DE1296982B

DE1296982B - Hydraulischer Servomechanismus

Info

Publication number: DE1296982B
Application number: DEN21401A
Authority: DE
Inventors: Guenther; Dipl-Ing Helmut; Viersma Taco Jan
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1961-04-04
Filing date: 1962-03-31
Publication date: 1969-06-04
Also published as: CH408652A; GB996337A; US3200713A; NL263175A; AT240663B; NL135350C

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen hydraulischen rung der trockenen oder Coulombschen Reibung her-Servomechanismus mit mindestens einem Arbeits- vorrufen. Diese trockene Reibung wirkt sich in einem zylinder mit darin verschiebbaren Kolben, wobei an sogenannten toten Gang aus, d. h. der Regelschieber mindestens einem der von dem Kolben begrenzten kann sich in einem bestimmten Gebiet (totem Gang) Zylinderräume eine aus einer Leitung, in der ein 5 hin- und herbewegen, ohne daß der Kolben sich bepraktisch konstanter Druck aufrechterhalten wird, wegt, da dieser von der Reibung zurückgehalten wird, kommende ununterbrochene Zufuhr sowie eine eben- Die störende Wirkung der Kolbenbelastung läßt sich so ununterbrochene Abfuhr einer hydraulischen dadurch erklären, daß infolge der Belastung der Flüssigkeit angeschlossen sind, wobei der Unterschied Druck in einem oder in beiden Zylinderräumen Änzwischen den zu- und abgeführten Flüssigkeitsmengen io derungen erfährt, wodurch der Unterschied zwischen pro Zeiteinheit durch eine äußere Steuerung regelbar den an mindestens einen Zylinderraum zugeführten ist und in jeder Zu- und Abfuhrleitung nur eine regel- und von diesem abgeführten Flüssigkeitsmengen unbare Durchströmöffnung vorhanden ist. abhängig von dem äußeren Steuersignal und somit Solche Servomechanismen sind bekannt und wer- unabhängig von der Lage des Regelschiebers geden z. B. zum Antreiben von Werkzeugmaschinen 15 ändert wird. Infolgedessen verschiebt sich der Kolben verwendet; sie können sowohl linear als auch rotie- gegenüber dem Zylinder. Ein solches Verschieben rend wirken. des Kolbens ohne Anregung durch eine Änderung Bei den bekannten Servomechanismen können die des äußeren Steuersignals ist aus regelungstechnischen Zu- und Abfuhrleitungen mit ihren Durchström- Gründen unerwünscht.

Öffnungen direkt mit dem betreffenden Zylinderraum 20 Die Erfindung hat die Aufgabe, einen hydrau-

oder durch einen mit dem erwähnten Raum in Ver- liehen Servomechanismus zu schaffen, bei dem sich

bindung stehenden Bilfsraum verbunden sein. Weiter der Kolben streng proportional zu einem äußeren

wird zur Regelung der Größe einer oder mehrerer Drucksteuersignal verschiebt.

dieser Durchtrömöffnungen ein von außen her Steuer- Die gestellte Aufgabe ist bei einem hydraulischen barer Regelschieber verwendet, durch dessen Lagen- 25 Servomechanismus, der sowohl linear als auch rotieänderung die Größe einer oder mehrerer Durch- rend wirksam sein kann, dadurch gelöst, daß gemäß Strömöffnungen veränderbar ist, wodurch der Unter- der Erfindung der Servomechanismus mit einem oder schied zwischen der einem Raum zugeführten und mehreren in an sich bekannter Weise auf den Druck von ihm abgeführten Flüssigkeitsmenge pro Zeit- in dem betreffenden Zylinderraum ansprechenden einheit geändert werden kann. Infolgedessen kann 30 korrigierenden Organen, wie z. B. Membranen, versieh der Kolben im Arbeitszylinder durch Lagenver- sehen ist, welche bei in diesem Zylinderraum als änderungen des Schiebers verschieben. Das äußere Folge störender Belastungsdifferenzen auftreten-Steuersignal für den in diesem Fall verwendeten den Druckunterschieden die Größe mindestens einer Regelschieber bestimmt somit die Lage des Kolbens der Durchströmöffnungen derart ändert, daß der als gegenüber dem Zylinder und somit auch die Lage der 35 Folge der äußeren Steuerung herrschenden Flüssigdamit verbundenen Teile, wie z. B. des Schlittens keitsmengenunterschied pro Zeiteinheit nahezu uneiner Werkzeugmaschine. abhängig von in diesem Zylinderraum herrschenden

Es ist bekannt, den Steuerschieber mit einer offe- Druck ist.

nen Mittelstellung zu versehen, wodurch in den Es hat sich ergeben, daß die Einführung eines auf Arbeitsräumen des Arbeitszylinders eine ununterbro- 40 den Druck in mindestens einem der Zylinderräume chene Zu- und Abfuhr von hydraulischer Flüssigkeit ansprechenden Organs die Möglichkeit schafft, die vor sich gehen kann. Diese Steuerung dient aber nur Druckänderung in diesem Raum gleichsam mit einer zur primären Regelung und nicht zur sekundären Änderung der Größe einer oder mehrerer DurchRegelung, die mit Hilfe des Erfindungsgegenstandes Strömöffnungen vollkommen unabhängig von dem angestrebt wird. 45 äußeren Steuersignal resultieren zu lassen. Mittels des Wenn einfachheitshalber angenommen wird, daß erwähnten, auf Druck ansprechenden Organs kann der Kolben in einem stillstehenden Zylinder beweg- die Größe einer oder mehrerer Durchströmöffnungen lieh angeordnet ist, kann die axiale Gesamtbelastung derart geändert werden, daß unabhängig von dem des Kolbens aus verschiebenen Komponenten zusam- äußeren Steuersignal, wie vorstehend erwähnt, die mengebaut gedacht werden. Diese Komponenten sind 5° Größe dieser Durchströmöffnungen stets von dem z. B. die Massenkräfte infolge der Beschleunigungen Druckunterschied vor und nach der Durchström- und Verzögerungen der Masse des Kolbens und der Öffnung abhängig ist. Es hat sich gezeigt, daß diese damit verbundenen Teile, die äußere Belastung, z. B. Maßnahmen eine gute Belastungskompensation herinfolge der Verspanungskräfte, die auf den mit dem beiführen können, was bedeutet, daß die störende Kolben verbundenen Schlitten einer Werkzeug- 55 Wirkung der Belastung weitgehend behoben wird, maschine ausgeübt werden, und die bei der Bewegung Nach einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt des Kolbens gegenüber dem Zylinder auftretenden die korrigierende Regelung derart, daß sich bei einer Reibungskräfte. Bekanntlich wirkt ein hydraulischer Druckzunahme in dem betreffenden Zylinderraum die Servomechanismus annähernd als ein Integrator, d. h. Größe der Durchströmöffnung in der Zufuhr dieses abgesehen von bestimmten Einschalterscheinungen 60 Zylinderraumes vergrößert und/oder die Größe der und Massenkräften gibt es eine kennzeichnende, Durchströmöffnung in der Abfuhr dieses Zylinderlineare Beziehung zwischen der Geschwindigkeit des raumes verkleinert.

Kolbens und der Größe des Steuersignals für z. B. Wird für die äußere Steuerung ein bekannter Regeiden Regelschieber. Infolge der erwähnten Gesamt- schieber benutzt, dann kann die Kupplung zwischen belastung des Kolbens wird diese charakteristische 65 dem auf den Druck ansprechenden Organ und dem Beziehung zwischen der Kolbengeschwindigkeit und Regelschieber naturgemäß auf verschiedene Weise der Größe des Steuersignals jedoch gestört. Eine Um- hergestellt werden. Es ist z. B. möglich, das erwähnte kehrung der Kolbenbewegung z. B. wird eine Umkeh- Organ direkt mit dem Regelschieber zu verbinden.

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Es wird einleuchten, daß diese Kupplung an die Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, Empfindlichkeit des auf Druck ansprechenden Organs daß die andere(n) Durchströmöffnung(en) durch das große Anforderungen stellt. Es hat sich gezeigt, daß auf Druck ansprechende Organ regelbar ist (sind), ein elastisch verformbares Organ, z. B. eine Mem- Bei dieser Ausführungsform wird mindestens eine der bran, diese Anforderungen in hohem Maße erfüllen 5 öffnungen eines Zylinderraumes durch eine äußere kann. Wenn jedoch infolge allzu schwieriger bau- Steuerung, z. B. einen Regelschieber, und die andere licher Anforderungen die Kupplung zwischen dem öffnung durch ein kompensierendes, auf Druck anelastisch verformbaren Organ und dem Regelschieber sprechendes Organ geregelt. Letzteres kann z. B. nicht direkt sein kann, ist es selbstverständlich auch auch ein Schieber sein, der mit einem elastisch vermöglich, gleichsam einen Umformer zwischen diesem io formbaren Teil versehen ist und bei dem die ela-Organ und dem Regelschieber vorzusehen, wodurch stische Formveränderung die Lage des Schiebers bez. B. die elastische Formveränderung des auf Druck dingt. Bei dieser Ausführungsform, bei der das auf ansprechenden Organs in eine bestimmte elektrische Druck ansprechende Organ entweder die DurchGröße umgewandelt wird, die an sich eine Ände- Strömöffnungen der Zufuhr oder die der Abfuhr rung der Lage des Regelschiebers bewerkstelligen 15 regelt, wird die Größe der durch dieses auf Druck kann. ansprechende Organ zu regelnden Durchström-

Die Erfindung betrifft weiter einige wichtige Grund- öffnungen derart abhängig von dem auf beiden Seiten ausbildungen des vorerwähnten Servomechanismus. dieser Durchströmöffnungen vorherrschenden Druck-Jede dieser Ausbildungen geht davon aus, daß bei unterschied gemacht, daß bei einer Druckänderung einer Druckänderung in einem Zylinderraum der ^ao in dem betreffenden Zylinderraum die pro Zeiteinheit Unterschied zwischen den zugeführten und den ab- durch eine der Öffnungen strömende größere (oder geführten Flüssigkeitsmengen pro Zeiteinheit in die- kleinere) Flüssigkeitsmenge gleich der der anderen sem Zylinderraum nahezu unabhängig von dem in Durchströmöffnungen ist. Bei dieser Ausführungsdiesem Zylinderraum vorherrschenden Druck gehal- form, bei der somit auch bei Druckänderung in minten werden muß. Jede Ausbildung enthält eine auf 25 destens einem Zylinderraum der Unterschied zwiden Druck mindestens einem Zylinder ansprechende sehen den zugeführten und den abgeführten Flüssig-Vorrichtung. keitsmengen bei diesem Zylinderraum nahezu unab-

Die erste Grundausbildung des hydraulischen hängig von dem in diesem Raum vorherrschenden Servomechanismus nach der Erfindung mit einem von Druck ist, wird außerdem in denjenigen Belastungsaußen hergesteuerten Regelschieber zur gleichzeitigen 30 bereichen des Kolbens, in denen der Kolben sich Regelung der Größe jeder Durchströmöffnung für nicht in dem statischen Gleichgewichtszustand bemindestens einen Zylinderraum ist dadurch gekenn- befindet, eine gute Belastungskompensation erzielt,
zeichnet, daß der Regelschieber derart mit dem auf Bei einer weiteren Bauart dieser Ausführungsform den Druck in einem oder in beiden Zylinderräumen enthält einer der Zylinderräume mindestens eine Abansprechenden Organ gekoppelt ist, daß sich bei 35 fuhröffnung und ist in dem Kolben selber eine Anzahl Druckzunahme in einem Zylinderraum die Größe der von Kanälen vorgesehen, durch welche die Zylinder-Durchströmöffnung in der Zufuhr dieses Zylinder- räume miteinander in Verbindung stehen, wobei der raumes vergrößert und gleichzeitig die Größe der andere Zylinderraum an einen nahezu konstanten Durchströmöffnung in der Abfuhr dieses Zylinder- Flüssigkeitsdruck angeschlossen ist. Die Größe der raumes verkleinert. Die gleichzeitige Regelung aller 40 Abführöffnung oder die der erwähnten Kanäle ist Durchströmöffnungen mittels des Flüssigkeitsdrucks regelbar. Dieser Servomechanismus, in diesem Fall für mindestens einen Zylinderraum wird vorzugsweise des sogenannten linearen Typs, hat das Kennzeichen, derart eingestellt, daß eine vollständige Belastung«- daß der dem erstgenannten Zylinderraum zugewenkompensation in der Lage erzielt wird, in der ein dete Kolbenteil eine Membran besitzt, die am UmServomotor des linearen Typs in einem statischen 45 fang am Kolben befestigt und mit einer zentralen Gleichgewichtszustand ist, wobei die äußere Be- öffnung versehen ist, wobei zwischen der elastisch lastung des Kolbens, die Kolbengeschwindigkeit und verformbaren Membran und einem festen Kolbenteil die Größe des äußeren Steuersignals alle den Null- ein Durchlaß gebildet ist, dessen Größe derart verwert haben. Außerhalb des erwähnten statischen änderbar ist, daß bei Druckzunahme in dem erst-Gleichgewichtszustandes tritt naturgemäß auch eine 50 genannten Zylinderraum dieser Durchlaß vergrößert gewisse, wenn auch nicht ganz vollkommene Korn- wird und der Unterschied zwischen den pro Zeitpensation auf. Bei dieser Hauptausbildung wird die einheit zu- und abgeführten Flüssigkeitsmengen nahe-Belastungskompensation dadurch erzielt, daß die zu konstant gehalten wird.

Größe jeder Durchströmöffnung derart abhängig von Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der dem Druckunterschied beiderseits dieser Durchström- 55 Zeichnung näher erläutert, die einige Ausführungsöffnung gemacht wird, daß die durch die Durch- beispiele von Servomechanismen des linearen Typs Strömöffnung gehende Menge hydraulischer Flüssig- zeigt.

keit unabhängig von dem auf beiden Seiten dieser F i g. 1 zeigt schematisch eine Übersicht eines hy-

Durchströmöffnung vorherrschenden Druckunter- draulischen Servomechanismus, der zur Steuerung

schied ist. Es ist im übrigen ersichtlich, daß diese 60 einer Werkzeugmaschine verwendet wird;

Ausbildung sich außerdem zur Verwendung bei hy- F i g. 2 und 3 beziehen sich auf eine erste Haupt-

draulischen Servomechanismen des rotierenden Typs gestaltung des Servomechanismus nach der Erfin-

eignet. dung, wobei alle Durchströmöffnungen für mindestens

Bei einer zweiten Grundausbildung ist der hydrau- einen Zylinderraum gleichzeitig durch die elastische

lische Servomechanismus nach der Erfindung mit 65 Formveränderung einer auf Druck ansprechenden

einem von außen her gesteuerten Regelschieber zur Vorrichtung geregelt werden. F i g. 2 zeigt einen

Regelung einer Anzahl, aber nicht aller Durchström- Servomechanismus mit Vierseitensteuerung und

öffnungen mindestens eines Zylinderraumes versehen. Fig. 3 einen Mechanismus mit Zweiseitensteuerung;

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F i g. 4 und 5 beziehen sich auf eine zweite Haupt- gekuppelten Schlittens 23 erfolgt somit erst, wenn die gestaltung des Servomechanismus nach der Erfindung, Kolbenstange infolge der äußeren Steuerung bewegt bei dem nicht alle Durchströmöffnungen des gleichen wird.

Raumes gleichzeitig von einer auf Druck ansprechen- Wenn die Gesamtbelastung 2P geändert wird,

den Vorrichtung geregelt werden. Der Mechanismus 5 z. B. infolge einer zunehmenden Kraft auf das Werknach Fig.4 ist mit einem gesonderten Ausgleichs- zeug oder einer Änderung der Reibungskräfte beim schieber versehen. Fig. 5 zeigt ein weiter detaillier- Umkehren der Kolbenbewegung, nimmt in einem der tes Beispiel eines Servomechanismus mit Einseiten- Zylinderräume, z.B. im ZylinderraumA, der Druck steuerung, wobei eine auf Druck ansprechende Vor- P₁ zu, so daß Q₁ kleiner und Q₃ größer wird. Auf richtung an dem Kolben befestigt ist. io entsprechende Weise nimmt bei einem niedrigeren

Bei der schematischen in Fi g. 1 dargestellten An- Druck P₂ Q₂ zu und Ö4 ab. Der Kolben 2 bewegt sich Ordnung eines hydraulischen Servomechanismus sind darauf nach links (s. Fig. 1). Ein solcher Zustand, in ein Arbeitszylinder 1 mit einem sich darin verschie- dem sich die Lage des Kolbens infolge einer Ändebenden Kolben 2 und eine Kolbenstange 3 angegeben. rung der Größe der Gesamtbelastung ΣΡ ändert, Der Kolben 2 unterteilt den Arbeitszylinder in Zylin- 15 ohne die Zuführung eines äußeren elektrischen derräume A und B. Jeder Zylinderraum besitzt eine Steuersignals 25, ist aus regeltechnischen Gründen Zufuhr und eine Abfuhr für das hydraulische Mittel, unerwünscht.

als welches nachfolgend einfachheitshalber öl ge- Mittels der weiter unten zu beschreibenden Metho-

nannt ist. Das Öl befindet sich in einem Behälter 10 den kann bei der Änderung der Gesamtbelastung Σ Ρ und wird mittels einer Ölpumpe 11 durch eine Lei- ao ein solcher Ausgleich erzielt werden, daß trotz einer tung 12 zwei Zufuhrleitungen 13 und 14 zugeführt. Druckänderung in einem oder in beiden Zylinder-Die Abfuhr des Öls erfolgt durch die Abfuhrleitun- räumen A, B der Kolben nach wie vor die von dem gen 15 und 16, die sich in einer gemeinsamen, in den Steuersignal vorgeschriebene Lage einnimmt. Zu die-Behälter 10 ausmündenden Leitung 17 vereinigen. sem Zweck ist ein auf den Druck in einem oder Die Anordnung des Ölumlaufes ist derart, daß in der 25 beiden Zylinderräumen A oder B ansprechendes Or-Leitung 12 ein nahezu konstanter Öldruck und in der gan vorgesehen, welches die Größe einer oder meh-Leitung 17 annähernd der atmosphärische Druck vor- rerer Durchströmöffnungen derart ändert, daß bei herrscht. Zwischen den Leitungen 12 und 17 befindet einer Druckänderung in einem oder in beiden Zylinsich ein Entlastungsventil 18, durch welches der Öl- derräumen der Unterschied zwischen den zugeführten druck in der Leitung 12 innerhalb sehr enger Grenzen 30 und den abgeführten Ölmengen pro Zeiteinheit bei konstant gehalten wird. Die Größe der Durchström- dem betreffenden Zylinderraum nahezu unabhängig öffnungen in jeder der Zufuhrleitungen 13 und 14 ist von dem in dem betreffenden Zylinderraum vor- und der Abfuhrleitungen 15 und 16 ist durch einen herrschenden Druck. Wie nachfolgend erläutert, erin einem Gehäuse 20 verschiebbaren Schieber 21 ein- folgt die Änderung mindestens einer Durchströmregelbar. Die Lage des Schiebers gegenüber dem Ge- 35 öffnung ganz unabhängig von der äußeren Steuerung häuse 20 wird durch eine Steuerung von außen her des Schiebers, geregelt. Die erste Methode wird an Hand zweier Ausfüh-

Bei Verwendung des in F i g. 1 dargestellten Servo- rungsformen nach den F i g. 2 und 3 erläutert, mechanismus für die selbsttätige Steuerung einer Bei der Vorrichtung nach F i g. 2 sind ein Arbeits-

Werkzeugmaschine ist mit der Kolbenstange 3 ein 40 zylinder 30 und ein Kolben 31 vorgesehen, der den Schlitten 23 für ein Werkzeug 26 verbunden, und die Arbeitszylinder, wie vorstehend beschrieben, in zwei Lage des Schiebers 21 wird durch einen elektrischen Zylinderräume A und B aufteilt. Weiter ist ein Regel-Umformer 24 mittels einer elektrischen Steuersignals schieber mit einem Gehäuse 35 und einem darin ver-25 eingeregelt. Durch die Leitungen 13, 14, 15 und schiebbaren Schieber 36 vorhanden. Die Formen der 16 strömen die Ölmengen Q₁, Q₂, Q₃ bzw. Q₄. Die in 45 Innenseite des Gehäuses 35 und der Außenseite des den Zylinderräumen A und B herrschenden Drücke Schiebers 36 sind derart, daß in dem Regelschieber P₁ bzw. P₂, vervielfacht mit den Oberflächen F₁ bzw. zwei Kammern 45 und 46 gebildet werden, die durch F₂ auf beiden Seiten des Kolbens 2, stellen ein Leitungen 37 und 38 direkt mit den Zylinder-Gleichgewicht mit der axialen Gesamtkolbenbelastung räumend undB verbunden sind. Weiter sind vier

50 Druchströmöffnungen h_v h₂, h₃ und /z₄ vorgesehen,

2¹P = ρ . F —p . F durch welche die Kammern 45 und 46 außerdem mit

¹¹²² der gemeinsamen ölzufuhr 39 und den ölabfuhren

ein. Diese Belastung besteht aus verschiedenen Korn- 40 und 41 in Verbindung stehen. Die Zufuhr 39 erponenten, wie z. B. der auf das Werkzeug 26 ausge- folgt bei konstantem Pumpdruck, und an der Stelle übten Kraft, der etwaigen Reibung und/oder den 55 der Abfuhren 40 und 41 herrscht annähernd der Massenkräften der hin- und herbeweglichen Teile. atmosphärische Druck vor. Der Schieber 36, der Wenn von einem bestimmten Gleichgewichtszustand wenigstens teilweise aus magnetostriktivem Material ausgegangen wird, bei dem der Kolben 2 gegenüber hergestellt ist, kann seine Länge ändern, wenn eine dem Arbeitszylinder 1 stillsteht, und wenn dieser auf ihm angeordnete Spule 50 auf übliche Weise erKolben über einen bestimmten Abstand verschoben 60 regt wird. Die Wirkung dieser Erregung der Spule werden soll, kann dies dadurch erfolgen, daß mittels läßt sich gleichsam mit dem äußeren elektrischen eines elektrischen Steuersignals 25 der Schieber 21 Steuersignal 25 der F i g. 1 vergleichen. In der Seitenderart verschoben wird, daß die durch die Zylinder- wand der Zylinderräume A und B sind Membranen räume A und B fließenden Ölmengen geändert wer- 51 und 52 vorgesehen, die je auf den Druck des beden. Der Kolben verschiebt sich darauf, bis durch 65 treffenden Zylinderraumes ansprechen. Die elastische einen weiteren Befehl der Schieber 21 wieder in seine Formveränderung dieser Membranen ist elektrisch ursprüngliche Lage zurückgeführt ist. Die Verschie- mit einem Unterschiedsverstärker 27 gekoppelt, dei bung des unbelasteten Kolbens 2 sowie die des damit in Abhängigkeit von der gemessenen, elastischen

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Formveränderung der Membran eine zweite, den bran 75 nimmt aber der Druck in der auch direkt mit

Schieber 36 umgebende Ausgleichsspule 55 erregt. dem Zylinderraum A in Verbindung stehenden Kam-

Die Ausgleichswirkung vollzieht sich wie folgt: merC zu. Die Memran75 wird infolgedessen ela-

Auf die an Hand der F i g. 1 beschriebenen Weise stisch verformt, und die Schieberstange 63 wird nach

wird bei einem bestimmten Wert der Gesamt- 5 rechts verschoben, so daß die Durchströmöffnung A₂

belastung 2¹P z. B. der Druck im Zylinderraum A kleiner und die öffnung A₁ größer wird. Obgleich

größer und der im Zylinderraum B kleiner. Dies ist einerseits infolge des höheren Drucks in der Kammer

in F i g. 2 durch + und — bezeichnet. Q₁ und Q₄ 62 die ölmenge Q₂ zuzunehmen sucht, wird durch

werden infolgedessen kleiner und Q₂ und Q₃ größer, die praktisch gleichzeitige Verkleinerung der Durch-

wodurch der Kolben 31 sich nach links verschiebt. io strömöffnung A₂ die Zunahme von Q₂ ausgeglichen.

Das von dem Unterschiedsverstärker 27 verstärkte Das Ergebnis hängt somit von der richtigen Bemes-

Differenzsignal ergibt eine durch die Ausgleichsspule sung der Membran 75 ab.

55 gehende Stromänderung. Infolgedessen wird der Bei den vorstehend geschilderten Ausgleichsregeauf der linken Seite im Gehäuse 35 befestigte lungen gemäß der ersten Methode werden also bei Schieber 36 langer, und die öffnungen A₂ und A₃ 15 einem oder bei beiden Zylinderräumen gleichzeitig werden kleiner und die öffnungen A₁ und Zi₄ größer. alle Durchströmöffnungen durch gleichzeitige Rege-

Bei richtig gewählten Bemessungen der Mem- lung der Größe dieser öffnungen mittels mindestens

branen 51 und 52 und bei angemessener Verstärkung eines auf Druck ansprechenden Organs geregelt,

des gemessenen Differenzsignals als Maß des Unter- Gemäß einer zweiten Methode, mittels der auch schieds zwischen den elastischen Formveränderungen ao bei Druckveränderung in mindestens einem Zylinder-

der Membranen ist es möglich, Q₁ bis Q₄ konstant raum ein Belastungsausgleich bewerkstelligt werden

zu halten und somit den Einfluß der Gesamtkolben- kann, folgt man einem ganz anderen Weg. Dies wird

belastung Σ P innerhalb gewisser Grenzen auszu- an Hand der F i g. 4 und 5 veranschaulicht,

gleichen. Bei der vorstehend geschilderten ersten Der Servomechanismus nach F i g. 4 besitzt einen Methode wird somit durch ein auf Druck an- as Arbeitszylinder 85 mit einem in ihm bewegbaren

sprechendes Organ gleichzeitig eine Änderung aller Kolben 86 und ein Gehäuse 87, in dem ein Schieber

Durchströmöffnungen bewerkstelligt. In diesem Aus- 88 beweglich angeordnet ist. Das Gehäuse 87 enthält

führungsbeispiel sind zwar zwei Membranen vorge- eine öffnung 89, die auf nicht weiter dargestellte

sehen, aber es ist selbstverständlich, daß auch ein Weise an eine Zufuhrleitung für öl mit konstantem

Ausgleich erzielt werden kann, wenn nur eine Mem- 30 Pumpdruck angeschlossen ist. Weiter ist eine Aus-

bran benutzt wird. Mit Rücksicht auf die Symmetrie gleichsregelvorrichtung 91 vorgesehen. Sie besteht

und auf etwaige Änderungen im Pumpdruck werden aus einem Gehäuse 92 mit einer öffnung 93, wo dei

jedoch zwei Membranen bevorzugt. Öldruck nahezu dem atmosphärischen Druck gleich

F i g. 3 zeigt eine Vorrichtung gemäß der nach ist. Im Gehäuse 92 ist ein Schieber 94 verschiebbai F i g. 2. Der Zylinderraum B ist hier an den vollen 35 angeordnet. Dieser Schieber ist an beiden Enden mit Pumpdruck P₀ angeschlossen, der vorzugsweise kon- Membranen 95 und 96 verbunden. Die Membranen stant gehalten wird. Weiter werden in diesem Falle sind an ihrem Umfang im Gehäuse 92 eingespannt, mittels eines Reglers 61 die zugeführten und die ab- Die Gehäuse 87 und 91 sind auf die angedeutete geführten ölmengen Q₁ und Q₂ der Kammer 62 ge- Weise mit den Zylinderräumen A und B verbunden, regelt, die mit dem Zylinderraum A in Verbindung 40 Die ölzufuhr für den Zylinderraum A erfolgt durch steht. Bei dieser Regelung, bei welcher die Durch- die Durchströmöffnung Ji₁ und die Abfuhr durch die Strömöffnungen Zi₁ und h₂ gleichzeitig durch die Lage Durchströmöffnung A₂. Die pro Zeiteinheit zu- und der Schieberstange 63 geregelt werden, wird das abgeführten ölmengen sind mit Q₁ und Q₂ bezeichäußere Steuersignal durch den Strom gebildet, der net. Auf ähnliche Weise erfolgt bei dem anderen die Wicklungen 64 durchfließt, welche einen Ma- 45 Zylinderraum B die ölzufuhr Q₃ und die ölabfuhr gnet 65 umgeben. Dieser Magnet kann auf die in Q₄. Die Wirkungsweise ist folgende:
der Figur veranschaulichte Weise mit dem auf der Von einem bestimmten Zustand ausgehend, bei Schieberstange 63 vorgesehenen Anker 66 zusam- dem die durch die Zylinderräume A und B fließenmenwirken. Die Verbindung zwischen der Regelvor- den ölmengen pro Zeiteinheit durch die Lage des richtung und dem Zylinder 67 erfolgt wieder durch 50 von außen her gesteuerten Schiebers 88 bedingt zwei Kanäle 68 und 69, und weiter steht der Zylin- werden, nimmt infolge einer Änderung der Gesamtderraum A durch eine Leitung 71 mit der Kammer C belastung ΣΡ z. B. der Druck P₁ zu und der Druck im Gehäuse 70 der Regelvorrichtung in Verbindung. P₂ ab. Wenn die Membranen 95 und 96 vollkommen Die Schieberstange 63 ist mit einer Membran 75 ver- steif wären, bedeutet dies, daß pro Zeiteinheit Q₁ sehen. Diese Membran schließt die Kammer C am 55 und Q₄ abnehmen und Q₂ und Q₃ zunehmen würden, Umfang ab und ist auf weiter nicht dargestellte Weise was sich in einer nach links erfolgenden Verschieim Gehäuse 70 befestigt. bung des Kolbens 86 auswirkte. Da jedoch die Mem-

Die Ausgleichswirkung vollzieht sich wie folgt: branen 95 und 96 elastisch verformbar sind, werden

Bei einer Zunahme des Drucks im Zylinderraum A, infolge des in dem mit 97 bezeichneten Raum vor-

z. B. infolge einer Änderung der Gesamtbelastung 60 herrschenden höheren Drucks und des in dem mit

Σ P, nimmt infolge eines höheren Drucks in der 98 bezeichneten Raum vorherrschenden niedrigeren

durch den Kanal 68 mit dem Zylinderraum A in Ver- Drucks die Membranen 95 und 96 derart durchge-

bindung stehenden Kammer 62 der Öldruck zu. Die bogen, daß der Schieber 94 sich nach links ver-

durch die Durchströmöffnungen A₁ und A₂ fließenden schiebt, so daß die Durchströmöffnung A₂ kleiner

ölmengen ändern sich somit, und zwar derart, daß 65 und die öffnung A₄ größer wird. Obgleich somit bei

Q₁ kleiner und Q₂ größer wird, so daß der Kolben Zunahme des Drucks Q₂ zunimmt und Q₄ abnimmt,

81 sich nach links bewegt, wenn die Durchströmöff- wirkt die Durchbiegung der Membranen 95 und 96

nungen A₁ und A₂ konstant wären. Infolge der Mem- dieser Änderung entgegen. Durch passende Bemes-

sung der Membranen kann deren Wirkung derart sein, daß bei Druckänderungen in den Zylinderräumen A und B die Unterschiede O₁-O₂ und Q₃-Q₄, konstant gehalten werden. Dies bedeutet, daß der Kolben 86 trotz der Änderung von ΣΡ die von dem Schieber 88 vorgeschriebene Lage beibehält. Es ist tatsächlich möglich, nur eine der Membranen 95 oder 96 zu verwenden, aber in Übereinstimmung mit dem Servomechanismus nach F i g. 2 entsteht eine logischere Lösung, wenn zwei Membranen verwendet werden. Bei dem geschilderten Ausführungsbeispiel zum Ausgleichen nach dem zweiten Verfahren wird somit bei einem Zylinderraum lediglich eine Durchströmöffnung beeinflußt, und zwar vollkommen unabhängig von dem äußeren Steuersignal des Schiebers 88. Es hat sich gezeigt, daß dieser Ausgleich nach dem zweiten Verfahren die Möglichkeit ergibt, nicht nur die Belastungsstörungen für diejenigen Servomechanismen auszugleichen, die normalerweise im Gleichgewichtszustand sind, sondern in gewissem Ausmaß auch die Belastungsstörungen bei Mechanismen, die in einem sogenannten quasi statischen Zustand sind, in dem die Kolbengeschwindigkeit, die Gesamtbelastung des Kolbens und das Steuersignal für den Schieber 88 konstant sind.

Der Servomechanismus nach F i g. 5 hat einen Arbeitszylinder 100, in dem ein mit großen Zufuhröffnungen 101 versehener Kolben 102 verschiebbar ist. Der Arbeitszylinder 100 ist in diesem Falle steif mit dem Teil 103 verbunden, in dem ein von außen her gesteuerter Schieber 104 sich in Richtung des Pfeiles 105 verschieben kann. Der dem Zylinderraum A zugewendete Teil des Kolbens ist auf die dargestellte Weise mit einer Membran 106 versehen. Die am Umfang in dem Kolben 102 aufgespannte Membran 106 hat eine zentrale Durchlaßöffnung 107, und der Kolben 102 hat eine Schulter 108. Zwischen der Membran 106 und der Schulter 108 befindet sich die Durchströmöffnung A₁.

Wenn wieder von einem Gleichgewichtszustand des Kolbens 102 ausgegangen wird, strömt infolge einer ölzufuhr in Richtung des Pfeiles 110 mit konstantem Druck eine Ölmenge durch die Zufuhröffnungen 101 nach der linken Seite des Kolbens 102, und es erfolgt eine Zufuhr Q₁ an der Stelle der Durchströmöffnung A₁. Durch die Durchströmöffnung A₂ an der Stelle des Schiebers 104 wird die Ölmenge Q₁ nach einer sich auf nicht angedeutete Weise an die Öffnung 111 anschließenden Abfuhrleitung abgeführt, wo annähernd der atmosphärische Druck vorherrscht. Die durch die Durchströmöffnung A₂ abgeführte ölmenge ist in der Figur mit Q₂ bezeichnet. In dem Gleichgewichtszustand des Kolbens 102 ist Q₁ gleich Q₂. Wenn eine Gesamtbelastung am Kolben von Σ P auftritt, nimmt z. B. auf entsprechende Weise, wie vorstehend beschrieben, der Druck P₂ zu. Wird die Membran 106 als vollkommen steif gedacht, so hätte diese Druckzunahme zur Folge, daß Q₂ größer und Q₁ kleiner werden würde, wodurch der Kolben sich nach links bewegen würde. Da die Membran 106 jedoch elastisch ist, verformt sich diese Membran bei Druckzunahme in dem Zylinderraum A derart, daß die Durchströmöffnung A₁ größer wird, WOdUrChQ₁ zunimmt. Bei zutreffender Bemessung der Membran 106 wird erreicht, daß bei einer Druckzunahme im Zylinderraum A die durch die Durchströmöffnung A₁ fließende ölmenge Q₁ in gleichem Maße wie Q₂ zunimmt, wodurch der Unterschied O₁-O₂ konstant bleibt und der Kolben 102 nach wie vor die von dem Schieber 104 bedingte Lage einnimmt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird somit nur eine der Durchströmöffnungen eines Zylinderraumes mittels einer Membran geregelt. Bei dem bei diesem Ausführungsbeispiel erzielbaren Belastungsausgleich für einen Servomechanismus mit sogenannter Einseitensteuerung wird ein auf Druck ansprechendes Organ für die Regelungskompensation der zugeführten ölmenge Q₁ benutzt.

Es kann auch ein Ausgleich erzielt werden, indem die Durchströmöffnung A₂ mittels des Drucks beeinflußt wird, unabhängig von der Verschiebung des Schiebers 104.

Im vorstehenden wurde die Kolbenbewegung gegenüber dem zugehörigen Arbeitszylinder erörtert. Die geschilderte Belastungskompensation ist sowohl bei Servomechanismen mit Kolben in einem stillstehenden Zylinder als auch bei Servomechanismen durchführbar, bei denen ein Zylinder sich gegenüber einem stillstehenden Kolben bewegt.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen wird die auf Druck ansprechende Vorrichtung stets durch eine Membran gebildet. Obgleich auch Bauarten mit Schraubfedern usw. möglich sind, sind Membranen zu bevorzugen, da diese den Vorteil haben, daß in Vereinigung mit einer mit ihnen verbundenen Stange eines Schiebers der Schieber nicht zusätzlich zentriert zu werden braucht. Eine Bauart des Schiebers 94 der Fig. 4 z.B. braucht keine weitere Zentrierung. Die Lage ist durch die Befestigung mit den Membranen 95 und 96 bereits ausreichend bedingt. Dies hat den Vorteil, daß die Reibungskräfte vernachlässigbar klein sind.

Die vorstehend geschilderten Ausgleichssysteme beziehen sich zwar auf lineare Servomechanismen, aber sie sind auch bei rotierenden Servomechanismen anwendbar.

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Servomechanismus mit mindestens einem Arbeitszylinder mit darin verschiebbarem Kolben, wobei an mindestens einem der von dem Kolben begrenzten Zylinderräume eine aus einer Leitung, in der ein praktisch konstanter Druck aufrechterhalten wird, kommende ununterbrochene Zufuhr sowie eine ebenso ununterbrochene Abfuhr einer hydraulischen Flüssigkeit angeschlossen sind, wobei der Unterschied zwischen den zu- und abgeführten Flüssigkeitsmengen pro Zeiteinheit durch eine äußere Steuerung regelbar ist und in jeder Zu- und Abfuhrleitung nur eine regelbare Durchströmöffnung vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomechanismus mit einem oder mehreren in an sich bekannter Weise auf den Druck in dem betreffenden Zylinderraum ansprechenden korrigierenden Organen, z.B. Membranen, versehen ist, welche bei in diesem Zylinderraum als Folge störender Belastungsdifferenzen auftretenden Druckunterschieden die Größe mindestens einer der Durchströmöffnungen derart ändert, daß der als Folge der äußeren Steuerung herrschende Flüssigkeitsmengenunterschied pro Zeiteinheit nahezu unabhängig von in diesem Zylinderraum herrschendem Druck ist.

2. Servomechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierende Regelung derart ist, daß sich bei einer Druckzunahme in dem betreffenden Zylinderraum die Größe der Durchströmöffnung in der Zufuhr dieses Zylinderraumes vergrößert und/oder die Größe der Durchströmöffnung in der Abfuhr dieses Zylinderraumes verkleinert.

3. Servomechanismus nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein von außen her gesteuerter Regelschieber zur gleichzeitigen Regelung der Größe jeder Durchströmöffnung für mindestens einen Zylinderraum vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelschieber derart mit dem auf den Druck in einem oder in beiden Zylinderräumen ansprechenden Organ gekoppelt ist, daß sich bei Druckzunahme in einem Zylinderraum die Größe der Durchströmöffnung in der Zufuhi dieses Zylinderraumes vergrößert und gleichzeitig die Größe der Durchströmöffnung in der Abfuhr ao dieses Zylinderraumes verkleinert.

4. Servomechanismus nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein von außen her gesteuerter Regelschieber zur Regelung einiger Durchströmöffnungen mindestens eines Zylinderraumes vor- as

handen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die andere(n) Durchströmöffnung(en) durch das auf Druck ansprechende Organ regelbar ist (sind).

5. Servomechanismus nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 des linearen Typs, wobei einer der Zylinderräume mindestens eine Abfuhröffnung besitzt und in dem Kolben eine Anzahl von Kanälen vorgesehen ist, durch welche die Zylinderräume miteinander in Verbindung stehen, und wobei der andere Zylinderraum an einen nahezu konstanten Flüssigkeitsdruck angeschlossen ist und die Größe der Abführöffnung oder der erwähnten Kanäle regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der dem erstgenannten Zylinderraum zugewendete Kolbenteil eine Membran besitzt, die am Umfang am Kolben befestigt und mit einer zentralen öffnung versehen ist, wobei zwischen der elastisch verformbaren Membran und einem festen Kolbenteil ein Durchlaß gebildet ist, dessen Größe derart veränderbar ist, daß bei Druckzunahme in dem erstgenannten Zylinderraum dieser Durchlaß vergrößert wird und der Unterschied zwischen den pro Zeiteinheit zu- und abgeführten Flüssigkeitsmengen nahezu konstant gehalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen