DE3017080C2 - Elektrohydraulischer Stellantrieb - Google Patents

Abstract

Die Dichtungsrahmen für alternierend angeordnete Anionen- und Kationen-Austauschermembranen eines Membranstapels für die Elektrodialyse umschließen einen netzförmigen Abstandshalter für die dort zur Anlage kommenden Membranen. Um bei diesen Rahmen die netzförmigen Abstandshalter sicher in ihrer Lage zu halten, ohne dabei die Dicke der Dichtungsrahmen zu vergrößern, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Ränder (1a) des netzförmigen Abstandshalters (1) auf einen die Dicke des Rahmens (3) unterschreitenden Wert komprimiert in den aus Kunststoff bestehenden Rahmen (3) so einzuformen, daß die Dicke des in der Kammer liegenden nichtkomprimierten Teiles des Abstandshalters (1) im wesentlichen mit der Dicke des mit linienförmigen Dichtungen (10-16) versehenen Dichtrahmens entspricht. Auf diese Weise entstehen sehr dünne Dichtrahmen mit einer Dicke von etwa 1,0 mm, so daß sich der Wirkungsgrad eines Elektrodialyse-Gerätes von vorgegebenem Volumen erheblich vergrößert.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen Stellantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruches und stellt eine Verbesserung und weitere Ausbildung des Stellantriebes nach Patent 28 23 960 dar.

Bei dem Stellantrieb nach dem Hauptpatent sind den Umschaltventilen jeweils druckseitig Rückschlagventile vorgeschaltet und zwischen den Umschaltventilen und den Zylinderräumen sind Drosseln vorgesehen. Zwischen den Ausgängen der Umschaltventile und den Drosseln sind die Anschlüsse für die Sensoren vorgesehen. Die Umschaltventile sind dabei so geschaltet, daß in der Ruhestellung beide Zylinderräume mit dem Systemdruck beaufschlagt sind. Zum Positionieren wird jeweils eines der Umschaltventile für eine vorbestimmte Zeitdauer mit dem Rücklauf verbunden. Diese Öffnungsdauer wird vom Rechner in Abhängigkeit vom vorgegebenen Verstellweg des Stellzylinders mit variabler PuIsdauer festgelegt Es wird jeweils die aus einem der Zyünderräume austretende OJmenge gesteuert. Bei dieser Anordnung treten im Stelizylindcr Druckänderungen bis zu 50% auf. Dies führt bei der Pulsdauermodulation bei den kleinen gesteuerten ölvolumina infolge der Ölkompressibilität in Abhängigkeit von der Kolbenstellung zu Nichtlinearitäten von über 10%. Darüber hinaus treten erhebliche dynamische Pulsbelastungen der Dichtungen des Stelizylinders auf und darüber himius kommt es zu einer erheblichen Geräuschentwicklung.

Für die Sensoren steht als Betätigungsdruck jeweils nur maximal der halbe Systemdruck zur Verfügung, wodurch eine eindeutige Fehlererkennung erschwert wird. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stellantrieb der oben genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß über den gesamten Kolbenhub Linearität zwischen Eingangssignal und Schrittweite des Stellkolbens gewährleistet ist und darüber hinaus die Belastungen der Dichtungen sowie die Geräuschentwicklung erheblich reduziert werden und zur Verbesserung der Fehlercrkennung ein höherer Druck zur Verfügung steht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches herausgestellten Merkmale.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise vcranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 zeigt das Blocksehaltbild eines Flugzeugstcuerungs- und -regelungssystems mit einem elektrohydraulischen Stellantrieb als Vorsteuereinheit für den Rudersteller.

F i g. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung eines Stellantriebes gemäß der Erfindung.

F i g. 3 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild für den Stellantrieb nach F i g. 2.

Das Steuerungs- und Regelungssystem nach F i g. 1 weist einen als Flugregler arbeitenden Prozeßrechner 2 auf, in den das Pilotenkommando 4 als Sollwert eingegeben wird. Dem Prozeßrechner werden weiter die in üblicher Weise ermittelten Flugzustandsgrößen 6 aufgegeben.

In dem gestrichelt umrandeten Block 8 ist der erfindungsgemäß ausgebildete Stellantrieb in Simplexausführung mit Ausfallerkennung dargestellt. Dieser Stellantrieb weist elektrohydraulische Umschaltventile 10 auf, die über elektrische Signalverbindungen 12,14 vom Prozeßrechner angesteuert werden. Die Umschallventi-Ie sind an ein in F i g. 1 nicht dargestelltes Hydraulikversorgungssystem angeschlossen. Das öl wird über eine Leitung 16 einem Stellantrieb 18 zugeleitet. An eine Druckleitung P_s ist über eine Leitung 22 ein druck- und/ oder strömungsabhängig arbeitender Sensor 24 angeschlossen, der bei jedem Ansprechen der Umschaltventil 10 ein elektrisches Signal abgibt, das über eine Signalverbindung 26 als reine Funktionsbestätigung auf den Prozeßrechner rückgeführt wird. Im Prozeßrechner werden die vom Sensor abgegebenen elektrischen Signale mit den elektrischen Schaltimpulsen für die Schaltventile 10 verglichen, wodurch Ausfälle, z. B. ausgebliebenes Schalten der Umschaltventile, unmittelbar erkennbar sind. Über den proportional wirkenden Stellantrieb 18 wird der Rudersteller 28 gesteuert, der seinerseits ein in F i g. 1 nicht dargestelltes Ruder betätigt. Als elektrohydraulische Umschaltventil sind bistabil

ί! gesteuerte Kugelventile vorgesehen. Mit Kugelventilen sind Ventilschaltzeiten in der Größenordnung von 1 ms erreichbar. Die Ventilschaltzeit sollte so kurz wie möglich sein, da das Auflösungsvermögen direkt von ihr abhängt. Die Durchlaßmenge der Ventile laßt sich durch Pulsmodulation den jeweiligen Forderungen anpassen, wobei die Ventile nach dem Verfahren der differentiellen Pulsdauermodulation angesteuert werden.

Um den Einfluß von Änderungen des durchflußbestimmenden Querschnitts im Umschaltventil auf den Volumenstrom auszuschalten, sind die Umschaltventile vorzugsweise für eine reine Schalterfunktion ausgelegt Der Volumenstrom wird also ausschließlich durch die viskositätsunabhängige Drossel bestimmt

Wie in F i g. 2 dargestellt, ist der Stellzylinder 30 mit einem Stellkolben 32 versehen, dessen beidseitige Beaufschlagungsflächen gleich sind. Die Kolbenstange 34 ist durchgehend ausgebildet und durch die beiden Zylinderdeckel hindurchgeführt Für die Betätigung des Zu- bzw. Abflusses des Drucköls zum Stellzyl'nder 30 sind zwei elektromagnetisch betätigte, bistabil gesteuerte Wegeventile 36, 38 vorgesehen, die identisch ausgebildet und zusammen in einem Gehäuse integriert sein können. Die beiden Wegeventile 36 und 38 sind einstufig ausgebildet und weisen jeweils ein entsperrbares Rückschlagventil 40 und ein Umschaltventil 42 auf. Das Rückschlagventil und das Umschaltventil haben als Ventilverschlußglieder Ventilkugeln 44, 46. Das Rückschlagventil 40 ist mechanisch entsperrbar über einen Ventilstößel 48, der die Kugel 44 gegen den Druck der Feder 50 beaufschlagt. Es ist über eine Leitung 52 mit dem Zylinderraum 54 des Stellzylinders 30 verbunden, wobei da;, Rückschlagventil in Richtung auf die Leitung 52 öffnet

Das Umschaltventil 42 ist an eine hydraulische Druckversorgung Ps angeschlossen, und zwar über eine Drossel 56. Zwischen der Drossel 56 und dem Ventilsitz 58 ist der Anschluß 60 für den Drucksensor 62 vorgesehen. Das Umschaltventil 42 ist weiter über den zweiten Ventilsitz 64 mit der Rücklaufleitung Pr verbunden. Der Miuelanschluß 66 steht mit dem Zulauf des Rückschlagventils 40' des zweiten Wegeventils 38 in Verbindung. Das kugelförmige Ventilverschlußglied 46 wird über einen Ventilstößel 68 mechanisch betätigt und mit dem Ventilstößel gegen den Ventilsitz 58 gepreßt.

Als Antrieb ist ein bistabiles, polarisiertes Drehmagnetsystem 70 vorgesehen mit einem Drehmagnetanker 72. der um eine Drehachse 74 schwenkbar ist. Die Sdicnkelenden des Drehankers 72 wirken -nit den außen liegenden Enden der Ventilstößel 48,68 zusammen, und /war vorzugsweise über verstellbare Anschläge, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Auf dem Drehiinker 72 befinden sich Spulen Wi und W₂, die über die Anschlußdrähie 76. 78 wechselweise pulsförmig mit Snom beaufschlagt werden. Durch die verstellbaren Anschläge werden /wischen den Schenkelenden des Drehankers 72 und den Polen 80 Luftspalte festgelegt.

Zur Erhöhung der Übersichtlichkeit ist in F i g. 3 ein elektrisches Ersatzschaltbild des Stellantriebes wiedergegeben, anhand dessen im nachstehenden die Arbeitsweise des Stellantriebes erläutert werden soll.

Dargestellt ist der Stellantrieb in Ruhestellung. Die beiden Wegeventile 36 und 38 sind hierbei auf Durchlaß /um Ölrücklauf Pr geschaltet. Die beiden Rückschlagventile 40,40' sind geschlossen und halten den Stellkolben 32 des Stcllzylinders 30 zwischen den eingeschlossenen ölsäulen in einer arretierten Stellung. Den Wegeventilen 36 bzw. 38 sind jeweils auf der Zulaufseite die den Durchfluß bestimmenden Drosseln 56, 56' vorgeschaltet Zwischen diesen Strömungswiderständen und dem Druckanschluß der Wegeventile befindet sich der Anschluß für die Sensoren 62 bzw. 62'. Bei Betätigung des Wegeventiles 36 wird dieses auf Durchlaß geschaltet während gleichzeitig das Rückschlagventil 40 ent sperrt wird, wie in F i g. 3 durch die parallel liegenden Überbrückungsschalter veranschaulicht Über das Rückschlagventil 40' kann jetzt eine entsprechende Ölmenge in den linken Zylinderraum des Stellantriebes 30 einströmen, während gleichzeitig aus dem rechten Zylinderraum eine entsprechende Ölmenge über das entsperrte Rückschlagventil 40 in den Rücklauf abströmen kann. Dem Öleinschub wirkt hierbei die Vorspannung des Rückschlagventils 40 entgegen. Dieses kann so eingestellt sein, daß dieser Gegendruck etwa 1% des Systeiiidrucks beträgt Dem Ölausschub wirkt abgesehen vom Leitungswiderstand kein weiterer hydraulischer Widerstand entgegen. Die Druckdifferenz über den Stellkolben 34 wird somit im wesentlichen durch eine Kraft bestimmt, die sich aus der Stellkolbenreibung und der Beschleunigung der Kolbenmasse in Bewegungsrichtung ergibt

Der Wert der Druckdifferenz liegt unter 10% des Systemdrucks. Damit wird eine wesentliche Verringerung des Einflusses der Ölkompressibilität erreicht und Linearität zwischen Eingangssignal und Schrittweite über den ganzen Kolbenhub erhalten. Aufgrund der geringen Druckänderungen und des niedrigen Kammerdruckes treten auch positive Auswirkungen auf die Lebensdauer der dynamischen Dichtungen auf.

Die anhand des Ersatzschaltbildes nach F i g. 3 beschriebene Arbeitsweise wirkt sich bei einem Doppelventil, wie es in F i g. 2 veranschaulicht ist, wie folgt aus.

Das Wegeventil 36 ist in Ruhestellung, wobei über das Umschaltventil 42 die Leitung 66 frei mit dem Rücklauf Pr verbunden ist. Der Zulauf aus der Druckleitung Ps ist über das Umschaltventil 42 abgesperrt. Das Rückschlagventil 40 sperrt den Ausfluß aus dem linken Zylinderraum54.

Das rechte Wegeventil 38 ist geschaltet. Damit ist das Rückschlagventil 40' entsperrt und durch das Umschaltventil 42' der Zulauf von Drucköl aus der Druckleitung Ps freigegeben sowie der Anschluß zum Rücklauf Pr

abgesperrt. Aus der Druckleitung P$ kann öl über die Leitung 66' und das Rückschlagventil 40 sowie die Leitung 52 in den linken Zylinderraum 54 einströmen. Gleichzeitig kann Öl über die Leitung 52', das entsperrte Rückschlagventil 40', die Leitung 66 und das Umso schaltventil 42 in den Rücklauf Pr ablaufen. Damit bewegt sich der Kolben 32 und mit ihm die Kolbenstange 34. Über den hinter der Drossel 56' angeschlossenen und in Ruhestellung des Umschaltventils 42' mit dem vollen Systemdruck Ps beaufschlagten Drucksensor PT₂ wird nach dem Öffnen des Umschaltventils 42' infolge des Druckabfalls auf nahezu den Rücklaufdruck Pr ein elektrisches Signal auf den Prozeßrechner rückgeführt, das als Bestätigung dafür verarbeitet -wird, daß das Umschaltventil 42' tatsächlich geöffnet hat. Die Durchflußmenge pro Zeiteinheit wird durch die Drossel 56' bestimmt. Das Umschaltventil hat Keine durchflußbestimmenden Querschnitte. Es wirkt also lediglich als Schalter.
Nach Einspeisung der durch den.Prozeßrechner vor-

gegebenen Ölmenge wird das Wegeventil 38 in seine Ruhestellung geschaltet. Dabei schließt das Umschaltventil 42' den Zufluß von Drucköl ab, während das Rückschlagventil 40' wieder seine Sperrstellung ein-

nimmt. Die ölvolumina der beiden Zylinderräume 54
und 82 sind damit zwischen den beiden Rückschlagventilen 40 und 40' eingeschlossen. Zur Bewegung des Kolbens 32 in entgegengesetzter Richtung wird das Ventil
geschaltet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrohydraulischer Stellantrieb, insbesondere für Steuerorgane an Luftfahrzeugen, mit einem zweiseitig beaufschlagbaren, an eine Druckseite and einen Rücklauf einer Hydraulikanlage anschließbaren Stellzylinder mit einem Kolben mit gleichen Beaufschlagungsflächen, dem zur Positionierung über durch eine Schaltimpulsfolge betätigte Umschaltventile das benötigte ölvolumen in Form diskreter Ölvolumina zuführbar ist, mit einem Rechner, über den die den Umschaltventilen zuzuleitenden Schaitimpulse festgelegt werden, und mit elektrische Signale abgebenden Sensoren zwischen den Ventilen und dem Stellzylinder und Verbindungen zur Rückführung dieser Signale auf den Rechner, wobei als Umschaltventile bistabil gesteuerte Kugelventile vorgesehen sind, deren Öffnungsdauer vom Rechner in Abhängigkeit vom vorgegebenen Verstellweg des StellzyJinders mit variabler Pulsdauer Festlegbar ist, die von den Sensoren abgegebenen elektrischen Signale als reine Funktionsbestätigung auf den Rechner rückgeführt sind und die Zylinderräume des Stellzylinders über die parallel geschalteten Umschaltventile wechselweise mit der Druckseite und dem Rücklauf der Hydraulikanlage verbindbar sind, wobei weiter Rückschlagventile mit Durchlaß in Richtung auf die Zylinderräume vorgesehen sind, nach Patent 28 23 960, dadurch gekennzeichnet, daß druckseitig vor den Umschaltventilen (36, 38) durchflußbestimmende Drosseln (56, 56') angeordnet sind, daß die Rückschlagventile jeweils als entsperrbare Rückschlagventile (40, 40') ausgebildet und zwischen den Umschaltventilen (42, 42') und den zugehörigen Zylinderräumen (54, 82) des Stellzylinders (30) angeordnet sind, daß die Rückschlagventile (40, 40') und die Umschaltventile (42, 42') so geschaltet sind, d.".ß in der Ruhestellung beide Zylinderräume über die Rückschlagventile abgeschlossen und beide Umschaltventile zum Rücklauf (Pr) geöffnet sind, und daß zum Positionieren des Stellkolbens jeweils eines der Umschaltventile (42,42') auf Durchlaß zum Druckanschluß geschaltet und gleichzeitig das Rückschlagventil (40, 40') vor dem gegenüberliegenden Zylinderraum entsperrt wird, wobei je eines der Umschaltventile (42, 42') und eines der Rückschlagventile (40, 40') zu einem Wegeventil zusammengefaßt sind.