DE4426706C1 - Servohydraulischer Stellantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen servohydraulischen Stellantrieb bestehend aus einem Tandemzylinder und zwei hydraulisch damit verbundenen mechanischen Servoventilen gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.

Im Bereich der Fahrzeugtechnik und insbesondere in der Luftfahrt beispielsweise beim Hauptrotor-Stellantrieb eines Hubschraubers werden aus Gründen der Redundanz vorzugsweise Tandemzylinder eingesetzt, die mit zwei mechanischen Servo-Ventilen angesteuert werden. Die beiden Servo-Ventile werden synchron betrieben, was eine genaue Abstimmung erforderlich macht. Nach längerer Betriebsdauer ist aber nicht auszuschließen, daß durch Steuerkantenverschleiß eine Nullpunktsdrift eintritt. Da nicht damit gerechnet werden kann, daß der Verschleiß in beiden Servo-Ventilen in gleicher Größe und zeitgleich auftritt, ergibt sich ein Gegeneinander der beiden Servo-Ventile, was man im englischen als force fighting bezeichnet. In einem solchen Fall muß der Stellantrieb ausgebaut und in der Werkstatt mittels Abstimmscheiben nachjustiert werden. Diese Nachjustierung ist sehr aufwendig und beansprucht viel Zeit.

Aus der DE 37 03 019 A1 ist ein Servohydraulischer Stellantrieb bekannt, bei dem zwei Fluidkreise, die an je eine doppelt wirkende Kolben - Zylinder - Einheit angeschlossen sind, mit einem Steuerschieber und einer verschiebbaren Hülse, vorgesehen sind.

Weiterhin ist es aus der DE 35 19 211 A1 bekannt, bei einem Wegeventil zum Toleranzausgleich, zwischen Betätigungsvorrichtung und Verschlußstück, ein Federelement und zwei Druckplatten vorzusehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsmäßigen servohydraulischen Stellantrieb anzugeben, bei dem eine Nachjustierung der beiden synchron laufenden Servo-Ventile ohne Ausbau des Stellantriebes möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen.

Vorgeschlagen wird eine Anordnung, bei der die äußere Hülse eines der beiden Servo-Ventile entgegen einer Rückstellkraft durch ein von außen betätigbares Mittel axial verschiebbar ist. Dazu ist beispielsweise zwischen der die beiden Servo-Ventile trennenden Zwischenhülse und der verschiebbaren äußeren Hülse ein Keilscheibenpaar angeordnet. Dieses besteht aus einer festen und einer radial verschiebbaren Keilscheibe. Um die Abstimmung der beiden Servo-Ventile von der Außenseite des Stellantriebes vornehmen zu können, weist die radial bewegbare Keilscheibe des Keilscheibenpaares eine Verlängerung auf. Die Verlängerung ist mit einem Außengewinde versehen, auf die eine ein Innengewinde und einen Sechskant aufweisende Verstellhülse aufschraubbar ist. Diese Verstellhülse stützt sich stirnseitig auf der Zwischenhülse und im Ventilgehäuse ab. Durch Drehung der Verstellhülse wird die radial bewegbare Keilscheibe verschoben und entsprechend der Neigung des Keilscheibenpaares die äußere Hülse des einen Servo-Ventiles entgegen der Rückstellkraft axial bewegt. Zur Überbrückung des Gewindeflankenspiels zwischen der Verlängerung und der Verstellhülse wird quer zur Achse der Verlängerung in diese ein Teflonstopfen eingesetzt. Dieser gräbt sich beim Zusammenschrauben in die Gewindespitzen ein. Dadurch wird ein definierter Verschraubweg für die radial bewegbare Keilscheibe garantiert oder anders ausgedrückt die Drehung der Verstellhülse exakt in einen Vorschubweg umgesetzt. Damit die Verstellhülse, beispielsweise infolge Vibration, sich nicht selbst drehen kann und zur Abstützung der Verstellhülse im Ventilgehäuse, wird in das Ventilgehäuse eine ein Außengewinde aufweisende Fixierhülse eingeschraubt, wobei das Außengewinde in einen Außensechskant übergeht und die Fixierhülse sich stirnseitig auf die einen Kragen aufweisende Verstellhülse abstützt und diese fixiert. Zur weiteren Absicherung weist sowohl die Verstellhülse als auch die Fixierhülse eine Querbohrung auf, durch die ein Sicherungsdraht hindurchsteckbar ist.

Durch Versuche und Berechnungen kann ermittelt werden, welcher Axialweg der äußeren Hülse welcher Umdrehung der Sechskanthülse entspricht. Dabei muß die Steigung der Verstellhülse sowie die Größe der Schräge des Keilscheibenpaares berücksichtigt werden. Soll der maximale Gesamtweg der Verschiebung der äußeren Hülse beispielsweise ± 0,06 mm betragen, dann entspricht dies bei einer entsprechenden Paarung von Steigung der Verstellhülse und Schräge des Keilscheibenpaares einer Umdrehung von ± 2,25 der Verstellhülse. Andere Verhältnisse sind ohne weiteres vorgebbar, da zum einen die Steigung der Verstellhülse geändert werden kann, ebenso die Größe der Schräge des Keilscheibenpaares.

Im Vergleich zu den bisher bekannten Abstimmscheiben kann mittels der Verstellhülse die Abstimmung stufenlos erfolgen, wobei die Kontrolle durch Vergleich der Anzeigen zweier Manometer, die die Verbraucherdrücke der beiden Servo-Ventile darstellen, unmittelbar gegeben ist. Sobald bei der routinemäßigen Nullpunktsüberprüfung eine Abweichung festgestellt wird, kann die zuvor beschriebene Nachjustierung jederzeit wiederholt werden.

Anhand einer Zeichnung wird der erfindungsgemäße hydraulische Stellantrieb näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt zweier synchron arbeitender hydraulischer Servoventile mit der erfindungsgemäßen Justiermöglichkeit,

Fig. 2 in einer vergrößerten Darstellung die erfindungsgemäße Justiermöglichkeit,

Fig. 3 eine Ansicht in Richtung X in Fig. 2.

In Fig. 1 ist in einem Längsschnitt ein Teil des Servostellantriebes dargestellt, und zwar die synchron arbeitenden hydraulischen Servoventile 1, 2 mit der erfindungsgemäßen Justiermöglichkeit 3. Alle übrigen dazugehörigen Teile wie Ventilgehäuse, Tandemzylinder, zu- und abführende Leitungen wurden der Einfachheit halber hier weggelassen. Die beiden einander gegenüberliegenden achsfluchtig angeordneten Servoventile 1, 2 weisen je eine äußere Hülse 4, 5 auf, mit den entsprechenden Öffnungen zum Anschluß der Druckleitung P, der Rückführleitung R sowie der Arbeitsleitungen C1, C2. In der Bohrung der äußeren Hülse 4, 5 ist je ein axial verschiebbarer Steuerschieber 6, 7 angeordnet, wobei über eine Koppelstange 8 die beiden Steuerschieber 6, 7 miteinander verbunden sind. Im Trennbereich der beiden Servoventile 1, 2 ist eine Zwischenhülse 9 angeordnet mit einer großen Öffnung 10, durch die ein Verstellhebel 11 beispielsweise für den Hauptrotor eines Hubschraubers hindurchgreift. Der Verstellhebel 11 ist kinematisch mit der Koppelstange 8 verbunden.

In diesem Beispiel ist das rechts angeordnete Servoventil 2 fest im nicht dargestellten Ventilgehäuse angeordnet, während das links angeordnete Servoventil 1 entgegen einer Rückstellkraft axial verschiebbar ist. Die Einzelheiten dazu sind in den Fig. 2 und 3 entnehmbar. Die beiden Servoventile 1, 2 müssen genau synchron laufen, was in gewissen Abständen immer wieder überprüft wird. Es ist aber nicht ausgeschlossen, daß nach einer gewissen Betriebsdauer durch Steuerkantenverschleiß eine Nullpunktsdrift eintrifft. Wird diese nicht beseitigt, ergibt sich ein Gegeneinander der beiden Servoventile 1, 2. Bei der erfindungsgemäßen Justierung von außen wird ohne Ausbau des Stellantriebes die Nullstellung des in diesem Beispiel rechts angeordneten Servoventiles 2 als Fixpunkt betrachtet und das links angeordnete Servoventil 1 so lange seitlich verschoben, wahlweise mehr nach rechts oder mehr nach links, bis der Abgleich wieder hergestellt ist. Dabei ist es unerheblich, ob der die Nullpunktsdrift verursachende Steuerkantenverschleiß im rechts 2 oder links 1 angeordneten Servoventil aufgetreten ist.

In Fig. 2 ist in einem vergrößerten Maßstab die erfindungsgemäße Justiermöglichkeit 3 dargestellt. Im Unterschied zu Fig. 1 ist das axial verschiebbare Servoventil 1 etwas anders aufgebaut, in der Weise, daß der Steuerschieber nicht einstückig, sondern zweiteilig aufgebaut ist. Er besteht in dieser Ausführungsform aus einer glatten Stange 12 und einer damit verbundenen Hülse 13. Ein weiterer Unterschied ist dadurch gegeben, daß der Steuerschieber 12, 13 nicht direkt in der äußeren Hülse 4, sondern in der sogenannten Bypasshülse 14 geführt ist. Das ist eine übliche Ausführung insbesondere in der Luftfahrtindustrie, um damit sicherzustellen, daß bei einem Klemmen des Steuerschiebers 12, 13 über die Bypasshülse 14 der Stellantrieb noch betätigt werden kann.

In dieser Darstellung ist der Trennabstand zwischen äußerer Hülse 4 und der Zwischenhülse 9 gut zu erkennen. Die auf die äußere Hülse 4 wirkende Rückstellkraft wird in der Weise erzeugt, daß in einer an der äußeren Hülse 4 angebrachten Außennut 16 eine Tellerfeder 17 eingreift.

Diese Tellerfeder 17 stützt sich über eine Anlaufscheibe 18 und eine Abstimmscheibe 19 im Ventilgehäuse ab. Die Anlaufscheibe 18 ist der harte Gegenpart der Tellerfeder, was ein Eingraben derselben verhindert. Mittels einer passend gewählten Abstimmscheibe 19 wird die gewünschte Vorspannung der Tellerfeder 17 einreguliert. Die eigentliche Justiereinrichtung 3 weist folgende Elemente auf. Hauptelement ist ein Keilscheibenpaar, bestehend aus einer festen 20 und einer radial verschiebbaren Keilscheibe 21. Dieses Keilscheibenpaar ist im Trennbereich zwischen dem links angeordneten Servoventil 1 und der Zwischenhülse 9 angeordnet. Beide Keilscheiben 20, 21 weisen ein Mittenloch auf, so daß die mit der Schiebestange 12 verbundene Koppelstange 8 hindurchgreifen kann. Aus Montagegründen ist die radial verschiebbare Keilscheibe 21 U-förmig nach oben hin offen, weil durch die Verlängerung 22 eine axiale Montage ausgeschlossen ist. Die links angeordnete feste Keilscheibe 20 stützt sich auf der Stirnseite der äußeren Hülse 4 des links liegenden Servoventiles 1 ab, die rechts angeordnete radial verschiebbare Keilscheibe 21 auf der Stirnseite der Zwischenhülse 9. Damit die radial verschiebbare Keilscheibe 21 von außen betätigt werden kann, ist sie mit einer ein Außengewinde aufweisenden Verlängerung 22 verbunden. Auf dieses Außengewinde ist eine Verstellhülse 23 aufschraubbar, die mit einem Innengewinde, einem Kragenbereich 24 und einem einen Sechskantquerschnitt aufweisenden Stirnbereich 25 versehen ist. Das dem Ventil zugewandte stirnseitige Ende der verstel1hülse 23 stützt sich auf der Zwischenhülse 9 ab. Die Klemmung zum Ventilgehäuse erfolgt über eine in das Ventilgehäuse einschraubbare Fixierhülse 26, die einen Außengewindebereich 27 und einen stirnseitigen Sechskant 28 aufweist. Das dem Ventil zugewandte stirnseitige Ende der Fixierhülse 26 stützt sich auf den Kragenbereich 24 der Verstellhülse 23 ab und sichert somit gegen ein Verdrehen.

Die erfindungsgemäße Justierung erfolgt nun in der nachfolgenden erläuterten Art und Weise. Nach Feststellung einer Nullpunktsdrift wird mit einem passenden Sechskantschlüssel die Fixierhülse 26 etwas geöffnet, so daß die Verstellhülse 23 sich drehen kann. Mit einem kleineren Sechskantschlüssel, der auf die Verstellhülse 23 aufsteckbar ist, wird die Verstellhülse 23 wahlweise nach rechts oder links gedreht im Sinne des Abgleichs beider Servoventile 1, 2. Die Kontrolle erfolgt über die Anzeige zweier an die Servoventile 1, 2 angeschlossenen Manometer. Damit beim Drehen der Verstellhülse 23 kein Gewindeflankenspiel überbrückt werden muß, ist in einer Querbohrung der Verlängerung 9 ein Teflonstopfen 29 angeordnet. Dieser gräbt sich in die Gewindespitzen ein und eliminiert dadurch das störende Gewindeflankenspiel. Auf diese Weise wird die Drehung der Verstellhülse 23 feinfühlig ohne störendes Flankenspiel in eine axiale Bewegung der äußeren Hülse 4 umgesetzt. Das Verhältnis von Drehung der Verstellhülse 23 zu axialer Verschiebung der äußeren Hülse 4 ist zum einen abhängig von der Steigung des Gewindes der Verstellhülse 23 sowie von der Schräge der beiden zusammenwirkenden Keilscheiben 20, 21. Damit beim Verschieben der äußeren Hülse 4 kein Spiel auftritt, drückt die Tellerfeder 17 gegen die Hülse 4. Ist der Abgleich erfolgt, wird die Fixierhülse 26 wieder angezogen, so daß die Verstellhülse 23 in der vorgegebenen Stellung verbleibt. Zur weiteren Absicherung weist die Verstellhülse 23 als auch die Fixierhülse 26 je eine Querbohrung 30 auf (die Querbohrung der Fixierhülse ist nicht dargestellt), durch die ein Sicherungsdraht hindurchsteckbar ist. Damit ist gewährleistet, daß auch bei starker Vibration, beispielsweise durch den Hubschrauberrotor, die Justiermöglichkeit 3 sich nicht von selbst verstellt.

Claims (6)

1. Servohydraulischer Stellantrieb bestehend aus einem Tandemzylinder und zwei hydraulisch damit verbundenen mechanischen Servo-Ventilen, die synchron betrieben werden und achsfluchtig einander gegenüberliegend in einem Ventilgehäuse angeordnet und voneinander getrennt sind und je eine Rückstellung, ein mit Zu- und Abflußkanälen versehene äußere Hülse einen Steuerschieber und eine miteinander verbundene Koppelstange aufweisen, wobei die Koppelstange im Bereich der Trennstelle eine Verdickung mit einer quer liegenden Öffnung aufweist, in die ein mechanisches Stellelement eingreifen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Hülse (4) eines der beiden Servo-Ventile (1) entgegen einer Rückstellkraft axial durch eine von außen betätigbare Justiermöglichkeit verschiebbar ist.

2. Servohydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Trennstelle und der äußeren Hülse (4) eines der beiden Servoventile (1) ein aus einer festen (20) und einer radial verschiebbaren Keilscheibe (21) bestehendes und die Koppelstange (8) umgreifendes Keilscheibenpaar angeordnet ist und in eine Außennut (16) der verschiebbaren äußeren Hülse (4) eine rückstellende Tellerfeder (17) eingreift.

3. Servohydraulischer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verschiebbare Keilscheibe (21) eine Verlängerung (22) mit einem Außengewinde aufweist, auf die eine ein Innengewinde und eine einen Stirnbereich (25) mit Sechskantquerschnitt aufweisende Verstellhülse (23) aufschraubbar ist, die sich stirnseitig auf der äußeren Hülse des feststehenden Servoventiles (2) bzw. einer Zwischenhülse (9) und über einen Kragenbereich (24) im Ventilgehäuse abstützt.

4. Servohydraulischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse im Bereich des Keilscheibenpaares eine Bohrung mit einem Innengewinde aufweist, in die eine Fixierhülse (26) einschraubbar ist, die sich stirnseitig auf der einen Kragenbereich (24) aufweisenden Verstellhülse (23) abstützt und die am anderen freien Ende ebenfalls einen Sechskant (28) aufweist.

5. Servohydraulischer Antrieb nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verstellhülse (23) und in der Fixierhülse (26) am dem Ventilgehäuse abgewandten Ende je eine Querbohrung (30) angeordnet ist, durch die ein Sicherungsdraht hindurchsteckbar ist.

6. Servohydraulischer Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verlängerung (22) ein querliegender, durch die Verlängerung (22) sich erstreckender Teflonstopfen (29) angeordnet ist.