DE2447858C3 - Servo-Ventileinrichtung - Google Patents

Servo-Ventileinrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Servo-Ventüeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der GB-PS 1085 921 ist eine derartige Servo-Ventileinrichtung bekannt geworden, bei der der Strömungsfühler jedoch aus einer Axialturbine, die einen Tachogenerator antreibt, besteht Bei der bekannten Servo-Ventileinrichtung ist durch die Zuordnung der Drehzahl der den Strömungsfühler bildenden Axialturbine zum elektrischen Ausgangssignal im unteren und oberen Arbeitsbereich keine Proportionalität zwischen den umzuformenden Größen zu erreichen. Dies ist dadurch bedingt, daß der Anfangsbereich von Anlaufverzögerungen bestimmt ist während im oberen Bereich mechanische Einflüsse, wie Reibung, die Proportionalität verfälschen.
Aus der US-PS 20 29 633 ist ein Strömungsfühler mit einer Gelenkklappe bekannt geworden, die nach Art einer Rückschlagklappe angeordnet ist. Die Anzeige der Klappenstellung erfolgt durch einen gewichtsbelasteten mechanischen Zeiger. Eine Umwandlung in ein elektrisches Ausgangssignal ist nicht vorgesehen.
Aus US-PS 33 54 716 ist ein Strömungsfühler bekannt geworden, bei dem eine Klappe an einem in sehr geringem Umfang elastisch nachgebenden Gehäuseteil fest eingespannt ist. Durch die von der Klappe bei vorbeiströmender Flüssigkeit erzeugten unterschiedlichen Spannungsverhältnisse in diesem Gehäuseteil wird über Spannungsmeßstreifen ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt Die Klappe ist also nicht gelenkig gelagert, und die Umwandlung in ein elektrisches Ausgangssignal erfolgt auf sehr komplizierte Weise.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Servo-Ventileinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 hinsichtlich ihres Ansprechverhaltens und ihrer Empfindlichkeit im
ίο oberen und unteren Mengenstrombereich zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst
Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der der Strömungsfühler in einer Anschlußplatte angeordnet ist auf der der Hauptventilblock befestigt ist Durch diese Ausführungsform kann eine besonders günstige und kompakte Bauweise erreicht werden, und die Einrichtung ist ieicht auf verschiedene Arbeitsweisen umzustellen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 ein kombiniertes hydraulisches und elektrisches Block-Schaltbild einer erfindungsgeaiäßen Servo-Ventileinrichtung zur Steuerung einer hydraulischen Stellvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform und
Fig.2 ein kombiniertes hydraulisches und elektrisches Block-Schaltbild einer erfindungsgemäßen Servo-Ventileinrichtung zur Steuerung einer hydraulischen Stellvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Die Servo-Ventileinrichtung nach F i g. 1 dient zur Steuerung einer zweifachwirkenden hydraulischen Stellvorrichtung 10, die einen in einem Antriebszylinder 12 gleitenden Kolben 11 besitzt Eine Kolbenstange 13 ragt aus einem Ende des Zylinders 12 heraus. Ein Hauptsteuerventil 14 ist mit Einlaß- und Auslaßanschlüssen 15 und 16 und Verbraucheranschlüssen 17,18 und 19 versehen. Die Verbraucheranschlüsse 17 und 19 sind über eine Verbraucherleitung 20 an das linke Ende des Antriebszylinders 12 angeschlossen, und der mittlere Verbraucheranschluß 18 ist durch eine Verbraucherleitung 21 mit dem rechten Ende des Antriebszylinders 12 verbunden. Das hydraulische
so Druckmittel mit einem Druck P wird durch eine Zufuhrleitung 22 dem Eingangsanschluß 15 zugeführt und der Auslaßanschluß 16 ist mit dem Tank 7* durch eine Leitung 23 verbunden.
Das Hautpsteuerventil 14 wird durch Flüssigkeitsdruck betätigt, und sein Schieber 24 wird durch Federn 25 und 26 in die neutrale, arbeitsunwirksame Mittellage gedrückt Das Hauptsteuerventil 14 wird durch ein Vorsteuerventil 27 gesteuert, dessen Schieber 28 von einem doppeltwirkenden Kraftmotor 29 aus der neutralen Mittellage in die eine oder die andere Richtung gegen Federn (nicht dargestellt) innerhalb des Kraftmotors 29 bewegt werden kann. Der Schieber 28 ist in seiner neutralen Lage dargestellt die er einnimmt wenn der Kraftmotor 29 nicht betrieben ist Die Kammern an den Enden des Schiebers 28 sind mit dem Tank T verbunden. Das Vorsteuerventil 27 weist Eingangsanschlüsse 30 und 31, denen durch eine Leitung 33 eine Steuerflüssigkeit mit einem Druck Ps zugeführt
wird, und einen durch eine Leitung 34 mit dem Tank verbundenen mittleren Auslaßanschluß 32 auf. Auslaßanschlüsse 35 und 36 des Vorsteuerventils 27 sind durch Steuerleitungen 37 und 38 mit Steuerkammern 39 und 40 an entgegengesetzten Enden des Hauptsteuerventils 14 verbunden. Daher wirkt je nach Verstellung des Schiebers des Vorsteuerventils Flüssigkeitsdruck in der Steuerkammer 39 auf das linke Ende des Schiebers 24 des Hauptsteuerventils, um den Schieber 24 nach rechts zu drücken, oder Flüssigkeitsdruck in der to Kammer 40 auf das rechte Ende des Schiebers 24, um ihn nach lin-"is zu drücken. Wenn die Drücke in den Kammern 39 und 40 gleich sind, wird der Schieber 24 durch die Federn 25 und 26 in seine neutrale Lage gedrückt
Der Schieber 24 des Hauptsteuerventils weist Kolbenabschnitte in Form von Stegen 41 und 42 auf, die die Anschlüsse 15 und 16 in der neutralen Lage abschließen, und umfaßt jeweils die Steuerkammern 39 una 40 begrenzende Endstege 43 und 44. Die Anschlüsse 17, 18 und 19 sind jeweils mit den drei zwischen den Stegen 43, 41, 42 und 44 gebildeten Räumen in Verbindung. Das Vorsteuerventil 27 weist Stege 45,46 und 47 auf, die die Anschlüsse 30, 31 und 32 in der neutralen Lage abschließen. Die Anschlüsse 35 und 36 sind jeweils mit zwei zwischen den Stegen 45,46 und 47 gebildeten Räumen in Verbindung.
Die in F i g. 1 dargestellte Servo-Ventileinrichtung ist mit zwei elektrischen Eingängen und zwei elektrischen Rückkopplungen versehen. Ein elektrisches Strömungssteuersignal kann einer Zuleitung 50 zugeführt werden, und ein eine Vergleichskraft vorgebendes elektrisches Eingangssignal kann an eine Leitung 51 angelegt werden. Ein elektrisches Strömungs-Rückkopplungssignal wird der Leitung 52 durch einen Strömungsfühler 53 zugeführt, der in der dargestellten Ausführungsform in die Zufuhrleitung 22 eingeschaltet ist
Der Strömungsfühler 53 enthält eine drehbar gelagerte Klappe, die durch die zu messende Flüssigkeitsströmung gegen Federelemente verschwenkt wird. Diese Verschwenkung wird zur Bewegung des Schleifers eines Potentiometers benutzt Der Strömungsfühler ist so konstruiert und von solcher Abmessung, daß das elektrische Ausgangssignal direkt proportional zur Flüssigkeitsströmung durch den Fühler ist
Ein elektrisches Druck-Rückkopplungssignal wird durch Druckfühler, die jeweils mit den Verbraucherleitungen 20 und 21 verbundene Druckgeber 55 und 56 umfassen, an eine Leitung 54 angelegt Leitungen 57 und 58 von den Druckgebern 55 und 56 sind mit entgegengesetzter Polarität mit den entgegengesetzten Enden eines Potentiometers 59 verbunden, so daß das Signal in der Leitung 54 eher die an der Stellvorrichtung 10 anliegende Kraft als nur die Differenz zwischen den Drücken P\ und P2 an den entgegengesetzten Enden der Stellvorrichtung 10 wiedergibt Der Schleifer 60 des Potentiometers 59 ist mit der Leitung 54 verbunden und kann aus seiner Mittellage heraus verstellt werden, um dem Unterschied der wirksamen Querschnitte der zwei Seiten des Kolbens 11 der Stellvorrichtung Rechnung zu tragen und dadurch ein Signal zu erzeugen, das der tatsächlichen Kraft an der Kolbenstange 13 entspricht In der dargestellten Ausführungsform weist die rechte Seite des Kolbens 11 wegen der Kolbenstange 13 eine geringfügig kleinere wirksame Fläche auf als die linke Seite.
Das Strömungs-Rückkopplungssignal in der Leitung 52 ist durch einen Umkehrschalter 61 mit einer Leitung 62 verbunden. Der Umkehrschalter 61 ist druckabhängig und durch Leitungen 63 und 64 mit den Steuerkammern 39 bzw. 40 des Hauptsteuerventils verbindbar, wobei diese Leitungen an den Steuerleitungen 37 und 38 angeschlossen sind. Der Umkehrschalter
61 kann ein von dem elektrischen Ausgang eines zwischen den Leitungen 63 und 64 angeschlossenen Druckgebers abhängiger elektronischer Schalter sein. Der Schalter 61 arbeitet abhängig von der Richtung der Bewegung des Kolbens der Stellvorrichtung, da die Richtung der Bewegung der Kolbenstange der Stellvorrichtung durch die Richtung der Verschiebung des Schiebers 24 des Hauptsteuerventils aus einer neutralen Lage bestimmt wird, was wiederum davon abhängig ist welche der beiden Steuerkammern 39 und 40 unter dem höheren Druck steht Wenn der Strömungsfühler 53 — wie gemäß F i g. 1 — in der Zuführleitung angeordnet ist, hat das Rückkopplungssignal immer dieselbe Polarität z. B. eine positive, in welcher Richtung auch immer sich die Stellvorrichtung bewegt Wenn sich die Stellvorrichtung in die eine Richtung bewegt wird das Rückkopplungssignal durch den Schalter 61 der Leitung
62 mit entsprechender Polarität zugeführt Wenn sich die Stellvorrichtung in die andere Richtung bewegt wird die Polarität des Rückkopplungssignals durch den Schalter 61 umgekehrt
Das die Kraft an der Stellvorrichtung wiedergebende Rückkopplungssignal in der Leitung 54 ist durch eine Klemmschaltung 90 und einen Signal-Gleichrichter 65 mit einer Leitung 66 verbunden. Die Klemmschaltung 90 wird über eine Leitung 91 durch einen Vergleich der Polarität des Strömungsrückkopplungssignals in der Leitung 62 mit der Polarität des Kraft-Rückkopplungssignals in der Leitung 54 betätigt Die Polarität des Kraft-Rückkopplungssignals in der Leitung 54 hängt davon ab, welche der beiden Seiten der Stellvorrichtung unter einem höheren Druck steht, aber sie ist nicht unbedingt von der Bewegungsrichtung der Stellvorrichtung abhängig, da die Stellvorrichtung auch im »Schiebebetrieb«, d. h. von der Last angetrieben, arbeiten kann. Der Signal-Gleichrichter 65 dient dabei zur direkten Weiterleitung des Rückkopplungssignals von der Leitung 54 zu der Leitung 66, wenn das Signal eine bestimmte z. B. eine positive Polarität hat, und zur Umkehrung der Polarität des Signals in der Leitung 54, wenn es eine entgegengesetzte Polarität hat
Die Leitung 51 für die Vergleichskraft und die Leitung 66 für das Kraftrückkopplungssignal sind mit einem Kraftvergleicher 67 verbunden, dessen Ausgang durch eine einen Gleichrichter 69 enthaltende Leitung 68 mit einem Addierer 70 verbunden ist, der mit der Zuleitung 50 für das Strömungssteuersignal verbunden ist Der Ausgang des Addierers 70 ist durch eine Leitung 71 mit einem Umkehrschalter 72 verbunden, dessen Ausgang durch eine Leitung 73 mit einem Strömungsvergleicher 74 verbunden ist, der ebenfalls mit der Leitung 62 für die Strömungsrückkopplung verbunden ist Ein Richtungssteuersignal ist durch geeignete Mittel 75 mit dem Umkehrschalter 72 verbunden. Der Ausgang des Strömungsvergleichers 74 ist durch eine Leitung 76, einen Verstärker 77 und eine Leitung 78 mit dem Kraftmotor 29 des Vorsteuerventils 27 verbunden.
Wenn die Vorrichtung strömungsgesteuert mit einem vorgewählten Übersteuerungsgrad bezüglich des Kraftvorgaoesignals arbeiten und der Kolben 11 der Stellvorrichtung 10 sich nach rechts bewegen soll, wird ein negatives elektrisches Signal, das der erwünschten nominalen Maximalkraft entspricht, an die Leitung 51
angelegt. Solange dieses negative Signal im Betrag größer ist als jedes positive Signal in der Leitung 66, erscheint ein negatives Signal am Ausgang des Kraftvergleichers 67, und dieses negative Signal wird durch den Gleichrichter 69 blockiert. Ein anderes negatives Signal wird der Leitung 50 zugeführt, und zwar von einer Größe, die die gewünschte Geschwindigkeit der Flüssigkeitsströmung zu dem Kolben 11 der Stellvorrichtung wiedergibt. Diese Strömungsgeschwindigkeit ist proportional zu der Geschwindigkeit der Last, die durch die Stellvorrichtung bewegt wird. Dieses negative Signal wird über den Addierer 70 und die Leitung 71 zu dem Umkehrschalter 72 geleitet. Wenn das dem Schalter 72 zugeführte Richtungssteuerungssignal diesen so betätigt, daß die Polarität des Signals von dem Addierer 70 nicht umgekehrt wird, wird dieses negative Signal direkt dem Strömungsvergleicher 74 zugeführt, wo es mit einem Rückkopplungssignal positiver Polarität verglichen wird, wie später noch beschrieben wird. Ein der Größendifferenz zwischen dem Strömungssteuersignal und dem Strömungs- Rückkopplungssignal entsprechendes Fehlersignal erscheint an dem Ausgang des Vergleichers 74. Der Vergleicher 74 kann als ein Addierer angesehen werden, so daß, wenn das negative Steuerungssignal größer ist als das Rückkopplungssignal positiver Polarität, das resultierende Fehlersignal in der Leitung 76 ebenfalls negativ ist. Dieses Fehlersignal wird durch den Verstärker 77 verstärkt und über die Leitung 78 dem Kraftmotor 29 zugeführt mit einer Polarität, die den Schieber 28 des Vorsteuerventils nach links verschiebt Der Eingangsanschluß 30 wird dann mit dem Anschluß 35, der Anschluß 36 mit dem Auslaßanschluß 32 verbunden, wodurch der Druck in der Steuerkammer 39 des Hauptsteuerventils 14 steigt und der in der Kammer 40 fällt Der Schieber des Hauptsteuerventils wird dadurch nach rechts verschoben, um den Einlaßanschluß 15 in Verbindung mit dem Verbraucheranschluß 17 und den Verbraucheranschluß 18 mit dem Auslaßanschluß 16 in Verbindung zu bringen. Dann strömt Flüssigkeit zum linken Ende des Antriebszylinders 12 der Stellvorrichtung und von deren rechten Ende aus, so daß der Kolben 11 nach rechts verschoben wird Beim Strömen der Hydraulik-Flüssigkeitsströmung durch den Strömungsfühler 53 erscheint ein positives Signal in der Leitung 52. Die Richtung der Druckdifferenz zwischen den Leitungen 63 und 64, über die der Umkehrschalter 61 gesteuert wird, entspricht der Richtung der Kolbenbewegung, wie oben beschrieben. Die Verhältnisse sind so, daß, wenn sich der Kolben 11 nach rechts bewegt und der Druck in der Leitung 63 daher höher ist als der Druck in der Leitung 64, der Schalter 61 die Polarität des Strömungs-Rückkopplungssignais nicht umkehrt Das Strömungs-Rückkopplungssignal positiver Polarität wird dann durch die Leitung 62 dem Strömungsvergleicher 74 zugeführt, wie oben erwähnt Falls es gewünscht wird, daß sich der Kolben 11 nach links bewegt, betätigt das mit den Mitteln 75 verbundene Richtungssteuersignal den Umkehrschalter 72 so, daß die Polarität des mit dem Strömungsvergleicher 74 verbundenen Signals umgekehrt wird. Dabei werden der Schieber 28 nach rechts und der Schieber 24 nach links verschoben, um die gewünschte Bewegungsrichtung des Kolbens 11 zu erreichen. Der Druck in der Leitung 64 ist jetzt höher als der Druck in der Leitung 63, so daß der Umkehrschalter
61 die Polarität des Strömungs-Rückkopplungssigr.als umkehrt, wobei das Rückkopplungssignal in der Leitung
62 ein Signal mit negativer Polarität ist, das in dem
Vergleicher 74 dem durch den Schalter 72 positiv gemachten Strömungssteuersignal hinzugefügt werden soll. Angenommen, daß der Verstärker 77 einen sehr hohen Verstärkungsgrad hat, dann ist die Geschwindigkeit des Kolbens 11 im stationären Zustand proportional zu dem Betrag des mit der Leitung 50 verbundenen Strömungssteuersignals. Für eine unsymmetrische Stellvorrichtung ist jedoch der Betrag der Proportionalität für die beiden Bewegungsrichtungen des Kolbens 11
ίο verschieden.
Bis jetzt ist angenommen worden, daß, welche Bewegungsrichtung der Kolben 11 der Stellvorrichtung auch hatte, das Kraft-Rückkopplungssignal in der Leitung 54 ein Rückkopplungssignal positiver Polarität in der Leitung 66 erzeugt, das in seinem Betrag geringer ist als das Steuersignal in der Leitung 51. Es kann angenommen werden, daß ein Druck P\ an der linken Seite der Stellvorrichtung, der größer ist als der Druck P2 an der rechten Seite, ein negatives Signal in der Leitung 54 erzeugt, und umgekehrt Der Signal-Gleichrichter 65 garantiert jedoch dafür, daß, welcher der Drücke P\ und P2 auch höher ist, das Rückkopplungssignal in der Leitung 66 immer eine positive Polarität hat von einer Größe, die die Kraft an der Stellvorrichtung wiedergibt Falls die von der Stellvorrichtung aufgenommene Last so ist, das der Betrag des Kraft-Rückkopplungssignals größer wird als der Betrag des Kraft-Steuersignals in der Leitung 51, erscheint ein positives Fehlersignal an dem Ausgang des Kraftvergleichers 67. Der Kraftvergleicher 67 kann als Addierer betrachtet werden, der das negative Eingangssignal dem Rückkopplungssignal positiver Polarität hinzufügt Dieses positive Fehlersignal wird durch den Gleichrichter 69 zu dem Addierer 70 geleitet und vermindert dabei
is den Betrag des negativen Strömungssteuersignals, das über die Leitung 71, zum Umkehrschalter 72 und über die Leitung 73 zum Strömungsvergleicher 74 geleitet wird. Die Folge davon ist, daß die Flüssigkeitsströmung zu der Stellvorrichtung reduziert wird, um die Kraft an der Stellvorrichtung zu verringern. Mit anderen Worten: die Kraftsteuerung überwiegt jetzt zunehmend gegenüber der Strömungssteuerung, da die Last an der Stellvorrichtung steigt, was der durch das der Leitung 51 zugeführte Signal festgelegten nominalen Maximalkraft entspricht
Die Fig.2 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform der Servo-Ventileinrichtung, wobei funktionsgleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in F i g. 1 haben. Wie in F i g. 2 dargestellt, sind der Strömungsfühler 53 und die Druckgeber 55 und 56 in einer Anschlußplatte 100 angeordnet, auf der ein das Hauptsteuerventil 14 enthaltender Hauptventilblock iöi befestigt ist Das Vorsicuervcniil 27 ist In einem über eine Zwischenanschlußplatte 103 auf dem Hauptventilblock 101 befestigten Ventilblock 102 enthalten. Die Zwischenanschlußplatte 103 enthält ein Druckminderventil 104, das Steuerflüssigkeit zu einem mittleren Eingangsanschluß 105 des VorsteuerventUs 27 führt Ausgangsanschlüsse 106 und 107 des Vorsteuerventils 27 sind durch eine durch die Zwischenanschlußplatte 103 laufende Leitung 108 mit dem Auslaß verbunden. Der Krafonotor 29 ist in einem an dem Ventilblock 102 befestigten Gehäuse 110 enthalten.
Der elektrische Strom für die Druckgeber wird diesen über Leitungen 179 zugeführt Die Ausgänge von den Druckgebern 55 und 56 werden über die Leitungen 57 und 58 und über Vorverstärker 111 und 112 dem Potentiometer 59 zugeführt. Der Schleifer 60, an der das
Kraft-Rückkopplungssignal erscheint, ist mit einem Kraftvergleicher in Form eines Fenster-Diskriminators 113 verbunden, dem das Kraftsteuersignal über die Leitung 51 zugeführt wird. Wie gezeigt, leitet die Leitung 51 von der Anzapfstelle 114 eines Potentiometers 115, dessen eines Ende mit einem positiven Anschluß 116 verbunden und dessen bis zu einem positiven Maximalwert variiert werden.
Der Fenster-Diskriminator 113 ersetzt den Signal-Gleichrichter 65, den Kraftvergleicher 67 und den Gleichrichter 69 von Fig. 1. Solange das Kraft-Rückkopplungssignal in der Leitung 54 geringer ist als das Kraftsteuersignal in der Leitung 51, erscheint kein Signal in der Leitung 68. Sobald der Betrag des Kraft-Rückkopplungssignals den Betrag des Kraft-Steuersignals übersteigt, führt der Fenster-Diskriminator der Leitung 68 ein Fehlersignai zu. Bei dieser Ausführungsform hat das Fehlersignal eine der Polarität des Kraft-Rückkopplungssignals entgegengesetzte Polarität
Der Ausgang des Diskriminators 113 ist über die Leitung 68 mit einer Klemmschaltung 117 verbunden. Das an der Zuleitung 50 erscheinende Strömungssteuersignal wird ebenfalls der Klemmschaltung 117 zugeführt Die Leitung 50 kommt von der Anzapfstelle 119 eines Potentiometers 120, dessen eines Ende mit einem positiven Anschluß 121 und dessen anderes Ende mit einem negativen Anschluß 122 verbunden ist Das Strömungssteuersignal ist dabei in Abhängigkeit von der gewünschten Flüssigkeitsströmung zu der Stellvorrichtung und der gewünschten Bewegungsrichtung des Kolbens der Stellvorrichtung zwischen einem Maximum und einem Minimum veränderlich. Solange kein Fehlersignal in der Leitung 68 ist, gibt die Klemmschaltung 117 das Strömungssteuerstianl in der Leitung 50 direkt in die Leitung 73 weiter. Die Klemmschaltung ist so ausgebildet, daß bei einem negativen Fehlersignal in der Leitung 68, wenn das Strömungssteuersignal in der Leitung 50 positiv ist das vorher positive Signal in der Leitung 53 zu Null tendiert Ebenso tendiert das vorher negative Signal in der Leitung 73 zu Null, wenn ein positives Fehlersignal in der Leitung 68 bei negativem Strömungssteuersignal in der Leitung 50 erscheint Die Klemmschaltung 117 reagiert auf ein positives Fehlersignal in der Leitung 68 nicht wenn das Strömungssteu- ersignal in der Leitung 50 positiv ist und auch nicht auf ein negatives Fehlersignai in der Leitung 68, wenn das Strömungssteuersignal in der Leitung 50 negativ ist
Die Klemmschaltung 117 ist durch die Leitung 73 mit dem Strömungsvergleicher 74, der ein Addierer ist, verbunden. Dem Strömungsfühler 53 wird elektrischer Strom über Leitungen 180 zugeführt
Das Strömungs-Rückkoppiungssignai von dem Strömungsfühler 53 wird durch die Leitung 52 zu einem Wechselrichter/Folgeregler 123 geführt, der dem Umkehrschalter 61 in Fig. 1 entspricht Ein Schalter 126 wird durch ein Wechselventil 127 gesteuert, das über die Leitungen 63 und 64 durch die Drücke in den Steuerkammern 39 und 40 des Hauptsteuerventils 14 betätigt wird. Das Wechselventil 127 ist in der Anschlußplatte 100 angeordent Der Schalter 126 ist durch Leitungen 129 mit dem Wechselrichter/Folgeregler 123 verbunden, um diesen zu steuern. Der Ausgang des Wechselrichters/Folgereglers 123 ist durch eine Leitung 124 mit einer Vorrichtung 125 verbunden, die eine variable tote Zone schafft Der Ausgang der Vorrichtung 125 ist durch die Leitung 62 mit dem Strömungsvergleicher 74 verbunden.
Der Ausgang des Strömungsvergleichers 74 ist über die Leitung 76 mit dem Verstärker 77 verbunden, dessen Ausgang über eine ausfallsichere Klemmschaltung 130 und die Leitung 78 mit dem Kraftmotor 29 verbunden ist. Wie in der vorhergehenden Ausführungsform ist der Schieber 28 des Vorsteuerventils 27 durch eine Federanordnung innerhalb des Kraftmotors 29 in seiner neutralen Lage gehalten. Der Kraftmotor ist wahlweise in entgegengesetzten Richtungen betätigbar, um den Schieber 28 wie gewünscht nach links oder rechts zu verstellen. Zu diesem Zweck kann der Kraftmotor 29 mit zwei getrennten Spulen versehen sein oder einen Permanentmagnet erhalten, um die Verschiebungsrichtung von der Polarität der Betätigungsenergie abhängig zu machen. Daher hat der Verstärker 77 zwei getrennte Ausgänge, die wahlweise betätigbar sind, oder einen einzigen Ausgang, der wahlweise positiv oder negativ sein kann.
Eine Drossel 128 mit festem Querschnitt ist in der Anschlußplatte 100 angeordnet und verbindet die Leitungen 63 und 64 miteinander, um den Federn 25 und 26 eine Zentrierung des Schiebers 24 des Hauptsteuerventils zu ermöglichen, wenn der Schieber 28 des Vorsteuerventils 27 in seiner neutralen Lage ist
Ein Last-Nebenschluß ventil 131 ist in einem getrennt an der Anschlußplatte 100 befestigten Ventilblock 132 angeordnet Es hat zwei Eingangsleitungen 133 und 134, die außerhalb mit den Verbraucherleitungen 20 und 21 verbunden sind. Es hat ferner einen über eine feste Zusatzdrossel 135 und eine Leitung 136 mit dem Tank verbundenen Ausgang. Das Last-Nebenschlußventil 131 hat zu seiner Betätigung einen ersten Elektromagnet 137, durch den das Ventil 131 in eine Lage verschoben werden kann, in der die Verbraucherleitung 21 Ober die Leitungen 133 und 136 und die Zusatzdrossel 135 mit dem Tank verbunden ist und einen zweiten Elektromagnet 138 zur Verbindung der Verbraucherleitung 20 über die Leitungen 134 und 136 und die Zusatzdrossel 135 mit dem Tank.
Um das Last-Nebenschlußventil 131 unter gewissen, später noch beschriebenen Bedingungen zu betätigen, ist ein Richtungsfühler 139 für die Kraft mit dem Ausgang des Fenster-Diskriminators 113 verbunden. Um eine Betätigung des Richtungsfühlers 139 in Übersteuerungszuständen zu verhindern, verbindet eine Zusatz-Sperr- bzw. UND-NICHT-Schaltung 140 die Leitung 50 für das Strömungssteuersignal mit einem ■ Sperreingang des Richtungsfühlers 139. Der Ausgang des Richtungsfühlers 139 ist über eine Leitung 141 mit einem Verstärker 142 verbunden, dessen Ausgang über entgegengesetzt gepolte Gleichrichter 143 und 144 mit den Elektromagneten 137 und 138 für die Betätigung des Last-NebenschiuBventi'is i3i verbunden ist Daher wird bei entsprechender Polarität am Ausgang des Verstärkers der ein Elektromagnet, bei entgegengesetzter Polarität hingegen der andere Elektromagnet betätigt
Der Ausgang des Strömungsvergleichers 74 ist über eine Leitung 145 mit einem Fehlersignal-Integrator 146 verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang eines ODER-Gatters 147 verbunden ist Ein symmetrischer Spannungsteiler, der in Reihe geschaltete Widerstände 148 und 149 umfaßt, ist zwischen einem positiven Anschluß 150 und einem negativen Anschluß 151 verbunden. Der Anschluß 150 ist mit derselben positiven Spannungsquelle verbunden wie die Anschlüsse 116 und 121, der Anschluß 151 hingegen mit derselben negativen Spannungsquelle wie der Anschluß 122. Die Widerstän-
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de 148 und 149 sind so gewählt, daß ihre zentrale Anzapfstelle 152 normalerweise am Nullpotential ist. Diese Anzapfstelle ist über einen Verstärker 153 mit einem zweiten Eingang des ODER-Gatters 147 verbunden, dessen Ausgang über eine Leitung 154 mit der ausfallsicheren Klemmschaltung 130 verbunden ist.
Bei der strömungsgesteuerten Arbeitsweise der Ventileinrichtung nach F i g. 2 hat das Kraft-Rückkopplungssignal in der Leitung 54 einen geringeren Wert als das Kraft-Eingangssignal in der Leitung 51, und der Fenster-Diskriminator 113 hat Null-Ausgangssignal. Unter diesen Bedingungen gestattet die Klemmschaltung 117 eine Übertragung des Strörniungssteuersignals von der Leitung 50 zu der Leitung 73 und zu dem Strömungsverdichter 74. Das Strömungs-Rückkopplungssignal in der Leitung 52 hat eine gegebene Polarität, z. B. eine positive, und diese Polarität kann durch den Wechselrichter/Folgereglier 123 umgekehrt werden oder nicht, entsprechend der Richtung der Flüssigkeitsströmung zu der Stellvorrichtung, d. h. je nachdem ob die Flüssigkeit zu der Stellvorrichtung in der Verbraucherleitung 20 oder der Verbraucherleitung 21 strömt, wobei der Wechselrichter/Folgeregler 123 durch den Schalter 126 gesteuert wird, der seinerseits durch das Wechselventil 127 gesteuert wird, in Abhängigkeit von der Differenz der Drücke in den Steuerkammern 39 und 40. Die Ausgangscharakteristik des Strömungsfühlers 53 weist normalerweise eine enge tote Zone auf, in der keine Strömung registriert wird. Die Vorrichtung 125 dient zur Ausschaltung dieser Zone. Das Rückkopplungssignal in der Leitung 62 hat daher einen von der Menge der Flüssigkeitsströmung zu der Stellvorrichtung abhängigen Wert, wobei der Strömungsfühler 53 bei diesem Ausführungsbeispiel in der zum Tank führenden Leitung 23 vorgesehen ist, und weiterhin eine von der Bewegungsrichtung der Stellvorrichtung abhängige Polarität Die Polaritäten der verschiedenen Signale sind so gewählt, daß die Polarität des Eingangssignals des Strömungsvergleichers 74 in der Leitung 73 umgekehrt zu der Polarität des Rückkopplungssignals in der Leitung 62 ist Der Ausgang des Strömungsvergleichers 74 bildet daher ein Fehlersignal, das in dem Verstärker 77 verstärkt wird, um das Vorsteuerventil 27 über den Kraftmotor 29 zu steuern.
Um den Kolben der Stellvorrichtung bei strömungsgesteuerter Arbeitsweise z. B. in einer Richtung zu verschieben, die eine Zufuhr von Flüssigkeit zu der Stellvorrichtung über die Verbraucherleitung 20 und einen Rückstrom über die Verbraucherleitung 21 erfordert, wird die Anzapfstelle 119 in positiver Richtung aus ihrer Nullage verschoben, so daß ein positives Steuersignal über die Leitungen 50 und 73 dem Strömungsvergleicher 74 zugeführt wird. Anfänglich gibt es kein Strömungs-Rückkopplungssignal in der Leitung 62, so daß ein positives Fehlersignal in der Leitung 76 vorliegt, das durch den Verstärker 77 zur Aktivierung des Kraftmotors 29 verstärkt wird, um den Schieber des Vorsteuerventils nach rechts zu verschieben. Steuerdruck wird dabei der Steuerkammer 40 des Hauptsteuerventils 14 zugeführt, um dessen Schieber 24 nach links zu verstellen und dabei die; Zufuhrleitung 22 mit der Verbraucherleitung 20 und die Verbraucherleitung 21 mit der zum Tank führenden Leitung 23 steuerbar zu verbinden. Die resultierende Flüssigkeitsströmung in dem Strömungsfühler 53 läßt ein Rückkopplungssignal in der Leitung 5>2 erscheinen. Das Wechselventil 127, das aufgrund des im Vergleich zur Steuerkammer 39 höheren Druckes in der Steuerkammer 40 wirkt, betätigt den Wechselrichter/Folgeregler 123 über den Schalter 126, um das Strömungs- Rückkopplungssignal umzukehren, so daß das Rückkopplungssignal in der zum Strömungsvergleicher 74 führenden Leitung 62 negative Polarität hat, um das dem Verstärker 77 zugeführte positive Fehlersignal solange zu vermindern, bis der stationäre Zustand erreicht ist. Wenn das positive Steuersignal durch
ίο Verschiebung der Anzapfstelle 119 gegen ihre Nullage im Mittelpunkt des Potentiometers 120 in seinem Betrag reduziert wird, kehrt das resultierende Fehlersignal negativer Polarität in der Leitung 76 das Vorsteuerventil 27 um, bis der Hauptsteuerschieber in Richtung auf seine neutrale Lage verschoben ist, um der neuen Strömungsanforderung zu genügen, und bis eine Rückkehr zum stationären Zustand erreicht worden ist. Um den Kolben der Stellvorrichtung in die entgegengesetzte Richtung zu verschieben, in der Flüssigkeit über die Verbraucherleitung 21 zugeführt und über die Verbraucherleitung 20 abgeführt wird, wird die Anzapfstelle 119 des Potentiometers 120 so verschoben, daß der Leitung 73 ein negatives Steuersignal zugeführt wird. In diesem Fall betätigt das Wechselventil 127 den Wechselrichter/Folgeregler 123 über den Schalter 126 derart, daß das Rückkopplungssignal in der Leitung 62 eine positive Polarität erhält, wodurch anfänglich ein negatives Fehlersignal in der Leitung 76 erscheint bis der stationäre Zustand erreicht ist.
Die Ausgänge der Druckgeber 55 und 56 haben entgegengesetzte Polarität und werden auf dem Potentiometer 59 addiert, um am Schleifer 60 ein von der Differenz der Drücke in den Verbraucherleitungen 20 und 21 abhängiges Rückkopplungssignal zu erhalten.
Der Schleifer 60 kann bequem eingestellt werden, um eine Asymmetrie der hydraulischen Stellvorrichtung auszuschalten, wodurch das Rückkopplungssignal die Kraft an der Stellvorrichtung darstellt Wenn der Druck in der Leitung 20 den in der Leitung 21 übersteigt, hat das Kraft-Rückkopplungssignal in der Leitung 54 eine positive Polarität; dies gilt entsprechend auch umgekehrt. Wie bereits erwähnt, ist der B^ .rag des Kraft-Rückkopplungssignals geringer als der des Kraft-Steuersignals in der Leitung 51, wenn mit Strömungssteuerung gearbeitet wird
Die Ventileinrichtung nach Fig.2 kann zur Strömungssteuerung einer die Stellvorrichtung übersteuernden Last benutzt werden. Wenn Flüssigkeit zu der Stellvorrichtung über die Verbraucherleitung 20 strömt
so und über die Verbraucherleitung 21 zurückfließt und wenn die Last den Kolben der Stellvorrichtung zieht übersteigt der Druck in der Leitung 21 den in der Leitung 20. wodurch sowohl das Strömungssteuersignal in der Leitung 50 als auch das Fehlersignal in der Leitung 68 positiv sind. In diesem Fall unterdrückt die Klemmschaltung 117 das Kraft-Fehlersignal in der Leitung 68 und gibt das Strömungssteuersignal in der Leitung 50 direkt zu der Leitung 73. Gleiches gilt für ein negatives Strömungssteuersignal in der Leitung 50, wenn die Last die Stellvorrichtung antreibt Anderenfalls würde das Kraft-Steuersignal den Betrag des Signals in der Leitung 73 erhöhen, wodurch Instabilitäten entstünden. Daher gibt es bei der Ventileinrichtung nach Fig.2 keine Kraftbegrenzung, wenn mit einer antreibenden Last gearbeitet wird.
Bei der Ausführung nach Fig.2 kann das Last-Nebenschlußventil 131 so angeordnet sein, daß die Verbraucherleiningen über die Zusatzdrossel 135
miteinander verbunden sind. In diesem Falle muß das Last-Nebenschlußventil ein Zweistellungsventil sein, da es nicht weiter von Bedeutung ist, welche der Verbraucherleitungen unter einem höheren Druck steht. Es wird dann nur einer der Elektromagnete 137 oder 138 benötigt, und die Gleichrichter 143 und 144 sind ebenfalls nicht erforderlich.
Auch kann der Strömungsfühler 53 in einer der Verbraucherleitungen 20 und 21 angeordnet sein, in welchem Fall der Umkehrschalter 61 (Fig. 1) oder der Wechselrichter/Folgeregler 123 und das Wechselventil 127 (Fig.2) weggelassen werden können, da die Polarität des Signals automatisch vom Strömungsfühler umgekehrt wird, wenn die Strömungsrichtung zur Stellvorrichtung umgekehrt wird.
Es können verschiedene Formen von Druckgebern verwendet werden, z. B. Geber mit einer druckbeaufschlagten Membran, die den Schleifer eines Potentiome-
ters betätigt oder Geber mit einer variablen Widerstandsplatte oder induktive Geber.
Anstelle des Potentiometers 59 kann ein einfacher variabler Widerstand in einer der Leitungen 57 und 58 verwendet werden, vorzugsweise in der zur größeren KLolbenseite gehörenden Leitung. Daher kann die Leitung 58 direkt mit der Leitung 54 verbunden werden, während die Leitung 57 über den variablen Widerstand mit der Leitung 54 verbunden wird.
Während die Figuren einen zweifachwirkenden Kraftmotor 29 zeigen, der an einem Ende des Vorsteuerventils 27 angeordnet ist, kann der Kraftmotor 29 auch durch zwei einfachwirkende Elektromagneten gebildet werden, die an den entgegengesetzten Enden des Vorsteuerventils 27 angeordnet sind, um den Schieber 28 in entgegengesetzte Richtungen von seiner zentralen neutralen Lage aus zu verschieben.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Servo-Ventileinrichtung zur Steuerung der Flüssigkeitsströmung zu und von einer hydraulischen Stellvorrichtung durch ein elektrisches Eingangssignal mit einem durch Flüssigkeitsdruck betätigbaren Hauptsteuerventil, einem elektrisch betätigbaren Vorsteuerventil zur Betätigung des Hauptsteuerventils, einem Strömungsfühler zur Erzeugung eines von der Flüssigkeitsströmung zu der Stellvorrichtung abhängigen elektrischen Rückkopplungssignals und mit einem Vergleicher zum Vergleich des Rückkopplungssignals mit dem Eingangssignal sowie zur entsprechenden Betätigung des Vorsteuerventils, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche, strömungsbeaufschlagte Element des Strömungsfühlers (S3) eine gegen Federn verstellbare, gelenkig gelagerte Klappe ist, die mit dem Schleifer eines Potentiometers verbunden ist, dessen elektrisches Ausgangssignal proportional zur Flüssigkeitsströmung durch den Strömungsfühler (53) ist
2. Servo-Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Strömungsfühler (53) in einer Anschlußplatte (100) angeordnet ist, auf der der Hauptventilblock (101) befestigt ist
3. Servo-Ventileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Strömungsfühler in einer der Zufuhroder Rückstromleitungen zum Hauptsteuerventil angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Richtung der Flüssigkeitsströmung in den das Hauptsteuerventil (14) mit der Stellvorrichtung (10) verbindenden Leitungen (20, 21) abhängiger Schalter (126) zur Festlegung der Polarität des elektrischen Rückkopplungssignals vorgesehen ist
4. Servo-Ventileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (126) durch den den Druck führenden Ausgang des Vorsteuerventils (27) betätigbar ist
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