DE2233851A1

DE2233851A1 - Verfahren zur fernbetaetigung und elektrohydraulische vorrichtung zur ausfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2233851A1
Application number: DE19722233851
Authority: DE
Inventors: Jacques Bourgeois
Original assignee: SERAM
Current assignee: SERAM
Priority date: 1972-07-10
Filing date: 1972-07-10
Publication date: 1974-01-24

Description

Verfahren zur Fernbetätigung und elektrohadraulische Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fernbetätigung, wie zur Fernbetäigung eines Ventils oder einer Pumpe, und allgemein die Fernbetätigung eines Körpers als Funktion der Änderung einer Größe bezüglich eines Sollwertes.
Die Erfindung betrifft außerdem eine hydraulische Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens und insbesondere eine Vorrichtung, an die man elektrische Ströme als Funktion der Xnderung der betreffenden Größe anlegt und welche den zu betätigenden Körper, mit dem sie verbunden ist, um einen Betrag in Abhängigkeit von dieser Veränderung verschiebt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen darin, den fernzubetätigenden Körper fest mit einem Kolben zu verbinden, dessen Flächen veränderlichen Drücken eines Fluids unterworfen sind, wobei die Drücke selbst von der Stellung der Ventile von durch Elektromagneten gesteuerten Servobegrenzern abhängig sind, wie sie z.B.
in der französischen Patentschrift 1 525 934 beschrieben sind, und daß an die Elektromagnete der Servobegrenzer Ströme als Funktion der Veränderung einer Größe in bezug auf einen Sollwert angelegt werden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht das Verfahren darin, daß der zu betätigende Körper fest mit einem beweglichen Kolben im Inneren eines Zglinders verbunden wird, daß die gegenüberliegenden Flächen des beweglichen Kolbens den Drücken eines unter Druck stehenden Steuerfluids ausgesetzt werden, welche sich als Funktion der Fern- bzw. Abstandsänderung einer Größe bezüglich eines Sollwertes ändern, wie der änderung eines Steuerpotentiometers, daß diese Änderung elektrisch fernübertragen wird, daß elektrische Ströme, die eine Funktion der Differenz zwischen dem Widerstand des Steuerpotentiometers und dem eines Potentiometers sind, dessen Xnderungen von der Verschiebung des beweglichen Kolbens abhängig sind, an gleichtarierte Servobegrenzer angelegt werden, und daß das unter Druck stehende Steuerfluid durch Mäntel mit gleichkalibrierten seitlichen Verbindungsöffnungen einerseits parallel auf einen ersten Servobegrenzer und die eine Fläche des beweglichen Kolbens und andererseits parallel auf den zweiten Servobegrenzer und die andere Fläche des beweglichen Kolbens einwirkt, derart, daß aufgrund des gleichen Wertes der Tarierung der Servobegrenzer und der gleichen Druckabfälle der hydraulischen Speisekreise der Kolben sich unter der Wirkung der verschiedenen Drücke auf åede seiner Flächen als Funktion der unterschiedlichen Öffnung der Ventile jedes Servobegrenzers verschiebt, bis durch seine Verschiebung und die damit verbundene Mitnahme des Potentiometers, das mit ihm fest verbunden ist, der Widerstand des letzteren gleich dem des Fernsteuerpotentiometers geworden ist, die an die Elektromagnete der Servobegrenzer angelegten Ströme gleich werden und ein neues Gleichgewicht erreicht ist, wobei der fernzubetätigende Körper eine Verschiebung erfahren hat, die von dem in das ferngelegene St euerpotentiomet er eingeführten Widerstand bezüglich eines Sollwertes abhängt.
Die elektrohydraulische Vorrichtung für die Ausführung dieses Verfahrens umfaßt einen Zylinder mit einem fest mit dem zu betätigenden Körper verbundenen beweglichen Kolben, Mittel zur Isolierung der im Inneren des Zylinders auf beiden Seiten des beweglichen Kolbens gelegenen Volumina von der Atmosphäre, ein in der Ferne angeordnetes Steuerpotentiometer und ein mit dem beweglichen Kolben fest verbundenes Linearpotentiometer, elektrische Organe und Verbindungen, die Ströme liefern, deren Differenz eine Funktion der Abweichung der Widerstände der beiden Potentiometer ist, einen unter Druck stehenden hydraulischen Kreis und gleichiarierte Servobegrenzer, die den Druck des hydraulischen Speieekreises in Abhängigkeit von den an ihre Elektromagneten angelegten Strömen verändern, wobei die Differenz der durch die elektrischen Organe und Verbindungen an die Elektromagnete angelegten Ströme eine Funktion der Differenz der durch die Potentiometer gelieferten Widerstände ist, und die Servobegrenzer von dem unter Druck stehenden hydraulischen Kreis mittels eines Blockes gespeist sind, der mit einem Speisekanal für unter Druck stehendes Fluid und einem Entleerungskanal versehen ist, und wobei der Speisekanal durch die gleichkalibrierten Öffnungen der Näntel einerseits parallel mit einem ersten Servobegrenzer und der einen Fläche des beweglichen Kolbens und andererseits parallel mit einem zweiten Servobegrenzer und der anderen Fläche des beweglichen Kolbens kommuniziert.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bilden die Näntel, deren seitliche Verbindungsöffnungen mit dem hydraulischen Speisekreis gleich kalibriert sind, mit dem einen ihrer Enden die Sitze der Ventile der Servobegrenzer und münden mit ihrem anderen Ende jeweils in einer der Zglinderkammern, die auf beiden Seiten des beweglichen Kolbens gelegen sind.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt einer Busfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Achse des Servobegrenzers S1 des oberen Teils der Vorrichtung (Servobegrenzer upd Verbindungsblock), wobei der untere ohne Teil (Steuerzylinder) im Aufriß seiner Endplatte dargestellt ist.
Nach Fig. 1 sind zwei Servobegrenzer S1 und S2 durch Elektromagnete 20 gesteuert, deren Kerne 14 in zentralen Rohren 15 aus amagnetischem Material gleiten und Ventile 13 betätigen. Die zentralen Rohre 15 sind mittels torischer Dichtungen 21 auf Ansätzen 12 aus magnetischem Material dicht angebracht, und die gesamte Anordnung ist durch Gehäuse 16 aus ebenfalls magnetischem Material mittels torischer Dichtungen 19 dicht abgedeckt.
Im oberen Ibsil sind die Gehäuse 16 mit Gewindestopfen 17 versehen Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Servobegrenzer S1 und S2 auf einem Block 9 angebracht, der eine Zuführungsöfinung A und eine Entleerungsöffnung B aufweist, die zwei Zuführungs- und Entleerungskanälen 35 bzw. 36 entsprechen. Letztere sind in Fig. 2 zu erkennen. Die Servobegrenzer S1 und S2 sind auf dem Block 9 mittels torischer Dichtungen 11 und Befestigungs- sowie Klemmbolzen 37 (Fig. 2) angebracht. In der Achse der Servobegrenzer S1, S2 weist der Block 9 zwei Bohrungen 38 auf, die in die Längszuführungskanäle 35 münden, und zwei Mäntel 10 enthalten, die mit Eintrittsöffnungen a1 für den entsprechenden Kern am Servobegrenzer Sfi und a2 entsprechend für den Servobegrenzer S2 enthalten. Torische Dichtungen 24 gewährleisten die dichte Anordnung der Mäntel 10 in den Bohrungen 38 des Blockes 9. Die Mäntel 10 sind jeweils mit einem Mittelkanal 39 versehen, deren eines Ende jeweils den Sitz für die Ventile 13 der Servobegrenzer S1 und S2 bildet.
Im unteren Teil der Servobegrenzer S1, S2 vorgesehene Kammern 41 kommunizieren mit dem Entleerungskanal 36 durch Bohrungen 22 (Fig. 2), welche in dem Block 9 vorgesehen sind. Die Eintrittsöffnungen a1 und a2 in den Mänteln 10 bringen somit den Zuführungskanal mit den Zentralkanälen 39 der Mäntel 10 in Verbindung, und, wenn die Ventile 13 nicht auf ihrem Sitz ruhen, mit dem Entleerungskreis B über die Kammern 41, die Bohrungen 22 und den Entleerungskanal 36.
Der Block 9 ist selbst auf einem Zylinder 1 mittels torischer Dichtungen 24 dicht angeordnet. Der Zylinder 1 weist zwei Bohrungen 40 gegenüber den Zentralkanälen 7;9 der Mäntel 10 auf und enthält einen Kolben 2, der in n Richtung der Längsachse des Zylinders gleiten kann. An jedem Ende des Kolbens gewährleisten zwei Dichtungsstücke 5 mittels statischer torischer Dichtungen 6 und Gleitdichtungen 7 die Abdichtung des Inneren des Zylinders bezüglich der Atmosphäre. Die Dichtungsstücke 5 sind selbst bezüglich des Zylinders z.B. mittels Federringen 43 an Ort und Stelle gehalten, welche in zu diesem Zweck in der Innenwand des Zylinders 1 vorgesehenen Nuten untergebracht sind.
Der Kolben 2 ist hohl. Er ist an einem seiner Enden mit einem Gewinde 44 oder mit irgendeinem anderen Organ versehen, welches es gestattet, ohne Spiel eine Verbindung mit dem Körper herzustellen, auf den man die Bewegung des Kolbens 2 zu übertragen wünscht. Durch das andere Ende ist in den Zentralhohlraum des Kolbens 2 ein Linearpotentiometer 3 eingeführt. Dieses ist mit'dem Zylinder 1 mittels einer Halterung 25 und Befestigungsbolzen 34 fest verbunden. Ein Zapfen 45 des Linearpotentiometers 3 ist seinerseits z.B. mittels einer Klemmschraube 8, die am Ende des Kolbens vorgesehen ist, fest mit dem Hohlkolben 2 verbunden. Die Halterung 25 weist außerdem eine Klemmenplatte 30, 31, 32 und auf ihrer Endplatte 33 (die in Fig. 2 weggelassen ist) Öffnungen 46 mit einer Stopfbüchse für die Herausführung der elektrischen Verbindungen auf sowie eine Öffnung 26, die mit einem Luftfilter versehen ist. Durch die Öffnungen 46 kann man einesteils die elektrischen Steueranschlüsse für die Elektromagneten der Servobegrenzer und andererseits die Zuführungsleitungen für das Linearpotentiometer 3 hindurchführen.
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Um eine Verschiebung eines Körpers mit Fernsteuerung hervorzurufen, wird dieser Körper mit dem Kolben 2 mittels des Gewindeendes 44 fest verbunden. Von der Ferne aus wird nun auf ein Potentiometer mit manueller Steuerung eingewirkt. Dieses Potentiometer mit manueller Steuerung und das Linearpotentiometer 3, das in der Vorrichtung gemäß der Erfindung im Inneren des hohlen Kolbens angeordnet ist, sind elektrisch mit einem Vergleichsorgan für ihre jeweiligen Widerstände verbunden, wobei dieses Organ außerdem elektrisch mit den Elektromagneten 20 der Servobegrenzer S1 und S2 verbunden ist.
Wenn keine Abweichung zwischen den Widerständen der beiden im Abstand angeordneten Potentiometern vorliegt, liefert das Vergleichsorgan an die beiden Elektromagneten einen gleichen strom, der folglich in identischer Weise auf die Ventile 13 einwirkt. Aus diesem Grunde passiert das bei A unter Druck zugeführte Fluid durch den Kanal 35 und die Eintrittsöffnungen a1 und a2 in den Mänteln 10, wobei identische Druckabfälle auftreten, weil die Eintrittsöffnungen streng gleiche Querschnitte aufweisen und die Elektromagneten S1 und S2 gleich bemessen sind. Gleicher Durchsatz und gleicher Druck wirkt somit auf jede der Flächen des hohlen Kolbens 2, der somit unbeweglich bleibt.
Wenn von dem Wert ab, bei dem diese Unbeweglichkeit erhalten wird, auf die manuelle Steuerung des in der Ferne angeordneten Potentiometers eingewirkt wird, wird sofort eine Widerstandsdifferenz zwischen dem Potentiometer und dem Linearpotentiometer 3 in der Vorrichtung gemäß der Erfindung hervorzerufen. und das Verleichsorzan liefert unterschliedlichen Strom einen, beiden der Elektromagnete 20 der Servobegrenzer S1 und S2. Z.B. wird hierdurch der Strom durch die Spule des Servobegrenzers S1 erhöht und der durch die Spule des Servobegrenzers S2 erniedrigt. Das Anwachsen des an den Servobegrenzer S1 angelegten Stroms führt zu einer Erhöhung seiner Wirkung, während die Verminderung des an den Servobegrenzer S2 angelegten Stroms zu einer Verringerung seiner Wirkung führt. Da der Speisedruck des Fluids in dem Kanal 35 konstant bleibt, vermindert sich der Druckabfall an der Eintrittsöffnung a1 da die Wirkung des entsprechenden Servobegrenzers S1 erhöht ist,und umgekehrt erhöht sich der Druckabfall an der Eintrittsöffnung a2. Aus diesem Grunde -wird der Druck in dem Zentralkanal 39 des Mantels 10 entsprechend dem Servobegrenzer S1 erhöht, während der Durchsatz durch a1 abnimmt. Umgekehrt sinkt der Druck in der Kammer 10 entsprechend dem Servobegrenzer S2 ab, während der Durchsatz durch die Eintrittsöffnung a2 zunimmt.
Die Abweichung der Fluiddrücke an den Flächen des Kolbens 2 erzeugt aufgrund der Bohrungen 40, die die Zentralkanäle 39 der Mäntel 10 in Verbindung mit dem Inneren des Zglinders 1 bringen, eine Verschiebung des Kolbens 2 von der Seite, wo der höhere Druck herrscht (dieser entspricht dem Servobegrenzer S1), nach der Seite, wo der weniger hohe Druck vorliegt (dieser entspricht dem Servobegrenzer S2), bis die Gleichheit der Drücke auf beiden Seiten des Kolbens 2 wieder hergestellt ist. Dieser bleibt dann in einer neuen Gleichgewichtslage stehen, nachdem er die Verschiebung des an seinem Ende 44 befestigten Körpers bewirkt hat. Auf diese Weise wird die Verschiebung des Körpers durch Fernbetätigung eines Potentiometers mit Randsteuerung um einen Betrag bewirkt, der proportional dem Wert des Widerstandes ist, der in dieses totentiometer von der vorhergehenden Gleichgewichtsstellung aus elngeführt wird.
Die Voricfltung gemäß der Erfindung gestattet die Fernbetä.tiglog eines Körpers nach einem vorherbestimmten Programm, wobei man die Folge der Stellungen, die das Steuerpotentiometer einnehmen soll , vorgewählt hat.
Für den Fall, daß man einen Körper fernbetätigen will, z.B.
einen Wasserschieber oder die Steuerung einer Pumpe mit veränderlichem Durchsatz als Funktion der Änderung einer physikalischen Größe, wie der Temperatur oder des Stromes eines Gourendynamos, verwendet man im allgemeinen nicht die beiden obengenannten Potentiometer, sondern man legt über eine geeignete elektrische Vorrichtung an die Elektromagnete 20 der Servobegrenzer S1 und S2 Ströme an, deren Differenz eine Funktion der Veränderung der betreffenden physikalischen Größe ist in bezug auf einen Sollwert.
Man kann den Block 9 und die darin enthaltenen Mäntel 1o durch irgendwelche Speiseorgane für die Servobegrenzer S und S2 ersetzen, vorausgesetzt, daß sie gleiche Druckabfälle bewirken, und durch irgendwelche Verbindungsorgane zwischen den Ventilsitzen der Servobegrenzer und jeder der T lächendes Kolbens 2 des Zylinders 1, wie Rohrleitungen, wenn man wünscht, die Servobegrenzer einerseits und den Zylinder 1 andererseits getrennt anordnen zu können.
In einem derartigen Fall ist es nicht erforderlich, die verschiedenen elektrischen Speise- und Steuerkreise an ein und derselben mit dem Zylinder 9 fest verbundenen Klemmenplatte zusammenzuführen. Man kann auch andere Arten von Abdichtungsorganen verwenden als die beschriebenen und dargestellten, sofern nur die Volumina des Zglinders auf beiden Seiten des Kolbens von der Atmosphäre isoliert sind. Man kann auch irgendeine andere Art der Verbindung zwischen dem Kolben und dem zu betätigenden Körper als ein Gewinde 44 an dessen einem Ende vorsehen, vorausgesetzt, daß ohne Spitz aber gegebenenfalls mit einer Verstärkung oder einer Umformung eine Verschiebung des Körpers als Funktion der Verschiebung des Kolbens gewährleistet ist.
Sofern es auf eine kompakte Konstruktion nicht ankommt, kann der Kolben 2 auch massiv ausgebildet sein, während das Potentiometer 3 außen angeordnet ist, sofern nur das Potentiometer in geeigneter Weise befestigt und sein Steuerzapfen fest mit den Bewegungen des Kolbens 2 gekoppelt ist.

Claims

Patent ansrüch e

Verfahren zur Fernbetätigung eines Körpers als Funktion der Änderung einer Größe bezüglich eines Sollwertes, bei dem vorgesehen ist, daß der zu betätigende Körper fest mit einem beweglichen Kolben im- Inneren eines Zylinders verbunden ist, daß die gegenüberliegenden Flächen des beweglichen Kolbens den Drücken eines Steuerfluids ausgesetzt werden, das unter einem Druck steht, der si tçS Funktion der Abstandsänderung der Größe ändert / daß die Änderung dieser Größe, die von einem Steuerpotentiometer erhalten wird, elektrisch fernübertragen wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß elektrische Ströme,die eine Funktion der Differenz zwischen dem Widerstand des Steuerpotentiometers und ~ sXnd .. dem eines Potentiometers, dessen Veränderungen von der Verschiebung des beweglichen Kolbens abhängig sind, an in gleicher Weise tarierte Servobegrenzer angelegt werden, und daß das unter Druck stehende Steuerfluid durch Mäntel mit gleichkalibrierten seitlichen Verbindungsöffnungen einerseits parallel auf einen ersten Servobegrenzer und die eine Fläche des beweglichen Kolbens und andererseits parallel auf einen zweiten Servobegrenzer und die andere Fläche des beweglichen Kolbens einwirkt, derart, daß aufgrund der gleichen Tarierung der Servobegrenzer und gleicher Druckabfälle ihrer hWdraulischen Sneisekreise der Kolben sich unter der Einwirkung der verschiedenen Drücke verschiebt, die an jede seiner Flächen als Funktion der Öffnung der Ventile jedes Servobegrenzers geliefert werden, bis durch seine Verschiebung und die damit verbundene Mitnahme des damit fest verbundenen Potentiometers der Widerstand des letzteren gleich dem des Fernsteuerpotentiometers geworden ist, wobei die'an die Elektromagnete der Servobegrenzer angelegten Ströme dann gleich werden und ein neues Gleichgewicht erreicht ist sowie der fernzubedienende Körper eine Verschiebung erreicht hat, die eine Funktion des in das ferngelegene Steuerpotentiometer eingeführten Widerstandes bezüglich eines Sollwertes ist.
2. Elektro-hydraulische Fernbetätigungsvorrichtung für einen Körper zur Ausführung des Verfahrens nach knspruch 1 mit einem Zylinder, der einen fest mit dem zu betätigenden Körper verbundenen beweglichen Kolben enthält, Mitteln zur Isolierung der im Inneren des Zglinders auf beiden Seiten des beweglichen Kolbens gelegenen Volumina von der Atmosphäre, einem in der Ferne angeordneten Steuerpotentiometer und einem fest mit dem beweglichen Kolben verbundenen Linearpotentiometer, elektrischen Organen und Verbindungen, die Ströme liefern, deren Differenz eine Funktion der Abweichung zwischen den Widerständen der beiden Potentiometer ist, einem unter Druck stehenden hydraulischen Kreis und gleichtarierten Servobegrenzern, welche den Druck des hydraulischen Speisekreises als Funktion der an ihre Elektromagnete angelegten Ströme verändern, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Differenz der durch die elektrischen Organe und Verbindungen aMie Elektromagnete angelegten Ströme eine Funktion der Differenz der durch die Potentiometer gelieferten Widerstände ist, daß die Servobegrenzer von einem unter Druck stehenden hydraulischen Kreis mittels eines mit einem Speisekanal für ein unter Druck stehendes Fluid versnen Blockes gespeist sind, wobei der Block außerdem einen Entleerungskanal aufweist, daß der Speisekanal durch gleichkalibrierte Öffnungen der Mäntel einesteils parallel mit einem ersten Servobegrenzer und der einen Fläche des beweglichen Kolbens und andererseits parallel mit einem zweiten Servobegrenzer und'der anderen Fläche des beweglichen Kolbens kommuniziert, derart, daß aufgrund des gleichen Wertes der Tarierung der Servobegrenzer und gleicher Druckabfälle ihrer hydraulischen Speisekreise der Kolben sich unter der Einwirkung der verschiedenen Drücke an jeder seiner Flächen verschiebt, und zwar als Funktion der unterschiedlichen Öffnung der Ventile jedes Servobegrenzers, bis durch seine Verschiebung und die damit verbundene Mitnahme des damit fest verbundenen Potentiometers der Widerstand des letzteren gleich dem des Fernsteuerpotentiometers wird, wobei die an die Elektromagneten der Servobegrenzer angelegten Ströme gleich werden und ein neues Gleichgewicht erreicht wird sowie der fernzubetätigende Körper eine Verschiebung erfährt, die eine Funktion des in das ferngelegene Steuerpotentiometer eingeführten Widerstandes bezüglich eines Sollwertes ist.
3. Elektro-hgdraulische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Mäntel, deren seitliche Verbindungsöffnungen mit dem hydraulischen Speisekreis gleichkalibriert sind, an einem ihrer Enden die Ventil sitze der Servobegrenzer auf--weisen und mit ihrem anderen Ende in jeweils eine der Zylinderkammern münden, die auf beiden Seiten des Kolbens vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Verbindung zwischen dem beweglichen Kolben und dem zu betätigenden Körper mittels eines Gewindes gewährleistet ist, das in einem der Enden des Kolbenstößels vorgesehen ist, der dicht bis außerhalb des Zylinders reicht, während das entgegengesetzte Ende des Kolbenstößels auf das Vergleichspotentiometer wirkt.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2, 3 und 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Speisekreis und der Entleerungskreis in dem gleichen Block angeordnet sind, daß die Näntel mit seitlichen Verbindungsöffnungen, die gleich kalibriert sind, in dem Block angeordnet sind, daß die Servobegrenzer dicht auf einer Fläche in geraden Linien mit den Enden der Näntel angeordnet sind, welche den Ventilsitz bilden, und daß der Zylinder, der den beweglichen Kolben enthält, auf der entgegengesetzten Fläche des Blockes angeordnet ist, wobei die Verbindungsbohrungen mit jeder der Zglinderkammern auf beiden Seiten des Kolbens in einer geraden Linie mit den Mänteln, die den vorstehenden gegenüberliegen, angeordnet sind.

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