DE3316119A1 - Regelsystem fuer eine kraftantriebseinheit - Google Patents

Description

Sundstrand Corporation RockLord, Illinois 61125, V.St.A.

Regelsystem für eine Kraftantriebseinheit

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelsystem für eine mit hoher Energieausbeute arbeitende verstellbare Kraftantriebseinheit.

In der Luftfahrtindustrie gibt es eine Vielzahl von Situationen, in denen in Luftfahrzeugen hydraulische Kraft benötigt wird, um die Betätigung eines Bauteils zu bewirken. Das betätigte Teil kann eine Klappe oder eine andere Flugsteuerfläche sein. Das nie endende Streben nach Gewichtsverringerung und einem hohen System-Wirkungsgrad wird unterstrichen durch die ständig steigenden Kraftstoffkosten sowie die exotischeren Umgebungen, denen wiederverwendbare Raumtransporter ausgesetzt sind.

Ein in neuerer Zeit erzielter Fortschritt in bezug auf hydraulisch getriebene Betätigungssysteme resultiert in einer Gewichtsverringerung, verbunden mit erhöhtem Wirkungsgrad (US-PS 4 191 094).

Die genannte US-PS richtet sich auf eine Kraftantriebseinheit zum Betrieb einer Flugzeugschub-Umkehrvorrichtung in

einem Flugzeugmotor. Die Schubumkehrvorrichtung ist zwischen einer Einfahr- und einer Ausfahrstellung betätigbar und umfaßt einen Zweirichtungs-Hydromotor mit einer veränderlich positionierbaren Taumelscheibe zur Steuerung der Motorverstellung. Es ist eine Regelvorrichtung vorgesehen, die eine Fluidströmung durch den Motor in eine von zwei Richtungen bewirkt. Die Regelvorrichtung umfaßt ferner einen mit der Taumelscheibe verbundenen Kolben zum Einstellen des Motors in einen Minimum- oder einen Maximumzustand oder jeden dazwischenliegenden Zustand. Ein Servoventil dient zum Einstellen der Lage des Kolbens im Stellzylinder, und ein Differentialflächenkolben ist betriebsmäßig mit dem Servoventil zu dessen Positionierung verbunden. Der Kolben spricht auf den Druckabfall am Motor in jeder Arbeitsrichtung desselben an und stellt die Motorverstellung auf den für den Lastzustand des Motors kleinstmöglichen Wert ein. Dabei wird ferner die Omsteuerbarkeit von Hydraulikdruck zu den Eingangsöffnungen des Hydromotors verlangt, um die Motorarbeitsrichtung umzuschalten, und ferner wird die Motorgeschwindigkeit durch ein energieverzehrendes Auslaßventil geregelt.

Die vorliegende Erfindung hebt sich gegenüber dieser US-PS dadurch vorteilhaft ab, daß die Verstellung des Hydromotors zusätzlich als eine Funktion der Ausgangsgeschwindigkeit der Kraftantriebseinheit geregelt wird, wahrend gleichzeitig hydraulische Kraft zum Regelsystem rückgeführt wird, wenn der Ausgang der Kraftantriebseinheit mit einer Zusatzoder Hilfslast beaufschlagt wird. Ferner unterscheidet sich die Erfindung dadurch gegenüber der US-PS, daß die Umsteuerung des Hydromotors nicht die Umsteuerung des Hydraulik-

drucks zu den Öffnungen des Motors verlangt und auch kein energieverzehrendes Auslaßventil benötigt wird, um die Hydromotorgeschwindigkeit zu regeln.

Der fortschrittliche Stand der Technik ist ferner in der US-PS 4 210 066 aufgezeigt, die auf eine Kraftantriebseinheit gerichtet ist und einen Zweirichtungs-Hydromotor umfaßt, der eine veränderbar positionierbare Taumelscheibe zur Steuerung der Motorverstellung aufweist. Dabei ist eine Regelvorrichtung mit einem Ventil vorgesehen, das eine Fluidströmung durch den Motor in einer von zwei Richtungen bewirkt. Einstellzylinder mit Kolben sind mit der Taumelscheibe verbunden zum Einstellen des Motors entweder auf minimale oder maximale Verstellung.

Trotz der Fortschrittlichkeit der vorgenannten US-PS ergeben sich doch nicht die vorteilhaften Merkmale, die im einzelnen hinsichtlich der US-PS 4 191 094 aufgezählt wurden.

Die US-PS 3 302 389 ist auf eine Regelvorrichtung für ein hydraulisches Axialzylindergetriebe gerichtet und repräsentiert eine Lehre nach dem Stand der Technik betreffend einen taumelscheibengesteuerten Hydromotor, wobei die Lage der Taumelscheibe und damit die Motorverstellung eine Funktion der Motoreingangsgeschwindigkeit, des Eingangsbefehls und der Taumelscheibenlage ist. Die US-PS enthält keinen Hinweis dahingehend, daß die Ausgangsgeschwindigkeit der gezeigten Antriebseinheit die Funktion hat, die Lage der Taumelscheibe zu bestimmen, wie das bei der Erfindung vorgesehen ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Kraftantriebseinheit, die hydraulische Kraft dadurch konserviert, daß die Verstellung des Hydromotors als eine kombinierte Funktion eines Eingangsbefehls, der Lage der Hydromotor-Taumelscheibe und der Geschwindigkeit der Abtriebswelle der Kraftantriebseinheit änderbar ist. Ferner soll dabei ein Regelsystem für eine Kraftantriebseinheit geschaffen werden, das eine Anpassung der Motorverstellung an die die Abtriebswelle der Kraftantriebseinheit tatsächlich beaufschlagenden Lasten bewirkt. Weiterhin soll ein von parasitären Verlusten freies hydraulisches Regelsystem für eine Kraftantriebseinheit bereitgestellt werden, das durch Regelung der Motorverstellung eine minimale Hydraulikfluidströmung im System erzielt, wodurch hydraulische Kraft zur Nutzung durch andere Einheiten konservierbar ist, und zwar ohne den Einsatz von Ventilen oder anderen Drosselorganen, die nur Energie verzehren und Druckverluste zwischen dem Hydrauliksystem und den betreffenden Hydromotoren bewirken. Außerdem soll ein Regelsystem für eine? Kraftantriebseinheit bereitgestellt werden, das die maximale Geschwindigkeit von Kraftantriebseinheit und Hydromotor begrenzt. Weiterhin soll ein von parasitären Verlusten freies Regelsystem für eine Kraftantriebseinheit bereitgestellt werden, bei dem die Einwirkung einer Last auf die Abtriebswelle der Einheit in die gleiche Richtung wie die vom Eingangsbefehl zum System vorgegebene Richtung bewirkt, daß der taumelscheibengesteuerte Verstellmotor der Kraftantriebseinheit als Pumpe arbeitet, wodurch hydraulische Kraft zur Nutzung durch andere Einheiten in das System rückgeführt wird.

Das Regelsystem nach der Erfindung für eine Kraftantriebseinheit mit einem durch eine Taumelscheibe gesteuerten

hydraulischen Verstellmotor, wobei durch das Regelsystem die Verstellung des Hydromotors an eine Last anpaßbar ist, die von einer rr.it dem Motor gekoppelten Abtriebswelle der Kraftantriebseinheit anzutreiben ist, ist gekennzeichnet durch ein Stellventil für die Hydromotor-Taumelscheibe, wobei das Stellventil ein Ventilelement umfaßt, das so in Ansprechverbindung mit der Taumelscheibe angeordnet ist, daß sich die Taumelscheibe aufgrund eines dem Ventilelement zugeführten Eingangsbefehls bewegt, wobei die Taumelscheibe außerdem mit dem Ventilelement federnd gekoppelt ist, wodurch das Ventilelement auf eine Lage der Taumelscheibe anspricht, und durch eine drehzahlempfindliche Einheit, die mit der Abtriebswelle der Kraftantriebseinheit und mit dem Ventilelement gekoppelt ist, wodurch dieses auf die Geschwindigkeit der Abtriebswelle der Kraftantriebseinheit anspricht und dadurch die Verstellung des Hydromotors an die Last anpaßbar ist als eine kombinierte Funktion des Eingangsbefehls, der Taumelscheiben-Lage und der Geschwindigkeit der Abtriebswelle der Kraftantriebseinheit.

Das von parasitären Verlusten freie hydraulische Regelsystem nach der Erfindung für eine Kraftantriebseinheit, die einen taumelscheibengesteuerten umsteuerbaren hydraulischen Verstellmotor bzw. eine solche Verstellpumpe umfaßt, wobei das hydraulische Regelsystem eine Anpassung der Verstellung des Hydromotors an eine Zweirichtungs-Last, die von einer mit dem Motor gekoppelten Abtriebswelle der Kraftantriebseinheit anzutreiben ist, bewirkt, ist gekennzeichnet durch ein Stellventil für die Hydromotor-Taumelscheibe, wobei das Stellventil ein Ventilglied aufweist, das mit der Taumelscheibe gekoppelt ist, so daß diese aufgrund eines dem

Ventilglied zugeführten Zweirichtungs-Eingangsbefehls bewegbar ist, wobei die Taumelscheibe mit dem Ventilglied federnd mechanisch gekoppelt ist, so daß das Ventilglied auf eine Lage der Taumelscheibe anspricht, und wobei die Taumelscheiben-Lage teilweise von der Richtung der Lastbeaufschlagung abhängt, so daß bei Einwirkung einer Last auf die Abtriebswelle in die gleiche Richtung wie die vom Eingangsbefehl vorgegebene Richtung die Taumelscheibe eine solche Lage einnimmt, daß der Motor als Pumpe arbeitet und dadurch hydraulische Energie in das System zur Nutzung durch andere Einheiten rückführt, und durch eine drehzahlempfindliche Einheit, die mit der Abtriebswelle der Kraftantriebseinheit und mit dem Ventilglied gekoppelt ist, so daß das Ventilglied auf die Geschwindigkeitkeit der Abtriebswelle anspricht und dadurch die Verstellung des Hydromotors an die Last anpaßbar ist als eine kombinierte Funktion des Eingangsbefehls, der Lage der Taumelscheibe und der Geschwindigkeit der Abtriebswelle der Kraftantriebseinheit.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigt die Figur eine schematische Darstellung des Regelsystems für die Kraftantriebseinheit, wobei bestimmte Bauteile mittig vertikal geschnitten dargestellt sind.

Das Regelsystem für die mit hoher Energieausbeute arbeitende Kraftantriebseinheit besteht aus folgenden Grundkomponenten, die nachstehend im einzelnen erläutert werden. Aus der Figur ist ersichtlich, daß links ein Eingangsdruckbefehls-Steuerschieber 11 angeordnet ist:, in der Mitte der

Figur ist ein Taumelscheiben-Stellventil 51 vorgesehen, und rechts davon ist im oberen Teil der Figur eine Taumelscheiben-Stellkolbeneinheit 73 angeordnet, unter der wiederum ein konventioneller umsteuerbarer hydraulischer Verstellmotor bzw. eine solche Verstellpumpe 90 angeordnet ist. Der Hydromotor weist eine Abtriebswelle 93 auf, die ein Keilnuten aufweisendes Ende 94 hat, das mit einer Vorrichtung (nicht gezeigt) koppelbar ist, die von der Kraftantriebseinheit betätigt werden soll. Direkt unter dem Hydromotor 90 ist ein Regelventil bzw. Regler 50 gezeigt, und links davon ist ein Motor-Wegeventil 81 angeordnet.

Das nachstehend erläuterte Regelsystem ist frei von parasitären Verlusten, und zwar aufgrund von Regelfunktionen, die energieverzehrende Strömungsregelglieder verlangen. Das Regelsystem bewirkt, daß die Verstellung des Hydromotors an eine auf die Abtriebswelle 93 des Hydromotors 90 wirkende Zweirichtungs-Last angepaßt wird. Diese Anpassung der Hydromotor-Verstellung ergibt sich aus einer kombinierten Funktion, die zusammengesetzt ist aus einer Lage-Eingangsbefehlsfunktion, welche in eine Kraft umgesetzt wird, der Lage einer Taumelscheibe 98 des Hydromotors 90 und der Geschwindigkeit der Abtriebswelle 93 der Kraftantriebseinheit, die gleichzeitig die Abtriebswelle des Hydromotors ist.

Auf der linken Seite der Figur ist ein in zwei Richtungen gehender Eingangslagebefehls-Pfeil 12 dargestellt. Dieser soll zeigen, daß von einem entfernten Punkt durch nicht gezeigte Mittel eine Lagebefehlskraft dem linken Ende des Gehäuses eines Befehlslage-Krafterzeugers 13 zugeführt

wird, in dem zwei Schraubenfedern 14, 16 angeordnet sind, die zu beiden Seiten eines als Federsitz dienenden Rings 20 positioniert sind, der einstückig mit einem Ventilglied 17 verbunden ist. Das Ventilglied erstreckt sich in das Ventilgehäuse 15 des Eingangsdruck-Steuerschiebers 11. Das Ventilglied 17 trägt damit einstückig einen zentralen Ventilsteg 19 sowie zwei äußere Ventilstege 18 und 21.

Wenn dem Befehlslagekrafterzeuger 13 eine Eingangsbefehlslagekraft zugeführt wird, wird die Gesamteinheit um einen bestimmten Betrag verschoben, und jede der Federn 14, 16 wird in Abhängigkeit von der Richtung des Eingangslagekraftbefehls 12 zusammengedrückt. Infolgedessen werden der Federsitzring 20 und das zugehörige Ventilglied 17 mit einer federnd wirkenden Kraft beaufschlagt, die der von dem Eingangsbefehl 12 bestimmten Lage direkt proportional ist.

Der Eingangsdruck-Steuerschieber 11 weist eine Zufuhröffnung 30 auf, die über eine Leitung 31 mit dem Ventilgehäuse 15 verbunden ist. Zu beiden Seiten des zentralen Ventilstegs 19 sind Zufuhrzweigleitungen 32, 37 angeordnet. Die Zufuhrzweigleitung 32 sorgt für die Fluidverbindung mit der rechten Seite des äußeren Ventilstegs 21 über eine Zweigleitung 33. Die Zufuhrzweigleitung 32 stellt eine Fluidverbindung mit einer Seite eines zentral positionierten Kraftsummier-Ventilstegs 58 in dem Taumelscheiben-Stellventil 51 her. Die Zufuhrzweigleitung 32 ist außerdem über eine Zufuhrzweigleitung 34 mit dem Weqeventil 81 verbunden.

Die Zufuhrzweigleitung 37 steht gleichermaßen mit dem linken Ende des äußeren Ventilstegs 18 über eine Zweiglei-

tung 36 in Pluidverbindung. Die Zufuhrzweigleitung 36 stellt eine Fluidverbindung mit der anderen Seite des zentral angeordneten Kraftsummier-Ventilstegs 58 in dem Taumelscheiben-Stellventil 51 her. Die Zufuhrzweigleitung 36 ist zusätzlich über die Zufuhrzweigleitung 38 an das Wegeventil 81 angeschlossen.

Eine Rücklauföffnung 40 ist über zwei Rücklaufleitungen 41, 42 mit dem Ventilgehäuse 15 verbunden.

Das Taumelscheiben-Stellventil 51 ist mit einer Taumelscheibe 98 des Hydromotors in der nachstehend erläuterten Weise gekoppelt. Das Taumelscheiben-Stellventil 51 bewegt die Taumelscheibe 98 aufgrund des Zweirichtungs-Eingangsbefehls 12. Das Stellventil 51 umfaßt ein Ventilgehäuse 52 mit einem beweglichen Ventilglied 53. Zwischen dem Ventilgehäuse 52 und einer Seitenfläche eines ersten Ventilstegs 57 der Kraftsummier-Ventilstegeinheit 60 ist eine Feder 62 positioniert. Die Kraftsummier-Ventilstegeinheit 60 umfaßt ferner einen zentralen Kraftsummier-Ventilsteg 58 sowie einen zweiten Ventilsteg 59. Die Feder 62 hat die Funktion, das Ventilglied 53 in einer Neutrallage zu halten, wenn es nicht von irgendwelchen Kräften beaufschlagt wird.

Das Taumelscheiben-Stellventil ist hydraulisch mit der Taumelscheibe 98 durch eine Taumelscheibenlage-Stellkolbeneinheit 73 über zwei Leitungen 63, 64, den Kolben 75, die Kolbenstange 76, ein Kugelgelenk 77 und einen Taumelscheiben-Steilarm 99 gekoppelt.

Bezüglich des beweglichen Ventilglieds 53 sind zusätzlich zu dem ersten, dem zweiten und dem zentralen Kraftsummier-

Ventilsteg 57, 58 bzw. 59 ein zentraler Ventilsteg 54 sowie ein äußerer Ventilsteg 56 vorgesehen. Am rechten Ende des Ventilglieds 53 sind ein Ventilglied-Pedersitz 66, eine Feder 66 sowie ein verschiebbar angeordneter Federsitzring

68 befestigt. Rechts von dieser Vorrichtung ist ein Taumelscheiben-Rückführungsarm 69 um einen Schwenkzapfen 70 schwenkbar angeordnet. Der Taumelscheiben-Rückführungsarm

69 weist am einen Ende einen Rückführungsarm-Kontaktabschnitt 71 und am anderen Ende eine Kugelgelenkeinheit 72 auf, die den Rückführungsarm 69 mechanisch mit der Kolbenstange 76 koppelt. Durch diese Anordnung kann der Rückführungsarm 69 eine Hin- und Herbewegung der Kolbenstange 76 über das Kugelgelenk 72 auf den Rückführungsarm-Kontaktabschnitt 71 übertragen, der an einer Endfläche des verschiebbaren Federsitzrings 68 anliegt, der diese Kraft, die die Hin- und Herbewegung der Kolbenstange 76 bezeichnet, wiederum über die Feder 67 und den Federsitz 66 auf das bewegliche Ventilglied 53 überträgt.

Das Taumelscheiben-Stellventil 51 ist nicht nur hydraulisch mit dem Eingangsdruck-Steuerschieber 11 und hydromechanisch mit der Taumelscheibe 98 des Hydromotors gekoppelt, sondern ist ferner hydraulisch mit dem Hydromotor 90, dem Reglerventil 50 und dem Wegeventil 81 in der nachstehend erläuterten Weise gekoppelt.

Die hydraulische Kopplung zwischen dem Taumelscheiben-Stellventil 51 und dem Hydromotor 90 umfaßt eine Zufuhrleitung 38, die mit der Zufuhröffnung 30 und den Rücklaufzweigleitungen 45a, 45b und 45c verbunden ist, die über die Rücklaufleitung 45 zur Rücklauföffnung 40 führen.

Das Regelventil 50 ist hydraulisch mit dem Taumelscheiben-Stellventil 51 durch das Wegeventil 81 über zwei Leitungen 87, 88 gekoppelt, die ihrerseits Druckfluid der Seitenfläche des Ventilstegs 57 am linken Ende des beweglichen Ventilglieds und der Seitenfläche des äußeren Ventilstegs 56 am rechten Ende des beweglichen Ventilglieds 53 zuführen. Die Druckdifferenz zwischen den Leitungen 87, 88 dient der Geschwindigkeitsregelung in der nachstehend erläuterten Weise.

Der hydraulische Verstellmotor 90 ist hier ein Axialkolbenmotor. Es ist bekannt, daß ein Axialkolbenmotor eine Serie von Kolben 91 aufweist, die in einer Serie von Längsbohrungen in einem Zylinderblock 95 angeordnet sind, der mit einer Abtriebswelle 93 verbunden ist. Ein Ventilblock 100, der einen Teil des Motors bildet, umfaßt zwei öffnungen 96, 97, wobei die Öffnung 97 Druckfluid von der Zufuhröffnung 30 erhält und die Öffnung 96 mit der Rücklauföffnung 40 verbunden ist.

Die angegebene Kraftantriebseinheit erlaubt die stufenlos regelbare Positionierung der Taumelscheibe 98 derart, daß sich der Taumelscheibenwinkel ändert zur Änderung der Verschiebung des Kolbens 91, wodurch die Ausgangsleistung des Hydromotors an die auf die Abtriebswelle 93 wirkende Zweirichtungslast angepaßt wird.

Im Gegensatz zu früheren Einrichtungen, bei denen der Motor umgesteuert wurde, indem das Druckfluid abwechselnd zwischen die Öffnungen des Ventilblocks geführt wurde, werden im vorliegenden Fall über den Gesamtbetriebsbereich der

Kraftantriebseinheit dieselben Zufuhr- und Rücklauf-Drucköffnungen verwendet.

Dabei erfolgt die Umsteuerung des Hydromotors 90 durch die Bewegung der Taumelscheibe z. B. aus der gezeigten Lage in eine Vertikal- oder Nullwinkellage und dann weiter nach rechts (in der Figur).

Die Abtriebswelle 93 des Hydromotors 90 ist mit dem Regelventil 50 entsprechend der Strichlini·? 61 mechanisch gekoppelt. Das Regelventil 50 umfaßt ein Ventilgehäuse 49, das rechts mit einem Unwuchtgehäuse 61 endet, in dem Fliehgewichte 55 angeordnet und drehbar am Gehäuse 63 befestigt sind. Umlaufen des Gehäuses 63 in die eine oder andere Richtung resultiert darin, daß sich die Fliehgewichte in konventioneller Weise bewegen und bewirken, daß das Ventilglied 64 nach links verschoben wird.

Das Ventilglied 64 weist eine Mehrzahl Ventilstege 105, 106, 107, 108, 109 und 110 auf, die mit den Hydraulikleitungen zusammenwirken, die mit dem Ventilgehäuse 49 in der nachstehend erläuterten Weise verbunden sind.

Die Zufuhröffnung 30 ist hydraulisch mit dem Regler 50 über die Zufuhrleitung 35 und die Zufuhrzweigleitungen 39, 39a und 39b gekoppelt.

Die Rücklauföffnung 40 ist ebenfalls hydraulisch mit dem Regler 50 über die Rücklaufzweigleitungen 44, 46, 46a, 46b, 46c und 46d gekoppelt.

Das Wegeventil 31 ist hydraulisch mit dem Regler 50 über einen Satz Leitungen 48, 48a, 48b und 48c sowie über einen zweiten Satz Leitungen 47, 47a, 47b und 47c gekoppelt.

Nachstehend wird die Funktionsweise des Systems erläutert, wobei gleichzeitig das vorteilhafte Zusammenwirken der verschiedenen Komponenten aufgezeigt wird.

Die Kraftantriebseinheit kann zwar zur Regelung der Bewegung einer Flugzeug-Ruderfläche dienen, es ist jedoch zu beachten, daß jede Flugzeug-Steuerfläche vorteilhaft unter Anwendung der Kraftantriebseinheit betätigbar ist. Es wurde zwar nur eine einzige Kraftantriebseinheit erläutert, diese kann jedoch auch eingesetzt werden, wenn sie mit gleichartigen Einheiten parallel angeordnet ist. Tatsächlich ist die Kraftantriebseinheit in jeder Umgebung anwendbar, wo das Gesamtsystem eine Minimierung der Regelunempfindlichkeit im System zwischen der Kraftantriebseinheit und dem Bauteil, dessen Lage zu regeln ist, verlangt. Unter Minimierung der Regelunempfindlichkeit wird hier verstanden, daß durch die angegebene Ein>°it eine Minimierung des inneren Gegeneinanderwirkens von Kräften zwischen einem die Drehkraft summierenden Getriebe und dem geregelten Bauteil bewirkt wird. In vielen Systemen wird durch eine geringe Verschiebung eines Ventils Druckfluid zu verschiedenen damit in Beziehung stehenden Komponenten freigesetzt, so daß der erwünschte gleichmäßige Betrieb durch Kräfte innerhalb des Systems beeinflußt wird, die als gegeneinander wirkend bezeichnet werden können. Bei den bereits erläuterten bekannten Systemen wird die Ventilverstellung und damit die Regelung der Abtriebskomponente durch ein

Ventil, das mit den öffnungen des Hydromotors oder einem ventilgesteuerten Zylinder in Reihe liegt, erreicht.

Angenommen, der Eingangsbefehl 12 geht nach rechts in der Ansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels, so ist in der Feder 14 eine Kraft vorhanden, die dem Eingangsbefehl 12 direkt proportional ist. Der Eingangsdruck-Steuerschieber 11 spricht auf die Kraft an, indem das Ventilglied 17 aus der gezeigten Lage nach rechts verschoben wird. Diese Bewegung ermöglicht die Zufuhr von Druckfluid aus der Zufuhröffnung 30 zur rechten Seitenfläche des Ventilstegs 58 des Taumelscheiben-Stellventils 51 über die Leitungen und 32. Die genannte Bewegung des Ventilglieds 17 hat ferner zur Folge, daß das rechte Ende des Ventilglieds 17 die Endfläche des Ventilstegs 21 mit dem Förderdruck aus der Öffnung 30 durch die Leitungen 31, 32 und 33 beaufschlagt. Gleichzeitig wird durch die Verschiebung des Ventilglieds 17 die linke Seitenfläche des Ventilstegs 58 über Leitungen 36, 37, 42 und 41 mit der Rücklauföffnung verbunden.

Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß zwischen den Leitungen 32, 36 und an dem Ventilsteg 58 eine zum Eingangsbefehl proportionale Differenz vorhanden ist. Der Differenzdruck am Ventilsteg 58 bewirkt ein Verschieben des Ventilglieds 53 gegen die Kraft der Feder 62, die links von dem Ventilsteg 57 angeordnet ist.

Die Verschiebung des Ventilglieds 53 nach links im Ventilgehäuse 52 resultiert in der hydraulischen Kopplung der Zufuhröffnung 30 mit der rechten Seite des Kolbens 75 der

Taumelscheiben-Stellkolbeneinheit 73 über Leitungen 35, und 64. Durch die Verschiebung des Ventilglieds 53 wird ferner gleichzeitig die linke Seite des Kolbens 75 hydraulisch über Leitungen 63, 45b, 45, 44 und 43 mit der Rücklauföffnung 40 gekoppelt. Ferner ist zu beachten, daß das linke Ende des Ventilglieds 53 ebenfalls hydraulisch über Leitungen 45c, 45, 44 und 43 mit der Rücklauföffnung 40 gekoppelt wird. In ähnlicher Weise, wie in Verbindung mit dem am Ventilsteg 58 vorhandenen Differenzdruck erläutert wurde, erscheint ein gleichartiger Differenzdruck am Kolben 75, durch den der Kolben sowie seine einstückig mit ihm verbundene Kolbenstange 76 und die zugehörigen Kugelgelenke 72, 77 nach links bewegt werden. Diese Bewegung hat zur Folge, daß das Taumelscheiben-Rückführungsglied 69 um den Schwenkzapfen 70 geschwenkt wird, wodurch wiederum der Kontaktabschnitt 71 des Rückführungsglieds 69 in eine Richtung bewegt wird, die von der Bewegungsrichtung des Ventilglieds wegführt, das sich - wie erwähnt - gleichzeitig unter dem Einfluß des Differenzdrucks an dem zentralen kraftsummierenden Ventilsteg 58 nach links bewegt. Es ist zu beachten, daß dadurch die Kraft verringert wird, die das Ventilglied 53 nach rechts zu bewegen trachtet.

Die Bewegung des Kolbens 75 der Taumelscheiben-Stellkolbeneinheit 73, die über die Kolbenstange 76 und das Kugelgelenk 77 wirksam ist, nach links und der Taumelscheibenstellarm 99 verschieben die Taumelscheibe 98 aus der gezeigten Neutralstellung in die Strichlinienstellung 101. Aus der Beschreibung des Hydromotors 90 ist bekannt, daß der Hydromotor 90 ständig über die Öffnung 97 im Ventilblock 100 mit Druckfluid beaufschlagt ist, was bewirkt, daß

die Abtriebswelle 93 während der Verschiebung der Taumelscheibe in die Strichlinienstellung 101 mit ständig steigender Geschwindigkeit beaufschlagt wird.

Mit zunehmender Drehzahl der Abtriebswelle 93 erfolgt durch die mechanische Kopplung 61, die die /Abtriebswelle 93 mit dem Fliehgewichtgehäuse 63 koppelt, eine Rotation der Fliehgewichte 55, und die Fliehgewichte 55 bewegen sich, so daß das Ventilglied 64 des Reglers 50 nach links verschoben wird. Die Verschiebung des Ventilglieds 64 ist der Drehzahl der Abtriebswelle 93 direkt proportional.

Durch die Verschiebung des Ventilglieds 64 nach links kann Förderdruckfluid aus der Zufuhröffnung 30 dem Wegeventil über Leitungen 35, 39, 39b, 48, 48b und 48c zugeführt werden. Ursprünglich würde Förderdruckfluid aus dem Wegeventil 81 zur rechten Seite des Stegs 56 des Taumelscheiben-Stellventils zugeführt werden. Aus der vorhergehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die untere Endfläche des Ventilstegs 82 des Ventilglieds 83 des Richtungsventils 81 mit der Rücklauföffnung 40 über Leitungen 38, 36, 37, 42 und 31 gekoppelt ist. Infolgedessen wird das Ventilglied mit einer abwärts gerichteten Kraft beaufschlagt infolge des die Oberseite des Ventilstegs 85 beaufschlagenden Förderdrucks und des die untere Endfläche des Ventilstegs 82 beaufschlagenden Rücklaufdrucks. Diese erwähnte abwärts gerichtete Kraft bewirkt eine Abwärtsverschiebung des Ventilglieds 83, so daß in der Leitunq 48b vorhandenes Förderdruckfluid der linken Endfläche des ersten Ventilstegs 57 zugeführt wird. Gleichzeitig mit der Abwärtsbewegung des Ventilglieds 83 und der Zufuhr von Förderdruck zur

linken Endfläche des Ventilstegs 57 des Taumelscheiben-Stellventils wird die rechte Seitenfläche des Ventilstegs 56 über Leitungen 88, 47b, 47, 46b, 46, 44 und 43 mit der Rücklauföffnung 40 verbunden. Die Anwesenheit der Druckdifferenz an den Seitenflächen der Ventilstege 57 und 56 des Ventilglieds 53 resultiert in der Beaufschlagung des Ventilglieds 53 mit einer Kraft, die das Ventilglied gegen die Kraft des Eingangsbefehls verschiebt, die infolge der Druckdifferenz an dem zentralen kraftsummierenden Ventilsteg 58 erzeugt wurde.

Wenn die Abtriebswelle 93 mit einer Zusatzkraft beaufschlagt wird, erhöht sich die Geschwindigkeit der Abtriebswelle 93 proportional zu der Zusatzkraft. Die Lage der Taumelscheibe 98 hängt teilweise von der Richtung der die Abtriebswelle 93 beaufschlagenden Last ab, so daß beim Auftreten einer die Abtriebswelle 93 in der gleichen Richtung wie der Eingangsbefehl 12 beaufschlagenden Last die Taumelscheibe 98 die Strichlinienlage 102 einnimmt, wodurch der Hydromotor 90 als Pumpe arbeitet und dadurch hydraulische Kraft in das System zurückführt, wo sie von anderen Einheiten genutzt werden kann.

Wie erwähnt, resultiert aus dem Differenzdruck in den Leitungen 87 und 88 eine Geschwindigkeitsregelung dahingehend, daß bei dem erläuterten Betrieb bei Vorhandensein einer Zusatz- oder Hilfslast die erhöhte Geschwindigkeit der Abtriebswelle eine Verschiebung nach rechts des Ventilglieds 53 des Taumelscheiben-Stellventils 51 bewirkt. Die Verschiebung des Ventilglieds 53 nach rechts resultiert in der Umsteuerung des Förderdrucks am Kolben 75 der Taumel-

scheiben-Stellkolbeneinheit 73. Es wurde bereits gesagt, daß der Förderdruck von der öffnung 30 ursprünglich in djer erläuterten Weise zur rechten Seite des Kolbens 75 gerichtet wurde.

Wenn das Ventilglied 53 infolge der Dtruckdifferenz zwischen den Leitungen 87, 88 nach rechts verschoben ist, ist ersichtlich, daß die Zufuhröffnung 30 mit der linken Seite des Kolbens 75 über Leitungen 35, 38 und 63 verbunden ist. Die rechte Seite des Kolbens 75 ist mit der Rücklauföffnung 40 über Leitungen 64, 45a, 45, 44 und 43 verbunden. Wenn die linke Fläche des Kolbens 75 mit Forderdruck und die rechte Seite des Kolbens 75 mit Rücklaufdruck beaufschlagt ist, werden der Kolben 75 und die damit einstückige Kolbenstange 76 mit einer resultierenden Kraft beaufschlagt, die die zugehörigen Teile Kolbenstange 76, Kugelgelenke 72, 77, Taumelscheiben-Stellarm 99 sowie Taumelscheibe 98 aus der Strichlinienlage 101 in die Neutrallaqe und dann weiter in Richtung der Strichlinienlage 102 verschiebt. Nachdem die Taumelscheibe 98 die Neutrallage durchlaufen hat und sich zur Strichlinienlage 102 zu bewegen beginnt, wird der Motor durch die Lage der Taumelscheibe umgesteuert und beginnt mit einer stufenlos verstellbaren, sich steigernden Pumptätigkeit. Aufgrund der Zusatz- bzw. Hilfslast erfolgt durch diese Pumptätigkeit eine Rückgewinnung von Energie in das System, wo sie von anderen hydraulisch betätigten Einheiten (nicht gezeigt) genutzt wird. Infolgedessen wird der nach dem Stand der Technik auftretende parasitäre Verlust, der Kraftantriebseinheiten eigen ist, die Ablaufströmungs-Regelventile einsetzen, durch die angegebene Kraftantriebseinheit vollständig ausgeschaltet.

Nachstehend wird der Regler 50 weiter erläutert. Eine
Leitung 65 endet mit einem Pfeil und der Bezeichnung "zur Bremse". Normalerweise ist die Leitung 65 hydraulisch mit der Zufuhröffnung 30 über Leitungen 39a, 39 und 35 gekoppelt. Die nicht gezeigte Bremse ist eine konventionelle
Scheibenbremse, und die Bremse wirkt auf ein Bauteil, das an den Getriebezug (nicht gezeigt) zwischen der Abtriebswelle 93 und der zu regelnden Flugzeug-Steuerfläche angeschlossen ist. Die Bremse verlangt die Beaufschlagung mit Fluiddruck, um sie gelöst zu halten. Die Wegnahme des
Fluiddrucks von der Bremse hat ein unter Federvorspannung erfolgendes Anlegen der Bremse zur Folge.

Es ist zu beachten, daß bei Verschiebung des Ventilglieds 64 des Reglers über die größte Entfernung, die innerhalb
der Grenzen der physischen Auslegung des Ventilgehäuses
möglich ist, die Leitung 65 zur Bremse, die vorher mit der Zufuhröffnung 30 über die Leitungen 39a, 39 und 35 verbunden war, nunmehr mit der Rücklauföffnung 40 über den
Durchlaß zwischen den Ventilstegen 107, 108 und die Leitungen 46b, 46, 44 und 43 verbunden ist. Wenn der soeben
beschriebene Fluidkreis geschlossen ist, wird die Bremse
zur Einwirkung gebracht, und die Bewegung der Flugzeug-Steuerfläche wird gestoppt.

Wenn der Eingangskraftbefehl 12 nach links gerichtet ist, wird das Ventilglied 17 des Eingangsdruck-Steuerschiebers nach links verschoben, und Druckfluid aus der Förderöffnung 30 wird der linken Seite des zentralen kraftsummierenden
Ventilstegs 58 über die Leitungen 31, 37 und 36 zugeführt. Die rechte Seitenfläche des zentralen kraftsummierenden

Ventilstegs wird über die Leitungen 3?, 33, 42 und 41 mit der Förderöffnung 40 gekoppelt. Der resultierende Differenzdruck an dem zentralen kraftsummierenden Ventilsteg 58 erzeugt eine Kraft, die das Ventilgli?d 53 des Taumelscheiben-Stellventils 51 nach rechts verschiebt, so daß Förderdruck von der Öffnung 30 der linken S?ite des Kolbens 75 der Taumelscheiben-Stellkolbeneinheit 73 über die Leitungen 63, 38 und 35 zugeführt wird. Die recite Seite des Kolbens 75 wird über die Leitungen 64, 45a, 4>, 44 und 43 mit der Rücklauföffnung 40 verbunden. Die Druckdifferenz aus Förder- und Rücklaufdruck am Kolben 7 S resultiert in einer Kraft, die den Kolben 75 und die dami¹; einstückige Kolbenstange 76, die Kugelgelenke 72, 77, d?n Taumelscheiben-Stellarm 99 und die Taumelscheibe 98 lach rechts bewegt. Die Taumelscheibe 98 und ihr Stellarm 99 nehmen die Strichlinienposition 102 ein. Diese Bewegung bewirkt, wie bereits erwähnt, eine Umsteuerung der Drehricitung des Hydromotors 90.

Der Verschiebung des Ventilglieds 53 lach rechts steht die Schwenkbewegung des Taumelscheiben-Rü :kführungsglieds 69 um den Schwenkzapfen 70 entgegen; diese Schwenkbewegung hat zur Folge, daß der Kontaktabschnitt 7I des Rückführungsglieds gegen den verschiebbaren Federiitzring 68 wirkt.

Es ist zu beachten, daß die Bewegung ies Ventilglieds 64 des Reglers 50 immer nach links erfoljt, wenn die Ausgangsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 93 ansteigt, und zwar unabhängig von der Drehrichtung der Antriebswelle 93.

Wie erwähnt, spricht das Wegeventil 8 1 auf Druckänderungen an beiden Enden des Ventilglieds 83 ai. Der Druck an jedem

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Ende des Ventil Glieds 83 wird durch den Druck in Leitungen 34 und 38 bestinmt, die über Leitungen 32, 36 bzw. 37 mit dem Eingangsdn. ck-Steuerschieber 11 verbunden sind. Die Verschiebung dei Ventilglieds 17 des Eingangsdruck-Steuerschiebers 11 bewirkt die Beaufschlagung des Wegeventils 81 mit Förderdruck auf Leitung 34 und gleichzeitig einen Rücklaufdruck ?ur Leitung 38.

Bei der vorstehend erläuterten Betriebsart, wobei der Eingangsbefehl 12 nach links geht, ist ersichtlich, daß der in den Leitungen 34 und 38 vorhandene Förder- und Rücklaufdruck umgekehrt ist.

Der Fluidkreis, der dem Wegeventil 81 Förderdruck zuführt, wird von der Zuführöffnung 30 über die Leitungen 31, 37, 36 und 38 vervollständigt. Der Fluidkreis, der den Rücklaufdruck am Wegeventil 81 ausbildet, wird von der Rücklauföffnung 40 über di=? Leitungen 41, 32 und 34 vervollständigt. Aus Vorstehenden ist ersichtlich, daß das Wegeventil 81 nunmehr an der Jnterseite des Ventilstegs 86 mit Förderdruck und angreizend an die obere Endfläche des Ventilstegs 84 mit Rücklauf iruck beaufschlagt ist.

Wenn das VentiJ^lied 83 des Wegeventils 81 die gezeigte Stellung einniirnt, ist aus der vorhergehenden Erläuterung ersichtlich, da3 die Anwesenheit von Förderdruck an der Unterseite des /entilglieds 83, verbunden mit dem Rücklaufdruck am oberen Ende des Ventilglieds, ein Verbleiben des Ventilglieds 83 in der gezeigten Stellung zur Folge hat. Es ist zu beachten, daß die Anfangsbewegung des Ventilglieds 64 des Reglers >0 die Zuführung von Förderdruck von der

Öffnung 30 zu dem und durch das Wegeventil 81 zum rechten Ende des Stegs 56 des Taumelscheiben-Stellventils über die Leitungen 35, 39, 39b, 48, 48c und 88 ermöglicht. Die linke Endfläche des VentiLglieds 53 des Taunelscheiben-Stellventils ist über die Leitungen 45c, 45, 44 und 43 mit der RücklaufÖffnung 40 verbunden. Ferner ist zu beachten, daß die linke Seitenfläche des Ventilstegs 57 des Taumelscheiben-Stellventils ebenfalls bei der Antangsverschiebung des Ventilglieds 64 nach links über die Leitungen 87, 47c, 47, 46c, 46, 44 und 43 mit der Rücklauföffnung 40 verbunden ist.

Bei der hier erläuterten Betriebsart, bei der der Eingangsbefehl 12 nach links geht und das Ven;\ilglied 53 des Taumelscheiben-Stellventils daraufhin nach rechts verschoben wird, ist nunmehr ersichtlich, da.J das Ventilglied 53 mit einer entgegengesetzten Rückführu'igskraft beaufschlagt wird, und daß diese Rückführungskraft der Geschwindigkeit proportional ist.

Wenn eine Zusatz-.oder Hilfslast auf He Abtriebswelle 93 wirkt, wird durch die vorstehend erläuterte Anordnung die Taumelscheibe 98 an der in Vollinien lezeigten Neutralstellung vorbei in Richtung der Strichlinienstellung 101 bewegt, und der Hydromotor arbeitet als Hydropumpe und führt Energie in das Hydrauliksystem zurück, wo sie von anderen an das System angeschlossenen hydraulisch betätigten Komponenten genutzt werden kann.

Die vorstehende Beschreibung soll den Gedanken veranschaulichen, daß das Tauinelscheiben-Stel !ventil 51 und damit die

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Taumelscheibe 98 und der zugehörige Hydromotor so geregelt wird, daß eine \npassung an die auf die Abtriebswelle 93 wirkende Last erfolgt, und zwar als eine kombinierte Funktion des Eingangsbefehls 12, der Taumelscheibenlage (101-102) und der Geschwindigkeit der Abtriebswelle 93.

Das vorstehend erläuterte System bietet den zusätzlichen Vorteil, daß der Strom von Hydraulikfluid durch das System minimiert wird, wodurch hydraulische Kraft zur Nutzung durch andere an das System angeschlossene Einheiten konservierbar ist.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß das angegebene Syst ?rn nicht nur auf einen Eingangsbefehl betreffend die Positionierung eines durch die Lage der Taumelscheibe geregelten Hydromotors anspricht, sondern auch auf die Ausgangsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 93 der Kraftantrieoseinheit.

Die Erfindung wirde zwar in Verbindung mit dem speziellen Ausführungsbeispiel erläutert, selbstverständlich können aber die erläuterten hydraulischen Komponenten durch elektrische Kornionenten ersetzt werden.

Leerseite

Claims (4)

1. Ansprüche

   J Regelsystem für eine Kraftantriebseinheit mit einem
   durch eine Taumelscheibe gesteuerten hydraulischen Verstellmotor, wobei durch das Regelsystem die Verstellung des Hydromotors an eine Last anpaßbar ist, die von einer mit
   dem Motor gekoppelten Abtriebswelle der Kraftantriebseinheit anzutreiben ist,
   gekennzeichnet durch

   eine Stelleinheit (51) für die Hydromotor-Taumelscheibe (98), wobei die Stelleinheit ein verschiebbares Element (53) umfaßt, das so in Ansprechverbindung mit der
   Taumelscheibe (98) angeordnet ist, daß sich die Taumelscheibe (98) aufgrund eines dem verschiebbaren Element
   (53) zugeführten Eingangsbefehls (12) bewegt,
   - wobei die Taumelscheibe (98) außerdem mit dem verschiebbaren Element (53) federnd (67, 69, 71, 72, 73) gekoppelt ist, wodurch das verschiebbare Element (53) auf eine Lage der Taumelscheibe (98) anspricht,
   und

   572-B01434-Schö

   - eine drehzahlempfindliche Einheit (50), die mit der Abtriebswelle (93) der Kraftantriebseinheit und mit dem verschiebbaren Element (53) gekoppelt ist, wodurch das verschiebbare Element (53) auf die Geschwindigkeit der Abtriebswelle (93) der Kraftantriebseinheit anspricht und dadurch die Verstellung des Hydromotors an die Last anpaßbar ist als eine kombinierte Funktion des Eingangsbefehls (12), der Taumelscheiben-Laye und der Geschwindigkeit der Abtriebswelle (93) der PCraftantriebseinheit.
2. 2. Von parasitären Verlusten freies hydraulisches Regelsystem für eine Kraftantriebseinheit, die einen taumelscheibengesteuerten umsteuerbaren hydraulischen Verstellmotor bzw. eine solche Verstellpumpe umfaßt, wobei das hydraulische Regelsystem eine Anpassung der Verstellung des Hydromotors an eine Zweirichtungs-Last, die von einer mit dem Motor gekoppelten Abtriebswelle der Kraftantriebseinheit anzutreiben ist, bewirkt,
   gekennzeichnet durch ein Stellventil (51) für die Hydromotor-Taumelscheibe (98), wobei das Stellventil ein Ventilglied (53) aufweist, das mit der Taumelscheibe (98) gekoppelt ist, so daß diese aufgrund eines dem Ventilglied (53) zugeführten Zweirichtungs-Eingangsbefehls (12) bewegbar ist,

   - wobei die Taumelscheibe (98)mit dem Ventilglied (53) federnd mechanisch (67, 69, 71, 72, 73) gekoppelt ist, so daß das Ventilglied (53) auf eine Lage der Taumelscheibe (98) anspricht, und

   - die Taumelscheiben-Lage teilweise von der Richtung der Lastbeaufschlagung abhängt, so daß bei Einwirkung einer Last auf die Abtriebswelle (93) in die gleiche

   Richtung wie die vom Eingangsbefehl (12) vorgegebene Richtung die Taumelscheibe (98) eine solche Lage (102) einnimmt, daß der Motor als Pumpe arbeitet und dadurch hydraulische Energie in das System zur Nutzung durch andere Einheiten rückführt,
   und

   eine drehzahlempfindliche Einheit (50), die mit der Abtriebswelle (93) der Kraftantriebseinheit und mit dem Ventilglied (53) gekoppelt ist, so daß das Ventilglied (53) auf die Geschwindigkeitkeit der Abtriebswelle (93) anspricht und dadurch die Verstellung des Hydromotors an die Last anpaßbar ist als eine kombinierte Funktion des Eingangsbefehls (12), der Lage der Taumelscheibe (98) und der Geschwindigkeit der Abtriebswelle (93) der Kraftantriebseinheit.
3. 3. Regelsystem nach Anspruch 2,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß der hydraulische Verstellmotor bzw. die Verstellpumpe (90) eine Axialkolbenmaschine ist.
4. 4. Regelsystem für eine Kraftantriebseinheit mit einem durch eine Taumelscheibe gesteuerten hydraulischen Verstellmotor, wobei das Regelsystem die Anpassung der Verstellung des Hydromotors an eine Last, die von einer mit dem Motor gekoppelten Abtriebswelle der Kraftantriebseinheit anzutreiben ist, bewirkt,
   gekennzeichnet durch

   - eine Stelleinheit (51) für die Hydromotor-Taumelscheibe (98), wobei die Stelleinheit ein verschiebbares Element (53) umfaßt, das so in Ansprechverbindung mit der

   Taumelscheibe (98) angeordnet ist, daß sich die Taumelscheibe (98) aufgrund eines dem verschiebbaren Element (53) zugeführten Eingangsbefehls (12) bewegt,

   - wobei die Taumelscheibe (98) außerdem federnd (67, 69, 71, 72, 73) mit dem verschiebbaren Element (53) gekoppelt ist, wodurch das verschiebbare Element (53) auf eine Lage der Taumelscheibe (98) anspricht,

   - die Taumelscheiben-Lage teilweise von der Richtung der Last abhängt, so daß bei Einwirkung einer Last auf die Abtriebswelle (93) in die gleiche Richtung wie die vom Eingangsbefehl (12) vorgegebene Richtung die Taumelscheibe (98) eine Lage einnimmt (102), in der der Motor als Pumpe arbeitet und dadurch hydraulische Kraft in das System zur Nutzung durch andere Einheiten rückführt,

   eine drehzahlempfindliche Einheit (50), die mit der Abtriebswelle (93) der Kraftantriebseinheit und mit dem verschiebbaren Element (53) gekoppelt ist, wodurch das verschiebbare Element (53) auf die Geschwindigkeit der Abtriebswelle (93) anspricht und dadurch die Verstellung des Hydromotors an die Last anpaßbar ist als eine kombinierte Funktion des Eingangsbefehls (12), der Lage der Taumelscheibe (98) und der Geschwindigkeit der Abtriebswelle (93) der Kraftantriebseinheit.