DE4326452A1 - Elektrohydraulisches Stellventil mit Kompensation der Durchflußcharakteristik - Google Patents
Elektrohydraulisches Stellventil mit Kompensation der DurchflußcharakteristikInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrohydraulische
Stellventile, insbesondere jedoch auf ein Stellventil mit einer
Stellgrößenkompensation, um ein für bestimmte Anwendungen, für die das
Ventil verwendet werden könnte, gewünschtes Betriebsverhalten
bereitzustellen. Beispielsweise könnte die Kompensation z. B. die
Durchflußcharakteristik linearisieren, wobei die Totzone, die sich aus einer
wesentlichen Überdeckungsbedingung ergibt, und andere nicht lineare
Durchflußeigenschaften, die einem spezifischen Typ von Ventil eigen sind, im
wesentlichen beseitigt werden.
Elektrohydraulische Stellventile sind aus dem Stand der Technik bekannt und
werden in vielen Anwendungsbereichen genutzt. Wie es dem Fachmann
bekannt ist, wandelt ein derartiges Stellventil elektrische Steuersignale in
hydraulische Ausgangssignale um, zur Ansteuerung eines Hydraulikmotors für
verschiedene Anwendungsfälle. In derartigen Vorrichtungen ist gewöhnlich
eine im Hinblick auf die Eingangssteuersignale im wesentlichen lineare
Durchflußcharakteristik wünschenswert. Ebenso sind minimale Undichtigkeiten
wünschenswert, wenn das Ventil in seiner Nullstellung ist. Bei einem solchen
Betriebsverhalten des Ventils verursacht ein sehr kleiner Betrag eines
angelegten Eingangssignals eine Bewegung des Ventils, wodurch die
Durchflußöffnungen geöffnet werden und die Flüssigkeit durch diese fließen
kann. Die Totzone wird typischerweise durch rechteckige Durchflußöffnungen
mit genau eingepaßten Stegen, die diese Öffnungen öffnen und verschließen,
beseitigt. Auf diese Weise wird ein von Kante zu Kante überdeckender Sitz
von Stegen an einem Spindelventil bezüglich der rechteckigen
Durchflußöffnungen geschaffen, der für die Beseitigung der unerwünschten
Totzone sorgt, wenn die Spindel durch ihren Nullbereich fährt. Dieser Kante-
zu-Kante-Überdeckungssitz ist jedoch auch gleichbedeutend mit einer hohen
Spindelundichtigkeit im Ruhezustand. Zur Überwindung dieser
Spindelundichtigkeit muß man die Spindel verlängern, so daß eine hinreichende
Überdeckung zwischen der Spindel und den Kanten der rechteckigen
Durchflußöffnungen vorhanden ist. Wenn dieses vorkommt, wird die
Undichtigkeit auf im wesentlichen Null reduziert. Unter diesen Bedingungen
wird jedoch die unerwünschte Totzone erzeugt.
Darüber hinaus ist die Herstellung von rechteckigen Öffnungen und
Bereitstellung von Kante zu Kante reichender Spindelüberdeckung äußerst
teuer, da maschinelle Bearbeitungen wie Funkenerosion sowie Feinschleifen
und Läppen benötigt werden, um die Spindel und die Kanten der
Durchflußöffnungen präzise zusammenzupassen.
In einem Versuch, die Kosten für die Herstellung derartiger
elektrohydraulischer Stellventile zu reduzieren, wurden von Zeit zu Zeit
Durchflußöffnungen mit anderer als rechteckiger Form verwendet. Eine dieser
nicht rechteckigen Durchflußöffnungen ist eine runde Durchflußöffnung.
Derartige runde Durchflußöffnungen sind relativ einfach herzustellen und
benötigen keine teuren maschinellen Bearbeitungen. Derartige
Durchflußöffnungen mit einer hinreichenden Überdeckung zur Minimierung
der Undichtigkeit bei der Nullstellung liefern jedoch eine stark nichtlineare
Durchflußverstärkungskurve für den Zusammenhang zwischen Stellgröße und
Durchfluß der Art, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. In Fig. 1 ist der
Durchfluß auf der Ordinate mit der Spindelposition auf der Abszisse
aufgetragen (die Spindelposition entspricht dem Eingangssignal). Wie zu sehen
ist, existiert hier eine beträchtliche Totzone (effektiv ein Nullfluß) um den
Mittelpunkt bzw. die Nullstellung der Spindel. Selbst wenn Durchfluß auftritt,
so ist er relativ klein verglichen mit der Spindelposition, da eine runde
Durchflußöffnung am Anfang der Öffnung nur einen kleinen Durchfluß zuläßt.
Als Ergebnis waren elektrohydraulische Stellventile mit runden Öffnungen als
Durchflußöffnungen im Stand der Technik keine akzeptablen preiswerten
Alternativen zu den rechteckigen Durchflußöffnungen mit hinreichender
Überdeckung zum Kompensieren von Undichtigkeiten.
Aus dem Stand der Technik ist ein Regelkreis zum Ausgleichen der durch die
ausreichende Überdeckung erzeugten Totzone bekannt, der zu einer
Abänderung des Eingangssignals verwendet wird, die Spindel schnell aus der
Totzone zu verschieben und dadurch stärker eine lineare Durchflußverstärkung
anzunähern. Eine derartige Vorrichtung wird in dem US-Patent 3,821,625
gezeigt. Wie darin offenbart wird, besitzt ein Operationsverstärker einen
Verstärkungsfaktor nahe unendlich, so daß ein differentiell kleines
Eingangssignal den Verstärker aussteuert, um eine feste maximale
Ausgangsspannung zu produzieren. Dieses Signal wird mit dem
Eingangssteuersignal gekoppelt, um das Ventil hinreichend zu verschieben und
die Spindelüberdeckung zu beseitigen, welche die Totzone verursacht. Obwohl
ein derartiger Ausgleich eine Beseitigung des in Fig. 1 gezeigten Totzonen-
Bereiches unterstützt, beseitigt er keine anderen nicht linearen Merkmale der
Kurve des Zusammenhangs zwischen Durchfluß und Spindelposition, wie
solche durch runde Durchflußöffnungen erzeugten.
Das US-Patent 4,513,782 offenbart eine elektrohydraulische
Stellventilvorrichtung welche ausgelegt ist, einen gewünschten linearen
Durchfluß als Reaktion auf alle möglichen daran angelegten elektrischen
Signale bereitzustellen. Um dieses zu erreichen, wird das Ventil direkt nach
der Herstellung ausprobiert und Abweichungen von der Linearität festgehalten.
Anschließend wird ein EPROM programmiert, um die angelegten elektrischen
Signale zur Beseitigung der Fehler dieses spezifischen Ventils zu ändern und
ein Ventil mit einer linearen Reaktion bereitzustellen. Das EPROM wird ein
fester Bestandteil des Ventils.
Ein elektrohydraulisches Stellventil mit Mitteln zur Erzeugung eines
elektrischen Signals, welches mit einem Stellsignal überlagert wird, um eine
bestimmte Durchflußcharakteristik zu erzeugen. Die Durchflußcharakteristik
wird für das Ventil durch die einzelne Anwendung unter seinen
Betriebsbedingungen bestimmt.
Fig. 1 ist eine Kurve, die den Durchfluß in Abhängigkeit von der
Spindelposition eines Ventils mit runden Öffnungen nach dem
Stand der Technik zeigt, als auch eine veranschaulichende
Skizze davon;
Fig. 2 ist eine Kurve, die das elektrische Rückkopplungssignal zeigt,
welches zur Kompensation der Durchflußcharakteristik gemäß
Fig. 1 benötigt wird;
Fig. 3 ist eine linearisierte Kurve nach der Anwendung des
Ausgleichssignals der Fig. 2;
Fig. 4 ist ein elektrisches Signal, welches zur Verwendung bei
spezifischen Anwendungen erzeugt werden könnte und welches
eine linearisierte Kurve annähert;
Fig. 5 ist die Durchflußkurve, die sich aus der Anwendung des in
Fig. 4 dargestellten elektrischen Signals ergibt;
Fig. 6 ist eine veranschaulichende schematische Darstellung eines
Ventils, welches runde Durchflußöffnungen verwendet;
Fig. 7 ist ein veranschaulichendes Blockdiagramm eines Systems,
welches eine runde Durchflußöffnung mit Kompensation der
Durchflußcharakteristik verwendet;
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm und veranschaulicht ein alternatives
System, welches runde Durchflußöffnungen verwendet und eine
Kompensation der Durchflußcharakteristik hat; und
Fig. 9 ist eine Kurve, die den Ausgang des in Fig. 8 gezeigten
angepaßten Sensors zeigt.
Wie aus der weiteren Beschreibung der Erfindung hervorgeht, kann die
Erfindung zum Anpassen der Motorreaktion verwendet werden, um jede
gewünschte Ausgangsgröße entweder eines EHSV (elektrohydraulischen
Stellventils) oder eines an diesem angeschlossenen Geräts zu erzeugen. Eine
solche Anpassung wird durch Bereitstellen eines elektrischen Signales für den
Motor bewerkstelligt, welches dann weiter in dem Steuerungsabschnitt des
Eingangsschaltkreises modifiziert wird, um dadurch das Eingangssignal für die
gewünschte Ausgangsgröße anzupassen. Für Ventile mit elektrischen
Rückkopplungssignalen für die Spindelposition, wie z. B. bei direkt
angetriebenen Ventilen, kann alternativ ein Signal durch einen an den Motor
oder an die Spindel angeschlossenen Sensor bereitgestellt werden, die mit dem
Motor verbunden ist, welcher wiederum die gewünschte Funktion liefert.
Dieses Signal wird dann zu der Führungsgröße in der Reglereinrichtung des
direkt angetriebenen Ventils addiert, um ein Eingangssignal für den
gewünschten Effekt an den Motor zu liefern.
Der Fachmann wird verstehen, daß die Anpassung des elektrischen
Eingangssignals nur durch die Anwendungen begrenzt ist, für die das EHSV
eingesetzt wird. Es wäre unmöglich, alle diese Möglichkeiten zu beschreiben.
Deswegen wird aus Gründen der Klarheit der Darstellung und Einfachheit der
Beschreibung und als eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ein EHSV beschrieben, welches Rundlochöffnungen mit großer
Spindelüberdeckung verwendet. Ein derartiges Gerät, welches eine Spindel 10
und Rundlochöffnungen 12 und 14 enthält, ist mit den Stegen 16 und 18,
welche für eine wesentliche Überdeckung der runden Öffnungen 12 und 14
sorgen, sehr schematisch in Fig. 1 dargestellt. Wie durch den Pfeil 20
dargestellt ist, beginnt die runde Öffnung 12 sich zu öffnen und ermöglicht
einen Durchfluß, wenn sich die Spindel nach rechts bewegt. Wenn die Spindel
schnell in beide Richtungen in ihre Endstellungen hin- und herfährt, kommt es
zu Durchfluß durch jede der beiden Öffnungen 12 und 14. Als Ergebnis der
Anordnung der Öffnungen und der wesentlichen Überdeckung ergibt sich die
in Fig. 1 gezeigte Kurve des Flusses im Verhältnis zur Spindelposition.
Aufgrund der Überdeckung der runden Öffnungen 12 und 14 durch die
Spindeln 16 und 18 ist ein vorbestimmter Versatz der Spindel 10 notwendig,
bevor Durchfluß möglich ist. Dies ergibt sich aus dem Überdeckungs-
Totzonenbereich. Wenn Durchfluß durch die Rundlochöffnung freigegeben
wird, ist er verhältnismäßig gering, während die Öffnung zunächst freigegeben
wird und steigt dann schnell auf vollen Durchfluß an, wie es durch die oberen
Abschnitte der Kurve, z. B. bei 22 und dem unteren Abschnitt bei 24 gezeigt
wird. Wie es dem Fachmann bekannt ist, ist das ideale Verhältnis von
Durchfluß und Spindelposition in vielen Ventilen eine lineare Kurve, wie sie in
Fig. 3 gezeigt ist. Das bedeutet, daß, während die Spindel sich in jeder
Richtung bewegt, der Durchfluß unverzüglich einsetzt und dann linear ansteigt,
wie es durch die Kurve 26 gezeigt wird.
In Fig. 6 ist ein EHSV mit Rundlochöffnungen schematisch dargestellt, das
zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Wie darin gezeigt ist, begrenzt ein Gehäuse 26 eine Bohrung 28, in welcher
eine Spindel 30 mit einem Paar Stegen 32 und 34 angeordnet ist, welche zur
Regelung des Durchflusses von Flüssigkeit unter Druck, wie z. B.
Hydraulikflüssigkeit, durch die Durchflußöffnungen 36 und 38, welche als
runde Durchflußöffnungen gezeigt sind, dienen. Der Motor 40 wird durch
elektrische Signale erregt, die an diesen mittels der elektrischen Eingänge 42
und 44 angelegt werden. Ein Motor 40 treibt die Spindel 30 an, wie durch die
Verbindung 46 zwischen dem Motor 40 und der Spindel 30 angedeutet wird.
Flüssigkeit, wie z. B. Hydraulikflüssigkeit unter Druck, wird von einer Quelle
48 durch geeignete Durchgänge wie gezeigt zu gegenüberliegenden Enden der
Spindel 30 geleitet. Wenn der Motor die Spindel 30 verschiebt, fließt
Flüssigkeit entweder durch die Öffnung 36 oder 38, abhängig von der Richtung
der Verschiebung der Spindel 30. Die Flüssigkeit fließt durch die Ausgänge C1
und C2 zu einem daran angeschlossenen Stellglied 50, welches wiederum eine
(nicht gezeigte) Last bewegt, wie es dem Fachmann wohl bekannt ist. Es ist
ebenso bekannt, daß, wenn Flüssigkeit von C1 in die Kammer 52 des
Stellgliedes 50 fließt, Flüssigkeit von der Kammer 54 durch C2 zum System
zurückfließt, wie es bei 56 gezeigt ist.
Das an die Eingänge des Motors 40 angelegte elektrische Signal kann von
einem Führungsgrößengenerator 56 stammen, in welchen Eingangssignale,
welche von jeder gewünschten Quelle sein können, durch die
Anschlußklemmen 58 und 60 eingespeist werden können. Die Ausgangsgröße
des Führungsgrößengenerators wird an eine Regeleinrichtung 62 angelegt, die
die Führungsgröße bearbeitet, um die gewünschte Anpassung des elektrischen
Signals zu schaffen, das an den Motor 40 angelegt werden soll, um das EHSV
zu veranlassen, das für die jeweilige besondere Anwendung gewünschte
Ausgangssignal bereitzustellen. Alternativ oder, wo ein direkt angetriebenes
Ventil verwendet wird, zusätzlich kann ein Sensor 64, wie z. B. ein lineares
Potentiometer, ein elektrisches Positionsausgangssignal liefern, welches
wiederum in die Regeleinrichtung 62 für die oben beschriebenen Zwecke
eingespeist wird. Die Regeleinrichtung enthält geeignete
Anpassungsschaltkreise, wie sie benötigt werden könnten.
Unter Bezugnahme auf insbesondere die Fig. 1, 2 und 3 wird klar, daß die
in Fig. 6 gezeigte Struktur ohne die Steuerungs- und Anpassungsschaltkreise
die in Fig. 1 gezeigte Kurve des Flusses im Verhältnis zur Spindelposition
liefern würde, während eine wie in Fig. 3 gezeigte Kurve des Flusses im
Verhältnis zur Spindelposition gewünscht ist. Die vorliegende Erfindung stellt
die gewünschte Anpassung in der Regeleinrichtung 62 zur Verfügung, um ein
elektrisches Signal der in Fig. 2 dargestellten Art zu liefern, auf die hiermit
Bezug genommen wird. Wie darin gezeigt, ist die angepaßte Führungsgröße,
welche an die Anschlußklemmen 42 und 44 des Motors 40 angelegt wird, auf
der Abszisse und die Spindelposition auf der Ordinate aufgetragen. Wie darin
gezeigt, wird ein sehr hohes Stellsignal in der Spindelnullstellung angelegt.
Das hohe Stellsignal dient zur Überwindung des Überdeckungs-
Totzonenbereiches. Das bedeutet, daß, wenn das hohe Stellnullsignal angelegt
wird, eine schnelle Bewegung der Spindel 30 stattfindet, um den
Totzonenbereich ohne Durchfluß im wesentlichen zu beseitigen. Dieses ist
durch den Nullbereich 66 in Fig. 2 dargestellt.
Im Anschluß an diesen Versatz der Spindel 30 bewirkt jedes beliebige an den
Anschlußklemmen 58 und 60 des Führungsgrößengenerators 56 anliegende
Eingangssignal einen Durchfluß, der jedoch, wie in Fig. 1 gezeigt, sehr klein
ist. Deshalb ist ein mit 68 und 70 bezeichneter mittlerer Stellbereich der Kurve
vorgesehen, um diesen normalerweise von der Vorrichtung nach der Fig. 6
zu erwartenden niedrigen Durchfluß zu kompensieren. Später, wenn der
Durchfluß wie bei 22 und 24 gezeigt ansteigt, wird der Stellfaktor ebener, wie
bei 72 und 74 in Fig. 6 gezeigt. So wird es im Grunde genommen der
Spindel 30 gestattet, sich so zu bewegen, wie sie es gewöhnlicherweise als
Reaktion auf ein an die Anschlußklemmen 42 und 44 angelegtes Signal ohne
Anpassung tun würde. Anwendung der in Fig. 2 dargestellten angepaßten
Führungsgröße auf den Motor 40 der in Fig. 6 gezeigten Anordnung bewirkt,
daß die gewöhnlich zu erwartende Spindelposition in der Weise abweicht, daß,
wenn die in Fig. 2 gezeigte angepaßte Führungsgröße ideal ist, die sich eine
lineare Durchflußcharakteristik, wie bei 26 in Fig. 3 gezeigt, ergibt.
Der Fachmann wird erkennen, daß es in vielen Beispielen vom
Kostengesichtspunkt aus unpraktisch ist, einen Anpassungsschaltkreis
vorzusehen, der geeignet ist, die ideale angepaßte Führungsgröße für den
Motor 40 zu erzeugen. Eine Annäherung an eine derartig angepaßte
Führungsgröße ist jedoch praktisch und preisgünstig erhältlich. Eine derartige
angepaßte elektrische Führungsgröße wird in Fig. 4 gezeigt. Wie darin
gezeigt, ist die angepaßte Führungsgröße auf der Abszisse und die
Spindelposition auf der Ordinate aufgetragen. Die in Fig. 4 gezeigte
angepaßte Führungsgröße enthält den bei 78 gezeigten sehr hohen Stellbereich,
welcher verwendet wird, um den wie in Fig. 1 gezeigten Überdeckungs-
Totzonenbereich zu überwinden. Ein mittlerer Stellbereich ist bei 80 und 82
auf der angepaßten Führungsgrößenkurve gezeigt, während ein Bereich mit
kleinem Stellfaktor bei 84 und 86 gezeigt ist. Die dazwischenliegenden
Stellbereiche 80 und 82 dienen zur Positionierung der Spindel, damit der
Durchfluß aus den runden Öffnungen schneller veranlaßt wird, als es
anderweitig der Fall sein würde, während die niedrigen Stellbereiche 84 und
86 lediglich den normalen Durchfluß gestatten, welcher bei einer derartigen
Spindelposition auftreten würde, bei der die runden Auslaßöffnungen im
wesentlichen offen sind.
Die sich ergebende Kurve des Flusses im Verhältnis zur Spindelposition, wenn
die wie in Fig. 4 gezeigte angepaßte elektrische Führungsgröße an die
Anschlußklemmen 42 und 44 des Motors 40 angelegt wird, ist in Fig. 5
gezeigt. Wie darin gezeigt, wird, obwohl die Kurve nicht wie gewünscht exakt
linear ist, eine gute Annäherung an eine derartige Linearität geschaffen. In
dem ursprünglichen Überdeckungs-Totzonenbereich um Null, wie er bei 88
dargestellt ist, herrscht ein im wesentlichen linearer Durchfluß, der den
Durchfluß annähert, welcher durch eine rechtwinklige Öffnung mit einem sehr
dichten, durch Feinschleifen eingepaßten Spindelventil auftritt. In den
dazwischenliegenden, bei 90 und 92 gezeigten Durchflußbereichen wurde der
in der Fig. 1 zu sehende beträchtlich niedrige Durchfluß wesentlich durch die
Verstärkung in der wie bei 80 und 82 gezeigten angepaßten Führungsgröße
verändert, um den Durchfluß im wesentlichen zu linearisieren. Die
Endabschnitte der Kurve bei 94 und 96 nähern wieder die Linearität an,
welche sich aus den niedrigen Verstärkungsbereichen 84 und 86 der in Figur
gezeigten angepaßten Führungsgröße ergibt.
Fig. 7 zeigt einen Schaltkreis, welcher verwendet werden könnte, um die in
Fig. 4 gezeigte angenäherte angepaßte Führungsgröße zu erzeugen. Wie Fig. 7
7 zeigt, wird das gewünschte Eingangssignal an die Anschlußklemmen 58 und
60 eines Trennverstärkers 100 angelegt. Der Ausgang des Trennverstärkers
wird dann an eine Anzahl von Verstärkern 102, 104 und 106 angelegt. Wie
durch den gestrichelten Verstärker 108 und die gestrichelten
Verbindungsleitungen zu diesem dargestellt ist, kann eine beliebige Anzahl von
Verstärkern verwendet werden, um die gewünschte Annäherung an die ideale
angepaßte Eingangsführungsgröße für die betreffende besondere Anwendung zu
erzeugen. Aus Gründen der Klarheit und Einfachheit der Beschreibung und
Darstellung wurden jedoch nur drei Verstärker dargestellt. In diesem
besonderen Beispiel wird ein Verstärker 102 mit einem hohen
Verstärkungsfaktor bereitgestellt, um den wie bei 78 in Fig. 4 gezeigten
hohen Verstärkungsbereich des Signals zu erzeugen. Das bedeutet, daß ein
verhältnismäßig kleines Eingangssignal des Trennverstärkers 100 durch den
Verstärker 102 mit einem beträchtlichen Verstärkungsfaktor verstärkt wird, um
die Spindel 30 zu veranlassen, sich sofort aus ihrem Überdeckungs-
Totzonenbereich zu bewegen um die Flüssigkeit bei Einsatz von jedem
beliebigen Signal sofort zum Fließen zu bringen. Da eine verhältnismäßig hohe
Stellbewegung der Spindel nur zur Überwindung des
Überdeckungstotzonenbereiches benötigt wird, ist ein Begrenzer 108 an den
Ausgang des Verstärkers 102 mit einem hohen Verstärkungsfaktor
angeschlossen. Wenn die Ausgangsgröße des Verstärkers 102 mit einem hohen
Verstärkungsfaktor einen vorbestimmten Punkt erreicht, bleibt das über den
Anschluß 110 an die Additionsstelle 112 angelegte Ausgangssignal fest,
unabhängig von jeder Zunahme der Führungsgröße des Trennverstärkers 100.
Der Verstärker 106 mit einem Zwischenverstärkungsfaktor wird verwendet,
um die dazwischenliegenden Verstärkungsbereiche 80 und 82 der wie in Fig.
4 gezeigten angepaßten Führungsgröße bereitzustellen. Auf diese Weise wird
bei Einsatz eines ansteigenden Signals des Trennverstärkers 100 die hoch
verstärkte Ausgangsgröße nach einem verhältnismäßig kleinen zusätzlichen
Anwachsen begrenzt, während durch den Verstärker mit dem
Zwischenverstärkungsfaktor das Signal weiter ansteigt, aber ebenfalls durch
den Begrenzer 114 begrenzt wird. Einmal begrenzt, bleibt das vom Begrenzer
114 über den Anschluß 116 an die Additionsverbindung 112 angelegte
Ausgangssignal konstant.
Der Verstärker 104 mit dem niedrigen Verstärkungsfaktor wird verwendet, um
die niedrigen Stellbereiche 84 und 86 der in Fig. 4 gezeigten angepaßten
Führungsgröße bereitzustellen. Aus diesem Grund fährt der Verstärker mit
dem niedrigen Verstärkungsfaktor fort zu verstärken entsprechend dem mit
diesem verbundenen Verstarkungsfaktor, ungeachtet des fortgesetzten
Ansteigens der Führungsgröße von dem Trennverstärker 100, und das
Ausgangssignal wird über den Anschluß 118 ohne Begrenzung an die
Additionsverbindung 112 angelegt. In ähnlicher Form können in den
zusätzlichen Verstärkern, wie in dem bei 108 gezeigten, Begrenzer verwendet
werden, brauchen es aber nicht, und deren Ausgangssignal würde ebenfalls an
die Additionsverbindung 112 angelegt.
Die verschiedenen durch die Verstärker eingespeisten Signale werden an der
Additionsverbindung 112 aufaddiert und ein zusätzlicher Begrenzer 120 kann
verwendet werden, wenn dies gewünscht ist, um eine Sättigung des Motors 40
der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung zu verhindern. Der Ausgang des
Begrenzers 120 wird an eine zusätzliche Additionsverbindung 122 angelegt.
Der andere Eingang an die Additionsverbindung 122 über die Leitung 124 ist
die interne Positionsrückkopplung der Vorrichtung. Eine derartige
Rückkopplung wird durch die Verwendung eines Sensors 126 bereitgestellt,
welcher, wie es durch die gestrichelte Linie 128 gezeigt ist, beliebig an jeden
beweglichen Abschnitt des EHSV 130 gekoppelt werden kann. Der Sensor
kann beispielsweise ein lineares Potentiometer sein, das mit der Spindel 30
gekoppelt ist, um ihre Position zu erfassen. Der Ausgang des Positionssensors
wird über die Leitung 132 an einen Filter/Trennverstärker 134 angelegt und
anschließend an einen Normierungsverstärker 136, dessen Ausgang dann an die
Additionsverbindung 122 angelegt wird. Die angepaßte Führungsgröße und das
Positionssignal werden miteinander verglichen, um ein Fehlersignal zu
entwickeln, das mittels der Leitung 138 an den Verstärker 140 angelegt wird.
Der Ausgang des Verstärkers wird dann mittels der Leitung 142 mit dem
Motor des EHSV 130 gekoppelt. Man erkennt, daß, wenn die Spindel 30 in
dem Überdeckungs-Totzonenbereich ist und ein Signal an die
Anschlußklemmen 58 und 60 angelegt wird, dieses durch den Verstärker 102
mit dem hohen Verstärkungsfaktor verstärkt wird und ein hohes
Verstärkungssignal, wie bei 78 in Fig. 4 gezeigt, an den Motor angelegt
wird, da der Sensorausgang anzeigt, daß die Spindel in ihrer Nullstellung ist.
Auf diese Weise verschiebt sich die Spindel 30 sofort in eine Position, um
einen Durchfluß wie im Abschnitt 88 der in Fig. 5 gezeigten Kurve zu
gestatten.
Wie oben beschrieben, kann es in einigen Beispielen gewünscht sein, eine
Eingangsführungsgröße bereitzustellen, welche wiederum verstärkt und an den
Motor des EHSV angelegt werden kann, um die gewünschte Ausgangsgröße zu
liefern. Dies kann durch die Verwendung eines angepaßten Sensors erreicht
werden, wie z. B. ein angepaßtes Potentiometer, welches das gewünschte
elektrische Ausgangssignal abhängig von der Position der Spindel in dem
EHSV liefert. Dieses Signal kann dann verstärkt und an den Motor angelegt
werden, um die Spindel zu veranlassen, sich in die gewünschte Position zu
bewegen, um den linearisierten Ausgangsfluß als Reaktion auf die
Spindelposition, wie oben beschrieben, zu schaffen. Ein derartiger Schaltkreis
ist schematisch in Fig. 8 gezeigt, auf welche hiermit Bezug genommen wird.
Wie in Fig. 8 gezeigt, wird die normale Führungsgröße durch den
Trennverstärker 100 mit dessen an die Additionsverbindung 150 angelegten
Ausgangsgröße eingespeist. Der andere Eingang in die Additionsverbindung
150 geht von einem angepaßten Sensor 152 aus, welcher beispielsweise, wie
durch die gestrichelte Linie 155 dargestellt, an die Spindel 30 des EHSV
angeschlossen ist. Der angepaßte Sensor kann die Form eines angepaßten
Potentiometers aufweisen, welches die gewünschte angepaßte Führungsgröße
an den Motor liefert, um den gewünschten Ausgangsfluß daraus
bereitzustellen. Dieses Signal von dem angepaßten Sensor 152 wird durch den
Anschluß 154 an einen Trennverstärker 156 und einen Normierungsverstärker
158 angelegt. Die Ausgangsgröße des Normierungsverstärkers wird durch die
Verbindung 160 an die Additionsverbindung 150 angelegt. Die Ausgangsgröße
der Additionsverbindung wird dann ein Signal sein, welches angepaßt ist, um
gewünschte Betriebsverhalten des EHSV 130 zu erzeugen. Das Signal kann
durch die Begrenzungsvorrichtung 162 begrenzt, dann bei 140 verstärkt und in
den Motor 130 eingespeist werden.
Das gewünschte Signal in der Leitung 154 wäre von der in Fig. 9 gezeigten
Art. Wie darin dargestellt, ist die Spindel- und Sensorposition auf der Abszisse
und das Sensorausgangssignal auf der Ordinate gezeigt. Das
Sensorausgangssignal wird, wenn es richtig verstärkt und normiert ist, der
Durchflußkurve der Fig. 1 sehr ähnlich sein. Wenn es an die
Regeleinrichtung angelegt und in dieser bearbeitet wird, um das Eingangssignal
für den Motor zu bilden, wird die sich ergebende Kurve der Spindelposition im
Verhältnis zur Durchflußkurve wie in Fig. 1 gezeigt sein.
Es ist also ein elektrohydraulisches Stellventil offenbart worden, welches mit
einem geeigneten Schaltkreis verbunden ist, um eine angepaßte Führungsgröße
zum Erzielen der gewünschten Durchflußcharakteristik, wie es für eine
beliebige Anwendung benötigt wird, zu liefern.
Claims (9)
1. Elektrohydraulisches Stellventilsystem mit einem auf elektrische Signale
reagierenden Motor zur Positionierung eines Ventilelementes zur
Kontrolle des Durchflusses von Flüssigkeit, aufweisend:
elektrische Schaltkreismittel mit Mitteln zum Empfangen einer elektrischen Führungsgröße und Mittel zum Anpassen der elektrischen Führungsgröße, um das Ventil zu veranlassen, einen Flüssigkeitsfluß zum Bewirken einer vorbestimmten Aufgabe zu liefern,
einen mit dem elektrohydraulischen Stellventilsystem verbundenen Positionssensor zur Lieferung eines für die Position repräsentativen elektrischen Signals,
Mittel zum Vergleichen des Positionssignals und des angepaßten Signals zum Erzeugen eines Eingangssignales für den Motor, und
Mittel zum Koppeln des Eingangssignals an den Motor.
elektrische Schaltkreismittel mit Mitteln zum Empfangen einer elektrischen Führungsgröße und Mittel zum Anpassen der elektrischen Führungsgröße, um das Ventil zu veranlassen, einen Flüssigkeitsfluß zum Bewirken einer vorbestimmten Aufgabe zu liefern,
einen mit dem elektrohydraulischen Stellventilsystem verbundenen Positionssensor zur Lieferung eines für die Position repräsentativen elektrischen Signals,
Mittel zum Vergleichen des Positionssignals und des angepaßten Signals zum Erzeugen eines Eingangssignales für den Motor, und
Mittel zum Koppeln des Eingangssignals an den Motor.
2. Ein elektrohydraulisches Stellventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mittel zum Anpassen eine Anzahl von
Verstärkern enthalten, von denen jeder einen unterschiedlichen
Verstärkungsfaktor hat, und Mittel zum Addieren der Ausgangssignale
der Verstärker.
3. Ein elektrohydraulisches Stellventil nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens einer der Verstärker Mittel zur
Begrenzung seines Ausgangssignals enthält.
4. Ein elektrohydraulisches Stellventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ventil runde Öffnungen umfaßt und das
Ventilelement die runden Öffnungen bedeckt, dadurch eine
Durchflußcharakteristik mit einer Totzone, Zwischenfluß und vollem
Durchfluß liefert, daß ein erster der Verstärker ein erstes Signal zum
Ausgleich der Totzone liefert, daß ein zweiter der Verstärker ein
zweites Signal zum Ausgleich des Zwischenflusses liefert und daß ein
dritter der Verstärker ein drittes Signal zum Ausgleich des vollen
Durchflusses liefert, wodurch eine im wesentlichen lineare
Durchflußcharakteristik erzeugt wird.
5. Ein elektrohydraulisches Stellventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß es weiterhin einen angepaßten Sensor zur
Lieferung eines gewünschten elektrischen Eingangssignal an den Motor
umläßt, Mittel zum Koppeln des gewünschten Signals und der
Führungsgröße zum Vergleich und zur Erzeugung eines Eingangssignals
für den Motor.
6. Eine elektrohydraulisches Stellventil nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der angepaßte Sensor ein angepaßtes Potentiometer
ist.
7. Ein elektrohydraulisches Stellventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Positionssensor mit dem Ventilelement
gekoppelt ist.
8. Ein elektrohydraulisches Stellventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß es weiterhin ein an das Stellventil gekoppeltes
Stellglied enthält und der Positionssensor mit dem Stellglied gekoppelt
ist.
9. Ein elektrohydraulisches Stellventil nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Positionssensor mit dem Motor gekoppelt ist.
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