DE1576099B1 - Servo-Steuersystem mit drei hydraulischen Stellgliedern und einem mit diesen starr gekuppelten Ausgangsstellglied - Google Patents

Description

mehrere Stellglieder aus Sicherheitsgründen vorge- io weils negativ auf dasjenige Eingangssignal zurücksehen, um auch bei Ausfall eines Signalübertragungs- gekoppelt ist, das die Verstellung dieses Widerlagerwegs, der Kraftquelle eines Stellglieds oder eines glieds bewirkt.

Stellglieds selbst eine Steuerung erreichen zu können. Auf Grund der gerätefest schwenkbaren Lagerung

Ein Servo-Steuersystem der genannten Art ist be- des Kupplungsglieds ist bei dem neuen Steuersystem kann. Als hydraulische Stellglieder sind in Zylindern 15 die Winkelsumme der Schwenkbewegungen 4er angeordnete Kolben vorgesehen,· jeder: Kolben ist Kuppelstellen der Widerlagerglieder mit dem Kuppüber eine Kolbenstange an einer Platte starr befestigt, lungsglied konstant, so daß die Verstellwege der und diePiatte^trägt das Ausgangsstellglied. Drücken Widerlagerglieder jeweils der Abweichung des einem auf die Kolben nach .Maßgabe verschieden großer Widerlagerglieds zugeordneten Eingangssignals von Eingangssignale verschieden gerichtete Kräfte, dann 20 dem Mittelwert aller Eingangssignale entsprechen, wird ein Kolben genau nach Maßgabe des ihm züge- Die negative Rückführung der Verstellwege der ordneten Eingangssignals eingestellt, während auf Widerlager auf die Eingangssignale bewirkt daher, die beiden anderen Kolben entgegengesetzte, gleich daß auch bei Ausfall eines Stellglieds die übrigen große Kräfte wirken, die einander aufheben und nicht Stellglieder und damit das mit ihnen starr gekuppelte zur Verstellung beitragen. Ein erster Nachteil liegt 25 Ausgangsstellglied im Sinne einer Mittelwertbildung nun darin, daß der erzielte Verstellweg des Aus- der Eingangssignale verstellt werden. Es ist ein Totgangsstellglieds nicht dem arithmetischen Mittel der bereich des Stellwegs des Ausgangsstellglieds verdrei Eingangssignale entspricht, da für die Verstel- mieden.

lung maßgebende einzelne Eingängssignale beliebig Ein Vorteil des neuen Servo-Steuersystems liegt

nahe an dem niedrigeren oder dem höheren Ein- 30 darin, daß die Abweichung eines Eingangssignals gangssignal liegen können. Ein weiterer, noch wich- von dem Mittelwert der drei Eingangssignale direkt tigerer Nachteil tritt dann auf, wenn die Druckver- an dem Verstellweg des dem Eingangssignal zugesorgung eines Kolbens oder eine in gleicher Weise ordneten Widerlagerglieds erkennbar ist, zumal dieser ■wirkende Störung dessen Eingangssignals auftritt. In Verstellweg ohnehin zur Durchführung der negativen diesem Fall ist der Stellweg innerhalb eines Totbe- 35 Rückführung beispielsweise als elektrische Größe reichs unbestimmt, der von den durch die verbleiben- gemessen wird. Somit ist eine leichte Überwachung

dahingehend möglich, ob die Eingangssignale innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs gegenüber dem Mittelwert liegen. Hierzu wird gemäß einer 40 Ausgestaltung vorgesehen, daß. der Stellweg der Widerlagerglieder durch zwei Endstellungen begrenzt ist, in denen jeweils ein mit einer Fehleranzeige verbundener Schalter betätigt wird.

Die letztgenannte Ausgestaltung führt noch zu

sondern über Kugelgelenke verbunden. Hierbei ent- 45 einem besonderen Vorteil. Ein Eingangssignal wird spricht der Stellweg des mit der Platte ebenfalls über für die Mittelwertbildung bei der Verstellung des ein Kugelgelenk verbundenen Ausgangsstellglieds Ausgangsstellglieds nur insoweit berücksichtigt, als dem arithmetischen Mittelwert der Eingangssignale. es eine Verstellung des ihm zugeordneten Wider-Nachteilig sind hierbei der Aufwand für die mit lagerglieds innerhalb des durch die Endstellungen großer Genauigkeit zu fertigenden Kugelgelenke und 50 begrenzten Stellbereichs bewirkt. Bei größerer Abdie bei Verschleiß der Kugelgelenke auftretende Un- weichung — beispielsweise wenn das Eingangssignal genauigkeit in der Übermittlung- der Stellbewegung auf Grund einer Störung seines Signalübertragungsder Kolben zu dem Ausgangsstellglied. weges den Wert Null hat — wird im wesentlichen

Unabhängig von der starren oder beweglichen nur eine Mittelwertbildung zwischen den verbleiben-Kopplung der Stellglieder mit dem Ausgangsstell- 55 den beiden Eingangssignalen vorgenommen.-glied ist die gerätetechnische Ausführung von Servo- Die Erfindung.wird im folgenden an Hand der

Steuersystemen der eingangs genannten Art bekannt, Fig. 1 bis 4 näher erläutert, in denen verschiedene wobei jeweils eine Nachlaufregeleinrichtung mit ne- Ausführungsbeispiele dargestellt sind, gativer Rückführung nach Maßgabe eines Eingangs- Das in Fig. 1 dargestellte Servo-Steuersystem

signals Kräfte auf ein Stellglied ausübt (USA.-Patent- 60 weist drei Stellglieder in Form von Hauptkolben 1 Schriften 3 095 784 und 3 124 041). und drei Widerlagerglieder in Form von Hilfskol-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ben2 auf. Beide werden jeweils über ein Steuer-Servo-Steuersystem mit drei mit einem Ausgangs- ventil 3 gesteuert, das von einem elektromechanistellglied starr gekuppelten Stellgliedern so auszubil- sehen Schaltmotor 4 betätigt ist, dem seinerseits ein den, daß bei Ausfall eines Stellglieds ein Totbereich 65 modifiziertes Eingangssignal, auf dessen Gewinnung des Verstellwegs* des Ausgangsstellglieds vermieden im folgenden noch eingegangen wird, über einen wird. elektronischen Verstärker 5 zugeführt wird. Wird

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem dem Raum zwischen Hauptkolben 1 und Hilfskol-

den Eingangssignale bestimmten Stellwegen als obere und untere Grenze bestimmt ist, während ein mitt-. leres, den Stellweg definierendes Eingangssignal nicht existiert oder nicht zur Wirkung kommt.

Zur Vermeidung der genannten Nachteile ist ein Servo-Steuersystem bekannt, bei dem sind zum Unterschied gegenüber dem obengenannten Servo-Steuersystem die Kolben mit der Platte nicht starr,

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ben 2 bei einer Verstellung des Steuerventils 3 Druck- scheiden. Der dem gestörten Eingangssignal züge-

flüssigkeit zugeführt, so bewegen sich die Kolben in ordnete Hilfskolben 2 verschiebt sich dann bis zu

entgegengesetzte Richtungen. Der Hauptkolben 1 einer seiner möglichen Endstellungen, schließt einen

und der Hilfskolben 2 sind mit Positionsgebern 6, 7 der Schalter 16,17 und löst beispielsweise eineWarn-

in Form von elektrischen Potentiometern versehen, 5 lampe aus. Bei Erreichen der Endstellung des Hilfs-

deren dem jeweiligen Stellweg entsprechende Aus- kolbens 2 wirkt sich die Störung auch unmittelbar

gangssignale als Rückführungssignale dienen und auf auf den zugehörigen Hauptkolben 1 aus, jedoch wird

ein an jeweils einem Eingang 10 angelegtes elektri- die auf ihn wirkende Kraft durch die auf die übrigen

sches Eingangssignal zurückgekoppelt sind. Dies beiden, richtig betätigten Hauptkolben 1 ausgeübten

erfolgt in der Weise, daß jeweils die Rückführungs- io Kräfte übertroffen und kann sich daher nicht auf

signale eines Hauptkolbens 1 und eines Hilfskol- die Verstellung des Ausgangsstellglieds 13 auswir-

bens 2 an einer Additionsstelle zu einem an der Aus- ken.

gangsleitung 8 der Additionsstelle erscheinenden Ein häufiger Sonderfall dieser Störung liegt dann zusammengesetzten Rückführungssignal addiert und vor, wenn ein Eingangssignal beispielsweise durch einer Vergleichseinrichtung 9 zugeführt werden, mit- 15 Kurzschluß dauernd gleich Null ist und so dem Betels deren sie — ähnlich der Bildung einer Regel- fehl »keine Verschiebung« entspricht. Auch in dieabweichung — dem Eingangssignal zur Bildung sem Fall wird die Kraft, die auf den dem gestörten eines modifizierten Eingangssignals überlagert wer- Signalübertragungsweg zugeordneten Hauptkolben l· den. Eine Abweichung zwischen dem Eingangssignal dauernd wirkt, durch die auf die ungestörten Haupt- und dem zusammengesetzten Rückführungssignal 20 kolben 1 wirkenden Kräfte übertroffen, und der dem bewirkt daher eine auf den Hauptkolben 1 und den gestörten Signalübertragungsweg zugeordnete Hilfs-Hilfskolben2 wirkende Kraft, die im Sinne einer kolben 2 wird in seine Endstellung verstellt. Diese Verringerung der Abweichung gerichtet ist. letztere Bewegung wird über den dreiarmigen Hebel

Die Hauptkolben 1 sind starr an der das Aus- 14 auf die übrigen Hilfskolben 2 übertragen. Die gangsstellglied 13 tragenden Platte 12 befestigt. Die 25 Rückführung deren Stellwege auf die ungestörten Hilfskolben 2 sind durch ein Kupplungsglied in Form Eingangssignale führt dazu, daß innerhalb eines eines dreiarmigen Hebels 14 miteinander gekuppelt, Bereichs, der dem Stellbereich der Hilfskolben 2 und dessen gleich lange Arme untereinander gleichwink- damit der zulässigen Abweichung der Eingangslige Abstände aufweisen und radial von einem mitt- signale voneinander entspricht, das Verhältnis der unleren, an einem gerätefesten Kugelgelenk 15 gelager- 3° gestörten Eingangssignale zu der nach ihrer Maßgabe ten Teil fortweisen. Jeder Hilfskolben 2 arbeitet auf bewirkten Ausgangsverstellung verringert ist. Unterein Federgehäuse 11, dessen Ruhestellung einem halb dieses zulässigen Bereichs findet keine weitere mittleren Stellweg des Hilfskolbens 2 entspricht. Sind Verschiebung des dem gestörten Signalübertragungsalle Hilfskolben 2 in ihrer Ruhestellung, so liegt der weg zugeordneten Hilfskolbens 2 statt, und die Verdreiarmige Hebel 14 in einer Ebene senkrecht zu den 35 stellung des Ausgangsstellglieds 13 erfolgt wieder in Achsen aller Zylinder. dem ursprünglich vorgesehenen Verhältnis zu dem

Der mögliche Hub, d. h. der Stellbereich jedes Eingangssignal.

Hilfskolbens 2, ist durch zwei Endstellungen be- Das in F i g. 2 gezeigte System ist dem eben begrenzt, in denen jeweils ein mit einer Fehleranzeige schriebenen ähnlich, jedoch ist in diesem Fall die verbundener Schalter 16,17 betätigt wird. Die Größe 4° Querschnittsfläche der Hilfskolben 2 gegenüber den des Stellbereichs entspricht der größten zulässigen Hauptkolben 1 verringert. Das im folgenden als Abweichung auf Grund von Fertigungstoleranzen Hubvolumen bezeichnete Produkt aus Querschnittszwischen den einzelnen Übertragungswegen für das fläche und Stellbereich der Hilfskolben 2 beträgt bei-Eingangssignal und das modifizierte Eingangssignal. spielsweise nur 3 %> des Hubvolumens der Haupt-

Im ungestörten Zustand des Systems steht für 45 kolben 1. Um jedoch trotzdem prozentual größere jeden Hauptkolben 1 ein Eingangssignal zur Ver- Abweichungen zwischen den Eingangssignalen von fügung. Die Eingangssignale weichen im allgemeinen beispielsweise 10 °/o ausgleichen zu können, wird in einem durch die Fertigungstoleranzen gegebenen das Übersetzungsverhältnis der Positionsgeber 7 Ausmaß voneinander ab. Da die Hauptkolben 1 entsprechend verändert ausgelegt. Auch bei dieser starr miteinander verbunden sind, müssen alle eine 50 Ausführung sind die Federn der Federgehäuse 11 gemeinsame Stellung einnehmen. Die von dem Ein- so dimensioniert, daß sie bei Ausfall der Druckgangssignal geforderte Verstellung wird jedoch flüssigkeitsversorgung die Hilfskolben 2 in ihre jeweils durch die Summe der Stellwege des Haupt- Ruhestellung zurückbewegen und deren Verschiekolbens 1 und des Hilfskolbens 2 gebildet. Daher bung aus der Ruhestellung unter dem Einfluß von führen Unterschiede in den Eingangssignalen zu 55 am Ausgangsstellglied 13 wirkenden Kräften eine untereinander unterschiedlichen Stellwegen der Hilfs- genügend große Kraft entgegensetzen,
kolben 2. Der Mittelwert ihrer Stellwege ist durch In dem in F i g. 3 gezeigten System befinden sich die gerätefeste Lagerung des dreiarmigen Hebels 14 die starr miteinander verbundenen Hauptkolben 1 an dem Kugelgelenk 15 konstant. Der Stellweg jedes nicht mehr mit den Hilfskolben 2 im jeweils gleichen Hilfskolbens 2 entspricht daher bei fehlerfreier Über- 60 Zylinder, sondern sind entlang einer gemeinsamen, tragung des modifizierten Eingangssignals der Ab- als Ausgangsstellglied 13 dienenden Kolbenstange weichung des diesem Hilfskolben 2 zugeordneten angeordnet und in je einem Hauptzylinder geführt, Eingangssignals von dem Mittelwert der drei Ein- während die Hilfskolben 2 in abseits von den Hauptgangssignale. - zylindern liegenden Hilfszylindern angeordnet sind,.

Sollte eine Störung in einem der drei Signalüber- 65 die mit den Hauptzylindern über Druckmittelleitun-

tragungswege für die Eingangssignale auftreten, so gen verbunden sind. Die Kupplung der Hilfskolben 2

wird sich das betroffene Eingangssignal von den ver- untereinander erfolgt wieder über den dreiarmigen

bleibenden zwei ungestörten Eingangssignalen unter- Hebel 14, und die hydraulischen und elektrischen

Rückkopplungsverbindungen sind denen der F i g. 1 gleich.

Tatsächlich ist das System funktionell dem in Fig. 1 dargestellten völlig gleichwertig. Zur beliebigen Wahl des Hubvolumens der Hilfskolben 2 gelten die an Hand der Fig. 2 aufgezeigten Überlegungen. . In einer weiteren, in Fig. 4 dargestellten Ausführungsart sind die Stellglieder Kolben 1, die in als Widerlagerglieder dienenden Zylindern 18 geführt sind. Die Kolben 1 sind über die Platte 12 starr untereinander und mit dem Ausgangsstellglied 13 verbunden. Die Zylinder 18 sind miteinander über den dreiarmigen Hebel 14, der mittels des Kugelgelenks 15 festgelegt ist, gekuppelt. Hierbei kann die Summe der Stellwege von Kolben 1 und Zylinder 18 jeweils mittels eines einzigen Positionsgebers 6 als Rückführungssignal ermittelt werden. Im übrigen entsprechen die nicht genannten Teile gemäß ihren Bezugszeichen funktionell denjenigen der vorangehenden Figuren.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Servo-Steuersystem mit drei hydraulischen Stellgliedern, auf die nach Maßgabe jeweils eines Eingangssignals Kräfte zur Verstellung eines mit ihnen starr gekuppelten Ausgangsstellglieds wirken, sowie mit negativer Rückführung des Stellwegs des Ausgangsstellglieds auf die Eingangssignale, dadurch gekennzeichnet, daß die Kräfte zwischen den Stellgliedern (1) und federnd gerätefest abgestützten Widerlagergliedern (2; 18) wirken, daß die Widerlagerglieder (2; 18) durch ein Kupplungsglied (14) miteinander gekuppelt sind, das mit jedem der Wide'rlagerglieder (2) durch je ein Gelenk schwenkbar verbunden und von dem ein Punkt über ein Kugelgelenk (15) schwenkbar gerätefest gelagert ist, und daß der Verstellweg eines Widerlagerglieds (2; 18) jeweils negativ auf dasjenige Eingangssignal zurückgekoppelt ist, das die Verstellung dieses Widerlagerglieds (2; 18) bewirkt.

2. Servo-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellweg der Widerlagerglieder (2; 18) durch zwei Endstellungen begrenzt ist, in denen jeweils ein mit einer Fehleranzeige verbundener Sehalter (16, 17) betätigt wird. - ·

3. Servo-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (1) Haüptkolben und die Widerlagerglieder (2) Hilfskolben sind, die einander gegenüberstehend in Zylindern angeordnet sind, und daß zu den Räumen in den Zylindern Leitungen zur Zu- bzw. Abführung eines Druckmittels nach Maßgabe der Eingangssignale führen.

4. Servo-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (1) Hauptkolben und die Widerlagerglieder (2) Hilfskolben sind, daß die Hauptkolben (1) entlang einer gemeinsamen, als Ausgangsstellglied (13)

■ dienenden Kolbenstange angebracht sind, daß jeder Hauptkolben (1) in je einem Hauptzylinder geführt ist, daß die Hilfskolben (2) in abseits von den Hauptzylindern liegenden Hilfszylindern angeordnet sind und daß die Hauptzylinder mit den Hilf szylindern über Druckmittelleitungen verbunden sind.

5. Servo-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (1) in als Widerlagerglieder dienenden Zylindern (18) geführte Kolben sind und daß Mittel vorgesehen sind, die nach Maßgabe der Eingangssignale ein Druckmittel den Zylindern (18) zuführen oder von ihnen abführen.

6. Servo-Steuersystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (18) nebeneinander mit parallelliegenden Längsachsen voneinander getrennt angeordnet sind und daß jeder Hauptkolben (1) über eine Kolbenstange an einer das Ausgangsstellglied (13) tragenden Platte (12) starr befestigt ist.

7. Servo-Steuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsglied (14) durch einen dreiarmigen Hebel gebildet ist, dessen gleich lange Arme untereinander gleichwinklige Abstände" aufweisen und radial von einem mittleren, an dem gerätefesten Kugelgelenk (15) gelagerten Teil - fortweisen.

8. Servo-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal für jedes Stellglied (1) ein elektrisches Signal ist, daß Positionsgeber (6, 7) vorgesehen sind, die dem Stellweg eines jeden Stellglieds (1) und des ihm zugeordneten Widerlagergliedes (2) entsprechende elektrische Rückführungssignale erzeugen, und daß elektrische Mittel (8, 9) vorgesehen sind, die diese Rückführungssignale jeweils zu einem zusammengesetzten Rückführungssignal addieren und dieses zusammengesetzte Rückführungssignal dem Eingangssignal zur Erzeugung eines modifizierten Eingangssignals überlagern.

9. Servo-Steuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Stellglied (1) ein Verstärker (5) zugeordnet ist, der nach Maßgabe des modifizierten Eingangssignal einen elektromechanischen Schaltmotor (4) steuert, der seinerseits ein das Druckmittel steuerndes Steuerventil (3) betätigt.

10. Servo-Steuersystem nach Anspruch 3 oder 4 und Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskolben (2) jeweils eine kleinere Querschnittsfläche haben als die Hauptkolben (1) und daß Mittel vorgesehen sind, welche die dem Verstellweg des Hilfskolbens (2) entsprechenden Rückführungssignale derart modifizieren, daß die Unterschiede in den Kolbenflächen ausgeglichen werden.

11. Servo-Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerlagerglieder (2) auf Federgehäuse (11) arbeiten, deren Ruhestellung einem mittleren Stellweg der Widerlagerglieder (2) entspricht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen