DE2855636A1 - Servosteuerventil - Google Patents

Description

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MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM Ottobrunn, 30.11.78

GESELISCHAET BTO1 Im/hc

MIT BESCHRÄNKTER HAiTUNG

MÜNCHEN ___o.

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Servosteuerventil

Die Erfindung "bezieht sich auf ein Servosteuerventil, insbesondere für eine hydraulische Servosteuerung eines Luftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Servoventilen dieser Art zur Steuerung von hydraulischen Servomotoren ist es bekannt, das Steuersignal zum Verstellen des Steuerschiebers über einen zweiarmigen Anlenkhebel einzugeben, der etwa in der Mitte gelenkig an den Steuerschieber und mit seinem einen Hebelende an die Kolbenstange des hydraulischen Servomotors angeschlossen ist, während sein anderes Ende das z. B. manuell vom Piloten über den Steuerknüppel betätigte Eingangsglied

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der Servosteuerung "bildet.Wird der Steuerschieber "bei einer Betätigung des Eingangsgliedes aus seiner neutralen Mittelstellung heraus"bewegt, so wird über das Servo steuerventil ein je nach Auslenkung des Steuerschiebers mehr oder weniger ungedrosselter Hydraulikstrom zu bzw«, von den Arbeitskammern des Servomotors freigegeben und dieser verstellt sich, wobei seine Yerstellbewegung über den Anlenkhebel auf den Steuerschieber gegensinnig zur anfänglichen Auslenkung durch das Eingangsglied zurückwirkt, bis das Servosteuerventil erneut seine neutrale Mittelstellung erreicht, in der es den Servomotor - nunmehr in seiner neuen Stellung - wieder hydraulisch verriegelt. Bei ServoSteuerungen dieser Art ist häufig erforderlich, den willkürlichen, manuellen Steuerkommandos des Piloten automatisch weitere, im allgemeinen kurzzeitige und rasch wechselnde Steuersignale aufzusehalten, die unbeeinflußt von den Steuerkommandos etwa vom Flugregler erzeugt werden, z. B. Korrektursignale zur Böenkorrektur, zur Begrenzung auf eine maximal zulässige Flugbeschleunigung oder zu einer sonstigen Flugbahnkorrektur. Diese zusätzlichen, automatischen Steuersignale werden den manuell eingegebenen Steuerkommandos üblicherweise in einem de« Anlenkhebei vorgeschalteten Mischgestänge überlagert und wirken ebenso wie die Steuerkommandos auf den steuerschieberseitigen Signaleingang des Steuerventils. Als nachteilig an einer solchen Ansteuerung des Servosteuerventils ist der erhöhte Bauaufwand für die Signal-Mischvorrichtung und vor allem auch die hierdurch bedingte, verhältnismäßig große Hysterese (Steuerfehler) der Ansteuerung anzusehen, die sich insbesondere auf die Ansprechempfindlichkeit und Steuergenauigkeit der Servosteuerung hinsichtlich der schwachen, automatischen Steuersignale negativ auswirkt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Servo-.30 steuerventil der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß das Mischen zweier getrennter Steuersignale ohne eigene, dem Tentil vorgeschaltete Mischvorrichtung in baulich einfacher Weise im Servosteuerventil selbst erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das 3M. Anspruch 1 ge-'35 kennzeichnete Servosteuerventil gelöst.

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Das erfindungsgemäße Servosteuerventil verfügt aufgrund seiner besonderen Ausbildung über zwei getrennte Steuersignaleingänge, von denen der eine dem Steuerschieber und der andere der Steuerhülse zugeordnet ist und über die sich jeweils die ReiLativlage • 5 der Steuerkanten des Steuerschiebers zu den Steueröffnungen und somit der Schaltzustand des Steuerventils verändern läßt. Wegen dieser speziellen Ansteuerung und der Signalmischung an>zwei beweglichen Ventilelementen des Steuerventils selbst entfällt in baulich einfacher Weise eine sonst eigens erforderliche Signal-Mischvorrichtung und vor allem läßt sich eine wesentlich verbesserte Ansprechempfindlichkeit und Steuergenauigkeit für die automatischen, schwachen Korrektur- oder Steuersignale erzielen, die unabhängig und unbeeinflußt von dem Signalpfad für die willkürlichen Steuerkommandos über einen gesonderten Steuersignalpfad auf ein eigenes bewegliches Ventilelement eingegeben werden, und zwar vorzugsweise unmittelbar auf die Steuerhülse über den dieser zugeordneten Steuersignaleingang, während das dem Steuerschieber zugeordnete, mechanische Eingangsgestänge einschließlich des Anlenkhebels den gröberen Steuerkommandos vorbehalten bleibt.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung wird die Steuerhülse gemäß Anspruch 2 zweckmäßigerweise hydraulisch über einen Hilfsservomotor angesteuert, um die Steuerfehler in dem Steuersignalpfad für die automatischen Korrektursignale möglichst klein zu halten, und gemäß Anspruch 3 ist dem Hilfsservomotor vorzugsweise ein oberhalb eines vorgegebenen Differenzdruckes ansprechendes Überwachungsventil zugeordnet, das bei einem Funktionsausfall des Servosteuerventils, und vor allem bei einem Verklemmen des Steuerschiebers in der Steuerhülse, ein Störsignal liefert, und zwar auch dann, wenn der Hilfsservomotor abgeschaltet ist, aber der Steuerschieber über den zugeordneten Signaleingang, also vom Anlenkhebel aus, verstellt werden soll und in der Steuerhülse blockiert ist. Auch in einem solchen Störfall wird über den Steuerschieber und die Steuerhülse ein Druckunterschied am Arbeitskolben des Hilfsservomotors aufgebaut und oberhalb des zugelassenen Differenzdrucks vom Überwachungsventil ein Störsignal ausgelöste

Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispiels

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in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, die in ihrer einzigen Figur in schematischer Darstellung eine hydraulische Servosteuerung mit einem Servosteuerventil nach der Erfindung zeigt.

Die gezeigte Servosteuerung dient zur Einstellung einer beweglichen Steuerfläche 2 eines Luftfahrzeugs, z.B. zur Blattwinkelsteuerung eines Hubschrauber-Hauptrotors, und enthält als Hauptbestandteile einen Servomotor 4 in Form einer doppelt-wirkenden, hydraulisch betätigten Kolben-Zylindereinheit, deren Arbeitskolben 6 über eine Kolbenstange 8 und eine schematisch dargestell-

seh./

te, mechanische Verbindung 10 bewegungs lüssig mit der Steuerfläche 2 gekoppelt ist und die Betätigungskraft zu deren Einstellung aufbringt, sowie ein den Servomotor 4 hydraulisch steuerndes Servosteuerventil 12 mit einem Ventilgehäuse 14, das eine mittlere Gehäuseöffnung 16, die an eine von einer Hydraulikpumpe 18 gespeiste Druckmittelzufuhrleitung 20 angeschlossen ist, zwei äußere, jeweils zum Rücklauf R führende Gehäuseöffnungen 22 und 24,sowie zwei in Längsrichtung des Ventilgehäuses 14 zwischen der mittleren Gehäuseöffnung 16 und der äußeren Gehäuseöffnung bzw. 24 liegende, seitliche Gehäuseöffnungen 26 bzw. 28 aufweist, die jeweils über eine Steuerleitung 30 bzw. 32 mit einer Arbeitskammer 34 bzw. 36 des Servomotors 4 in Verbindung stehen. Die Gehäuse öffnungen 16 und 22 bis 28 münden jeweils über eine nutartige Erweiterung 38 in eine zentrale Längsbohrung 40 des Ventilgehäuses 14, in dear ; eine Steuerhülse 42 . längsverschieblich angeordnet ist, die mit mehreren, am Ventilgehäuse 14 gesicherten O-Ringdichtungen gleitend und dichtend zusammenwirkt und gemeinsam mit diesen die einzelnen Gehäuseöffnungen 16 und 22 bis 28 bzw. deren nutartige Erweiterungen 38 gegeneinander und nach außen hin absperrt.

Die Steuerhülse 42 ist mit einer zentralen Längsbohrung 46 versehen, in die zwei den seitlichen Gehäuseöffnungen 26 bzw. 28 zugeordnete Steueröffnungen 48 bzw» 50 sowie weitere, den Gehäuseöffnungen 16, 22, 24 jeweils zugeordnete Querbohrungen 52 bzw. bzw. 56 münden, deren Lage in Längsrichtung der Steuerhülse 42

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so gewählt ist, daß sie über den gesamten Versteirbereich der Steuerhülse 42 mit der zugeordneten, nutartigen Erweiterung 38 und der entsprechenden GehäuseÖffnung in ungedrosselter Verbindung stehen.

Längsverschieblieh in der zentralen Bohrung 46 der Steuerhülse 42 ist ein Steuerschieber 58 mit vier, in Schieberlängsrichtung auf Abstand gehaltenen Kolbenstegen 60, 62, 64, 66 geführt, die jeweils in engem Dicht- und Gleitsitz mit der zentralen Hülsenbohrung 46 zusammenwirken. Der Ringraum zwischen den beiden mittleren Kolbenstegen 62 und 64 ist ständig von der Pumpe 18 her mit Hydraulikmittel unter Betriebsdruck beaufschlagt, während die beiden äußeren Ringräume zwischen den Kolbenstegen 60 und bzw. 64 und 66 dauernd zur Rücklaufleitung R hin druckentlastet sind. In der gezeigten neutralen Yentilstellung überdecken die beiden mittleren, jeweils seitlich von Steuerkanten 62 A₇B bzw. 64 A, B begrenzten Kolbenstege 62 und 64 gerade die Steueröffnungen 48 bzw. 50 der Steuerhülse 42, so daß diese zur Druckmittelquelle 18 und zum Rücklauf R hin gesperrt sind und der Servomotor 4 hydraulisch verriegelt ist.

Der gegenseitige Abstand der Steuerkanten 62 A, B, 64 A, B, ist mit hoher Genauigkeit auf die Größe und Lage der SteuerÖffnungen 48, 50 der Steuerhülse 42 abgestimmt, und wenn daher der Steuerschieber 58 aus der gezeigten, neutralen Ventilsteilung relativ zur Steuerhülse 42 verschoben wird, werden die SteuerÖffnungen und 50 zunehmend aufgesteuert und dadurch die eine Arbeitskammer 34 oder 36 des Servomotors 4 mit der Druckmittelzufuhrleitung und die andere Arbeitskammer mit dem Rücklauf R in eine mehr und mehr ungedrosselte Verbindung gebracht. Unter der Wirkung der nach Größe und Richtung von der Relativverschiebung zwischen Steuerschieber 58 und Steuerhülse 42 abhängigen Druckdifferenz zwischen den Arbeitskammern 34 und 36 verstellt sich der Arbeitskolben 6 des Servomotors 4 mit einer entsprechenden Stellgeschwindigkeit, wodurch die Steuerfläche 2 verschwenkt wird.

Die Relatiwerschiebung zwischen Steuerhülse 42 und Steuerschieber 58 wird über zwei getrennte Steuersignaleingänge gesteuert,

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nämlich über einen ersten Steuersignaleingang in !Form eines mit dem Steuerschieber 58 bewegungsschlüssig gekoppelten und diesen im Gehäuse H verstellenden Zwischenlenkers 68 und einen zweiten Steuersignaleingang 70, der die Verschiebung der Steuerhülse 42 in der zentralen Gehäusebohrung 40 steuert und bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Kolbenstange eines der Steuerhülse 42 zugeordneten, hydraulischen Hilfsservomotors 72 gebildet wird. Die über die beiden getrennten Steuersignaleingänge 68, 70 einerseits auf den Steuerschieber 58 und andererseits auf die Steuerhülse 42 einwirkenden Steuersignale werden im Servosteuerventil 12 aufsummiert und bestimmen gemeinsam nach Richtung, Größe und Geschwindigkeit die RelatiwerSchiebung der Steuerkanten 62A, B und 64A, B zu den entsprechenden Steueröffnungen 48, 50 und somit auch die hiervon abhängige Drucksteuerung des Servomotors 4.

15- Über die Steuerhülse 42, den Steuersignaleingang 70 und den Hilfsservomotor 72 werden zweckmäßigerweise automatische Steuer- oder Korrektursignale eingegeben, die von einem (nicht gezeigten) Plugregler z.B. zur Böenkorrektur, zur Begrenzung der Plugbeschleunigung oder zu einer sonstigen, zumeist kurzzeitigen und schwachen, automatischen Korrektur des Anstellwinkels der Steuerfläche 2 erzeugt und auf elektrischem Wege über Leitungen 74 einem Hilfsservoventil 76 zugeführt werden, das über eine Zweigleitung 78 mit der Zufuhrleitung 20 und über eine Auslaßleitung 80 mit dem Rücklauf R sowie über Steuerleitungen 82, 84 mit den Arbeitskammern 86 bzw. 88 des Hilfsservomotors 72 hydraulisch verbunden ist und die Stellbewegung des Hilfsservomotors 72 in Abhängigkeit von den automatischen Korrektursignalen steuert. Die willkürlichen, im Vergleich zu den automatischen Korrektursignalen sich zumeist langsamer ändernden Steuerkommandos größerer Amplitude hingegen wirken auf ein entsprechend der Bewegung des (nicht gezeigten) Steuerknüppels vom Piloten verstelltes Eingangsglied 90 am freien Hebelende eines zweiarmigen Anlenkhebels 92, der zwischen seinen Enden gelenkig mit dem Zwischenlenker 68 verbunden und an seinem anderen Hebelende an eine zweite Kolbenstange 94 des Servomotors angelenkt ist»

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Wird das Servosteuerventil 12 auf mechanischem Wege über das Eingangsglied 90, den Anlenkhebel 92 und den den Steuerschieber 58 verstellenden Zwischenlenker 68 und/oder auf elektrohydraulischem Wege über das elektrische Hilfsservoventil 76 und den der Steuerhülse 42 zugeordneten Hilfsservomotor 72 angesteuert und aus seiner gezeigten, neutralen Mittelstellung herausbewegt, so daß die Steueröffnungen 48, 50 zur Druckzu-.fuhrleitung 20 bzw. zum Rücklauf R hin geöffnet werden und sich der Servomotor 4 verstellt, so wirkt dessen Stellbewegung über die Kolbenstange 94, den Anlenkhebel 92 und den Zwischenlenker 68 auf den Steuerschieber 58 gegensinnig zur anfänglichen Aufsteuerung der Steueröffnungen 48 und 50 zurück, bis das Servosteuerventil 12 erneut seine neutrale Mittelstellung erreicht, und zwar gleichgültig, ob es aus dieser über den einen oder den anderen oder gleichzeitig über beide Steuersignaleingänge 68, 70 herausbewegt wurde„ Die gezeigte Servosteuerung arbeitet also nach Art einer kraftverstärkten Folgesteuerung mit zwei getrennten, voneinander unabhängigen, einerseits mechanischen und andererseits elektro-hydraulischen Steuersignalpfaden, von denen der eine auf das mit den Steuerkanten versehene Ventilelement 58 und der andere auf das mit den zugeordneten Steueröffnungen versehene Ventilelement 42 des ServoSteuerventils 12 einwirkt.

Zur Überwachung der ffunktionsfähigkeit des ServoSteuerventils 12 ist dem Hilfsservomotor 72 ein Überwachungsventil 96 zugeordnet, das bei überschreiten eines vorgegebenen Differenzdruckes zwischen den Steuerleitungen 82 und 84 anspricht und einen mit zwei im Durchmesser gleich großen Kolbenstegen 98, 100 versehenen Stellkolben 102 enthält, der federnd in der gezeigten Sperrstellung gehalten wird, in der seine Kolbenstege 98, 100 einen über eine Zweigleitung 104 an die Druckzufuhrleitung 20 angeschlossenen Druckeinlaß 106 zu den zu einer Störsignalleitung 108 führenden Auslässen 110, 112 hin absperren. Wirkt jedoch ein vorgegebener Differenzdruck von den Steuerleitungen 82, 84 her auf die Kolbenstege 98, 100, so verschiebt sich der Kolben 102 aus der gezeigten Sperrstellung entgegen der Federkraft je nach der Richtung dieser Druckdifferenz nach rechts oder

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links, wodurch das Drucksignal vom Einlaß 106 über den einen oder anderen Auslaß 110 oder 112 auf die Störsignalleitung durchgeschaltet wird.

Normalerweise sind die Steuerhülse 42 und der Schieber 58 sehr leichtgängig, nämlich mit einer Kraft von etwa 3N, verschiebbar. Dementsprechend gering ist auch die zum Verstellen des HilfsServomotors 72 erforderliche Druckdifferenz. Bei einer Hemmung der Steuerhülse 42, z.B„ weil die Steuerhülse 42 am Steuerschieber 58 blockiert ist, steigt diese Druckdifferenz jedoch steil an, wenn das Hilfsservoventil 76 durch ein automatisches Steuersignal in der einen oder anderen Richtung geöffnet wird, und erreicht maximal die Druckdifferenz zwischen den leitungen 78, 80. Aber auch wenn das Hilfsservoventil 76 nicht betätigt ist und nur der Steuerschieber 58 vom Eingangsglied her verstellt werden soll, jedoch in der Steuerhülse 42 blockiert ist, baut sich zwischen den Arbeitskammern 86, 88 des Hilfsservomotors 72 über den Zwischenlenker 68, den Steuerschieber 58, die Steuerhülse 42 und die Kolbenstange 70 eine Druckdifferenz oberhalb des normalen Arbeitsbereichs auf, auf die das Überwachungsventil 96 anspricht und ein Störsignal liefert, das z.B. dann die Servosteuerung aus- und ein zweites, redundantes, der Fläche 2 zugeordnetes Servosteuersystem einschaltet.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   Servosteuerventil, insbesondere für eine hydraulische Servosteuerung eines Luftfahrzeugs, mit einem in einem Ventilgehäuse verschieblich angeordneten, über einen Steuersignaleingang von außen ansteuerbaren Steuerschieber mit mindestens einer, mit einer Steueröffnung zusammenwirkenden und diese bei einer Verschiebung des Steuerschiebers auf- bzw. zusteuernden Steuerkante, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (58) verschieblich in einer im Ventilgehäuse (H) verstellbar geführten, mit der bzw. den Steueröffnungen (48,50) versehenen Steuerhülse (42) angeordnet und diese über einen weiteren Steuersignaleingang (70) unabhängig vom Steuerschieber von außen ansteuerbar ist.
2. 2. Servosteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerhülse (42) über einen ventilgesteuerten, hydraulischen Hilfsservomotor (72) von außen

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   ORIGINAL INSPECTED

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   ansteuerbar ist.
3. 3. Servosteuerventil nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Überwachungsventil (96), das bei Überschreiten einer vorgegebenen Druckdifferenz am Hilfsservomotor (72) anspricht und ein Störsignal liefert„

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