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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein
Betätigungsglied und ein Steuersystem dafür und
insbesondere ein Steuersystem, das dahingehend
betrieben wird, den Betätigungsgliedbetrieb trotz
Schwankungen des zum System übertragenen Fluiddrucks
auf nicht weniger als eine Mindestkraftausgabe und
nicht höher als eine Höchstkraftausgabe zu halten.
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Fluiddruckbetätigte Betätigungsglieder werden in
zahlreichen Anwendungen verwendet, einschließlich der
Betätigung von Teilen von Flugzeugtriebwerken.
Derzeitige Betätigungsausführungen können den
innewohnenden Nachteil potentiell hoher
Blockierungslasten aufweisen. Eine Blockierungslast
wird als die maximale Kraft definiert, die das
Betätigungsglied ausüben könnte, wenn Teile oder
Konstruktionen, die es betätigt, festklemmen und sich
nicht bewegen können, wodurch ein Druckaufbau und eine
resultierende Kraftausgabe verursacht werden, die
gewünschte Grenzen überschreiten und bewirken können,
dass das Betätigungsglied das Teil oder die Objekte,
die es betätigt, beschädigt. Infolgedessen müssen das
Betätigungsglied, die Befestigungsmittel und jegliche
Einrichtungen, die das Betätigungsglied bedient,
dementsprechend bemessen werden, um der
Blockierungslast standzuhalten. Natürlich kann dies zu
beträchtlichen Gewichtserhöhungen aller durch das
Betätigungsglied betätigten Einrichtungen führen, um
die konstruktive Stabilität der Einrichtungen zu
gewährleisten. Zur Schwankung einer Betätigungsglied-
Blockierungslast kommt es, weil der Kolben eine
festgelegte Fläche besitzt und einer schwankenden
Druckdifferenz zwischen dem Versorgungsdruck und dem
Rücklaufdruck ausgesetzt ist, was gemeinhin als ΔP
bezeichnet wird. In der Regel ist der
Betätigungsgliedkolben für einen gegebenen
Lastausgangsbedarf bei zur Verfügung stehendem
Mindestspeisedruck bemessen. Die Betätigungsglied-
Blockierungslast ist die resultierende maximale
Kraftausgabe des Betätigungsglieds auf Grundlage der
Kolbengröße und der maximalen ΔP, die das
Betätigungsglied empfangen könnte. Für Anwendungen, bei
denen der normale Betriebsdruck auf nicht weniger als
einer Mindesthöhe gehalten werden sollte, um eine
Mindestnormalbetriebskraftausgabe des Betätigungsglieds
zu bewirken, und bei denen das Betätigungsglied auch
auf eine Höchstblockierungslast begrenzt sein muss,
könnte die sich ergebende Ausführung des
Betätigungsgliedkolbens gemäß diesen Parametern
bedeuten, dass der für die
Mindestnormalbetriebskraftausgabe bemessene und des
Weiteren zum Widerstehen der Höchst-ΔP bei einer
Normalblockierungslast ausgeführte Kolben einen
übermäßig großen Kolben und übermäßig große zugehörige
Teile benötigen würde. Deshalb ist es
höchstwünschenswert, ein Betätigungsglied und ein
Steuersystem bereitzustellen, das die Verwendung eines
bestehenden Betätigungsglieds zur Bereitstellung der
gewünschten Mindest- und Höchstausgangskräfte mittels
des Steuersystems anstatt durch Implementierung einer
Vergrößerung des Betätigungsglieds und der zugehörigen
Teile gestattet.
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Die vorliegende Erfindung bietet Lösungen für das
Obige, indem sie ein Betätigungsglied und ein
Steuersystem dafür, mit einem Mittel zur Regelung eines
Drucks P1 von einer Druckquelle bereitstellt, wobei das
Druckregelmittel einen Rücklaufdruck PF1 erhält und
geregelten Druck PR1 einem Druckentlastungsmittel und
einem Mittel zur Begrenzung des geregelten Drucks PR1
zuführt, wobei das Druckentlastungsmittel den
geregelten Druck PR1 an ein Mittel zum gezielten
Abwechseln des geregelten Drucks zwischen zwei
Strömungsverbindungen überträgt, wobei das Mittel zur
Begrenzung des geregelten Drucks bei Betätigung eine
Übertragung des geregelten Drucks PR1 als geregelter
Ausgangsdruck PR2 an das Mittel zum gezielten
Abwechseln des geregelten Drucks PR1 gestattet, wobei
der Rücklaufdruck PF1 an das Mittel zum gezielten
Abwechseln des geregelten Drucks, das
Druckentlastungsmittel und das Mittel zur Begrenzung
des geregelten Drucks übertragen wird, wobei das Mittel
zum gezielten Abwechseln des geregelten Drucks PR1
dahingehend betrieben wird, entweder den geregelten
Druck PR1 einem Betätigungsglied zuzuführen, um dessen
Betätigung zu bewirken, oder den Rücklaufdruck PF1 dem
Betätigungsglied zuzuführen, um dessen Deaktivierung zu
bewirken, wobei die Betätigung des Mittels zur
Begrenzung des geregelten Drucks PR1 den an das Mittel
zum gezielten Abwechseln des geregelten Drucks PR1
übertragenen geregelten Ausgangsdruck PR2 so
beeinflusst, dass das Betätigungsglied den
Rücklaufdruck PF1 erhält und sich in eine
Deaktivierungsposition bewegt.
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Unten wird eine Durchführungsweise der Erfindung unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen, die eine
Ausführungsform darstellen, ausführlich beschrieben; es
zeigen darin:
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Fig. 1 eine Ansicht des Betätigungsglieds und
Steuersystems der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Servodruckreglers
nach Fig. 1;
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Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Entlastungsventils
nach Fig. 1;
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Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht des Magnetventils nach
Fig. 1;
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Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht des Wechselventils von
Fig. 1; und
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Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht des Betätigungsglieds
von Fig. 1.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein Betätigungsglied-
und Steuersystem mit einem Druckregler bereit, der die
dem Kolben des Betätigungsglieds zugeführte
Druckdifferenz oder ΔP reduziert und konstant hält.
Dies erfolgt zur Gewährleistung, dass die normale
Betriebslast während einer Kolbenbewegung vom Kolben
des Betätigungsglieds erzeugt werden kann, und des
Weiteren zur Begrenzung der Betätigungsglied-
Blockierungslast durch Begrenzen der maximalen
Druckdifferenz, die an den Betätigungsgliedkolben
angelegt werden kann. Somit kann während einer
Kolbenbewegung eine Höchstbetriebslast vorgesehen und
die Blockierungslast auf einen Wert begrenzt werden,
der unter einem vorbestimmten Kraftwert liegt. Darüber
hinaus ist im Steuersystem ein Entlastungsventil
enthalten, so dass bei einem Versagen des
Servodruckreglers das Entlastungsventil die dem
Betätigungsgliedkolben zugeführte Hochdruckversorgung
abschaltet. Es sorgt für eine Begrenzung des Speise-
oder Quellendrucks, der bei einem Versagen des Reglers
zugeführt werden kann, und begrenzt dadurch die
Blockierungslast auf weniger als eine andere
vorbestimmte Kraftausgabe des Betätigungsglieds.
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Auf Fig. 1 Bezug nehmend, wird der Speisedruck P1 dem
Servodruckregler oder dem Druckregelmittel 20 des
allgemein mit der Bezugszahl 10 bezeichneten
Betätigungsglied- und Steuersystems zugeführt. Der
Speise- oder Quellendruck P1 wird durch Leitung 11 dem
Ventilhohlraum 12 (siehe Fig. 2) zugeführt, wo er über
die Öffnung 14 weiter zur Leitung 16 geleitet wird. Wie
in Fig. 2 dargestellt, enthält der Regler 20 ein durch
eine Feder 21 vorbelastetes Ventilglied 18, wobei der
sich auf der linken Seite befindende Teil des Reglers
20 über Leitung 23 Rücklaufdruck erhält. Der
Servodruckregler 20 ist so ausgeführt, dass die Kraft
der Feder und des Rücklaufdrucks den Speisedruck P1 auf
einen konstanten Wert über dem Rücklaufdruck PF1
verringert. Der geregelte Druck an Öffnung 14 wird mit
PRI bezeichnet. Der Regler 20 wird so betrieben, dass
sich bei Auftreten einer zunehmenden Druckdifferenz
zwischen den Drücken P1 und PF1 das Schieberventil 18
nach links bewegt, um die Öffnung 14 zu schließen und
den zum Betätigungsglied geleiteten Druck zu begrenzen,
so dass die Blockierungslast des Betätigungsglieds 60
(siehe Fig. 1) unter einem vorbestimmten Wert, zum
Beispiel einer Ausgangskraft von 3000 lbs, liegt.
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Der geregelte Druck PR1 wird über die
Leitungsverbindung 16 an das Entlastungsventil oder das
Druckentlastungsmittel, das in den Fig. 1 und 3
allgemein durch die Zahl 30 bezeichnet wird,
weitergeleitet. Wie in Fig. 3 dargestellt, empfängt
das Entlastungsventil den Rücklaufdruck PF1 an seinem
rechten Ende, wobei der Rücklaufdruck durch das
Ventilglied 38 zum linken Ende weitergeleitet wird, in
dem sich die Feder 31 befindet. Der geregelte Druck PR1
tritt durch die Leitung 16 in das Entlastungsventil 30
ein und über Leitung 17 wieder aus. Sollte der
Servodruckregler 20 versagen, würde eine Erhöhung des
durch den ausgefallenen Regler 20 strömenden geregelten
Drucks PR1 bewirken, dass sich das Ventilglied 38 in
Fig. 3 nach links bewegt und die Fluiddruckhöhe, die
dem Betätigungsglied 60 zugeführt werden kann,
begrenzt. Infolgedessen stellt das Entlastungsventil 30
eine Blockierungslasthöchstgrenze für das
Betätigungsglied im Falle eines ausgefallenen
Servodruckreglers, zum Beispiel 4100 lbs Ausgangskraft
vom Betätigungsglied 60, bereit. Nach Aktivierung des
Entlastungsventils 30 bewirkt dieses, dass der Kolben
des Betätigungsglieds in seiner derzeitigen Position
bleibt, indem eine Verringerung der Ausgangskraft des
Betätigungsglieds auf eine unter der Höhe der
Systemreibung liegende Höhe bewirkt wird. Das
Entlastungsventil 30 ist auf eine Höhe von ca. 250 psi
über der des normalen Betriebsdrucks des
Servodruckreglers 20 eingestellt, um eine dynamische
Kopplung an den Regler zu verhindern, das heißt um eine
Zitterbewegung des Entlastungsventils zu verhindern, zu
der es bei einer niedrigeren Druckhöhe kommen könnte.
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Des Weiteren wird der geregelte Druck PR1 über die
Leitung 16 an das in den Fig. 1 und 4 durch die
Bezugszahl 40 bezeichnete Magnetventil oder Mittel zur
Begrenzung des geregelten Drucks PR1 weitergeleitet.
Der geregelte Druck PR1 tritt in den Hohlraum 42 ein,
in dem eine ein Ventilglied 48 vorbelastende Feder 41
untergebracht ist (siehe Fig. 4). Der Rücklaufdruck
PF1 wird über die Leitung 23 zu einem Rücklaufhohlraum
43 weitergeleitet, in dem eine Ventilstange 45
untergebracht ist. Der geregelte Druck PR1 strömt an
einem normalerweise geöffneten Kugelventilglied 46
vorbei, um als geregelter Ausgangsdruck PR2 in Leitung
25 auszutreten. Das Magnetventil 40 befindet sich in
einem normalerweise deaktivierten Modus und in einer
solchen Position, dass bei einem eventuellen Versagen
des Elektromagnetbetriebs geregelter Druck noch immer
durch den Elektromagnet zu Leitung 25 strömt. Wenn der
Elektromagnet 40 durch Erhalt eines elektrischen
Signals von einer FADEC (full authority digital
electronic control) angesteuert wird, werden Spulen 44
erregt und bewegen ein Kernglied 47 in Fig. 4 nach
links, so dass die Stange 45 das Kugelventilglied 46
zum Ventilsitz 49 bewegt, um den Fluidstrom daran
vorbei zu unterbrechen. Das Magnetventil 40 bewirkt
eine Begrenzung des geregelten Drucks PR1, wobei
Begrenzung definitionsgemäß je nach gewünschter Wirkung
und Anwendung das Unterbrechen des Fluidstroms und/oder
die Verringerung des Fluiddrucks beinhaltet. Dadurch
wird anschließend, wie unten erläutert, bewirkt, dass
das Betätigungsglied 60 einen Kolben in eine
Rückziehrichtung bewegt.
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Das Wechselventil oder das Mittel zum gezielten
Abwechseln des geregelten Drucks wird in den Fig. 1
und 5 allgemein durch die Bezugszahl 50 bezeichnet. Das
Wechselventil empfängt über Leitung 25 geregelten Druck
PR2 vom Magnetventil 40, über Leitung 23 Rücklaufdruck
PF1 und über Leitung 17 geregelten Druck PR1 vom
Entlastungsventil 30 und Servodruckregler 20. Der
geregelte Druck PR1 verlässt das Wechselventil 50 über
die Leitung 37 als Aktivierungsdruck PX2, und der
Rücklaufdruck PX1 vom Betätigungsglied wird über
Leitung 35 weitergeleitet und mit Rücklaufdruck von
Leitung 23 übertragen. Das Wechselventil 50 ist so
ausgeführt, dass der geregelte Druck PR1 durch das
Ventil und über Leitung 37 als Aktivierungsdruck PX2
herausströmt, wodurch eine Bewegung des Kolbens des
Betätigungsglieds 60 bewirkt wird, so dass die
Kolbenstange des Betätigungsglieds ausfährt, während
der Rücklaufdruck vom Betätigungsglieds über Leitung 35
als PX1 eintritt und über Leitung 23 zu einer
Rückführung austritt. Das Ventilglied 58 von Ventil 50
in Fig. 5 wird in einer Ausfahr- oder aktivierten
Position gezeigt, in der sich der geregelte Druck PR2
vom Magnetventil 40 am linken Ende des Ventilglieds 58
befindet, und der Rücklaufdruck PX1 tritt in der Nähe
des linken Endes des Ventilglieds 58 über Leitung 35
ein und wird zum Rücklaufdruck PF1, indem es durch das
Ventilglied 58 über Öffnung 59 zur Rückleitung 23
strömt.
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Wenn der Elektromagnet 40 zur Verringerung, Begrenzung
oder Abschaltung des geregelten Ausgangsdrucks PR2
angesteuert wird, bewirkt der geregelte Druck PR1, dass
sich das Ventilglied 58 in Fig. 5 nach links bewegt,
so dass die Öffnung 37a durch das Ventilgliedende 58a
gegenüber dem geregelten Druck PR1 aus Leitung 17
gesperrt wird, und Fluiddruck in Leitung 37 wird an die
Rückleitung 23 übertragen. Ebenso bewegt sich am
anderen Ende des Ventilglieds 58 das Ventilgliedende
58b nach links von der Öffnung 35a, so dass der
geregelte Druck PR1 von der Leitung 17 an Leitung 35
weitergeleitet wird, und der Fluiddruck von Leitung 37,
der sich im Ventilglieddurchgang 59 befindet, wird
daran gehindert, mittels des Ventilgliedendes 58b an
die Öffnung 35a übertragen zu werden. In der in Fig. 5
gezeigten Position wird der geregelte Druck PX2 an das
Betätigungsglied 60 weitergeleitet, wodurch eine
Ausfahrbewegung des Kolbens und der Betätigungsstange
bewirkt wird. Die Ansteuerung des Magnetventils 40
bewirkt operativ eine Strömungsumkehrung, so dass der
geregelte Druck PR1 an Leitung 35 weitergeleitet wird,
um eine Rückbewegung des Kolbens und ein Zurückziehen
der Betätigungsgliedstange des Betätigungsglieds 60 zu
bewirken, während die Rückströmung über Leitung 37 in
das Wechselventil 50 eintritt und an die Rückleitung 23
weitergeleitet wird.
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Das Betätigungsglied wird in den Fig. 1 und 6
allgemein durch die Bezugszahl 60 bezeichnet. Das
Betätigungsglied 60 enthält einen Kolben 62 und eine
Kolbenbetätigungsgliedstange 63. Der Aktivierungsdruck
PX2 vom Wechselventil 50 über die Leitung 37 tritt in
eine Kammer 64 des Betätigungsglieds 60 ein, und der
Aktivierungsrücklaufdruck PX1 tritt über die Leitung 35
aus einer Kammer 66 auf der linken Seite des Kolbens 62
aus. Wenn der geregelte Druck PR1 als Aktivierungsdruck
PX2 in die Kammer 64 eintritt, bewegen sich der Kolben
62 und die Stange 63 in einer Ausfahrrichtung nach
links. Wenn der Betrieb des Wechselventils 50 durch
Ansteuerung des Magnetventils 40 umgesteuert wird,
tritt der geregelte Druck PR1 über die
Leitungsverbindung 35 als Aktivierungsdruck PX1 in die
Betätigungsgliedkammer 66 ein, und das Fluid in der
Kammer 64 tritt über die Leitung 37 aus und wird so
über das Wechselventil 50 an die Rückleitung 23
übertragen, und die Stange 63 wird zurückgezogen. Der
Kolben 62 enthält eine Durchflussöffnung 67, die
Fluidströmung in die Stangenbohrung 68 gestattet, um
deren Abkühlung zu unterstützen. Da das Fluid in der
Bohrung 68 durch die Öffnung 61 zur Außenbohrung 69 und
aus der Öffnung 70 in die Kammer 66 strömen kann, kühlt
diese geringe Fluidstrommenge nicht nur die Stange 63,
sondern unterstützt gleichzeitig das Inbetriebhalten
des Servodruckreglers 20 während
Blockierungslastzuständen. Dies geschieht, weil die
geringe Strömungsmenge durch Stange 63 den geregelten
Druck PR1 daran hindert, auf die Höhe des
Eingangsdrucks P1 anzusteigen. Dies gestattet auch
Fluiddrücke stromabwärts des Entlastungsventils 30 zum
Ausgleich bei einem ausgefallenen Druckregler 20 und
aktivierten Entlastungsventil 30 (mit anderen Worten,
der Druck wird auf einen Rücklaufdruck PF1 verringert).
Sollte das Betätigungsglied 60 versagen, würde dies
durch die FADEC über einen Schalter, wie zum Beispiel
einen Magnetschalter (nicht gezeigt), der dem Kolben 62
des Betätigungsglieds zugeordnet ist und von ihm
aktiviert wird, erfasst werden.
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Das Betätigungsglied- und Steuersystem gemäß der
vorliegenden Erfindung stellt eine neue Verwendung
eines Betätigungsglieds bereit, so dass sowohl eine
konstante normale Ausgangslast als auch eine
Betriebsblockierungslast durch das Betätigungsglied
erreicht werden können, während bei Versagen des
Servodruckreglers durch das Betätigungsglied eine
weitere maximale Blockierungslast bewirkt werden kann.