DE3104704C2

DE3104704C2 - Servo device for regulating the position of a piston of a hydraulic cylinder

Info

Publication number: DE3104704C2
Application number: DE19813104704
Authority: DE
Inventors: Per Henrik Goesta Nystroem
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-02-10
Filing date: 1981-02-10
Publication date: 1994-07-21
Anticipated expiration: 2001-02-11
Also published as: DE3104704A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Servovorrichtung zur Regelung der Stellung eines Kolbens eines Hydraulikzylinders nach dem Ober begriff des Anspruchs 1.The invention relates to a servo device for controlling the Position of a piston of a hydraulic cylinder upwards Concept of claim 1.

Eine derartige Servovorrichtung ist aus der DE-OS 20 11 713 bekannt, bei der die Stellung eines Kolbens eines Hydraulik zylinders mit EIN/AUS-Magnetventilen geregelt wird, die durch pulslängenmodulierte Signale angesteuert werden und die den Zu- bzw. Abfluß eines Fluids in den beiden gegenüberliegenden Kammern des Hydraulikzylinders regeln.Such a servo device is from DE-OS 20 11 713 known in which the position of a piston of a hydraulic system cylinder with ON / OFF solenoid valves is controlled by Pulse length modulated signals can be controlled and the Inflow and outflow of a fluid in the two opposite Control the chambers of the hydraulic cylinder.

Diese Servovorrichtung weist drei Magnetventile auf, wobei zwei von diesen Ventilen geschlossen oder geöffnet werden, wenn die Bewegungsrichtung eines Kolbens geändert wird. Durch diese beiden Magnetventile wird die Grobsteuerung ausgeführt. Für die Feinsteuerung ist ein drittes Magnetventil vorgesehen, das auf einer Seite des Stempels abwechselnd Druck und keinen Druck anlegt, wobei die Druckphase durch ein pulslängenmodu liertes Schaltsignal erzeugt wird. Durch das Verhältnis der Druckphase zur Phase ohne Druck wird die Feineinstellung des Kolbens bewirkt. Diese Vorrichtung dient zum Verstellen des Kolbens, aber nicht zum schnellen Hin- und Herbewegen dessel ben. Ferner werden drei Magnetventile benötigt, und es ist sowohl eine Grobsteuerung als auch eine Feinsteuerung vorgese hen.This servo device has three solenoid valves, whereby two of these valves are closed or opened, when the direction of movement of a piston is changed. By These two solenoid valves are used for rough control. A third solenoid valve is provided for fine control, that alternately print on one side of the stamp and none Applies pressure, the pressure phase by a pulse length mod gated switching signal is generated. By the ratio of Print phase to the phase without pressure is the fine adjustment of the Piston causes. This device is used to adjust the Piston, but not for moving it quickly back and forth ben. Furthermore three solenoid valves are needed and it is Both a rough control and a fine control are provided hen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Servovorrich tung zur Regelung der Stellung eines Kolbens eines Hydraulik zylinders so auszubilden, daß bei einem einfachen Aufbau eine Verstellgenauigkeit erreicht wird, die mit der der oben ge nannten Vorrichtung vergleichbar ist, und darüberhinaus der Kolben schnell hin- und herbewegt werden kann.The invention has for its object a servo device device for regulating the position of a piston of a hydraulic system to design cylinders so that with a simple structure Adjustment accuracy is achieved with that of the above ge named device is comparable, and moreover the Piston can be moved back and forth quickly.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object is solved by the features of claim 1.

Durch das Ausbilden der Servovorrichtung mit einer symmetri schen Fluidzufuhr über ein erstes EIN/AUS-Magnetventilpaar, das die erste Kammer des Hydraulikkolbens mit dem Hydraulik fluid versorgt, und über ein zweites EIN/AUS-Magnetventilpaar, das die zweite Kammer des Hydraulikkolbens mit dem Hydraulik fluid versorgt wird, wobei die EIN/AUS-Magnetventilpaare gleichzeitig derart durch Pulsfolgen angesteuert werden, daß der Unterschied in den Impulsbreiten beider Impulsketten den Druck auf den Kolben bestimmt. Wenn sich die Druckpulse der Impulsketten zeitlich überlappen und unterschiedliche Längen aufweisen, so wirkt als effektiver Druckpuls nur der Unter schied zwischen den beiden Pulslängen, wodurch die Stellung des Kolbens fein eingestellt werden kann. Werden die Druckpul se andererseits gegenphasig angelegt, wird der Hydraulikkolben schnell hin- und herbewegt.By forming the servo device with a symmetri fluid supply via a first pair of ON / OFF solenoid valves, which is the first chamber of the hydraulic piston with the hydraulics fluid supplied, and via a second pair of ON / OFF solenoid valves, which is the second chamber of the hydraulic piston with the hydraulics fluid is supplied, the ON / OFF solenoid valve pairs are simultaneously controlled by pulse sequences in such a way that the difference in the pulse widths of the two pulse chains Pressure on the piston determined. If the pressure pulses of the Pulse chains overlap in time and different lengths have, then only the sub acts as an effective pressure pulse distinguished between the two pulse lengths, thereby reducing the position of the piston can be finely adjusted. Will the pressure pul se on the other hand, the hydraulic piston quickly moved back and forth.

Eine kostengünstige Ausführungsform ist im Anspruch 2 wieder gegeben.An inexpensive embodiment is in claim 2 again given.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevor zugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.The following are based on the associated drawing Preferred embodiments of the invention explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Servovorrichtung, Fig. 1 shows an embodiment of to the invention OF INVENTION servo device,

Fig. 2 eine Ventilsteuerimpulskette, Fig. 2 shows a valve control pulse train,

Fig. 3 eine entsprechende Impulskette der Ar beit des Ventiles, und Fig. 3 shows a corresponding pulse chain of Ar work of the valve, and

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Servovorrichtung. Fig. 4 shows another embodiment of the servo device according to the invention.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Er findung sind vier EIN/AUS-Magnetventile 1 bis 4 vorge sehen, die alle in ihren Ausschaltstellungen dargestellt sind. Die Ventile 1 und 3 bilden ein Ventilpaar, das in Reihe zwischen einer Pumpe 7 über Leitungen 5, 16 mit einem Niederdruckvorratsbehälter bzw. Tank 6 für ein Fluid geschaltet sind. Das Fluid ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Öl, kann beispielsweise auch Druckluft sein. Der Druck wird von der Pumpe 7 geliefert. Die Ventile 1 und 3 stehen über eine Leitung 8 miteinander in Verbindung, von der eine Leitung 9 abzweigt, die mit ei ner ersten Kammer 10 mit veränderlichen Volumen einer Zwei wegkolbenzylindereinheit verbunden ist. Die Kolbenzylin dereinheit umfaßt einen Hydraulikzylinder 11 und einen Kolben 12, der fest mit einer Kolbenstange 13 verbunden ist. Eine zweite Kammer 14 mit veränderlichem Volumen ist über eine Leitung 15 mit einer Leitung 16 verbunden, die die Ventile 2 und 4 verbindet.In the embodiment of the invention shown in Fig. He four ON / OFF solenoid valves 1 to 4 are easily seen, all of which are shown in their off positions. The valves 1 and 3 form a pair of valves which are connected in series between a pump 7 via lines 5, 16 with a low-pressure reservoir or tank 6 for a fluid. In the exemplary embodiment shown, the fluid is oil, for example it can also be compressed air. The pressure is supplied by the pump 7 . The valves 1 and 3 are connected to one another via a line 8 , from which a line 9 branches off, which is connected to a first chamber 10 with variable volume of a two-way piston cylinder unit. The Kolbenzylin dereinheit comprises a hydraulic cylinder 11 and a piston 12 which is fixedly connected to a piston rod 13 . A second chamber 14 with variable volume is connected via a line 15 to a line 16 which connects the valves 2 and 4 .

Die axiale Stellung der Kolbenstange 13 beeinflußt einen Positionssensor 17, der über eine elektrische Leitung 18 einer Steuerschaltung 19 ein Signal liefert. In der Steuer schaltung 19 wird das vom Sensor 17 erhaltene Signal mit einem Steuersignal verglichen, das über eine elektrische Leitung 20 anliegt und einer gewünschten Axialstellung der Kolbenstange 13 entspricht. Die Steuerschaltung 19 gibt zwei Impulsketten - eine über eine Leitung 21 für die Solenoide der Magnetventile 1 und 4 und eine weitere über eine Leitung 22 für die Solenoide der Magnetventile 2 und 3 - aus.The axial position of the piston rod 13 influences a position sensor 17 which supplies a signal to a control circuit 19 via an electrical line 18 . In the control circuit 19 , the signal received by the sensor 17 is compared with a control signal which is present via an electrical line 20 and corresponds to a desired axial position of the piston rod 13 . The control circuit 19 outputs two pulse chains - one via a line 21 for the solenoids of the solenoid valves 1 and 4 and another via a line 22 for the solenoids of the solenoid valves 2 and 3 .

Jede Impulskette hat die in Fig. 2 dargestellte Form. In Fig. 2 ist die Spannung V als Funktion der Zeit t aufgetra gen. Während gleicher Zeitintervalle T ist während eines Teils t₁ jedes Zeitintervalls die Spannung gleich v₁, wäh rend sie während des übrigen Teils des Zeitintervalls, d. h. während der Zeit T-t₁, gleich Null ist. Ein solenoidbetätig tes Magnetventil, das durch die Impulskette von Fig. 2 beeinflußt wird, wird Öffnungs- und Schließbewegungen in der in Fig. 3 dargestellten Weise ausführen. In Fig. 3 ist die Bewegungs strecke des Ventils mit S bezeichnet, wobei ein vollständig geöffnetes Ventil nach einer Bewegungsstrecke s₁ erhalten wird. Es ist ersichtlich, daß aufgrund des Widerstandes und der Trägheit eines Magnetventiles eine voll ständige Öffnung davon abhängen wird, daß ein bestimmtes Verhältnis zwischen t₁ und T erhalten wird.Each pulse chain has the shape shown in Fig. 2. In FIG. 2, the voltage V as a function of time t aufgetra gene. During the same time interval T, during a portion of t ₁ of each time interval, the voltage is equal to v _1, currency rend it during the remainder of the time interval, ie during the time Tt ₁ , is zero. A solenoid-operated solenoid valve, which is influenced by the pulse chain of FIG. 2, will perform opening and closing movements in the manner shown in FIG. 3. In Fig. 3, the movement distance of the valve is denoted by S, a completely open valve being obtained after a movement distance s ₁ . It can be seen that due to the resistance and inertia of a solenoid valve, a fully permanent opening will depend on a certain ratio between t ₁ and T being obtained.

Die in Fig. 1 dargestellte Servovorrichtung wird in beide Richtungen, nämlich in eine Richtung durch die Impulse über die Leitung 21 und in die andere Richtung durch die Impulse über die Leitung 22 beeinflußt. Die Funktion der Servovor richtung wird daher durch den Unterschied in der Impulsbreite t₁ der beiden Impulsketten und nicht durch die tatsächliche Impulsbreite bestimmt. Da der Kolben 11 immer in beide Rich tungen beeinflußt wird, wird die Reibung in der Kolbenzylin dereinheit ausgeschaltet. Das einfachste System wird dieselbe Frequenz in beiden Impulsketten, d. h. in der Impulskette, die über die elektrische Leitung 21 geht, und in der Impuls kette, die über die elektrische Leitung 22 geht, verwenden. Die Impulse können abwechselnd über die beiden elektrischen Leitungen gehen.The servo device shown in FIG. 1 is influenced in both directions, namely in one direction by the pulses via line 21 and in the other direction by the pulses via line 22 . The function of the Servovor device is therefore determined by the difference in the pulse width t _{1 of} the two pulse chains and not by the actual pulse width. Since the piston 11 is always affected in both directions Rich, the friction in the Kolbenzylin dereinheit is turned off. The simplest system will use the same frequency in both pulse chains, ie in the pulse chain that goes over the electrical line 21 , and in the pulse chain that goes over the electrical line 22 . The impulses can alternate between the two electrical lines.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel da rin, daß die Ventile 1 und 2 durch Drosseln 101 und 102 ersetzt sind, die in Reihe mit Rückschlagventilen 103 und 104 geschaltet sind.The embodiment shown in Fig. 4 differs from the embodiment shown in Fig. 1 because the valves 1 and 2 are replaced by throttles 101 and 102 which are connected in series with check valves 103 and 104 .

Dieses Ausführungsbeispiel hat günstigere Herstellungskosten arbeitet jedoch etwas langsamer. Bei vie len Anwendungszwecken hat die langsamere Arbeitsweise keine Bedeutung. Die Rückschlagventile sind für die Funktion der Ser vovorrichtung nicht notwendig, machen es jedoch möglich, die Vorrichtung in irgendeiner Stellung durch ein Schließen der Ventile 3 und 4 verriegelt zu halten.This embodiment has cheaper manufacturing costs, but works somewhat slower. The slower mode of operation is of no importance for many applications. The check valves are not necessary for the function of the servo device, but make it possible to keep the device locked in any position by closing the valves 3 and 4 .

Claims

1. Servo device for regulating the position of a piston of a hydraulic cylinder with ON / OFF solenoid valves which are controlled by pulse-length-modulated signals and which regulate the inflow or outflow of a fluid in the two opposite chambers of the hydraulic cylinder, characterized in that

- That a first ON / OFF solenoid valve pair ( 1 , 4 ) from a first line ( 21 ) guided first pulse chain is so pulse-controlled that at the same time the first chamber ( 10 ) of the hydraulic piston ( 12 ) with the pump ( 7 ) and the second chamber ( 14 ) is connected to the tank ( 6 ),
- That a second ON / OFF solenoid valve pair ( 2 , 3 ) from egg ner via a second line ( 22 ) guided second In pulse chain is controlled so that the first chamber ( 10 ) of the hydraulic piston ( 12 ) with the tank ( 6 ) and the second chamber ( 14 ) is connected to the pump ( 7 ), and
- That the position of the piston ( 12 ) of the Hydraulikzylin ders ( 11 ) is determined by the difference in the pulse widths in the pulse chains.

2. Servo device according to claim 1, characterized in that with the pump ( 7 ) communicating ON / OFF solenoid valves ( 1 , 2 ) of the first and second pair of solenoid valves each by a check valve ( 103 , 104 ) and a throttle ( 101 , 102 ) are replaced.