DE2855636C2 - Servosteuerventil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Servosteuerventil, insbesondere für eine hydraulische Servosteuerung eines Luftfahrzeuges, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Bei bekannten Servosteuerventilen dieser Art (BE-PS 5 62 076) mit zwei voneinander unabhängigen, einerseits mechanisch und andererseits über einen Hilfsservomotor hydraulisch wirkenden Steuersignaleingängen müssen der Steuerschieber und die Steuerhülse aus Gründen eines leichtgängigen und hochgenauen Steuerverhaltens eine äußerst feine Passung aufweisen, was die Gefahr eines Blockierens mit sich bringt, etwa weil sich eine Verunreinigung im Hydraulikmedium zwischen der Steuerkante des Ventilschiebers und der Steueröffnung der Steuerhülse festsetzt, woraufhin das Servosteuerventil funktionsunfähig wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Servosteuerventil der beanspruchten Art so auszubilden, daß auf konstruktiv einfache Weise eine wirksame Funktionsüberwachung für beide Steuersignaleingänge des Ventils erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch gekennzeichnete Servosteuerventil gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Servosteuerventil liefert das Überwachungsventil dann eine Störanzeige, wenn über den Hilfsservomotor ein Steuersignal eingegeben wird, das Ventil jedoch blockiert ist, so daß der Hilfsservomotor trotz Druckmittelzufuhr keine Steuerbewegung ausführen kann und an seinem Arbeitskolben ein das Überwachungsventil umschaltender Druckunterschied auftritt. Aber selbst dann, wenn das Steuersignal über den anderen Steuersignaleingang eingegeben wird, der Hilfsservomotor also nicht aktiv angesteuert wird, erzeugt das Überwachungsventil bei einem Verklemmen des Siueuerschiebers in der Steuerhülse ein Störsignal: In einem solchen Störfall nämlich wirkt die über den anderen Steuersignaleingang eingegebene Steuerkraft über den Steuerschieber und die mit diesem verklemmte Steuerhülse auf den Arbeitskolben des Hilfsservomotors, so daß sich an diesem, obwohl sein Arbeitskolben hydraulisch verriegelt ist, eine Druckdifferenz aufbaut, bei der das Überwachungsventil anspricht Gleichgültig also, von welchem der Steuersignaleingänge aus das Servosteuerventil angesteuert wird, das Überwachungsventil liefert immer dann ein Störsignal, s wenn sich der Steuerschieber oder die Steuerhülse nicht mehr relativ zueinander leichtgängig verstellen lassen. Auf diese Weise werden mit Hilfe eines einzigen Überwachungsventils zwei voneinander unabhängige Steuersignalpfade, nämlich einerseits ein mechanisch-hydraulischer, den Hilfsservomotor enthaltender und andererseits ein von diesem getrennter, rein mechanischer, gemeinsam auf ihre Funktionsfähigkeit hin überprüft, was sich in sicherheitstechnischer Hinsicht z. B. in der Weise ausnutzen läßt, daß beim Auftreten eines Störsignals das gestörte Servosteuerventil stillgelegt und ein redundantes zweites Servosteuerventil eingeschaltet wird.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispiels 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 dargestellte, mechanische Verbindung 10 bewegungsschlüssig 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 äqßeren Gehäuseöffnung 22 bzw. 24 liegende, seitliche Gehäuseöffnungen 26 bzw. 28 aufweist, die jeweils über eine Steuerleilung 30 bzw. 32 mit einer Arbeitskammer 34 bzw. 36 des Servomotors 4 in Verbindung stehen. Die Gehäuscöffnungen 16 und 22 bis 28 münden jeweils über eine nutartige Erweiterung 38 in eine zentrale Längsbohrung 40 des Ventilgehäuses 14, in der 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. 54 bzw. 56 münden, deren Lage in Längsrichtung der Steuerhülse 42 so gewählt ist, daß sie über den gesamten Verstellbcreich der Steuerhülse 42 mit der zugeordneten, nutartigen Erweiterung 38 und der entsprechenden Gehauseöffnung in ungedrosselter Verbindung stehen.
Längsverschieblich 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 Hülsenbohrune 46 zu-

sammenwirken. 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 äußerer Ringräume zwischen den Kolbenstegen 60 und 62 bzw. 64 und 66 dauernd zur Rücklaufleitung R hin druckentlastet sind In der gezeigten neutralen Ventilstellung überdecken die beiden mittleren, jeweils seitlich von Stuerkanten 624, B bzw. 64Λ, B begrenzten Kolbenstege 62 und 64 gerade die Stsueröffnungen 48 bzw. 50 der Steuerhülse 42, so daß diese zur Druckmittelquelle 18 und zum Rücklauf R hin gesperrt sind und der Servomotor 4 hydraulisch verriegeltest

Der gegenseitige Abstand der Steuerkanten 62A B, 64/4, 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 Ventilstellung relativ zur Steuerhülse 42 verschoben wird, werden die St^ueröffnungen 48 und 50 zunehmend aufgesteuert und dadurch die eine Arbeitskammer 34 oder 36 des Servomotors 4 mit der Druckmittelzufuhrleitung 20 und die andere Arbeitskammer mit dem Rücklauf R in eine mehr und mehr ungedrossdii 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 Relativverschiebung zwischen Steuerhülse 42 und Steuerschieber 58 wird über zwei getrennte Steuersignaleingänge gesteuert nämlich über einen ersten Steuersignaleingang in Form eines mit dem Steuerschieber 58 bewegungsschlüssig gekoppelten und diesen im Gehäuse 14 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 Relativverschiebung der Steuerkanten 62Λ, ß und 64/4, B zu den entsprechenden Stcueröffnungen 48,50 und somit auch die hiervon abhängige Drucksteuerung des Servomotors 4.

Über die Steuerhülse 42, den Steuersignaleingang 70 und den Hilfsservomotor 72 werden zweckmäßigerweise automatische Steuer- oder Korrektursignale eingegeben, die von einem (nicht gezeigten) Flugregler z. B. zur Böenkorrektur, zur Begrenzung der Flugbeschleunigung 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) Steuerknüppeis vom Piloten verstelltes Eingangsglied 90 am freien Hebeiende 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 Servomoto/s 4 angelenkt ist

ίο 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

is Steuerhülse 42 zugeordneten Hilfsservomotor 72 angesteuert und aus seiner gezeigten, neutralen Mittelstellung herausbewegt, so daß die Steueröffnungen 48, 50 zur Druckzufuhrleitung 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 Mitteistellung 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 Funktionsfähigkeit 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, !00 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 links, wodurch das Drucksignal vom Einlaß 106 über den einen oder anderen Auslaß 110 oder 112 auf die Störsignalleitung 108 durchgeschaltet wird.

Normalerweise sind die Steuerhülse 42 und der Schieber 58 sehr leichtgängig, nämlich mit einer Kraft von etwa 3 N, 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 90 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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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Servosteuerventn, insbesondere für eine hydraulische Servosteuerung eines Luftfahrzeuges, mit einer in einem Ventilgehäuse beweglich angeordneten, über einen ersten Steuersignaleingang von außen ansteuerbaren Steuerhülse, die mit mindestens einer Steueröffnung versehen ist, mit einem in der Steuerhülse verschieblich geführten, über einen zweiten Steuersignaleingang unabhängig von der Steuerhülse von außen ansteuerbaren Steuerschieber, der mit mindestens einer, mit der oder den Steueröffnungen zusammenwirkenden Steuerkante versehen ist, und mit einem einem der Stuersignaleingänge, insbesondere der Steuerhülse, zugeordneten, fußbetätigten Kilfsservoinotor, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung beider Steuersignaleingänge (70, 72; 68,90,92) ein einziges, dem Hilfsservomotor (72) zugeordnetes, bei Überschreiten einer vorgegebenen Druckdifferenz an diesem ein Störsignal erzeugendes Überwachungsventil (96) vorgesehen ist