DE2832898C2 - Irreversibler, hydraulischer Stellantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen irreversiblen, hydraulischen Stellantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind irreversible, hydraulische Stellantriebe bekannt (GB-PS 7 80 759), bei denen zur Fernübertragung der Steuerkommandos zwischen dem Steuerglied (Steuerknüppel) und dem Eingangsglied der Servosteuerung zwei verschiedenartige Stellsignalpfade, nämlich ein elektro-hydraulischer und ein mechanischer, vorgesehen sind, wodurch ein einzelner, spezifisch elektro-hydraulischer oder mechanischer Stör- oder Ausfallfaktor in seiner Störwirkung auf einen der beiden Stellsignal-Übertragungswege beschränkt wird, während der jeweils andere Übertragungsweg weiterhin funktionstüchtig bleibt so daß das Risiko eines Gesamtausfalls gegenüber Stellantrieben mit melieren, parallel geschalteten gleichartigen Stellsignalpfaden wesentlich verringert wird. Bei diesen bekannten Stellantrieben mit ungleichartiger Stellsignal-Übertragung sind der elektro-hydraulische und der mechanische Stellsignalpfad alternativ in der Weise wirksam, daß der mechanische Stellsignalpfad nur in Bereitschaft mitläuft (stand-by-Betrieb) und bei einem Ausfall des elektro-hydraulischen Signalpfades erst in umständlicher und zeitraubender Weise durch Betätigung besonderer Schaltvorrichtungen aktiviert werden muß. Hinzu kommt, daß derartige Stellantriebe für eine Steuerkraft-Simulation besondere, baulich aufwendige Zusatzeinrichtungen benötigen, die unabhängig von den Stellsignalpfaden am Steuerglied angreifen.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stellantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß das Ausfallrisiko der Stellsignal-Übertragung vom Steuer- an das Eingangsglied auf baulich einfache Weise wirksam verringert und zugleich ohne aufwendige Zusatzeinrichtungen eine variable, insbesondere flugabhängige Steuerkraft-Simulation erreicht wird,

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Stellantrieb gelöst. Erfindungsgemäß wird durch die Kombination zweier gleichzeitig aktivierter, verschiedenartiger Stellsignalpfade in redundanter Anordnung eine synchrone Steuerkommando-Fernübertragung auf zwei ungleichartigen Übertragungswegen sichergestellt, ohne daß es einer komplizierten, störanfälligen Funktionsüberwa-

chung und alternativen Aktivierung der Stellsignalpfade bedarf. Gleichgültig also, welcher der beiden verschiedenartigen Stellsignalpfade ausfällt, der jeweils andere arbeitet ungestört weiter und muß nicht erst in umständlicher Weise und mit zeitlicher Verzögerung aktiviert werden, wobei ein besonderer Effekt der Erfindung darin liegt, daß durch die gleichzeitige und voneinander unabhängige, einerseits elektro-hydraulische und andererseits mechanische Signalübertragung in Verbindung mit der speziellen Ausbildung des Reglers auf äußerst einfache Weise und ohne baulichen Mehraufwand eine von vorgewählten Betriebsparametern abhängige Steuerkraft-Simulation am Steuerglied erzielt wird, diese aber zugleich mit einem Ausfall irgendeines der beiden Stellsignalpfade selbsttätig entfällt, so daß der Pilot auf diese Weise am Steuerglied eine unmittelbare Information von dem Einsetzen der Notsteuerung erhält. Als Betriebsparameter werden dabei vorzugsweise gemäß Anspruch 6" neben dem Stellweg des Steuergliedes auch dessen Stellgeschwindigkeit und vor allem auch äußere, für die am Stellantrieb angreifenden Lasten kennzeichnende Betriebsparanieter berücksichtigt, also bei Verwendung des Stellantriebs als Servosteuerung für ein Luftfahrzeug kennzeichnende Flugdaten, z. B. Fluglage, -geschwindigkeit und -beschleunigung, die den Regler etwa vom Bordcomputer übermittelt und bei der Modifikation der Regelabweichung derart gewichtet werden, daß dem Piloten eine fluggetreue, auf einzelne, besonders flugwichtige Betriebsparameter evtl. sogar überproportional reagierende Steuerkraft-Simulatinn vermittelt wird.

Für die redundante Schaltung des elektro-hydraulischen und des mechanischen Stellsignalpfades und die Steuerkraft-Simulation bietet der erfindungsgemäße Stellantrieb grundsätzlich zwei Möglichkeiten: Entweder wird der mechanische Stellsignalpfad als übergeordneter Signal-Übertragungsweg gewählt und das Eingangsglied und mit diesem auch der Hiifsservomotor sind zwangsweise mit dem Steuerglied (Steuerknüppel) gekoppelt. In diesem Fall modifiziert bzw. simuliert dann der Reg! jr in Abhängigkeit von den Betriebsparametern eine mehr oder weniger große Regelabweichung zwischen der Stellung des Steuergliedes und der des Hilfsservomotors, die aber wegen der zwangsweisen mechanischen Signalübertragung zwischen Hiifsservomotor und Steuerglied nicht ausgeregelt werden kann, sondern über das HilfsservovMtil eine je nach dem Vorzeichen der Regelabweichung in der einen oder anderen Richtung wirksame Differenzdruckbeaufschlagung des Hilfsservomotors zur Folge hat, aus der dann die simulierte Steuerkraft, die vom Hiifsservomotor über den mechanischen Stellsignalpfad auf den Steuerknüppel zurückwirkt, resultiert. Erst bei einem Ausfall, z. B. einem Verklemmen mit nachfolgendem Freigängigschalten oder einem Bruch des mechanischen Steuergestänges übernimmt der elektro-hydraulische Stellsignalpfad die Ansteuerung des Eingangsgliedes, so daß erst dann die eigentliche, elektro-hydraulische Folgeregelung einsetzt, bei der die (modifizierte) Regelabweichung durch entsprechende Einstellung des Hilfsservomotors und somit des Eingangsgliedes ausgeregelt wird. Wenn die Zwangssteuerung über das mechanische Steuer^estänge ausfällt, entfällt natürlich auch die Steuerkraft-Simulation, da keine Steuerkräfte mehr auf mechanischem Wege an den Steuerknüppel zurückwirken können, so daß der Püot unmittelbar von dem Einsetzen der Notsteuerung informiert wird.

In der bevorzugten Auj?ührungsform der Erfindung nach Anspruch 2 wird jedoch von der zweiten Möglichkeit Gebrauch gemacht, nach der die abhängig von den variablen Betriebsparametern modifizierte Regelabwei ■ chung während des normalen Betriebs ausgeregelt und im Zuge des mechanischen Stellsignalpfads zwischen Steuerglied und Hiifsservomotor — evtl. unter Zwischenschaltung des Eingangsgliedes — ein entsprechend der auf das Steuerglied zurückwirkenden, simulierten Steuerkraft elastisch verformtes Federglied angeordnet ist. In diesem Fall arbeitet der elektro-hydraulische Stellsignalpfad auch während des normalen Betriebs nach Art einer Folgeregelung, allerdings mit eier Maßgabe, daß die Stellung des Hilfsservomoton nicht exakt der momentanen Stellung des Steuerknüppels folgt, sondern von dieser je nach Größe und Gewichtung der variablen Betriebsparameter mehr oder weniger stark in der einen oder anderen Richtung abweicht. In der mechanischen Verbindung zwiichen Hiifsservomotor und Steuerknüppel wird diese Abweichung durch eine korrespondierende elastische Verformung des Federgliedes ausgeglichen, und die Federkraft wirkt auf Hf>n 3'**u^|:*^r^^riüpⁿel zurück und wird doi^ a!s Steuerkraft fühlbar. Je nachdem, ob das Federglied zwischen Hiifsservomotor und Eingangsglied oder zwischen Hilfsservomotor bzw. Eingangsglied und Steuerglied angeordnet ist, ist entweder der mechanische oder der -elektrohydraulische Stellsignalpfad das übergeordnete Signal-Übertragungssystem. Wenn dieses ausfällt, setzt die Ansteuerung des Eingangsgliedes über den jeweils anderen Stellsignalpfad ein, und zwar über das Federglied, das dann allerdings nicht mehr funktionsnotwendig ist, da die Steuerkraft-Simulation ebenfalls wieder entfällt. Gemäß Anspruch 3 wird die elastische Verformung des Federgliedes unter der Wirkung der auftretenden BeIastungen vorzugsweise klein gehalten, d. h. das Federglied hat eine verhältnismäßig große Federhärte und kann gemäß Anspruch 4 in baulich einfacher Weise durch die Eigenelastizität des mechanischen Stellsignalpfades gebildet werden.

Das Freigängigschalten, also Abtrennen des mechanischen Steuergestänges erfolgt auf herkömmliche Weise. Für Czn elektro-hydraulischen Stellsignalpfad hingegen ist zu diesem Zweck in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 6 ein die Arbeitskammern des Hilfsservomotors überbrückendes, sich bei einem vorgegebenen Überdruck jeweils einer der Arbeitskammern gegenüber der über das Hilfsservoventil zum Hiifsservomotor führenden Druckzufuhrleitung öffnendes Bypass-Ventil vorgesehen. Dieses erfüllt eine doppelte Sicherheitsfunktion: Es verhindert zum einen, daß der Hiifsservomotor bei einem Ausfall der Druckmittelversofgung hydraulisch verriegelt wird und dadurch die mechanische Ansteuerung des Eingangsgliedes blockiert, und zwar selbst dann, wenn sich das Hilfsservoventil in der neutralen, die Steuerleitungen zum Hiifsservomotor sperrenden Mittelslellung befindet oder in dieser Stellung verklemmt ist. Somit wird der Hiifsservomotor über das Bypass-Ventil bei einem Druckausfall mit Sicherheit freigängig geschaltet. Auch für den Fall, daß zwt. die Druckversorgung nicht ausgefallen ist, aber der Hiifsservomotor eine unrichtige Stellung einnimmt, etwa weil der Regler unregelmäßig arbeitet, gestattet das Bypass-Ventil unabhängig von der Stellung des Hilfsservomotors ein sog. »Überdrücken« des Hilfsservomotors. d. h. durch Aufbringen einer entsprechenden Steuerkugel am Steuerglied, die über das mechanische Steuergestänge auf den Hiifsservomotor einwirkt, wird dort in einer der Arbeitskammern der

Hydraulikdruck gegenüber dem Eletriebsdruck soweit erhöht, daß sich das Bypass-Ventil öffnet und der Hilfsservomotor und mit diesem auch das Eingangsglied über das mechanische Steuergeslänge verstellt werden kann. In besonders zweckmäßiger Weise ist ferner gemäß Anspruch 7 die über das Hilfsservoventil zum Hilfsservomotor führende Druckzufuhrleitung mit der Druckmittelquelle über ein normalerweise geöffnetes, in der Ruhelage jedoch die Druckzufuhrleitung zum Rücklauf umschaltendes Abschaltventil verbunden. Hierdurch läßt sich die Druckzufuhrleitung jederzeit drucklos schalten und somit der elektro-hydraulische Stellsignalpfad beim Auftreten irgendeiner Störung oder Unregelmäßigkeit gewünschtenfalls stillsetzen. Damit hierbei der Hilfsservomotcr ebenfalls wieder mit geringem Kraftaufwand und unabhängig von der Stellung des Hilfsservoventils freigängig verstellbar wird, ist das Abschaltventil gemäß Anspruch 9 vorzugsweise stromaufwärts des Bypass-Ventils in der Druckzufuhrleitung angeordnet. Um schließlich bei einem Energieausfall im elektrischen auch den hydraulischen Teil des elektro-hydraulischen Stellsignalpfads automatisch abzuschalten, ist das Abschaltventil nach Anspruch 8 zweckmäßigerweise elektrisch betätigt und schalest bei einem Ausfall der elektrischen Stromversorgung selbsttätig in die Ruhelage um.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, die in ihrer einzigen Figur einen hydraulischen Stellantrieb nach der Erfindung mit einer doppelten Ansteuerung des Eingangsgiieds darstellt.

Der gezeigte hydraulische Stellantrieb dient als Servosteuerung für eine bewegliche Steuerfläche 2 eines Luftfahrzeugs, z. B. zur Blattwinkelsteuerung eines Hubschrauber-Hauptrotors, in Abhängigkeit von der Stellbewegung eines Steuerknüppels 4 und besteht aus einem Servoabschnitt 6 und einem zwischen Steuerknüppel 4 und Servoabschnitt 6 verlaufenden Signaiübertragungsabschnitt 8. Der Servoabschnitt 6 ist von beliebiger Bauart und enthält bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Hauptbestandteile einen Servomotor 10 in Form einer hydraulisch betätigten Kolben-Zylinäereinheit. ein mechanisches Servoventil 12 und einen Anlenkhebel 14. dessen freier Hebelarm 16 das über den Signalübertragungsabschnitt 8 vom Steuerknüppel 4 verstellte Eingangsglied des Stellantriebs bildet.

Der Servomotor 10. dessen Arbeitskolben 18 über eine Kolbenstange 20 und eine schematisch dargestellte, mechanische Verbindung 22 bewegungsschlüssig mit der Steuerfläche 2 gekoppelt ist und die Betätigungskraft zu deren Einstellung aufbringt, wirkt gemeinsam mit deni Servoventil 12 und dem Anlenkhebel 14 als Folgesteuerung, d. h. jeder Stellung des Eingangsgliedes 16 ist eine bestimmte Stellung des vom Servoventil 12 hydraulisch gesteuerten Arbeitskolbens 18 zugeordnet Zu diesem Zweck ist der Anlenkhebel 14 zwischen seinen Enden über einen Zwischenhebel 24 an den Steuerkolben 26 des Servoventils 12 und mit seinem anderen Hebelarm 28 an eine zweite Kolbenstange 30 des Arbeitskolbens 18 angeschlossen, so daß dit Stellung des Arbeitskolbens 18 auf die Einstellung des Steuerkolbens 26 zurückwirkt Dieser enthält vier, in der Ventilbohrung 32 gleitend und dichtend geführte Kolbenstege 34, 36, 38, 40, von denen die mittleren Kolbenstege 36, 38 die zu den Arbeitskammem 42,44 des Servomotors 10 führenden Steuerieitungen 46 bzw. 48 in der gezeigren, neutralen Mittelstellung des Steuerkolbens 26 absperren. Wird hingegen der Steuerkolben 26 im Sinne der Zeichnung nach links verschoben, so wird die Steuerleitung 46 zunehmend stärker mit der zwischen den KoI-benstegcn 36,38 in die Ventilbohrung 32 mündenden, an die Druckmiiielquelle Pangeschlossenen Druckzufuhröffnung 50 und die Steuerleitung 48 zunehmend stärker mit einer zum Rücklauf R führenden Auslnßöffnung 52 in Verbindung gebracht, während andererseits bei einer Verschiebung des Steuerkolbens 26 aus der neutralen Mittelstellung im Sinne der Zeichnung nach rechts die

in Steuerleitung 48 über den Kolbensteg 38 zur Druckzufuhröffnung 50 hin aufgesteuert und gleichzeitig die Steuerleitung 46 über den Kolbensteg 36 mehr und mehr zu einer weiteren zum Rücklauf R führenden Auslaßöffnung 54 hin geöffnet wird. Wenn somit die Stcllung des Eingangsglieds 16 verändert und dementsprechend der Anlenkpunkt 56 zwischen dem Anlenkhebel 14 und dem Zwischenhebel 24 ausgelenkt wird, wird der Steuerkolben 36 je nach der Größe und Richtung der Stellbewegung des Eingangsglieds 16 mehr oder weniger weit in der einen oder anderen Richtung aus der neutralen Mittelstellung herausbewegt und dementsprechend werden die Steuerleitungen 46 und 48 von den Kolbenstegen 36, 38 aufgesteuert und mit der Druckzufuhröffnung 50 bzw. der Auslaßöffnung 52 oder 54 verbunden, so daß sich der Arbeitskolben 18 unter der Wirkung der zwischen den Arbeitskammem 42, 44 entstehenden Druckdifferenz mit einer entsprechenden Stellgeschwindigkeit entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Eingangsgliedes 16 verschiebt und die Steuerfläche 2 verschwenkt. Die Bewegung des Arbeitskolbens 18 wirkt über die Kolbenslange 30, den Hebelarm 28, den Anlenkpunkt 56 und den Zwischenhebel 24 auf das Servoventil 12 entgegengesetzt zur anfänglichen Auslenkung durch das Eingangsglied 16 zurück und hält

J5 an, bis das Servoventil 12 erneut in die neutrale Stellung zurückkehrt, woraufhin der Servomotor 10 — nunmehr in seiner neuen Stellung — durch die Kolbenstege 36,38 hydrnuiiscn verriegelt wird. Somit ist über den gesamten Vemellbereich jeder Stellung des Eingangsgliedes 16 eine bestimmte Stellung des Arbeitskolbens 18 und daher auch der Steuerfläche 2 zugeordnet, ohne daß die am Servomotor 10 bzw der Steuerfläche 2 angreifende Last auf das Eingangsglied 16 zurückwirkt.
Der Signalübertragungsabschniti 8 zur Fernansteuerung des Eingangsglieds 16 vom Steuerknüppel 4 aus enthält zwei ungleichartige, parallel wirkende Signalübertragungswege, nämlich einen mechanischen Stellsignalpfad in Form eines Steuergestänges 58 und einen diesen gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel übergeordneten, elektro-hydraulischen Stellsignalpfad 60, dessen Hauptbestandteile ein Regler 62, ein ins; isamt mit 64 bezeichnetes, elektro-hydraulisches Hilfsservoventil und ein Hilfsservomotor 66 sind, dessen Stellkolben 68 über eine Kolbenstange 70 an das Eingangsglied 16 und über eine entgegengesetzt verlaufende Kolbenstange 72 an das Steuergestänge 58 angeschlossen ist, so daß dieses unter Zwischenschaltung des Arbeitskolbens 68 und der Kolbenstangen 70, 72 mechanisch mit dem Eingangsglied 16 verbunden ist, wobei im Steuergestänge 58 zwischen der Kolbenstange 72 und dem Steuerknüppel 4 ein Federglied 74 vergleichsweise großer Federhärte angeordnet ist, das in der Praxis durch die Eigenelastizität des Steuergestänges 58 gebildet wird.
Der hydraulische Teil des Stellsignalpfads 60 ist in der Nähe des Eingangsglieds 16 in einem (nicht gezeigten) Gehäuse untergebracht, das ebenso wie die mit R bezeichneten Hydraulikleitungen zur Rückführung des Hydraulikmittels zu einer (ebenfalls nicht gezeigten)

Druckmittelquelle dient, die die mit P bezeichneten Hydraulikleitungen mit Druckmittel versorgt. Infolge der Anordnung in einem mit dem Rücklauf verbundenen Gehäuse ist es ζ B. am Hilfsservomotor 66 möglich, bewußt eine Hydraulikleckage in das Gehäuse zuzulas- ι sen, so daß auf enge Passungen des Kolbens 68 und der Kolbenstangen 70, 72 im Zylinder des Hilfsservomotors 66 verachtet und damit die Gefahr eines mechanischen Blockierens wirksam verringert wird.

Die Drucksteuerung des Hilfsservomotors 66 erfolgt durch das elektro-hydraulische Hilfsservovcntil 64, das über zwei Steuerkanäle 76 und 78 mit den Arbeitskammern 80 bzw. 82 des Hilfsservomotors 66 verbunden ist und aus einem hydraulischen Steuerventil 84 sowie einem Prallplattenventil 86 zur Vorsteuerung des Ventils 84 besteht. Das Prallplattenventil 86 enthält zwei beidseitig einer schwenkbaren Prallplatte 88 angeordnete Ausströmdüsen 90,92, die jeweils über eine Drosselstelle 94 bzw. % an die Druckmittelquelle Pangeschlnssrn sind. Die Schwenkbewegung der Prallplatte 88 wird vom Regler 62 mit Hilfe zweier, mit diesem über elektrische Stellsignalleitungen verbundener Elektromagnete 98 und 100 festgelegt. In der gezeigten Mittelstellung der Prallplatte 88 sind beide Ausströmdüsen 90 und 92 gleich weit zum Rücklauf geöffnet, so daß die Steuerdrücke stromabwärts der Drosselstellen 94 und % und somit auch in den von dort zum Steuerventil 84 führenden Steuerleitungen 102 und 104 auf einem gleich hohen, mittleren Druckniveau liegen. Wird hingegen die Prallplatte 88 durch die Elektromagnete 98, 100 aus ihrer fv^ttelstellung in Richtung der einen oder anderen Endlage ausgelenkt, so wird die eine Ausströmdüse 90 oder 92 zunehmend zu- und die jeweils andere Ausströmdüse 92 oder 90 in gleichem MaUe aufgesteuert, so daß zwischen den Steuerleitungen 102 und 104 eine nach Größe und Richtung von der Schwenkbewegung der Prallplatte 88 abhängige Steuerdruckdifferenz entsteht, die ihrerseits den Steuerkolben 106 des Steuerventils 84 in eine bestimmte Lage innerhalb seines Verstellbereichs zwischen seinen Endstellungen bringt. Dieser sperrt in seiner dargestellten neutralen Mittelstellung die beiden Steuerkanäle 76 und 78 mit seinem mittleren Kolbensteg 108 zu einer über eine Druckzufuhrleitung 112 an die Druckmittelquelle P angeschlossenen Druckzufuhröffnung 110 hin und mit seinen beiden außeren, im Durchmesser gleich groß wie der Kolbensteg 108 bemessenen Kolbenstegen 114 und 116 zu den beiden Rücklauföffnungen hinab. Die Ringfläche zwischen dem Kolbensteg 116 und dem Kolbenzapfenende 118 ist mit dem Steuerdruck in der Steuerleitung 102 und die Ringfläche zwischen dem Kolbensteg 114 und dem Kolbenzapfenende 120 ist mit dem Steuerdruck in der Steuerleitung 104 beaufschlagt Die Stirnfläche des Kolbenzapfens 118 begrenzt eine Rücksteuerkammer 122, die über eine Zweigleitung 124 dem Druck im Steuerkanal 78 ausgesetzt ist während die Stirnfläche des Kolbenzapfens 120 Ober eine Rücksteuerkammer 126 und eine Zweigleitung 128 mit dem jeweiligen Druck in dem Steuerkanal 76 beaufschlagt wird.

Unter der Wirkung einer Druckdifferenz zwischen den Steuerleitungen 102,104 mit dem höheren Druck in der Steuerleitung 102 verschiebt sich somit der Steuerkolben 106 aus seiner Mittelstellung nach rechts, wodurch die Druckzufuhröffnung 110 durch den Kolbensteg 108 und die rechte Rücklauf öffnung durch den KoI-bensteg 114 zunehmend aufgesteuert und mit dem Steuerkanal 76 bzw. dem Steuerkanal 78 in eine mehr und mehr ungedrosselte Verbindung gebracht werden. Infolge des nunmehr höheren Drucks im Steuerkanal 76 und niedrigeren Drucks im Steuerkanal 78 wirkt jedoch gleichzeitig über die Zweigleitung 128 und die Rücksteuerkammer 126 bzw. die Zweigleitung 124 und die Rückstcucrkammer 122 eine mit steigender Auslenkung des Steuerkolbens 106 wachsende Druckdifferenz an den Stirnflächen der Kolbenzapfenrnden 118,120, die in ihrer Wirkung entgegengesetzt zu der Druckdifferenz zwischen den Steuerleitungen 102 und 104 gerichtet ist. Unter dem Einfluß dieses Rücksteuereffekts wird der Stellkolben 106 in einer neuen Stellung zwischen seiner neutralen Mittelstellung und seiner rechten Endlage stabilisiert. In gleicher Weise wird der Sleuerkolben 106 in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen den Stellerleitungen 102, 104 mit dem höheren Druck in der Steuerleitung 104 auf eine bestimmte Stellung zwischen seiner neutralen Mittel- und seiner linken Endlage eingesteuert.

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te 98 und 100 wird somit mit Hilfe des über seinen gesamten Verstellbereich stufenlos einregulierbaren Steuerkolbens 106 des Steuerventils 84 die am Stellkolben 68 jeweils angreifende Druckdifferenz nach Größe und Richtung festgelegt. In der Mittelstellung des Steuerkolbens 106 ist der Stellkolben 68 in seiner jeweiligen Einstellage hydraulisch fixiert.

Diese wird über einen Stellweggeber 130 dem Regler 62 in Form eines Ist-Wert-Signals gemeldet, während die jeweilige Stellung des Steuerknüppels 4 über einen Stellweggeber 132 als Soll-Wert-Signal dem Regler 62 eingegeben wird. Das vom Regler 62 erzeugte Stellsignal zur Betätigung der Elektromagnete 98, 100 ist jedoch nicht allein eine Funktion der Regelabweichung zwischen der jeweiligen Stellung des Steuerknüppels 4 und der des Hilfsservomotors 66, also der momentanen Differenz zwischen dem Soll- und dem Ist-Wert, sondern diese Regelabweichung wird im Regler 62 in Abhängigkeit von variablen Eingabeparametern modifiziert, zu denen außer dem Stellwcg des Steuerknüppeis 4 selbst auch dessen Stellgeschwindigkeit und vor allem die momentanen Flugdaten, wie Fluglage, Fluggeschwindigkeit und Flugbeschleunigung, gehören, die dem Regler etwa vom Bordcomputer übermittelt werden. Die Gewichtung dieser varmLlen Eingabeparameter wird jedoch im Vergleich zur Regelabweichung so gewählt, daß das vom Regler 62 erzeugte Stelisignai zur Betätigung der Elektromagnete 98 und 100 gegenüber einem Stellsignal, das allein eine Funktion der unmodifizierten Regelabweichung ist nur innerhalb sehr enger Grenzen schwanken kann.

Der elektro-hydraulische Stellsignalpfad 60 mit dem Regier 62, dem Hilfsservoventil 64 und dem Hilfsservomotor 66 wirkt also nach Art einer Folgeregelung, bei der der Stellkolben 68 im wesentlichen genau so exakt der Stellbewegung des Steuerknüppels 4 folgt wie wenn er mit diesem über eine bewegungsschlüssige Zwangssteuerung gekoppelt wäre, jedoch mit dem besonderen Effekt daß dieser Zwangsbewegung des Stellkolbens 68 eine geringfügige, innerhalb eines engen Toleranzbereiches veränderliche Regelbewegung überlagert wird, die nach Größe und Richtung in Abhängigkeit von den variablen Eingabeparametern im Regler 62 festgelegt wird. Diese Abweichung zwischen der tatsächlich eingeregelten Stellung des Kolbens 68 und somit auch des mit diesem über die Kolbenstange 72 verbundenen Endes des Steuergestänges 58 einerseits und der vom Steuerknüppel 4 vorgegebenen Sollstellung andererseits, die auch das steuerknüppelseitige Ende

des Steuergestänges 58 einnimmt, wird durch eine entsprechend geringfügige, nach Größe und Richtung jedoch veränderlich elastische Verformung des Federgliedes 74 gegenüber dem ungespannten Zustand ausgeglichen. Die daraus unter Berücksichtigung der Federhärte resultierende Federkraft wirkt über das Steuergestänge 58 auf den Steuerknüppel 4 zurück und wird dort als Steuerkraft fühlbar, deren Größe und Richtung von den erwähnten, sich allerdings nur langsam ändernden Eingabeparameteni des Reglers 62 abhängig ist.

Da die die Steuerkraftsimulation bewirkenden Regelbewegungen des Stellkolbens 68, die dieser zusätzlich zur eigentlichen, der manuellen Stellbewegung des Steuerknüppels 4 folgenden Nachfahrbewegung ausführt, innerhalb sehr enger Grenzen und nur langsam verlaufen, sind sie im wesentlichen ohne Einfluß auf den Servoabschnitt 6. Gewünschtenfalls können sie jedoch durch entsprechende Ausbildung des mechanischen Servoventils 12 kompensiert werden, z. B. durch einen entsprechend größeren Überdeckungsgrad zwischen den Kolbenstangen 36, 38 und den zugeordneten Steueraiisgängen 46 bzw. 48 des Ventils 12.

Wahlweise ist es auch möglich, den mechanischen Stellsignalpfad 58 als übergeordneten Signalübertragungsweg zu wählen, wobei dieser dann unmittelbar und ohne Zwischenschaltung des Hilfsservomotors 66 vom Steuerknüppel 4 zum Eingangsglied 16 führt und dieses unter Verzicht auf das Federglied 74 zwangsweise angesteuert und die Kolbenstange 70 mit dem Eingangsglied 16 über ein dem Federglied 74 entsprechendes, elastisch verformbares Zwischenglied verbunden wird. In diesem Fall wirken sich dann die zur Steuerdrucksimulation benötigten, kleinen Regelbewegungen des Stellkolbens 68 nicht auf das Eingangsglied 16 aus.

Wenn der mechanische Stellsignalpfad z. B. infolge eines Bruchs des Steuergestänges 58 ausfällt und die Ansteuerung des Eingangsgliedes 16 nur auf dektro-hydraulischem Wege erfolgt, entfällt natürlich auch die Steuerdrucksimulation, da die geringfügigen, von den variablen Eingabeparametern abhängigen Regelbewegungen des Stellkolbens 68 nicht mehr auf den Steuerknüppel 4 zurückwirken können. Falls das Steuergestänge 58 sich verklemmt oder mechanisch blockiert und aus diesem Grund ausfällt, wird es in herkömmlicher Weise an seinen beiden Endanschlußstellen am Steuerknüppel 4 und an der Kolbenstange 72 bzw. am Eingangsglied 16 (bei unmittelbarer Verbindung mit diesem gemäß der oben beschriebenen, abgewandelten Ausführungsform) freigängig geschaltet, z. B. mit Hilfe einer Trennkupplung, die auf eine oberhalb des Größenbereichs der Steuerdrucksimulation liegende Betätigungskraft am steuerknfippelseitigen Ende des Steuergestänges 58 anspricht und dann beide Endanschlußstellen des Steuergestänges freigängig schaltet

Zur Erhöhung der Funktionssicherheit des Signalübertragungsabschnitts 8 sind ferner die beiden Steuerkanäle 76,78 und somit auch die Arbeiiskammern 80, 82 des Hilfsservomotors 66 über ein Bypass-Ventil 132 miteinander verbunden. Dieses enthält einen Ventilkörper 134, der unter der Wirkung des auf der Rückseite angreifenden, über eine Zweigleitung 136 zugeführten Hydraulikdrucks der Druckzufuhrleitung 112 in Schließrichtung gegen einen die beiden Arbeitskammern 80, 82 miteinander verbindenden Ventilsitz gedrückt und in Öffnungsrichtung einerseits durch den Hydraulikdruck der Arbeitskammer 80, der an der -'orderen Häifte der kegeiförmigen Stirnfläche des Ventiikörpers 134 angreift, und andererseits durch uen Hydraulikdruck der Arbeitskammer 82 beaufschlagt wird, welcher auf die andere Hälfte der Ventilkörper-Stirnfläche einwirkt. Wenn somit der elektro-hydraulische Stellsignalpfad 60 infolge eines Druckausfalls in der Druckzufuhrleitung 112 funktionsunfähig wird und das Eingangsglied 16 ausschließlich mechanisch über das Steuergestänge 58 angesteuert wird, wird der Ventilkörper 134 nicht mehr durch den Betriebsdruck in der Schließstellung gehalten, so daß er die beiden Arbeitskammern 80, 82 des Hilfsservomotors 66 unabhängig von der Stellung des Steuerventils 84 miteinander verbindet und somit den Hilfsservomotor 66 in beiden Richtungen freigängig schaltet, so daß sich das mechanische Steuergestänge 58 im wesentlichen ungehemmt verstellen läßt. Das Bypass-Ventil 132 hat aber noch eine zweite Funktion: Es kann nämlich vorkommen, daß der elektro-hydraulische Stellsignalpfad 60 aufgrund einer vorübergehenden Störung unregelmäßig arbeitet und das Eingangsglied 16 und über dieses auch die Steu-

?n erflärhe 2 nicht entsprechend Her Stellung He? Steuerknüppels 4 einstellt. In diesem Fall kann der Pilot den elektro-hydraulischen Stellsignalpfad 60 mit Hilfe des Steuergestänges 58 durch Aufbringen einer entsprechenden Steuerkraft am Steuerknüppel 4 (kurzzeitig) überdrucken. Unter der Wirkung dieser Steuerkraft steigt der Druck je nach der Kraftrichtung in der einen oder anderen Arbeitskammer 80 oder 82 so weit an, daß sich der Ventilkörper 134 entgegen der Schließkraft des Betriebsdrucks in der Zweigleitung 136 und der Druck-

jo zuführleitung 112 öffnet und die beiden Arbeitskammern 80,82 unabhängig von der Stellung des Steuerventils 84 miteinander verbindet, so daß der Hilfsservomotor 66 nun nicht mehr auf elektro-hydraulischem Wege, sondern über das Steuergestänge 58 verfahren werden kann und die mechanische Ansteuerung des Eingangsglieds 16 freigibt.

Schließlich ist die Druckzufuhrleitung 112 stromaufwärts der Zweigleitung 136 über ein Abschaltventil 138 einerseits an die Druckmittelquelle P und andererseits an den Rücklauf R angeschlossen. Dieses Abschaltventil 138 ist ein Zweistellungs-Solenoidventil, das durch ein elektrisches Signal in der (gezeigten) Betäti?ungsstellung gehalten wird, in der es die Druckzufuhrleitung 112 mit der Druckmittelquelle P verbindet, zum Rücklauf R hin jedoch aivoerrt. Bei Ausfall der elektrischen Stromzufuhr wird das Abschaltventil 138 unter der Wirkung einer Feder 140 selbsttätig in die Ruhelage umgeschaltet, in der es die Druckzufuhrleitung 112 von der Druckmittelquelle P trennt und zum Rücklauf R hin öffnet. Mit Hilfe dieses Abschaltventils 138 läßt sich also ein Druckausfall simulieren und dadurch die elektro-hydraulische Stellsignalübertragung ab- und der Hilfsservomotor 66 auf die eben beschriebene Weise über das Bypass-Ventil 132 freigängig sehalten. Die Unterbrechung der Stromzufuhr zum Abschaltventil 138 kann einerseits willkürlich vom Piloten aus (durch einen nicht gezeigten elektrischen Schalter) und andererseits automatisch bei einem Ausfall der Stromversorgung des elektrischen Teils des Stellsignalpfads 60 erfolgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Irreversibler, hydraulischer Stellantrieb, insbesondere zur Blattwinkelsteuerung eines Hubschrauber-HauptrotorS; mit einem auf ein hydraulisches Servoventil wirkenden Eingangsglied, einem vom Servoventil gesteuerten und auf dieses gegensinnig zum Eingangsglied zurückwirkenden, hydraulischen Servomotor und einem mechanisch, insbesondere manuell betätigten Steuerglied, das mit dem Eingangsglied über zumindest einen, dieses entsprechend der Stellung des Steuergliedes betätigenden, elektro-hydraulischen Stellsignalpfad verbunden ist, der auf das Eingangsglied über einen hydraulischen Hilfsservomotor einwirkt und ein diesem zugeordnetes, elektro-hydraulisches Hilfsservoventil sowie einen das Hilfsservoventil entsprechend der Regelabweichung zwischen dem Stellweg des Steuergliedes und aeai Stellweg des Hilfsservomotors betätigenden Regler enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (4) mit dem Eingangsglied (16) und dem Hilfsservomotor (66) zusätzlich über einen unabhängigen, gleichzeitig und parallel zum elektro-hydraulischen Stellsignalpfad (60) wirkenden mechanischer. Stellsignalpfad (Steuergestänge 58) verbunden und sowohl der elektrohydraulische als auch der mechanische Stellsignalpfad (60, 58) bei einem Blockieren von dem jeweils anderen Stellsignaipfad (58 bzw. 60) trennbar ausgebildet ist, u: d daß die Regelabweichung im Regler (62) in Abhänigkeit von vorgewählten, variablen Betriebsparametern derart modifiziert wird, daß durch entsprechende Steuerung des Hilfsservoventils (64) auf das Steuerglied (4) vom Hilfsservomotor (66) über den mechanischen Steüsignalpfad (58) eine veränderliche simulierte fühlbare Steuerkraft bis zum Ausfall des einen oder anderen Stellsignalpfades (58 oder 60) zurückwirkt.

2. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abhängig von den variablen Eingabeparametern modifizierte Regelabweichung am Hilfsservomotor (66) ausgeregelt und im mechanischen Stellsignalpfad (58) ein entsprechend der auf das Steuerglied (4) zurückwirkenden, simulierten Steuerkraft elastisch verformtes Federglied (74) angeordnet ist.

3. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federglied (74) eine verhältnismäßig große Federhärte aufweist.

4. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Federglied (74) durch die Eigenelastizität des mechanischen Stellsignalpfads (58) gebildet wird.

5. Hydraulischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die variablen Eingabeparameter aus dem Stellweg und der Stellgeschwindigkeit des Steuergliedes (4) sowie der Fluglage, Fluggeschwindigkeit und Flugbeschleunigung des dem Stellantrieb zugeordneten Luftfahrzeugs gewählt sind.

6. Hydraulischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein die Arbeitskammern (80, 82) des Hilfsservomotors (66) überbrückendes, sich bei einem vorgegebenen Überdruck jeweils einer der Arbeitskammern gegenüber der über das Hilfsservoventil (64) zum Hilfsservomotor (66) führenden Druckzufuhrleitung

(112) öffnendes Bypass-Ventil (132).

7. Hydraulischer Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die über das Hilfsservoventil (64) zum Hilfsservomotor (66) führende Druckzufuhrleitung (112) mit der Druckmittelquelle (P) über ein normalerweise geöffnetes, in der Ruhelage jedoch die Druckzufuhrleitung (112) zum Rücklauf (R) umschaltendes Abschaltventil (138) verbunden ist.

8. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschaltventil (138) elektrisch betätigt äst und bei einem Ausfall der elektrischen Stromversorgung selbsttätig in die Ruhelage umschaltet.

9. Hydraulischer Stellantrieb nach Anspruch 7 oder 8 in Verbindung mit Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß das Abschaltventil (138) stromaufwärts des Bypass-Ventils (132) in der Druckzufuhrleitung (112) angeordnet ist.