DE3131806A1 - Hydraulischer stellantrieb - Google Patents

Description

ELLIOTT BROTHERS (LONDON) LIMITED, Chelmsford, England

Hydraulischer Stellantrieb

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen Kraft- oder Stellantrieb.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einem sog. parallelen redundanten hydraulischen Stellantrieb, d.h. mit einem Antrieb, bei dem wenigstens eine Funktion durch mehrere parallel zueinander vorgesehene Komponenten bzw. Baueinheiten oder Bauteile wahrgenommen wird, so daß beim Ausfall einer der Komponenten die Funktion durch die übrigen parallelen Komponenten ausgeführt wird und der Betrieb des Antriebs ohne äußere Störung weitergeführt wird. Solche Stellantriebe finden insbesondere in der Luftfahrttechnik Anwendung, beispielsweise in aeronautischen Steuer- oder Regelanordnungen.

Bei der Auslegung und Konstruktion eines solchen Antriebs bieten sich zahlreiche verschiedenartige Möglichkeiten an, beispielsweise welche Funktionen durch wie viele parallele Komponenten ausgeführt werden sollen und wie die Wechselbeziehung zwischen den verschiedenartigen Funktionen und den Komponenten sein soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrohydraulischen Kraft- oder Stellantrieb zu schaffen, der unter Verwendung einer minimalen Anzahl von Komponenten einen hohen Grad an Störfestigkeit gegenüber dem Ausfall von Komponenten aufweist.

Ein nach der Erfindung ausgebildeter hydraulischer Stellantrieb enthält: ein Ausgangsglied, einen mit dem Ausgangsglied verbundenen Kolben, zwei hydraulische Absperrvorrichtungen zur Steuerung der Zufuhr eines unter Druck stehenden hydraulischen Fluids zu den beiden gegen-

überliegenden Seiten des Kolbens, jeweils eine Antriebsvorrichtung für jede Absperrvorrichtung und wenigstens drei Eingangssignalbahnen, von denen jede so angeordnet und ausgebildet ist, daß sie ein entsprechendes elektrisches Eingangssignal beiden Antriebsvorrichtungen zuführt, die in Reihe liegen, wobei jede Antriebsvorrichtung so angeordnet und ausgebildet ist, daß sie in Abhängigkeit von den Eingangssignalen an einer Majorität der Eingangssignalbahnen die Absperrvorrichtungen so betreibt, daß durch den Kolben auf das Aüsgangsteil eine Kraft in der einen oder in der anderen Richtung ausgeübt wird.

Vorzugsweise enthält der Antrieb wenigstens zwei Kolben der beschriebenen Art. Dementsprechend sind jedem Kolben zwei Absperrvorrichtungen und Antriebsvorrichtungen zugeordnet. Jede Eingangssignalbahn ist derart ausgebildet, daß ein betreffendes Eingangssignal allen Antriebs vorrichtungen der Reihe nach zugeführt wird. Jede Antriebsvorrichtung ist so ausgestaltet, daß aufgrund entsprechender Eingangssignale an einer Majorität der Bahnen die Absperrvorrichtungen so betrieben werden, daß die durch die Kolben auf das Ausgangsteil ausgeübten Kräfte gemeinsam in der einen Richtung oder in der anderen Richtung wirken.

Jeder der Kolben und die beiden zugeordneten hydraulischen Absperrvorrichtungen werden vorzugsweise von einer jeweils getrennten Quelle für das unter Druck stehende hydraulische Fluid versorgt.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung enthält der Antrieb mehrere Fühler, von denen jeder jeweils einer der Eingangssignalbahnen zugeordnet ist, um ein Ausgangssignal zu liefern, das die Position des Ausgangsglieds anzeigt. Eine Einrichtung steuert das jeder Eingangssignalbahn zugeführte Eingangssignal in Abhängigkeit vom Aus-

gangssignal des zugeordneten Fühlers.

Die Erfindung wird im folgenden beispielshalber an Hand einer Zeichnung erläutert. In einer einzigen Figur ist ein Schemabild eines hydraulischen Stellantriebs nach der Erfindung dargestellt.

Der in der Figur gezeigte Stellantrieb enthält ein Ausgangs- oder Stellglied in der Form einer Stange 1.

Längs der Stange 1 sind an zwei voneinander beabstandeten Stellen zwei Kolben 3 und 5 vorgesehen. Auf der beiden gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 3 befinden sich Kammern 7 und 9. Ein unter Druck stehendes hydraulisches Fluid kann man diesen Kammern zuführen bzw. aus den Kammern abführen, um den Kolben 3 und damit die Stange 1 zu verschieben. Ähnliche Kammern 11 und 13 sind an den einander gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 5 vorgesehen.

Jeder der Kammern 7 und 9 ist jeweils ein einstellbares hydraulisches Überlappungsabsperrorgan 15 herkömmlicher Bauart zugeordnet, das jeweils von einer Antriebsvorrichtung in der Form eines Schalt- oder Drehmomentmotors 17 angetrieben wird, wobei unter Druck stehendes hydraulisches Fluid über eine Einlaßöffnung 19 von einer Quelle 21 in die Kammer 7 oder 9 gelangen kann oder von der Kammer über eine Auslaßöffnung 23 zu einem Auslaßkanal 25 gelangen kann. In ähnlicher Weise sind jeder der Kammern 11 und 13 jeweils ein hydraulisches Ventil oder Absperrorgan 15 sowie ein Schalt- oder Drehmomentmotor 17 zugeordnet, um unter Druck stehendes hydraulisches Fluid über eine Einlaßöffnung 19 den Kammern 11 oder 13 von einer Quelle 27 zuzuführen oder Fluid über eine Auslaßöffnung 23 zu einem Auslaßkanal 29 abzuführen.

Die Ventile oder Absperrorgane 15 sind vom 3-Stellungs- oder 3-Positions-Typ und haben einen geringen Leck-

fluß in der Nullposition.

Jedes der Absperrorgane 15 enthält ein federbelastetes Rückschlag-Druckfreigabe-Ventil J51, um ein Stekkenbleiben angesichts einer hydraulischen Sperrung zu vermeiden, beispielsweise für den Fall, daß ein Ventil oder Absperrorgan 15 bei geschlossenen Öffnungen 19 und 23 versagen sollte.

Eingangssignale zur Steuerung der Schalt- oder Drehmomentmotore 17 und damit der Absperrorgane 15 werden parallel über drei Eingangssignalwege 33 und entsprechende Verstärker 35 zugeführt. Jeder der Eingangssignalwege durchläuft der Reihe nach jeweils eine separate Steuerwicklung 37 von jedem der Motoren 17. Die Wicklungen 37 jedes Motors 17 sind vorzugsweise auf getrennten Polstükken des Motors angeordnet, um die Wahrscheinlichkeit des Auftretens gemeinsamer Fehler zwischen den Signalwegen zu verringern.

Der Kraft- oder Stellantrieb enthält ferner Druckfühler 39, die die Drücke an den Auslaßseiten der Einlaßöffnungen 19 der vier Ventile oder Absperrorgane 15 überwachen .

Weiterhin sind drei Positionsfühler 41 vorgesehen, die die Lage oder Position der Stange 1 feststellen und ein entsprechendes elektrisches Signal dem Verstärker des betreffenden Eingangssignalweges 33 zuführen. Auf diese Weise wird das betreffende Eingangssignal modifiziert.

Beim Normalbetrieb des Antriebs mit entsprechenden Eingangssignalen an allen drei Signalwegen 33 werden die Absperrorgane 15 entweder so betrieben, daß sie die Zufuhr von unter Druck stehendem Fluid von den Quellen 21 und 27 zu den Kammern 7 und 11 zulassen und die Kammern 9 und 13 mit den Auslaßkanälen 25 und 29 verbinden, so

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daß die Stange 1 bei der gezeigten Darstellung nach rechts verschoben wird, oder daß sie die Zufuhr von unter Druck stehendem Fluid zu den Kammern 9 und 13 von den Quellen 21 und 27 zulassen und die Kammern 7 und 11 mit den Auslaßkanälen 25 und 29 verbinden, um die Stange 1 nach links zu bewegen.

Sollte irgendein elektrisches Bauteil ausfallen, um beispielsweise eine Störung in einem der Eingangssignalwege 33 hervorzurufen, wird der Betrieb des Stellantriebs aufgrund der Signale in den beiden anderen Eingangssignalwegen weitergeführt, ohne daß dabei der Betrieb irgendeiner hydraulischen Komponente des Antriebs beeinträchtigt wird. Vorzugsweise ist der Kraft- oder Stellantrieb mit einer Signalweglogik und zugeordneten Schaltung ausgerüstet, um einen gestörten Signalweg abzutrennen. Auf diese Weise ist es den übrigen Signalwegen möglich, den Stellantrieb wirksamer zu steuern.

Sollte eine hydraulische. Komponente oder ein hydraulisches Teil des Antriebs ausfallen, beispielsweise eine der beiden Quellen 21 und 27 für hydraulisches Fluid oder ein hydraulisches Ventil oder Absperrorgan 15, wird der Betrieb des Stellantriebs gleichermaßen ohne Beeinträchtigung des Betriebs irgendeines elektrischen Bauteils des Stellantriebs weitergeführt.

Der Kraft- oder Stellantrieb fährt daher aufgrund der Signalwegbefehle mit seinem Betrieb fort, selbst wenn sowohl eine elektrische Komponente als auch eine hydraulische Komponente ausfallen.

Die Modifikation der Eingangssignale durch die von den Positionsfühlern 41 abgeleiteten Signale dient dazu, um das dynamische Verhalten des Antriebs in Übereinstimmung mit üblicher Servo-Technik zu verbessern.

Eine Rückführung in Abhängigkeit von den Strömen, die den Steuerwicklungen 37 der Schalt- oder Drehmomentmotor en zugeführt werden, kann man in den Eingangssignalwegen 33 heranziehen, um das dynamische Verhalten des Antriebs in Übereinstimmung mit üblicher Servo-Technik zu verbessern. Die Verwendung einer derartigen Rückführung hat den weiteren Vorteil, daß die Verstärkerausgänge die Neigung haben, hart auszusteuern, wenn die Stromschleife unterbrochen oder geerdet ist.

Den Vergleich zwischen den Ausgängen der Verstärker kann man heranziehen, um einen NullSignalbahnfehler festzustellen.

Die Steuerwicklungsanordnung der Schalt- oder Drehmomentmotoren 17 stellt sicher, daß die Motoren gleiche Gesamtsignale erhalten, selbst wenn sich die einzelnen Bahnsignale unterscheiden.

Die von den Druckfühlern. 39 abgeleiteten Signale kann man in üblicher Weise für Überwachungszwecke heranziehen.

Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann man auch in einem Kraft- oder Stellantrieb nach der Erfindung einen einzigen Kolben oder mehr als zwei Kolben verwenden. Mit einem einzigen Kolben ist bei einer hydraulischen Störung der weitere Betrieb in Frage gestellt. Eine elektrische Störung beeinträchtigt hingegen nicht die Arbeitsweise der hydraulischen Komponenten. Bei der Verwendung von mehr als zwei Kolben ist vorzugsweise Jeder Kolben einer getrennten Quelle von unter Druck stehendem hydraulischem Fluid zugeordnet.

Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann man beispielsweise auch mehr als drei Signalwege vorsehen. Mit vier Signalwegen kann man den Ausfall eines

ersten Signalweges besser überwinden als mit drei Signalwegen. Darüber hinaus kann man auch den Ausfall eines zweiten Signalweges verkraften, wenn bereits ein erster Signalweg abgetrennt ist.

Claims (7)

1. Patentanwälte qqfi?

   Reichel u. Reichel - .. .. .

   Parkstraße 13 · ·-"

   Frankfurt, a. M. 1 ·^:--^;- -^:'..^:'^:-- .. 3131806

   ELLIOTT BROTHERS (LONDON) LIMITED, Chelmsford, England

   Patentansprüche

   MJ Hydraulischer Stellantrieb, enthaltend ein Ausgangsglied (1), einen mit dem Ausgangsglied verbundenen Kolben (3 oder 5) und eine Einrichtung zum Steuern der Zufuhr eines unter Druck stehenden hydraulischen Fluids zu dem Kolben,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung enthält: zwei hydraulische Absperrorgane (15), die so angeordnet sind, daß sie die Zufuhr des unter Druck stehenden hydraulischen Fluids auf den einander entgegengesetzten Seiten (7 und 9 oder 11 und 13) des Kolbens steuern, jeweils eine Antriebsvorrichtung (17) für jedes Absperrorgan und wenigstens drei Eingangssignalbahnen (33), von denen jede so ausgebildet ist, daß sie ein entsprechendes elektrisches Eingangssignal den beiden Antriebs vor richtungen zuführt, die bezüglich der Eingangssignalbahnen miteinander in Reihe liegen, und daß jede der Antriebsvorrichtungen so ausgebildet ist, daß sie aufgrund der entsprechenden Eingangssignale an einer Majorität der Eingangssignalbahnen die Absperrorgane so betreibt, daß durch den Kolben auf das Ausgangsglied eine Kraft in der einen Richtung oder in der anderen Richtung ausgeübt wird.
2. 2. Antrieb nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei der Kolben (3 und 5) vorgesehen sind, daß jedem Kolben zwei der hydraulischen Absperrorgane (15) und der Antriebsvorrichtungen (17) zugeordnet sind, daß jede Eingangssignalbahn (33) so ausgebildet ist, daß sie ein betreffendes Eingangssignal allen Antriebsvorrichtungen der Reihe nach zuführt, und daß jede Antriebsvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie aufgrund der entsprechenden Eingangssignale an einer Majorität der Eingangssignalbahnen die Absperrorgane so betätigt, daß die durch die Kolben auf das Ausgangsglied ausgeübten Kräfte gemeinsam in der einen Richtung oder in der anderen Richtung wirken.
3. 3. Antrieb nach Anspruch 2,
   dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kolben und die ihm zugeordneten hydraulischen Absperrorgane mit einer getrennten Quelle (21 oder 27) für das unter Druck stehende hydraulische Fluid zusammenarbeiten.
4. 4. Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Fühler (41) vorhanden sind, von denen jeder jeweils einer der Eingangssignalbahnen zugeordnet ist, um ein Ausgangssignal zu liefern, das die Position des Ausgangsglieds anzeigt, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die das jeder Eingangssignalbahn zugeführte Eingangssignal in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des zugeordneten Fühlers steuert.
5. 5. Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Eingangssignalbahn von einer Stromrückführung Gebrauch macht.
6. 6. Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Antriebsvorrichtung einen Drehmomentmotor (17) enthält und daß jeder Drehmomentmotor für jede Eingangssignalbahn eine mit der Bahn verbundene getrennte Steuerwicklung (37) aufweist.
7. 7. Antrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes hydraulische Absperrorgan ein Druckfreigabeventil (31) enthält, um angesichts eines hydraulischen Lecks ein Steckenbleiben zu verhindern.