DE3213135C2 - Elektrohydraulischer Stellantrieb - Google Patents

Abstract

Elektrohydraulischer Stellantrieb, insbesondere für Steuer organe an Luftfahrzeugen, mit einem Stellzylinder mit einem zweiseitig beaufschlagbaren Stellkolben, dem zur Positionierung über magnetisch betätigte Drei/Zwei-Wegeventile das benötigte Ölvolumen in Form diskreter Ölvolumina zuführbar ist, mit einem Rechner, über den die den Wegeventilen zuzuleitenden Schaltimpulse in Abhängigkeit vom vorgegebenen Verstellweg des Stellkolbens mit variabler Pulsdauer festlegbar sind, mit durchflußbestimmenden Drosseln, die so angeordnet sind, daß bei einer Bewegung des Stellkolbens jeweils nur eine Drossel durchströmt wird und mit Sensoren, die nach dem Schalten eines Wegeventils elektrische Signale abgeben, die als reine Funktionsbestätigungen auf den Rechner rückgeführt werden. Die Drosseln sind jeweils den Wegeventilen nachgeschaltet in der Verbindung zum Rücklauf angeordnet und in der Druckleitung ist jeweils vor dem Wegeventil ein Rückschlagventil angeordnet, das in Richtung auf das Wegeventil durchlässig ist.

Description

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trieb ausgebildet, dessen Steuermittel durch den Stell- Systemdruckschwankungen noch einen großen Nutzantrieb 18 betätigt werden. Die Steuermittel können Signalabstand für die Überwachung der Uinschaltventiauch unmittelbar am Stellantrieb ausgebildet sein. So Ie. Nach Ende des dem Umschaltventil 139 aufgegebtkann wenigstens eine der Kolbenstangen oder der Stell- nen Steuerimpulses wird Ober das Umschaltventil kolben des Stellantriebes als Steuerkolben eines Steuer- 5 die Verbindung des Zylinderraums 154' mit dem Rückventils ausgebildet sein, lauf unterbrochen. Das Rückschlagventil 140 schließt

Als elektrohydraulische Umschaltventile sind bistabil Durch Aktivierung des Umschaltventil 137 wird eine gesteuerte Kugelventile vorgesehen. Mit Kugelventilen Bewegung des Kolbens in entgegengesetzter Richtung sind Ventilschaltzeiten in der Größenordnung von 1 ms bewirkt erreichbar. Die Ventilschaltzeit sollte so kurz wie mög- io In F i g. 3 ist das Ersatzschaltbild für den Stellantrieb lieh sein, da das Auflösungsvermögen direkt von ihr nach F i g. 2 wiedergegeben. Zur Betätigung des Stellzyabhängt Die Durchlaßmenge der Ventile läßt sich durch linders 130 wird jeweils eines der Umschaltventile 137, Pulsmodulation den jeweiligen Forderungen anpassen, 139 betätigt Bei Betätigung des Umschaltventils wobei die Ventile nach dem Verfahren der differentiel- wird der Stellzylinder 130 über die Drossel 156' mit dem len Pulsdauermodulation angesteuert werden. 15 Rücklauf Pr verbunden. Drucköl kann damit über den

Um den Einfluß von Änderungen des durchflußbe- Druckölanschluß Ps über das Rückschlagventil 140 und stimmenden Querschnitts im Umschaltventil auf den das Umschaltventil 137 in den Stellzylinder 130 eindrin-Volumenstrom auszuschalten, sind die Umschaltventile gen, aus dem jeweils die gleiche ölmenge dann über das für eine reine Schalterfunktion ausgelegt Der Volumen- Umschaltventil 139 und die Drossel 156' in den Rücklauf strom wird also ausschließlich durch die viskositätsun- 20 Pr verdrängt wird. Analog erfolgt die Bewegung des abhängige Drossel bestimmt Stellkolbens im Stellzylinder 130 in ;atgegengesetzter

Wie in F i g. 2 dargestellt ist der Stellzylinder 130 mit Richtung durch Schalten des Umschaltventil 137.

einem Stellkolben 132 versehen, dessen beidseitige Be-

aufschlagungsflächen gleich sind. Die Kolbenstange 134 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

ist durchgehend ausgebildet und durch die beiden Zylin- 25

derdeckel hindurchgeführt

Für die Betätigung des Zu- bzw. Abflusses des Drucköls zum Stellzylinder 130 sind zwei elektromagnetisch betätigte Umschaltventile 137,139 vorgesehen, die identisch ausgebildet und zusammen in einem Gehäuse inte- griert sein können. Die beiden Wegeventile 137,139 sind einstufig ausgebildet und weisen jeweils ein Rückschlagventil 140,140' sowie ein Umschaltventil 142,142' auf. Die Umschaltventile und die Rückschlagventile haben kugelförmige Ventilverschlußglieder. Die Ver- Schlußglieder der beiden Rückschlagventile 140, 140' öffnen in Richtung auf die Umschaitventiie und sind jeweils an die Druckleitung Ps angeschlossen.

Die Verschlußglieder 142,142' der beiden Umschaltventile 137 und 139 sind jeweils über Ventilstößel 148, 148' betätigbar, die über elektromagnetische Antriebe 150,150' verschiebbar sind. Als Antriebe 150,150' sind vorzugsweise Tauchanker-Magnetantriebe vorgesehen, die durch elektrische Impulse mit variabler Pulsdauer beaufschlagt werden.

Die Umschaltvenfile 137,139 sind einerseits über Leitungen 152, 152' mit den Zylinderräumen 154,154' des Stellzylinders 130 verbunden und zum andern mit einer Rücklaufleitung Pr. Die Verbindung mit der Rücklaufleitung erfolgt jeweils über Drosseln 156,156'. Zwischen den Drosseln und den Wegeventilen sind jeweils Sensoren 162,162' angeschlossen.

In der Schaltstellung nach F i g. 2 ist das Umschaltventil 139 aktiviert und dadurch der Zylinderraum 154' über das Umschaltventil 139 mit dem Rücklauf Pr verbunden. Auf der gegenüberliegenden Seite steht über das Rückschlagventil 140 und über das Umschaltventil 137 der Druckanschluß Ps mit dem Zylinderraum 154 in Verbindung. Damit wird der Kolben 132 nach rechts bewegt Der Druckabbau findet statt über die Drossel 156'. Damit herrscht auf beiden Seiten des Stellkolbens 132 gleicher Druck, abgesehen von der durch die Kolbenreibung bedingte Druckdifferenz. Damit werden Wechselbelastungen vermieden und über den ganzen Kolbenhub Linearität zwischen Eingangssignal und Schrittweite des Stellkolbens gewährleistet Am Drucksensor 162' tritt ein Drrcksprung von annähernd der Größe des Systemdrucks Ps auf. Dieser liefert auch bei

Claims (1)

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räumen des Stellzylinders angeordnet sind, daß die

Patentanspruch: Rückschlagventile und die Umschaltventile so geschaltet sind, daß in der Ruhestellung beide Zylinderräume

Elektrohydraulischer Stellantrieb, insbesondere über die Rückschlagventile abgeschlossen und beide für Steuerorgane an Luftfahrzeugen, mit einem 5 Umschaltventile zum Rücklauf geöffnet sind, und daß zweiseitig beaufschlagbaren, an eine Druckseite und zum Positionieren des Stellkolbens jeweils eines der einen Rücklauf einer Hydraulikanlage anschließba- Umschaltventile auf Durchlaß zum Druckanschluß geren Stellzylinder mit einem Kolben mit gleichen Be- schaltet und gleichzeitig das Rückschlagventil vor dem aufschlagungsflächen, dessen Zylinderräumen zur gegenüberliegenden Zylinderraum entsperrt wiro, wo-Positionierung des Kolbens über durch eine Schalt- io bei je eines der Umschaltventile und eines der Rückimpulsfolge betätigte Ventile das benötigte ölvolu- schlagventile zu einem Wegeventil zusammengefaßt men in Form diskreter ölvolumina zuführbar ist, mit sind. Diese bekannte Lösung erfordert mit den dort vereinem Rechner, über den die den Ventilen zuzulei- wendeten und mit je einem der Umschaltventile zu eitenden Schaltimpulse festgelegt werden, und mit nsm Wegeventil zusammengefaßten entspeirbaren elektrische Signale abgebenden Sensoren mit einem 15 Rückschlagventil relativ aufwendige Schaltelemente.
Anschluß, der in Strömungsrichtung jeweils vor ei- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stellner durchflußbestimmenden Drossel liegt und Ver- antrieb einfacher auszubilden, wobei die Vermeidung bindungen zur Rückführung dieser Signale auf den extremer Wechselbelastungen, eine sichere Fehlerer-Rechner, wobei die elektro-hydraulischen Ventile kennung und die Linearität zwischen Eingangssignal 3/2-WegeveniUe sind, die als Kugelventile ausgebil- 20 und Schrittweite des Stellkolbens in gleichem Maße erdet sind, dere» Öffnungsdauer vom Rechner in Ab- halten bleiber, sollen.

hängigkeit vom vorgegebenen Verstellweg des Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung ausgehend Stellzylinders mit variabler Pulsdauer festlegbar von einem hydraulischen Stellantrieb der gattungsgesind, die von den Sensoren abgegebenen elektri- mäßen Art dadurch gelöst daß die Drosseln jeweils den sehen Signale als reine Funktionsbestätigung auf 25 Wegeventilen nachgeschaltet in der Verbindung zum den Rechner rückgeführt sind und die Zylinderräu- Rücklauf angeordnet sind und daß die Anschlüsse der me des Stellzylinders über die parallel geschalteten Sensoren zwischen den Rücklaufanschlüssen der Venti-Ventile wechselweise mit der Druckseite und dem Ie und den Drosseln vorgesehen sind.
Rücklauf der Hydraulikanlage verbindbar sind, wo- Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise verbei den Ventilen druckseitig Rückschlagventile mit 30 anschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anDurchlaß in Richtung auf die Ventile vorgeschaltet hand der Zeichnung beschrieben,
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild eines Flugzeugsteue-Drosseln (156, 156') jewe.ls den Wegeventilen (137. rungs- und -regelungssystems mit einem elektrohydrau- 139) nachgeschaltet in der Verbindung zum Rück- lischen Stellantrieb als Vorsteuereinheit für den Ruderlauf (Pg) angeordnet sind und daß &,e Anschlüsse der 35 steller.

Sensoren (162,162') zwischen den Rücklaufanschlüs- F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Stellantrie-

sen der Ventile und den Drosseln vorgesehen sind. bes gemäß der Erfindung.

F i g. 3 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild für den

Stellantrieb nach F i g. 2.

40 Das Steuerungs- und Regelungssystem nach F i g. 1 weist einen als Flugregler arbeitenden Prozeßrechner 2

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrohydrauli- auf, in den das Pilotenkommando 4 als Sollwert eingege-

sehen Stellantrieb nach dem Oberbegriff des Patentan- ben wird. Dem Prozeßrechner werden weiter die in QbIi-

spruches. eher Weise ermittelten Flugzustandsgrößen 6 aufgege-

Bei dem bekannten Stellantrieb der gattungsgemä- 45 ben.

ßen Art (DE-OS 28 23 960) treten infolge der Schaltven- In dem gestrichelt umrandeten Block 8 ist der erfintilbetätigung hohe Wechselbelastungen in der Größen- dungsgemäß ausgebildete Stellantrieb in Simplexaus-Ordnung des halben Systemdrucks und mit einer Fre- führung mit Ausfallerkennung dargestellt Dieser Stellquenz von 100 bis 200 Hz auf, die zu starken Belastun- antrieb weist elektro-hydraulische Umschaltventile 10 gen der Dichtungen und des Stellzylinders führen und so adf, die über elektrische Signalverbindungen 12,14 vom mit einer erheblichen Geräuschentwicklung verbunden Prozeßrechner angesteuert werden. Die Umschaltv^ntisind. Zudem führen die hohen Druckschwankungen im Ie sind an ein in F i g. 1 nicht dargestelltes Hydraulikver-Stellzylinder zu Nichtlinearitäten der Kolbenstellung in sorgungssystem angeschlossen. Das öl wird über eine Abhängigkeit vom Steuersignal. Weiter steht als ver- Leitung 16 einem Stellantrieb 18 zugeleitet. An eine wertbares Drucksignal an den durchflußbestimmenden 55 Rücklaufleitung Pr ist über eine Leitung 22 ein druck-Drossein nur maximal der halbe Systemdruck zur Ver- und/oder strömungsabhängig arbeitender Sensor 24 anfügung, wodurch eine eindeutige Fehlererkennung er- geschlossen, der bei dem Ansprechen der Umschaltvenschwert wird. tile 10 ein elektrisches Signal abgibt das über eine Si-Nach der älteren Anmeldung P 30 17 080.0-14 (DE- gnalverbindung 26 als reine Funktionsbestätigung auf OS 30 17 080) ist es bekannt, extreme Wechselbelastun- 60 den Prozeßrechner rückgeführt wird. Im Prozeßrechner gen dadurch zu vermeiden und eine sichere Fehlerer- werden die vom Sensor abgegebenen elektrischen Sikennung dadurch zu ermöglichen sowie Linearität zwi- gnale mit den elektrischen Schaltimpulsen für die Umsehen Eingangssignal und Schrittweite des Stellkolbens Schaltventile 10 verglichen, wodurch Ausfälle, z. B. ausdadurch zu erreichen, daß die durchflußbestimmenden gebliebenes Schalten der Umschaltventile, unmittelbar Drosseln druckseitig vor den Umschaltventilen ange- 65 erkennbar sind. Über den proportional wirkenden Stellordnet sind, daß die Rückschlagventile jeweils als ent- antrieb 18 wird der Rudersteller 28 gesteuert, der seisperrbare Rückschlagventile ausgebildet und zwischen nerseits ein in F i g. 1 nicht dargestelltes Ruder betätigt, den Umschaltventilen und den zugehörigen Zylinder- Der Rudersteller 28 ist als hydraulischer Leistungsan-