DE3149657A1

DE3149657A1 - "regler fuer ein hydraulisches stellglied"

Info

Publication number: DE3149657A1
Application number: DE19813149657
Authority: DE
Inventors: Karl Evert 2107 Rosengarten Joelson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-12-16
Filing date: 1981-12-15
Publication date: 1982-08-05
Also published as: SE433962B; US4444090A; SE8008827L

Description

Der Erfinder hat in der Deutschen Patentanmeldung P 28 41 9047 eine Vorrichtung zum Regeln eines hydraulischen Stellglieds mittels eines elektrisch geheizten Drahts (Thermodraht) beschrieben, welcher an Servoventil betätigt, das den Zufluß eines Betriebsfluids steuert. Die Erfahrung hat gezeigt, daß es schwierig ist, schnell Nennwertsignale und Istwertsignale in ein Signal zu kombinieren, welches ein geeignetes Erwärmen des Drahts sicherstellt» Dies bewirkt eine unerwünschte Instabilität des Kolbens des Stellglieds, was einen nachteiligen Einfluß auf die Leistung des Stellglieds haben kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regler zu schaffen, welcher schnell und sicher die Lage des Kolbens des Stellglieds in gewünschter Weise einstellt und welcher diese Einstellung mit einem geringen Verbrauch an Betriebsfluid bewerkstelligt»

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kolbenstellglied, in welchem Regelsignale einem elektrisch geheizten Draht (Thermodraht) zugeführt werden, welcher seinerseits eine Servovorrichtung einstellt.

Bankverbindung: Bayor. Voroinabemk MOnchsn, Konto 620404 (BLZ 700 202 70)

Pertschadtltontoi MOnchon 27844-802 (BLZ 70010080) (nur PA Dipl.-Ing. S. Staeger)

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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mittel mit einer Verlängerung der Kolbenstangen des Stellglieds verbunden und angepaßt sind, dem Thermodraht eine Feedback-Bewegung zum Kompensieren der durch die Erwärmung verursachten Bewegung des Drahts zu vermitteln.

Dabei kann es vorteilhaft sein, daß die Servovorrichtung aus einem Dreiwegeventil besteht, in welchem der Thermodraht und eine Feder ein Ventilelement in einer Lage halten, in welcher ein Rückfluß von dem Stellglied zu einem Speichertank ermöglicht

Hierbei ist es günstig, daß das Ventilelement ein zylindrischer Schieber mit zwei Stegen ist, wobei das Ventil keinerlei feste Drosselmittel enthält.

Vorteilhafterweise ist das Ventil mit Mitteln zum Betätigen eines Endschalters versehen, wobei die Mittel, welche den Thermodraht aktivieren, vorzugsweise ein Relais oder entsprechende Komponenten aufweisen, welche nach einer vorbestimmten Zeit bei geschlossenem Endschalter ein Ventil betätigen, welches die Pumpe außer Betrieb setzt und die beiden Seiten (+,-) des Kolbenstellglieds mit dem Rückfluß zum Tank verbindet.

Das hydraulische Stellglied kann einfach wirkend sein, wobei in diesem Fall eine Rückführbewegung beispielsweise durch eine Feder bewirkt wird, jedoch ist für viele Zwecke ein doppelt wirkendes Stellglied vorzuziehen. In einem solchen Fall ist mit jeder Seite des hydraulischen Stellglieds ein Servoventilverbunden, wobei jedes Ventil durch einen Thermodraht betätigt wird, welcher jeweils mit einer Kompensierungsvorrichtung verbunden ist.

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Ein Rückstellmittel des hydraulischen Stellglieds weist vorzugsweise zwei Körper auf, die gleitend auf einer durch das Stellglied verschiebbaren Stange angeordnet sind, welche von einer zwischen ihnen eingesetzten Feder nach vorne gegen Endanschläge gedrückt werden. Jeder Körper ist angepaßt, mit Mitteln zusammenzuwirken, welche eine Befestigung für ein Ende des Thermodrahts bilden.

Die einzige Zeichnung zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Regler zur Regelung eines doppelt wirkenden hydraulischen Stellglieds, welches mit einer Last verbunden werden kann, um Lageänderungen zu bewirken.

In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt. Das hydraulische Stellglied ist allgemein mit 10 bezeichnet und weist einen Kolben 11 auf, der hin - und herbewegbar in einem Zylinder 12 angeordnet ist. Ein Ende des Kolbens 13 ist mit einer Last (nicht dargestellt) verbunden, welche betätigt werden muß, beispielsweise ein Hebel oder ähnliches, welcher geschwungen werden muß. Eine Verlängerung an dem entgegengesetzten Ende der Kolbenstange betätigt einen momentane Lagesignale aussendenden Geber 15. Der Geber kann einen veränderlichen elektrischen Widerstand aufweisen, eine Induktionseinrichtung oder andere geeignete elektrische Komponenten.

Mit der Bezugsziffer 16 ist ein Geber für Nennwertlagesignale bezeichnet, der mittels eines Hebels 17 betätigbar ist, um eine Verschiebung des Kolbens 10 in eine der beiden Richtungen (+,-) zu bewirken. Dieser Geber kann durch Outputs eines Computers ersetzt werden.

Die beiden Signalgeber 15 und 16 senden Signale an eine Elektronikeinheit 18, welche Komperatoren bekannter Bauart aufweist , und welche das eigentliche Betätigungsmittel für zwei Servor-

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ventile 19 und 20 darstellt, die jeweils eine Seite (+ oder -) des hydraulischen Stellglieds 10 steuern.

Jedes Servoventil 19 und 20 ist ein Dreiwegeventil, das einen hydraulischen Schieber 21 mit zwei Stegen 22 und 23 aufweist. Eine Wegöffnung zwischen den Stegen ist über eine Leitung 24, 24a mit einer Seite (+ oder -) des Zylinders des Stellglieds 10 verbunden.

Eine Pumpe 25 fördert Hydraulikflüssigkeit· von einem Tank 26 und liefert diese Flüssigkeit über Leitungen 27, 27 a an die Servoventile'19 und 20. Rückflußleitungen 28, 28 a führen mögliche Ausströmflüssigkeit von den Servorventilen zurück zu dem Tank 26.

Jeder Ventilschieber 21 ist an einem Ende mit einem Draht 29, 29 a verbunden, der aus einem Material mit vorbestimmten Wärmeausdehnungseigenschaften besteht (Thermodraht). Das andere Ende des Drahtes ist mit einer Kompensierungsvorrichtung verbunden, die nachfolgend näher beschrieben wird. Jeder Thermodraht 29, 29 a ist über eine Leitung 30, 30 a mit der Elektronikeinheit 18 verbunden, welche angepaßt ist, während einer Aktivierung einen pulsierenden Strom auf den Draht zu übertragen, wobei der Strom eine Funktion der Differenz zwischen dem Nennwertsignal und dem aktuellen Lagewertsignal darstellt. Es ist offensichtlich, daß ein Erwärmen, oder ein Abkühlen des Thermodrahtes eine Verschiebung des zugehörigen Ventilschiebers 21, 21 a bewirkt.

Jeder Ventilschieber wird von einer Feder 31 beaufschlagt, um den zugeordneten Ventilschieber in einer Lage zu halten, in welcher der Steg 22 die Rückflußleitung zu dem Tank offenhält, während der Steg 23 die Speiseleitung von der Pumpe 25 verschließt.

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Eine Erwärmung und eine daraus sich ergebende Verlängerung des Thermodrahts gestattet es der Feder 31, den zugeordneten Ventilschieber 21 (21a) genügend nach vorne zu stoßen, um den Rückfluß zu verschließen, während gleichzeitig die Einspeisung freigegeben wird. Die Servorventile haben keine festen Drosselmittel, und eine gewünschte Verschiebung des Kolbens des Stellglieds 10 wird durch einen Minimalverbrauch von Arbeitsflüssigkeit bewirkt.

In der Zeichnung ist ein verhältnismäßig kurser Draht dargestellt, jedoch kann es in einer praktischen Ausführung vorteilhaft sein, einen ziemlich langen Draht zu verwenden, der auf einen Träger aufgewickelt ist.

Es kann schwierig sein, den Betrag des Heizstroms exakt vorher zu stimmen. Die Änfangsbewegung des Kolbens 10 kann leicht zu groß werden, was eine Rückstellung erforderlich macht. Bei ungünstigen Bedigungen kann eine deutliche Instabilität um die Nominalläge auftreten, was einen erhöhten Verbrauch an Arbeitsflüssigkeit bedeutet. Um solche unerwünschten Bewegungen zu reduzieren ist eine Kompensierungsvorrichtung, allgemein mit 32 bezeichne^ an dem verlängerten Bereich 14 der Kolbenstange des Stellglieds vorgesehen. Der Stangenbereich ist mit zwei Widerlagern 33, 34 und mit gleitend um die Stange herum angeordneten Körpern 35, 36 versehen. Eine Druckfeder 37 drückt die Körper auseinander, wobei jedoch die Bewegung der Körper durch fest Endabschläge 38, 39 an Führungen begrenzt werden, durch welche hindurch der Stangenbereich 14 hindurchführt .

Jeder Körper 35, 36 ist mit einem zahnstangenförmigen Oberfläche 40, 41 versehen, welche jeweils mit einem Ritzel 42, 43 zusammewirkt. An jedem der Ritzel 42, 43 ist jeweils ein Hebel 44,

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angeordnet, wobei jeder Hebel mit einem Ende eines Thermodrahts 29 oder 29a verbunden ist. Es ist offensichtlich, daß eine Drehung eines der Ritzel 42, 43, jeweils abhängend von der Verschiebungsrichtung der zugeordneten Körper 35, 36, jeweils ein Zusammenziehen oder Lockern des zugeordneten Thermodrahts 29, 29 a bewirkt. · .

Die Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise. Es sei angenommen, daß ein Heizstrom über die Leitung 30 an dem Thermodraht 29 des Servorventils 19 angelegt ist. Der Thermodraht wird verlängert und der zugeordnete Schieber 21 in der Zeichnung nach rechts verschoben. Dann kann das Arbeitsmedium zur Plusseite des Stellglieds 10 fließen, wobei der Kolben 11 in der Zeichnung nach rechts verschoben wird. Die Minusseite des Stellglieds verbleibt über das Ventil 20, das nicht aktiviert ist, mit dem Tank 26 verbunden.

Wenn sich der Kolben bewegt, dann bewegt sich der Stangenbereich 14 mit nach rechts und das Widerlager 33 verschiebt den Körper 35 nach rechts. Dies bedeutet, daß das Ritzel entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht wird und den Draht 29 streckt, so daß einem Teil der Verlängerung, die durch die Erwärmung bewirkt wurde, entgegengewirkt wird. Dadurch wird der Fluidzufluß zu dem Stellglied 11 weicher bzw. glatter und der Kolben 11 erreicht schnell und ohne jegliche Oszillation die gewünschte Lage. Der Körper 36 verbleibt gegen den Endanschlag 39 gedrückt und wird nicht durch die Bewegung des Star.cenbereichs 14 beeinflußt. Wenn die Stromzuführung zu dem Draht 29 aufhört, kühlt der Draht schnell ab und zieht sich wieder zusammen und dabei den Schieber 21 zurück. Bei dieser Gelegenheit wirkt ebenfalls die Kompensierungsvorrichtung, jedoch in die entgegengesetzte Richtung. Es sei darauf hingewiesen, daß die Kompensierungsbewegung zu

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einem geringen Teil, etwa 10 % der Beilegung des Hauptkolbens entspricht,, aodaß es in keiner Weise ausreicht, um das Servoventil zu betätigen»

Ein isoliertes Stangenteil 46, 46 a erstreckt sich in das Gehäuse jedes Schiebers 21, 21 a und trägt an seinem innen gelegenen Ende einen Kontakt 47, 47 a eines Endschalters= Dieser kann momentan die zugeordnete Leitung 30, 30 a kurzschließen, sollte die Stromzufuhr zu hoch sein. Letzteres würde bewirken, daß der Thermodraht den Schieber in seine Grundstellung fahren läßt, welche einer vollen Öffnung des Fluidzuflusses entspricht. Der Schalter bewirkt einen kurzen Unterbrechungsstoß, der die Fluidzuführung über eine verlängerte Zeit verteilt.

Diese Anordnung kann ebenfalls aus Sicherheitsgründen im Falle des Bruches eines Drahts verwendet werden.

In der Druckleitung von der Pumpe 25 ist ein Ventil 48 angeordnet, welches von einem Magnet 49 gesteuert wird» Normalerweise verbleibt dieses Ventil in der Stellung, in welcher es die Einspeisung des Fluids su beiden Servoventilen 19, 20 gestattet. Die Elektronikeinheit 18 weist ein Relais oder einen Speicher auf, der angepaßt ist, den Magneten 49 nach einer vorbestimmten Zeit zu aktivieren, sollte der Schalter 47, 47 a geschlossen bleiben, so daß das Ventil 48 bewegt wird. Die Pumpe wird dann von den Servoventilen abgeschnitten und beide Zuführöffnungen werden mit dem Tank 26 verbundenο

Wenn einer der Thermodrähte bricht„ so verbleibt das zugeordnete Ventil ständig von der Feder gedrückt in seiner Endlage, wobei das Stellglied 10 mit einer unerwünschten Fluidmenge beaufschlagt wird. Sein Kolben 11 und einer der

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Kompensationskörper 35, 36 wird in eine Endposition bewegt, in welcher sie während einer kurzen Zeitdauer verbleiben, die für das Zeitrelais der elektronischen Einheit 18 erforderlich ist, um zu reagieren und das Ventil zu bewegen. Sobald dies geschehen ist, sind die Druckseiten des Servoventils mit dem Tank 26 verbunden und die Feder 37 der Kompensierungsvorrichtung bringt dann den Kolben 11 in die neutrale Position.

Das oben beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel ist lediglich ein Beispiel, in dem die im Schutzbereich der zugehörigen Patentansprüche liegenden Merkmale variiert und in vielerlei Weise verbessert sein können, wie es dem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet geläufig ist, um weitere Kontroll- und Sicherheitserfordernisse zu treffen, welche von der erwarteten Leistung des Stellglieds abhängen. So ist es beispielsweise möglich, ein Ventil, zum Beispiel ein Magnetventil, zwischen die Speiseleitungen 24 und 25 einzuschalten. Dieses Ventil ist normalerweise geschlossen, jedoch mit dem Hebel 17 verbunden, so daß es geöffnet wird, wenn der Hebel in seine Neutralstellung gebracht wird. Das geöffnete Ventil verhindert jedes unerwünschte Bewegen des Stellgliedes, sollten Teile des Hydrauliksystems zufällig mit Druck beaufschlagt werden.

In der Zeichnung ist ein doppelt wirkendes Stellglied dargestellt, aber, wie bereits oben erwähnt, es kann die Erfindung auch bei einem einfach wirkenden Stellglied verwendet werden. Das Servoventil 19 wird dann, wie oben beschrieben, die Zufuhr des Fluids zu der Pluskammer des Stellglieds regeln, so daß eine sorgfältig gesteuerte Verschiebung des Kolbens erzielt wird, während eine zurückgerichtete Bewegung beispielsweise durch eine in der Minuskammer eingeschlossene Druckfeder oder durch die Belastung selber bewirkt wird, wobei letzteres als Ersatz für das Ventil und die zugeordneten Leitungen dient.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1 «J Regler für ein hydraulisches Kolbenetellglied, in welchem Regelsignale zu einem elektrisch geheisten Draht übertragen werden,, welcher seinerseits eine Servoeinrichtung einstellt,, dadurch gekennzeichnet,, daß Mittel (32) mit einer Verlängerung der Kolbenstangen (13) des Stellglieds verbunden und angepaßt sind, dem Thermodraht (29,29a) eine Feedback-Bewegung zum Kompensieren der durch die Erwärmung verursachten Bewegung des Drahts zu vermitteln.
2. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Servovorrichtung (19, 20) aus einem Dreiwegeventil besteht, in welchem der Thermodraht (29, 29a) und eine Feder(31) ein Ventilelement (21, 21a) in einer Lage halten, in welcher ein Rückfluß von dem Stellglied (10) ?.u einem Speichertank (26) ermöglicht ist.
3. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilelement (21_f 21a) ein zylindrischer Schieber mit zwei Stegen (22, 23) ist, wobei das Ventil keinerlei feste Drosselmittel enthält»

Bankverbindung_: Bayor. Voroinsbanlt MOnchen, Konto 620404 (BLZ 70020270) · Poatsäiedtlionto. MOndian 27044-802 (BLZ70010030)

(nur PA Dipl.-Ing. S. Staeger)

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4. Regler nach Anspruch 2 oder'3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ventilelement (21, 21a) Mittel (46) zum Betätigen eines Endschalters (47) vorgesehen sind.
5. Regler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (18) zum Beaufschlagen des Thermodrahts vorgesehen sind, welche ein Relais oder entsprechende Komponenten aufweisen, welche nach einer vorbestimmten Zeit bei geschlossenen Endschalter (47) ein Ventil (48) betätigen, welches die Pumpe (-25) außer Betrieb setzt und ebenso beide Seiten (+,-) des Stellglieds (10) mit dem Tank (26) verbindet.
6. Regler nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,

mit einem doppelt wirkenden hydraulischen Stellglied, dadurch gekennzeichnet, daß ein Servoelement (19, 20) mit jeder Seite (+,-) des Stellglieds (10) verbunden ist, und daß ein j · Thermodraht (29,29a), welcher mit jeweils einem Servoven-

j til verbunden ist, einzeln mit dem Betätigungsmittel (18)

in Verbindung steht.
7. Regler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

ein Rückstellmittel (32) an dem hydraulischen Stellglied (10) vorgesehen ist und zwei Körper (35, 36) aufweist, die ver-

; schieblich auf einer Stange (14) angeordnet sind, welche Stange

j von dem Stellglied bewegt wird, und welche von einer zwischen

ihnen eingesetzten Feder (37) gegen Endanschläge (38, 39) ^; gedrückt werden, und daß jeder Körper angepaßt ist, mit

Mitteln (42, 43) zusammenzuwirken, welche Befestigungen für jeweils ein Ende des Thermodrahts (29, 29a) bilden.

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