DE2538078A1

DE2538078A1 - Stelleinrichtung in integrierter oder konzentrierter bauweise

Info

Publication number: DE2538078A1
Application number: DE19752538078
Authority: DE
Inventors: Kenneth F Becker; Raymond P Lambeck; Nicholas F Pedersen
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1974-08-28
Filing date: 1975-08-27
Publication date: 1976-03-18
Also published as: FR2283343A1; FR2283343B1; US3902318A; JPS5149389A; CA1033263A; GB1523453A

Description

BLUMBACH . WESER ■ BERGEN . KRAMER ZWIRNER · HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN * " **

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237

SPERRY RAND CORPORATION
Troy (Mich.) 48084 USA

Stelleinrichtung in integrierter oder konzentrierter Bauweise.

Im Betrieb großer Flugzeuge ist es notwendig, eine Leistungsverstärkung der steuernden Singangsbewegungen an den Steueroberflächen des Flugzeugs vorzusehen, wobei die Steuerbewegungen entweder von dein Piloten im Falle eines handgesteuerten Fluges stammen oder von einem automatischen Piloten. Gewöhnlich umfassen derartige Anlagen eine oder mehrere zentrale hydraulische Systeme mit einer von dem Flugmotor angetriebenen Pumpe, welche Druckflüssigkeit mit hohem Druck über lange Leitungen zu einem oder mehreren hydraulischen Betätigungseinrichtungen an den Steueroberflächen versorgt. Die Nachfolgesteuerung wird gewöhnlich von einer elektrischen Summierschaltung besorgt, welche ein elektrohydrauiisch.es Servoventil steuert, welches wiederum die Zufuhr von Druckflüßigkeit an den Betätiger steuert. Einige der Nachteile derartiger Systeme sind das Gewicht von langen hydraulischen Leitungen in großen Flug-

609812/0695

-2- 1538078

zeugen und die Verletzbarkeit derartiger Systeme gegenüber Ausfall im Fall einer zufälligen Unterbrechung einer hydraulischen Leitung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu vermeiden und geht dabei aus von einer Stelleinrichtung in integrierter oder konzentrierter Bauweise, von denen eine oder mehrere bei den notwendigen Steueroberflächen angeordnet werden können und die mit Leistung und mit Steuersignalen nur über elektrische Leitungen versorgt werden sollen. Es soll also ein Plug-Über-Draht-System und ein Leistung-Über-Draht-System geschaffen v/erden. Mit der Erfindung soll demnach eine Stellvorrichtung geschaffen werden, die mit hoher Wirksamkeit betrieben werden kann und die in einem einheitlichen Gehäuse einen linearen Betätiger, getrieben von einer umkehrbaren Hydraulikpumpe mit einstellbarer Verdrängung, wiederum getrieben von einem in Öl laufenden Elektromotor zusammen mit einer Hilfspumpe, Behälter, Steuerventil und Servomotor mit allen notwendigen Hilfssteuerungen umfaßt, um eine wirksame Betätigung und lange Lebensdauer sicherzustellen.

Die gestellte Aufgabe wird durch eine U^ Stellvorrichtung in integrierter oder konzentrierter Bauweise mit folgenden Bauteilen gelöst: einen hydraulischen Betätiger, einen drehbaren Elektromotor als Antrieb, eine umkehrbare Hydraulik-

609812/0695

pumpe mit einstellbarer Verdrängung, die von Elektromotor angetrieben wird und den Betätiger antreibt, eine Hilfspumpe, die ebenfalls von dem Elektromotor angetrieben ist, ein Servomotor, der im Hinblick auf Einstellung der Verdrängung der (ersten) Hydraulikpumpe geschaltet ist und mit Druckmittel von der (zweiten) Hilfspumpe versorgt wird, ein elektrohydraulisches Servoventil zur Steuerung der Druckmittelzufuhr zum Servomotor, einen geschlossenen ausdehnbaren kammerförmigen Behälter, eine Einrichtung zur Verbindung des Behälters mit dem Einlaß beider Pumpen und ein einheitliches Gehäuse zum Umschliessen aller aufgeführten Bauteile einschließlich des Elektromotors, welcher in der Betriebsflüßigkeit der Pumpen läuft, wobei die Zufuhr elektrischer Leistung zum Elektromotor und eines elektrischen Fehlersignals an das Servoventil allein über elektrische Leiter eine Leistungsverstärkung eines Befehlssignals bewirkt, welches von äner entfernten Befehlsstelle ausgeht.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung besprochen. Die einzige Figur stellt einen skizzenmäßigen Querschnitt durch die neue Stellvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform dar.

Ein Gehäuse 1o passender Ausführungsform umschließt ganz-

609812/0695

lieh die notwendigen Leistungs- und Steuerelemente der Stellvorrichtung als* ganzes, wobei die einzigen Elemente, welche sich aus der Wandung des Gehäuses heraus- oder hineinbewegen das Ausgangsglied des Betätigers und ein bewegbares Glied des Behälters sind, welche jeweils mit Gleitdichtungen versehen sind. Die Stellvorrichtung weist einen Zylinder 12 mit einem Differenzdruckkolben 14 auf, wobei eine Kolbenstange 16 in der Gehäusewand geführt und mittels Gleitdichtungen 18 abgedichtet ist. Das Gehäuse 1o kann schwenkbar an dem Luftfahrzeugrahmen befestigt sein, wie bei 2o angedeutet, und die Kolbenstange 16 kann mit dem Betätigungsarm einer Luftfahrzeug-Steueroberfläche verbunden sein, wie bei 22 angedeutet. Der Betätiger wird durch Zuführen und Ablassen von hydraulischer Flüßigkeit durch Leitungen 24 und 26 bewegt. Ein Elektromotor 28 als Erstantrieb weist einen Stator 3o auf und läuft innerhalb des Gehäuses 1o in einem mit Hydraulikflüßigkeit gefüllten Bereich und treibt mechanisch eine umkehrbare Kolbenpumpe 32 variabler Verstellung und eine Hilfspumpe 34 an, welche Druckflüßigkeit für Steuerzwecke fördert. Ein Behälter 36 weist einen verschiebbaren Differenzkolben 37 auf, der den Behälter mit zwei Kammern 38 und 4o von der Atmosphäre und von einer Druckkammer 42 trennt, die über eine Leitung 44 mit dem Auslaß der Hilfspumpe 34 in Verbindung steht.

Die Hauptpumpe 32 steht über Leitungen 46 und 48 mit den Leitungen 24 und 26 des Betätigungszylinders 12 in Verbin-

609812/0695

dung und führt dem einen oder anderen Ende dieses Zylinders Druckmittel zu, was von der Verdrängungseinstellung der Pumpe 32 abhängt. Ein Beipaßventil 5o wird durch eine Feder nach rechts vorgespannt und mittels einer Leitung 52 von der Hilfspumpe aus durch den Druck nach links verschoben. In der normalen, dargestellten Lage, verschließt das Ventil 5o eine Beipaßleitung 54 und eine Behälterleitung 56 vom Zugang zu dem Betätigungszylinder 12 ab.

Im Falle von Leckverlusten des Systems an den Abdichtungen 18 oder an anderen Stellen, was zur Unterversorgung der Hilfspumpe 34 an deren Einlaß 6o führt, oder wenn aus sonstigen Gründen deren Auslaßdruck abfällt, verschiebt sich das Beipaßventil 5o nach rechts und öffnet die Beipaßöffnung 54 und die Behälterleitung 56, so daß dem Betätiger und den zugeordneten Durchlässen Ersatzflüßigkeit zugeliefert werden kann. Dies stellt den Druck an die Hilfspumpe wieder her und so schließt sich das Beipaßventil 5o wieder. Wenn dies aus irgendwelchen Gründen nicht eintritt, dann bleibt der Beipaß 54 offen und ermöglicht der Last zu schwimmen. Eine Hilfsfeder 58 kann zur Vorspannung des Kolbens 37 nach rechts für den Fall des totalen Druckabfalls der Hilfspumpe vorgesehen sein. Ein Wechselventil 62 sorgt für einen Zugang für das Wiederauffüllen vom Behälter aus über eine Leitung 6o, und zwar je nach dem welcher der beiden Hauptleitungen 46 oder 48 auf jeweils niedrigerem Druck ist.

609812/0695

Die Hilfspumpe 34 fördert über eine Leitung 64 Steuerflüßigkeit an ein elektrohydraulisches Servoventil 66. Das Ventil 66 gibt diese Flüsigkeit bei modulierten Drücken an zwei Servomotorschaltungen 68 und 7o ab, die zu zwei Servo Zylinder s 72 und 74 führen, die zwei Kolben 76 und 78 steuern, welche wiederum die Schrägscheibe 8o als Verdrängungseinstellungsmechanismus der Pumpe 32 steuern. Eine mechanische Verbindung 82 führt die Lage der Schrägscheibe 8o auf das Servoventil 66 zurück und führt so ein Signal über die Geschwindigkeit des Kolbens 14 ein. Die Kolben 76 und 78 sind mit kleinen zentralen Schmierdurchgängen zur Schrägscheibe versehen, die jedoch nicht groß genug sind, um die Servomotorsteuerung über das Servoventil 66 zu beeinträchtigen. Ein Druckauslaßventil 84 kann zur Begrenzung des Druckes der Hilfspumpe 34 vorgesehen sein.

Für die Leitungen 46 und 48 des Hauptkreislaufes sind keine Auslaßventile vorgesehen, statt dessen jedoch Druckansprechventile 86 und 88 zum Vorbeiführen des Druckes der Leitungen 68 und 7o zum Tank, wenn der Druck in den Leitungen 48 oder 46 jeweils über einen vorbestimmten Wert ansteigt. Dies bringt die Verdrängungseinstelleinrichtung der Pumpe dazu, in eine Lage in der Nähe von Null-Förderung bei einem vorbestimmten Druckpegel zurückzukehren. Die aufgenommene Leistung und damit die entwickelte Wärme in der Stellvorrichtung in kompakter Bauweise wird so auf ein

609812/0695

Minimum gehalten, und zwar entsprechend einem Betriebszustand mit festgelaufener Belastung, d.h., bei zum Stillstand gekommenem hydraulischen Betätiger.

Eine elektrische Befehlssteuereinrichtung 9o gibt ein Befehlssignal an einen Eingangsummierer 92, der ein Rückkopplungssignal von einem linear sich verändernden Differenztransformator Sk am Ausgang des Betätigerkolbens 16 empfängt. Der Transformator weist einen Stator 96 auf, dessen Strom von einem bewegbaren Eingangsglied 98 verändert wird, welches mit der Bewegung der Kolbenstange in Verbindung steht.

Die in dem System entwickelte Wärme kann mittels eines Wärmetauschers 1oo abgeführt werden, dessen eine Seite mit der Luft und dessen andere Seite τιά,ζ der Betriebsflüssigkeit in Verbindung steht, und zwar ist der 'Jäxa? rüscher mit dem Rückkehrkreis der Hilfspumpe verbunden, empfängt Betriebsflüßigkeit aus dem Sumpf der Pumpe 32 und über den Zwischenraum des Motors 28 und gibt die Betriebsflüßigkeit über eine Leitung 1o2-1o4 und ein Filter 1o6 zurück an den Behälter. Der Wärmeaustauscher ist vorzugsweise um den Stator des Elektromotors 28 herum angeordnet und wird von einem Kühlluftstrom gekühlt, der von einem Elektromotor 1o7 und einem Lüfter 1o8 erzeugt wird. Es können auch andere Kühlluftquellen verwendet werden, falls verfügbar, beispielsweise die Stauluft beim Flug

609812/0695

eines Flugzeuges, wonach der Motor 1o7 unerregt bleibt, außer, wenn das Flugzeug sich am Boden befindet. Elektrische Versorgungsanschlüsse 11o sind für die Motore 28 und 1o7, ferner Leiter 112 und 114 vorgesehen.

Im Betrieb werden elektrische Leistung über die Eingangsklemme 11o und Befehlssignale über die Einrichtung 9o zugeführt, wonach das Servoventil die Lage des Betätigungskolbens 14 in Übereinstimmung mit der Lage gemäß Befehl einr. .egelt, indem die Schrägscheibe 8o über die Servomotore 72 und 74 so eingestellt wird, daß die Hauptpumpe 32 gerade die kleine Flüßigkeitsmenge an die richtige Seite des Kolbens 14 liefert, welche zur Aufrechterhaltung von dessen Lage gegen die Widerstandskraft infolge der Steueroberfläche des Luftfahrzeuges oder einer anderen Belastung im entsprechenden Augenblick benötigt wird. Wenn eine Abweichung zwischen dem Befehlssignal der Steuereinrichtung 9o und dem Rückkopplungsignal des Transformators 94 eintritt, liefert der Summierer 92 das entsprechende Eingangssignal an das Servoventil 66 zur Korrektur der Abweichung in einer bei Servosteuersystemen bekannten Art und Weise. Zu den anderen Zeiten während der ausgedehnten Perioden, wenn keine Verstellung des Ausgangsbetätigers notwendig ist, ist die Leistungsaufnahme bei der Pumpe 32 minimal.

609812/0695

Claims

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER PATENTANWÄLTE IN MÖNCHEN UND WIESBADEN Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 SPERRY RAND CORPORATION Troy (Mich.) 48084 USA Patentansprüche

1. Stellvorrichtung in integrierter oder konzentrierter Bauweise,

gekennzeichnet durch einen hydraulischen Betätiger (12,14,16), einen drehbaren Elektromotor (28,30) als Erstantrieb, eine umkehrbare Hydraulikpumpe (32) mit einstellbarer Verdrängung, die von dem Elektromotor (28) angetrieben wird und die Stellvorrichtung antreibt, eine Hilfspumpe (34), die ebenfalls von dem Elektromotor (28) angetrieben ist,

einen Servomotor (76,78), der im Hinblick auf Einstellung der Verdrängung der Hydraulikpumpe (32) verbunden und geschaltet ist und mit Druckmittel von der (zweiten) Hilfspumpe (34) versorgt wird,

ein elektrohydraulisches Servoventil (66) zur Steuerung der Druckmittelzufuhr zum Servomotor (76,78),

6 09812/0695

einen geschlossenen Behälter (36) mit ausdehnbarer Kammer,

eine Einrichtung zur Verbindung des Behälters (36) mit dem Einlaß beider Pumpen (32,34)

und ein einheitliches Gehäuse (10) zum Umschließen aller aufgeführten Bauteile einschließlich des Elektromotors, welcher in der Betriebsflüßigkeit der Pumpen läuft, wobei die Zufuhr elektrischer Leistung zum Elektromotor (28,3o) und eines elektrischen Stell- bzw. Abweichsignals an das Servoventil (66) eine Leistungsverstärkung eines von einer entfernten Befehlsstelle (9o) ausgehenden Befehlssignals allein über elektrische Leiter bewirkt.

2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Betätiger einen Differenzflächen-Kolben (14) und einen Zylinder (12) aufweist und daß der Behälter (36) einen in einem Zylinder geführten Differenzflächenkolben (37) besitzt, der durch den Ausgangsdruck der zweiten Pumpe (34) unter Vorspannung steht und den Behälter unter Vorspannung hält.

3. Stellvorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß ein federbelastetes Ventil (5o) normalerweise während der Operation der Stellvorrichtung durch den Druck der Hilfspumpe (34) geschlossen ist und ein Flüßigkeitsverlust aus der Stellvorrichtung den

6098 12/0695

Druck der Hilfspumpe reduziert, so daß das Beipaßventil (5o) in eine Stellung verschoben wird, bei der der Behälter (36) den Flüßigkeitsverlust ausgleichen kann, bis der Druck der Hilfspumpe wieder hergestellt ist.

4. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beipaßventil (5o) unter Federdruck steht, mit beiden Enden des Betätigungszylinders (22) verbunden ist und normalerweise von dem Druck der Hilfspumpe während der Operation der Stellvorrichtung geschlossen ist, wobei ein Verlust an Flüßigkeit aus der Stellvorrichtung zu einer Verringerung des Druckes der Hilfspumpe führt und das Beipaßventil (5o) den Betätiger (14) überbrückt und die Last schwimmt.

5. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Servoventil (66) ein ai^p Druck ansprechendes und ein überlastbegrenzendes Ventil (86,88) steuert, welches zur Entleerung der Leitungen des Servomotors (76,78) beim Erreichen einer vorbestimmten Druckgrenze in der Stellvorrichtung dient.

6. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Servoventil (66) sowohl auf die Abweichung zwischen dem Befehlssignal und der Lage des Eetätigers als auch auf die momentane Verstel-

609812/0695

lung der ersten Pumpe (32) anspricht.

7. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätiger einen Differenztransformator (94) mit linear veränderlicher Ausgangsspannung aufweist und daß das Servoventil (66) sowohl auf die Abweichung zwischen dem Befehlssignal und der Lage des Betätigers (14) als auch auf die momentane Verstellung der ersten Pumpe (34) anspricht.

8. Stellvorrichtung nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß das federbelastete Ventil die Hilfspumpe (34) mit dem Behälter (36) verbindet.

609812/0695