DE2831467C2

DE2831467C2 - Steuerbarer Servomotor mit mindestens einem Zylinder und einem Kolben sowie mit einem Schieberventil

Info

Publication number: DE2831467C2
Application number: DE2831467A
Authority: DE
Inventors: Jean Choisel Lejon
Original assignee: Controle Bailey SA
Current assignee: Controle Bailey SA
Priority date: 1977-08-10
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1981-11-26
Also published as: DE2831467A1; GB1576698A; US4326448A; FR2400128A1; FR2400128B1

Description

Die Erfindung betrifft einen steuerbaren Servomotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mit Hilfe von elektronisch gesteuerten Servomotoren ist es möglich, ein Element so zu steuern, daß es eine bestimmte Position einnimmt, die in Abhängigkeit von der Zeit verändert werden kann.

Die zur Ze/' bekannten elektronischen Steuerungsvorrichtungen, die in der Industrie in Gebrauch sind, bedienen sich entweder elektrischer oder pneumatischer Servomotoren.

Bei den elektrischen Servomotoren geschieht die Steuerung eines Geräts im allgemeinen inkremental. Die Regelung der gewünschten Position wird dabei durch Rückübertragung der mit Hilfe eines Positionserkenners festgestellten augenblicklichen Position und der Ansteuerung eines Einstellmotors mit einem Differenzsignal, das der Abweichung zwischen den beiden Positionen entspricht, erreicht.

Dieser Sen'omotor-Typ hat einen großen Vorteil, der darin besteht, daß dann, wenn aus einem beliebigen Grund die Stromzufuhr der elektrischen Steuerleitung unterbrochen wird, das System seinen Zustand selbst dann noch beibehält, wenn der Motor nicht mehr mit Strom versorgt wird. Andererseits ist bekannt, daß diese elektrischen Servomotoren sehr teuer sind, und zwar kosten sie etwa das vier- bis fünffache eines gleich starken pneumatischen Servomotors. Sie haben darüber hinaus eine relativ geringe Zuverlässigkeit, weil sie auf Grund ihrer geringen Masseträgheit eine mit dem Motor gekoppelte Thyristor-Sleuerschaltung aufweisen müssen. Außerdem benötigen sie ein mechanisches Untersetzungsgetriebe, weil der Motor im allgemeinen mit hoher Geschwindigkeit betrieben wird. Dies alles macht den elektrischen Servomotor sehr anfällig.

Die pneumatischen Servomotoren sind dagegen viel zuverlässiger, da sie von ihrer Konzeption her viel einfacher und von geringerem Kostenaufwand sind. Auf der anderer, Seite jedoch haben sie einen erheblichen Nachteil: Die Position des Servomotors wird durch die Lage der Pleuelstange eines doppeltwirkenden Zylinder-Motors bestimmt, deren Positionsänderungen durch Veränderungen der Drücke bewirkt werden, die auf beide Seiten des Kolbens einwirken. Dies stellt eine interne Regelung des Gerätes dar, die mit Hilfe eines elektrischen Steuersignals, welches das analoge Bild des Verlaufs des Kolbens in dem Zylinder ist, die gewünschte Soll-Position einstellt. Man erhält also eine eindeutige Beziehung zwischen dem Wert des elektrischen Steuersignals und der Position des Kolbens zu dem Zylinder-Körper. Der große Nachteil dieses Systems besteht darin, daß im Falle einer Unterbrechung der elektrischen Energiezufuhr oder der Versorgung der Regelung das elektrische Signal verschwindet und der Servomotor sehr schnell in eine dem Signal »Null« entsprechende Position zurückgeht. Hieraus ist ersichtlich, daß dies für einige indusi: rille Steuerungsoder Überwachungsvorgänge katastrophale Folgen haben kann. Solche Folgen treten beispielsweise bei der Steuerung eines Wärmekraftwerks auf, wo innerhalb kürzester Zeit ein Schieber geschlossen wird, der dabei die Tätigkeit des Kessels blockiert und somit den Ausfall des ganzen Kraftwerks herbeiführen kann. Bei einem Kernreaktor, wo die Kontrollstäbe von einem Servomotor gesteuert werden, genügt die Blockierung der Stromversorgung, um das Fallen der Stäbe und das Anhalten der Kettenreaktion herbeizuführen.

Man hat zwar versucht, diese Schwierigkeiten dadurch zu beheben, daß man die »untere« Position (die dem elektrischen Steuersignal »Null« entspricht) des elektropneumatischen Servomotors als Sicherheitsposition vorsah, wodurch die gravierendsten Nachteile vermieden werden, eine völlige Stillegung einer ganzen Anlage aber trotzdem nicht verhindern kann.

Zur Zeit gibt es also keinen Servomotor, der alle Vorteile der beiden beschriebenen Typen in sich vereinigt. Dies ist insofern bedauerlich, als nahezu alle pneumatischen Servomotoren in ihrem Preßluft-Versorgungssystem einen Pufferspeicher haben, der im allgemeinen eine autonome Versorgung des Systems von zwischen 10 und 30 Minuten gewährleistet, und zwar selbst dann, wenn die Stromversorgung der Kompressoren vollständig unterbrochen ist. Bis jetzt hat man allerdings von dieser Möglichkeit noch keinen Gebrauch gemacht.

Es ist ein steuerbarer pneumatischer Servomotor mit einem Zylinder und einem Kolben bekannt, bei dem ein Schieberventil dem Zylinder ein flüssiges oder gasförmiges Druckmedium gesteue.-t zuführt (GB-PS 14 45 680). Dieser Servomotor weist eine erste Rückkopplung auf, die zwischen dem Kolben und dem Schieberven'.il vorgesehen ist. Außerdem enthält er eine Vorrichtung, die über Reibung so mit einem Element verbunden ist, daß durch die Haftung der Vorrichtung an dem Element eine bestimmte Position abgespeichert wird. Nachteilig ist hierbei, daß für die Positionsänderung des Servomotors nach wie vor ein Elektromotor erforderlich ist, dessen Drehrichtung und Betrag der Drehung die Positionsänderung des pneumatischen Motors bestimmt.

Der Erfindung lieg·, die Aufgabe zugrunde, einen steuerbaren Servomotor zu schaffen, bei dem durch Haftung eine bestimmte Position abgespeichert werden kann, ohne daß hierfür ein Elektromotor als Verstellein-

richtung benötigt wird, wobei der Servomotor seine Position auch bei Unterbrechung der Stromversorgung beibehalten kann.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Piitcntanspruchs 1 gelöst.

Ausgehend von einem Verfahren zum Steuern eines Servomotors, bei dem als Antrieb ein Zylinder-Motor vorgesehen ist. der über ein Schieberventil mit einem unter Druck stehenden flussigen oder gasförmigen Medium versorgt wird und bni dem eine erste Rückkopplung vorgesehen ist. welche den Zylinder-Motor veranlaßt, sich in eine bestimmte Soll-Position zu steuern, wird erfindungsgemäß jede Soll-Position mit Il Ife mechanischer und beweglicher Reibungsmittel abgespeichert, wobei diese Mittel das .Schieberventil tragen und über eine abschallbare und /weite Rückkopplung bewegt werden und wobei die abschaltbare /weite Rückkopplung die erste Rückkopplung bei PiHfT ViT;inrl(Tiirm rlrr Soll-Position ersetzt und ihre Erergie /um Verschieben der beweglichen mechanischen Reibungsmittel direkt dem Zylinder-Motor entnimmt.

Der mit der Erfindung cr/iclte Vorteil besteht insbesondere in der beweglichen Platte, die über lösbare Mittel mn der Bewegung des Kolbens des Zylindermo-Mts verbunden ist und durch diese Bewegung verschoben wird, sobald die vorgeschriebenen Positionsanderungcn stattgefunden haben. Hierbei wird die Energie der Preßluft, die der Versorgung des Systems dient, ills lieu etungsencrgie ausgenut/t. Diese Platte. ciit die Rolle einer Speicherplatte spielt, da ihre Position in icdem Moment in eindeutiger Verbindung mit der des Kolbens steht, ist mit einem Reibungssystem verbunden, das die Platte in dem Zustand hält, in dem sie sich gerade be'mdet. wenn keine Bewegungen vorliegen. Im Falle eir.er Panne am elektrischen Steuersystem des Servomotors sei/t das Preßluftreservoir die Verteilung des nötigen Drucks auf jeder Seite des Kolbens fort, um ihn ;n -einem Zustand des Gleichgew ichts zu halten, und die Spe■.. herplatte ν erharrt ebenfalls in dieser Position.

):e Platte kann s>ch im wesentlichen auf zwei \e^chiedtpe Weisen bewegen, entweder einfach und L'e v.d'inif narallel zu der Koinenstange — in diesem FVIe ist es tier Zustand dieser geradlinigen Bewegung. ic 'ie Speicherung der Position des Kolbens realisiert — >c;er ;m eine Achse rotierend, wobei es nun die ^. "<el-!e!iirif i eser Speicherplatte um diese ,Achse ist. wekhedie Ρ'.χ-.οπ des Kolbens analog abbildet.

-k-i eine" e'^;'c^r Ausgestaltung der Erfindung sind die ntchdni'e^·-·" Reibungsmitte! eeradlin^· verschiebbar. ■α.- bei de- S\<-^J. der geradlinigen Verschiebung analog /u:" Sr.!:- Pns;!:·.- des Scr·.o-Motors ist.

3e; ·: ne: /■' :::cn Ausgestaltung der Erfindung sind die mechanischen Reibungsmittel rotierend beweglich, wrbei der Stand der Rotation analog der Soll-Position des Servo-Motors ist.

Selbstverständlich besitzt der erfindungsgemäöe elektropneumatische Servomotor wie jedes Gerät dieser Art eine klassische Rückkopplung, die dadurch reiiiisier: wird, daß sie über eine mechanische Flexibilität die geradlinige Bewegung des Schiebers in die zentrale Z>lir.derbohrung des Relais mit der Bewegung des Kolbens in dem Zylinder-Motor direkt verbindet. Praktisch wird diese Flexibilität übrigens durch zwei Federblätter realisiert, die mit einer ersten ■i'.änen Sidfige .erblinden vr-u. cüe ihrerseits mn der Kolbenstange verbunden ist. und wobei das eine Feaerbla" ■■■■'·- aern anderen Federbiatt um die Länse des Stößels des Schiebers entfernt ist.

Erfindungsgemäß trägt diese Platte auch den Relaiskörper, wobei die Schaltkupplung es gestattet, sie mit einer /weiten Verbindungseinrichtung mit der Stange des Zylinder-Motors zu verbinden. Ebenso sind zwei Erregungselektromagneten vorgesehen, die sich an jeweils einem Ende des Schiebers befinden und es ermöglichen, auf diesen einen Impuls für die geradlinige Bewegung in die eine oder die andere Richtung, bezogen auf den Relaiskörper, zu geben. Diese Federhalter müssen eine Flexibilität besitzen, die folgendermaßen umschrieben werden kann: einerseits müssen sie starr genug sein, um den Schieber, der gewissermaßen /wischen den beiden Federblättern eingekeilt ist, in seiner Position zu halten, aber andererseits müssen sie biegsam genug sein, daß der Schieber nach einer vorgeschriebenen Positionsänderung des Systems zeitweise auf einen der beiden Elektromagneten reagieren und sich geringfügig vcrschieben kann. /. B. einige Zehntelmilliineter in der einen oder der anderen Richtung bezogen auf die Stange des Zylindermotors, und /war so lange, bis der Servomotor seine Gleichgewichtsposition mit den Ringen ties Schiebers in bezug auf zwei Auslaßöffnungen des Relais wiedergefunden hai.

Die Schaltkupplung, die verwendet wird, um die Platte über eine zweite Verbindungseinrichtung zeitweilig mit d^m Kolben zu verbinden, kann eine beliebige, an sich bekannte Kupplung sein; doch ist es crfindungsge-

JO maß von Vorteil, auf einen pneumatischen Zylinder zurückzugreifen, tier direkt über einen elektropneumatischen Schieber von dem Preßluf'speicher der Einrichtung mit Energie versorgt wird.

Schließlich wird die elektrische Steuerung des erfindungsgemäßen Servomotors im wesentlichen von einem Differen/verstärker durchgeführt, der an seinem Eingang außer 'on einer Analogspannung, die für die Position der Platte (Verschiebung oder Rotation) charakteristisch ist. auch noch mit einer Steuerspannung

<o beaufschlagt wird, mit deren Hilfe das System eine bestimmte vorgeschriebene Position einnehmen kann. Dieser Differenzverstärker gibt an seinem Ausgang ein i^itteren/signai aD. aas einerseits der Sieueiuiig ties pneumatischen Schiebers der Schaltkupplung und

■»5 andererseits parallel hierzu den beiden Wicklungen der Elektromagneten des Schiebers des Relais über zwei entgegengesetzt gepolte Gleichrichter zugeführt wird.

Die Analogspannung, die elektrisch die Position der

Speicherplatte darstellt, kann durch jede an sich bekannte Er richtung erzeugt werden, wobei eine der einfachsten Hinrichtungen ein Potentiometer >^r*. auf dem ein mit der Platte verbundener Zeiger eine variable Spannung abgreift, die eine Funktion der Position dieser Platte ist. Dank dieses Systems kann man entweder

a) die Verschiebung der Zylinder-Stange und der Platte von einer Soll-Position in eine andere bewirken, indem gleichzeitig einer der beiden Elektromagneten und die Schaltkupplung erregt w erden oder

b) den Zustand des Systems durch die Position der Platte abspeichern, wobei dieser Zustand so lange erhalten bleibt, bis ein neuer Steuerbefehl eintrifft.

Wenn die Bewegung der Platte eine Rotationsbewegang um eine Achse darstellt, so wirkt auf diese Achse selbst eine Rcibungsvorrichtung ein. damit die Platte im Falle einer System-Panne ihre Position immer beibehalten und ihre Rolle als Speicher weiterspielen kann.

Außerdem wird in diesem Rill die Ausführungsform mil den starren Stangen, die bei der geradlinigen Verschiebung der Speicherplatte die Rolle der ersten und zweiten mechanische,ι Verbindungscinrichtungen des Schiebers und der Platte mit der Kolbenstange spielen, durch ein Gestänge ersetzt, das die geradlinige Bewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Platten-Ar* se umwandelt und die Einstellung des Zeigers des Schiebers als direkte Funktion der Verschiebung des Kolbens ermöglicht. Mit Hilfe einer to rotierenden Schaltkupplung kann der Teil drt Achse, der unter der Wirkung dieses Gestänges einer ständigen Rotation unterworfen ist. mit dem Teil verbunden werden, der die Platte trägt.

Aiisführung.sbeispiele der Erfindung sind in der r> Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Fa zeigt

Fig. I eine allgemeine Darstellung eines erfindungsreiche" i.'!ck^l.ro""e"iiKit!.sch^fln S^vorno'.T? b^{p| f}l^(>i11 die Verschiebung der Speicherplatte geradlinig und :o parallel zur Kolbenbewegung erfolgt.

F" i g. 2 eine vereinfachte Darstellung des Servomotors der F-" i g. I,

F i g. 3 eine schematischc Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Speicherplatte rotierend bewegt wird.

In der F i g. I ist ein auf einem allgemeinen Grundrahmen 1 befestigter Zylinder 2 dargestellt, in dem sich ein doppeltwirkender Kolben 3 verschieben kann. Dieser Kolben 3 treibt eine Kolbenstange 4 an. die jn entsprccl ;nd einer bestimmten Vorschrift die Position eines hier nicht dargestellten Elements steuert, wobei die Position dieses Elements mit Hilfe eines Vcrbindungs-Gabelgelenks 5 verändert wird.

In an sich bekannter Weise versorgt ein preßluftge- J5 füllter Druckspeicher 6 über eine Druckluftleitung 7 ständig die zentrale Zylinderbohrung 8 eines pneumatischen Schieberventils 9. und zwar über eine Einlaß-Öffnung 10. die in den mittleren Bereich der zentralen Zylinderbohrung 8 einmündet. In diese zentrale Zylinderbohrung 8 münden auch die beiden Austrittsöffnungen 11 und 12. die über die Druckluftleitungen 18 und 19 mit den Kammern 13 und 14 des Zylinders 2 verbunden sind. Ein Schieber 15. der aus einem Stößel und zwei Ringen 16, 17 besteht, kann sich frei in der zentralen Zylinderbohrung 8 bewegen. Die Druckluftleitungen 18 und 19. die die Austritts-Öffnungen 11 und 12 mit den Kammern 13 und 14 verbinden, bestehen aus einem biegsamen Material, welches die relative Verschiebung der vorhandenen Bauteile gestattet. Das gleiche gilt übrigens für die Verbindung der Druckluftleitung 7 mit der Einlaß-Öffnung 10.

Gemäß der Erfindung ist eine Speicherplatte 20 so angeordnet, daß sie entlang eines Schafts 21 über eine Reibungsbremse 22 bewegbar ist. Auf Grund dieser Friktionsreibung der Reibungsbremse 22 kann sie ihre Lage, die sie nach Maßgabe des Betriebs des Servomotors einnimmt, beibehalten, wenn eine nennenswerte mechanische Beanspruchung ausbleibt. Auf der Speicherplatte 20 sind die Elemente des Schieberventils 9 und die beiden Erregungs-Elektromagneten 23 und 24 vorgesehen, wobei diese Elektromagneten 23,24 jeweils an den beiden äußeren Enden des Schiebers 15 befestigt sind. Außerdem befindet sich an der Speicherplatte 20 eine pneumatische Schaltkupplung 34, 25, weiche über einen eiefctropneumalischen Schieber 26 und die biegsame Leitung 27 Preßluft aus dem Preßluft-Druck-Speicher 6 erhält

Auf der Kolbenstange 4 des Zylinders 2 ist ein Gestell 28 angeordnet, auf dem wiederum starre Stangen 29 und 30 befestigt sind, welche die ersten und zweiien Verbindungseinrichtungen zwischen dem Kolben 3 und der übrigen Einrichtung darstellen. Erfindungsgemäß gleitet die Stange 29, auf der die beiden als Federbläiter ausgebildeten Elemente 31 und 32 befestigt sind, in dem Punkt 33 frei durch den Grundrahmen 1. Die beiden als Federblätter ausgebildeten Elemente 31 und 32 sind hierbei auf der Stange 29 angeordnet, und zwar jeweils auf einem solchen Niveau, daß der normale Abstand zwischen diesen beiden als Federblätter ausgebildeten (•!lementen der Länge des Stößels des Schiebers 15 entspricht, so daß der Stößel gehalten wird und die als Federblätter ausgebildeten Elemente 31, 32 diesem Stößel Bewegungen vermitteln, die den Bewegungen des Kolbens entsprechen und zu diesen parallel sind. Wenn die Schaltkupplung 34, 25 nicht unter Druck steht. rlann gleitrl die Stange 30 frei in einer zylindrischen Führung 34. die die Speicherplatte 20 durchquert.

Die Verschiebungs-Position der Speicherplatte 20 wird von einem Zeiger 35 markiert, der sich vor dem Potentiometer-System 36 verschiebt. Hierdurch kann an der elektrischen Leitung 37 eine Spannung abgegriffen werden, die den Verschiebungszustand der Speicherplatte 20 analog darstellt.

Zum Verständnis des elektrischen Teils der Darstellung der F i g. I ist folgendes festzustellen: Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist die Darstellung unifilar. und mit 37 und 38 sind die beiden Eingänge des Differenzverstärkers 39 bezeichnet, wobei der Eingang 38 für die Eingabe des Sollwerts der Lage des Servomotors vorgesehen ist. Die Ausgangsleitung 40 dieses Differenzverstärkers ist mit drei parallelen Erregungsspulen verbunden, und zwar mit der Spule des Elektromagneten 23 über eine mitgeschalteten Gleichrichter 41 und mit der Spule des Elektromagneten 24 über einen gegengeschalteten Gleichrichter 42 und schließlich mit der Erregungsspule 43 für den elektropneumatischen Schieber 26 ohne Zwischenschaltung eines Gleichrichters. Zur weiteren Verdeutlichung sind die drei Erregungsspulenwicklungen der Elektromagnete 23 und 24 sowie 4J an zwei verscnieaenen Steilen dargestellt. Zum einen sind sie bei der elektrischen Schaltungsanordnung und zum andern an der räumlichen Stelle, wo sie an der Vorrichtung tatsächlich angebracht sind, gezeigt.

Nachdem nunmehr die verschiedenen Elemente des Servomotors definiert sind, wird die Funktionsweise der Anordnung beschrieben.

Wenn der Servomotor eine bestimmte Position erreicht hat, die ihm durch die Wahl der Steuerspannung Vi zugewiesen worden ist, welche an dem Eingang 38 des Differenzverstärkers 39 anliegt, besteht zwischen den Spannungen an den Eingängen 37 und 38 kein Unterschied, und der Differenzverstärker 39 ist an seiner Ausgangsleitung spannungslos. Unter diesen Umständen sind die Elektromagneten 23, 24 und 43 abgeschaltet Einerseits bedeutet dies, daß sich der Schieber 15 in der in der F i g. 1 dargestellten Position befindet, wobei die Ringe 16 und 17 in bezug auf die Austrittsöffnungen 11 und 12 symmetrisch angeordnet sind und auf diese Weise ein Gleichgewicht zwischen den Drücken in den Kammern 13 und 14 sowie eine Stabilisierung des Kolbens 3 herbeiführen. Andererseits wird die Schaltkupplung 34, 25 nicht mit lYeBfcfi versorgt und die Speicherplatte 20 wird in der Position gehalten, die sie auf Grund der Reibungsbremse 22

einnimmt. Der von dem System eingenommene Zustand dauert so lange, wie kein Befehl zum Positionswechsel vorliegt.

Will man nun von einer derart eingenommenen Soll-Position in eine andere Soll-Position übergehen, so > muß man die Steuerspannung V, die an den Eingang 38 des Differenzverstärker.* 39 anliegt, mehr oder weniger stark verändern. Der Differenzverstärker 39 überträgt nun die Differenz /wischen der neuen Sollwert-Spannung Vi und der mit dem Zeiger 35 auf dem in Potentiometersystem 36 abgegriffenen Spannung als positive oder negative Spannung auf seine Ausgangsleilum; 40. Wie man anhand tier schaltungsanordnung erkennt, wird die Erregungsspule 43 unabhängig \mi dem Vorzeichen tier Ausgangsspanming erregt, so tlal< :". infolgedessen das entsprechende Relais tics elektropneumatischen Schiebers 26 geschlossen wird. Hierdurch gelangt Preßluft in die Schaltkupplung 34, 25. welche in diesem Augenblick die Stange 30 tier Speicherplatte 20 arretiert und somit tue normale .Steuerung des .m> Servomotors unterbricht. Außerdem wird die auf tier Ausgangsleitung 40 befindliche Spannung, je nachdem. ob sie positiv oder negativ ist. über den Gleichrichter 41 oder den Gleichrichter 42 auf einen der beiden Errcgungs-Elektromagneten 23 oder 24 gegeben, was r* eine leichte Verschiebung des Schiebers 15 zur Folge hat. Wird beispielsweise tier Elektromagnet 23 erregt. dann findet die Verschiebung ties Schiebers 15 in der Zeichnung nach oben statt, wodurch das als Federblatt ausgebildete Element 31 in die I'osition 31;) gebracht n> wird, die in der Zeichnung gestrichelt dargestellt ist. Es ist zu erkennen, daß die von der Einlaßöffnung 10 ankommende Preßluft in dem .Schieberventil 9 eher durch das Ansatzrohr der Austrittsöffnung 11 austritt als durch das Ansatzrohr der Austrittsöffnung 12. Der ü Luftdruck erhöht sich somit in der Kammer 14 und verringert sich in der Kammer 13. wodurch eine Abwärtsbewegung des Kolbens 3 mitsamt seiner Kolbenstange 4 erfolgt. Da erfindungsgemäß eine korrelierte Verschiebung unter dem Einfluß der 4» Bewegung des Kolbens 3 stattfindet, und zwar einerseits im Hinblick auf die Speicherplatte 20 und andererseits im UinKli^lr -l.jf ,jnr, Q,.l,,«K,,r K ,I.-., C ,-U , „ k . , r,,., „ , i I ■ O

verschiebt sich die Kombination aus Speicherplatte 20 und Schieberventil 9 unbeschränkt nach unten, solange ^4:> der Elektromagnet 23 erregt ist. da die Ringe 16 und 17 in bezug auf die Austrittsöffnungen 11 und 12 dezentriert sind. Wenn die neue an den Eingang 38 angelegte Spannung auf Grund der Verschiebung des Zeigers 35 gleich der neuen an dem Potentiometer am ~>° Eingang 37 anstehenden Spannung ist. geht die Spannung an der Ausgangsleitung 40 wieder auf Null zurück, und die Erregung des Elektromagneten 23 hört unter dem Einfluß der federnden Elemente 31 und 32 auf, während der Schieber 15 wieder seine Gleichgewichtslage im Schieberventil 9 einnimmt. Diese Gleichgewichtslage wird durch das Erreichen von Drücken in den Kammern 13 und 14 bestimmt, deren Einwirkung auf den Kolben 3 die Kraft kompensiert, die von dem (nicht dargestellten) zu steuernden Mechanis- mus ausgeht Die Erregung der Erregungsspule 43 hört ebenfalls auf, und der elektropneumatische Schieber 26 öffnet sich wieder, wodurch die Schaltkupplung 34, 25 ausgekuppelt und die Speicherplatte 20 in ihrer neu erreichten Position freigegeben wird. ⁶^

Schließlich kann man an Hand der schematichen Darstellung sehr leicht erkennen, daß im Falle einer elektrischen Ppnne oder im Falle einer Unterbrechung der System-Stromversorgung der Differenzverstärker

39 kein Signal mehr über die erwähnte Ausgangsleitung

40 abgibt und daß die Elcktromagnctc 23 und 24 ebenso wie die Erregerspiile 43 entregt werden. In diesem Augenblick kann keine Krafteinwirkung mehr auf den Schieber 15 ausgeübt wcrtlen, und die ausgekuppelte Speicherplatte 20 wird in ihrer Position gehalten. Diese auf Grund der Friktionsreibung der Reibungsbremse 22 gehaltene Position stellt den Speicher des Systems dar. Da der Luftdruck weiterhin von dem prcBluftgcfülltcn Druckspeicher 6 aufrechterhalten wird, wird die normale Steuerung ties Servomotors durch die Stange 29 fortgesetzt. Eine erneute Dcfchlsändcrung ist möglich, sobaltl die vorhergehende Position durch die Speicherplatte 20 gespeichert ist.

Man sieht also, daß es mit der erfinilungsgcmaUyn Vorrichtung gelungen ist. einen elcktropneumatischen Servomotor iiLT/usiciieii. tier tint ciricrVi ernten Speicher ausgestattet ist. wodurch tlie Vorteile dieses Servomotor-Typs mit tlen Vorteilen ties elektrischen Servomotors verbunden wcrtlen.

Die Fig. 3 zeigt schließlich eine Variante ties elektropneumatischen Servomotors mit einem Speicher, bei dem die Speicherplatte 20 als Rotationselement ausgebildet ist. Im allgemeinen sind in tier Fig. 3 alle Elemente der F" i g. I mit den gleichen Be/ugs/iffern versehen. Das Gestell 28 ist durch ein Gestänge ersetzt, welches auf Grund der Vcrschiebungs-Befehle tier Kolbenstange 4 den Teil 50;j der Achse 50 rotierend antreibt. Dieses gleiche Gestänge treibt einen starren Rahmen 29 an. der die beiden federnden Elemente 31 und 32 in der gleichen Art. wie sie fur tlie Ausführungsform der F i g. I beschrieben wurde, verschiebt und die erste Rückkopplung der Vorrichtung darstellt. Die Speicherplatte 20 rotiert zusammen mit dem Teil 50ftder Achse 50. der eine Reibungsbremse 22 enthält und mittels einer rotierenden pneumatischen Schaltkupplung 34, 25 nach Belieben mit dem Teil 50;j der Achse 50 verbunden bzw von ihr getrennt werden kann. Bei dieser Variante ist es also der Teil 50b der A^hcp Hpr run /wpitp Rürkkonnluni? darstellt. Im übrigen handelt es sich um eine Winkelverschiebung, die der gleitende Zeiger 35. der mit der Achse 506 verbunden ist, des Potentiometer-Systems 36 berücksichtigen muß. um die von der Speicherplatte 20 erreichte Position in ein analoges elektrisches Signal umformen zu können.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Varianten; sie kann vielmehr auch auf einen Servomotor mit einfach wirkendem Kolben angewandt werden, bei dem einer der Drücke auf den Kolben durch eine Ausgleichsfeder und der Schieber durch ein Schaufel-Düsen-System ersetzt werden. Die beiden Ausführungsbeispiele müssen als äquivalent angesehen werden. Es geschah lediglich aus dem Bemühen um größtmögliche Verständlichkeit, daß die vorhergehende Beschreibung auf einem Beispiel mit doppeltwirkendem Kolben beruhte. Die Erfindung ist auch nicht auf gasförmige Medien beschränkt, anhand derer sie beschrieben wurde, sondern sie kann auch bei flüssigen Medien Anwendung finden, wenngleich die gasförmigen Medien einige Vorteile aufweisen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuerbarer Servomotor mit mindestens einem Zylinder und einem Kolben sowie mit einem Schieberventil, das dem Zylinder ein flüssiges oder gasförmiges Druckmedium gesteuert zuführt, und mit einer ersten Bewegungsrückkopplung, die zwischen dem Kolben und dem Schieberventil vorgesehen ist, sowie mit einer das Schieberventil tragenden Vorrichtung, die über Reibung so mit einem Element verbunden ist, daß durch die Haftung der Vorrichtung an dem Element eine bestimmte Position abgespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (20,22) gegenüber dem Zylinder (2) beweglich ist und daß eine zweite Bewegungsrückkopplung (4, 28, 30) zwischen dem Kolben (3) und der Vorrichtung (20, 22) vorgesehen ist, die von der Vorrichtung (20, 22) an- und abgekoppelt werden kann.

2. Steuerbarer Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (20, 22) geradlinig verschiebbar ist, wobei der Stand der geradlinigen Verschiebung im abgekuppelten Zustand analog zur Soll-Position des Servomotors (2,3) ist.

3. Steuerbarer Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (20, 22) rotierend beweglich ist, wobei der Stand der Rotation im abgekuppelten Zustand analog zur Soll-Position des Servomotors (2,3) ist.

4. Steuerbarer Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß S.halteinrichtungen vorgesehen sind, welche die zweite Bewegungsrückkopplung (4, 28, 30) unter Absch.\ung der ersten Bewegungsrückkopplung (4, 28, 29) einschalten und umgekehrt.

5. Steuerbarer Servomotor nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Vorrichtung (20, 22) als Speicherplatte (20) ausgebildet ist, die eine Meßvorrichtung (35—40) zum ständigen Messen der Position der Speicherplatte (20) trägt.

6. Steuerbarer Servomotor nach Anspruch 1, bei dem die erste Bewegungsrückkopplung Elemente aufweist, die das Schieberventil verstellen können, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberventil (9) zwischen den Elementen (31,32) angeordnet ist.

7. Steuerbarer Servomotor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das An- und Abkuppeln mit Hilfe einer Schaltkupplung (34, 25) durchgeführt wird.

8. Steuerbarer Servomotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplung (34, 25) zwischen einer Kolbenstange (4) des Kolbens (3) und der beweglichen Vorrichtung (20, 22) angeordnet ist, so daß nach einer Ankopplung die bewegliche Vorrichtung (20, 22) analog zur jeweiligen Position des Kolbens (3) verschoben wird.

9. Steuerbarer Servomotor nach Anspruch 1, wobei das Schieberventil einen geradlinig beweglichen Schieber in einer Zylinderbohrung aufweist und diese Zylinderbohrung mit drei Öffnungen versehen ist, von denen die erste Öffnung den ständigen Zufluß eines unter Druck stehenden Mediums sicherstellt und die beiden anderen öffnungen die Verteilung des Mediums in jede der beiden Kammern des Zylinders gewährleistet, und daß zwischen der Stange des Kolbens und dem Schieber des Schieberveniils eine erste Verbindungseinrichtung vorgesehen ist, welche die geradlinige Bewegung des Schiebers in der Zylinderbohrung des Schieberventils steuert, damit dieser in jedem Augenblick der geradlinigen Bewegung der Stange in dem Zylinder folgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberventil (9) als Relais ausgebildet ist.

10. Steuerbarer Servomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle (6, 7) des Systems einen Druckspeicher (6) umfaßt.

11. Steuerbarer Servomotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des Schiebers (15) zu dessen Bewegung jeweils ein Elektromagnet (23,24) vorgesehen ist.

12. Steuerbarer Servomotor nach den Ansprüchen 5 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (35—40) zum Messen der Position der Speicherplatte (20) entweder unter gleichzeitiger Erregung eines der beiden Elektromagneten (23, 24) und der Schaltkupplung (25) die Verschiebung der Kolbenstange (4) des Zylinders (2) und der Speicherplatte (20) von einer Sollposition in eine andere Sollposition bewirkt oder, im Augenblick des Stromausfalls, veranlaßt, daß der Zustand des Systems durch die Position der Speicherplatte (20) abgespeichert wird, wobei dieser Zustand so lange festgehalten wird, bis ein neuer Befehl vorliegt.

13. Steuerbarer Servomotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherplatte (20) mit einer Reibungsbremse (22) verbunden ist, die sich parallel zur Kolbenstange (4) des Kolbens (3) befindet, wobei die Ortsverschiebung der Speicherplatte (20) parallel und gleich der Verschiebung der Kolbenstange (4) ist.

14. Steuerbarer Servomotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Rotation der Speicherplatte (20) mittels einer Reibungsbremse (22) um die Normalachse auf ihrer Fbene ausgebildet ist, wobei ihre Winkelposition in jedem Augenblick die Position der Kolbenstange (4) des Kolbens (3) abbildet.

15. Steuerbarer Servomotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) des Servomotors (2, 3) mit Hilfe eines Gestells (28) den ersten Teil {50a) einer Achse zum Rotieren bringt, die in starrer Verbindung mit der ersten Bewegungsrückkopplung (4,28,29) zwischen der Kolbenstange (4) des Kolbens \3) und dem Schieber (15) des Schieberventils (9) steht und mit Hilfe einer rotierenden Schaltkupplung (34,25) den zweiten Teil (50b) der Achse, die die Speicherplatte (20) hält, betätigt.

16. Steuerbarer Servomotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Bewegungsrückkopplungseinrichtung (4, 28, 29; 4, 28, 30) mechanischer Art und in der Form von zwei festen Stangen (29,30) ausgebildet sind, die an einem mit der Kolbenstange (4) des Kolbens (3) verbundenen Gestell (28) angebracht sind, wobei sich diese Stangen (29, 30) geradlinig gleich und parallel zur Kolbenstange (4) des Kolbens (3) bewegen und wobei die mechanische Flexibilität zwischen die erste Bewegungsrückkopplung und den Schieber (15) geschaltet sind, und zwar in Form zweier als Federblätter ausgebildeter Elemente (31, 32), die an der ersten festen Stange (29) befestigt sind und die als Federblätter ausgebildeten Elemente (31,32) die

ersten Mittel in einem gegenseitigen Abstand voneinander darstellen, der der Länge des Schiebers (15) entspricht.

17. Steuerbarer Servomotor nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, da- s durch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplung (25) der Speicherplatte (20) auf der zweiten festen Stange (30), die die zweite Bewegungsrückkopplung (4, 28, 30) darstellt, vom pneumatischen Typ ist, die von einem preßluftgefüllten Druckspeicher 6 gespeist und von einem elektropneumatischen Schieber (26) gesteuert wird.

18. Steuerbarer Servomotor nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Servomotors (2,3) eine Meßvorrichtung (35—40) in Form einer elektrischen Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die einen Differenzverstärker (39) aufweist, der an seinem Eingang eine für die Position der Speicherplatte (20) charakteristische analoge Spannung sowie die Steuerspannung (VX) für die Position des Kolbens (3) des Servomotor-. (2, 3) empfängt und der an seinem Ausgang ein Differenzsignal abgibt, welches das Antriebsorgan des elektropneumatischen Schiebers (26) der Schaltkupplung (34, 25) und parallel hierzu die beiden Wicklungen der Elektromagnete (23, 24) des Schiebers (15) über zwei Gleichrichter (41, 42) mit einander entgegengesetzter Polarität speist.

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