DE400056C - Von Hand verstellbare selbsttaetige Gleichgewichtssteuerung - Google Patents

Description

Eine von Hand verstellbare selbsttätige. Gleichgewichtssteuerung mittels Pendel o. dgl. und selbsttätiger Rückführung ist nicht mehr neu. Die Erfindung, welche eine solche Steuerung betrifft, stellt sich die Aufgabe, die Rückführung durch rückläufige Verstellung des den Servomotor in Gang setzenden Schaltgliedes ohne Rückwirkung auf die Lenkung zu bewerkstelligen und erreicht den angestrebten Zweck hauptsächlich dadurch, daß zwischen dem für die Verstellung von Hand dienenden Getriebe und dem vom Servomotor bewegten Gestänge ein Differenzialgetriebe eingeschaltet ist.

Die Erfindung besteht weiterhin darin, daß bei der an sich bekannten Verstellung des Stellmotors vom Fühlglied aus auf elektrischem Weg die zur Schaltung durch das Fühlglied vorgesehenen Kontakte (Tauch- oder

ao Schleifkontakte) an Vorschalt widerstände angeschlossen sind, derart, daß bei zunehmender Neigung des Flugzeuges immer mehr Widerstände ausgeschaltet werden und somit die Steuergeschwindigkeit zunimmt.

Weiter werden bei Verwendung von Kolbenstellmotoren samt Kolbenschiebern der Erfindung gemäß Einrichtungen vorgesehen, die den Stellkolben und den Schieberkolben stets selbsttätig in die Mittellage zurückführen. Endlich ist gemäß der Erfindung noch eine zweite Lenkvorrichtung vorgesehen, durch welche der Stellkolben und das Steuer mit Umgehung der selbsttätigen Steuerung und ohne Behinderung durch dieselbe unmittelbar verstellt werden kann.

In den Zeichnungen ist in den Abb. 1 bis 6 in einem übersichtlichen Beispiel das Prinzip der Vorrichtung dargestellt, während die Abb. 7 bis 11 die wichtigsten Arbeitsphasen und die Abb. 12 und 13 die praktischen Anwendungsmöglichkeiten schematisch veranschaulichen. Das Sinnesorgan oder der Schaltapparat besteht aus einem teilweise mit elektrisch gut leitender Flüssigkeit 12 (Quecksilber) gefüllten Kommunikationsgefäß 1. welches auf jeder Seite eine Gruppe von je drei Kontakten 4, 5. 6 und 7, 8, 9 trägt und mittels eines Differentialantriebes um seine Querachse 10 gedreht werden kann. Die ersten, in unmittelbarer Nähe der Schaltflüssigkeit 2 gelegenen Kontakte 4 und 7 setzen schon bei geringsten Neigungsänderungen die in ihrem Schaltbereich befindlichen Magnetwicklungen 29,30 des Preßluft- oder Preßflüssigkeitsverteilers unter Strom, wodurch jedoch der Eisenkern 28 nur so weit angezogen wird, daß die in der Ruhestellung offenen Auslaßöffnungen 24, 25 geschlossen werden. Die nächsten Kontakte 5 und 8 sind knapp über den unteren, also auch sehr nahe der Schaltilüssigkeit 2, angebracht. Sie erregen deshalb ebenfalls schon bei geringen Lageänderungen die dazugehörigen Magnetspulen 31,32, mit denen sie aber nicht unmittelbar, sondern unter Zwischenschaltung der Regulierwiderstände 45 und 46 verbunden sind, so daß sie je nach Größe des vorgeschalteten. Widerstandes den Eisenkern 28 mehr oder minder anziehen, wodurch auch die Einlaßöffnungen 2 4 oder 25 mehr oder weniger geöffnet werden. Die Regulierung der Vorschaltwiderstände 45, 46 geschieht durch entsprechende, mit den Kontakten 5, 8 verbundene Schleifkontakte 43, 44, welche jede Bewegung des Schaltapparates mitmachen. Die dritten und zugleich letzten Kontakte 6, 9 sind von der Schaltflüssigkeit 2 ziemlich weil entfernt, reagieren deshalb nur auf größere Neigungsänderungen und sind an die Magnetspulen 31, 32 unmittelbar angeschlossen, welehe sie stets voll erregen, so daß der vollangezogene Eisenkern 28 die Einlaßöffnungen ganz freigibt. Wie .Abb. 3 zeigt, ist der mittlere, mit den Ausgleichrädern 11, 12 versehene Teil

des Differentials mit dem Schaltapparat verbunden, während das Antriebsrad 13 durch die Hebel 15, 16 mit dem Hilfsmotor und das Antriebsrad 14 durch das Schneckenrad 40 und die Schnecke 41 mit dem Handrad 42 in Verbindung steht, so daß der Schaltapparai sowohl vom Hilfsmotor als auch vom Flugzeuglenker sowie von beiden zugleich um seine Querachse 10 verstellt werden kann (Abb. i,2,3J- Die Verstellung des Schaltapparates vom Hilfsmotor erfolgt derart, daß die bei Neigungsänderungen mit der Schaltflüssigkeit in Berührung gebrachten Kontakte stets „entgegengesetzt" der Neigungsrichtung bewegt werden (Abb. 2 und 9).

Der im vorliegenden Beispiele als Kolbenschieber gedachte Druckluft- oder Druckfiüssigkeitsverteiler ist mit einer Federrückstellvorrichtung versehen, welche den Zweck hat, den Verteiler nach jeder Bewegung wieder in die Mittellage zurückzuführen. Dies wird, wie Abb. 1 zeigt, dadurch erreicht,, daß sowohl der bewegliche Teil 27 als auch der feststehende Teil 23 mit je zwei korrespondierenden Anschlägen 35, 36 und 33,34 versehen ist, zwischen welchen sich die Feder 39 befindet, die durch Vermittlung der beiden. Hülsen 37, 38 die beiden Teile in der Mittellage festhält.

Durch eine ähnliche Rückstellvorrichtung .wird der Kolben 19, 20, 21 des Hilfsmotors in seiner Ruhelage fixiert. Der mit den Anschlägen 50, 51 versehene Teil 48 dieser Vorrich- j tung ist bei 49 mit dem Kolben des Hilfs- , motors verbunden, während der mit den Anschlägen 53, 54 versehene Teil 52 am Schnekkenrad 59 bei 58 befestigt ist und durch die mit dem Handrad 61 verbundene Schnecke ' 60 festgehalten wird. Durch die zwischen den Anschlägen befindliche Rückstellfeder 57 werden durch Vermittlung der beiden Hülsen 55, 56 die beiden Rückführteile in der Mittellage gehalten.

Die Wirkungsweise des Apparates ist fol- :

gende:

Wird beispielsweise das Flugzeug durch einen Windstoß usw. derart aus seiner Normallage (Abb. J) gebracht, daß die Kontakte _; 4, 5, 6 (Abb. 8) in die Schaltflüssigkeit 2 eintauchen, so erregt die Stromquelle 47, welche , durch den Kontakt 3 mit der Schaltflüssig-j keit 2 in ständiger Berührung steht, die Ma-gnetwicklungen 30,32, wodurch der Eisenkern 28 angezogen und der bewegliche Teil ^!

27 des Druckluft- oder Druckflüssigkeitsver- ; tellers aus seiner Stellung gebracht wird. Dadurch wird einerseits durch den Ansatz 36 _| und die Hülse 38 die Feder 39 zusammengedrückt, zugleich gelangt bei 25 Preßluft oder ' Preßflüssigkeit hinter den Kolben 19 des , dopp el wirkenden Hilfsmotors. Der Kolben !

' wird verstellt und nimmt durch die am Steg 21 eingehängte Schubstange 18 den Doppelhebel 17 mit. Dies hat zur Folge, daß:

ι. die Steuerorgane aus ihrer Lage gebracht werden (Abb.9);

2. der bei 49 am Doppelhebel 17 befestigte Teil 48 der Federrückführvorrichtung verstellt wird, dessen Ansatz 51 durch die Hülse 56 die Feder 57 mitnimmt, welche dadurch, daß sie auf der Gegenseite durch die Hülse 55 am Ansatz 53 des zweiten Rückführteiles 52 Anlehnung findet, zusammengedrückt wird (Abb. 6);

3. der S.chaltapparat durch die beiden Hebel 15, 16 und des Differential so lange um seine Drehachse 10 entgegengesetzt der Flugzeugneigungsrichtung verstellt wird (Abb. 2 und 9), bis die Kolbenbewegung aufhört;

4. der Schleifkontakt 44 einen Teil des dem Kontakt S vorgeschalteten Regulierwiderstandes 46 abschaltet (Abb. 9).

Wenn nun das Flugzeug unter dem Einfluß der verstellten Steuerorgane 62 in die ursprüngliche Lage zurückzukehren beginnt, so kommen die vom Hilfsmotor zwangsweise aus ihrer Lage gebrachten Kontakte 4, 5, 6 (s. Abb. 9) eine entsprechende Zeit vor Rückkehr des Flugzeuges außer Eingriff; die Magnetentwicklungen 30, 32 werden abgeschaltet; die Feder 39 führt den Verteilerteil 27 in die Mittellage zurück, und die hinter dem Kolben 19 befindliche Druckluft oder Druckflüssigkeit strömt aus. Dies hat zur Folge, daß in diesem Momente die zusammengedrückte Feder 57 (Abb. 6) den Kolben, mithin auch die Steuerfläche 62 und den Schaltapparat, in die Ausgangsstellung (Abb. 7) zurückzuführen beginnt, welche derart rechtzeitig erreicht wird, daß das Flugzeug in seine Lage zurückkehrt, ohne darüber hinauszupendeln, denn während der ganzen Rückstellperiode halten sich die empfindlich eingestellten Kontakte 4, 5 und 7, 8 stets das Gleichgewicht und üben beim Auftreten einer Verzögerung oder Beschleunigung auf der einen Seite, durch sofortiges Auslösen entsprechender Gegenmaßregeln, eine ständige Kontrolle, daß stets nur die zur endgültigen Rückführung erforderliche Kraft eingesetzt wird, so daß ein vollkommener Ausgleich zwischen dem Störungsmoment und der räumlichen und zeitlichen Einwirkung der ausgleichenden Steuerorgane erzielt wird.

Bei entgegengesetzten Gleichgewichtsstörungen kommt die Kontaktgruppe 7, 8, 9 zur Geltung, wobei sich die soeben geschilderten Vorgänge auf der entgegengesetzten Seite abspielen.

Es wurde bereits hervorgehoben, daß sofort mit dem Einsetzen der Kolbenbewegung die Schleifkontakte 43 und 44 verstellt werden, wo-

durch auf der jeweils beeinflußten Kontakt seite der mit dem mittleren Kontakt 5 oder 8 verbundene Regulierwiderstand 46 oder 45 verkleinert wird, wodurch infolge verstärkter Erregung der dazugehörigen Magnetwicklung die Steuergeschwindigkeit der in Tätigkeit befindlichen Hilfsmotorseite erhöht wird. Diese Einrichtung hat für den normalen Horizontalflug (mit normal gestelltem Schaltapparat) insofern besondere Bedeutung, weil durch entsprechende Wahl der Widerstandsstufen die Anordnung derart getroffen wird, daß kleine, außerhalb der Gefahrzone gelegene Störungen sehr geringe Kolbengeschwindigkeiten auslösen, während größere, daher länger andauernde N'eigungsänderungen hervorrufende Störungen schon nach kurzer Zeit bedeutend größere Kolbengeschwindigkeiten zur Folge haben.

Wenn der Flugzeuglenker dem normalgestellten Apparat (Abb. 7) beispielsweise die in Abb. 11 dargestellte Lage erteilen will, so muß er das Lenkrad 42 derart drehen, daß die Kontaktgruppe 7, 8,9 mit der Schaltflüssigkeit 2 in Berührung kommt (Abb. 10), wodurch die erregten Magnetspulen 29, 31 den Eisenkern 28 anziehen, welcher den beweglichen Verteilerteil 27 mitnimmt und dadurch einerseits durch den Anschlag 35 und die Hülse 37 die Rückstellfeder spannt, zugleich aber die Einlaßöffnung 24 freigibt. Durch letztere gelangt Druckluft oder Druckflüssigkeit hinter den Kolben 20, welcher die Steuerfläche 62 so lange verstellt, bis das Flugzeug¹ die gewünschte Lage erreicht (Abb. 11) und die Kontakte 8 und 9 außer Eingriff kommen, während der Kontakt 7 eingeschaltet bleibt und dafür sorgt, daß die hinter dem Kolben befindliche Druckluft oder Preßflüssigkeit , nicht ausströmt. Mit dem Verstellen des Kolbens gelangt die Federrückstellvorrichtung in die in Abb. 5 dargestellte Stellung.

"Der auf diese Art aus der Normallage gebrachte Flugapparat ist mit zunehmender Abweichung gegen zusätzliche Kippkräfte entsprechend empfindlicher, denn ein dem normalgestellten Apparat noch ungefährliches Kippmoment kann bei stark geneigtem Flugzeug die folgenschwersten Katastrophen nach sich ziehen. Aus diesem Grunde muß mit zunehmender Neigung auch den zusätzlichen Störungserscheinungen sofort durch entsprechend energischere Gegenmaßregeln entgegengewirkt werden. Im vorliegenden Falle wird dieser Forderung durch die regulier- ; baren Vorschaltwiderstände 45,46 entsprochen, deren Regulierung die mit dem Schaltapparat verstellbaren Schleifkontakte 43, 44 besorgen. Bei dem im Vorkapitel besprochenen Beispiele wird der Vorschaltwiderstand 46 durch den Schleifkontakt 44 verklei- ; nert (Abb.io undi i), wodurch bei allfälligem Auftreten einer zusätzlichen, die Kontaktgruppe 4, 5, 6 einschaltenden Kippkraft- schon beim Eintauchen des Kontaktes 5 die Steuerflächen 62 mit entsprechend größerer Geschwindigkeit verstellt werden. Der entgegengesetzt liegende Kontakt 8 hingegen ändert .an der Steuergeschwindigkeit der von ihm beeinflußten Hilfsmotorseite nichts, da an dem Regulierwiderstand 45 ebenfalls nichts geändert wird (Abb. 10, in.

Beim Drehen des Handrades 42 im entgegengesetzten Sinne kommt die Kontaktgruppe 4, 5, 6 zur Geltung, und es spielen sich auf der entgegengesetzten Seite die gleichen Vorgänge ab.

Durch Drehen des Handrades 61 wird mittels der Schnecke 60 und des Schneckenrades 59 der mit dem letzteren verbundene Rückstellteil 52 verstellt, wodurch die Feder 61 durch den zweiten Rückstellteil 48 den Kolben mitsamt den Steuerorganen mitnimmt, so daß bei allfälligem Versagen der selbsttätigen Vorrichtung, direkt von Hand aus gesteuert werden kann. Außerdem gestattet diese Einrichtung das jederzeitige Nachstellen der Rückstellvorrichtung, wodurch dem Hilfsmotor in allen Lagen des Flugzeuges, die Ruhelage erteilt werden kann. go

Zur leichteren Erklärung des Prinzipes wurde in vorstehender Beschreibung nur eine Störungsrichtung behandelt. Die Erhaltung des Gesamtgleichgewichtes erfordert jedoch die Sicherung zweier Störungsrichtungen, wobei sich folgende zwei Möglichkeiten ergeben:

ι. Der eine Schaltapparat steht in der Richtung der Längsachse, der zweite hingegen in der Richtung der Querachse, wobei jeder seinen eigenen Hilfsmotor beeinflußt. Diese Anordnung wird bei Flugzeugen, welche für die Längs- und Querachse getrennte Steuerorgane besitzen, Verwendung finden. Eine derartige Einrichtung zeigt die Abb. 12. Der in der Längsrichtung stehende Schaltapparat wirkt durch die Kontakte 4«, 5«, 6« und 7", 8«, 9" und den Hilfsmotor 22" auf das Höhensteuer 65, während der in der Querrichtung stehende Schaltapparat durch die Kontakte 4*, 5*, 6* bzw. 7*, 8^b, g^h und den Hilfsmotor 22'' die beiden, an den Tragflächenenden befindlichen Quersteuerungen 63,64 beeinflußt. Um bei allen Flugzeugstellungen eine senkrechte Lage beider Schaltapparate zu erzielen, sind letztere derart zu einem Ganzen vereinigt, daß sie, kardanisch aufgehängt, gemeinsam um die Längsachse. ίο¹' und Querachse io^, als auch um beide Achsen zugleich verstellt werden können.

2. Die beiden Schaltapparate sind diagonal zur Längs- und Querachse gestellt, wobei wieder jeder Schaltapparat seinen eigenen Hilfs-

motor beeinflußt. Diese Anordnung wird bei , Flugzeugen Verwendung finden, deren Steuerorgane in den Haupttragflächen liegen und durch gleichsinnige oder entgegengesetzte Verstellung sowohl der Längs- als auch Querrichtung entsprechen. In Abb. 13 ist so eine Anordnung dargestellt und zwar beeinflussen die Kontakte 4^C, 5^C, 6^C oder j^c, &^c, g^c des einen Schaltapparates durch den Hilfsmotor 22¹' die in der Tragflächenseite 71 gelegenen j Steuerorgane, während die Kontakte \^d, S^d, 6<* ; oder η^α, 8^d, g^d des zweiten Schaltapparates j durch den Hilfsmotor 22^rf die in der Trag- i flächenseite 72 gelegenen Steuerorgane ein- , stellen. Um bei allen Flugzeuglagen eine ! senkrechte Lage beider Schaltapparate zu er- j zielen, sind diese derart zu einem Ganzen, vereinigt, daß sie, kardanisch aufgehängt, gemeinsam sowohl um die Längsachse io* als

auch um die Querachse io>' oder um beide j Achsen zugleich verstellt werden können. Bei Neigung der beiden Schaltapparate um die • Querachse ιoJ' kommen, je nach der Neigungsrichtung, entweder die beiden Kontaktgruppen 4^C, 5¹V, 6<" und 4^rf, 5^, 6^d oder die gegenüberliegenden Gruppen j^c, 8^C, g^c und 7^d, S^d, g^d zur Geltung, so ,daß die beiden | Steuerorgane 71, 72 gleichartig nach dereinen oder anderen Richtung verstellt werden, wodurch das Flugzeug seine Lage in der Längsrichtung ändert. Werden jedoch die beiden Schaltapparate um die Längsachse 10* geneigt, so sprechen, je nach Neigungsrichtung, entweder die beiden Kontaktgruppen 4^C, 5^C, 6^C und y^d, 8^d, g^d oder die gegenüberliegenden Gruppen 4^d, $^d, 6^d und 7^C, 8^C, g^c an, so daß die beiden Steuerorgane 71,72 nach entgegengesetzten Richtungen verstellt werden, wodurch das Flugzeug gezwungen ist, seine Lage in der Querrichtung zu ändern. Bei dieser Anordnung'wird zur Unterstützung der Steuerbewegung für die Längsrichtung zweckmäßig noch ein entsprechendes Hilfssteuer 75 angebracht, welches mittels eines Differenzials von den beiden Hilfsmotoren 2 i^c und 2 z^d bewegt wird. Durch gegensinnige Verstellung beider Hilfsmotoren werden die damit verbundenen Zahnräder 66, 67 ebenfalls nach entgegengesetzten Richtungen gedreht, wodurch jedoch lediglich das im Hilfssteuerantrieb 70 gelagerte Ausgleichsrad 68 um die Achse 69 gedreht wird, so daß am Hilfssteuer 7$ gar nichts geändert wird. Bei gleichsinniger Verstellung beider Hilfsmotoren jedoch werden die Ausgleichsräder 68, 69 in ihrer Lage durch die beiden Antriebsräder 66,67 fixiert, wodurch der Antrieb 70 mitgenommen und das Hilfssteuer 73 verstellt wird.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Von Hand verstellbare selbsttätige Gleichgewichtssteuerung mittels Pendel o. dgl. und selbsttätiger Rückführung, da~ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem für die Verstellung von Hand dienenden Getriebe und dem vom Servomotor bewegten Gestänge ein Differenzialgetriebe eingeschaltet ist, wodurch die Rückführung durch rückläufige Verstellung des den Servomotor in Gang setzenden Schaltgliedes ohne Rückwirkung auf die Lenkung erfolgt.

2. Von Hand verstellbare selbsttätige Gleichgewichtssteuerung, bei der der Servomotor vom Fühlglied aus auf elektrischem Wege unter Einschaltung von Vorschaltwiderständen in Gang gesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Schaltung durch das Fühlglied vorgesehenen Kontakte (4, 5, 6 und 7, 8, 9) unter Zwischenschaltung weiterer, beim Verstellen des Fühlgliedes gegenüber der Flugzeugachse zur Wirkung kommender Kontakte (43,44) derart an Vorschaltwiderstände (45, 46) angeschlossen sind, daß sowohl bei zunehmender Neigung des Flugzeuges als auch beim Verstellen des Fühlgliedes gegenüber der Flugzeugachse immer mehr Widerstände abgeschaltet oder zugeschaltet werden.

3. Von Hand verstellbare selbsttätige Gleichgewichtssteuerung nach Anspruch 1 mit Kolbenservomotor samt Kolbenschieber, dadurch gekennzeichnet, daß den Stellkolben und den Schieberkolben des Servomotors in die Mittellage zurückführende Federn (57 und 39) an beweglich geführten Hülsen (50, 51 und 37, 38) abgestützt sind, von denen bei Bewegung der Kolben in der einen oder anderen Richtung die jeweils hintere Hülse der Kolbenbewegung folgt, während die andere an einem Anschlag festgehalten wird.

4. Von Hand verstellbare selbsttätige Gleichgewichtssteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Abstützhüisen der Rückstellfeder für den Stellkolben auf einer mit dem Verbindungsgestänge zwischen Stellkolben und Steuer gekuppelten Stange (48) sitzen, wobei der feststehende Anschlag für die Federabstützhülsen durch ein Schneckenradgetriebe (59, 60) von Hand aus verstellbar ist, so daß beim Verstellen des Anschlages die Stange (48) mitverstellt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.