DE4127250C2 - Einrichtung zum Verteilen eines Fluiddruckes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Verteilen eines Fluiddruckes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine derartige Einrichtung ist aus der EP 0 375 372 A1 bekannt.

Fluiddruck-Verteilungssysteme sind entwickelt worden, um jeder von mehreren Leitungen von einer gemeinsamen Quelle einen unterschiedlichen fluidischen Druck und eine unterschied­ liche Strömung bzw. Strömungsmenge zuzuführen. Diese Systeme sind in der Lage, den Druck und die Strömung in jeder gewählten Lage schnell zu verändern durch eine Computergesteuerte Ven­ tilanordnung, die als ein fluidischer Multiplexer bekannt ist. Ein Beispiel eines derartigen Systems ist in der US 4 986 305 angegeben.

Obwohl fluidische Multiplexer für ihre vorgesehenen Zwecke gut arbeiten, können derartige Vorrichtungen ein Si­ cherheitsproblem darstellen, wenn sie unter doppelten oder re­ dundanten elektronischen Steuersystemen gesteuert oder betrie­ ben werden. Das heißt, obwohl fluidisch-mechanische Systeme im allgemeinen als weniger fehleranfällig betrachtet werden als ihre zugeordneten elektronischen Steuerungen, haben neuere Ent­ wicklungen in elektronischen Steuerungen bzw. Regelungen dop­ pelte oder dreifache redundante elektronische Steuer- bzw. Re­ gelsysteme zur Folge gehabt. Diese redundanten Steuer- bzw. Re­ gelsysteme sorgen für eine sehr gute elektrische und elektroni­ sche Zuverlässigkeit, die viel besser ist als die von nicht-re­ dundanten Steuer- bzw. Regelsystemen.

Insbesondere wenn ein elektronisches Steuer- bzw. Re­ gelsystem ausfallen sollte, liefert ein zweites Steuer- bzw. Regelsystem automatisch die erforderlichen Steuersignale, um das fluidisch-mechanische System in Betrieb zu halten. Sollte jedoch das einzige fluidisch-mechanische System ausfallen, steht bei existierenden Einrichtungen keine Sicherungs- bzw. Auffangeinrichtung zur Verfügung, so daß das einzige fluidisch- mechanische System nun die wahrscheinlichste Fehlerquelle wird. Da fluidische Multiplexer beispielsweise für eine Verwendung zum Betreiben eines Gasturbinentriebwerks in einem Flugzeug ge­ eignet sein können, wird die Betriebssicherheit des fluidisch- mechanischen Systems und seiner zugeordneten elektronischen Steuerungen bzw. Regelungen ein kritisches Merkmal.

Multiplexer gestatten die Steuerung von mehreren Stell­ gliedern von einer einzigen elektronischen Steuerungsquelle. In einem Flugzeugtriebwerk kann ein Multiplexer zum Betreiben meh­ rerer Stellglieder verwendet werden. Beispielsweise kann er dazu verwendet werden, gleichzeitig das Stellglied zu betäti­ gen, das eine Abzapfklappe öffnet und schließt zum Abzapfen der Druckluft aus einer Zusatz- bzw. Boosterstufe des Triebwerks, um die Stellglieder zu betätigen, die die verstellbaren Leit­ schaufeln des Triebwerks steuern, wodurch der Angriffswinkel der Verdichterschaufeln des Triebwerks gesteuert wird, um das Brennstoffventil zu steuern, das die den Brennern zugeführte Brennstoffmenge steuert, und für Schubumkehr- und Schubvektorierungssysteme. Die Stellglieder haben im allgemei­ nen die Form von Kolben, deren Hub durch das hydraulische Servosteuerungssystem gesteuert wird. Es ist vorhersehbar, daß mit dem Fortschreiten der Gasturbinentechnologie noch größere Zahlen von hydraulischen Stellgliedern Anwendung finden werden.

Bei steigendem Bedarf an Stellgliedern wird es im stei­ genden Maße praktischer, die Stellglieder für eine Steuerung um einen einzigen Multiplexer zu gruppieren. Demzufolge besteht ein Bedarf an einem fluidisch-mechanischen System, das einen Grad an Betriebssicherheit aufweist, der an zugeordnete dop­ pelte oder redundante elektronische Steuerungen bzw. Regelun­ gen, die zum Betätigen des fluidisch-mechanischen Systems ver­ wendet werden, angepaßt ist oder überschreitet. Dies ist insbe­ sondere der Fall bei fluidischen Multiplexern, die in Flugzeug- Gasturbinentriebwerken verwendet werden, wo doppelte oder re­ dundante elektronische Steuerungs- bzw. Regelungssysteme gegen­ wärtig verwendet werden, um ein einziges oder nicht-redundantes fluidisch-mechanisches oder -hydromechanisches Betätigungs­ system zu steuern.

Es sind zwar redundante Anordnungen als solche bekannt. So beschreibt die DE-Z.: Ölhydraulik und Pneumatik 16 (1972), Nr. 9, S. 382, zur Erhöhung der Zuverlässigkeit oder Sicherheit eines Systems, einzelne oder mehrere Teile dieses Systems dop­ pelt anzuordnen.

Weiterhin ist aus der DE 37 03 019 A1 die Verwendung von zwei unabhängigen Fluidkreisen bei einer Stellvorrichtung bekannt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Ver­ teilen eines Fluiddruckes mit erhöhter Betriebssicherheit zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß im Falle eines fehlerhaften Betriebs eines Stellgliedes dessen Positionssensor ein Signal an den Steuerungscomputer liefert, um den fluidischen Multiplexer, der gegenwärtig das Stellglied steuert, automatisch zu deaktivie­ ren. Zur gleichen Zeit aktiviert die Regeleinrichtung selbsttä­ tig den redundanten fluidischen Multiplexer, um das fehlerhafte Stellglied in einen richtigen Betrieb zurückzuführen. Die Deak­ tivierung des einen fluidischen Multiplexers und die Aktivie­ rung des anderen wird durch den Computergestützten Betrieb des Wählventils herbeigeführt.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung von einem einzel­ nen fluidischen oder hydraulischen Multiplexersystem.

Fig. 1A eine schematische Darstellung von einem Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1, wobei Einzelheiten des Umschaltventils schematisch gezeigt sind.

Fig. 2 eine schematische Darstellung von einem doppel­ ten oder redundanten fluidischen oder hydraulischen Multiple­ xersystem gemäß der Erfindung.

Fig. 3A eine schematische Darstellung von einem Aus­ führungsbeispiel von einem kombinierten Pilot- und Um­ schaltventils, das als ein Vierwege-Servoventil arbeitet.

Fig. 3B eine Seitenansicht des Kolbens in Fig. 3A und nach einer 90°-Drehung demgegenüber.

Fig. 3C einen schematischen Querschnitt des Zylinders gemäß Fig. 3A an der Stelle a-a.

Fig. 4 eine schematische Ansicht, die die Verwendung des doppelten redundanten Multiplexers mit einer Tandem-Kolben­ anordnung für die Stellglieder erläutert.

Fig. 5A eine schematische Darstellung, die ein Drei­ wege-Ventil zeigt, das nur einen Steg aufweist und einen stabi­ lisierten Servodruck verwendet.

Fig. 5B einen schematischen Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 5A.

Fig. 5C eine Seitenansicht von Fig. 5A und nach einer Drehung um 90°.

In den Fig. 1 und 1A ist in schematischer Form der allgemeine Betrieb von einem einzelnen fluidischen oder hydrau­ lischen Multiplexer veranschaulicht. Eine kurze Beschreibung soll die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile unterstützen. Das einzelne oder nicht redundante fluidische oder hydraulische Multiplexersystem gemäß Fig. 1 wird durch eine elektronische Regeleinrichtung (Regler) 10 gesteuert, wie beispielsweise einen Regelcomputer, der die Form einer Regelungsvorrichtung auf Mikroprozessorbasis sein kann. Die Regeleinrichtung 10 ist so programmiert, daß sie Führungssignale 12 liefert und koordi­ niert, die an einen Antrieb (Motorantrieb) 14 gesendet werden, der die Form eines üblichen Schalt- oder Stellmotors haben kann.

Der Antrieb 14 betätigt auf Befehl der Regeleinrichtung 10 ein Steuer- bzw. Pilotventil 16 durch Drehen eines Arms 18, um so eine gesteuerte Hin- und Herbewegung einer internen Kol­ ben-Ventilanordnung 20 herbeizuführen, die verschiebbar ange­ bracht ist, wobei das Pilotventil in einer Hülse 21 angebracht ist. Die Hülse 21 des Pilotventils wird durch eine Zahnradan­ ordnung 25 gedreht. Die Hülse 21 könnte jedoch auch nicht-dreh­ bar sein. Wenn sich die Hülse 21 dreht, strömt Druckmittel 22 vom Einlaß 23 über einen Auslaß 26 zu einer nicht dargestellten Pumpe, wobei ein Teil abgeleitet wird, um zur Auslaßleitung 24 zu strömen. Durch die Hin- und Herbewegung des Kolbenventils 16 wird das Druckmittel, das von der Pumpe oder irgendeiner ande­ ren geeigneten Fluiddruckquelle zugeführt wird, zugemessen, um dadurch die Fluidmenge, die zur Auslaßleitung 24 strömt, in Übereinstimmung mit Befehlen von der Regeleinrichtung 10 zu steuern.

Auf diese Weise kann das Fluid bzw. Strömungsmittel in der Auslaßleitung 24 selektiv zugemessen und gesteuert werden durch die Regeleinrichtung 10, die die axiale Position des Kol­ bens 20 in dem Pilotventil 16 über den Motorantrieb 14 ein­ stellt. Das Strömungsmittel, das aus der Auslaßleitung 24 des Pilotventils 16 austritt, tritt in ein Umschaltventil 28 ein, das durch ein Zahnrad bzw. Getriebe 30 mit einer gesteuerten Geschwindigkeit gedreht wird. Zum Antrieb des Zahnrades 30 kann jede Energiequelle, wie beispielsweise ein Motor, verwendet werden.

Beim Eintreten in das Umschaltventil 28 wird das Druck­ mittel aus dem Pilotventil sequentiell auf zwei oder mehr fluidische Motoren oder Stellglieder verteilt, und zwar durch Drehen eines Ventilelements, das nachfolgend näher erläutert wird. In Fig. 1 sind als Stellglieder drei fluidische Motoren 32, 34, 36 als Fluidkolben gezeigt, die durch Fluiddruck ange­ trieben oder gesteuert werden, der durch das Umschaltventil 28 verteilt wird. Es können Fluid-Servomotoren oder drehende Fluid-Stellglieder anstelle von oder in Verbindung mit den Fluidkolben verwendet werden.

Ein bekannter Winkelpositions- und Geschwindigkeits­ sensor (Winkelaufnehmer) 38 überwacht die Position und die Geschwindigkeit des umlaufenden Umschaltventilelements 40 und liefert ein entsprechendes Winkelpositions- und Geschwindig­ keits-Rückführungssignal 42 an die Regeleinrichtung 10. Das Signal 42 informiert die Regeleinrichtung 10, wann der Auslaß 44 des umlaufenden Ventilelements 40 in Fluidverbindung mit jeder Fluiddruckeingangsleitung 46, 48, 50 von jedem entsprechenden fluidischen Motor 32, 34, 36 ist.

Wenn sich das umlaufende Ventilelement 40 mit bei­ spielsweise 60 Umdrehungen pro Sekunde oder mehr dreht, kann der Druck, der der Reihe nach an die fluidischen Motoren ange­ legt wird, praktisch konstant gehalten werden in bezug auf je­ den einzelnen fluidischen Motor, aber er kann sich im Wert von einem fluidischen Motor zum nächsten ändern, wie es durch die Regeleinrichtung 10 vorgegeben wird. Somit kann beispielsweise der fluidische Motor 32 mit einem Druck von etwa 35 bar beauf­ schlagt sein, der fluidische Motor 34 kann mit einem Druck von etwa 70 bar beaufschlagt sein und der fluidische Motor 36 kann mit einem Druck von etwa 105 bar während einer einzigen Umdre­ hung des Ventilelements 40 beaufschlagt sein. Durch Drehen des Ventilelements 40 wird das in den Auslaß 24 geschickte Strömungsmittel zur Fluiddruckeingangsleitung 46 geleitet. Dies steuert die Höhe des Druckes, der über die Leitung 46 an den fluidischen Motor 32 angelegt wird.

Zusätzliche Positions-Rückführungen 52, 54, 56 mit ent­ sprechenden Sensoren sind auf entsprechende Weise den fluidi­ schen Motoren 32, 34, 36 zugeordnet, um Rückführungssignale 58, 60, 62 an die Regeleinrichtung 10 zu liefern, die die entspre­ chende Position oder den Grad an Verstellung oder den Hub jedes fluidischen Motors anzeigen. Die Sensoren der Positions-Rück­ führungen 52, 54, 56 können die Form linearer variabler Diffe­ rential/Wandler (LVDT) haben, die allgemein bekannt sind. Die Signale 58, 60, 62 können mit vorbestimmten oder gewählten Si­ gnalwerten verglichen werden, die durch die Regeleinrichtung 10 geliefert werden und die gewünschte oder Sollstellung von jedem fluidischen Motor darstellen.

Der Betrieb der vorstehend beschriebenen, fluidischen Verteilungseinrichtung ist etwa wie folgt. Auf der Basis des Vergleichs der Sollstellungssignale mit den Werten der Rückfüh­ rungssignale 58, 60, 62, die von den fluidischen Motorpositi­ onssensoren 52, 55, 56 erhalten werden, aktiviert die Regelein­ richtung 10 den Schaltmotor 14 für eine Hin- und Herbewegung, um dadurch die Strömung des Druckmittels 22 durch die Auslaß­ leitung 24 des Pilotventils 16 zu vergrößern, zu verkleinern oder beizubehalten. Dies kann in der Regeleinrichtung mit einer einfachen Summierstelle ausgeführt werden, die ein Signal er­ zeugt, das eine Differenz zwischen der Soll- und Istposition der fluidischen Motoren darstellt und diese Differenz ver­ stärkt, um den Stellmotor anzutreiben.

Die Größe des Drucks, die durch die Auslaßleitung 24 geschickt wird, steuert den Fluiddruck in dem Umschaltventil 28. Durch eine geeignete Zeitsteuerung auf der Basis der Rück­ führungssignale und der Aufnahmedetektoren wird der Mechanismus geregelt, so daß in dem Moment, in dem der Auslaß 44 des Um­ schaltventils neben einer der Eingangsleitungen 46, 48, 50 der entsprechenden fluidischen Motoren 32, 34, 36 angeordnet ist, der geeignete Druck durch die Leitung 24 zu dem Ventilelement 40 geschickt wird für die richtige Größe der Schnittstellung mit der Druckeingangsleitung 46, 48, 50, um den erforderlichen Druck an den jeweiligen fluidischen Motor 32, 34, 36 zu lie­ fern.

In der in Fig. 1 gezeigten augenblicklichen Position wird das in das Umschaltventil 28 eintretende Druckmittel 22 durch den Auslaß 44 des umlaufenden Ventilelements 40 zur Ein­ gangsleitung 48 des fluidischen Motors 34 gerichtet. Zu diesem Zeitpunkt informiert das Rückführungssignal 42 aus dem Winkel­ positionssensor 38 die Regeleinrichtung 10, daß der durch das Pilotventil 16 zugemessene Fluiddruck die Schnittstellung des Auslasses 44 des Umschaltventils 28 steuert, um den fluidischen Motor 34 mit einem Druck zu beaufschlagen. Die Regeleinrichtung ermittelt dann, ob das Signal zu dem Stellmotor verstellt oder beibehalten werden sollte, und zwar auf der Basis des Posi­ tionsrückführungssignals 60, das zu der Zeit durch den Posi­ tionssensor 54 generiert wird.

Sollte beispielsweise die Regeleinrichtung 10 fest­ stellen, daß der Fluiddruck zu dem fluidischen Motor 34 erhöht werden sollte, um den Betätigungsstab 64 in Fig. 1 nach oben anzutreiben, liefert die Regeleinrichtung 10 ein Führungssignal 12, das bewirkt, daß das Pilotventil 16 öffnet, um so einen Au­ genblicksimpuls erhöhten Druckes durch den Einlaß 48 des fluidischen Motors 34 über das Umschaltventil 28 zu liefern. Dabei sollte beachtet werden, daß die in Fig. 1 gezeigten fluidischen Motoren 32, 34, 36 von einem solchen Typ sind, die an einem ihrer Eingänge einen konstanten geregelten Fluiddruck haben, der in den Leitungen 66 aufrechterhalten wird. Dieser Druck kann ein addierter Wert sein, der zu irgendeinen Augen­ blick größer oder kleiner als der Druck in den entsprechenden Fluiddruckeingangsleitungen 46, 48, 50 sein kann. Es sollte je­ doch in gleicher Weise beachtet werden, daß an Stelle des ein­ zigen Auslasses 44, der in dem Umschaltventil gemäß Fig. 1 ge­ zeigt ist, der nur eine Seite des Umschaltventils speist, wobei die andere Seite ein gesteuerter Druck ist, auch zwei Auslässe aus dem Umschaltventil vorgesehen sein könnten, wobei der eine die Drucksäule und der andere die Druckstange des Betätigungs­ ventils versorgt, wie es nachfolgend in Verbindung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel beschrieben wird.

Somit wird der Fluiddruck, der der Reihe nach auf jeden fluidischen Motor verteilt wird, durch die Regeleinrichtung 10 koordiniert, die durch den Betrieb des Pilotventils 16 gesteu­ ert wird, das in axialer Richtung in einer gewünschten vertika­ len Höhe an der exakten Winkelstellung des umlaufenden Ventil­ elements 40 in dem Umschaltventil 28 positioniert ist. Der Wert des Fluiddrucks, der in jedem Augenblick zu jedem fluidischen Motor verteilt wird, wird auf der Basis der Rückführungssignale 58, 60, 62 ermittelt, die durch die Sensoren der Positions- Rückführungen 52, 54, 56 erzeugt werden, was wiederum die Rich­ tung und den Grad der Bewegung der Kolbenventilanordnung 20 des Pilotventils 16 bestimmt.

Obwohl die vorstehend beschriebene fluidische Ver­ teilungseinrichtung im allgemeinen betriebssicher arbeitet, wurde doch gefunden, daß die Sicherheit des Betriebes der fluidischen Motoren oder Stellglieder 32, 34, 36 verbessert werden kann, wenn alle elektronischen und elektrischen Bauteile der Einrichtung wenigstens doppelt sind. Im Falle der elektri­ schen Regeleinrichtung 10 würden die Antriebsspulen des Motor­ antriebs 14, der Winkelaufnehmer 38 und die Positions-Rückfüh­ rungen 52, 54, 56 alle wenigstens doppelt ausgeführt sein. In diesem Fall wird ein unterstützendes elektronisches Regelsystem geschaffen, um automatisch bzw. selbsttätig den Betrieb der fluidischen mechanischen Komponenten der Fluid-Verteilungsein­ richtung zu übernehmen, falls die primäre oder anfangs in Be­ trieb befindliche Regeleinrichtung oder irgendeine der elektri­ schen Eingangs- oder Ausgangsvorrichtungen ausfallen sollte. Wie bereits aufgeführt wurde, hat diese erhöhte Betriebssicher­ heit in den elektronischen Regelungen zur Folge, daß die fluidisch-mechanischen Komponenten die wahrscheinlichste Quelle von Sicherheitsproblemen und Systemfehlern werden.

Um die Betriebssicherheit des fluidisch-mechanischen Abschnitts einer fluidischen Verteilungseinrichtung mit doppel­ ten oder redundanten elektronischen Regelungen und Eingangs- und Ausgangssignalen und -vorrichtungen zu vergrößern, wurde das doppelte oder redundante fluidische Multiplexersystem gemäß Fig. 2 entwickelt. Wie dort gezeigt ist, sind zwei fluidische Multiplexer 68, 70, die als hydraulische Multiplexer Nr. 1 und Nr. 2 bezeichnet sind, in einer parallelen Fluidschaltung ver­ bunden, wie es nachfolgend näher erläutert wird. Obwohl die fluidischen Multiplexer 68, 70 irgendeine spezifische Form ha­ ben können, sollte jeder einen Pilotventilantrieb, wie bei­ spielsweise den Motorantrieb 14 in Fig. 1, ein Pilotventil 16 und ein Umschaltventil aufweisen, wie das in Fig. 1 gezeigte Umschaltventil 28. Für jedes dieser Ventile stehen auch andere Konstruktionen zur Verfügung.

Selbstverständlich müssen die erforderlichen elek­ tronischen Steuerungs- und Regelungskomponenten und -schaltungen auch für jede fluidisch-mechanische Ventilan­ ordnung vorgesehen sein, wie es vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde. Insbesondere kann in bezug auf die Fig. 1 und 2 jeder fluidische Motor 32, 34, 36 in Fig. 2 selektiv gesteuert werden, entweder durch einen oder beide von zwei Regeleinrichtungen 10. Jede Regeleinrichtung 10 sollte ih­ ren eigenen Satz von Positions-Rückführungen 52, 54, 56 auf den Stellgliedern und auch ihren eigenen Winkelpositionssensor 38 auf jedem Umschaltventil aufweisen.

Somit ist ersichtlich, daß eine vollständige Redundanz in sowohl den elektronischen als auch den hydraulischen Aspek­ ten geliefert wird, mit Ausnahme der Verwendung nur eines ein­ zigen Stellgliedes. So hat jede Regeleinrichtung 10 Steuerlei­ tungen zu jedem der Motorantriebe 14 in sowohl den ersten als auch zweiten Multiplexern. In gleicher Weise empfängt die Rege­ leinrichtung 10 eine Rückführung der Position von jedem der Um­ schaltventile in sowohl dem ersten als auch dem zweiten Multi­ plexer. Ferner empfängt jede der zwei Regeleinrichtungen eine unabhängige Positions-Rückführung von jedem der Stellglieder.

Infolgedessen kann die Regeleinrichtung entweder einen von bei­ den oder beide Multiplexer steuern bzw. regeln.

Wie ferner aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist ein Wähl­ ventil 72, wie beispielsweise ein durch eine Magnetspule betä­ tigtes Kolbenventil, in sowohl den Fluiddruck-Versorgungs- als auch Rückleitungen 74, 76 von jedem Multiplexer 68, 70 angeord­ net. Das Wählventil 72 kann unter der Steuerung von jeder Rege­ leinrichtung 10 Druckmittel von einer Quelle 78 des Druckmit­ tels zu entweder einem von beiden oder beiden Multiplexern richten, und zwar in Abhängigkeit von ihrem Betriebszustand und um gleichzeitig irgendeinen nicht in Betrieb befindlichen Mul­ tiplexer abzutrennen.

Sollte beispielsweise an dem Multiplexer 68 ein me­ chanischer Fehler auftreten, aktiviert eine oder beide Re­ geleinrichtungen 10 das Wählventil 72 in Abhängigkeit von Steu­ ersignalen, die von ihren entsprechenden Stellglied-Positions­ sensoren 52, 54, 56 und/oder Winkel-Positionssensoren 38 gelie­ fert werden. Das Wählventil 72 deaktiviert dann den Multiplexer 68, indem es das Druckmittel von dem Multiplexer 68 zum Multi­ plexer 70 umleitet. In den Auslaßleitungen jedes Multiplexers 68, 70 können Sperrventile 80 vorgesehen sein, um irgendeine Rückströmung des Fluids durch den deaktivierten Multiplexer zu verhindern.

Das Wählventil 72 kann auch durch die Regeleinrichtung 10 aktiviert werden, um einen gleichzeitigen Betrieb beider Multiplexer herbeizuführen oder zu wählen oder um sie beide zu deaktivieren. Jeder Multiplexer 68, 70 ist so aufgebaut, daß er auf doppelte oder redundante elektrische Eingangssignale von jeder Regeleinrichtung anspricht, so daß entweder einer oder beide Multiplexer die fluidischen Motoren 32, 34, 36 betätigen oder speisen können. Falls einer der Multiplexer ausfallen sollte, ist der andere Multiplexer in der Lage, eine volle und identische Steuerung bzw. Regelung zu übernehmen, nachdem das Wählventil 72 die Strömung des Druckmittels von dem fehlerhaften fluidischen Multiplexer auf den in Betrieb befind­ lichen fluidischen Multiplexer übertragen hat.

Es ist möglich, die Funktionen des Pilotventils und des Umschaltventils zu kombinieren. Die dabei entstehende Konfigu­ ration ist in den Fig. 3A, 3B und 3C für Vierwege-Ventile und in den Fig. 5A, 5B und 5C für ein Dreiwege-System ähn­ lich demjenigen von Fig. 1 gezeigt.

In den Fig. 3A, 3B und 3C ist eine Kombination eines Pilotventils und eines Umschaltventils insgesamt bei 82 ge­ zeigt, die einen einzelnen Kolben 84 aufweist, der in einem Zy­ linder 86 enthalten ist. Der Zylinder 86 dreht sich durch Rota­ tionsmittel (Zahnradverbindung) 87. Untere und obere Kolben­ köpfe 88, 90 sind mit zwei Sektoren versehen, die aus ihren entsprechenden äußeren Abschnitten herausgeschnitten sind. Die Sektoren sind in dem Umfang des runden Kolbenkopfes im Winkel ausgeschnitten und ihre oberen und unteren Wände konvergieren zur Mitte hin. Es sei jedoch bemerkt, daß auch andere ausge­ schnittene Konfigurationen verwendet werden könnten. Der Sektor 92 ist aus dem oberen Abschnitt des Kolbenkopfes 88 herausge­ schnitten, und der Sektor 94 ist aus dem unteren Abschnitt des Kolbenkopfes 88 herausgeschnitten. In entsprechender Weise sind Sektoren 93 und 95 aus dem unteren Kolbenkopf 90 herausge­ schnitten.

Eine Fluidversorgung 96 wird durch den Einlaß 98, einen Kollektor 100 und durch eine Zylinderöffnung 102 herbeigeführt. Dieses Fluid strömt in das Mittelrohr 101 durch die Querlöcher 103, 105 und dann auf entsprechende Weise durch Kanäle 107 und 109 zu den inneren Sektoren 93 und 94. Eine Rückleitung 104 ist an jedem Ende des Zylinders durch eine Öffnung 106 ausgebildet. Die äußeren Sektoren 92 und 95 sind in Strömungsverbindung mit der Rückleitung durch Kanäle 111 und 113. Es sei darauf hinge­ wiesen, daß die Einspeisungen und die Rückleitungen auch gegeneinander ausgetauscht werden können.

Ein einzelnes Stellglied 110 ist mit einem Zylinder 112 gezeigt, in dem sich ein Kolben 114 hin- und herbewegt, der mit einer Kolbenstange 116 verbunden ist. Ferner sind eine Druck­ säulenleitung 118 und eine Druckstangenleitung 120 vorgesehen.

Aufgrund der doppelten Redundanz ist ein zweites Um­ schaltventil 82A vorgesehen, das dem ersten Umschaltventil 82 gleicht. Deshalb ist ferner ein zweiter Satz von Druckstangen- und Druckkopfleitungen 118A und 120A vorgesehen, um das Stell­ glied 110 zu steuern.

Derjenige Abschnitt der Kolbenstange des Umschalt­ ventils, der sich über den Zylinder hinaus erstreckt und mit 122 bezeichnet ist, ist mit dem Ausgangsarm 18 eines Stellmo­ tors 14 verbunden. Die Hin- und Herbewegung wird durch den Stellmotor mit Hilfe der Regeleinrichtung gesteuert. Die Ven­ tilbuchse des Zylinders 86 wird durch eine Antriebseinrichtung, wie beispielsweise einen Motor oder durch eine Zahnradverbin­ dung 87 mit den Antriebsrotoren, gedreht. Die Geschwindigkeit und axiale Position der Ventilbuchse des Zylinders 86 wird durch den Sensor 38 abgetastet.

In Abhängigkeit von der axialen Hin- und Herbewegung werden Abschnitte des oberen Kolbenkopfes 88 so bewegt, daß der ausgeschnittene Sektor 94 die Druckstangenleitung 120 in einem größeren oder kleineren Ausmaß schneidet. In gleicher Weise überdecken größere oder kleinere Abschnitte des unteren Kolben­ kopfes 90 die Drucksäulenleitung 118. Das Ausmaß der Über­ schneidung zwischen den offenen Sektoren, die in die Kolben­ köpfe geschnitten sind, und den Druckleitungen hängt von der gewünschten Druckhöhe ab und wird durch die Rückführung durch die Regeleinrichtung geregelt.

Von der Fluidversorgung 96 zugeführtes Strömungsmittel kann in die Druckstangenleitung 120 durch den Sektor 94 eintre­ ten und zu dem Stellglied strömen. Strömungsmittel (Fluid) aus der Drucksäulenleitung 118 kann durch den Sektor 95 zu der Rückführung zurückgeleitet werden und strömt durch die Rückführungsöffnung 106 heraus. Es sei darauf hingewiesen, daß die Strömung umgekehrt werden kann. Strömungsmittel kann von der Fluidversorgung 96 durch den Sektor 93 zu der Drucksäulen­ leitung 118 strömen, und zu der Rückführung 106 zurückgeleite­ tes Strömungsmittel kann durch die Druckstangenleitung 120 und den Sektor 92 strömen. Somit kann die Bewegung des Stellglied­ kolbens mit vollem Fluiddruck in beiden Richtungen gesteuert werden.

Obwohl nur ein einziges Stellglied 110 mit seinen ent­ sprechenden Stangen- und Säulen-Druckleitungen in Fig. 3A ge­ zeigt sind, sind in Fig. 5 schematisch drei derartige Druck­ säulenleitungen 118, 118' und 118'' angegeben, die von drei entsprechenden Auslaßöffnungen 119, 119', 119'' in dem Zylinder 86 ausgehen, um drei Stellglieder zu steuern. In gleicher Weise würden drei Auslaßöffnungen für entsprechende drei Stangen­ druckleitungen vorhanden sein.

In Fig. 4 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ge­ zeigt, daß die doppelten redundanten Multiplexer-Einheiten 180 (#1) und 182 (#2) mit einem Stellglied 184 verbunden sein kön­ nen, das Tandemkolben 186, 188 aufweist. Die Tandemkolben sind durch eine gemeinsame Kolbenstange 190 miteinander verbunden, die durch ein zentrales Lager 192 in dem Zylinder 194 hindurch­ führt. Die Ausgangswelle 196 betätigt einen gewünschten Mecha­ nismus 198.

Der Multiplexer 180 versorgt eine erste Gruppe von Fluid-Druckleitungen 200 und 202. Der Multiplexer 182 versorgt eine zweite Gruppe von Fluid-Druckleitungen 204 und 206.

Die Verwendung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 4 gestattet eine Redundanz der Servofluidquellen. Dies schafft eine weitere Verbesserung der Betriebssicherheit des Systems.

In den Fig. 5A, 5B und 5C ist ein Dreiwegeventil 140 gezeigt, das in axialer Richtung durch eine Welle 142 positio­ niert wird, die sich von einem Stellmotorarm 144 nach unten erstreckt. Das Ventil ist in einer drehbaren Buchse 145 ange­ ordnet. Es weist einen oberen Kolbenkopf 146 und einen unteren Kolbenblock 148 auf, die durch ein Rohr 150 miteinander verbun­ den sind, in dem Queröffnungen 152, 154 ausgebildet sind.

In dem oberen Kolbenkopf 146 sind ein oberer Aus­ gangssektor 156 und ein unterer Ausgangssektor 158 vorgesehen. Der obere Sektor 156 steht in Strömungsverbindung mit einer Hochdruckversorgung 161. Der untere Sektor 158 ist in Strö­ mungsverbindung mit dem unteren Rohr 150, um über die Öffnungen 152, 154 in dem Auslaß 160 zu münden. Der Boden 162 des Kolbens ist offen für einen Druckausgleich.

Es sind drei Ausgangsöffnungen 166, 168, 170 vorge­ sehen, um drei Stellglieder zu betätigen. Wenn sich die Buchse 145 dreht, verbindet sie der Reihe nach den Fluidausgang mit den Ausgängen 166, 168, 170. Eine axiale Bewegung des Kolbens bewirkt, daß die Strömung von der Versorgung 166 durch den Ka­ nal 164 zu dem Sektor 156 strömt, und das Ausmaß der Über­ schneidung zwischen dem Sektor 156 und den Ausgängen 166, 168, 170 bestimmt den jeweiligen Druck. Die axiale Bewegung kann auch den Sektor 158 in eine Strömungsverbindung mit den Aus­ gangsöffnungen 166, 168, 170 bringen. Auf diese Weise ändern sich die Fluiddrucke an den Ausgangsöffnungen 166, 168, 170 oberhalb und unterhalb eines sechsten Steuerreferenzdruckes, so daß sich die Ausgangsstellglieder in jeder Richtung bewegen können.

Die Buchse 145 wird durch Zahnräder gedreht, die bei 172 kämmen. Ein Winkelaufnehmer 174 würde entsprechend vorgese­ hen sein, wie es bereits erläutert wurde.

Durch die Verwendung des Wählventils ist es möglich, einen der Multiplexer vollständig abzuschalten. Wenn überhaupt, so tritt nur eine geringfügige Leckage auf. Die vollständige Abschaltung dieses Multiplexers wird verstärkt durch die Tatsa­ che, daß der Stellmotor, der den Multiplexer antreibt, so auf­ gebaut ist, daß er ausschaltet, wenn er gesättigt ist. Wenn also ein überhöhter Strom detektiert wird, liefert er von Natur aus keine Strömung in das Pilotventil. Dies verbessert noch die Abschaltung des nicht in Betrieb befindlichen Multiplexers. Während die Verteilungseinrichtung typisch so betrieben wird, daß nur einer der hydraulischen Multiplexer in Betrieb ist, kann sie auch so angeordnet sein, daß beide Multiplexer in Be­ trieb sind. Dies kann für eine doppelte Verstärkung der Ein­ richtung sorgen, wenn sie beide voll arbeiten. Wenn es jedoch bekannt ist, daß beide benutzt werden, kann jeder mit halber Verstärkung betrieben und beide können parallel eingesetzt wer­ den, um für die volle Verstärkung zu sorgen.

Wenn jedes Ventil für eine volle Verstärkung vorgesehen ist, wird typisch nur eines der Multiplexer-Ventile zur Zeit betrieben. Ein einzelnes Ventil wird bis zu einem Fehler oder Versagen in Betrieb sein, und wenn der Fehler durch die Rück­ führung ermittelt wird, sorgt die Regeleinrichtung automatisch dafür, daß das eine durch das Wählventil ausgeschaltet und das andere eingeschaltet wird.

Wenn beide Regeleinrichtungen ausfallen, können die Pi­ lotventile selbst so ausgebildet sein, daß sie die Last-Stell­ glieder in eine bevorzugte fehlersichere Position bringen, die einen Betrieb des Triebwerks gestattet.

Wenn eines der hydraulischen Multiplexer-Ventile in der voll ausgefahrenen Position angeordnet ist, bewahrt es, indem es ausgeschaltet ist, den Betrieb des anderen. Wenn in ähnli­ cher Weise keine Rotation von einem der Ventile vorhanden ist, oder wenn es in seiner Lage festklemmt und kein Hub vorhanden ist, bewahrt es, indem es ausgeschaltet wird, den Betrieb des anderen.

Obwohl drei Betätigungsglieder gezeigt sind, die ge­ steuert werden, so sei darauf hingewiesen, daß die Zahl nur durch die Physik der Fluidströmung eingeschränkt ist. Optimal können zwischen zwei oder sechs Stellglieder verwendet werden. In ähnlicher Weise kann das Ansprechverhalten der Stellglieder verändert werden, indem die Schlitze des Umschaltventils ge­ schlossen oder erweitert werden oder indem ein Ausgangsstell­ glied mit zwei oder mehr Ausgangssignalen gespeist wird, die nicht aufeinanderfolgend sein müssen.

Claims (4)

1. Einrichtung zum Verteilen eines Fluiddruckes mit einer Druckfluidquelle und mehreren Stellgliedern, die auf den Fluiddruck ansprechen, mit einem fluidischen Multiplexer mit einer zugehörigen Regeleinrichtung und mehreren Positions-Rückführungen, die jeweils mit einem Stellglied und der Regeleinrichtung verbunden sind, gekennzeichnet durch
mehrere redundante fluidische Multiplexer (68, 70), die jeweils mit jedem Stellglied (32, 34, 36; 184) verbunden sind,
eine eigene Regeleinrichtung (10) für jeden fluidischen Multiplexer (68, 70) und
mehrere Positions-Rückführungen (52, 54, 56), die jeweils mit einem Stellglied und der einen oder anderen Regeleinrichtung (10) verbunden sind, und
ein Wählventil (72), das mit jeder Regeleinrichtung (10) verbunden ist, wobei eine Regeleinrichtung (10), die ein ungültiges Signal von ihrer Rückführung empfängt, das Wählventil und die Regelung auf die andere Regeleinrichtung umschaltet.

2. Einrichtung nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stellglied (184) einen Zylinder (194), Tandemkolben (186, 188), die durch eine Kolbenstange (190) miteinander verbunden, aber durch ein Zentrallager (192) voneinander getrennt sind, eine erste Gruppe von Fluid-Druckleitungen (200, 202), die einen der Multiplexer (180) mit jeder Seite von einem der Tandemkolben (186) verbinden, und eine zweite Gruppe von Fluid-Druckleitungen (204, 206) aufweist, die einen anderen der Multiplexer (182) mit jeder Seite von einem anderen der Tandemkolben (188) verbinden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder fluidische Multiplexer (180) ein Dreiwegeventil (140) mit einem Kolben (146, 148, 150) aufweist, der zum Steuern des Fluid-Ausgangsdruckes in einem rotierenden Zylinder (145) axial verschiebbar ist, der mehrere auf den Umfang angeordnete Ausgangsöffnungen (166, 168, 170) aufweist, wodurch Fluid mit einem gewählten Ausgangsdruck zu gewählten Stellgliedern (184) geleitet werden kann.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Dreiwegeventil (140) einen Winkelaufnehmer (174) aufweist, der mit jeder Regeleinrichtung (10) verbunden ist.