DE3102309A1

DE3102309A1 - "ausfallfixierte elektrohydraulische servovorrichtung"

Info

Publication number: DE3102309A1
Application number: DE19813102309
Authority: DE
Inventors: Donald Yates Cincinnati Ohio Davis
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-01-28
Filing date: 1981-01-24
Publication date: 1981-12-24
Also published as: IT8119337A0; US4375780A; FR2487539B1; GB2069182B; IT1135180B; GB2069182A; JPS56127801A; FR2487539A1

Description

Ausfallfixierte elektrohydraulische Servovorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ausfallfixierte Servovorrichtungen und betrifft insbesondere eine neue und verbesserte Servovorrichtung, in welcher eine Abweichung von einem vorbestimmten Bereich einer elektrischen Eingangsgröße zu einer Fixierung der Lage oder Position der Vorrichtungsausgangsgröße mittels entweder einer hydraulischen oder einer mechanischen Verriegelungseinrichtung führt, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, die nach der Lagefixierung eine gesteuerte Verschiebung oder manuelle Einstellung der Ausgangsgrösse gestattet.

Elektrohydraulische Servoventile finden umfangreiche Verwendung als Schnittstellenvorrichtungen zwischen elektrischen Regelsystemen und mechanischen oder hydraulischen Dosier- oder Betätigungsvorrichtungen. Beispielsweise kann in dem Brennstoffregelsystem eines Gasturbinentriebwerks ein durch einen elektronischen BrennstoffSteuerrechner erzeugtes elektrisches

130052/0459

IO -

Steuersignal an den Eingang eines Servoventils angelegt werden. Auf das elektrische Eingangssignal hin steuert das Servoventil die Bewegung eines Servokolbens, der sich innerhalb einer Bohrung verschiebt, um ein mechanisches Ausgangssignal zu erzeugen, das über eine Reihe von mechanischen Verbindungsgliedern die Stellung eines mechanischen Brennstoff dosierventiIs verändert. Auf diese Weise können der Brennstoffzufluß zu dem Gasturbinentriebwerk und deshalb weitere Triebwerksparamaeter, wie beispielsweise Drehzahlen, in Abhängigkeit von dem durch den Rechner erzeugten elektrischen Signal genau gesteuert werden.

Aufgrund der weit verbreiteten Verwendung von solchen Servoventilen in kritischen Regelsystemen, wie beispielsweise dem oben beschriebenen Brennstoffregelsystem eines Gasturbinentriebwerks, ist es erwünscht, daß die Servovorrichtung ausfallfixiert ist. Mit "ausfallfixierter Servovorrichtung" ist gemeint, daß das mechanische Ausgangselement des Servoventils in dem Fall verriegelt oder lagefixiert wird, in welchem das elektrische Eingangssignal von einem vorbestimmten Wertebereich abweicht. Die Abweichung kann entweder ein Gesamtausfall des elektrischen Eingangssignals oder ein Eingangssignal sein, das oberhalb oder unterhalb des vorbestimmten Bereiches liegt. Die Begriffe "Lagefixierung" oder "lagefixiert" bedeuten deshalb, daß ein Element einer Vorrichtung, wie beispielsweise ihr Ausgangselement, in seiner Lage verriegelt wird.

Die Erfindung umfaßt in einer Ausgestaltung eine ausfall fixierte Servovorrichtung, in der eine Abweichung von einem vorbestimmten Bereich eines elektrischen Eingangssignals der Sei:· vovorrichtung dazu führt, daß deis Ausgangselement der Servovorrichtung lagefixiert wird. Daraber hinaus ist bei der Vorrichtung die Möglichkeit vorgesehen, nach der Lagefixierung sowohl eine gesteuerte langsame Verschiebung (drift) des Ausgangselement.κ als auch eine manuelle Einstel lung des Ausgangselements vorzunehmen .

130052/0459

Die Servovorrichtung enthält in einer besonderen Ausführungsform: ein elektrohydraulisches Servoventil, das die Systemausgangsgröße durch die Bewegung eines in ihm angeordneten Servokolbens liefert; einen in einen HydrauliköJ-behälter eingetauchten Zylinder mit einem Kolben, der mit ihm durch einen Faltenbalg verbunden ist; ein Magnetventil, das, wenn es aufgrund einer Abweichung des elektrischen Eingangssignals der Servovorrichtung von einem vorbestimmten Bereich geschlossen wird, eine hydraulische Verriegelung innerhalb des Zylinders bewirkt, durch die der Kolben verriegelt oder in seiner Lage fixiert wird; und ein mechanisches Gestänge zwischen dem Kolben und dem Servokolben, welches den Servokolben entsprechend in seiner Lage fixiert, wenn der Kolben lagefixiert ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kommt es ebenfalls zu einer Lagefixierung des Ausgangselements, wenn das elektrische Eingangssignal der Vorrichtung von einem vorbestimmten Bereich abweicht. Die Servovorrichtung enthält in diesem Fall: ein elektrohydraulisches Servoventil, bei dem sich die Ausgangsgröße aus der Bewegung eines in ihm angeordneten Servokolbens ergibt; einen Zylinder, der einen Kolben enthält, Reibverriegelungsteile, auf die der Kolben, wenn er betätigt wird, eine Kraft ausübt, eine Stange, die über ein mechanisches Verbindungsglied mit dem Servokolben verbunden ist und auf die die Verriegelungsteile eine radiale Verriegelungskraft ausüben, und Einrichtungen zum Entriegeln der Stange; und ein Magnetventil, das, wenn das elektrische Eingangssignal der Servovorrichtung verloren geht, öffnet und unter Druck stehendem Hydrauliköl gestattet, den Kolben zu veranlassen, eine Betätigungskraft auf die Verriegelungsteile auszuüben, um die Stange zu verriegeln und so den Servokolben in seiner Lage zu fixieren. Die manuelle Einstellung des Ausgangselements ist auch nach der Lagefixierung möglich.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgen-

130052/0459

diMi unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht;

einer Ausführungsform der ausfallfixierten Servovorrichtung nach der Erfindung mit hydraulischer Verriegelung,

Fig. 1A eine schematische Querschnittansicht

der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, die eine alternative Anordnung für das elektromagnetisch betätigte Ventil zeigt,

Fig. 2 eine vergrößerte schematische Quer

schnittansicht des in der ausfallfixierten Servovorrichtung von Fig. 1 enthaltenen Zylinders, die die darin vorgesehene Möglichkeit einer gesteuerten langsamen Verschiebung zeigt,

Fig. 3 eine schematische Querschnittansicht ei

ner zweiten Ausführungsform der ausfallfixierten Servovorrichtung nach der Erfindung mit mechanischer Verriegelung,

Fig. 3A eine schematische Querschnittansicht der

Ausführungsform von Fig. 3, die eine alternative Anordnung für das elektromagnetisch betätigte Ventil zeigt, und

Fig. 4 eine schematische Querschnittansicht, die

die Verriegelungsteile der zweiten Ausführungsform nach der Linie A-A von Fig. zeigt.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer ausfallfixierten Servovorrichtung nach der Erfindung.

130052/0459

Den Ausgang der in Fig. 1 gezeigten Servovorrichtung bildet ein elektrohydraulisches Servoventil 1. Das Servoventil 1 ist eine typische proportionale elektrohydraulische Servoeinrichtung und enthält einen Drehmomentmotor 2, Hydraulikdruckzufuhrleitungen 3 und 4, eine Klappe 5, eine Kraftrückführfeder 6 und eine Einstellschraube 6a, die mit einer Belastungseinstellfeder 6b zusammenwirkt. In einer Bohrung 7 des Servoventils 1 ist ein Servokolben 8 verschiebbar angeordnet. Ein elektrisches Eingangssignal an dem Servoventil 1 bewirkt, daß der Drehmomentmotor 2 die Lage der Klappe 5 entsprechend einstellt. Die Lage der Klappe 5 in bezug auf die Druckzufuhrleitungen 3 und 4 legt den Hydraulikdruck fest, mit dem das Innere des Servoventils 1 und somit die Innenfläche des Servokolbens 8 beaufschlagt wird. Eine Druckdifferenz an dem Servokolben 8 bewirkt, daß dieser sich innerhalb der Bohrung 7 so verschiebt, daß die durch die Federn 6 und 6b und durch die Druckdifferenz an dem Servokolben 8 erzeugten Kräfte ausgeglichen werden. Somit ist die Bewegung des Servokolbens 8 proportional zu dem elektrischen Eingangssignal. Die Bewegung des Servokolbens 8 führt zu einer entsprechenden Ausgangsbewegung, die über einen Ausgangsarm 9 übertragen wird, der in geeigneter Weise mit der äußeren Seite des Servokolbens 8 gelenkig verbunden ist. Ein Verbindungsglied 9a ist an einem Ende gelenkig mit dem Ausgangsarm 9 und an seinem anderen Ende mit irgendeinem Bauteil verbunden, das durch die Ausgangsgröße der Servovorrichtung gesteuert wird. Die mechanische Ausgangsgröße der Servovorrichtung ist deshalb proportional zu dem elektrischen Eingangssignal der Vorrichtung. Es ist zwar ein Servoventil mit einer Klappenventilanordnung gezeigt, es kann jedoch jedes andere elektrohydraulische Servoventil benutzt werden, bei dem die Ausgangsgröße proportional zu der Eingangsgröße ist.

Die ausfallfixierte Servovorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt

130052/04B9

ist, arbeitet mit hydraulischer Verriegelung und enthält einen Zylinder 10 sowie einen Kolben 11, der innerhalb des Zylinders verschiebbar angeordnet ist. Ein Faltenbalg 12 ist an einem Ende mit dem Umfang des Kopfes des Kolbens 11 und am anderen Ende mit dem Rand des Zylinders 10 dicht verbunden, so daß das äußere Ende des Zylinders 10 fluiddicht bleibt und der Kolben 11 für eine Hin- und Herbewegung darin relativ frei ist. Das untere oder innere Ende des Zylinders 10 ist mit einer Drosselbohrung 13 versehen, an die eine Leitung 14 angeschlossen ist. Die Leitung 14 stellt eine Verbindung her für den Hydrauliköldurchfluß zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Zylinders 10, wobei der Hydrauliköldurchfluß in einer Weise und für einen Zweck gesteuert wird, die weiter unten beschrieben sind.

Vorzugsweise ist die gesamte Servovorrichtung innerhalb eines fluiddichten Behälters angeordnet, der mit 14a bezeichnet ist, und ist in einen darin vorhandenen Hydraulikölvorrat (nicht gezeigt) eingetaucht. Statt dessen können wenigstens der Zylinder 10, der Kolben 11 und die Leitung 14 zum Einlassen von Hydrauliköl in den Zylinder 10 in den Fluidbehälter eingetaucht sein. In jeder derartigen Anordnung ist der Kolben 11 in der Lage, sich frei in dem Zylinder 10 zu verschieben oder hin- oder herzubev/egen, weil das Hydrauliköl innerhalb des Zylinders 10 frei durch die Drosselbohrung 13 und die Leitung 14 in den oder aus dem Hydraulikölvorrat außerhalb des Zylinders 10 fließen kann.

Dieser Hydraulikölfluß wird jedoch durch ein Ventil 15 in der Leitung 14 gesteuert, das in seiner offenen Stellung dem Hydrauliköl gestattet, sich durch die Leitung 14 zu bewegen, aber in seiner geschlossenen Stellung den Hydrauliköldurchfluß durch die Leitung 14 verhindert. Wenn das Ventil 15 geschlossen ist, ist somit das Hydrauliköl in dem Teil des Hydraulikkreises eingeschlossen, der den Zylinder 10 und den zwischen dem Zylinder 10 und dem Ventil 15 gelegenen Teil des

130052/0459

Hydraulikkreises beinhaltet. Infolgedessen ist bei geschlossenem Ventil 15 der Kolben 11 in seiner Lage innerhalb des Zylinders 10 hydraulisch verriegelt.

Das Ventil 15 wird zwischen seiner offenen und seiner geschlossenen Stellung vorzugsweise mit Hilfe einer Magnet-

Magnet- bzw.

spule 16 betätigt. In einer Ausführungsform arbeitet die/ Zylinderspule 16 in Kombination mit einer Feder 17 derart, daß, wenn elektrischer Strom für die Zylinderspule verfügbar ist, das Ventil 15 gegen die Vorspannkraft der Feder in seiner offenen Stellung gehalten wird, aber, wenn kein oder ein unzureichender Strom zum Erregen der Zylinderspule 16 zum Überwinden der Kraft der Feder 17 verfügbar ist, die Feder das Ventil 15 in seine geschlossene Stellung drückt. In dieser Anordnung wird elektrischer Strom zum Erregen der Zylinderspule 16 und zum Betätigen des Servoventils 1 über ein Relais 18 aus einer elektrischen Steuereinrichtung 19 der Servovorrichtung geliefert. Die Steuereinrichtung 19 kann irgendeine geeignete Einrichtung sein, die in der Lage ist, der Servovorrichtung ein wirksames elektrisches Eingangssignal zu liefern. Die Steuereinrichtung 19 kann, beispielsweise, eine elektrische Stromquelle sein. Sie kann andererseits eine elektronische Steuereinrichtung sein, die elektrische Signale aus einer anderen Quelle (nicht gezeigt) empfängt, um die Ausgangsgröße der Servovorrichtung zu vergrößern oder zu verkleinern. Sollte die elektronische Steuereinrichtung ein Signal empfangen, das als ein überstrom- oder als ein Unterstrom- oder ein Kein-Strom-Signal festgelegt worden ist, wobei letzterer Fall auftreten würde, wenn die gesamte elektrische Stromversorgung aufgrund eines Generatorversagens ausfällt, würde die Steuereinrichtung dem Relais ein elektrisches Eingangssignal liefern. Wenn die Servovorrichtung somit kein elektrisches Eingangssignal empfängt, erfolgt die hydraulische Verriegelung des Kolbens 11, weil für die Zylinderspule 16 kein ausreichender Strom zur Verfügung steht und diese daher die Feder 17 nicht daran hindern kann,

130052/0459

das Ventil 15 zu schließen.

In einer anderen Anordnung, die in Fig. 1A gezeigt ist, arbeitet das Relais 18 so, daß die Zylinderspule 16 keinen elektrischen Strom empfängt, wenn die elektrische Steuereinrichtung 19 ein Eingangssignal zu der Servovorrichtung schickt, und die Feder 17 ist so angeordnet, daß sie das Ventil 15 in seiner offenen Stellung hält. In einer solchen Anordnung gestattet das Relais 18, wenn die Servovorrichtung kein Eingangssignal aus der Steuereinrichtung 19 empfängt, einer Hilfsstromquelle, wie beispielsweise einer Batterie 20, die Zylinderspule 16 zu erregen, die dann das Ventil 15 schließt und bewirkt, daß der Kolben 11 in seiner Lage hydraulisch verriegelt wird.

Der Servokolben 8 ist über ein gelenkiges Gestänge? mit dem Kolben 11 so verbunden, daß, wenn der Kolben 11 in seiner verriegelten Stellung ist, der Servokolben 8 ebenfalls verriegelt oder lagefixiert ist. Ein Beispiel für eine derartige mechanische Verbindung ist in Fig. 1 gezeigt und enthält einen Hebelarm 21, der an einem Ende mit dom Servoventilausgangsarm 9, am anderen Ende mit dem Kolben 11 und in seiner Mitte mit einem Drehpunkt 22 verbunden ist. Wenn der Kolben 11 in der oben beschriebenen Weise in seiner Lage verriegelt ist, sind daher der Servokolben 8 und der Ausgangsarm 9 ebenfalls verriegelt oder lagefixiert, wodurch irgendein Bauteil, das mit dem Servokolben über das Verbindungsglied 9a verbunden ist, ebenfalls lageverriegelt ist.

Eine Einrichtung zum manuellen Einstellen kann in der Vorrichtung ebenfalls vorgesehen sein. Gemäß Fig. 1 ist eine solche Einrichtung beispielsweise ein feststehendes Teil 22a mit Innengewinde, in das ein Einstellteil 22b eingeschraubt ist. Ein Ende des Einstellteils 22b ist mit dem Drehpunkt 22 verbunden, so daß sich der Drehpunkt 22 bewegt, wenn das Einstellteil in dem Teil 22a gedreht wird. Diese Einrichtung gestattet, den Ausgangsarm 9 und das Ver-

130052/0469

bindungsglied 9a in gewünschter Weise sogar dann einzustellen, wenn der Kolben 11 in seiner Stellung verriegelt ist. Eine solche Einstellmöglichkeit ist bei dem Bauteil, das durch die Bewegungen des Ausgangsarms 9 beeinflußt oder gesteuert wird, manchmal erwünscht.

Ein weiteres Merkmal, das in der oben beschriebenen Servovorrichtung enthalten sein kann, ist die Möglichkeit einer gesteuerten langsamen Verschiebung oder Drift. Gemäß Fig. 2 ist in einem Wandabschnitt des Zylinders 10 eine Drosselbohrung 24 vorgesehen, an der eine Leitung 25 befestigt ist. Die Leitung 25 stellt eine Verbindung zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Zylinders 10 her. In dieser Anordnung wird, wenn das Ventil 15 schließt, dem innerhalb des Zylinders 10 und in dem zwischen dem Ventil 15 und dem Zylinder gelegenen Teil der Leitung 14 eingeschlossenen Hydrauliköl gestattet, langsam durch die Drosselbohrung 24 und die Leitung 25 zu entweichen. Der Kolben 11 wird sich infolgedessen aus seiner anfänglichen verriegelten Stellung mit einer Geschwindigkeit verschieben, die durch die Größe der Drosselbohrung 24 gesteuert wird. Die gewünschte Verschiebungs- oder Driftgeschwindigkeit kann durch vorbestimmte Auswahl einer richtig bemessenen Drosselbohrung erzielt werden. Um jedoch eine langsame Verschiebung oder Drift hervorzurufen, muß das Servoventil 1 vorgespannt werden, so daß, wenn kein Eingangssignal aus der elektrischen Steuereinrichtung 19 empfangen wird, der Servokolben 8 gezwungen wird, sich zu verschieben, so daß auch der Kolben 11 gezwungen wird, sich innerhalb des Zylinders 10 zu verschieben und auf diese Weise Kräfte auf das Hydrauliköl darin auszuüben, was dazu führt, daß das Hydrauliköl über die Drosselbohrung 24 ausgestoßen oder eingesaugt wird.

Die ausfallfixierte Servovorrichtung arbeitet in dieser Ausführungsform folgendermaßen: wenn das elektrische Eingangssignal der Servorrichtung von einem vorbestimmten Be-

130052/0459

reich abweicht, sendet die elektrische Steuereinrichtung 19 kein elektrisches Eingangssignal zu dem Relais 18, das Magnetventil 15 schließt und schließt das Hydrauliköl in dem Zylinder 10 und in dem zwischen dem Ventil und dem Zylinder gelegenen Teil der Leitung 14 ein. Der Kolben 11 wird auf diese Weise in seiner Lage hydraulisch verriegelt. Der Ausgangsarm 9 hat dann eine feste Lage, da er über den angelenkten Hebelarm 21 mit dem Kolben 11 mechanisch verbunden ist. Der Ausgangsarm 9 kann mit Hilfe der manuellen Einstelleinrichtung 22a manuell eingestellt werden, die den Drehpunkt 22 des Hebelarms 21 verstellt. Wenn die Servovorrichtung darüber hinaus die Drosselbohrung 24 und die Leitung 25 aufweist, wird sich der Ausgangsarm 9 aus seiner festgelegten Stellung heraus mit einer Geschwindigkeit langsam verschieben, die durch die Größe der Drosselbohrung 24 gesteuert wird, und in einer Richtung, die durch die Vorspannung gesteuert wird, welche das Servoventil 1 liefert. Wenn das elektrische Eingangssignal an der Servovorrichtung wieder innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt, öffnet das Ventil 15 und gestattet dem Kolben 11, sich innerhalb des Zylinders 10 frei zu verschieben. Der Ausgangsarm 9 ist somit nicht langer lagefixiert.

Eine zweite Ausführungsform der ausfallfixierten Servovorrichtung, die in Fig. 3 gezeigt ist, arbeitet zwar mit mechanischer Verriegelung, kann aber ansonsten im wesentlichen denselben Aufbau wie die zuerst beschriebene Ausführungsform haben. Demgemäß werden dieselben Bezugszahlen benutzt, um in beiden Ausführungsformen gleiche Teile zu bezeichnen. Die zweite Ausführungsform enthält einen Zylinder 26 und einen Kolben 27, der in dem Zylinder verschiebbar angeordnet ist. Der Kopf des Kolbens 27 hat eine Drosselbohrung 28. Der Boden oder dasjenige Ende des Zylinders, das näher bei der Drosselbohrung 28 ist, hat ebenfalls eine Drosselbohrung 29, die zu einer Leitung 30 führt. Die Leitung 30 ist mit einer Hydraulikdruckquelle verbunden. Eine Druckquelle, die benutzt werden kann, ist diejenige, die auch für das Servoventil 1

130052/0469

benutzt wird und mit P bezeichnet ist. Es kann jedoch jede geeignete Quelle benutzt werden, solange der Druck selbst dann aufrechterhalten wird, wenn es zu einer Abweichung des elektrischen Eingangssignals der Servovorrichtung von einem vorbestimmten Bereich kommt.

In der Leitung 30 ist ein Ventil 31 vorgesehen, welches durch eine Magnetspule 32 in Zusammenwirkung mit einer Feder 33 betätigt wird. Solange die elektrische Steuereinrichtung 19 ein elektrisches Eingangssignal zu der Servovorrichtung sendet, bleibt das Ventil 31 in seiner geschlossenen Stellung und verhindert somit, daß unter Druck stehendes Hydrauliköl in den Zylinder 26 eintritt. Wenn jedoch die Steuereinrichtung 19 kein elektrisches Signal zu der Servovorrichtung sendet, öffnet das Ventil 31 und läßt unter Druck stehendes Hydrauliköl in den Zylinder 26 eindringen. Fig. 3 zeigt eine Anordnung, die die richtige Bewegung des Ventils 31 in der oben beschriebenen Weise gewährleistet. In dieser Anordnung schickt das Relais 34, wenn ein elektrisches Eingangssignal aus der Steuereinrichtung 19 empfangen wird, elektrischen Strom zu der Zylinderspule 32, um diese zu erregen und ihr zu gestatten, das Ventil 31 in der geschlossenen Stellung zu halten. Wenn kein elektrisches Eingangssignal aus der Steuereinrichtung 19 empfangen wird, hört die Stromzufuhr zu der Zylinderspule 32 auf und die Feder drückt das Ventil 31 in seine geöffnete Stellung. In einer anderen Anordnung, die in Fig. 3A gezeigt ist, sind die Zylinderspule 32 und die Feder 33 anders angeordnet, so daß, wenn ein elektrisches Eingangssignal aus der Steuereinrichtung 19 empfangen wird, das Relais 34 der Zylinderspule 32 gestattet, entregt zu bleiben, und die Feder 33 das Ventil 31 in seine geschlossene Stellung drückt. Wenn jedoch das elektrische Eingangssignal aus der Steuereinrichtung 19 null ist, gestattet das Relais 34 einer Hilfsstromquelle, wie beispielsweise der Batterie 20, die Zylinderspule 32 zu erregen und das Ventil 31 zu öffnen.

130052/0469

Eine Stange 35 ist mit dem Servokolben 8 und mit dem Ausgangsarm 9 mechanisch derart verbunden oder gekuppelt, daß, wenn die Stange 35 in ihrer Lage verriegelt ist, der Ausgangsarm 9 ebenfalls in seiner Lage verriegelt oder fixiert ist. Eine in Fig. 3 gezeigte Anordnung, bei der das erreicht wird, beinhaltet die Verwendung eines Hebelarms 36, der an einem Ende mit dem Ausgangsarm 9, am anderen Ende mit der Stange 35 und in seiner Mitte mit einem Drehpunkt 37 verbunden ist. Jede andere geeignete Anordnung kann effektiv benutzt werden, solange der Ausgangsarm 9 in seiner Lage fixiert ist, wenn die Stange 35 verriegelt ist. Darüber hinaus kann eine manuelle Einstelleinrichtung in der Servovorrichtung vorgesehen sein. Ein Beispiel für eine solche Einrichtung, die in Fig. 3 gezeigt ist, umfaßt ein feststehendes, mit Innengewinde versehenes Teil 37a, in das ein Einstellteil 37b eingeschraubt ist. Ein Ende des Einstellteils 37b ist mit dem Drehpunkt 37 verbunden, so daß, wenn das Einstellteil in dem Teil 37a gedreht wird, sich der Drehpunkt 37 bewegt. Diese Einrichtung gestattet bei Bedarf eine manuelle Einstellung des Ausgangsarms 9, nachdem er in seiner Lage fixiert ist.

Der von der Leitung 29 abgewandte Teil des Zylinders 26 enthält wenigstens ein und vorzugsweise mehrere Reibverriegelungsteile 38, die mit der Stange 35 zusammenwirken, um sie gemäß dem Hydraulikdruck, der in dem Zylinder 26 ausgeübt wird, zu verriegeln und freizugeben. Gemäß den Fig. 3 und 4 enthält eine wirksame Anordnung zwei keilförmige Reibverriegelungsteile 38, deren äußere Flächen sich unter einem Winkel erstrecken, welcher dem Winkel eines Randes des Kolbens entspricht, der mit den Verriegelungsteilen zusammenwirkt. Die Form der Innenflächen der Verriegelungsteile 38 entspricht der Form der Stange 35, die zwischen ihnen verschiebbar gelagert ist. Eine Vorspanneinrichtung, wie beispielsweise eine Feder 39, ist vorgesehen, um den Kolben 27 immer dann zu der Leitung 29 zu drücken, wenn das Ventil 31 geschlossen ist. Das gestattet den Verriegelungsteilen 38, die etwas Bewegungsfreiheit in

130052/0459

einer Richtung radial von der Stange 35 weg und rechtwinkelig zu der Bewegungsrichtung des Kolbens 27 haben, sich ausreichend zu trennen, damit die Stange 35 sich zwischen ihnen frei bewegen kann. Wenn jedoch das Ventil 31 öffnet und unter Druck stehendes Hydrauliköl in den Zylinder 26 einläßt, ist die auf den Kopf des Kolbens 27 einwirkende Hydraulikölkraft ausreichend, um die Kraft der Federn 39 zu überwinden und den Kolben 27 gegen die Verriegelungsteile 38 zu bewegen. Die Verriegelungsteile 38 werden ihrerseits durch eine Nockenwirkung nach innen in Berührung mit der Stange 35 gedruckt, wobei sie ausreichende Radialkräfte auf die Stange 35 ausüben, um sie in der in Fig. 3 gezeigten Stellung zu verriegeln.

Wenn das Ventil 31 schließt, wird der auf die Kopfseite des Kolbens 27 ausgeübte Druck durch das Entweichen von Hydrauliköl über die Drosselbohrung 28 ausreichend verringert, so daß die Feder 39 den Kolben 27 zurück zu der Drosselbohrung 29 bewegen kann, was den Verriegelungsteilen gestattet, sich zu trennen und die Stange 35 zu entriegeln.

Fig. 3 zeigt zwar die Verriegelungsteile 38 keilförmig ausgebildet, es kann jedoch jede andere Form oder jeder andere Typ eines Verriegelungsteils benutzt werden, sofern dieses Teil die Kraft des Hydrauliköls, die auf den Kolben 27 ausgeübt wird, in eine Verriegelungskraft umsetzt, welche bewirkt, daß die Stange 35 in Längsrichtung festgehalten wird.

Diese Ausführungsform der ausfallfixierten Servovorrichtung arbeitet folgendermaßen: wenn das elektrische Eingangssignal an der Servovorrichtung von einem vorbestimmten Bereich abweicht, sendet die elektrische Steuereinrichtung 19 kein elektrisches Eingangssignal zu dem Relais 34, das elektromagnetisch betätigte Ventil 31 öffnet und gestattet unter Druck stehendem Hydrauliköl, in den Zylinder 26 einzudringen und den Kolben 27 gegen die Verriegelungsteile 38 zu drücken, welche radial nach innen gerichtete Kräfte auf die Stange 35 ausüben, um sie in ihrer Lage zu verriegeln. Der Ausgangsarm 9, der mit der Stange

130052/0469

35 verbunden ist, wird dadurch ebenfalls in seiner Lage verriegelt oder fixiert. Eine manuelle Einstellung der Position des Ausgangsarms 9, nachdem dieser lagefixiert ist, ist möglich, wenn die manuelle Einstelleinrichtung 37a vorhanden ist.

130052/0468

Leerseite

Claims

Ansprüche

iJ Ausfallfixierte elektrohydraulische Servovorrichtung, in welcher die mechanische Ausgangsgröße proportional zu der elektrischen Eingangsgröße der Servovorrichtung ist, gekennzeichnet durch:

a) ein elektrohydraulisches Servoventil (1), das einen Servokolben (8) enthält;

b) einen Zylinder (10), der eine Leitung (14) hat, die eine Verbindung mit einer Hydraulikölquelle herstellt und eine Betätigungseinrichtung enthält, die ein Teil (11) aufweist, das einen in dem Zylinder längsverstellbaren Teil hat;

c) eine Einrichtung (15, 16, 17), die ein Ventil (15) in der Leitung enthält und bewirkt, daß, wenn die elektrische Eingangsgröße der Servovorrichtung von einem vorbestimmten Bereich abweicht, das Ventil betätigt und ein Hydraulikölzustand in dem Zylinder hergestellt wird, mittels welchem das Teil (11) darin in seiner Lage in Längsrichtung verriegelt wird, und daß, wenn die elektrische Eingangsgröße innerhalb des vorbestimmten Bereiches ist, das Teil (11) freigegeben wird; und

d) eine Einrichtung (9, 21), die den Servokolben (8) und das Teil (11) gelenkig miteinander verbindet, wodurch der Servokolben in seiner Lage fixiert ist, wenn das Teil (11) verriegelt ist.

130052/0459

Servovorrichtung nach Anspruch 1, durch

gekennzeichnet

einen Zylinder (10), der in einen Hydraulikölvorrat (14a) eingetaucht ist, im wesentlichen hydrauliköldicht ist, eine Leitung (14) hat, die einen Hydrauliköldurchfluß zwischen seinem Inneren und dem Hydraulikölvorrat bildet, und einen Kolben (11) enthält, der darin längspositionierbar und in hydrauliköldichter Beziehung mit ihm ist;

eine Einrichtung (15, 16), die ein Ventil (15) in der Leitung (14) enthält und bewirkt, daß, wenn die elektrische Eingangsgröße der Servovorrichtung von einem vorbestimmten Bereich abweicht, das Ventil geschlossen und Hydrauliköl in dem Zylinder eingeschlossen wird, wodurch der Kolben in seiner Lage in dem Zylinder hydraulisch verriegelt wird.

3. Servovorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen in dem Zylinder (26) enthaltenen Kolben (27), der durch Hydrauliköldruck in dem Zylinder verschiebbar ist; eine Einrichtung (31, 32, 33), die ein Ventil (31) in der Leitung (30) enthält und bewirkt,

130052/0469

daß, wenn die elektrische Eingangsgröße dtjr Servovorriclitung von einem vorbestimmten Bereich abweicht, das Ventil geöffnet wird, um eine Verschiebung des Kolbens hervorzurufen; eine Stange (35), die sich verschiebbar in den Zylinder erstreckt;

eine Verriegelungseinrichtung (38),die mit dor Stange und dem Kolben zusammenwirkt, um durch Reibschluß die Stange relativ zu dem Zylinder bei Betätigung des Kolbens zu verriegeln; und

eine Einrichtung (9, 36), die den Servokolben und die Stange gelenkig miteinander verbindet, wodurch der Servokolben in seiner Lage fixiert ist, wenn die Stange verriegelt ist.

4. Servovorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrohydraulische Servoventil (1) vorgespannt ist, um den Servokolben (8) zu zwingen, sich in einer vorbestimmten Richtung zu bewegen, wenn die elektrische Eingangsgröße der Servo vor rich tuna von einem vorbest i.mmten Boreich abweicht, und daß der Zylinder (10) eine Drosselbohrung (24) aufweist, die eine Verbindung zwischen seinem Inneren und dem Hydraulikölvorrat herstellt und bewirkt, daß sich der Kolben ODaus seiner anfänglichen hydraulisch verriegelten Lage mit einer Geschwindigkeit, die durch die Drosselbohrung festgelegt wird, und in einer Richtung, die durch die Vorspannung des Servoventils festgelegt wird, herausbewegt.

5. Servovorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (9, 21), die den Servokolben (8) und den Kolben (11) gelenkig miteinander vorbindet, eine Einrichtung (22, 22a, 22b) zum manuellen Einstellen der Lage des Servokolbens in dem Servoventil (1) aufweist.

6. Servovorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (9, 21) zum gelenk!-

130052/0459

gen Miteinanderverbinden des Servokolbens (8) und des Kolbens (11) einen Hebelarm (21) aufweist, der an einem Ende an dem Servokolben, an seinem anderen Ende an dem Kolben und zwischen seinen Enden an einem Drehpunkt (22) angelenkt ist, wobei der Drehpunkt manuell verschiebbar ist, um dadurch die Lage des Servokolbens indem Servoventil. (1) einzustellen.

7. Servovorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (15) in der Leitung (14) ein elektromagnetisch betätigtes Ventil (15, 16) ist.

8. Servovorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetisch betätigte Ventil (15, 16) durch eine Hilfsstromquelle (20) erregt wird, wenn die elektrische Eingangsgröße der Servovorrichtung von dem vorbestimmten Bereich abweicht.

9. Servovorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (11) einen Kopf und eine Stange aufweist und daß der Zylinder einen rohrförmigen Faltenbalg (12) enthält, dessen entgegengesetzte Enden mit einem Rand des Zylinders (10) und mit dem Kopf des Kolbens dicht verbunden sind.

10. Ausfallfixierte elektrohydraulische Servovorrichtung, in der die mechanische Ausgangsgröße proportional zu der elektrischen Eingangsgröße der Servovorrichtung ist, gekennzeichnet durch

a) ein elektrohydraulisches Servoventil (1), das einen Servokolben (8) enthält, eine Einrichtung (5, 6, 6b) zum Vorspannen des Servokolbens in einer vorbestimmten Richtung, wenn die elektrische Eingangsgröße an der Servovorrichtung von einem vorbestimmten Bereich abweicht;

b) einen Zylinder (10), der in einen Hydraulikölvorrat eingetaucht ist, im wesentlichen hydrauliköldicht ist, eine

130052/0459

Leitung (14) und eine Drosselbohrung (13) hat, die jeweils einen Hydrauliköldurchfluß zwischen dem Inneren des Zylinders und dem Hydraulikölvorrat gestatten, und einen Kolben (11) enthält, der einen Kopf und eine Stange aufweist und in dem Zylinder längspositionierbar ist, und einen rohrförmigen Faltenbalg (12), dessen entgegengesetzte Enden mit einem Rand des Zylinders und mit dem Kopf des Kolbens dicht verbunden sind;

c) ein elektromagnetisch betätigtes Ventil (15, 16) in der Leitung (14), das schließt, wenn die elektrische Eingangsgröße der Servovorrichtung von einem vorbestimmten Bereich abweicht, und Hydrauliköl in dem Zylinder einschließt, um dadurch den Kolben in seiner Lage vorübergehend zu verriegeln, wobei die Einrichtung (5, 6, 6b) zum Vorspannen des Servokolbens bewirkt, daß der Kolben in den Zylinder gedrückt wird, um Hydrauliköl aus diesem auszutreiben und den Kolben zu entriegeln, und wobei das Ventil (15, 16) öffnet, wenn die elektrische Eingangsgröße innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt; und

d) einen Hebelarm (21), der an einem Ende an dem Servokolben (8), an seinem anderen Ende an dem Kolben (10) und zwischen seinen Enden an einem Drehpunkt (22) angelenkt ist, wodurch der Servokolben in seiner Lage fixiert ist, wenn der Kolben verriegelt ist, wobei der Drehpunkt manuell verschiebbar ist, um dadurch das Einstellen der Position des Servokolbens in dem Servoventil zu ermöglichen-

11. Servovorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (9, 36), den Servokolben (8) und den Kolben (27) gelenkig miteinander verbindet, eine Einrichtung (37a, 37b) zum manuellen Einstellen der Position des Servokolbens in dem Servoventil (1) aufweist.

12. Servovorrichtung nach Anspruch 3 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (9, 36), die den Servokolben (8) und den Kolben (27) gelenkig miteinander verbindet, einen He-

130052/0459

beiarm (36) aufweist, der an einem Ende an dem Servokolben, an seinem anderen Ende an dem Kolben und zwischen seinen Enden an einem Drehpunkt (37) angelenkt ist, wobei der Drehpunkt manuell verschiebbar ist, um dadurch die Lage des Servokolbens einzustellen.

13. Servovorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung wenigstens ein Reibschlußverriegelungsteil (38) in dem Zylinder (26) und eine Kurvenfläche aufweist und daß der Kolben (27) eine Kurvenfläche hat, die mit der Kurvenfläche des Verriegelungsteils zusammenwirkt, damit, wenn der Kolben betätigt wird, das Reibschlußverriegelungsteil in Berührung mit der Stange (35) gedrückt wird.

14. Servovorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungseinrichtung mehrere keilförmige Reibschlußverriegelungsteile (38) aufweist, die die Stange (35) umgeben und etwas Bewegungsfreiheit in einer Richtung radial zu dieser haben, und daß der Kolben (27) bei Betätigung mit den Verriegelungsteilen zusammenwirkt, um die Verriegelungsteile in reibschlüssige Verbindung mit der Stange zu drücken.

15. Servovorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 11 bis 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (39) zum Entriegeln der Stange (35) relativ zu dem Zylinder (26), wenn die elektrische Eingangsgröße an der Servovorrichtung innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt.

16. Servovorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (31) in der Leitung (30) ein elektromagnetisch betätigtes Ventil (31, 32) ist.

17. Servovorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetisch betätigte Ventil (31, 32) durch eine Hilfsstromquelle (20) erregt wird, wenn die elektrische

130052/0459

EiiKjancjsyröße dor ίύτνοι rjclUiimi von dem voiln'st i nunten Bereich abweicht.

18. Ausfallfixierte elektrohydrau]isehe Servovorrichtung, in der die mechanische Ausgangsgröße proportional zu dielektrischen Eingangsgröße der Sei vovoiric.hl unu ist, <n·- kennzeichnet durch:

a) ein elektrohydraulisches Servoventil (1), dns einen Seivokolben (8) enthält;

b) einen Zylinder (26), der eine Leitung (30) hut.., die eine Verbindung für Hydraul iköl aus einer Druckquelle (P ) desselben herstellt und einen Kolben (27) enthält, der einen Teil hat, welcher eine Kurvenfläche bildet, und in dem Zylinder auf Hydrauliköldruck in dem Zylinder hin längsverschiebbar ist;

c) eine Einrichtung (30, 31, 32), die ein elektromagnetisch betätigtes Ventil (31, 32) in der Leitung (30) enthält und bewirkt, daß, wenn die elektrische Eingangsgröße an der Servovorrichtuny von einem vorbestimmten Beteich abweicht, das Ventil öffnet, damit der Kolben betätigt wird, und das Ventil schließt, wenn die elektrische Eingangsgröße an der Servovorrich tuny innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt;

d) eine Stange (35), die sich verschiebbar in den Zylinder (26) erstreckt;

e) mehrere keilförmige Verriegelungsteile (38), die die Stange umgeben und Kurvenflächen haben, wilcho mit. der Kurvenfläche an dem Kolben zusammenwirken, und durch den Kolben in reibschlüssige Verbindung mit der Stange bewegbar sind, wenn der Kolben betätigt wird;

f) eine Einrichtung (28, 39), die bewirkt, daß die Stange relativ zu dem Zylinder entriegelt wird, wenn die elektrische Eingangsgröße an der Servovorrichtung innerhalb des vorbestimmten Bereiches liegt; und

g) einen Hebelarm (36), der an einem Ende an dem Sorvokolbon

(8), an seinem anderen Ende an dem Kolben (27) und zwischen

130052/0AB9

seinen Enden an einem Drehpunkt (37) angelenkt ist, wodurch der Servokolben in seiner Lage fixiert ist, wenn der Kolben verriegelt ist, und wobei der Drehpunkt manuell verschiebbar ist, um dadurch die Lage des Servokolbens einzustellen.

19. Servovorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (28, 39) zum Entriegeln der Stange (35) eine Drosselbohrung (28) in dem Kolben (27) , die ermöglicht, daß der Hydrauliköldruck an dem Kolben ausgeglichen wird, und eine Feder (39) in dem Zylinder (26)
aufweist, die den Kolben in Richtung des Lösens desselben von den Verriegelungsteilen (38) vorspannt.

130052/0AE9