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Selbststeuereinrichtung für- Fahrzeuge, insbesondere Luftfahrzeuge
Die Erfindung bezieht sich auf eine Selbststeuereinrichtung fürFahrzeuge, insbesondere
Luftfahrzeuge, bei welcher der Steuervorgang in Abhängigkeit von mindestens zwei
Steuergrößen regelbar ist. Zur Durchführung des Steuervorganges dient eine druckmittelbetätigte
Hilfsmotoranordnung mit ebenfalls durch ein Druckmittel betätigtem Schaltorgan,
das durch die genannten Größen einstellibar ist.
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Man hat bei bekannten Einrichtungen dieser Art die mehreren Steuergrößen
mechanisch mit Hilfe eines Gestänges zu einem Resultatwert in seinem sogenannten
Resultatglied zusammengefußt, durch welches das Schaltorgan verstellt wird. Die
Vorschaltung eines solchen zur Bildung des Resultatwertes dienenden Gestänges hat
notwendigerweise infolge der Reibung in den -Gelenken bzw. einer unvermeidbaren
Lose zusätzliche Fehler im Gefolge, die insbesondere in empfindlichen Flugzeugsteuerungen
zu nachteiligen Steuerungsungenauigkeiten führen. Außerdem erhöht eine solche mechanische
Einrichtung den Aufwand in unerwünschter Weise.
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Die Erfindung geht in der Zusammenfassung der Steuergrößen zu dem
die Einstellungdes Schaltorgans 15ewirkenden Resultatwert . einen neuen Weg durch
hydraulische bzw. pneumatische Summierung der einzelnen Steuergrößen. Die Lösung
gemäß der Erfindung besteht darin, daß in der Druckmittelleitung, über welche das
Druckmittel dem auf dem veränderlichen - Druck ansprechenden Schaltorgan zugeführt
wird, für jede Steuergröße eine gesonderte Abzweigung mit durch die Steuergröße
regelbarem Auslaß vorgesehen ist. Diese Abzweigungen mit regelbarem Auslaß bilden
jeweils Drosselstellen in der Druckmittelleitung, durch welche eine -den Impulsgrößen
exakt entsprechende Änderung des Einstelldruckes des in der Druckmittelleitung -dem
Schaltorgan zugeführten Druckmittels bewirkt wird. Dadurch, daß den Impulsgrößen
jeweils eine gesonderte Drosselstelle in der Druckmittelleitung zugeordnet wird,
wird- durch jede Impulsgröße in exakter Weise eine entsprechende Druckänderung des
Druckmittels bewirkt und die Summe dieser Druckänderungen ergibt genau die zur Einstellung
des Schaltorgans dienende resultierende Druckänderung. Auf diese Weise ist hydraulisch
bzw. pneumatisch eine exakte Summierung der genannten Steuergrößen erreicht, die
frei ist von den erwähnten Nachteilen und. eine große Steuergenauigkeit- gewährleistet.
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Die Steuerempfindlichkeit läßt sich noch erhöhen durch Ausbildung
der Drosselstellen als Doppeldrosseln in der Weise, daß für jede Steuergröße je
eine Abzweigung -mit regelbarem. A.uslaß- 'an zwei das Schaltorgan in Differentialschaltung
enthaltenden Druckmittelleitungen, vorgesehen- ist - und diese
beiden
der einzelnen Steuergröße zugeordneten Drosseln in Differentialschaltung zu einer
in bekannter Weise durch ein gemeinsaines Steuerglied, z. B. Steuerblende, steuerbaren
Drossel zusammengefaßt sind. Dabei sind die beiden Auslässe der so gebildeten Drosselstellen
durch die betreffende Steuergröße mittels des gemeinsamen Steuergliedes in der Weise
steuerbar, daß die Drosselwirkung an dem einen Auslaß in demselben Maße vermindert
wird, in dem sie an dem anderen Auslaß erhöht wird.
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Ein Beispiel für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens ist durch
die Zeichnun;" schematisch veranschaulicht.
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Die Figur zeigt eine Hilfsmotoranordnung mit einem hydraulisch betätigten
Steuerventil im Schnitt.
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Das einzustellende Organ ist in vorliegendem Ausführungsbeispiel ein
hydraulisch betätigtes Steuerventil für einen hydraulischen Hilfsmotor. Das Steuerventil
enthält in seinem Zylinder i einen als Vierkolbenschieber ausgebildeten Steuerschieber
2, der mittels zu beiden Seiten des Schiebers angeordneten Federn 3', 3" in seiner
Nullage festgehalten wird. Der Druckmittelzufluß zum Steuerschieber erfolgt durch
zwei Kanäle .I und 5, an welche das Steuerventil in Differentialschaltung angeschlossen
ist. Die Druckmittellieferung erfolgt durch eine Pumpe 6, die als Zahnradpumpe ausgebildet
ist. An die gleiche Pumpe ist die Leitung 7 angeschlossen, über welche das zur Betätigung
des Hilfsmotors dienende Arbeitsmittel geliefert wird.
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An den Strömungskanälen q: und 5 zu dem als Verstellvorrichtung dienenden
Steuerventil sind als Drosselstellen ausgebildete Aiizapfungen angeordnet, die vorzugsweise
je aus zwei Abzweigrohren mit je einer am Ende dieser Abzweigrohre angeordneten
Düse 8"', 8"" bestehen. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei .derartige
Anzapfungen vorgesehen. In Strömungsrichtung vor diesen Abzweigungen sind in beiden
Strömungskanälen Drosselstellen q.', 5' durch ßuersehnittsverengungen, beispielsweise
Einschnürungen, angeordnet.
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Die Verstellbewegung des Steuerschiebers 2 wird herbeigeführt durch
Verstimmung des Druckes in den beiden Strömungskanälen d. und 5. Der Druck des Druckmittels
in den Strömungskanälen -wird verstimmt durch Änderung des Ausströmquerschnittes
der Düsen in Abhängigkeit von den für die Verstellung des Steuerschiebers maßgebenden
Steuergrößen. Zur Änderung des Ausströmquerschnittes der Düsen sind, wie bei 11,
12 und 13 angedeutet ist, Abdeckblenden angeordnet, durch welche der Ausströmquerschnitt
der einen Düse vergrößert und gleichzeitig der Ausströmquerschnitt der anderen :-Düse
verkleinert wird. Dadurch wird der Druck in dem einen Strömungskanal verkleinert,
während er im anderen Strömungskanal vergrößert wird. In dieser Weise wird durch
jede der vorgesehenen Drosselstellen eine Druckänderung in den Strömungskanälen
bewirkt. Der aus der Differenz der Drücke in den Strömungskanälen sich ergebende
kesultatdruck wird benutzt zur Verstellung des Kolbenschiebers.
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Durch die Verstellung des Steuerschiebers wird der Zufluß des Arbeitsmittels
zum Hilfsinotor gesteuert. Das Arbeitsmittel strömt über die Kanäle 14 und 15 zu
bzw. von dem Hilfsmotorzylinder 16, in welchem der Arbeitskolben 17 verschieblich
angeordnet ist. Mit dem Kolben 17 ist ein beliebiges zu regelndes Organ verbunden,
das durch die Bewegung des Arbeitskolbens entsprechend eingestellt wird.
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Die zur Steuerung der die Druckdifferenz in den Strömungskanälen .I
und 5 bewirkenden Drosselstellen 8, g, io dienenden Steuergrößen werden von den
als Steuergeber dienenden Geräten, beispielsweise Meßgeräten, Steuergeräten u. dgl.,
auf die Steuerblenden übertragen. Bei der Betätigung der Steuerblenden treten keine
mechanischen Reibungen auf, so daß die Verstellung der Blenden schon durch ganz
beringe Drehmomente bewirkt wird. Als Steuergeber können deshalb mit Vorteil Geräte
verwendet werden, die nur eine ganz geringe Richtkraft besitzen, wie dies z. B.
bei Meßinstrumenten, nur schwach belastbaren Steuergeräten u. dgl. der Fall ist.
Die Blenden sind vorzugsweise direkt mit dem Steuergeber gekuppelt, so daß eine
unmittelbare Übertragung der Bewegungsvorgänge der Steuergeber auf die Steuerblenden
erfolgt. Dabei werden selbst ganz geringe <Ausschläge der Steuergeber von den
Steuerblenden aufgenommen.
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Wenn im vorstehenden ganz allgemein von Steuergrößen die Rede ist,
so soll damit auch der Fall erfaßt sein, daß es sich nicht um einfache, sondern
um zusammengesetzte Steuergrößen handelt. Unter einfachen Steuergrößen sei der Fall
verstanden, daß jeweils der Bewegungsvorgang eines einzelnen Steuergebers als Steuergröße
benutzt wird. Es können indes auch zwei oder mehrere einfache Steuergrößen, die
von einem oder mehreren Steuergebern geliefert werden, zu einer einzigen resultierenden
Steuergröße zusammengefaßt sein. In diesem Falle werden die Bewegungsvorgänge der
einzelnen Steuergeber auf ein sogenanntes Resultatglied übertragen und durch dieses
auf das mit dem Resultatglied gekuppelte steuernde Element,
d.h.-im
vo'rl'iegenden Falle' auf die-- steuernde Blende geleitet. Unter dem im- Hauptanspruch
-genannten Begriff Steuergröße soll deshalb sowohl der Fall verstanden sein; daß
die Steuerblenden in Abhängigkeit von einfachen Steuergrößen betätigt werden, als
auch der Fall,. däß aus-einzelnen Steuergrößen zusammengesetzte resultierende Steuergrößen
benutzt werden, wobei es sich versteht, daß auch eine Kombination dieser - Fälle
ohne weiteres- möglich ist.-Im Ausführungsbeispiel ist der Fall gezeigt, dä.ß auch
der zur Rückstellung- des Steuerventils dienende-Bewegungsvorgang als Steuergröße-
in- der im vorstehenden dargelegten Weise eingeführt ist. Der Hilfsmotorkolben 17
ist zu diesem Zweck gekuppelt mit einer als Steuerorgan dienenden Steuerblende"
13, die eine Drosselstelle io steuert. Diese Drossel io (besteht ebenfalls aus zwei
Anzapfungen mit j e einer Düse, deren = Austrittsquerschnitt durch die Verstellung
der Steuerblende geändert wird in der W_ eise, daß der Austrittsquerschnitt der
einen Düse vergrößert und derjenige der anderen Düse gleichzeitig im gleichen Maße
verkleinert wird, wodurch eine Verstimmung des Druckes in den Strömungskanälen q.
und 5 herbeigeführt wird, durch die der Kolbenschieber zurückgestellt wird. Statt
dieser starren Rückführung kann die Rückführung: auch nachgiebig ausgebildet sein
in der Weise, daß zwischen dem Steuerorgan für die Drosselstelle io und dem Verstellglied
des Arbeitskolbens 17 ein elastisches Glied, ein sogenanntes Isostatglied, in an
sich bekannter Weise eingeschaltet ist.
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Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine doppelseitige Anordnung
der Strömungskanäle zu dein einzustellenden Organ und an jedem der beiden Kanäle
für jede Steuergröße je eine Abweichung mit einstellbarer Drossel vorgesehen. Es
versteht sich ohne weiteres, daß die Einstellung des Organs auch bei nur einer Druckmittelzuleitung
durch die im vorstehenden beschriebene Beeinflussung des Druckes geschehen kann.
Wenn es sich beispielsweise um die Verstellung eines Kolbens in einem Zylinder handelt,
wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel, so kann der Kolben mittels einer Feder
in seiner Ausgangslage gehalten sein. Auch in diesem Falle einer einfachen Anordnung
eines Strömungskanals ist für jede Steuergröße an dem Strömungskanal eine Abzweigung
mit einer einstellbaren Drosselspule vorgesehen, wobei die Steuerung der Drosselspule
ebenfalls mittels einer Blende erfolgt. Die doppelseitige Anordnung der Strömungskanäle
stellt also eine Verdoppelung in der Anordnung der Kanäle und der an diesen angeordneten
Drosselstellen dar, wo@ei`@die -zu jeder Steuergröße gehörenden Drosselstellen jeweils
so zusämmengefaßt sind, -daß- ihnen die zur Änderung der Drosselwirkung zu verstellende
Blende gemeinsam ist.
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Das die einzelne Drosselstelle steuernde Organ ist beim Ausführungsbeispiel
als Blende ausgebildet: Es versteht sich, daß auch andere Steuerelemente verwendet
werden können, beispielsweise Klappen o. -dgl., durch die eine- Steuerung des- Ausströmquerschnittes
durch Vergrößerung oder Verkleinerung des Ouerschnittes möglich--ist. -Die beschriebene
Einrichtung ist allgemein verwendbar, insbesondere in Verbindüilg.mit Hilfsmotoranordnungen,
wie sie auf dem Reglergebiet benötigt werden. -Ein weiterer Gegenstand der Erfindung
ist d ie -Anwendung der vorbeschriebenen Einrichtung für das besondere Gebiet -der
Regel-und Selbststeuereinrichtungen für Fahrzeuge, insbesondere Luftfahrzeuge. Hier
ergeben sich bei Anwendung des Erfindungsgegenstandes besondere Vorteile, die u.
a. im folgenden bestehen: Wie schon oben erwähnt, ist die erfindungsgemäße Einrichtung
besonders geeignet zur Übertragung der Bewegungsvorgänge von Anzeige- und Meßgeräten
und ähnlichen, bei denen nur ganz geringe Richtkräfte zur `°-Verfügung stehen. Nun
handelt es sich bei den in den genannten Regel- und Selbststeuereinrichtungen für
Luftfahrzeuge verwendeten Geräten, beispielsweise Richt- und Steuergebern, um sehr
schwach belastbare Kompasse, Barometer, Horizont- und Wendezeigerkreisel u. dgl.,
deren Ausschläge auf das Triebwerk bzw. auf die Ruder übertragen werden müssen.
So muß beispielsweise die Ruderlegvorrichtung schon auf ganz geringe Abweichungen
des Luftfahrzeuges aus seiner Sollage ansprechen. Es handelt sich also darum, ganz
geringe Anzeigebewegungen der Meß- und Steuergeräte genau und einwandfrei auf die
zur Einstellung der betreffenden Organe dienenden Verstellvorrichtungen zu übertragen.
Dazu wird besonders vorteilhaft die erfindungsgemäße Einrichtung verwendet, die
somit als Kraftverstärker für die zu übertragenden Meß- und Steuerwerte dient.
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Es versteht sich, daß Abweichungen in der Form der Blenden, Klappen
usw. ebenso in der Kupplung zwischen den Impulsgebern und Steuerblenden im Rahmen
der Erfindung ohne weiteres möglich sind.
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Ferner sei bemerkt, daß die Einrichtung in ihrer Wirkungsweise nicht
an einen bestimmten Betriebsdruck gebunden ist. Wird der Betriebsdruck indem einen
oder anderen Sinne geändert, so ist klar, daß mit diesen Änderungen-dts Betriebsdruckes
entsprechende
Steuerempfindlichkeitsänderungen verbunden sind.
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Diese und ähnliche Abweichungen sind möglich, ohne den Rahmen der
Erfindung zu verlassen.