DE1588583B2 - Selbsttaetige steuervorrichtung mit aus sicherheitsgruenden parallelgeschalteten steuerkanaelen - Google Patents

Description

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hydraulischen Steuervorrichtung gemäß der Erfin- Eine solche Kennlinie des Leitwerts eines nicht-

dung und linearen Widerstandes kann auch als Ausgangssignal

F i g. 7 eine schematische Darstellung eines hy- in Abhängigkeit von dem Eingangssignal dargestellt

draulischen nichtlinearen Widerstandes für die Vor- werden, wie Fig. 2b zeigt, und zwar für den Leitwert

richtung der F i g. 6. 5 eines Stromes i in Abhängigkeit von der Eingangs-

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuervor- spannungE. In Fig.2b entspricht die endliche richtung nach der Erfindung, die aus Sicherheits- Steigerung im Ursprung daher dem von Null abweigründen mehrere parallelgeschaltete Steuerkanale chenden Wert des in F i g. 2 a aufgetragenen Leitaufweist, deren EingangsimpedanzenR₁ auf ein ein- werts, während in Fig. 2b der Null-Ausgangssignalziges Eingangssignale; ansprechen, das an die Ein- io bereich dem Null-Leitwertbereich in Fig. 2 a entgangsklemme 10 angelegt wird, während die Aus- spricht. Eine andere Ansprechkennlinie als die nach gangssignale der Kanäle an einen gemeinsamen Ver- Fig. 2b zeigt die Fig. 3, wobei ein begrenztes, von braucher angeschlossen sind, wobei die Summe aller Null abweichendes Ausgangssignal außerhalb des Ausgangssignale e₀ an der Klemme 11 als negatives linearen Ansprechbereichs erhalten wird, das mit Rückkopplungssignal zu einer Eingangsimpedanz/?/ 15 einem sättigbaren elektrischen Signalelement erhaleines jeden Steuerkanals geleitet wird. Die negative ten wird. Die F i g. 4 und 5 zeigen entsprechende Rückkopplung wird aus einem die Phase umkehren- Schaltungen.

den hochverstärkenden Verstärker 12 in der vorde- F i g. 4 zeigt die Schaltung einer elektrischen Siren Schleife aller Steuerkanale erhalten, während die gnalbegrenzungsimpedanz mit vier nach Art einer Summierung der Ausgangssignale der Verstärker 12 20 Brückenschaltung geschaltete Dioden 17, 18, 19 und über Kopplungselemente 13 erfolgt. 20, wobei die Dioden 17 und 18 bzw. 19 und 20

Werden lineare Scheinwiderstände oder -leitwerte gegeneinander geschaltet sind und eine Eingangsfür die mit der Ausgangsklemme 11 in Verbindung bzw. Ausgangsklemme 21 bzw. 22 bilden. Die Distehenden Kopplungselemente bei normalen Signal- öden 17 und 19 sind über einen Widerstand 23 mit bedingungen verwendet, wobei jeder der Steuerkanäle 25 einer Vorspannungsquelle positiver Polarität und die ein Signal in Abhängigkeit von der Differenz zwi- Dioden 18 und 20 sind über einen Widerstand 24 sehen dem Ausgangssignal an der Klemme 11 und mit einer Vorspannungsquelle negativer Polarität dem gemeinsamen Eingangssignal an der Klemme 10 verbunden.

erzeugt, so erfolgt bei dem Auftreten einer Störung Bei der Schaltung nach der F i g. 4 wird der

in einem der Kanäle nach F i g. 1 eine Verminderung 30 Strom /, der im Strompfad 25 zwischen der Aus-

der Steuerwirkung als Folge des Kompensations- gangsklemme 22 und Erde fließt, in Abhängigkeit

effekts, der in den übrigen betriebsfähigen Kanälen von einer mit der Eingangsklemme 21 verbundenen

auftritt. geerdeten Spannungsquelle entsprechend der Größe

Eine Möglichkeit, die Wirkung einer solchen Stö- 'der angelegten Vorspannungen und der Widerstände

rung zu unterdrücken, wäre die selbsttätige Abschal- 35 23 und 24 begrenzt. Dieser Strompfad 25 kann z. B.

tung des betreffenden gestörten Kanals mittels einer ein Verbraucher mit niedriger Eingangsimpedanz

Überwachungseinrichtung. Dadurch erhöht sich je- sein. Hiernach wird bei Verwendung solcher Einrich-

doch der schaltungstechnische Aufwand. tungen für die nichtlinearen Impedanzen 13 in

Nach der Erfindung sind die Kopplungselemente F i g. 1 die Wirkung einer Signalstörung auf das Ar-

13 von nichtlinearen Widerständen gebildete Begren- 40 beiten der Anlage herabgesetzt. Eine solche Störung

zer, um die Empfindlichkeit bei Störungen herabzu- kann z. B. eintreten, wenn die Rückkopplungs-

sctzen. Fig. 2a und 2b zeigen eine idealisierte An- impedanz R_t eines der Steuerkanäle unterbrochen

sprechkennlinie des Leitwerts eines der nichtlinearen wird, so daß die hohe Verstärkung eines der zuge-

Widerstände. hörigen Verstärker 12 zur Erzeugung eines Aus-

F i g. 2 a zeigt ein Diagramm einer bevorzugten 45 gangssignals führt, das wesentlich stärker ajs das

Ansprechkennlinie des Leitwerts der nichtlinearen maximal zulässige ist.

Widerstände 13 der F i g. 1 als eine Funktion eines F i g. 5 zeigt die Schaltung einer anderen nicht-Eingangssignals, das dem Ausgangssignal des züge- linearen Impedanz mit zwei Feldeffekttransistoren hörigen Verstärkers 12 in F i g. 1 entspricht. Aus der 26 und 27, von denen jeder Transistor eine Quellen-Kennlinie ist zu ersehen, daß das Eingangssignal F 50 elektrode S, eine Senkenelektrode D und eine Steuerinnerhalb gewählter Grenzen (+ F, und — F₁) einen elektrode G aufweist. Bei dieser Schaltung sind die von Null verschiedenen endlichen Wert aufweist und Steuerelektroden G und die Quellenelektroden S der außerhalb dieser Grenzen auf Null absinkt. Diese Transistoren 26 und 27 miteinander verbunden, Grenzen werden so gewählt, daß sie einem Nomi- während die Senkenelektroden der Transistoren 26 naleingangssignal entsprechen, das kleiner ist als das, 55 und 27 eine Eingangs- bzw. eine Ausgangsklemme das die Höchstgrenze darstellt, die von der Be- entsprechend den Klemmen 21 und 22 in F i g. 4 lastungsimpedanz (F i g. 1) oder einer anderen Si- bilden. Der eine Transistor begrenzt den Stromfluß gnalauswertungseinrichtung verwertbar ist, und das in der einen Richtung, während der andere Transigrößer ist als ein Störungssignal durchschnittlicher stör den Stromfluß in der anderen Richtung in AbGröße. Hiernach wird jedes Eingangssignal, das grö- 60 hängigkeit einer bipolaren Spannungsquelle begrenzt, ßer als F₁ ist, als Anzeige für eine Störung in einem die an die Senkenelektrode D des Transistors 26 an-Steuerkanal angesehen und führt im Idealfall zu kei- geschlossen ist. Die Sättigungsgrenze dieser Schaltung nem Ausgangssignal an dem Widerstand 13. Auf ist eine Funktion der verwendeten Transistoren, kann diese Weise entstehen bei einer Störung in einem jedoch in bekannter Weise durch die Verwendung nicht betriebsfähigen Kanal keine großen kompen- 65 von Elementen mit einstellbarer Verstärkung oder sierenden Wirkungen in den übrigen betriebsfähigen einstellbarer Dämpfung zwischen der Spannungs-Kanälen, und die Steuerfunktion der Vorrichtung quelle und dem Eingang einer Verbraucherimpedanz wird nicht beeinträchtigt. eingestellt werden.

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- Die Erfindung ist nicht nur auf elektrische, son- Ventilsitz und verhindert eine Strömung in Abhän-

dern auch auf hydraulische Steuervorrichtungen an- gigkeit von der Richtung dieses Druckunterschiedes,

wendbar, wieFig:6zeigt. der zu einer solchen Bewegungsgrenze des Kolbens

. Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung eine 47 führt. Bei der Vorrichtung nach Fig. 7 bewirkt

elektrohydraulische Servoeinrichtung mit mehreren 5 ein Druckunterschied, der zu einer Bewegung des

hydraulischen Signalstufen. In jeder hydraulischen Kolbens 47 nach links führt, daß eine Ventilfläche

Signalstufe ist ein elektrohydraulisches Übertragungs- 48 des Kolbens 47 die Öffnung 45 des Gehäuses 44

ventil 31 mit einer Erregerwicklung 32 vorgesehen, schließt, so daß ein weiterer Strömungsmittelstrom

die an die Klemmen 33 und 34 einer elektrischen in Abhängigkeit von der Richtung dieses Druck-

Kommutier-Wechselspannungsstufe 35 angeschlossen io Unterschiedes verhindert wird.

ist, um eine synchrone Demodulation der Summe Die in der Fig. 7 gezeigte Vorrichtung weist ferder Wechselspannungssignale eines Wechselspan- ner einen Wechselstromfühler mit einer Erregerwicknungsverstärkers 36 zu erhalten. lung 49 und einer Fühlerwicklung auf, die schema-Die gesteuerten Strömungsmittelausgangssignale tisch als Spaltwicklung gezeigt ist und aus zwei der Ventile 31 werden in einer Sammelleitung 37 15 Wicklungsabschnitten 50 α und 50 b besteht, die den vereinigt und dem Steuereingang 38 einer hydrau- entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen und in lischen Betätigungsvorrichtung 39 zugeführt, die ein Reihe geschaltet sind. Besteht das Gehäuse 44 aus Ausgangsglied 40 aufweist. einem nicht magnetisierbaren und der Kolben 47 aus Bei der Servoeinrichtung nach F i g. 6 ist ein einem magnetisierbaren Material, so wirkt der Kollinearer Fühler 41, vorzugsweise ein Wechselspan- 20 ben47 mit den Wicklungen 49, 50 a und 50 b als nungsfühler, vorgesehen, der auf die Bewegung des Fühler zusammen und erzeugt ein Signal, dessen Ausgangsgliedes 40 anspricht, um ein negatives Phase und Amplitude die Versetzung des Kolbens Rückkopplungssignal zu erzeugen, während die Ein- aus einer elektrischen und mechanischen Nullstelgangsklemme 42 eines jeden Verstärkers 36 an eine lung anzeigt.

nicht dargestellte gesonderte Quelle von gleichen 25 Die Vorrichtung nach F i g. 7 wirkt innerhalb der

Eingangssignalen angeschlossen ist. Es kann auch Strömungsgrenzen als mechanischer Integrator mit

ein gemeinsamer Anschluß für eine nicht dargestellte einer Verzögerung erster Ordnung und nicht als

Eingangssignalquelle vorgesehen werden. Für ge- vollkommener Integrator, da in der Vorrichtung

wisse Verwendungszwecke werden bei Anlagen mit zwei sehr schwache Zentrierfedern 51 und 52 vorge-

geschlossenem Regelkreis vorzugsweise Wechsel- 30 sehen sind. Mit diesen Zentrierfedem soll eine un-

spannungssignalstufen vorgesehen, da aus Wechsel- nötige Vorbeaufschlagung des Strömungsintegrators

Spannungsfühlern allgemein eine bessere Auflösung über längere Zeiten hinweg bei einer ausgeglichenen

erhalten wird. Strömung aus im Betrieb befindlichen Kanälen der

Bei der in der F i g. 6 dargestellten Vorrichtung ist F i g. 6 vermieden werden.

ferner ein Strömungsintegrator 43 a, 43 b und 43 c 35 Es kann eine elektrische Rückkopplung aus jedem

vorgesehen, der an den Ausgang der Ventile 31a, Strömungsintegrator 43 zu dem zugehörigen Sum-

31 b und 31c und an den zugehörigen Eingang der mierungsverstärker 36 (Fig. 6) vorgesehen werden,

Strömungssummierungseinrichtung 37 angeschlossen um die Wirkungen von Verstärkungsunterschieden

ist. Dieser Integrator bewirkt eine begrenzte und oder-toleranzen zwischen den verschiedenen Kanälen

vorzugsweise keine hydraulische Strömung in Ab- 40 (F i g. 6) und damit geringfügige Asymmetrien bei

hängigkeit von einem Zeitintegral der hydraulischen den in Betrieb befindlichen Kanälen zu vermindern.

Strömung oberhalb eines gewählten Wertes. Jeder - Tritt an den Durchlässen 45 und 46 des Strö-

Strömungsintegrator 43a, 436 und 43c kann.ferner mungsintegrators nach der Fig. 7 ein wesentlicher

ein elektrisches Ausgangssignal erzeugen,, das das ' Druckunterschied auf, der die Kraft der Zentrier-

Zeitintegral der Strömung angibt. Dieses Ausgangs- 45 federn 51 und 52 überwindet, so führt der Kolben

Signal kann als zusätzliches negatives Rückkopp- 47 eine entsprechende Bewegung aus. Dauert dieser

lungssignal für den betreffenden Verstärker 36 a, Druckunterschied so lange an, daß der Kolben 47

366 und 36c verwendet werden. Alle in Fig. 6 ge- gegen ein Ende des Gehäuses 44 bewegt wird, so

zeigten, die hydraulische Strömung begrenzenden wird einer der Durchlässe 45 oder 46 gesperrt, so

Einrichtungen 43 weisen den gleichen Aufbau auf, so daß die Strömung durch den Integrator unterbrochen

der in F i g. 7 ausführlich dargestellt ist. wird. Der Strömungsintegrator bleibt gesperrt, bis

F i g. 7 zeigt in schematischer Darstellung eine be- sich die Richtung des Druckunterschiedes umkehrt,

vorzugte Ausführung der in der Vorrichtung der Wenn ein solcher großer Druckunterschied in einer

Fig. 6 verwendeten hydraulischen Strömungsbegren- Richtung die Folge einer Störung in der betreffen-

zungseinrichtung. Diese weist ein Gehäuse 44 mit je 55 den Signalstufe ist (F i g. 6), so trennt der gesperrte

einem Durchlaß 45, 46 an jedem Ende auf, die als Strömungsintegrator den Strömungsausgang dieser

Eingangs- und Ausgangsöffnungen an den gesteuer- Stufe von der Summierungsleitung 37 so lange ab,

ten Strömungsausgang eines der Übertragungsventile wie die Störung andauert.

31 (Fig. 6) und an einen Eingang der Strömungs- Hieraus ist zu ersehen, daß das hydraulische summierungseinrichtung 37 angeschlossen sind. Im 60 Widerstandselement nach der F i g. 7 ein Wider-Gehäuse 44 ist ein Kolben 47 in axialer Richtung Standselement mit zwei Leitwertzuständen entsprehin- und herbewegbar gelagert, der am Umfang ein chend der in F i g. 2 a dargestellten Funktion darvorherbestimmtes Spiel aufweist, so daß im Gehäuse stellt, wobei die Grenzen ± F₁ ein bestimmtes Zeit-44 von dem einen Ende zum anderen eine begrenzte integral der Strömung bzw. eine bestimmte Verstel-Leckströmung als Folge eines Druckunterschiedes 65 lung des Kolbens 47 und den einzelnen Leitwerten am Kolben 47 möglich ist. In beiden entgegengesetz- oberhalb von Null entsprechend der Strömung pro ten axialen Grenzen der Bewegung des Kolbens 47 Druckunterschiedseinheit darstellen. Das Widerwirkt dieser zusammen mit dem Gehäuse 44 als ein Standselement nach Fig. 7, das einem der Elemente

43α, 43b und 43c in Fig. 6 entspricht, stellt das den gesuchten Leitwert bildende Widerstandselement dar.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung zu ersehen ist, wird durch die Erfindung eine verbesserte, sich selbst überwachende Steuervorrichtung geschaf-

fen, bei der große Asymmetrien zwischen den verschiedenen Kanälen die Steuerwirkung auf Grund von großen Signalen nicht herabsetzen. Statt dessen ist das Ansprechen der Vorrichtung auf einen nicht 5 ordnungsgemäß arbeitenden Kanal mit Hilfe eines nichtlinearen Widerstandes begrenzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209510/225

Claims (7)

1 2 abgeschalteten Steuerkanälen, an die ein gemein- Patentansprüche: samer Verbraucher angeschlossen ist, und mit einem rückgekoppelten Verstärker und einem Begrenzer in

1. Selbsttätige Steuervorrichtung mit aus jedem Steuerkanal, derart, daß dem Begrenzer ein Sicherheitsgründen parallelgeschalteten Steuer- 5 Signal zugeführt ist, das proportional ist der Diffekanälen, an die ein gemeinsamer Verbraucher renz aus der Summe der Ausgangssignale und dem angeschlossen ist, und mit einem rückgekoppel- Eingangssignal'jedes Übertragungskanals.

ten Verstärker und einem Begrenzer in jedem Eine derartige Vorrichtung ist aus der deut-

Steuerkanal, derart, daß dem Begrenzer ein Si- sehen Auslegeschrift 1210 071 bekannt. Bei die-

gnal zugeführt ist, das proportional ist der Diffe- io ser Vorrichtung ist der Begrenzer eines jeden

renz aus der Summe der Ausgangssignale und Kanals in den Rückkopplungskreis des Verstärkers

dem Eingangssignal jedes Übertragungskanals, geschaltet.

dadurch gekennzeichnet, daß der Be- Außerdem ist ein Vergleicher vorhanden, der ein grenzer (13 a, b, c) ein nichtlinearer Widerstand Ausgangssignal entsprechend dem Unterschied zwiist, der an den Ausgang des Verstärkers (12 α, ö,c) 15 sehen dem Ausgangssignal des Verstärkers und einem angeschlossen ist, und daß der Rückkopplung- Mittelwertsignal erzeugt, das ein Mittelwertbilder in kreis vom Ausgang des Begrenzers auf den Ein- Abhängigkeit von dem Mittelwert der Ausgangsgang des Verstärkers geführt ist. signale der Verstärker aller Kanäle liefert. Das Aus-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- gangssignal des Vergleichers wird außerdem einem kennzeichnet, daß die Widerstände (13 a, b, c) 20 phasenempfindlichen Demodulator zugeführt, dessen elektrische Widerstände sind. Ausgangsgleichspannung einem weiteren Verstärker

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- zugeleitet wird, so daß, wenn ein Unterschied zwikennzeichnet, daß jeder Widerstand (13 a,' b, c) sehen dem Ausgängssignal des ersten Verstärkers aus einer Diodenbrückenschaltung (17, 18, 19, jedes Kanals und dem Mittelwert auftritt, der Ver-20) besteht. 35 Stärkungsfaktor durch die Ausgangsspannung des

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- Demodulators so verändert wird, daß der Unterkennzeichnet, daß jeder Widerstand (13 α, b, c) schied auf Null vermindert wird.

aus zwei Feldeffekttransistoren (26, 27) besteht, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

deren Steuer- bzw. Quellenelektroden miteinan- Steuervorrichtung zu schaffen, die schaltungstechder verbunden sind. 30 nisch weniger aufwendig als die bekannte Vorrich-

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- tung ist und bei der auf besondere Steuereinrichtunkennzeichnet, daß die Ausgangsstufe eines jeden gen in jedem Kanal, wie Mittelwertbilder, Verglei-Kanals aus einer hydraulischen Signalstufe be- eher, Demodulatoren und zusätzliche Verstärker steht und daß jeder nichtlineare Widerstand eine verzichtet werden kann.

hydraulische Strömungsbegrenzungseinrichtung 35 Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Steuervor-

(43, Fig. 7) ist, die eine begrenzte hydrau- richtung der eingangs genannten Art dadurch, daß

liehe Strömung in Abhängigkeit von einem der Begrenzer ein nichtlinearer Widerstand ist, der

Zeitintegral der hydraulischen Strömung er- an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen ist,

zeugt, das oberhalb eines vorbestimmten Wertes und daß der Rückkopplungskreis vom Ausgang des

liegt. 40 Begrenzers auf den Eingang des Verstärkers ge-

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch führt ist.

gekennzeichnet, daß jede hydraulische Strö- Bei einer aus der schweizerischen Patentschrift

mungsbegrenzungseinrichtung (43) ein Gehäuse 414 813 bekannten Schaltungsanordnung zur Be-

(44) mit einer Eingangs- und einer Ausgangsöff- schleunigungsbegrenzung "eines geregelten elektri-

nung (45, 46) aufweist, daß im Gehäuse (44) ein 45 sehen Antriebs ist außerdem die Verwendung emes

Kolben (47) hin- und herbewegbar gelagert ist, Begrenzers in Form einer Gleichrichterbrücke mit

der ein vorbestimmtes radiales Spiel aufweist, Dioden bekannt. Auch die Hintereinanderschaltung

das auf Grund eines Druckunterschieds im Ge- eines Verstärkers und eines Begrenzers ist an sich

häuse eine begrenzte Leckströmung von dem bekannt, z. B. aus der britischen Patentschrift

einen Ende zum anderen ermöglicht, und daß der 50 924 080, in der eine Steuervorrichtung für ein WaIz-

Kolben und das Gehäuse in einer von zwei werk beschrieben ist, die ein Steuersignal in Abhän-

entgegengesetzten axialen Grenzstellungen der gigkeit von der Dicke des bearbeiteten Materials er-

Kolbenbewegung als Ventil wirken und eine zeugt. Bei dieser Vorrichtung werden ein Verstärker

Strömung in Abhängigkeit von der Rieh- und ein nachgeschalteter Begrenzer dazu verwendet,

tung des Druckunterschiedes verhindern, der 55 die Amplitude und Phase eines Steuersignals fest-

zu einer begrenzten Bewegung des Kolbens zulegen,

führt Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach-

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeich- stehend an Hand der F i g. 1 bis 7 erläutert,
net durch Zentrierfedern (51,52), die den Kolben Es zeigt

(47) bei Abwesenheit eines über einem vorbe- 60 F i g. 1 ein Schaltbild einer elektrischen Steuervorstimmten Wert liegenden Druckunterschiedes richtung gemäß der Erfindung,
axial zentrieren. F i g. 2 a, b und 3 Ansprechkennlinien der nicht

linearen Widerstände der Vorrichtung der Fig. 1,

F i g. 4 ein Schaltbild eines nichtlinearen Wider-

65 Standes der Vorrichtung der F i g. 1,

F i g. 5 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungs-

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige form eines nichtlinearen Widerstandes,
Steuervorrichtung mit aus Sicherheitsgründen par- F i g. 6 ein schematisches Schaltbild einer elektro-