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Sicherheitsvorrichtung für selbsttätige Steueranlagen Die Erfindung
bezieht sich auf das Vorsehen von Sicherheitsvorrichtungen für selbsttätige Leit-oder
Steueranlagen für ein lenkbares Kraftfahrzeug, vorzugsweise Luftfahrzeug, und betrifft
insbesondere solche Anlagen, bei welchen das Ausmaß der Bewegung einer Steuerfläche
(z. B. des Ruders) in solcher Weise gesteuert wird, daß es im wesentlichen proportional
dem Ausmaß der Drehung des Kraftfahrzeugs um die Steuerachse ist, welche jener Steuerfläche
entspricht (im Falle des Ruders: dem Ausmaß der Drehung des Kraftfahrzeugs im Azimut).
Anlagen dieser Art sollen im nachfolgenden als »Anlagen der Proportionalsteuerbewegungs-Gattung«
bezeichnet werden. Bei solchen Anlagen ist die Rückwirkung bzw. Rücksteuerung von
der Steuerfläche her nach dem Eingang des Nachlauf-bzw. Servomotors -hin, der sie
betätigt, proportional dem Ausmaß der Bewegung der Steuerfläche relativ zum Kraftfahrzeug
und nicht, wie bei einer sogenannten »Ablenkungs/Ablenkungs«-Steuerung, proportional
der Ablenkung der Steuerfläche relativ zum Kraftfahrzeug. Eine selbsttätige Leitanlage
für Luftfahrzeuge der Proportionalsteuerungs-Gattung ist durch die britische Patentschrift
611037
bekannt.
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Durch die Erfindung soll eine einfache Gesamtsteuerung einer selbsttätigen
Führungsanlage der Proportionalsteuerbewegungs-Gattung geschaffen werden, wobei
die selbsttätige Steueranlage außer Betrieb gesetzt wird, wenn irgendeine Fehlleistung
in der Anlage vorkommt. Diese Fehlleistung kann beispielsweise darin bestehen, daß
ein Kreiselgerät, welches laufend Steuerwerte liefert, ein vom Nullwert abweichendes
Signal übermittelt, obwohl das Fahrzeug, insbesondere Luftfahrzeug, tatsächlich
keine Drehbewegung ausführt. Bei den bekannten Steueranlagen würde dieses Signal
dem Verstärker übermittelt werden, welcher einen Motor einschaltet
und
damit auch das zugehörige Ruder (beispielsweise das Höhenruder) betätigt, so daß
das Fehlersignal wieder ausgeglichen wird. Diese von den bekannten Steueranlagen
übertragenen Fehlsteuerungen können zu überaus gefährlichen Steuerbewegungen führen.
Durch die Sicherheitseinrichtung gemäß der Erfindung werden die Fehlersignale jedoch
aufgedeckt und unschädlich gemacht: Erfindungsgemäß ist eine Sicherheitsvorrichtung
für eine selbsttätige Steueranlage der Proportionalsteuerbewegungs-Gattung für ein
lenkbares Kraftfahrzeug dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsvorrichtung sich
zusammensetzt aus einem ersten Steuerelement, welches zwischen ersten und zweiten
Maximal- oder Endstellungen in Übereinstimmung mit dem Verhältnis bzw. den laufenden
Einzelwerten der Drehrichtungsänderung des Fahrzeugs um eine Steuerachse bewegt
wird, wobei das erste Steuerelement seine erste Endstellung einnimmt, wenn das Fahrzeug
ein größeres als ein vorbestimmtes Verhältnis der Drehrichtungsänderung in der einen
Richtung um die Drehachse aufweist, und seine zweite Endstellung einnimmt, wenn
das Fahrzeug ein größeres als ein vorbestimmtes Verhältnis der Drehrichtungsänderung
in der entgegengesetzten Richtung --um die Drehachse aufweist, aus einem zweiten
Steuerelement, welches in die eine oder andere von ersten und zweiten Endstellungen
in Übereinstimmung mit der laufenden Bewegung der das Fahrzeug steuernden Steuerfläche
um die Steuerachse in der einen Richtung oder der anderen bewegt wird, wobei die
Anlage dann richtig arbeitet, wenn das erste und das zweite Steuerelement beide
ihre ersten Endstellungen oder beide ihre zweiten Endstellungen oder wenigstens
eines der beiden Steuerelemente eine Zwischenstellung einnimmt, und aus einer Vergleichsvorrichtung,
welche unabhängig von der Steueranlage selbst ist und jeweils die Stellungen des
ersten und des zweiten Steuerelements vergleicht, wobei die Vergleichsvorrichtung
die Steueranlage außer Betrieb setzt, wenn eines der Steuerelemente seine erste
Endstellung, das andere seine zweite Endstellung einnimmt.
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In Weiterentwicklung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Vergleichsvorrichtungen
in Zuordnung zu jedem der Steuerelemente vorgesehene erste und zweite bewegliche
Kontakte aufweist, welche normalerweise mit einem ortsfesten Kontakt zusammenwirken,
wobei die Kontaktberührung unterbrochen wird, wenn das Steuerelement in der zugeordneten
Endstellung ist, daß die ersten beweglichen Kontakte miteinander verbunden werden,
daß die zweiten beweglichen Kontakte gleichfalls miteinander verbunden werden und
daß ein Relais so vorgesehen wird, daß es bei seiner Aberregung die Leistungsoder
Stromzufuhr nach der Steueranlage abschaltet, wobei seine Arbeitsspule in Reihe
mit den ortsfesten Kontakten angeordnet wird.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Ansprechen des
Relais verzögert werden, derart, daß eine momentane bzw. vorübergehende Nichtübereinstimmung
zwischen dem ersten und dem zweiten Steuerelement ohne Einfluß auf die Steueranlage
ist. -Ein .Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Anwendung bei einer selbsttätigen
Richt- oder Leitanlage für Luftfahrzeuge bekannter Art soll nunmehr an Hand der
Zeichnung ausführlicher beschrieben werden.
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Die Bewegung eines Luftfahrzeughöhenruders 17 wird durch ein laufend
-Steuerwerte lieferndes Kreiselgerät i gesteuert.
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Das Kreiselgerät i, z. B. ein Kreiselneigungsmesser, besteht aus einer
Grundplatte2, auf welcher mittels eines Halters 3 und eines Kardanringes 5 ein Läufer
4 gehalten wird. Die Drehachse des Läufers 4 und die Lagerachse des Kardanringes
5 stehen senkrecht aufeinander.
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Die Bewegung des Ringes .$ wird mittels einer Feder 6 gehemmt, die
an dem einen Ende mit dem Ring 5 und am anderen Ende mit der Grundplatte 2 in Verbindung
steht. Wenn die Feder ungespannt ist, ist die Ebene, welche die Dreh- und die Lagerachse
enthält, parallel zur Grundplatte 2, und in diesem Arbeitszustand befindet sich
ein stromleitender Kontaktarm 7 auf der Mittelanzapfung eines Potentiometers B.
Die Enden des Potentiometerwiderstands sind an die Klemmen i o, ii einer Gleichstromquelle
angeschlossen. Auf dem Kardanring5 ist außerdem ein Isolierstück22 (welches das
erste Steuerelement gemäß der Erfindung .darstellt) vorgesehen, welches, wenn die
Abweichung der Ebenen des Kardanringes 5 aus der Stellung heraus, in welcher die
Feder 6 ungespannt ist, einen bestimmten Betrag übersteigt, mit dem einen oder dem
anderen der beweglichen Kontakte 23, 24 zusammentrifft, wodurch diese Kontakte außer
Eingriff mit dem ortsfesten Kontakt 25 kommen. Kreiselgerät i ist so im Luftfahrzeug
eingebaut, daß die Flugzeuglängsachse senkrecht zur Grundplatte 2 verläuft. Auf
diese Weise wird beim Betrieb der Steuereinrichtung ein Signal zwischen Kontaktarm
7 und einer Leitung g hervorgerufen, welche am Mittelanzapfpunkt angeschlossen ist,
welches Signal proportional dem laufenden Einzelwert der Steigung bzw. dem Steigungsverhältnis
-des Luftfahrzeugs ist, und wenn das Steigungsverhältnis einen vorbestimmten Wert
überschreitet, wird der eine oder der andere der beweglichen Kontakte 23,24 vom
ortsfesten Kontakt 25 abgehoben.
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Das vorerwähnte Steigungsverhältnissignal steuert das Höhenruder 17
mittels einer Steueranlage, welche aus dem Verstärker 13, einem Servomotor 14, einem
Tachometergenerator 15, einem Vorgelege 16 und einer Kupplung 53 besteht, wobei
die Steuerung durch einen Neigungspendel 12 überwacht bzw. eingeregelt wird.
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Ein Isolierstück 18 wird von, der Ausgangswelle 52 des Vorgeleges
16 gehalten und steht damit in Reibungsverbindung. Das Steuerelement 18 bildet das
zweite Element gemäß der Erfindung und wirkt mit dem einen oder dem anderen der'
beweglichen Kontakte i9, 2o zusammen, derart, daß die Kontakte außer Eingriff mit
dem ortsfesten Kontakt 2i
gebracht werden können. Die Kontakte ig,
2o liegen natürlich in einer Ebene rechtwinklig zur Welle 5:2; sie sind aber aus
Gründen der Klarheit und Einfachheit außerhalb dieser Ebene dargestellt worden.
Die beweglichen Kontakte ig und 23 sind miteinander verbunden, und ebenso sind es
die Kontakte 2o und 24. Die Steueranordnung ist so getroffen, daß dann, wenn das
Neigungsverhältnis ein solches ist, daß der Kontakt 23 sich vom Kontakt 25 wegbewegt,
die Steuerung des Höhenruders, sofern sie das Steigungsverhältnis verbessert, bewirkt,
daß der Kontakt ig sich vom Kontakt 2i wegbewegt, so daß eine Verbindung zwischen
dem ortsfesten Kontakt 25 und dem ortsfesten Kontakt 2i ständig aufrechterhalten
bleibt.
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Für den Ruderkanal sind ein ortsfester Kontakt 26 und bewegliche Kontakte
27 und 28, welche mit der Getriebeausgangswelle verbunden sind, sowie ein ortsfester
Kontakt 31 und bewegliche Kontakte 29 und 3o, welche dem Kreiselwendezeiger zugeordnet
sind, und entsprechende Kontakte 32, 33, 34 35, 36, 37, welche den entsprechenden
Komponenten oder Steuerelementen für den Kanal zugeordnet sind, vorgesehen.
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Die ortsfesten Kontakte 25 und 26 sind miteinander verbunden, ebenso
die ortsfesten Kontakte 31 und 32. Der ortsfeste Kontakt 37 ist an die eine Klemme
der Wicklung eines Relais 38 angeschaltet, deren andere Klemme mit dem Pol 4o einer
Gleichstromquelle verbunden ist, die als Batterie 42 angedeutet ist. Ein Platten-Trockengleichrichter
39 liegt parallel zur Wicklung des Relais 38 zwecks Verzögerung desselben. Der andere
Po14i der Stromquelle ist mit dem ortsfesten Kontakt 21 verbunden.
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Der Kontakt 43, der vom Relais 38 betätigt wird, liegt in Reihe mit
einem normalerweise geschlossenen Druckknopfschalter 45 zwischen dem Pol 40 und
einer Klemme der Wicklung eines Einschaltrelais 44. Die andere Klemme des Relais
44
ist über die Klemme eines normalerweise offenen Druckknopfschalters 47
mit der Klemme 41 verbunden, während Kontakt 46, welcher vom Relais 44 betätigt
wird, parallel zu 47 zwecks Bildung eines Haltekreises vorgesehen ist.
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Die Kontakte 5o und 5 i, welche ebenfalls vom Relais 44 betätigt werden,
steuern die Übermittlung elektrischer Leistung von den Eingangsklemmen i io, i i
i zu den Klemmen io, i i, von welchen die Leistung für die Servomotorpendel sowie
für die Erregung der Wicklungen der Kupplungen abgenommen wird.
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Beim Betrieb der Steueranlage wird durch Drücken der Taste 47 Relais
44 eingeschaltet, wodurch elektrische Leistung der Servoanlage über die Klemmen
io, i i übermittelt wird. Solange die Bewegungen der Steuerflächen in Richtungen
erfolgen, welche geeignet sind, die Drehwerte zu berichtigen, die von den drei Drehwertkreiselgeräten
ermittelt worden sind, ist der Stromkreis für die Arbeitsspule des Relais 38 hergestellt,
und Kontakt 43 bleibt daher geschlossen. Ist hingegen die Bewegung in einem Kanal
unrichtig, dann wird der Stromkreis des Relais 38 unterbrochen, so daß dann, wenn
der in der Spule 38 und dem Gleichrichter 39 noch fließende Strom genügend
abgeklungen ist, sich der Kontakt 43 öffnet, das Relais 44 abfällt und die Leistungszufuhr
zur Anlage abgeschaltet wird. Die Verzögerung des Relais 38 stellt sicher, daß eine
augenblickliche oder kurzzeitige Nichtübereinstimmung zwischen dem Drehwert und
der Steuerflächenbewegung nicht die Unterbrechung der Leistungszufuhr zur Folge
hat. Solche augenblickliche Nichtübereinstimmung kann beispielsweise auftreten,
wenn das Kreiselgerätsignal im voreilenden Sinne phasenverschoben bzw. phasenvorverschoben
ist, um das Hochfrequenzansprechen der Steueranlage zu verbessern. Jedoch wird beim
Auftreten eines Höhenruderservomotorausbrechens beispielsweise Kontakt ig vom Kontakt
21 abgehoben. Die sich daraus ergebende Höhenruderbewegung ruft einen erheblichen
Neigungswert hervor, Steuerelement 22 hebt den Kontakt 24 vom Kontakt 25 ab, die
sich daraus ergebende Unterbrechung im Stromkreis des Relais 38 dauert an, Kontakt
43 öffnet, und die Stromzufuhr zur Anlage wird abgetrennt. Die Zeitverzögerung,
die durch die Verzögerung des Relais 38 hervorgerufen wird, muß natürlich eine solche
sein, daß` einerseits die kurzzeitige Nichtübereinstimmung der vorerwähnten Art
nicht zu einem Abschalten der Stromzufuhr führt, aber andererseits bei einem Servomotorausbrechen
eine Unterbrechung der Stromzufuhr erfolgt, bevor gefährlich hohe Steuermomente
durch die in Betracht kommende Steuerfläche zum Entstehen gebracht werden.
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Wie unschwer einzusehen ist, kann jedes beliebige Verfahren zur Verzögerung
der Betätigung des Relais 38 angewendet werden; beispielsweise kann ein Kondensator
parallel zur Wicklung vorgesehen oder ein thermischer Verzögerungskreis zwischengeschaltet
werden.