DE3703004A1 - Hydraulische servo-stellvorrichtung fuer ein bewegliches teil eines fluggeraets - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Servo-Stell­ vorrichtung für ein bewegliches Teil eines Fluggeräts, mit einem ersten und einem zweiten Fluidkreis, von denen jeder eine eigene, an das zu bewegende Teil ge­ koppelte, doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Einheit beinhaltet, und einem Steuerschieber, durch dessen Stellung die Kolben-Zylinder-Einheiten unabhängig voneinander durch den jeweiligen Fluidkreis in eine Sollposition gebracht werden.

Bei Servo-Stellvorrichtungen, die redundant ausgelegt sind, ist das Problem des Kraftkonflikts bekannt. Re­ dundant ausgelegte Stellvorrichtungen dieser Art fin­ den sich insbesondere in Fluggeräten wie Hubschraubern, Verkehrsflugzeugen und insbesondere in Kampfflugzeu­ gen. Die redundante Auslegung der Stellvorrichtung soll gewährleisten, daß bei Ausfall eines Hydraulik­ kreises mit Hilfe des noch verbleibenden, anderen Hydraulikkreises noch eine zuverlässige Steuerung möglich ist.

Um beispielsweise das Seitenruder eines Flugzeugs mit einer hydraulischen Servo-Stellvorrichtung zu verstel­ len und in der verstellten Lage zu halten, sind an das Ruder zwei gegensinnig arbeitende Kolben-Zylinder- Einheiten gekoppelt. Wenn zum Verstellen des Seiten­ ruders der Kolben der einen Einheit eingefahren wird, wird der Kolben der anderen Einheit ausgefahren. Zu einer kritischen Situation kommt es, wenn eine be­ stimmte Stellung des Ruders gehalten werden soll, was der Nullstellung des Steuerschiebers entspricht.

In dieser Nullstellung des Steuerschiebers wer­ den beide Kolben-Zylinder-Einheiten im Idealfall mit exakt dem gleichen Druck beaufschlagt. Der den Druck in den beiden Fluidkreisen bestimmende Steuerschie­ ber kann aber nicht derart präzise eingeschliffen werden, daß bei einer gegebenen Auslenkung von eini­ gen Mikrometern in beiden Fluidkreisen (Systemen) exakt die gleichen Druckverhältnisse herrschen. Bei auch nur geringen Druckdifferenzen trachtet der Kolben in dem einen Kreis das Ruder entgegen der Kraft des Kolbens in dem anderen Kreis zu verstellen. Dies führt zu unerwünschten Belastungen (Verspannungen) an der Kolben-Zylinder-Einheit und an der Flugzeug­ struktur.

Um die oben geschilderten nachteiligen Erscheinungen zu vermeiden, könnte man eine Hysterese-Funktion in dem System vorsehen, die die Wirkung einer Totzone hat, innerhalb derer Bewegungen des Steuerschiebers in eine zweite Richtung anschließend an eine Bewe­ gung in die erste Richtung keine Wirkungen haben. Eine solche Stellvorrichtung spricht aber nicht besonders rasch auf Steuerbewegungen des Stellschie­ bers an.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stell­ vorrichtung der eingangs genannten Art derart wei­ terzubilden, daß bei praktisch unverändert hoher Ansprechgeschwindigkeit Auswirkungen von Kräftekon­ flikten der beiden Fluidkreise auf ein Minimum redu­ ziert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Stellungs/ Antriebsdruck-Kennlinie der beiden Fluidkreise unter­ schiedliche Steigungen aufweisen. Dies läßt sich in besonders einfacher Weise dadurch realisieren, daß der Steuerschieber für jeden der beiden Fluidkreise je­ weils eine Druckleitung mit dem Kolbenraum oder dem Ringraum der Kolben-Zylinder-Einheit und einer Rück­ laufleitung mit dem Ringraum bzw. dem Kolbenraum ver­ bindet, und daß ein mit einer Drossel versehenes By­ pass-Ventil in dem einen Fluidkreis angeordnet ist.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird der eine Fluidkreis zu dem "Master", nämlich der Fluidkreis mit der relativ steilen Kennlinie, während der andere Fluidkreis zu dem "Slave" wird, nämlich der Kreis mit der weniger steilen Kennlinie. Bei gegebenem Ausschlag des Steuerschiebers ist der Antriebsdruck in dem "Master"-Kreis höher als in dem "Slave"-Kreis. Dadurch folgt der "Slave"-Kreis dem "Master"-Kreis und Kraftkonflikterscheinungen werden ausgeschaltet.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Bypass-Ventil ein durch eine Feder gegen den Fluiddruck des anderen Fluidkreises belaste­ tes Ventil, das bei Druckausfall in diesem anderen Fluidkreis den über die Drossel führenden Bypass sperrt.

Im Normalbetrieb wird das zu bewegende Teil von dem Master-Kreis mit dem vollen Systemdruck verstellt, unterstützt durch den Slave-Kreis, in dem ein gering­ fügig verminderter Druck herrscht. Der verminderte Druck wird durch die Drossel festgelegt.

Wenn nun auf Grund beispielsweise einer Beschädigung der Master-Kreis ausfällt, also kein Druck mehr zum Bewegen der Kolben-Zylinder-Einheit und des daran angelenkten, zu bewegenden Teil zur Verfügung steht, würde - ohne besondere Maßnahmen - das zu bewegende Teil lediglich durch den reduzierten Druck im Slave- Kreis bewegt werden können. Da aber erfindungsgemäß das Bypass-Ventil durch die Federkraft verstellt und damit der die Drossel enthaltende Bypass gesperrt wird, gelangt an die Kolben-Zylinder-Einheit des Slave-Kreises der volle Systemdruck.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Servo-Stell­ vorrichtung für ein Seitenruder eines Flugzeugs, und

Fig. 2 eine Stellweg/Antriebsdruck-Kennlinie des Systems nach Fig. 1

Die in Fig. 1 dargestellte Servo-Stellvorrichtung besitzt ein Steuerventil 1, welches aus zwei Teilen I und II besteht. Der Teil I wird hier als "Master" bezeichnet, der Teil II als "Slave". An der linken Seite des Gehäuses des Steuerventils 1 befindet sich ein Linearantrieb 2, der einen in dem Steuerventil 1 befindlichen Steuerschieber 3 nach Maßgabe von elektrischen Steuersignalen verstellt.

In dem Gehäuse des Steuerventils 1 sind die Druck­ und die Rücklaufleitungen zweier separater Fluidkrei­ se I und II angedeutet. Der Master-Kreis I besitzt eine Druckleitung P I und zwei Rücklaufleitungen R I. Der Slave-Kreis besitzt eine Druckleitung P II und zwei Rücklaufleitungen R II.

Je nach Stellung des Steuerschiebers 3 wird ein zu bewegendes Teil eines Flugzeugs, zum Beispiel ein Seitenruder 8 und ein damit in Verbindung stehendes Teil, in die in Fig. 1 dargestellte Pfeilrichtung nach links oder nach rechts bewegt.

Es sei angenommen, das Teil 8 solle nach rechts ver­ schwenkt werden. An das Teil 8 sind eine doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Einheit 4 mit einem Kolben 6 und eine doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Einheit 5 mit einem Kolben 7 angelenkt.

Von dem Kolbenraum der Kolben-Zylinder-Einheit 4 führt eine Fluidleitung 9 zum Steuerschieber 3. Vom Ring­ raum der Einheit 4 führt eine Fluidleitung 10 zum Steuerschieber 3.

Von dem Kolbenraum der Einheit 5 führt eine Fluidlei­ tung 12 zum Steuerschieber 3; vom Ringraum der Einheit 5 führt eine Fluidleitung 11 zum Steuerschieber 3.

Es sei angenommen, der Steuerschieber 3 wäre nach rechts verschoben. Dann ist die Druckleitung P I des Master-Kreises über die Fluidleitung 9 mit dem Kolben­ raum der Einheit 4 verbunden, während der Ringraum der Einheit 4 über die Leitung 10 mit der rechts dargestell­ ten Rücklaufleitung R I des Master-Kreises verbunden ist. Demzufolge wird der Kolben 6 der Einheit 4 nach rechts ausgefahren, so daß das Teil 8 nach rechts verschwenkt wird.

Während der Kolben 6 nach rechts ausgefahren wird, wird der Kolben 7 der Einheit 5 zurückgefahren, weil von der Druckleitung P II des Slave-Kreises II unter Druck stehendes Fluid über die Leitung 11 in den Ring­ raum der Einheit 5 gelangt. Über die Leitung 12 gelangt Fluid in die in der Fig. ganz rechts dargestellte Rück­ laufleitung R II des Slave-Kreises.

Bei Auslenkung des Steuerschiebers 3 nach links wird das Teil 8 nach links verschwenkt.

Oberhalb des Steuerschiebers 3 befindet sich in dem Gehäuse des Steuerventils 1 ein Bypass-Ventil 13, be­ stehend aus einer in einer Zylinderbohrung angeordne­ ten (zweiteiligen) Hülse 14, einer in der Hülse 14 verschieblich gelagerten (ebenfalls zweiteiligen) Ventilstange 15 und einer Bypass-Anordnung, die eine mit einer Drosselstelle 21 versehene Schrägbohrung 20, in der Ventilstange ausgebildete Verbindungswege 19, radiale Kanäle in der Hülse 14, und eine Bohrung 22 umfaßt.

Wenn man annimmt, daß der Steuerschieber 3 nach links bewegt wurde, gelangt aus der Druckleitung P II des Slave-Kreises II unter Druck stehendes Fluid in die Schrägbohrung 22, wird an der Drossel 21 unter Druck­ abfall gedrosselt, gelangt dann weiter über radiale Kanäle in der Hülse 14 und axiale Verbindungswege 19 in der Ventilstange 15 und weitere radiale Wege 14 in die Bohrung 22 und von da aus zur Rückführleitung R II.

Der Bypass hat zur Folge, daß der Druck im Slave-Kreis II, also zum Beispiel in den Fluidleitungen 11 und 12 und in der Kolben-Zylinder-Einheit 5, niedriger ist als in dem Master-Kreis I, insbesondere wenn der Steuer­ schieber 3 nur geringfügig ausgelenkt ist.

Fig. 2 zeigt die Stellweg/Antriebsdruck-Kenn­ linie. Die durchgezogene Linie I in Fig. 2 beschreibt, wie sich der Antriebsdruck im Master-Kreis für einen gegebenen Stellweg, der nur wenige Mikrometer beträgt, ändert. Ohne den oben beschriebenen Bypass mit der Drossel 21 hätte auch das System II eine ähnliche Kennlinie, wie sie in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie II dargestellt ist. Auf Grund des Bypasses je­ doch wird in dem Slave-Kreis II eine Druckverminde­ rung erreicht. Dies ist in Fig. 2 durch die flachere Kennlinie II dargestellt. Die Kennlinien-Verhältnisse bedeuten, daß der Slave-Kreis II dem Master-Kreis I folgt, Kräftekonflikte also vermieden werden.

Es sei angenommen, der Master-Kreis I sei durch einen Defekt im Hydrauliksystem ausgefallen, könne also keinen Beitrag mehr beim Verstellen des Teils VIII leisten.

Durch den Druckabfall im Master-Kreis I, also auch in der Druckleitung P I, fällt auch der Druck in der über eine Bohrung 17 mit der Druckleitung P I verbundenen Kammer 18 auf der linken Seite des Bypass-Ventils 13 ab. Die auf der anderen Seite des Ventils 13 angeordne­ te Feder 16 verschiebt nun die Ventilstange 15 nach links, mit der Folge, daß der Bypass 20, 21, 19, 22 unterbrochen ist. Mithin erfolgt jetzt keine Druck­ verminderung mehr, so daß die volle Steigung der Stellweg/Antriebsdruck-Kennlinie im Slave-Kreis II zum Verstellen der Kolben-Zylinder-Einheit 5 zur Verfügung steht.

Claims (3)

1. Hydraulische Servo-Stellvorrichtung für ein bewegliches Teil eines Fluggeräts, mit einem ersten und einem zweiten Fluidkreis (I, II), von denen jeder eine eigene, an das zu bewegende Teil (8) gekoppelte, doppelt wirkende Kolben-Zylinder-Einheit (4, 6; 5, 7) beinhal­ tet, und einem Steuerschieber (3), durch dessen Stellung Kolben-Zylinder-Einheiten unabhängig voneinander durch den jeweiligen Fluidkreis in eine Sollposition gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellweg/Antriebsdruck-Kennlinien der beiden Fluidkreise (I, II) unterschiedliche Steigungen aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (3) für jeden der beiden Fluidkreise (I, II) jeweils eine Druckleitung (P I; P II) mit dem Kolbenraum oder dem Ringraum der Kolben-Zylinder-Einheit (6, 4; 5, 7) und eine Rücklaufleitung (R I; R II) mit dem Ringraum bzw. dem Kolbenraum verbindet, und daß ein mit einer Drossel (21) versehenes Bypass-Ventil (13) in dem einen Fluidkreis (II) angeordent ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypass-Ventil (13) ein durch eine Feder (16) gegen den Fluiddruck des anderen Fluidkreises (I) belastetes Ventil ist, das bei Druckausfall in diesem anderen Fluidkreis (I) den über die Drossel (21) führenden Bypass (20, 21, 19, 22) sperrt.