DE1804523A1 - Elektrohydraulische Servoanlage - Google Patents

Description

Elektrohydraulische Servoanlage.

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Technik, in welchem ein Antriebsarbeitsmittel an gegenüberliegende Flächen eines Arbeitsteiles angelegt wird, wobei Antriebsarbeit smitt el an eine der Flächen angelegt oder von ihr weggenommen wird, um den Arbeitsteil in der einen Richtung zu bewegen, und an die beiden Flächen gleichzeitig angelegt oder von ihnen weggenommen wird, um den Arbeitsteil in der entgegengesetzten Richtung zu bewegen, und wobei eine hydraulische Überholeinrichtung vorgesehen ist, welche bewirkt, daß das Antriebsarbeiisnittel von dem Arbeitsteil weggeleitet wird, so daß dessen Bewegung aufhört.

Bei industriellen elektrohydraulischen Servoventilanlagen bestand lange die Schwierigkeit, in Notfällen elektrische Steuerbefehle zu überholen bzw» zu überlaufen. Bisher haben dort, wo eine elektronisch gesteuerte hydraulische Kolbeneinrichtung fehlerhafte Befehlsimpulse entwickelte, oder wo es erwünscht war, den Kolbenantrieb in einer gegebenen Stellung anzuhalten oder für eine gewisse Zeitdauer ohne Stillsetzen der Anlage zu unterbrechen, bekannte elek-

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trohydraulische Servosteueranlagen nicht von selbst zu mechanischen oder hydraulischen Überholeinrichtungen geführt, die von der elektrohydraulisehen Steueranlage unabhängig sind, um eine Stellungssteuerung des Kolbens ohne Beeinträchtigung der Flexibilität und des wiederholten Ansprechens der elektrohydraulischen Steueranlage zu erreichen. Die nachstehend beschriebene Einrichtung schafft ein Mittel zum hydraulischen Überlaufen bzw. Überholen elektrischer Stellungsbefehle, die sich aus einem falschen Programmieren oder aus einem Versagen der elektrischen Folgeschaltung oder lediglich aus einer unerwünschten Kolbenbewegung ergeben, und zwar ohne Beeinträchtigung der normalen Arbeitscharakteristiken der Anlage.

Die Erfindung schafft eine neuartige hydraulische Überholeinrichtung für eine elektrohydraulisch^ Servoanlage. Sie sieht eine Auslaßöffnung und eine von dieser ausgehende Leitung vor, die durch die Wand des den elektrohydraulisch gesteuerten Kolben enthaltenden Zylinders hindurchgeführt ist. Die Öffnung kann durch den Druck des in dem·Zylinder befindlichen Arbeitsmittels' geöffnet werden, wenn eine mechanische Einrichtung in der Leitung geöffnet wird, um den Durchgang des den Kolben antreibenden hydraulischen Arbeitsmittels durch die Öffnung und die Leitung zu ermöglichen und dadurch die unter Druck erfolgende Bewegung des Kolbens anzuhalten, ohne die normalen Arbeitscharakteristiken der Servoanlage zu beeinflussen.

Weitere Zwecke und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung hervor, in der die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert ist«

Fig. 1 ist eine teilweise im Schnitt gehaltene sehe- . matisehe Ansicht einer elektrohydraulischen Servovorrichtung mit einer Überholeinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ist eine schematische Teilansicht, teilweise

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im Schnitt, einer Abwandlung der Ausführung gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Kolbenaufbau bezeichnet, der allgemein einen Kolben 12 und einen Zylinder 14 aufweist. Eine Stange 16 verbindet den Kolben 12 mit irgendeinem Antriebs-, Preß- oder anderen Teil (nicht dargestellt), der hin- und herbewegt werden soll. Ein solcher Teil kann eine Platte in einer Spritzgußmaschine, ein Fräsmaschinentisch oder irgendein anderes mechanisches Element sein.

Der Kolben 12 bewegt sich über die Länge des Zylinders 14 hin und her, wenn das Druckverhältnis zwischen dem Vorderende 1 8 und dem Hinterende 44 des Zylinders 14 mittels einer üblichen Servosteuereinrichtung geändert wird. Eine solche Steuereinrichtung ist in Fig. 1 wiedergegeben, und sie. weist eine Pumpe 20, hydraulische Leitungen 22, 24, 26, 28 und JO und einen Behälter 31 auf, der mit einem Umlaufsy^oem oder dgl. verbunden sein kann. Eine Drossel 32 zum Drosseln der Strömung und eine solenoidbetätigte variable Begrenzungsventileinrichtung 34* welche beispielsweise von der Art sein kann, wie sie in der schwebenden Patentanmeldung, die der USA-Patentanmeldung Ser. Nr₆ 679 -44 vom 30. Oktober I967 entspricht, beschrieben ist und welche dazu dient, die Richtung der Strömung umzukehren, vervollständigen die elektrohydraulische Antriebseinrichtung.

Im Hinblick auf den Stand der Technik ist zu verstehen, daß die variable Begrenzungsventileinrichtung 34 das Druckverhältnis zwischen den Enden des Kolbens 12 durch abwechselndes öffnen und Schließen eines Ventils in der Leitung 30 ändert. Wenn die Ventileinrichtung 34 geschlossen ist, um den Durchtritt von Arbeitsmittel durch die Leitung 30 zu verhindern, strömt Arbeitsmittel durch die Leitungen 24 und 28 In eine ringförmige Nut 36 im Zylinder 14, so daß zwischen der Kolbenfläche 38 und der vorderen Zylinderwand 18 Druck aufgebaut weird. Eine ringförmige öffnung unterstützt

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die gleichmäßige Verteilung des Arbeitsraitteldrucks über die gesamte Fläche.des Kolbenkopfes bzw. des Stangenendes. Da die Fläche am Kolbenkopf 38 größer als die Fläche am Stangenende 4o des Kolbens ist, und zwar zufolge des von der Stange 16 eingenommenen Raumes, wird der Kolben 12 gegen das Stangenende des Zylinders 14 getrieben» Das Arbeitsmittel hinter dem Kolben 12 strömt aus einer hinteren ringförmigen Nut 42 und der Leitung 26 aus und mischt sich mit dem Arbeitsmittel in den Leitungen 22 und 24.

Sobald der Kolben 12 zur Hinterwand 44 des Zylinders 14 getrieben worden ist, öffnet sich die Ventileinrichtung 34 und verhindert wegen der in der Leitung 24 befindlichen Drossel J>2 den Durchtritt von Arbeitsmittel in die Leitung 28 oder 50, und aus der Leitung JO kann Arbeitsmittel frei in den Behälter yi- fließen. Der Arbeitsmitteldruck in der Leitung 26 ist daher größer als in der Leitung 28, und der Kolben 12 wird gegen die Vorderwand 18 des Zylinders 14 getrieben. Das Arbeitsmittel zwischen dem Kolbenkopf 38 und der Vorderwand 18 des Zylinders 14 tritt aus dem Zylinder durch die Leitung 28 aus, mischt sich mit dem gedrosselten Arbeitsmittelstrom aus der Leitung 24 und geht durch die Leitung 30 in den Behälter Jl, aus welchem es wiederumlaufen gelassen werden kann₀ Die besonderen Mechanismen dieser ge» samten Arbeitsweise sind erläutert, um lediglich das Ver» ständnis der Beschreibung der Erfindung zu unterstützen, und sie stellen keine Beschränkung der Erfindung dar. Beispielsweise ist zu verstehen, daß anstelle der Drossel 52 in der Leitung 24 und des variablen Solenoidventils 34 in der Leitung j50 auch ein Dreiwegeventil verwendet werden kann.

Die Überholeinrichtung wird nachstehend im einzelnen beschrieben. In einer elektrohydraulischen Servoanlage von der dargestellten Art ist es erwünscht, in" der Lage zu sein, die elektrischen Signale, welche den Antrieb des Kolbens 12 steuern, zu überlaufen bzw. zu überholen,, ohne in die Anlage

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selbst eingreifen zu müssen. Um dies zu erreichen, sind Mittel vorgesehen, die den Strom des hydraulischen Arbeitsmittels ableiten, um dadurch den Druck an den Kolbenflächen zu neutralisieren und zu bewirken, daß der Kolben in einer vorbestimmten Stellung zur Ruhe kommt.

Gemäß Fig. 1 weisen diese Mittel eine Öffnung 50 auf, die in der Wand des Zylinders 14 an einer vorbestimmten Stelle angeordnet ist und gemäß der Darstellung die Gestalt einer ringförmigen Nut hat. Die Öffnung 50 ist über einen Kanal 52 mit einem Rückschlagventil 54 verbunden, das über eine Leitung 56 mit einem mechanischen Ventil 58 in Verbindung steht. Von dem Ventil 58 gehen zwei Leitungen 60 und 64 aus. Die eine Leitung 60 führt zu einem Behälter 62, jedoch könnte sie auch zu einem Wiederumlaufsystem od.dgl. führen. Es ist zu verstehen, daß hier auch andere Stromkreismittel und Mechanismen verwendet werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die andere Leitung 64 verbindet das Ventil 58 mit der Pumpe 20, so daß von der Pumpe 20 über die Leitung 64 ein Arbeitsmitteldruck ausgeübt wird, der gleich dem Druck ist, der von der Pumpe über die Leitung 22 ausgeübt wird.

Wenn das mechanische Ventil 58 sich in seiner gewöhnlich unbetätigten Stellung befindet, bewirkt die Pumpe 20, daß Arbeitsmitteldruck über die Leitung 64, das Ventil 58 und die Leitung 56 auf das geschlossene Rückschlagventil 54 mit einer Kraft wirkt, die gleich dem oder größer als der Druck des Arbeitsmittels ist, der vom Inneren des Zylinders 14 her über die ringförmige Öffnung 50 und den Kanal 52 auf das Rückschlagventil 54 ausgeübt wird. Somit wird während des normalen Arbeitens das Rückschlagventil 54 dicht geschlossen gehalten, und es tritt kein Druckverlust aus dem Zylinderinneren auf, der den Arbeitsmittelantrieb des Kolbens 12 stören könnte.

Um die programmierten elektrischen Signale, welche die

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Hin- und Herbewegung des Kolbens 12 steuern, zu überholen bzw, zu überlaufen, wird das mechanische Ventil 58 betätigt. Dies kann von Hand oder durch Fernsteuerung ausgeführt werden. Durch die Betätigung des Ventils 58 wird der Druckmittelfluß über die Leitung 64 und das Ventil 58 in die Leitung 56 abgesperrt. Gleichzeitig wird durch die Betätigung des Ventils 58 die Leitung 60 geöffnet, so daß Arbeitsmittel aus der Leitung 56 in den Behälter 62 od.dgl. fließen kann. Durch diesen Arbeitsmittelfluß aus der Leitung 56 wird der Druck auf der stromabwärtigen Seite des geschlossenen Rückschlagventils 54 verringert, und der in dem Zylinder 14 herrschende Arbeitsmitteldruck öffnet das Rückschlagventil 54. Wenn das Rückschlagventil 54 sich in der offenen Stellung befindet, strömt Arbeitsmittel aus dem Zylinder 14 über die Auslaßöffnung 50 aus, so daß sich in dem Zylinder auf der einen Seite des Kolbens 12 ein Druckverlust ergibt und zwischen dem Stangenende und dem Kopfende des Kolbens 12 ein großer Druckunterschied erzeugt wird, der von der Stellung des Kolbens 12 relativ zu der öffnung 50 zum Zeitpunkt der Betätigung des Ventils 58 abhängt. Dieses Ausfließen von Arbeitsmittel durch die öffnung 50 kann als Ablassen bezeichnet werden.

Zum besseren Verständnis des gesamten Arbeitsvorganges werden die einzelnen Schritte nachstehend im einzelnen beschrieben, beginnend mit der Stellung des Kolbens 12 am Hinterende 44 des Zylinders 14 und der Annahme, daß ein Versagen des öffnens des Ventils ^4 auftritt. In dieser Stellung des Kolbens ist die Stange 16 vollständig ausgezogen. Würde die Stange 16 mit einer Stanzmaschine verbunden sein, dann würde sie blockiert sein. Um diesen Zustand zu beseitigen, wird das mechanische Ventil 58 betätigt«

Der Kolben 12 beginnt sich in Richtung gegen die Vorderwand 18 des Zylinders 14 zufolge des Arbeitsmitteldrucks zu bewegen, der von der Pumpe 20 über die Leitungen 22 und 26 ausgeübt wird, wobei der Druck in der Leitung 28 durch das

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Ablassen von Arbeitsmittel aus der Öffnung 50 wirksam verringert wird, was durch die Betätigung des Ventils 58 erfolgt. Der Arbeitsmittelfluß von der Pumpe 20 über die Leitung 64 wird gemäß vorstehender Beschreibung abgesperrt, und Arbeitsmittel fließt aus der Leitung 56 durch das Ventil 58 au?, so daß das Rückschlagventil 54 zufolge der Druckverringerung auf seiner stromabwärtigen Seite geöffnet wird. Wenn der Kolben 12 sich vorwärts bewegt, fließt das vor dem Kolbenkopf 38 befindliche Arbeitsmittel aus der Öffnung 50 durch das Ventil 54, die Leitung 56 und die Leitung 60 hindurch in den Behälter 62 oder in ein Wiederumlauf syst em od.dgl.

Der Kolben 12 wird weiter in Richtung gegen die Zylinderwand 18 vorgetrieben, bis der Kolbenkopf 58 mit der ringförmigen Öffnung 50 in Ausrichtung kommt. Wenn der Kolben 12 beginnt, die ringförmige Öffnung 50 zu überdecken, wird die abzulassende Arbeitsmittelmenge proportional verringert, so daß sich in dem Zylinder 14 zwischen dem Kolbenkopf 58 und der vorderen Zylinderwand 18 Druck aufbaut, bis er gleich dem Druck zwischen dem Stangenende 40 des Kolbens 12 und der hinteren Zylinderwand 44 wird. Dadurch kommt der Kolben 12 automatisch zur Ruhe, wobei dann der Kolbenkopf 58 irgendwo zwischen den Grenzen der ringförmigen Öffnung 30 liegt. Obwohl eine einfache loch- oder schlitzförmige Öffnung verwendet werden kann, ist jedoch eine Öffnung in Gestalt einer ringförmigen Nut zu bevorzugen, weil sie ein gleichmäßigeres Ablassen des Arbeitsmittels um den ganzen Kolben 12 herum ermöglicht.

Wenn der Kolben 12 sich an irgendeiner Stelle zwischen der Nut 50 und der vorderen Zylinderwand l8 befindet und das Ventil 52 bei der Betätigung des mechanischen Ventils 58 geschlossen ist, würde das durch die Leitung 28 fließeniide Arbeitsmittel den Kolben 12 rückwärts in Richtung gegen die hintere Zylinderwand 44 treiben, bis der Kolbenkopf 58 die

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Nut 50 genügend freilegt, damit Arbeitsmittel abgelassen werden kann. Die Kolbenbewegung hört dann auf, sobald der Arbeitsmitteldruck zwischen dem Kolbenkopf 38 und der vorderen Zylinderwand 38 mit dem Arbeitsmitteldruck zwischen dem Stangenende 40 des Kolbens 12 und der hinteren Zylinderwand 44 selbsttätig ausgeglichen ist.

Falls die Ventileinrichtung 34 in der offenen Stellung festgeklemmt und das Ventil 58 nicht betätigt ist, würde der Kolben 12 kräftig gegen die vordere Zylinderwand 18 getrieben und dort festsitzen, weil der Druck des durch die Leitung 26 strömenden Arbeitsmittels größer als der Druck des durch die Leitung 28 strömenden Arbeitsmittels sein würde. Wenn es somit erwünscht ist, den Kolben 12 nur dann anzuhalten, wenn das Ventil y\ offen ist und die Stange l6 vollständig zurückgezogen ist, dann besteht keine Notwendigkeit, eine Überholeinrichtung gemäß vorstehender Beschreibung vorzusehen. Jedoch kann es nicht sicher sein, daß ein Fehler in der elektrischen Anlage zu einer Öffnung des Ventils y\ führt, so daß es auch erwünscht sein kann, den Kolben 12 irgendwo in dem Zylinder 14 anzuordnen, selbst wenn das Ventil J4 offen ist. Dies kann durch Verwendung der Überholeinrichtung und einer mechanischen Stelleinrichtung an der Stange 16 erreicht werden. Beispielsweise würde, wenn sich die Überholeinrichtung in der Stellung gemäß Fig. 2 befindet und das Ventil 58 betätigt und das Ventil ^4 offen ist, über die Leitung 26 eintretendes Arbeitsmittel aus der Öffnung 50a ausfließen, so daß der Druck am Stangenende des Kolbens aufgehoben wird, sobald dieses Kolbenende an der Öffnung 50a vorbeigegangen ist. Da in der Leitung 28a kein Druck vorhanden ist, wenn das Ventil J4 offen ist, könnte der Kolben 12 seine Bewegung gegen die Zylinderwand 18 fortsetzen, wobei er nicht durch Druck auf das eine oder das andere Ende geführt ist. Jedoch können mechanische Mittel , verwendet werden, welche die Stange 16 erfassen und den KoI-

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ben 12 vorwärts an irgendeine Stelle zwischen der Öffnung 50a und der Zylinderwand 18 bewegen. Ein zusätzliches Merkmal der Überholdnrichtung mit Bezug auf ein offenes Ventil y\ besteht darin, daß durch Ablassen des antreibenden Arbeitsmittels die Kraft, mit welcher der Kolben 12 gegen die Zylinderwand 18 getrieben wird, in großem Ausmaß verringert wird. Hierdurch wird die GefafopÜes Brechens oder Reißens des Kolbens 12 oder einer sonstigen Beschädigung der Einrichtung verringert„

Diese Bedingungen würden auch bestehen, wenn es erwünscht wäre, die Bewegung des Kolbens 12 anzuhalten, während das Ventil 34 gemäß der programmierten Folge kontinuierlich geöffnet und geschlossen wird. Dies trifft zu, weil, wenn einmal das Stangenende 4o des Kolbens 12 an der Öffnung 50 vorbeigeht, Arbeitsmitteldruck durch die Öffnung 50 verlorengeht, so daß der Kolben 12 nicht bis zur Zylinderwand 18 getrieben werden kann, sondern zufolge des Druckverlustes durch die Öffnung 50 ein Druckaufbau zwischen dem Kolbenkopf j58 und der Zylinderwand 18 verhindert würde, selbst wenn das Ventil y\ zeitweilig geschlossen wäre, so daß der Kolben 12 nicht zurück zur Zylinderwand 44 getrieben werden könnte, sondern zwischen der Öffnung 50 und- der Zylinderwand 18 stehen bleiben würde.

. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden zwei Ventile verwendet, nämlich das mechanische Ventil und das Rückschlagventil 54. Der Zweck des Rückschlagventils 54 besteht darin, die Anordnung des mechanischen Ventils 58 in einem Abstand von dem Kolbenaufbau 10 und der Öffnung 50 zu ermöglichen. Entweder das mechanische Ventil 58 oder das Rückschlagventil 54 sollte nahe der Öffnung 50 angeordnet sein, so daß, wenn das mechanische Ventil 58 betätigt ist und daher kein Ablassen stattfindet, die mit der Öffnung 50 verbundene Leitung nahe der Öffnung 50 isoliert ist. Dadurch wird das Gesamtvolumen an unter Druck stehendem Arbeitsmittel

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von dem Servoventil auf ein Minimum verringert. Dadurch, daß das Gesamtvolumen des unter Druck stehenden Arbeitsmittels auf einem Minimum gehalten wird, wird die natürliche Resonanzfrequenz der Sorvoanlage so hoch wie möglich gehalten.

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Claims (9)

Patentansprüche

1. Elektrohydraulisch^ Servoanlage mit einer Solenoidventileinrichtung, welche normalerweise die Stellung eines Kolbens in einem Zylinder steuert, indem sie den Strom von hydraulischem Arbeitsmittel zu gegenüberliegenden Seiten des Kolbens in Übereinstimmung mit einer programmierten Folge steuert, gekennzeichnet durch eine hydraulische Überholeinrichtung, die einen Mechanismus zum Unterbrechen der programmierten Folge der Bewegungen des Kolbens (12) durch Ablassen von hydraulischem Arbeitsmittel von der einen Seite des Kolbens durch eine öffnung (50) hindurch aufweist, welche in der Wand des Kolbenzylinders (14) an einer Stelle angeordnet 1st, an der die Bewegung des Kolbens in einer ersten Richtung angehalten wird, und welche die Bewegung des Kolbens in einer zweiten Richtung begrenzt, nachdem er au^ seiner Bewegung in der ersten Richtung angehalten worden ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (50) zwischen den äußersten Bewegungsgrenzen des Kolbens (12) angeordnet ist, so daß der Kolben aus seiner programmierten Bewegungsfolge an einer Stelle zwischen den programmierten Bewegungsgrenzen angehalten werden kann.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung aus einer in der Zylinderwand gebildeten ringförmigen Nut (5θ) besteht, mit der eine Auslaßleitung (52, 56) in Verbindung steht.

4. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßleitung (52, 56) eine sie öffnende und schließende Ventileinrichtung (58) zum Betätigen der hydraulischen Überholeinrichtung aufweist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (58) von Hand betätigbar ist.

6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeich-

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net, daß in der Auslaßleitung (52, 56) zwischen dem Zylinder (14) und der Ventileinrichtung (58) ein Rückschlagventil (54 bzw. 54a) angeordnet ist, das eine Einwegströmung von hydraulischem Arbeitsmittel aus dem Zylinder (14) bei Betätigung der Ventil einrichtung (58) zum öffie.n der Auslaßleitung ermöglicht.

7· Anlage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Mittel, welche das Rückschlagventil (54 bzw. 54a) während des normalen Arbeitens der Anlage in Übereinstimmung mit der von der Solenoidventileinrichtung (34) bestimmten Programmfolge geschlossen halten.

8. Anlage nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß w die genannten Mittel an die stromabwärtige Seite des Rückschlagventils (54 bzw. 54a) einen Gesamtdruck anlegen, der gleich dem oder größer als der Arbeitsmitteldruck im Zylinder (14) auf der Seite des Kolbens (12.) ist, auf der die öffnung (50) liegte

9. Anlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (54 bzw. 54a) in unmittelbarer Nähe der Verbindungsstelle der Auslaßleitung mit dem Zylinder angeordnet ist, um die Auslaßleitung von dem Zylinder wirksam zu isolieren, was gestattet, die Arbeitsmittelmenge auf ein Minimum zu begrenzen und die natürliche Resonanzfrequenz der Anlage so hoch wie möglich

k zu halten.

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