DE4228308A1 - Double-cylinder hydraulic drive control system e.g. for machine tool - compensates change in volume of pressure spaces of cylinder by piezoelectrically-actuated pistons located at ends of cylinder, with piezoelectric actuators closed off from pressure spaces - Google Patents

Double-cylinder hydraulic drive control system e.g. for machine tool - compensates change in volume of pressure spaces of cylinder by piezoelectrically-actuated pistons located at ends of cylinder, with piezoelectric actuators closed off from pressure spaces

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DE4228308A1 DE19924228308 DE4228308A DE4228308A1 DE 4228308 A1 DE4228308 A1 DE 4228308A1 DE 19924228308 DE19924228308 DE 19924228308 DE 4228308 A DE4228308 A DE 4228308A DE 4228308 A1 DE4228308 A1 DE 4228308A1
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Abstract

The regulator (32) processes the actual value and the desired value of a variable of the cylinder piston (12) and regulates a control valve. Alteration of the volumes of the pressure chambers (13,14) of the hydraulic cylinder is compensated by piezoelectric components (25,26). The pressure chamber (13) is closed off from the piezoelectric components (25,26) by pistons (27,28) which are moved by the components. One component compensates the change in the volume of the pressure chamber (13) on one side of the cylinder piston (12) and the other component compensates the volume of the pressure chamber on the other side of the piston. ADVANTAGE - Increases load rigidity of drive and maintains specific position or speed of tool or workpiece when hammer-type shocks occur.

Description

Die Erfindung geht aus von einer hydraulischen Antriebsvorrich­ tung, die insbesondere für eine Werkzeugmaschine vorgesehen ist und die einen Hydraulikzylinder mit Kolben, ein Steuerventil, das insbesondere als Servoventil ausgebildet ist und an das die Druckräume des Hydraulikzylinders angeschlossen sind, und einen Regler aufweist, der den Istwert und den Sollwert einer Zu­ standsvariablen des Zylinderkolbens verarbeitet und von dem das Steuerventil ansteuerbar ist.The invention is based on a hydraulic drive device device, which is provided in particular for a machine tool and the one hydraulic cylinder with piston, one control valve, which is designed in particular as a servo valve and to which the Pressure chambers of the hydraulic cylinder are connected, and one Has controller that the actual value and the setpoint of a Zu status variables of the cylinder piston processed and of which the Control valve is controllable.

Hydraulische Antriebe mit Hydraulikzylindern zeichnen sich durch eine hohe Dynamik aus und ermöglichen es, mit geringem Aufwand ein Werkstück oder ein Werkzeug schnell zu bewegen. Insofern be­ sitzt ein hydraulischer Antrieb gegenüber einem elektromotori­ schen Antrieb, bei dem ein Werkstück- oder Werkzeugschlitten im allgemeinen über eine Spindel bewegt wird, beträchtliche Vor­ teile. Trotzdem werden heute für Werkzeugmaschinen überwiegend elektromotorische Antriebe eingesetzt, da die Forderungen nach der Genauigkeit der Bearbeitung immer höher geschraubt wurden und diese Forderungen mit hydraulischen Antrieben nur noch un­ vollkommen zu erfüllen waren. Ein gewichtiger Mangel der hydrau­ lischen Antriebe liegt nämlich in ihrer geringen Laststeifig­ keit, die durch die Kompressibilität des Druckmediums bedingt ist. Auf den Hydraulikzylinder wirkende Kraftstöße wirken sich deshalb relativ stark auf die Position oder die Geschwindigkeit des Kolbens aus. Auswirkungen hat die Kompressibilität des Druckmediums auch, wenn mit dem Hydraulikzylinder bzw. mit des­ sen Kolben eine bestimmte Position angefahren werden soll. Bei höheren Fahrgeschwindigkeiten ist ein Überschwingen über die ge­ wünschte Position hinaus nur schwer vermeidbar.Hydraulic drives with hydraulic cylinders are characterized by a high dynamic range and make it possible with little effort to move a workpiece or tool quickly. In this respect be a hydraulic drive sits opposite an electric motor drive, in which a workpiece or tool slide in generally moved over a spindle, considerable advance parts. Nevertheless, today are predominantly used for machine tools Electromotive drives used because of the demands the accuracy of machining was screwed ever higher and these demands with hydraulic drives only un were to be completely fulfilled. A major lack of hydrau lische drives lies in their low load rigidity speed due to the compressibility of the print medium is. Power shocks acting on the hydraulic cylinder act therefore relatively strong on position or speed of the piston. The compressibility of the Pressure medium even if with the hydraulic cylinder or with the piston should be moved to a certain position. At higher driving speeds is an overshoot over the ge desired position beyond difficult to avoid.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine hydraulische Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen aus dem Ober­ begriff des Anspruches 1 so weiterzuentwickeln, daß sich die Laststeifigkeit des Antriebs erhöht und eine bestimmte Position oder eine bestimmte Geschwindigkeit eines Werkzeugs oder Werk­ stücks auch bei schlagartigen Kraftstößen gut eingehalten wird.The object underlying the invention is a hydraulic drive device with the features from the upper  to develop the concept of claim 1 so that the Load rigidity of the drive increases and a certain position or a certain speed of a tool or work piece is well maintained even in the event of sudden power surges.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit den Merkma­ len aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, daß eine Änderung des Volumens eines Druckraums des Hydraulikzylin­ ders von mindestens einem Piezoelement ausgleichbar ist. An Pi­ ezoelementen kann durch eine Formänderung aufgrund einer von au­ ßen angreifenden Kraft eine Spannung erzeugt werden. Umgekehrt ist es möglich, durch eine an ein Piezoelement angelegte elek­ trische Spannung eine Formänderung des Piezoelementes hervorzu­ rufen. Diese Formänderung wird zum Ausgleich des Druckraumvolu­ mens ausgenutzt. Es sind heute schon Piezoelemente bekannt, die bis zu Frequenzen von 20 000 Hz betrieben werden können und mit denen deshalb auch auf zeitlich sehr kurze Störkraftimpulse rea­ giert werden kann. Auf eine Kolbenstange des Hydraulikzylinders wirkende Kraftstöße führen zu einer Verschiebung des Zylinder­ kolbens, die mit Sensoren erfaßt wird und eine Ansteuerung der Piezoelemente des durch die Bewegung des Zylinderkolbens ver­ kleinerten Druckraums auslöst. Dadurch wird der Zylinderkolben wieder in die Soll-Position zurückgeschoben. Natürlich geschieht die Korrektur in einem Regelvorgang, wobei die hohe Dynamik der Piezoelemente dafür sorgt, daß die Abweichung des Zylinderkol­ bens vom Sollwert nur äußerst gering ist.This task is inventively in connection with the Merkma len solved from the preamble of claim 1 in that a change in the volume of a pressure chamber of the hydraulic cylinder which can be compensated for by at least one piezo element. At Pi ezoelements can be changed by a change in shape due to an au tension is generated by the attacking force. Vice versa it is possible by an elec applied to a piezo element trical voltage to bring about a change in shape of the piezo element call. This change in shape is used to balance the pressure chamber volume exploited mens. Piezo elements are already known today can be operated up to frequencies of 20,000 Hz and with which therefore reacts to very short interference pulses can be greeded. On a piston rod of the hydraulic cylinder acting impacts lead to a displacement of the cylinder piston, which is detected with sensors and a control of the Piezo elements of the ver by the movement of the cylinder piston smaller pressure chamber triggers. This will make the cylinder piston pushed back into the target position. Of course it happens the correction in a control process, the high dynamics of the Piezo elements ensures that the deviation of the cylinder col is extremely low from the setpoint.

Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen hydrauli­ schen Antriebsvorrichtung kann man den Unteransprüchen entneh­ men. Wird an ein Piezoelement eine elektrische Spannung ange­ legt, so ändert sich die Form des Piezoelements, nicht jedoch unbedingt das Volumen. Deshalb ist gemäß Anspruch 2 bevorzugt ein Kolben vorgesehen, der den Druckraum zu dem Piezoelement hin abschließt und der von dem Piezoelement bewegbar ist. Eine Ände­ rung der Form des Piezoelementes in einer einzigen Dimension ge­ nügt somit, um das zwischen dem Zylinderkolben und dem vom Pi­ ezoelement bewegbaren Kolben eingeschlossene Druckmediumvolumen und mit ihm den Zylinderkolben zu verschieben, um dadurch eine vorherige Bewegung des Zylinderkolbens wieder rückgängig zu ma­ chen.Advantageous configurations of a hydraulic system according to the invention rule drive device can be found in the subclaims men. An electrical voltage is applied to a piezo element the shape of the piezo element changes, but not necessarily the volume. Therefore, according to claim 2 is preferred a piston is provided which moves the pressure chamber towards the piezo element completes and which is movable by the piezo element. A change tion of the shape of the piezo element in a single dimension it is enough to compensate for the difference between the cylinder piston and that of the Pi ezoelement movable piston enclosed pressure medium volume  and use it to move the cylinder piston to create one previous movement of the cylinder piston reverses again to ma chen.

Wenn bei einem Hydraulikzylinder schnelle Kraftänderungen nur in die eine Richtung zu erwarten sind, oder nur in die eine Rich­ tung schädliche Einflüsse haben können, so genügt es im Prinzip, daß nur für den einen Druckraum ein Piezoelement vorhanden ist. Es ist jedoch von Vorteil, wenn auch dann gemäß Anspruch 3 min­ destens zwei Piezoelemente vorgesehen sind und wenn vom einen Piezoelement eine Änderung des Volumens des Druckraums auf der einen Seite des Zylinderkolbens und vom anderen Piezoelement eine Änderung des Volumens des Druckraums auf der anderen Seite des Zylinderkolbens ausgleichbar ist. Tritt dann eine Störkraft auf, so kann man die verschiedenen Druckräumen zugeordneten Pi­ ezoelemente gegensinnig ansteuern, so daß sich das Volumen des einen Druckraums verkleinert und der Druck darin abnimmt. Insge­ samt stellt sich dadurch in den Druckräumen ein niedrigeres Druckniveau ein und die mechanische Belastung der Bauteile ist gering. Außerdem ist es mit Piezoelementen in jedem Druckraum möglich, den Einfluß von sowohl in die eine Richtung als auch in die entgegengesetzte Richtung auf den Hydraulikzylinder wirken­ den Störkräften auf die Zustandsvariable des Zylinderkolbens weitgehend auszuschalten.If rapid changes in force only occur in a hydraulic cylinder one direction to be expected, or only one direction can have harmful influences, it is sufficient in principle that a piezo element is only available for one pressure chamber. However, it is advantageous if 3 min at least two piezo elements are provided and if one Piezo element a change in the volume of the pressure chamber on the one side of the cylinder piston and the other piezo element a change in the volume of the pressure space on the other hand of the cylinder piston can be compensated. Then a disturbance occurs on, so you can assign the different pressure rooms assigned Pi Control ezo elements in opposite directions, so that the volume of the reduced a pressure chamber and the pressure in it decreased. Total together, this results in a lower pressure room Pressure level and the mechanical load on the components low. It is also with piezo elements in every pressure room possible the influence of both in one direction and in the opposite direction act on the hydraulic cylinder the interference forces on the state variable of the cylinder piston largely turn off.

Gemäß Anspruch 6 ist das mindestens eine Piezoelement von dem Regler über einen Frequenzfilter ansteuerbar, der nur hohe Fre­ quenzen durchläßt. Dementsprechend verbleiben die Piezoelemente in Ruhe, solange sich die Zustandvariable des Zylinderkolbens nicht oder nur langsam ändert. Erst bei schnellen Änderungen dieser Variablen reagieren sie.According to claim 6, the at least one piezo element of which Controllers can be controlled via a frequency filter that only has high fre lets pass through. Accordingly, the piezo elements remain at rest as long as the state variable of the cylinder piston does not change or changes only slowly. Only with quick changes they react to these variables.

Das Steuerventil kann von dem Regler direkt angesteuert werden. Vorteilhafterweise ist jedoch auch für das Steuerventil eine Frequenzweiche vorgesehen, über die es vom Regler ansteuerbar ist. Die Abstimmung der verschiedenen Regelvorgänge unter Benut­ zung des Steuerventils und unter Benutzung der Piezoelemente wird dadurch einfacher.The control valve can be controlled directly by the controller. However, one is also advantageous for the control valve Crossover provided, through which it can be controlled by the controller is. The coordination of the various control processes under user  tion of the control valve and using the piezo elements this makes it easier.

Üblicherweise ist bei geregelten hydraulischen Antriebsvorrich­ tungen ein Wegsensor vorhanden, von dem die Position des Zylin­ derkolbens erfaßbar ist und dessen Ausgangssignal zum Regler ge­ führt ist. Mit Hilfe eines solchen Wegsensors können auch sehr schnelle Abweichungen des Istwerts der Zustandsvariablen vom Sollwert erfaßt werden, um die Piezoelemente anzusteuern. Da eine auf eine Änderung einer äußeren Kraft zurückzuführende Än­ derung der Position oder der Geschwindigkeit des Zylinderkolbens auch zu einer Druckänderung in einem Druckraum führt, kann man eine auszuregelnde Änderung der Zustandsvariablen des Zylinder­ kolbens auch durch einen Drucksensor erfassen, der den Druck in einem Druckraum mißt und dessen Ausgangssignal zum Regler ge­ führt ist, um die Piezoelemente anzusteuern. Wegen der zwar vor­ handenen, jedoch geringen Kompressibilität des Druckmediums ma­ chen sich Störkräfte viel stärker in einer Druckänderung als in einer Änderung der Position des Kolbens bemerkbar. Solche größe­ ren Druckänderungen sind schneller und exakter von dem Drucksen­ sor erfaßbar als eine Änderung der Position des Zylinderkolbens vom Wegsensor, so daß die Änderung der Zustandsvariablen sehr schnell ausgeregelt werden kann. Die Druckänderung wird dabei vorteilhafterweise nur im ersten Augenblick zur Ansteuerung der Piezoelemente herangezogen, während im folgenden aufgrund des vom Wegsensor erfaßten Istwertes der Zustandsvariablen diese auf den Sollwert ausgeregelt wird.Usually with regulated hydraulic drive device a displacement sensor is available, from which the position of the cylin derkolbens is detectable and its output signal to the controller ge leads is. With the help of such a displacement sensor can also be very rapid deviations of the actual value of the state variable from the Setpoint are detected to control the piezo elements. There a change due to a change in external force change in the position or speed of the cylinder piston can also lead to a change in pressure in a pressure chamber a change in the state variables of the cylinder to be corrected piston also by means of a pressure sensor that measures the pressure in measures a pressure chamber and its output signal to the controller leads to control the piezo elements. Because of that before existing, but low compressibility of the pressure medium ma disruptive forces are much more likely to change in pressure than in a change in the position of the piston is noticeable. Such size Pressure changes are faster and more accurate from the pressure sor detectable as a change in the position of the cylinder piston from the displacement sensor, so that the change in the state variables is very can be adjusted quickly. The pressure change is there advantageously only in the first moment to control the Piezo elements used, while in the following due to the the actual value of the state variables detected by the displacement sensor the setpoint is corrected.

Mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen hydrauli­ schen Stellantriebs sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher er­ läutert.Several embodiments of a hydraulic according to the invention rule actuator are shown in the drawings. Based the figures of these drawings, the invention will now he closer purifies.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine erste Ausführung mit einem Hydraulikzylinder und nur einem Wegsensor und Fig. 1 shows a first embodiment with a hydraulic cylinder and only one displacement sensor and

Fig. 2 eine zweite Ausführung, bei der außer einem Wegsensor auch Drucksensoren vorhanden sind, um den Druck in den Druckräumen des Hydraulikzylinders zu erfassen. Fig. 2 shows a second embodiment in which, in addition to a displacement sensor, pressure sensors are also present in order to detect the pressure in the pressure chambers of the hydraulic cylinder.

Zu beiden in den Figuren dargestellten Ausführungen einer erfin­ dungsgemäßen hydraulischen Antriebsvorrichtung gehört ein Gleichgangzylinder 10 mit einem Gehäuse 11, dessen Inneres durch einen hin und her schiebbaren Zylinderkolben 12 in zwei Druck­ räume 13 und 14 aufgeteilt ist. An jeder Stirnseite ragt vom Zy­ linderkolben 12 jeweils eine Kolbenstange 15 bzw. 16 weg, die an einer Stirnseite 17 bzw. 18 des Gehäuses 11 nach außen tritt. Die Kolbenstange 15 trägt außerhalb des Gehäuses 11 den bewegli­ chen Teil eines Wegsensors 19, mit dem die Position des Zylin­ derkolbens 12 erfaßbar ist. Innerhalb des Gehäuses 10 sitzen an jeder Stirnseite 17 bzw. 18 jeweils ein Stapel scheibenförmiger Piezoelemente 25 bzw. 26, die die Kolbenstange 15 bzw. 16 umge­ ben und auf denen zum Zylinderkolben 12 hin ein Kolben 27 bzw. 28 aufliegt, der ebenfalls eine Kolbenstange 15 bzw. 16 umgibt und der den Druckraum 13 bzw. 14 dicht zu den Piezoelementen 25 bzw. 26 abschließt. Vorteilhafterweise ist er mit dem obersten Piezoelement z. B. durch Klebung fest verbunden.To both versions of a hydraulic drive device according to the invention shown in the figures includes a synchronous cylinder 10 with a housing 11 , the interior of which is divided into two pressure spaces 13 and 14 by a reciprocating cylinder piston 12 . On each end projects from the cylinder 12 a piston rod 15 or 16 away, which emerges on one end 17 or 18 of the housing 11 to the outside. The piston rod 15 carries outside of the housing 11, the part of a displacement sensor 19 with which the position of the cylinder 12 of the cylinder 12 can be detected. Within the housing 10 seated on each end 17 and 18, respectively, a stack of disc-shaped piezoelectric elements 25 and 26, the piston rod 15 and 16, respectively vice ben and on which the cylinder piston 12 toward a piston 27 or 28 rests, which is also a piston rod 15 or 16 surrounds and which closes the pressure chamber 13 or 14 close to the piezo elements 25 or 26 . It is advantageously connected to the uppermost piezo element, e.g. B. firmly connected by gluing.

An die Piezoelemente 25 bzw. 26 kann in der Weise eine elektri­ sche Spannung angelegt werden, daß sie ihre Abmessung in axialer Richtung des Hydraulikzylinders 10 verändern und, eine konstante Position des Zylinderkolbens 12 vorausgesetzt, den Druckraum 13 bzw. 14 vergrößern oder verkleinern.An electrical voltage can be applied to the piezo elements 25 and 26 in such a way that they change their dimension in the axial direction of the hydraulic cylinder 10 and, assuming a constant position of the cylinder piston 12 , increase or decrease the pressure space 13 or 14 .

Über eine Servoventil 30 mit einem Eingang P und einem Eingang T sowie zwei Ausgängen A und B sind die Druckmittelwege zwischen einer Druckquelle und einem Behälter einerseits und den Druck­ räumen 13 und 14 des Hydraulikzylinders 10 andererseits steuer­ bar. Dazu ist die Druckquelle an den Eingang P und der Behälter an den Eingang T des Servoventils angeschlossen. Der Druckraum 13 ist mit dem Ausgang B und der Druckraum 14 mit dem Ausgang A verbunden.About a servo valve 30 with an input P and an input T and two outputs A and B, the pressure medium paths between a pressure source and a container on the one hand and the pressure spaces 13 and 14 of the hydraulic cylinder 10 on the other hand control bar. For this purpose, the pressure source is connected to input P and the container to input T of the servo valve. The pressure chamber 13 is connected to the outlet B and the pressure chamber 14 to the outlet A.

Zur Regelung der Position und/oder der Geschwindigkeit des Zy­ linderkolbens 12 ist bei beiden Ausführungen eine Regeleinrich­ tung vorgesehen, der vom Wegsensor 19 der Istwert eines Signales Xist zugeführt wird. Bei der Ausführung nach Fig. 1 vergleicht ein Differenzbildner 31 den Xist-Wert mit dem Sollwert der Re­ gelgröße und gibt das Differenzsignal an einen z. B. PID-Regler 32 weiter. Die Stellgröße Y am Ausgang des Reglers 32 wird di­ rekt auf einen Verstärker 33 gegeben, der das Servoventil 30 an­ steuert. Auf diese Weise können langsame Änderungen der Regel­ größe so gut nachgeregelt werden, daß die Regelabweichung nur klein bleibt. Damit auch bei schnellen Änderungen der Regelgröße die Regelabweichung klein bleibt, wird die Stellgröße Y, die dann hochfrequente Anteile enthält, außer auf den Verstärker 33 über das Frequenzfilter 34 auf den Verstärker 35 gegeben, der die beiden Stapel von Piezoelementen 25 bzw. 26 derart ansteu­ ert, daß sich ihre Abmessungen in axialer Richtung des Hydrau­ likzylinders 10 in entgegengesetzter Weise ändern. Wenn also die Piezoelemente 25 sich in axialer Richtung verlängern, verkürzen sich die Piezoelemente 26 in dieser Richtung und umgekehrt.In order to regulate the position and / or the speed of the cylinder 12 , a control device is provided in both versions, which is supplied by the displacement sensor 19 with the actual value of a signal Xact. In the embodiment of Fig. 1, a subtractor 31 compares the Xist value with the target value of Re gel size and outputs the difference signal to a z. B. PID controller 32 further. The manipulated variable Y at the output of the controller 32 is given di rectly to an amplifier 33 which controls the servo valve 30 . In this way, slow changes in the control size can be adjusted so well that the control deviation remains small. So that the control deviation remains small even with rapid changes in the controlled variable, the manipulated variable Y, which then contains high-frequency components, is passed on to the amplifier 33 via the frequency filter 34 to the amplifier 35 , which controls the two stacks of piezo elements 25 and 26 in this way ert that their dimensions in the axial direction of the hydraulic likzylinders 10 change in the opposite manner. Thus, if the piezo elements 25 extend in the axial direction, the piezo elements 26 shorten in this direction and vice versa.

Es sei nun angenommen, daß der Kolben 12 die in Fig. 1 gezeigte Position beibehalten soll. Eine auf die Kolbenstange 15 in der Ansicht nach Fig. 1 nach links wirkende Kraft steige nun stark an. Dadurch werden die Kolbenstange 15 und der Kolben 12 etwas nach links verschoben, was durch den Wegsensor 19 erfaßt wird und zu einem Signal des Differenzbildners 31 an den Regler 32 führt, der eine Stellgröße erzeugt, deren hochfrequente Anteile über das Frequenzfilter 34 und den Verstärker 35 die Piezoele­ mente 25 und 26 ansteuern. Die Piezoelemente 26 vergrößern sich in Achsrichtung, während sich die Piezoelemente 25 verkleinern. Die Piezoelemente 26 schieben über den Kolben 28 und die Druck­ mittelsäule in der Druckkammer 14 den Kolben 12 und mit ihm die Kolbenstange wieder nach rechts. Letztendlich wird dann der Sollwert der Regelgröße auch unter evt. Ansteuerung des Servo­ ventils 30 wieder eingeregelt.It is now assumed that the piston 12 should maintain the position shown in FIG. 1. A force acting on the piston rod 15 in the view according to FIG. 1 to the left now rises sharply. As a result, the piston rod 15 and the piston 12 are shifted somewhat to the left, which is detected by the displacement sensor 19 and leads to a signal from the difference former 31 to the controller 32 , which generates a manipulated variable, the high-frequency components of which via the frequency filter 34 and the amplifier 35 control the piezo elements 25 and 26 . The piezo elements 26 enlarge in the axial direction, while the piezo elements 25 decrease. The piezo elements 26 push the piston 12 and with it the piston rod back to the right over the piston 28 and the pressure by means of the column in the pressure chamber 14 . Ultimately, the setpoint of the controlled variable is then adjusted again, possibly with control of the servo valve 30 .

Auch bei der Ausführung nach Fig. 2 enthält die Regeleinrich­ tung einen Differenzbildner 31, vorzugsweise einen PID-Regler 32 und die beiden Verstärker 33 und 35 zur Ansteuerung des Servo­ ventils 30 bzw. zur Ansteuerung der Piezoelemente 25 und 26. Hier ist das Frequenzfilter 34 durch eine Frequenzweiche 36 er­ setzt, die wieder niederfrequente Anteile der Stellgröße Y zum Verstärker 33 und hochfrequente Anteile zum Verstärker 35 durch­ schaltet.Also in the embodiment according to FIG. 2, the Tung Regeleinrich contains a difference former 31, preferably a PID controller 32 and the two amplifiers 33 and 35 for controlling the servo valve 30 and to control the piezoelectric elements 25 and 26. Here, the frequency filter 34 is set by a crossover 36 , which again switches low-frequency components of the manipulated variable Y to the amplifier 33 and high-frequency components to the amplifier 35 .

Außer der Position des Zylinderkolbens 12 wird bei der Ausfüh­ rung nach Fig. 2 auch der Druck im Druckraum 13 von einem Drucksensor 37 und der Druck im Druckraum 14 von einem Drucksen­ sor 38 erfaßt. Mit Hilfe dieser Drücke, die sich wegen der ge­ ringen Kompressibilität des Druckmediums unter dem Einfluß eine Störgröße stark ändern, kann die Regelabweichung noch geringer als bei der Ausführung nach Fig. 1 gehalten werden. Dazu werden die Ausgangssignale PA und PB der Drucksensoren 37 und 38 auf einen Differenzbildner 39 gegeben, dessen Ausgangssignal einem D-Glied 40 zugeführt wird. Die Ausgangssignale des D-Gliedes 40 und des Reglers 32 werden durch den Summierer 41 zur Stellgröße Y aufsummiert. Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist also einer Positions- bzw. Geschwindigkeitsregelung eine Druckregelung un­ terlagert. Im ersten Moment geht die Druckänderung in die Rege­ lung ein. Letztendlich wird die Position oder die Geschwindig­ keit wieder aufgrund des vom Wegsensor 19 erfaßten Istwertes der Position ausgeregelt.In addition to the position of the cylinder piston 12 , the pressure in the pressure chamber 13 is detected by a pressure sensor 37 and the pressure in the pressure chamber 14 by a pressure sensor 38 in the embodiment according to FIG. 2. With the help of these pressures, which change greatly due to the ge compressibility of the pressure medium under the influence of a disturbance variable, the control deviation can be kept even lower than in the embodiment according to FIG. 1. For this purpose, the output signals PA and PB of the pressure sensors 37 and 38 are given to a difference generator 39 , the output signal of which is fed to a D-element 40 . The output signals of the D-element 40 and the controller 32 are summed up to the manipulated variable Y by the summer 41 . In the embodiment according to FIG. 2, pressure control is subordinate to a position or speed control. At first, the pressure change is incorporated in the control. Ultimately, the position or the speed is corrected again on the basis of the actual value of the position detected by the displacement sensor 19 .

Bei einer erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebsvorrichtung ist nicht nur ein gute Ausregelung des Einflusses von Störgrößen möglich. Vielmehr läßt es eine solche Antriebsvorrichtung auch zu, eine bestimmte Position des Kolbens 12 mit hoher Geschwin­ digkeit anzufahren, da mit Hilfe der Piezoelemente auch dann ein Überschwingen des Kolbens über diese Position hinaus wirksam vermieden werden kann.With a hydraulic drive device according to the invention, it is not only possible to regulate the influence of disturbance variables well. Rather, it allows such a drive device to move to a certain position of the piston 12 at high speed, since overshoot of the piston beyond this position can also be effectively avoided with the aid of the piezo elements.

Die Längenänderung der Piezoelemente 25 bzw. 26 soll so bemessen sein, daß das entsprechende Verdrängungsvolumen dem Kompressi­ onsvolumen in den Räumen 13 bzw. 14 samt zugehörigen Leitungen entspricht.The change in length of the piezo elements 25 and 26 should be such that the corresponding displacement volume corresponds to the compression volume in the rooms 13 and 14 together with the associated lines.

Claims (11)

1. Hydraulische Antriebsvorrichtung, insbesondere für eine Werkzeugmaschine, mit einem Hydraulikzylinder (10) mit Zylinder­ kolben (12), mit einem Steuerventil, insbesondere einem Servo­ ventil (30), an das die Druckräume (13, 14) des Hydraulikzylin­ ders (10) angeschlossen sind, und mit einem Regler (32), der den Istwert und den Sollwert einer Zustandsvariablen des Zylinder­ kolbens (12) verarbeitet und von dem das Steuerventil ansteuer­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung des Volumens eines Druckraumes (13, 14) des Hydraulikzylinders (10) von min­ destens einem Piezoelement (25, 26) zumindest teilweise aus­ gleichbar ist.1. Hydraulic drive device, in particular for a machine tool, with a hydraulic cylinder ( 10 ) with cylinder piston ( 12 ), with a control valve, in particular a servo valve ( 30 ) to which the pressure chambers ( 13 , 14 ) of the Hydraulikzylin ders ( 10 ) are connected, and with a controller ( 32 ) which processes the actual value and the target value of a state variable of the cylinder piston ( 12 ) and from which the control valve can be activated, characterized in that a change in the volume of a pressure chamber ( 13 , 14 ) of the hydraulic cylinder ( 10 ) of at least one piezo element ( 25 , 26 ) is at least partially comparable. 2. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß ein von dem mindestens einen Piezoele­ ment (25, 26) bewegbarer Kolben (27, 28) den Druckraum (13, 14) zu dem Piezoelement (25, 26) hin abschließt.2. Hydraulic drive device according to claim 1, characterized in that one of the at least one Piezoele element ( 25 , 26 ) movable piston ( 27 , 28 ) closes the pressure chamber ( 13 , 14 ) to the piezo element ( 25 , 26 ). 3. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Piezoelemente (25, 26) vorhanden sind und daß von einem Piezoelement (25) eine Än­ derung des Volumens des Druckraumes (13) auf der einen Seite des Zylinderkolbens (12) und von dem anderen Piezoelement (26) eine Änderung des Volumens des Druckraumes (14) auf der anderen Seite des Zylinderkolbens (12) ausgleichbar ist.3. Hydraulic drive device according to claim 1 or 2, characterized in that at least two piezo elements ( 25 , 26 ) are present and that of a piezo element ( 25 ) a change in the volume of the pressure chamber ( 13 ) on one side of the cylinder piston ( 12 ) and a change in the volume of the pressure chamber ( 14 ) on the other side of the cylinder piston ( 12 ) can be compensated for by the other piezo element ( 26 ). 4. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Piezoelement (25), das dem einen Druckraum (13) zugeordnet ist und ein Piezoelement (26), das dem anderen Druckraum (14) zugeordnet ist, zur gleichen Zeit so an­ steuerbar sind, daß sie ihre Form entgegengesetzt ändern.4. Hydraulic drive device according to claim 3, characterized in that a piezo element ( 25 ) which is assigned to the one pressure chamber ( 13 ) and a piezo element ( 26 ) which is assigned to the other pressure chamber ( 14 ) at the same time are controllable that they change their shape in the opposite direction. 5. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Piezoelement (25, 26) an einer Stirnseite (17, 18) des Zylindergehäuses (11) ange­ ordnet ist. 5. Hydraulic drive device according to one of Ansprü che 1 to 4, characterized in that a piezo element ( 25 , 26 ) on an end face ( 17 , 18 ) of the cylinder housing ( 11 ) is arranged. 6. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Piezoelement (25, 26) dem Regler (32) über ein Frequenzfilter (34, 36) ansteuerbar ist.6. Hydraulic drive device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one piezo element ( 25 , 26 ), the controller ( 32 ) can be controlled via a frequency filter ( 34 , 36 ). 7. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Frequenzfilter (34, 36) ein Ver­ stärker (35) nachgeschaltet ist.7. Hydraulic drive device according to claim 6, characterized in that the frequency filter ( 34 , 36 ) a Ver stronger ( 35 ) is connected downstream. 8. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerventil (30) von dem Regler (32) direkt über einen Verstärker (33) ansteuerbar ist.8. Hydraulic drive device according to claim 6 or 7, characterized in that the control valve ( 30 ) from the controller ( 32 ) can be controlled directly via an amplifier ( 33 ). 9. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Piezoelement (25, 26) und das Steuerventil (30) vom Regler (32) über eine Frequenzweiche (36) ansteuerbar sind.9. Hydraulic drive device according to one of Ansprü che 1 to 7, characterized in that the at least one piezo element ( 25 , 26 ) and the control valve ( 30 ) from the controller ( 32 ) via a crossover ( 36 ) can be controlled. 10. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem vorhergehen­ den Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Zy­ linderkolbens (12) von einem Wegsensor (19) erfaßbar ist, dessen Ausgangssignal zum Regler (32) geführt ist.10. Hydraulic drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the position of the Zy cylinder piston ( 12 ) by a displacement sensor ( 19 ) can be detected, the output signal of which is guided to the controller ( 32 ). 11. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß der Druck in einem Druckraum (13, 14) von einem Drucksensor (37, 38) erfaßbar ist, dessen Ausgangssi­ gnal zu einem D-Glied (40) geführt ist.11. Hydraulic drive device according to claim 10, characterized in that the pressure in a pressure chamber ( 13 , 14 ) by a pressure sensor ( 37 , 38 ) can be detected, the output signal is guided to a D-element ( 40 ).
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