 3O bzw. 32 sind axial in den Kammern 34 und 36 des Betätigungszylinders 26 hin- und herbewegbar an der Welle 16 angebracht. Die Betätigungskolben 30 und 3'2 sowie die Wand 38 zwischen den Kammern 34 und 36 weisen Dichtungen auf.

Der Betätigungskolben 30 unterteilt die Kammer 34 in eine linke und eine· rechte Kammer 34a bzw. 34b von veränderlichem Volumen, während der Kolben 32 die Kammer 36 in eine linke Kammer 36a und eine rechte Kammer 36b unterteilt, deren Volumen ebenfalls veränderbar ist. Im Betriebsfall bei Zuführung von unter Druck stehender hydraulischer Flüssigkeit zu den linken Kammern 34a und 36a wird eine Kraft auf die Betätigungskolben 30 und 32 ausgeübt, die die Welle 16 von links nach rechts gegen die Richtung des Pfeiles 20 zu bewegen trachtet. Wird unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit den rechten Kammern 34b und 36b zugeführt _t dann wird eine Kraft auf die Betätigungskolben 30 und 32 in der Weise ausgeübt, daß die Welle 16 von rechts nach links in Richtung des Pfeiles 20 bewegt wird. Durch geeignete Steuerung der Zufuhr von unter Druck stehender hydraulischer Flüssigkeit zu den Kammern kann die Welle 16 in die gewünschte Lage zum Betätigen der Taumelscheibe gebracht werden. Darüber hinaus erkennt man, daß die Welle 16 selbst bei Betätigung eines einzigen Betätigungskolbens bewegt werden kann.

5 09821/0327

Das Verbindungsteil 14 ist mittels des Stiftes 40 an der Ventilanordnung 42 angebracht. Ein Zapfen 44 ist mit dem Verbindungsteil 14 verbunden und erstreckt sich durch einen- länglichen Schlitz 46 in der Welle 16. Der Schlitz 46 gestattet eine begrenzte Drehbewegung des Verbindungsteils 14 bezüglich der Welle 16 in Richtung der Pfeile 48 um den Stift 40.

Ein Betätigungsarm 50 ist durch den Bolzen 52 an dem Verbindungsteil 14 angebracht. Das Bewegen des Verbindungsteiles 14 innerhalb der durch den Schlitz 46 gegebenen Grenzen bewegt wiederum den Betätigungsarm 50. Die Wirkung des Betätigungsarmes 50 in Verbindung mit der Steuerung der Ventilanordnung 42 wird später in Einzelheiten beschrieben. Zunächst reicht es aus, darauf hinzuweisen, daß die Bewegung des Betätigungsarmes 50 die Zufuhr der unter Druck stehenden hydraulischen Flüssigkeit zu den Kammern 34 und 36 steuert, um eine wirksame und günstige Bewegungssteuerung der Welle 16 zu erzielen.

Ein unmittelbares mechanisches Bewegen der Welle 16 kann in der Weise erreicht werden, daß das Verbindungsteil 14 innerhalb der durch den Schlitz 46 gegebenen Möglichkeiten bewegt wird. Wird die Bewegung beispielsweise in dichtung des Pfeiles 18 fortgesetzt, so wird dadurch die Welle 16 bezüglich des Spantes 12 in Richtung des Pfeiles 20 bewegt. Eine ähnliche Bewegung der Welle 16 entgegengesetzt zur Richtung des Pfeiles 20 kann dadurch erreicht werden, daß das Verbindungsteil 14 entgegengesetzt zum Pfeil 18 soweit bewegt wird, wie es der Schlitz 46 gestattet.

509821/0327

Die Kammern 34a und 34b sind über die Leitungen 54 und 56 lait einem der Servosteuerventilsystene 62 (Figur 2 und 4) der Ventilanordnung 42 verbunden. Die Leitungen 50 unc¹ 60 verbinden jeweils die Kammern 36a und 36b nit einer: jeweils, getrennten Steuerventilsystem 64 der Ventilanordnung 42. Die Leitungen 54, 56, 58 und 60 sind Zufuhrleitungen für die hydraulische Flüssigkeit zu den Kammern 34 und 36.

Figur 4 zeigt die Ventilanordnung 42 mit zwei getrennten Servosteuerventilsystemen 62 und 64, die auf der Welle 16 angebracht sind. Figur 5 zeigt das Servosteuerventilsysten 62 in Einzelheiten. Das Servosteuerventilsystem 62 ist in einem Ventilkörper 63 angeordnet und steuert die wahlweise Zufuhr von hydraulischer Flüssigkeit zu den Leitungen 54 und 56. Das Servosteuerventilsystem 64 ist in einem Ventilkörper 65 untergebracht und steuert die wahlweise Zufuhr der hydraulischen Flüssigkeit zu den Leitungen 58 und 60. Der Aufbau der Servos teuerventilsy sterne 62 und 64 ist identisch, und es wird daher nur der /vufbau des Servosteuerventilsystems.62 beschrieben. , '.

Das Servosteuerventilsystem 6 2 weist eine Einlaßöffnung auf, die über einen Filter 68 zu einer Leitung 7O führt. Die Leitung 70 führt über ein Regulierventil 72 zu einer Leitung 74, die wiederum zu der Austrittsseite der ■Rückschlagventile 110 und 112 führt.

509821/0327

Das Ventil 72 hat einen metallischen Ventilsitz 78, der fest in dem Ventilraum 80 montiert ist. Der Ventilsitz 78 weist in einem Winkel verlaufende Bohrungen 82 und 84 auf. Am unteren Ende des Ventilraumes 80 liegt ein hohles, rohrartiges Ventilelement 86 mit einer durchgehenden Bohrung 87. Das obere Ende des Ventilelementes 86 hat eine sich nach außen erstreckende Schulter mit Nut zur Aufnahme eines 0-Ringes 90. Das obere Ende des Ventilelementes 8.6 liegt gegen den nach unten gerichteten und bogenförmig ausgebildeten Ventilsitz 78. Eine am unteren Ende des Ventilraumes 80 und außerhalb des Ventilelementes 86 angebrachte Feder 92 drückt das Ventilelement 86 im Normalzustand zum Dichten gegen den Ventilsitz 78.

Die Leitung 70 führt darüber hinaus über die Leitung 94 zu einem druckbetätigten Absperrventil 96. Das Absperrventil umfaßt einen in einer O-Ring-Dichtung 100 angebrachten Kolben 98 mit einem sich nach unten zum Ventilteller 104 erstreckenden Arm 102. normalerweise wird der Ventilteller 104 durch eine Feder 108 in Verschlußstellung gehalten. Die Feder 108 liegt in unteren Teil des Ventilraumes 114. Das obere Ende der Feder 108 liegt gegen einen Führungskörper 116 und weist eine Schulter und darin eine zylindrische Ausnehmung auf. Das untere Ende des Ventiltellers 104 hat eine entsprechende zylindrische Ausnehmung. Eine Kugel 11.8 liegt in den Ausnehmungen der Führung 116 und des Ventiltellers 104.

BAD 509821/0327

Der Kolben^ 98 und der Arn Ί02 des Absperrentiles 96 öffnen den Ventilteller 104, wenn in der Leitung 70 Flüssigkeit unter Druck steht. Die Öffnung des Ventiles 104 gibt einen Ruckströmweg für die von der hydraulischen Betätigungseinrichtung strömende Flüssigkeit über die Leitung 122 zur Auslaßöffnung 124 frei.

Die Leitung 70 führt außerdem über die Leitung 126 zu einen durch Druck ausgeglichenen Ausgleichsventil 128. Das Ausgleichsventil 128 weist im oberen Teil des Ventilraumes 132 eine nach unten offene Schale 130 auf. Im unteren Bereich des Ventilraumes 132 befindet sich ein nach oben zeigender Ventilschieber 134. Eine innerhalb des Ventilraumes 132 angeordnete Feder 136 liegt gegen die Schale 130 und den Ventilschieber 134. Im Normalzustand drückt die Feder 136 die Schale 130 gegen das obere Ende und den Ventilschieber 134 gegen das untere Ende des Ventilraumes 132. Das untere Ende des Ventilschiebers 134 weist einen Rand 140 auf. Der Boden des Ventilraumes 132 ist über die Leitung 142 mit der Leitung -74 verbunden. Übersteigt der Druck in der Leitung 142 einen bestimmten vo'n der Feder 136 und dem Druck in der Leitung 126 ausgeübten Wert, dann wird die Spule 134 angehoben, und der Rand 140 gibt die Öffnung einer Leitung 144 frei. Dadurch kann Flüssigkeit aus der Leitung 74 austreten, wenn der in dieser Leitung vorliegende Druck einen gewissen gewünschten Wert überschreitet.

5 0 9 8 21/0327

Die Rückschlagventile 110 und 112 haben einen Raun 146, in der ein Paar nach innen gerichteter Ventilkegel 143 und 150 angebracht ist. Die Feder 152 liegt zv/ischen den Ventilkegeln 148 und 150 und drückt sie normalerweise federnd gegen die flachen Ventilsitze, die an den öffnungen der Leitungen 154 und 156 liegen. Übersteigt der Druck in der Leitung 154 an dem Ventilkegel 148 den von der Feder 152 ausgeübten Druck, dann wird ein Fluß zwischen dem Raum 146 und der Leitung 154 ermöglicht. In ähnlicher Weise wird ein Fluß zwischen der Leitung 156 und dem Raum 146 ermöglicht, wenn der Druck in Leitung 156 auf den Ventilkegel 150 den von der Feder 152 ausgeübten Druck übersteigt. Der Raum 146 weist darüber hinaus eine einmündende Leitung 158 auf.

In den Ventilkörpern 63 und 65 ist auch eine Servo- und Vorbeiström- Ventilvorrichtung 160 vorgesehen. Die Servo- und Vorbeiström-Ventil-Vorrichtung 160 v/eist zwei getrennte Steuerstangenventile 161 und 163 auf. Das Steuerstangenventil 161 besitzt eine äußere Buchse 162, eine innere Buchse 192 und "eine Steuerstange 220. Das Steuerstangenventil 163 weist eine äußere Buchse 164, eine innere Buchse 194 und eine Steuerstange 222 auf. Die Steuerstangen und Buchsen der Steuerstangenventile 161 und 163 sind identisch ausgebildet und identisch mit den Servosteuerventilsystemen 62 bzw. 64 verbunden. Der Einfachheit halber wird der Aufbau des Steuerstangenventiles 161 beschrieben, wobei vorausgesetzt wird, daß die Beschreibung auch auf das Steuerstangenventil 163 zutrifft.

509821/0327

Die Buchsen 162 und 164 sind jeweils in den Ventilkörpern 63 bzw. befestigt. Die Buchse 162 hat obere Öffnungen 170, 172, 174, 176 und 178, in die jeweils die Leitungen 120, 154, 158, und 144 münden. Darüber hinaus weist die Buchse 162 untere Öffnungen 180, 182, 184, 186 und 188 auf. Die Öffnungen 180 und 188 sind durch die Leitung 190 miteinander verbunden, während die Öffnung 184 verschlossen ist. Die Öffnungen 182 und 186 sind jeweils mit den Leitungen 56 und 54 verbunden.

Diese Öffnungen 170 bis 178 und 18O bis 188 stehen nit der in der Buchse 162 gebildeten Zylinderkammer 139 in Verbinöuna.

In den von den Buchsen 162 und 164 gebildeten Kammern ist ein Paar unabhängig bewegbarer Buchsen 192 bzw. 194 konzentrisch angeordnet. In Figur 4 sind die Buchsen 192 und 194 in ihrer Normalstellung dargestellt. Die Buchsen 192 und 194 sind unabhängig bewegbar, und ein Raum 196 zwischen ihnen verhindert ein Zusammenstoßen beim Bewegen.

Die Buchse 192 bildet eine hohle Zylinderkamner 197 und v/eist einen Ring 198 auf, der auf einen Bereich 200 von kleinerem Durchmesser gleitet. Eine Feder 201 liegt gegen den Ring 198 und drückt ihn gegen die Schulter 202 an der Buchse 192 und die Schulter 204 an der Buchse 162. Das andere Ende der Feder 201 liegt gegen eine Endkappe 206, so daß die Bewegung der Buchse 192 in dichtung des Pfeiles 13 die Feder 201 zusammendrückt. '

509821/0327 bad

Ein zweiter Ring 208 gleitet auf den dünneren Bereich 200 und liegt gegen einen auf diesem Bereich aufgebrachten Seegerring 210. Eine Feder 212 liegt zwischen dem Ring 208 und dem Ring 193. Eine Bewegung der Buchse 192 entgegengesetzt zur Richtung des Pfeiles 18 ruft demnach ein Zusammendrücken der Feder 212 hervor. Das Zusammenwirken der Federn 201 und 212 bewirkt das federnde Zurückstellen der Buchse 192 in die in Figur 4 gezeigte !•Tormalstellung.

Die Steuerstangen 220 und 222 sind mit dem Verbindungsteil verbunden und innerhalb der von den Buchsen 192 bzw. 194 gebildeten Zylinderkammern beweglich montiert. Die Steuerstangen 220 und 222 sind durch einen Verbindungsbolzen 214 verbunden, der sich vom Arm 50 aus durch die axialen Bohrungen 216 und 218 in den Steuerstangen 220 bzw. 222 erstreckt. Ein geeignetes Befestigungselement 219 hält die Steuerstangen 220 und 222 axial fest auf den Verbindungsbolzen 214. Die Steuerstange 222 ist mit dem Arm 50 so verbunden, daß die Bewegung des Armes 50 gleichzeitig die Steuerstangen 220 und 222 in den Buchsen 192 und. 194 bewegt. An linken Ende der Steuerstange 220 ist an einen Gegenlagerring 226a eine Schulter 226 vorgesehen. Eine Schulter 228 v/ird von einem Gegenlagerring 228a am rechten Ende der Steuerstange im Raum 196 gebildet. Diese Schultern 226 und 228 an den Gegenlagerringen 226a und 228a weisen einen Abstand zu den Enden der Buchse 192 auf, um die Buchse 192 bei Berührung durch die Schultern 226 und 228 zu bewegen, ähnliche Gegenlagerringe hat. die Steuerstange 222. Diese Gegenlagerringe verhindern das Zusammenstoßen der Buchse 192 oder 194 mit

509821/0327

■der anderen Buchse im Betriebszustand, falls eine der Buchsen einen Bruch in einer senkrecht zu ihrer Mittellinie verlaufenden Ebene erfährt. Die Schulter an den Gegenlagerringen 2 26a und 228a gestattet in Verbindung mit der Schulter 221 auf dem Arm ein· gleichzeitiges Prüfen der Vorbeiströmvorrichtung für jede der Buchsen 192 oder 194.

Wie Figur 5 zeigt, weist die Buchse 192 eine Mehrzahl von in Abstand zueinander angeordneter Ringnuten 230, 232, 234, 236 und 238 über ihre Länge verteilt auf. Die Ringnuten 232, 234 und 236 sind durch mehrere Stege am Umfang der Buchse 192 voneinander getrennt, um unabhängige Strömungskanäle zu bilden, die bei axialem Hin- und Herbewegen der Buchse 192 gegen die Federn 201 und 212 im Inneren der Buchse 162 die öffnungen 172, 174 und 176 in ausgewählter Weise verbinden. Die öffnungen 240/ 242, 244, 246 und 248 verbinden jeweils die Zylinderkammer mit den Ringnuten 230, 232, 234, 236 und 238.

Die Steuerstange 220 liegt in der Zylinderkammer 197 und besitzt die Stege 250, 252, 254 und 256. Diese Stege bilden mit der Zylinderkammer 197 Ringkammern 258, 260 und 262. Durch Bewegung der Steuerstange 220 werden die Ringkammern 258, 260 und 262 axial innerhalb der Zylinderkammer 197,,bewegt, um v/ahlweise die öffnungen 242 oder 246 mit der Ringkammer 260 zu -verbinden, während gleichzeitig die Ringkammern 258 oder 262 mit den öffnungen 242 oder 246 verbunden werden.

509821/0327

Das Vorbeiströmventil 160 ist in den Figuren 4 und 5 in ihrer normalen Arbeitsstellung dargestellt, wobei die hydraulische Flüssigkeit unter Druck von einer Pumpe oder einer ähnlichen Einrichtung der Einlaßöffnung 66 zugeführt wird. Diese Flüssigkeit strömt durch den Filter 68, das Ventil 72 und zur Zufuhröffnung 174. Der Flüssigkeitsdruck in der Leitung öffnet dabei das Absperrventil 96 für die Verbindung von der öffnung 170 zur Auslaßöffnung 124.

In dieser Normalstellung ist die Zufuhröffnung 174 mit der Ringnut 234 und der Öffnung 244 verbunden, die mit der Ringkammer in Verbindung stehen. Die Ringkammer 260 ist praktisch von den Öffnungen 242 und 246 getrennt, es liegen aber Überschneidungen der Stege 252 und 254 vor, die eine 'kleine-Öffnung zwischen der Ririgkammer 260 und den Öffnungen 242 und 246 ermöglichen. Für den Betriebsfall kann eine solch kleine öffnung vernachlässigt werden. Figur 6 zeigt das Steuerstangenventil 161 schematisch in seiner Hormalstellung mit unterbundener Flüssigkeitszufuhr von der Zufuhröffnung 174 zum Betätigungsorgan.

Wird die Steuerstange 220 nach rechts bewegt, dann wird die Ringkammer 260 gleichzeitig mit den Öffnungen 244 und 246 verbunden. Die Ringkammer 258 verbindet dann die öffnungen 242 und 240. Diese Stellung ist schematisch in Figur 7 gezeigt, wobei hydraulische Flüssigkeit unter Druck von der Zufuhröffnung 174 über die Ringnut 234, die öffnung 244, die Ringkammer 260,

509821/0327

die Öffnung 246, die Ringnut 236, die öffnung 186 und die Leitung 54 zur Kammer 34a zugeführt wird. Die/unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit in der Kammeir 34a drückt den Betätigungskolben 30 nach rechts, wobei die Welle 16 und der Ventilkörper bewegt und das Ventil veranlaßt wird, in seine Normalstellung zurückzukehren. Die hydraulische Flüssigkeit wird von der Kammer 34b über die Leitung 56, die öffnung 182, die Ringnut 232, die Öffnung 242, die Ringkamraer 258, die öffnung 240, die Ringnut 230 und die Öffnung 170 entleert.

Wird die Steuerstange 220 nach links bewegt, dann verbindet die Ringkammer 260 die öffnungen 242 und 244 und die Ringkarnmer die öffnungen 246 und 248. Diese Stellung ist schematisch in Figur 8 dargestellt, wobei die unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit der Kammer 34b durch die Zufuhröffnung 174 über die Ringnut 234, die öffnung 244, die Ringkammer 260, die Öffnung 242, die Ringnut 232, die öffnung 182 und die Leitung 56 zugeführt wird. Unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit in der Kammer 34b drückt den Betätigungskolben 30 nach links, wodurch die Welle 16 und der Ventilkörper 63 bewegt und das Ventil in seine Normalstellung zurückgestellt wird. Die hydraulische Flüssigkeit wird von der Kammer 34a über die Leitung 54, die öffnung 186, die Ringnut 236, die öffnung 246, die Ringkammer 262, die Öffnung 248, die Ringnut 238, die Öffnung 188, die Leitung 190, die Öffnung 180, die Ringnut' 230 und die Öffnung 170 entleert.

509821/0327

Auf diese Weise kann das Steuerstangenventil 161 zur Steuerung der Lage der Welle 16 verwendet werden. Es sei darauf hingewiesen, daß natürlich das Steuerstangenventil 163 auf die gleiche Weise arbeitet und in gleicher Weise die Steuerung der Arbeitsweise des Betätigungskolbens 32 und der Lage der Welle 16 bewirkt.

Bei der Beschreibung des normalen Betriebszustandes des Servosteuerventilsystems 62 wurde kein Bezug auf die Bewegung der Buchse 192 genommen, da diese unter normalen Betriebsbedingungen in der in Figur 4 und 5 gezeigten Lage verbleibt. Tatsächlich kommt der Buchse 192 und den Rückschlagventilen 110 und unter normalen Betriebsbedingungen keine Funktion zu, und sie könnten einfach weggelassen werden, wenn sie nicht ihre Bedeutung für den Fall eines Festsetzens oder Festlegens der Steuerstange 220 innerhalb der Buchse 192 hätten. Wenn beispielsweise Metallstücke in dem hydraulischen Flüssigkeitssysten oder andere Ursachen die Steuerstange 220 festklemmen, dann arbeitet das beim Ausfallen noch betriebsfähige System auf folgende Weise: Erstens sei angenommen, daß die Steuerstange 220 sich in der in den Figur 4 und 5 "dargestellten Normalstellung festsetzt. Der Pilot nerkt dann, daß er eine relativ große Kraft auf den Steuerknüppel ausüben muß, um eine Bewegung der Steuerstange beizubehalten. Die Größe dieser Kraft wird durch die Federkraft der Federn 201 und 212 bestimmt. Sie muß ausreichen, um die Federn 201 und 212 zusammenzudrücken. Es sei darauf hingewiesen, daß selbstverständlich beim Ausfall eines der Steuerventilsysteme 62 oder 64 das andere Steuerventilsystem weiterhin arbeitsfähig bleibt.

509821/0327

Will beispielsweise der Pilot die Steuerstange. 220 nach links bewegen, dann gilt für diesen Fall das Diagramm der Figur 9. Beim Versuch des Bewegens der Steuerstange 220 nach links wird eine Bewegung der Buchse 192 nach links und ein Zusammendrücken der Feder 212 bewirkt. Diese Bewegung der Buchse bringt die Ringnut 234 in Verbindung mit den Öffnungen 172, 174, 182 und 184. Unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit fließt somit aus der Züfuhröffnung 174 über die Ringnut 234, die Öffnung 182 und .die Leitung 56 in die Betätigungsammer 34b. Das Aufrechterhalten der Betätigung des getrennten Steuerventilsystems 64 wird ein Bewegen des Betätigungskolbens bewirken. Dies wiederum verdrängt hydraulische Flüssigkeit aus der Betätigungskammer 34a, welche über die Leitung 54, die Öffnung 186, die Ringnut 236, die Öffnung 176, die Leitung 156 und das Ventil 112 in die Leitung 158 strömt. Diese Strömungszirkulation verhindert ein hydraulisches Festsetzen des Betätigungskolbens 30 und ermöglicht auch dann noch eine Bewegung der Welle 16, wenn die Steuerstange 220 festsitzt.

Figur 10 zeigt schematisch die Bewegung des Betätigungsarmes 50 nach rechts bei In der Buchse 192 in Normalstellung festsitzender Steuerstange 220. Sitzt die Steuerstange 220 in dieser Lage fest, so wird die Buchse 192 nach rechts bewegt und die Ringnut 234 kommt in Verbindung mit den Öffnungen 174, 176, 18.4 und 186. Unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit von der Züfuhröffnung 174 strömt durch die Ringnut 234, die Öffnung 186 und die Leitung 54 in die Kammer 34a und drückt ·. -den Betätigungskolben 30 nach rechts. Aus der Kammer 34b verdrängte

509821/0327

hydraulische Flüssigkeit strömt über die Leitung 56, die öffnung 182, die Ringnut 232, die Öffnung 172, die Leitung 154 und das Rückschlagventil 110 in die Leitung 158. Dadurch wird in gleicher Weise ein hydraulisches Festsetzen des Betätigungskolbens 30 beim Bewegen der Betätigungseinrichtung nach rechts verhindert.

Auch das Festsetzen der Steuerstange 220 in einer anderen als der Normalstellung ist berücksichtigt. Beispielsweise könnte die Steuerstange 220 im rechten Teil festgesetzt x^erden. Auch in dieser Lage soll sich der Hubschrauber weiterhin steuern lassen. In dieser Stellung ist die Steuerstange 220 nach rechts versetzt, wobei die Ringkammer 260 die öffnungen 244 und 246 in Verbindung mit der Zufuhröffnung 174 bringt, die mit den öffnungen 176 und 186 verbunden ist. Die Ringkammer 258 bringt die Öffnungen und 242 miteinander in Verbindung. Wird die Buchse 192 nach links verschoben, dann verbindet die Ringnut 234 die öffnungen 172, 174, 182 und 184 mit den öffnungen 176 und 186. Diese Stellung ist in Figur 11 schematisch dargestellt. 7\us der Kammer 34a durch Bewegen der Welle 16 nach rechts verdrängte hydraulische Flüssigkeit strömt somit durch die Leitung 54 zur öffnung 186, durch die Ringnut 236, die öffnung 246, die Ringkammer 260, die öffnung 244, die Ringnut 234, die öffnung 182 und die Leitung 56 zur Kammer 34b. Dadurch wird ein hydraulisches Festsetzen des Betätigungskolbens 30 in dieser Stellung verhindert.

509821/0327

bad

Die Bewegung des Betätigungsarmes 50 nach rechts nit in rechten Teil festgesetzter Steuerstange 220 ist schenatisch in Figur 12 dargestellt. In dieser Stellung verbindet die Ringkammer 2<3O die Öffnungen 244 und 246, und die Ringkammer 258 die Öffnungen 240 und 242 miteinander. Die Ringnut 234 vorbindet die Öffnungen 174, 176, 184 und 186. Wird der Betätigungskolben 30 von links nach rechts bewegt, dann strömt aus der Kaniner 34b verdrängte hydraulische Flüssigkeit durch die Leitung 56, die Öffnung 182, die Ringnut 232, die Öffnung 172, die Leitung 154 und das Rückschlagventil 110 in die Leitung 158. Hydraulische Flüssigkeit aus der Leitung 158 strömt durch die Öffnung 174, die Ringnut 234, die Öffnung 186 und die Leitung 54 in die Kammer 34a. Auf diese Weise wird ein hydraulisches Festsetzen des Kolbens 30 in dieser Stellung verhindert.

Aus dem aus Figur 5 ersichtlichen symmetrischen Aufbau ist erkennbar, daß beim Festsetzen der Steuerstange 220 -in linken Teil ein ähnlicher Strömungskreislauf aufgebaut würde, wie der in den Figuren 11 und 12 dargestellte Kreislauf. Ein hydraulisches Festsetzen der Steuerstange 220 würde damit ebenfalls unterbunden.

Es sei darauf hingewiesen, daß selbstverständlich beim Versagen beider Servosteuerventilsysteme 62 und 64 ein unmittelbares mechanisches Betätigen der Welle 16 aufgrund des oben beschriebenen Zusammenwirkens der 'Ventile erreicht werden kann, daß ein ohne hydraulisches Festsetzen durch einen der Betätigungszylinder zu befürchten ist.

5 09821/0327

BAD ORIGINAL

Die Betätigungseinrichtung 10 bildet somit eine noch beim Ausfallen betriebsfähige Ventilanordnung mit geringsten Risiken für den Fall des Versagens. Die Betätigungseinrichtung ist in der Weise redundant, daß zwei getrennte hydraulische Steuersysteme mit Betätigungs- und Steuerventilen vorgesehen sind. Fällt eines der beiden Steuersysteme aus, so bleibt das andere zur Steuerung des Hubschraubers betriebsfähig. Sollten beide Steuersysteme ausfallen, so kann eine unmittelbare mechanische Betätigung beibehalten werden, ohne daß in die ausgefallenen Steuersysteme eingegriffen werden muß. Somit ist eine redundante Betätigungseinrichtung vorhanden, die selbst beim Ausfallen betriebsfähig bleibt.

Figur 13 zeigt eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform. Hierbei weist die Ventilanordnung 300 eine Spule und eine Vorbeiströmanordnung 302 auf, die in ihrem Aufbau dem VorbeiStrömventil 160 der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform gleicht. Die Vorbeiströmanordnung 302 ist mit einem Verbindungsteil 14, einem Zapfen 40, einem Zapfen 44, einem Schlitz 46, einem Betätigungsarm 50 und einem Bolzen 52 versehen, deren Aufbau und Wirkungsweise vollständig dem in Figur gezeigten entspricht. Die Welle 16 hat Betätigungseinrichtungen, eine Aufhängung und Leitungen 54, 56, 58 und 60, die ebenfalls mit den in Figur 4 gezeigten identisch sind.

50 9821/03 27

Die Leitung 190 dient auch zum Verbinden der öffnungen.180 und 188. Die in Figur 4 gezeigte Ausführungsforn unterscheidet sich in der Ventilanordnung bezüglich der ,Vorbeiströmanordnung 302 und den Ventilkörpern .304 und 306, in der die Anordnung 302 untergebracht ist.

Wie Figur 13 zeigt, umschließt der Ventilkörper 304 ein Ende der Vorbeiströmanordnung 302 und ist an der Welle 16 befestigt. Der Ventilkörper 306 ist anschließend an den Ventilkörper 304 montiert, umgibt das andere Ende der Vorbeiströmanordnung 302 und ist ebenfalls an der Welle 16 befestigt. Ein federndes Abstandsstück 308 trennt die Ventilkörper 304 und 306 voneinander.

Ein Einlaßfitting 307 erstreckt sich durch eine Bohrung im Ventilkörper 306 und ist in eine Einlaßkammer 311 im Ventilkörper 304 eingeschraubt. Ein Auslaß-Fitting 313 erstreckt sich durch eine Bohrung 315 im Ventilkörper und ist in eine Auslaßkammer 317 im Ventilkörper 304 eingeschraubt. Die Fittings 307 und 313 weisen Dichtungen zum Abdichten der Wände der Kammern 311 und 317 auf.

Die Ventilkörper 304 und 306 haben identische Ventilsysteme, die jedoch geometrisch anders angeordnet sind. Fitting 307 hat eine Flüssigkeitseinlaßöffnung 310 mit Gewinde zum Befestigen an einer hydraulischen Zufuhrleitung. Ein geeigneter Filter 312 liegt am Grunde der Öffnung 310 und dient zum Filtern der eintretenden hydraulischen Flüssigkeit.

50 9 821/03 27 ,.

Die Leitung 314 verbindet die Öffnung 310 mit der Leitung 316 und einer Kammer 318. Ein Kolben 320 wird durch die hydraulische Flüssigkeit in der Kammer 318 betätigt. Der Kolben 320 gehört zu dem Ventil 322. Dieses Ventil 322 ist im Aufbau identisch mit dem in Figur 4 gezeigten Absperrventil 96. Das Ventil 322 weist eine Einlaßleitung 3<24 und eine Ausströmleitung 326 auf. Die Einlaßleitung 324 ist mit der Öffnung 170 der VorbeiStrömanordnung 302 verbunden. Das Ventil 322 arbeitet auf ähnliche Weise wie das Absperrventil 96, so daß bei Anwesenheit von unter Druck stehender hydraulischer Flüssigkeit in der Kammer 318 die Leitungen 324 und 326 verbunden werden. Die Ausströmleitung 326 ist mit einer Kammer 317 und einer Ausströmöffnung verbunden, die die Verbindung mit einer hydraulischen Rückströmleitung gestattet.

Die Leitung 316 mündet in eine Kammer 330. Der Ventilsitz in der Kammer 330 hat einen Ventilteller 334 in Form einer umgekehrten Schale, der in Normalstellung den Ventilsitz verschließt und eine Strömung zwischen der Kammer 330 und der Leitung 316 unterbindet. Eine Feder 336 in der Kammer 330 drückt in Normalstellung den Ventilteller 334 gegen den Ventilsitz 332. Strömt unter Druck stehende hydraulische Flüssigkeit in die Leitung 316, dann wird der Ventilteller 334 angehoben und eine Strömung in die Kammer 330 ermöglicht.

509821/0327

Die Leitung 338 verbindet die Kanuner 33O nit einer Kammer 340. In der Kammer 340 sind die identisch aufgebaute Rückschlagventile 342 und 344 angebracht, die den Rückschlagventilen 110 und 112 der Figur 4 entsprechen.

<i - ■

Die Rückschlagventile 342 und 344 sind über die Leitungen 346 und 348 mit den Öffnungen 172 bzw. 176 verbunden. Die Kammer 340 steht über die Leitung 350 riit der Einlaßöffnung 174 in Verbindung. Die öffnung 178 verbindet die Leitung nit einem Ventilraum. Der Ventilraun 354 v/eist einen Ventilsitz 356 an einem.Ende und ein Kugelventil 360 auf, das in Normalstellung den Ventilsitz verschließt. Ein schalenförniges Element 362 hält das Kugelventil 360 in seiner Lage. In den Ventilraum 354 liegt eine Druckfeder 364 gegen einen Fortsatz 366 auf dem schalenförmigen Element 362. Der Ventilraum 354 steht über die Leitung 368 mit der Leitung 326 in Verbindung. Die Leitung 327 verbindet die Kammer 317 und die Leitungen 326 und 368. Somit kann Flüssigkeit zwischen der Leitung 352 und der Öffnung 328 strömen, wenn der Druck in dem Ventilsysten einen gewissen Mindestwert überschreitet und größer als der von der Feder 364 ausgeübte Druck ist.

Der Ventilkörper 306 weist eine Einlaßöffnung 380 und eine Auslaßöffnung 382 auf. Die Ventilanordnung des Ventilkörpers 306 entspricht in ihrem Aufbau der Ventilanordnung in Ventilkörper 304 und ist mit horizontal liegenden Öffnungen ver-

509821/0327 _BAri , -

BAD ORIGINAL

sehen, die zur Aufnahme von hydraulischen Leitungen dienen. Die Wirkungsweise der Betätigungseinrichtung 300 entspricht der Betätigungseinrichtung 10, sie verhindert ein hydraulisches Festsetzen beim Ausfallen eines Teils des Steuersystems.

509821/0327

Claims (12)

Ansprüche

1. Hydraulische Betätigungseinrichtung, insbesondere zum Betätigen von' Flugzeugsteuerungen mit einem in einem

. Betätigungszylinder hin- und herbeweglichen Betätigungs- j kolben, mit einem eine Kammer aufweisenden Ventilkörper, mit einem zum Regeln der Flüssigkeitszufuhr unter Druck und zum Betätigen der Betätigungseinrichtung dienenden Servosteuerventil, und mit einer VorbeistrÖmeinrichtung mit einem in der Kammer angeordneten, in und aus einer Normalstellung bewegbaren Vorbeiströmventil, wodurch die Bedienung der Betätigungseinrichtung durch das Servosteuerventil und durch eine Vorbeiströmstellung steuerbar ist/ dadurch gekennzeichnet, daß das Vorbeiströmventil eine mit einer Axialbohrung versehene bewegliche Buchse und eine in der Axialbohrung angeordnete Steuerstange aufweist.

2. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine in zwei Richtungen wirkende Einrichtung zur federnden Rückführung der Buchse in ihre Normalstellung vorgesehen ist.

3. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch i_f dadurch gekennzeichnet, daß ein unter Druck arbeitendes Absperrventil vorgesehen ist, welches hydraulische Flüssigkeit in der Betätigungseinrichtung hält, wenn keine hydraulische Flüssigkeit unter Druck zugeführt wird. .

509821/0327

4. Hydraulische Betätigungseinrichtung zum Betrieb der Steuerung eines Flugzeuges, gekennzeichnet durch ein Paar betätigbar nit der Steuerung verbundener hydraulischer BetätigunrTsorgane; ein Paar von Steuerstangen, die beide nit der unter Druck stehenden hydraulischen Flüssigkeit zum Zweck der Zufuhr zur Betätigungseinrichtung und zur Regelung derselben verbunden sind; und durch ein Paar von Vorbeiströmeinrichtungen, jeweils bestehend aus einer Vorbeiströmventileinrichtung mit einer beweglichen Buchse und einer darin vorgesehenen Axialbohrung und in jeder der Buchsen in der Axialbohrung angebrachten Steuerstange, wobei jede der Vorbeiströmeinrichtungen betriebsfähig mit einem der Servoventile verbunden ist, um einen ungehinderten, Fluß der verdrängten hydraulischen Flüssigkeit zwischen den Kammern eines Betätigungsorganes zu gestatten, wenn die zugehörige Steuerstange festgesetzt ist und eine Betätigung der Steuerung erfolgt, wodurch ein hydraulisches Festsetzen des Betätigungsorganes vermieden wird.

5.' Hydraulische Betätigungseinrichtung mit einem Ventil zur Steuerung des Flusses einer hydraulischen Flüssigkeit zu und von einem Betätigungszylinder und -kolben, gekennzeichnet durch

Ca) einen auf einer Welle angebrachten Ventilkörper mit einer zylindrischen Ventilkammer und zu diesen führenden Flüssigkeitszufuhr und -rückströmleitungen und mit mindestens zwei Strömungspfaden zwischen der Kammer durch die Welle und zu dem Betätigungszylinder;

509821/0327

(b) eine beweglich in der Kammer montierte Buchse, eine Mehrzahl von axial voneinander getrennter Ringnuten am Umfang der Buchse, die mit dem Innenraum der Kammer eine Mehrzahl von axial voneinander getrennte ringförmigen Hauptkammern mit Öffnungen in der Buchse bilden, die jede Hauptkammer mit dem Inneren der Buchse verbinden; und

(c) eine beweglich in der Buchse angebrachte zentrale Ventilsteuerstange mit axial am Umfang voneinander getrennten Stegen, die mit dem Inneren der Buchse eine Mehrzahl von axial voneinander getrennter Steuerkammern zur Steuerung der Flüssigkeitsströmung von der Zufuhrleitung durch eine der Hauptkammern zu einer anderen Hauptkammer und zu einem der Strönungspfade und vom anderen Strömungspfad durch eine der Hauptkammern zu einer anderen Hauptkammer und in die Rückströmleitung bilden.

6. Hydraulische Betätigungseinrichtung mit einen Ventil nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine koaxial ζια der anderen Ventilkammer verlaufende zweite zylindrische Ventilkammer in dem Ventilkörper, durch ein getrenntes Flüssigkeits-Zufuhr- und Rückströmleitungssystem zu der zweiten Kammer und durch Leitungen in der Welle, die jeweils von der zweiten Kammer zu einem zweiten Betätigungszylinder verlaufen, durch eine zweite bewegbar in der Kammer angeordnete Buchse von gleichem Aufbau wie die Buchse in der ersten Kammer, und durch eine zweite Ventilsteuerstange

509821/0327

von gleichem Aufbau wie die Ventilsteuerstange für das erste Ventil, wobei die zweite Ventilsteuerstange bewegbar in der zweiten Buchse angeordnet und zum Bewegen mit der ersten Ventilsteuerstange verbunden ist.

7. Hydraulische Betätigungseinrichtung mit einem Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur federnden Rückführung der Buchse in ihre Normalstellung zur Erzielung einer Relativbewegung zwischen der Buchse und dem Ventilkörper vorgesehen ist, um ein Vorbeiströmen an dem Betätigungszylinder zu erreichen und ein hydraulisches Festsetzen des Betätigungskolbens zu verhindern.

8. Hydraulische Betätigungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bewegung der Ventilsteuerstange außerhalb eines vorgegebenen Bereiches ein Bewegen der Ventilbuchse aus ihrer Normalstellung bewirkt, wodurch ein hydraulisches Festsetzen ausgeschaltet wird.

9. Hydraulische Betätigungseinrichtung mit einem Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Stege auf der Ventilsteuerstange drei axial voneinander getrennte Steuerkammern bilden.

10. Hydraulische Betätigungseinrichtung mit einem Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet/ Saß die in der Mittp liegende Steuerkammer den Fluß der hydraulischen Flüssigkeit von der Zufuhrleitung zur Strömungsleitung steuert und daß die zu beiden Seiten der mittleren Steuerkammer auge-

509821/032.7

ordneten Steuerkaitimern den Fluß der hydraulischen Flüssigkeit von den Strömungshinleitung zu den Strömungsrückleittmgen steuern.

11. Hydraulische Betätigungseinrichtung mit einen Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß fünf am äußeren Umfang der Buchse gebildete und axial voneinander getrennte Ringnuten fünf axial voneinander getrennte ringförmige Hauptkammern bilden.

12. Hydraulische Betätigungseinrichtung mit einen Ventil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die in der.Mitte liegende Hauptkammer mit der Flüssigkeitszuleitung verbunden ist, daß die anschließend und zu beiden Seiten der Mittelkaifflüer liegenden Hauptkammern jeweils getrennt voneinander mit einer der Flüssigkeitsleitungen verbunden sind; und daß die übrigen Hauptkammern mit der -Flüssigkeitsrückströmleitung JLn Verbindung stehen.

su:hutbü

509821/0327

Leerseite