DE1257254B

DE1257254B - Hydroelektrische Steuereinrichtung fuer einen hydraulischen Motor

Info

Publication number: DE1257254B
Application number: DES62268A
Authority: DE
Inventors: Jacques Faisandier
Original assignee: Societe dApplications des Machines Motrices SAMM SA
Current assignee: Societe dApplications des Machines Motrices SAMM SA
Priority date: 1958-03-24
Filing date: 1959-03-23
Publication date: 1967-12-28

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G05b

G05f
Deutsche Kl.: 21c-46/51

Nummer: 1257254

Aktenzeichen: S 62268 VIII b/21 c

Anmeldetag: 23. März 1959

Auslegetag: 28. Dezember 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydroelektrische Steuereinrichtung für einen hydraulischen Motor mit Verstärkung des elektrischen Eingangssignals, in der ein elektrischer Stellmotor den Schieber des hydraulischen Motors steuert und in der der Stellweg des hydraulischen Motors sowie dessen erste und zweite zeitliche Ableitung elektrisch umgeformt und getrennt zum Verstärker rückgeführt werden.

Bei einer bekannten Steuereinrichtung dieser Art ist zur Steuerung des Schiebers des hydraulischen Motors ein Drehspulantrieb vorgesehen, dessen in Abhängigkeit von der Größe des Eingangssignals drehbar bewegliche Achse einen Spannungsregler betätigt, der eine der zweiten zeitlichen Ableitung des Stellwegs des hydraulischen Motors proportionale elektrische Rückführgröße zum Verstärker rückführt. Zur Rückführung einer der ersten zeitlichen Ableitung des Stellwegs des hydraulischen Motors proportionalen elektrischen Rückführgröße ist ein als Potentiometer ausgebildeter Spannungsregler vorgesehen, der über einen Verbindungslenker betätigt wird, welcher Bestandteil einer mechanischen Antriebsübertragung zwischen einer hydraulischen Hilfshubeinrichtung und dem Drehschieber zur Steuerung des hydraulischen Motors ist. Die hydraulische Hilfshubeinrichtung ist als Zwischenantrieb zwischen den Drehspulantrieb und den Schieber des hydraulischen Motors eingeschaltet. Zur Rückführung einer dem Stellweg des hydraulischen Motors proportionalen Rückführgröße weist diese bekannte Steuereinrichtung ferner einen Spannungsregler in Form eines Potentiometers auf, der unmittelbar von dem Stellglied des hydraulischen Motors betätigt wird.

Aus der elektrischen und mechanischen Gestaltung und Anordnung dieser bekannten Einrichtung können Störgrößen resultieren, welche die Stabilität und die Präzision der Steuerung beeinträchtigen. Neben sich aus der Ausbildung der verwendeten Spannungsregler als Meßwertgeber selbst ergebenden Störgrößen können Störgrößen aus den mechanischen Bewegungsübertragungen zwischen Stellmotor und Steuerschieber für den hydraulischen Motor resultieren sowie sich insbesondere aus den Massen der mechanischen Anordnung und deren Trägheit ergeben, die auf den Steuerschieber für den hydraulischen Motor Einfluß nehmen und auf die Rückführung der von diesem abgeleiteten Rückführgröße zurückwirken. Störeinflüsse können auch auf der Verschiedenheit der zur Ermittlung der Rückführgrößen herangezogenen Stellen im System beruhen. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus der elektrischen und mecha-

Hydroelektrische Steuereinrichtung für einen
hydraulischen Motor

Anmelder:

Sociote d'Applications des Machines Motrices,

Issy-Ces-Moulineaux, Seine (Frankreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dr. jur. V. Busse, Patentanwalt,

Osnabrück, Möserstr. 20-24

Als Erfinder benannt:
Jacques Faisandier,
Chatillon-sous-Bagneux, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:
*5 Frankreich vom 24. März 1958 (761 302)

nischen Gestaltung und Anordnung der bekannten Steuereinrichtung resultierenden Störgrößen bei ihrer Ermittlung und Übertragung auf ein Mindestmaß zu reduzieren und die Stabilität und Präzision der Steuerung auf ein Höchstmaß zu verfeinern. Zu diesem Zweck ist die hydroelektrische Steuereinrichtung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor ein Drehmagnetantrieb ist, dessen Geschwindigkeit ein Drehmagnetgenerator mißt und in eine elektrische Rückführgröße umformt, daß als Umformer für den Stellweg des hydraulischen Motors und des Stellmotors für den Schieber induktive Meßwertgeber vorgesehen sind und daß die Rotoren der beiden Umformer für die erste und zweite Ableitung auf der Welle des Stellmotors verdrehfest angeordnet sind. Vorteilhaft wird das Eingangssignal von einem mechanisch gesteuerten induktiven Meßwertgeber geliefert, und der Rotor eines Drehmagnetgenerators, der dem Verstärker eine Dämpfungsspannung vorgibt, ist mit dem Rotor des induktiven Meßwertgebers auf einer gemeinsamen Welle verdrehfest angeordnet.

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Die bei der Steuereinrichtung nach der Erfindung Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Ererfolgende Ermittlung und Umformung der der findung ist in der Zeichnung dargestellt, es zeigt
ersten und zweiten Ableitung des Stellwegs des F i g. 1 ein Schaltschema der hydroelektrischen hydraulischen Motors proportionalen Rückführ- Steuereinrichtung nach der Erfindung,
größen ausschließlich in Abhängigkeit von der Be- 5 F i g. 2 eine vergrößerte Einzeldarstellung des als wegung der Welle des Stellmotors und die Vereini- Drehmagnetantrieb ausgebildeten Stellmotors mit gung der die Rückführgrößen ermittelnden und wei- Drehmagnetgenerator,

tergebenden Meßwertgeber über die Welle des Stell- F i g. 3 eine schematische Darstellung eines als

motors als gemeinsames Bau- und Bewegungsüber- Umformer verwendeten induktiven Meßwertgebers

tragungselement vermindern die aus den Massen der to und

mechanischen Anordnung und deren Trägheit resul- F i g. 4 eine schematische Teildarstellung des das tierenden Einflüsse auf ein Mindestmaß, schalten die Eingangssignal abgebenden induktiven Meßwertaus den mechanischen Bewegungsübertragungsmit- gebers mit zugehörigem Drehmagnetgenerator,
teln, deren Passung, Präzision und Abnutzung resul- Die hydroelektrische Steuereinrichtung umfaßt im tierenden Störgrößen aus und erbringen eine ein 15 wesentlichen einen elektrischen Verstärker 11, einen Auftreten unterschiedlicher Störgrößen ausschlies- als Drehmagnetantrieb ausgebildeten Stellmotor 2, 5, sende Gleichschaltung. Die Ausgestaltung der Meß- einen Drehmagnetgenerator 7, 9, einen induktiven wertgeber beseitigt aus der Geräteausbildung selbst Meßwertgeber 20 A, einen hydraulischen Motor 14 sich ergebende Störgrößen, vereinfacht die Einrich- mit Schieber 12, einen induktiven Meßwertgeber 205 tung in ihrer Gesamtheit, setzt die Möglichkeiten 20 und eine Signalgebergruppe mit einem induktiven zum Auftreten von Betriebsstörungen sowie den Meßwertgeber 20Zs und mit einem Drehmagnetgene-Wartungsaufwand herab und stellt dabei in der rator38.

gegenseitigen Zuordnung und Abstimmung der Ge- Wie Fig. 2 näher veranschaulicht, besteht der

rate eine hohe Genauigkeit in der Ermittlung der Stellmotor 5 aus einem festen Gestell 1 mit einer

Rückführgrößen sicher. ' 25 einerseits an den Ausgang des Verstärkers 11 ange-

Die Verwendung, von Drehmagneten als Stell- schlossenen Wicklung 2 und einem Rotor 3, der auf motor in hydroelektrischen Steuerkreisen ist an sich einer Welle 4 verdrehfest angeordnet ist. Auf derbekannt. Bei einer bekannten Einrichtung mit einem selben Welle ist ein Rotor 6 des Drehmagnetgenera-Drehmagneten als Stellmotor wirkt dessen Welle je- tors 9 verdrehfest angeordnet, dessen festes Gestell doch unmittelbar auf den Steuerschieber für den 30 mit 8 bezeichnet ist und eine Wicklung 7 aufweist, hydraulischen Motor, da diese Einrichtung lediglich die über einen Kreis 18 an den Eingang des Vermit einer Rückführung der dem Stellweg des hydrau- stärkers 11 angeschlossen ist. Beide Rotoren 3, 6 lischen Motors proportionalen Rückführgröße ausge- werden von Permanentmagneten gebildet. Der Stellstaltet ist. Auch induktive Meßwertgeber sind als motor 5 arbeitet mit Gleichstrom oder pulsierendem umformende Bauelemente der induktiven Regelung 35 Strom. Der vorgesehene Drehwinkel für seinen bekannt. So ist es z.B. bei einer Regeleinrichtung Rotor3 liegt in der Größenordnung von ±40°. Der bekannt, zur Gewinnung von zur Dämpfung von den Rotor 3 bildende Magnet ist in seiner Mittelstel-Pendelungen in Regelkreisen geeigneten, von einer lung dargestellt, in der er sich senkrecht zur Richtung Geschwindigkeit und/oder deren ersten Ableitung des Feldes erstreckt, das sich unter Wirkung eines abhängigen Größen die Welle, welche die Regelgröße 40 die Wicklung 2 durchfließenden Stroms zwischen den beeinflußt, mit einem induktiv wirkenden Meßsystem Polen des Gestells 1 ausbildet. Bei Drehen des einen zu kuppeln. Dieses induktiv wirkende Meßsystem Magnet bildenden Rotors 6 zwischen den Polen des liefert jedoch am Ausgang der Meßwicklung eine Gestells 8 entsteht in der Wicklung 7 eine Spannung, elektrische Größe, die als Mischgröße sowohl ge- die proportional seiner Drehgeschwindigkeit und daschwindigkeits- als auch beschleunigungsproportional 45 mit der Drehgeschwindigkeit des Rotors 3 des Drehzur Drehbewegung der die Regelgröße beeinflussen- magnetantriebs 5 ist.

den Welle ist. Dieses bekannte Meßsystem verliert Der Aufbau der induktiven Meßwertgeber 20/4, jedoch bei Anwendung auf eine Welle, die lediglich 2OS und 20E ist prinzipiell in Fig. 3 näher veranin zeitlicher Aufeinanderfolge kleine Winkelaus- schaulicht. Das als Ganzes mit 20 bezeichnete und als schlage aus einer Ruhelage in beiden Richtungen 50 Drehspulmeßwerk ausgebildete Gerät weist ein Geausführt, derart stark an Empfindlichkeit, daß sie als stell 21 und einen aus geschichteten Blechen beMeßwertgeber in hydroelektrischen Steuereinrich- stehenden Rotor 22 auf. Auf dem Gestell 21 ist eine tungen der eingangs genannten Art praktisch nicht Wicklung 23 angeordnet, die bei 24 von einer Wechverwendbar ist. Dies ist insbesondere auch deshalb selspannung gespeist wird. Auf dem Rotor 22 beder Fall, weil das induktive Meßsystem die erste und 55 findet sich eine Wicklung 25, die bei 26 eine Auszweite Ableitung der mit ihm gekuppelten Welle gangswechselspannung liefert, deren Amplitude eine liefert, so daß dieses Meßsystem bei Kupplung mit Funktion des Winkelausschlags des Rotors 22 aus der Achse des Drehspulantriebs der Einrichtung in seiner in der Zeichnung veranschaulichten Mittelder eingangs genannten Art ungeeignet ist, die erste stellung ist. Die Feldverteilung wird beispielsweise und zweite Ableitung der Ausgangsbewegung des 60 durch die Hörner 27 derart beeinflußt, daß die sinushydraulischen Motors zu ermitteln, umzuformen und förmige Funktion durch eine Funktion ersetzt wird, rückzuführen. Bei einer weiterhin noch bekannten die für einen Winkelausschlag des Rotors 22 aus Anordnung eines induktiven Meßwertgebers in einer seiner dargestellten Mittelstellung bis zu in der Praxis rein elektrischen Regeleinrichtung hat dieser die Auf- ausreichenden 35° als praktisch linear angesehen gäbe, eine von der Bewegung des Stellmotors abge- 65 werden kann. Die Phase der Ausgangsspannung verleitete Rückführgröße zu ermitteln und rückzuführen, ändert sich um 180°, wenn der Winkelausschlag sein welche ein Nachlaufen des Stellmotors verhindern Vorzeichen ändert. Dies ermöglicht eine Darstellung soll. des Drehsinns des Rotors.

Claims

Die zur Abgabe des Eingangssignals verwendete Gruppe ist des näheren in F i g. 4 veranschaulicht. Der Meßwertgeber 20 £ entspricht in seinem Aufbau dem in F i g. 3 dargestellten Gerät 20. Es wird bei 39 mittels Wechselstrom erregt und liefert bei 40 eine Wechselspannung. Der Drehmagnetgenerator 38 weist ein festes Gestell 41 auf, das in seiner Ausbildung mit dem des Geräts 20 übereinstimmt. Der Rotor des Drehmagnetgenerators 38 wird von einem Permanentmagneten 42 gebildet, der auf einer Welle 30 verdrehfest angeordnet ist. Auf dieser Welle 30 ist auch der Rotor 22 des Meßwertgebers 20 £ verdrehfest angeordnet. Eine Wicklung 43 des Gestells 41 liefert bei 44 eine Gleichspannung, die über 37 dem Eingang des Verstärkers 11 zugeführt wird. Der Meßwertgeber20E ist als mechanisch steuerbares Gerät ausgebildet. Wird infolge einer Handsteuerung die Welle 30 der Eingangssignalgebergruppe verdreht und werden damit die Rotoren 22, 42 aus ihrer in F i g. 4 veranschaulichten Mittelstellung ausgelenkt, so liefert der Meßwertgeber 2OE an seiner Wicklung 40 eine Wechselspannung, die über den Kreis 10 bei 17 dem Eingang des Verstärkers 11 zugeführt wird. Die das elektrische Eingangssignal darstellende Wechselspannung ist proportional der dem Rotor 22 erteilten Winkelabweichung aus der Mittelstellung. Eine dem Verstärker 11 vorgeschaltete Mischvorrichtung 31 für Wechsel- und Gleichspannungen nimmt die dem Verstärkereingang zuzuführenden Wechsel- und Gleichspannungen auf und mischt diese. Das vom Verstärker 11 verstärkte elektrische Eingangssignal erscheint in der in den Ausgangskreis des Verstärkers 11 angeordneten Wicklung 2 und erzeugt im Stellmotors ein Antriebsmoment, das eine Ver-Schiebung des Schiebers 12 bewirkt, der die Zufuhr von Druckmittel zum Motor 14 steuert. Die dem Kolben des hydraulischen Motors 14 von dem Druckmittel erteilte Ausgangsbewegung wird über eine mit dem Kolben bewegungsmäßig verbundene Zahnstange 33 und ein Ritzel 34 in eine Drehbewegung umgewandelt, die über eine Welle 35 auf den Rotor des Meßwertgebers 205 übertragen wird. Die der Ausgangsbewegung des Motors 14 entsprechende Drehbewegung des Rotors des als Umformer wirkenden Meßwertgebers 205 erzeugt eine Wechselspannung, die über den Kreis 32 bei 17 dem Eingang des Verstärkers 11 bzw. der diesem vorgeschalteten Mischvorrichtung 31 zugeführt wird. Da die Rotoren 3, 6 des Stellmotors 5 bzw. des Drehmagnetgenerators 9 auf ein und derselben Welle 4 angeordnet sind, bewirkt ein Verdrehen des Rotors 3 infolge des im Stellmotor 5 erzeugten Antriebsmoments ein entsprechendes Verdrehen des Rotors 6. Die hierdurch vom Drehmagnetgenerator 9 erzeugte Gleichspannung wird über den Kreis 18 ebenfalls zum Eingang des Verstärkers 11 rückgeführt. Die Ausgangsbewegung des Schiebers 12 wird in eine Wechselspannung mittels des Meßwertgebers 20 Λ umgeformt, dessen Rotor ebenfalls auf der Welle 4 verdrehfest angeordnet ist. Diese Wechselspannung wird über den Kreis 36 ebenfalls zum Eingang des Verstärkers 11 zurückgeführt. Dem Eingang des Verstärkers 11 wird schließlich auch die eine Dämpfungsspannung darstellende Gleichspannung des Drehmagnetgenerators 38 zugeführt, die der Eingangsgeschwindigkeit proportional ist. Die vom Drehmagnetgenerator 7, 9 gelieferte, über die Welle 4 von der Antriebsbewegung des Drehmagnetantriebs 5 abgeleitete Spannung ist eine der Beschleunigung der Ausgangsbewegung des hydraulischen Motors 14 proportionale Spannung, während die vom Meßwertgeber 205 gelieferte, von der Ausgangsbewegung des hydraulischen Motors 14 abgeleitete Spannung dessen Stellweg proportional ist. Die vom Meßwertgeber 20^4 schließlich gelieferte Spannung ist der Geschwindigkeit der Ausgangsbewegung des hydraulischen Motors 14 proportional. Die Rückführung dieser Spannungen zum Eingang des Verstärkers 11 bewirkt einen Ausgleich der über den Kreis 10 als Eingangssignal dem Verstärkereingang zugeführten Spannung mit der Folge, daß bei erreichtem Ausgleich das Antriebsmoment im Stellmotor 5 Null wird und die Verschiebung des den hydraulischen Motor 14 steuernden Schiebers 12 aufhört. Das System bleibt dabei in jeder Steuerungsphase stabil. Die bei 37 dem Eingang des Verstärkers 11 zugeführte, vom Drehmagnetgenerator 38 gelieferte Hilfsspannung ermöglicht es, den der Eingangsgeschwindigkeit proportionalen Ausschlag zu korrigieren, welche die Steuereinrichtung zwischen Eingang und Ausgang einführt. Die mechanische Steuerung des das Eingangssignal abgebenden Meßwertgebers 20 £ kann von Hand oder von einem beliebigen Gerät erfolgen, z. B. einem Gyrometer, einem Gyroskop, einem Stabilisator, einem selbsttätigen Schalter oder irgendeiner anderen Vorrichtung, die eine selbsttätige Steuerung eines Flugzeugs, einer Vorrichtung oder irgendeiner anderen Maschine ermöglicht. Dementsprechend kann die hydroelektrische Steuereinrichtung zum automatischen Steuern von Flugzeugen, ferngesteuerten Maschinen oder sonstigen Vorrichtungen Anwendung finden. Die Merkmale des Patentanspruchs 1 bilden nur in ihrer Gesamtheit den Gegenstand der Erfindung. Der Gegenstand des Patentanspruchs 2 genießt Schutz nur in Verbindung mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1. Patentansprüche:

1. Hydroelektrische Steuereinrichtung für einen hydraulischen Motor mit Verstärkung des elektrischen Eingangssignals, in der ein elektrischer Stellmotor den Schieber des hydraulischen Motors steuert und in der der Stellweg des hydraulischen Motors sowie dessen erste und zweite zeitliche Ableitung elektrisch umgeformt und getrennt zum Verstärker rückgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor ein Drehmagnetantrieb (2, 5) ist, dessen Geschwindigkeit ein Drehmagnetgenerator (7, 9) mißt und in eine elektrische Rückführgröße umformt, daß als Umformer für den Stellweg des hydraulischen Motors (14) und des Stellmotors (2, 5) für den Schieber (12) induktive Meßwertgeber (205 bzw. 20/4) vorgesehen sind und daß die Rotoren der beiden Umformer für die erste und zweite Ableitung (7, 9; 20A) auf der Welle (4) des Stellmotors verdrehfest angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal von einem