DE4027899C2

DE4027899C2 - Hydraulic servo system for the linear drive of a piston

Info

Publication number: DE4027899C2
Application number: DE19904027899
Authority: DE
Inventors: Gerhard Prof Dr Ing Wendt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-09-03
Filing date: 1990-09-03
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2010-09-04
Also published as: DE4027899A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Servosystem für den Linearantrieb eines Kolbens abhängig von der Stellung eines Steuerorgans nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a hydraulic servo system for the linear drive of a piston depending on the position a control member according to the preamble of claim 1.

Linearantriebe, bei denen ein linearer Zusammenhang zwischen der Stellung eines Steuerorgans, z. B. der Drehstellung einer Welle, und der Verschiebegeschwindigkeit eines Kolbens herrscht, und zwar in beiden Bewegungsrichtungen des Kolbens, erfordern je nach geforderter Genauigkeit der Linearität einen hohen Aufwand und insbesondere spezielle und damit teuere Ventile. Außerdem bereitet meist die geforderte Leckfreiheit in der Ruhestellung des Kolbens Probleme.Linear drives where there is a linear relationship between the position of a tax body, e.g. B. the rotational position of a Shaft, and the displacement speed of a piston prevails, in both directions of movement of the piston, require one depending on the required accuracy of linearity high effort and especially special and therefore expensive Valves. In addition, the required freedom from leaks is usually provided problems with the piston at rest.

Ein Servosystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des An spruchs 1 ist aus der Druckschrift US 3 874 407 bekannt. Dort wird das Fehlersignal mit einem Multivibrator in eine Folge von Impulsen umgewandelt, deren Breite (oder Schaltver hältnis) linear vom Fehlersignal abhängt. Mit dieser Impuls folge werden die Anregungsspulen der beiden Ventile binär gespeist.A servo system with the features of the generic term of the An Proverb 1 is known from US 3 874 407. There the error signal is converted into a with a multivibrator Sequence of pulses converted, the width (or Schaltver ratio) depends linearly on the error signal. With this impulse as a result, the excitation coils of the two valves become binary fed.

Die Druckschrift DE 25 27 330 A1 zeigt ein Mehrwegeventil mit einer Wippe, die von Hand betätigt wird und eine Kaskaden schaltung von zwei plus vier binär wirksamen Ventilen steuert.The document DE 25 27 330 A1 shows a multi-way valve a rocker that is operated by hand and a cascade switching of two plus four binary effective valves controls.

Schließlich zeigt die Druckschrift DE 37 20 347 A1 ein Magnet ventil, das einem impulsbreitenmodulierten Signal ausgesetzt wird. Dabei soll die (konstante) Impulsfrequenz deutlich über der maximalen Schaltfrequenz des Ventils liegen. Wegen der Trägheit der Ventile läßt sich so ein beliebiger Öffnungszu stand gemäß dem Schaltverhältnis zwischen Impuls und Impuls pause einstellen.Finally, the document DE 37 20 347 A1 shows a magnet valve exposed to a pulse width modulated signal becomes. The (constant) pulse frequency should be significantly higher the maximum switching frequency of the valve. Because of the Inertia of the valves allow any opening stood according to the switching ratio between pulse and pulse set break.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein hydraulisches Servosystem für Linearan triebe der genannten Art anzugeben, das mit einfachen und handelsüblichen Bau teilen auskommt und in der erwähnten Ruhestellung keine Lecks zeigt.The object of the invention is to provide a hydraulic servo system for Linearan drives of the type mentioned to indicate that with simple and commercially available construction sharing comes out and in the rest position mentioned no leaks shows.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 gekennzeichnete hydraulische Servosystem gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Aus führungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche ver wiesen.This object is achieved by the hydraulic characterized in claim 1 Servo system solved. Preferred off in terms of features leadership forms of the invention is ver on the dependent claims grasslands.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert.In the following the invention will be explained with reference to an embodiment game explained in more detail with the help of the drawings.

Fig. 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes hydraulisches Servosystem. Fig. 1 shows schematically an inventive hydraulic servo system.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eines der beiden in dem System nach Fig. 1 verwendeten Ventile. FIG. 2 shows a section through one of the two valves used in the system according to FIG. 1.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Arbeitskennlinie des Systems. Fig. 3 shows a section of the working characteristic of the system.

In Fig. 1 ist ein Hydraulikschema des gesamten Systems zu sehen. Im linken Teil der Figur befindet sich eine an sich bekannte Hydraulikversorgung mit dem Hydrauliksumpf 1, einem Kompressor 2, der von einem Motor 3 betrieben wird, einem als Hydraulikquelle dienenden Speicher 4 und verschiedenen Meß- und Sicherheitsorganen. Von dieser Versorgung geht eine Hyd raulik-Druckleitung 5 aus, und eine Rückflußleitung 6 führt zurück zum drucklosen Sumpf 1.A hydraulic diagram of the entire system can be seen in FIG . In the left part of the figure there is a known hydraulic supply with the hydraulic sump 1 , a compressor 2 , which is operated by a motor 3 , a memory 4 serving as a hydraulic source and various measuring and safety devices. From this supply, a hydraulic pressure line 5 starts, and a return line 6 leads back to the pressureless sump 1 .

Das erfindungsgemäße hydraulische Servosystem ist im rechten Teil dieser Figur dargestellt. Der Kolben 7, der durch das System in einem Zy linder 8 nach links oder rechts verschoben werden soll, ist mit einer Kolbenstange 9 versehen, die abgedichtet aus dein Zylinder 8 herausragt. Die wirksame Fläche des Kolbens, über die der Kolben nach rechts verschoben werden soll, also die in der Figur linke Kolbenfläche 25 ist gerade doppelt so groß wie die wirksame Kolbenfläche 26 auf der anderen Seite, und zwar aufgrund des Durchmessers der Kolbenstange 9.The hydraulic servo system according to the invention is shown in the right part of this figure. The piston 7 , which is to be moved by the system in a cylinder 8 to the left or right, is provided with a piston rod 9 , which protrudes sealed from your cylinder 8 . The effective area of the piston over which the piston is to be displaced to the right, that is to say the left piston area 25 in the figure, is just twice as large as the effective piston area 26 on the other side, specifically because of the diameter of the piston rod 9 .

Der Zylinderraum wird durch den Kolben in zwei Kammern ge teilt, die je mit einer Leitung 10 bzw. 11 verbunden sind. Eine dieser Leitungen 10 führt zum Einlaß eines Ventils 12, dessen Auslaß über die Leitung 6 mit dem Sumpf 1 verbunden ist (die Begriffe Einlaß und Auslaß werden hier in Hinblick auf die normale Durchflußrichtung definiert). Der Einlaß dieses Ventils 12 ist außerdem über eine Leitung 15 mit dem Auslaß eines zweiten gleichartigen Ventils 13 verbunden, dessen Ein laß über die Leitung 11 mit der zweiten Zylinderkammer in Verbindung steht. Schließlich ist dieser Einlaß noch über ein Rückschlagventil 14 mit der Druckleitung 5 des Versor gungsteils verbunden.The cylinder space is divided by the piston into two chambers, each of which is connected to a line 10 or 11 . One of these lines 10 leads to the inlet of a valve 12 , the outlet of which is connected via line 6 to the sump 1 (the terms inlet and outlet are defined here with respect to the normal direction of flow). The inlet of this valve 12 is also connected via a line 15 to the outlet of a second valve 13 of the same type, the one of which is connected via line 11 to the second cylinder chamber. Finally, this inlet is still connected via a check valve 14 to the pressure line 5 of the supply part.

In Fig. 2 ist im Schnitt eines dieser Ventile, z. B. das Ven til 12, im Detail dargestellt. In einem Gehäuse 16 ist eine Hülse 17 fest eingebaut, in der eine Kugel 18 mit Hilfe einer Feder 19 gegen einen Ventilring 20 gedrückt wird. Das Ventil wird geöffnet, wenn die Kugel gegen die Kraft der Feder 19 von einem Stößel 21 nach unten gedrückt wird. Dann kann Hydraulik flüssigkeit, die über die Leitung 10 oder 15 ankommt, nach oben fließen und über die Leitung 6 in den Sumpf 1 abfließen. Der Stößel dringt über eine Ringdichtung 22 in das Ventil ein.In Fig. 2, one of these valves, for. B. the Ven valve 12 , shown in detail. A sleeve 17 is permanently installed in a housing 16 , in which a ball 18 is pressed against a valve ring 20 by means of a spring 19 . The valve is opened when the ball is pressed down against the force of the spring 19 by a plunger 21 . Then hydraulic fluid, which arrives via line 10 or 15 , can flow upwards and flow off via line 6 into sump 1 . The plunger penetrates the valve via an annular seal 22 .

Das Ventil 13 ist genauso gestaltet, so daß sich seine Be schreibung erübrigt. Statt der Leitungen 10 und 15 führen zum Einlaß dieses Ventils die Leitung 11 und die Leitung 5 (über das Rückschlagventil 14), während am Auslaß statt der Leitung 6 die Leitung 15 beginnt.The valve 13 is designed in the same way so that its description is unnecessary. Instead of lines 10 and 15 lead to the inlet of this valve, line 11 and line 5 (via the check valve 14 ), while line 15 begins at the outlet instead of line 6 .

Die Stößel der beiden Ventile werden von einer Wippe 23 (Fig. 1) betätigt, wenn die Wippe durch einen Motor 24 aus ihrer Neutralstellung bewegt wird. Dann wird einer der Stößel nach unten bewegt und drückt auf die zugeordnete Ventilkugel. In der Neutralstellung sind beide Ventile geschlossen.The tappets of the two valves are actuated by a rocker 23 ( FIG. 1) when the rocker is moved from its neutral position by a motor 24 . Then one of the plungers is moved downwards and presses on the associated valve ball. In the neutral position, both valves are closed.

Das erfindungsgemäße hydraulische Servosystem wird nun in seiner Arbeitsweise anhand von Fig. 3 erläutert. Diese zeigt ein Diagramm mit dem Hub eines Stößels als Abszisse und der Durchflußmenge an Hyd raulikflüssigkeit als Ordinate. Wie bereits erwähnt, sind beide Ventile gesperrt, wenn sich die Wippe 23 in ihrer Neut ralstellung befindet. Dann steht der Arbeitsdruck der Hydrau likflüssigkeit in der Leitung 11 und der rechten Kammer des Kolbens, während die linke Kammer abgeschlossen ist, denn sie ist über die Leitung 10 und die damit gekoppelte Leitung 15 mit der Auslaßseite des geschlossenen rechten Ventils 13 ver bunden. Da die linke Arbeitskammer des Zylinders 8 sich nicht entleeren kann, ist der Kolben hydraulisch gefesselt. Dieser stabile Zustand entspricht in Fig. 3 dem kurzen waagrechten Bereich der Funktion um den Nullpunkt herum. Dieser Bereich ist übrigens durch Justierung der Länge der Stößel auf ein fache Weise veränderbar. Auch wenn der Hydraulikdruck aus fällt, bleibt die erreichte Kolbenstellung erhalten, da das Rückschlagventil 14 eine Entlastung der rechten Zylinderkammer und die geschlossenen Ventile 12 und 13 eine Entlastung der linken Zylinderkammer verhindern.The operation of the hydraulic servo system according to the invention will now be explained with reference to FIG. 3. This shows a diagram with the stroke of a tappet as the abscissa and the flow rate of hydraulic fluid as the ordinate. As already mentioned, both valves are blocked when the rocker 23 is in its neutral position. Then there is the working pressure of the hydraulic fluid in line 11 and the right chamber of the piston, while the left chamber is closed, because it is connected via line 10 and the line 15 coupled to the outlet side of the closed right valve 13 . Since the left working chamber of the cylinder 8 cannot empty itself, the piston is hydraulically tied. This stable state corresponds to the short horizontal region of the function around the zero point in FIG. 3. Incidentally, this area can be changed in a simple manner by adjusting the length of the plunger. Even if the hydraulic pressure drops out, the piston position reached is retained, since the check valve 14 prevents relief of the right cylinder chamber and the closed valves 12 and 13 prevent relief of the left cylinder chamber.

Wird nun die Wippe 23 so verstellt, daß das rechte Ventil 13 in einen definierten Öffnungszustand gelangt, dann fließt über die Leitungen 15 und 10 Hydraulikflüssigkeit in die linke Arbeitskammer des Zylinders 8 und verschiebt den Kolben 7 mit einer Geschwindigkeit, die von der Winkelstellung der Wippe 23 abhängt. Der zugleich in der rechten Kammer in Gegenrichtung wirkende Hydraulikdruck erzeugt aufgrund der geringeren wirk samen Kolbenfläche 26 eine Gegenkraft, die geringer als die auf die andere Seite 25 des Kolbens einwirkende Kraft ist. Innerhalb weiter Grenzen ist die Abhängigkeit zwischen Hub der Wippe und Verschiebegeschwindigkeit des Kolbens linear, wie Fig. 3 erkennen läßt.If the rocker 23 is now adjusted so that the right valve 13 reaches a defined opening state, then hydraulic fluid flows via the lines 15 and 10 into the left working chamber of the cylinder 8 and moves the piston 7 at a speed which is dependent on the angular position of the rocker 23 depends. The hydraulic pressure acting in the opposite direction at the same time in the right chamber generates a counterforce due to the smaller effective piston surface 26 , which is less than the force acting on the other side 25 of the piston. The range between the stroke of the rocker and the displacement speed of the piston is linear within wide limits, as can be seen in FIG. 3.

Wird die Wippe in die andere Richtung aus der Neutralstellung gekippt, dann öffnet zunehmend das linke Ventil 12, während das rechte Ventil geschlossen ist. Damit wird die linke Ar beitskammer des Zylinders 8 zunehmend in den Sumpf entleert, und der in der rechten Arbeitskammer wirkende Hydraulikdruck verschiebt den Kolben nach links. Es ist günstig, wenn die beiden Kolbenflächen 25 und 26 im Verhältnis 2 : 1 gewählt sind, da dann die Verschiebekräfte in beiden Richtungen gleich groß sind. Dann ergibt sich eine zum Nullpunkt völlig symmetrische Kennlinie, deren linker Ast in Fig. 3 aus Platzgründen ent fallen ist.If the rocker is tilted in the other direction from the neutral position, then the left valve 12 increasingly opens while the right valve is closed. So that the left Ar beitskammer the cylinder 8 is increasingly emptied into the sump, and the hydraulic pressure acting in the right working chamber moves the piston to the left. It is expedient if the two piston surfaces 25 and 26 are selected in a ratio of 2: 1, since then the displacement forces are the same in both directions. Then there is a completely symmetrical characteristic to the zero point, the left branch in Fig. 3 is ent for space reasons.

Die Erfindung ist nicht auf das im Einzelnen dargestellte Ausführungsbeispiel begrenzt. So kann die Wippe unmittelbar von einem Stellmotor verstellt werden, oder man kann ein Un tersetzungsgetriebe oder einen Exzenter zur feineren Verstel lung zwischenschalten. Der Kolben kann auch auf beiden Seiten mit je einer Kolbenstange versehen sein, wobei jedoch auf den deutlich größeren wirksamen Arbeitsquerschnitt in der linken Kammer des Zylinders zu achten ist, damit die Verschiebung in beiden Richtungen gleich schnell erfolgen kann. Das erfin dungsgemäße hydraulische Servosystem verwendet nur einfache Ein-Richtungsven tile, die ohne großen Aufwand mit einem großen Linearitätsbe reich hergestellt werden können. Das erfindungsgemäße hydraulische Servosystem kann beispielsweise in einen Regelkreis zur Positionierung des Kolbens integriert werden, in dem ein Positionssollwert mit einem Istwert der Kolbenstellung verglichen wird und die Wippe motorisch verstellt wird, bis die Abweichung zu null wird.The invention is not based on that shown in detail Embodiment limited. So the seesaw can immediately can be adjusted by an actuator, or you can an Un reduction gear or an eccentric for finer adjustment Interpose lung. The piston can also be on both sides be provided with one piston rod each, but on the significantly larger effective cross section in the left Chamber of the cylinder must be observed so that the shift in can be done equally quickly in both directions. That invented The hydraulic servo system according to the invention uses only simple one-way valves tile that with little effort with a large linearity can be made rich. The hydraulic servo system according to the invention can, for example, in a control loop for positioning the Pistons can be integrated in which a position setpoint with an actual value of the piston position is compared and the rocker is adjusted by motor until the deviation becomes zero.

Claims

1. Hydraulic servo system for the linear drive of a piston depending on the position of a control member, with two valves ( 12 , 13 ), both of which are blocked in the neutral position, the outlet of the first valve ( 12 ) having a hydraulic sump ( 1 ) , the inlet of this valve in both the larger piston face (25) of the driven plunger (7) is also connected to the outlet of the second valve (13) and the inlet of the second valve (13) to a hydraulic source (4) and, characterized in that the control member is designed as a rocker (23) (12, 13) acts on the two valves such that the rocker is opened from the neutral position of the valves more or less depending on the direction and amount of deviation that the Both valves each have a spring-loaded closure member ( 18 ), the spring being seated on the valve side facing the piston ( 7 ) so that the rocker ( 23 ) is actuated by an actuator ( 24 ) acts via a plunger ( 21 ) against the force of the spring ( 19 ) on the associated closure member that the piston side ( 7 ) facing the valve side of the second valve ( 13 ) is pressurized via a check valve ( 14 ) and that Rocker ( 23 ) is set in position by the servomotor ( 24 ) via an eccentric.

2. Hydraulic servo system according to claim 1, characterized in that the effective area of the smaller side ( 26 ) of the piston ( 7 ) is chosen approximately half as large as that of the larger side ( 25 ).

3. Hydraulic servo system according to one of the preceding claims, characterized in that the plunger ( 21 ) are adjustable in length.