DE3922008A1 - Hydraulische steueranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuer­ anordnung aus zwei kreuzweise hydraulisch verbundenen hydraulischen Einheiten, aus Antriebs- und Abtriebsein­ heiten, die an die antriebs- und abtriebsseitigen hydrau­ lischen Einheiten angeschlossen sind, und aus einer Steuereinrichtung zur Synchronisierung der hydraulischen Verbindung zwischen den beiden hydraulischen Einheiten.

Eine hydraulische Steueranordnung der gattungsgemäßen Art ist aus der DE 24 38 557 A1 vorbekannt. Damit sich die beweglichen Antriebs- und Abtriebselemente der kreuz­ weise hydraulischen verbundenen Antriebs- und Abtriebsein­ heiten synchron zueinander bewegen können, ist die Steuer­ einrichtung als hydraulische Steuereinrichtung ausgebildet, mittels welcher Fluid einer externer Fluidquelle selektiv in jede der beiden die hydraulischen Einheiten kreuzweise verbindenden Leitungen zuführbar ist, um Gleichlaufunter­ schiede der beweglichen Antriebs- und Abtriebselemente der hydraulischen Antriebs- und Abtriebseinheiten zu korrigieren oder um eine gewünschte Position oder eine Geschwindigkeits­ differenz zwischen den bewegten Antriebs- und Abtriebselementen zu erreichen. Durch Atmen der hydraulischen Verbindungs­ leitungen in Form von Schläuchen oder Rohren sowie durch Überstromverluste an den Dichtungen der hydraulischen Einheiten treten druckabhängige Volumenverluste in Erscheinung, die Wegfehler der hydraulischen Abtriebsein­ heit bewirken, wenn die Volumenverluste nicht ausgeglichen werden. Die bei der bekannten hydraulischen Steueranordnung für die Steuereinrichtung verwendeten Ausgleichsventile arbeiten unbefriedigend, weil die Kraftschlüssigkeit zwischen Antriebs- und Abtriebsseite während des Aus­ gleichsvorganges behindert wird. Außerdem führen die Volumenverluste, die auf dem hydraulischen Übertragungs­ weg zwangsläufig auftreten, zu prinzipiell nicht behebbaren Wegfehlern bzw. zu Winkelfehlern, die frühestens im nächsten Totpunktbereich der hier verwendeten Zylinder­ kolbeneinheiten korrigiert werden können. Somit ist die bekannte hydraulische Steueranordnung einerseits aufwendig in ihrer eine Vielzahl von Ventilen und Leitungen er­ fordernden Bauweise und arbeitet andererseits unbe­ friedigend im Hinblick auf die erforderliche Synchroni­ sation zwischen den antriebs- und abtriebsseitigen hydrau­ lischen Einheiten.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Steuereinrichtung antriebsseitig einen auf das beweg­ liche Antriebselement der hydraulischen Antriebseinheit einwirkenden, rückstellbaren Magneten und abtriebsseitig einen auf das bewegliche Abtriebselement der hydraulischen Abtriebseinheit einwirkenden Weggeber aufweist und daß die Steuereinrichtung ferner eine Steuerungs-/Regelungs­ einheit umfaßt, die den Magneten in Abhängigkeit von den Signalen des Weggebers über einen Stromsteller steuert. Durch die ausschließliche Regelung der hydraulischen Steueranordnung auf der Antriebsseite dergestalt, daß Volumenverluste durch einen größeren Weg des beweglichen Antriebselementes ausgeglichen werden können, ist eine absolute Weg- und Winkelsynchronität zwischen den kreuz­ weise hydraulisch verbundenen hydraulischen Antriebs- und Abtriebseinheiten erzielbar. Hierzu ist der Wegver­ lauf nicht durch eine hydraulische Steuereinrichtung vorgegeben, sondern die Antriebsanordnung verfügt zu jedem Zeitpunkt über eine ausreichende Regelreserve. Diese wird in Form des rückstellbaren Magneten verwirklicht. Dessen Wegposition kann durch Regelung des Ankerstromes jederzeit erzwungen werden. Dazu wird das bewegliche Abtriebselement der hydraulischen Abtriebseinheit mit dem Weggeber ausgestattet, dessen Signal der Steuerungs-/ Regelungseinheit, die mit einem Steuerungsrechner ver­ sehen ist, zugeführt wird. Mit deren Hilfe ist es nun möglich, über den Stromsteller den Magnetankerstrom so zu regeln, daß sich auf der hydraulischen Abtriebsseite der gewünschte Zeit-Wegverlauf ergibt. Hydraulische Volumenverluste können somit weitgehend ausgeglichen werden.

Die hydraulische Steueranordnung zeichnet sich durch ihre mechanische Einfachheit, durch Robustheit und Preis­ günstigkeit der Steuereinrichtung aus, sowie durch die Tatsache, daß für die Versorgung des antriebsseitig ange­ ordneten Magneten nur relativ einfache Stromsteller benötigt werden. Beliebig viele dieser magnethydraulischen Ein­ heiten können synchron betrieben werden, indem die getrennten Steuerungen entweder einer gemeinsamen elek­ trischen Führungsgröße folgen oder aber alle Einheiten an einen zentralen Steuerungscomputer angeschlossen werden. Zwischen den einzelnen hydraulischen Antrieben sind dann auch beliebige Phasenverschiebungen realisierbar.

Die Erfindung läßt sich mit besonderem Vorteil bei Näh­ maschinen einsetzen, bei welchen eine Vielzahl von Abtriebselementen positionsgenau synchronisiert werden müssen und/oder mit bestimmten Phasenverschiebungen zuein­ ander arbeiten. Dabei können die hydraulischen Antriebs- und Abtriebseinheiten relativ weit voneinander entfernt angeordnet werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hingewiesen wird insbesondere auf die Ausführung der hydraulischen Steueranordnung mit doppelt wirkenden Zylinderkolbeneinheiten als hydraulische Antriebs- und Abtriebselemente.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles einer hydraulischen Steueranordnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt die Steueranordnung in einer für eine Nähmaschine konzi­ pierten Ausbildung.

Die hydraulische Steueranordnung umfaßt zwei hydraulische Einheiten 1, 2, die als Zylinderkolbeneinheiten ausgebildet und über Verbindungsleitungen 3, 4 kreuzweise hydraulisch miteinander verbunden sind. Jede hydraulische Einheit 1, 2 besteht aus einem Zylinder 5, 6, aus einem darin geführten Kolben 7, 8 und diese führenden Kolbenstangen 9, 10. An diese sind nicht näher dargestellte Antriebs- und Abtriebs­ einheiten 11, 12 angeschlossen. Die hydraulische Einheit 1 bildet eine Antriebseinheit und die hydraulische Einheit 2 bildet eine Abtriebseinheit. Die derart gegenläufig bzw. kreuzweise über die Verbindungsleitungen 3, 4 ver­ bundenen hydraulischen Antriebs- und Abtriebseinheiten 1, 2 werden z. B. bei Nähmaschinen eingesetzt, deren Oberteil aufgrund der Größe der Nähmaschine räumlich getrennt vom Unterteil angeordnet ist, so daß die hydraulische Antriebseinheit 1 über relativ lange Verbindungsleitungen 3, 4 mit der hydraulischen Abtriebseinheit 2 verbunden ist.

Zur Synchronisation der hydraulischen Verbindung zwischen den beiden hydraulischen Antriebs- und Abtriebseinheiten 1, 2 ist eine Steuereinrichtung 13 vorgesehen, die antriebs­ seitig einen auf das als Kolbenstange 9 ausgebildete Antriebselement der hydraulischen Antriebseinheit 1 einwir­ kenden rückstellbaren Magneten 14 und abtriebsseitig einen auf das als Kolbenstange 10 ausgebildete Abtriebselement der hydraulischen Antriebseinheit 2 einwirkenden Weggeber 14 aufweist, die als Doppelhubmagnet bzw. als Wegsensor ausgebildet sind. Die Steuereinrichtung 13 umfaßt ferner eine Steuerungs-/Regelungseinheit 15, die den Doppel­ hubmagneten 14 in Abhängigkeit von den Signalen des Wegsensors 14 über einen Stromsteller 16 steuert, der bei einem mit Gleichstrom betriebenen Doppelhubmagneten 14 als Gleichstromsteller ausgebildet ist. Die Steuerein­ richtung 13 umfaßt ferner eine Eingabeeinheit 17, welche die Vorgabe einer Frequenz und des Hubes der Kolben 7, 8 der beiden hydraulischen Antriebs- und Abtriebseinheiten 1, 2 ermöglicht.

In der dargestellten Ausführungsform arbeitet der elek­ trische Doppelhubmagnet 14 gegen zwei Federn 18, 19, die sich am Zylinder 5 abstützen , so daß die Wegposition des Doppelhubmagneten 14 jederzeit durch den Ankerstrom über den Gleichstromsteller 16 erzwungen werden kann.

Die beschriebene hydraulische Steueranordnung arbeitet wie folgt: Unter Wirkung der mechanischen Antriebseinheit 11 wird die Kolbenstange 9 der antriebsseitigen hydraulischen Einheit 1 betätigt, so daß der Kolben 7 innerhalb des Zylinders 5 hin- und herbewegt wird, wie es durch den Pfeil dargestellt ist. Über die sich in den Verbindungsleitungen 3, 4 befind­ lichen Ölsäulen wird der Kolben 8 der hydraulischen Ab­ triebseinheit 2 ebenfalls hin- und herbewegt, so daß die mechanische Abtriebseinheit 12 in Pfeilrichtung hin- und herbewegt wird. Die hydraulische Steueranordnung soll bewirken, daß die beiden mechanischen Antriebe 11, 12 über die hydraulischen Einheiten 1, 2 positionsgenau synchroni­ siert sind. Durch Atmen der hydraulischen Verbindungs­ leitungen 3, 4 , die als Schläuche oder Rohre ausgebildet sind, sowie durch Überstromverluste an den Dichtungen der Kolben 7, 8 treten druckabhängige Volumenverluste in Erscheinung, die Wegfehler des Kolbens 8 und damit der Kolbenstange 10 der Abtriebseinheit 2 bewirken, wenn diese nicht ausgeglichen werden. Das Ausgleichen der über den Wegsensor 14 ermittelten Wegfehler erfolgt antriebsseitig dadurch, daß Volumenverluste durch einen größeren Weg des Kolbens 7 ausgeglichen werden, so daß eine absolute Weg- und Winkelsynchronität erzielbar ist. Hierzu verfügt die hydraulische Steueranordnung zu jedem Zeitpunkt über eine ausreichende Regelreserve. Diese ist durch den elektrischen Doppelhubmagneten 14 gegeben, der gegen die beiden Federn 18, 19 arbeitet, so daß seine Weg­ position durch den Ankerstrom mittels des Gleichstromstellers 16 jederzeit erzwungen werden kann. Mit Hilfe des in der Steuerungs- und Regelungseinheit 15 befindlichen Steuerungs­ rechners ist es möglich, über den Gleichstromsteller 16 den Ankerstrom des Doppelhubmagneten 14 so zu regeln, daß sich auf der hydraulischen Abtriebsseite 2 der gewünschte Zeit-/Wegverlauf des Kolbens 8 bzw. der mechanischen Abtriebseinheit 12 ergibt. Hydraulische Volumenverluste können somit ausgeglichen werden.

Beliebig viele der magnethydraulischen Steueranordnungen können synchron betrieben werden, indem die getrennten Steuerungen entweder einer gemeinsamen elektrischen Führungs­ größe folgen oder aber Steueranordnungen an einen zentralen Steuerungscomputer angeschlossen werden. So sind auch beliebige Phasenverschiebungen zwischen den einzelnen hydraulischen Abtrieben realisierbar. Ein Ausgleich der Massenkräfte erster Ordnung, die an den oszillierenden Kolben 7, 8 auftreten können, kann durch einen parallel liegenden dichtungslosen Pseudokolben erfolgen.

Claims (6)

1. Hydraulische Steueranordnung aus zwei kreuzweise hydrau­ lisch verbundenen hydraulischen Einheiten (1, 2), aus Antriebs- und Abtriebseinheiten (11, 12) die an die antriebs- und abtriebsseitigen hydraulischen Einheiten (1, 2) ange­ schlossen sind, und aus einer Steuereinrichtung (13) zur Synchronisierung der hydraulischen Verbindung (3, 4) zwischen den beiden hydraulischen Einheiten (1, 2), dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (13) antriebsseitig einen auf das Antriebselement (7, 9) der hydraulischen Antriebsein­ heit (1) einwirkenden rückstellbaren Magneten (14) und abtriebsseitig einen auf das Abtriebselement (8, 10) der hydraulischen Abtriebseinheit (2) einwirkenden Weggeber (14) aufweist und daß die Steuereinrichtung (13) eine Steuerungs-/Regelungseinheit (15) umfaßt, die den Magneten (14) in Abhängigkeit von den Signalen des Weg­ gebers (14) über einen Stromsteller (16) steuert.

2. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 1, wobei die hydraulischen Einheiten als Zylinderkolbeneinheiten ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub­ magnet (14) mit der Kolbenstange (9) der antriebsseitigen Zylinderkolbeneinheit (1) und der Weggeber (14) mit der Kolbenstange (10) der abtriebsseitigen Zylinderkolbenein­ heit (2) verbunden sind.

3. Hydraulische Steueranordnung nach einem der Absprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rückstellbare Hub­ magnet (14) mit einer Rückstellfeder versehen ist.

4. Hydraulische Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rückstellbare Hubmagnet als Doppelhubmagnet (14) ausgebildet ist.

5. Hydraulische Steueranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelhubmagnet (14) gegen zwei Federn (18, 19) arbeitet.

6. Hydraulische Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelhubmagnet (14) über einen Gleichstromsteller (16) von der Steuerungs-/ Regelungseinheit (15) steuerbar ist.