DE2713802C2

DE2713802C2 - Vorrichtung zum Regeln der kontinuierlichen Zufuhr eines hydraulischen oder pneumatischen Antriebsmittels

Info

Publication number: DE2713802C2
Application number: DE2713802A
Authority: DE
Inventors: Denes B. Hunkar; Hans Cincinnati Ohio Ortlepp
Original assignee: HUNKAR LABORATORIES Inc CINCINNATI OHIO US
Current assignee: HUNKAR LABORATORIES Inc CINCINNATI OHIO US
Priority date: 1976-10-29
Filing date: 1977-03-29
Publication date: 1985-04-18
Also published as: DE2713802A1; FR2369609B1; IT1085103B; GB1569477A; JPS5356489A; FR2369609A1; CA1078943A; US4132152A; JPS6213522B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Regeln der kontinuierlichen Zufuhr eines hydraulischen oder pneumatischen Antriebsmittels zu einer hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Vorrichtung mit einem einen elektrischen Sollwert abgebenden Sollwertgeber, einem einen Istwert abgebenden, mit der hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Vorrichtung verbundenen Istwertgeber und einem Vergleichsglied, das ein der Differenz zwischen Soll- und Istwert entsprechendes elektrisches Regelabweichungssignal an einen elektro-hydraulischen oder elektro-pneumatischen Signalumformer abgibt, der ausgangsseitig mit einem Stellventil ohne Rücksteileinrichcung verbunden ist, über das die hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Vorrichtung mit dem von einer Pumpvorrichtung abgegebenen hydraulischen oder pneumatischen Antriebsmittel versorgt wird.

Ein elektro-pneumatischer Stellungsregler der obengenannten Art ist aus der Literaturstelle »Regelungstechnische Praxis« (1969), S. 72 und 73, bekannt, bei dem der Sollwert der Regelgröße mit dem über einen induktiven Rückmclder abgegriffenen Istwert verglichen wird. Die Differenzspannung wird elektrisch verstärkt und an die Spule eines Elektromagneten angelegt, der eine Metallmembran hoher Eigenfrequenz bewegt. Diese ΛίεΙβΙίΓη.ειτώΓΒη dient als Prallplatte eines Düse-Prallplatten-Systems, dessen Kaskadendruck eine pneumatischen Druck-Leistungsverstärker ansteuert. Das pneumatische Ausgangssignal wird zum Antrieb geführt, der solange bewegt wird, bis am Vergieicher Gleichgewicht herrscht Bei Gleichheit zwischen SoIl- und Istwert wird kein Ausgangssignal abgegeben, so daß durch das elektro-pneumatische Stellventil die Druckluftzufuhr zum Antrieb des bewegten Elementes unterbrochen wird und dieses in der erreichten Sollstellung verharrt. Bei dem bekannten elektro-pneumatischen Stellungsregler handelt es sich somit um eine Regeleinrichtung zur Positionierung eines beweglichen Elementes und nicht um die Regelung der Geschwindigkeit, der Winkelgeschwindigkeit oder der Beschleunigung eines ständig bewegten Teils, bei dem auch bei Gleichheit zwischen vorgegebenem Sollwert und je-

weils vorliegendem Istwert ein Antriebsmittel auf das bewegte Teil einwirkt

Aus der Literaturstelle »Die elektrische Ausrüstung«, 24. Juni 1968, S. 77 bis 80, ist eine Vorrichtung zum Regeln eines Flüssigkeitsstromes für eine hydraulisch betriebene Vorrichtung bekannt, bei dem eine ständig laufende Pumpe den Flüssigkeitsstrom unter Druck kontimuierlich durch ein Sicherheitsventil zu einem elektromechanisch betätigten Steuerventil fördert Die jeweilige Stellung des Steuerventils wird durch einen gegen Federkraft arbeitenden elektro-mechanischen Stellmotor positioniert, wobei das Steuerventil drei Ventilkolben aufweist, die in der Durchflußrichtung einer Flüssigkeits-Zufuhr- sowie zweier Flüssigkeits-Rücklaufleitungen und mit zwei, mit der hydraulisch betriebenen Vorrichtung verbundenen Leitungen stehen. Je nach der Stellung des Steuerventils und damit der Ventilkolben wird die Richtung der Zuführung des Flüssigkeitsstromes bestimmt und damit die Bewegung der hydraulisch betriebenen Vorrichtung in der einen oder anderen Richtung. Dabei ist das Steuerventil so konstruiert fiaß die Flüssigkeit in jeder Position der Ventilkolben zur Pumpe zurücklaufen kann. Die Verstellkraft das elektromechanischen Stellmotors wird von dem dem Stellmotor zugeführten Strom bestimmt der als Regelgröße von der Regelvorrichtung in Abhängigkeit von der Stellung der hydraulisch betriebenen Vorrichtung vorgegeben wird. Bei der bekannten Vorrichtung handelt es sich somit um die Regelung der Bewegung einer hydraulisch angetriebenen Vorrichtung, bei der die Regelung unmittelbar über das Steuerventil erfolgt und eine elektrische Verbindung zwischen einem mit der hydraulisch angetriebenen Vorrichtung verbundenen Istwertgeber und dem elektro-mechanischen Stellmotor zum Verschieben des Steuerventils vorliegt

Aus der Literaturstelle: Winfried Oppelt »Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge«, Verlag Chemie, Weinheim, 1972, S. 349 und 350, ist eine Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl einer Turbine mittels eines Fliehpendeldrehzahlmessers mit nachgeschaltetem hydraulischen Verstärker bekannt, bei der ein in der zur Turbine führenden Rohrleitung angeordnetes Dampfventil vorgesehen ist, das mit einem hydraulischen Stellmotor verbunden ist. Die Flüssigkeitszufuhr zum hydraulischen Stellmotor erfolgt über z'vei zur einen bzw. anderen Seite des Stellkolbens führende Rohrleitungen, die über einen hydraulischen Verstärker mit einer Pumpvorrichtung verbunden sind. Der hydraulische Verstärker enthält zwei die zum Stellmotor führenden Rohrleitungen abdeckende bzw. freigebende Ventilkolben, die vor einem Ventilschaft angeordnet sind, der über eine Differentialhebeleinrichtung sowohl mit einem Fliehpendeldrehzahlmesser als Istwertgeber für die Drehzahl der Turbine als auch mit einem Sollwerteinsteller verbunden ist. Die bekannte Regelvorrichtung enthält somit eine mechanische Einrichtung zur Ermittlung der Sollwert-Istwert-Differenz und einen die Regelabweichung in eine hydraulische Stellgröße umwandelnden hydraulischen Verstärker, der zur Vermeidung von Regelschwingungen mit dem Stellmotor über eine nachgebende Rückführung verbunden ist. Entfällt zur Erhöhung der Regelgeschwindigkeit die nachgebende Rückführung, so sind bei dieser bekannten Vorrichtung Regelschwingungen unvermeidlich und führen insbesondere bei stoßartigen Belastungen der Turbine zu einer instabilen Regelung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die ohne Rückführung vom Stellventil zum Signalumformer eine schnelle Änderung der Zufuhr d^s Antriebsmittels bei einer Regelabweichung sicherstellt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der elektro-hydraulische oder elektro-pneumatische Signalumformer zwei Ausgänge aufweist, die auf das Regelabweichungssignal einander entgegengesetzte hydraulische oder pneumatische Steuerdrücke über zwei Steuerleitungen an zwei an gegenüberliegenden ίο Enden des Stellventils angeordnete Steuerkammer.n abgeben, daß das Stellventil einen mit mindestens zwei Ventilkolben versehenen axial verschiebbaren Ventilschieber aufweist und daß die Ventilkolben bei einer seitlichen Verschiebung des Ventilschiebers infolge des in den Steuerkammern wirkenden Steuerdruckes die mindestens eine mit der hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Vorrichtung verbundene erste Stellventil-Ausgangsöffnung sowie die mindestens eine, mit einem Antriebsmittel-Vorratsbehälter verbundene zweite Stellventil-Ausgangsöffnung verkiek «rt bzw. vergrößert

Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet eine

schnelle Änderung der Zufuhr des hydraulischen oder pneumatischen Antriebsmittels zu einer hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Vorrichtung ohne eine Rückführung vom Stellventil zum Signalumformer.

Infolge der einander entgegengesetzten hydraulischen oder pneumatischen Steuerdrücke auf die einander gegenüberliegenden Enden des Steiiventils wird bei einer Abweichung des Istwerts vom vorgegebenen Sollwert ein schnelles Verschieben des Stellventils und damit eine Verringerung der Regelabweichung bewirkt ohne daß spezielle Maßnahmen zur Rückkopplung der Stellung des Stellventils zum Signalumformer erforder-Hch sind.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild zur Regelung der geradlinigen Bewegung eines mittels eines hydraulischen AntrieDsmittels angetriebenen Kolbens unter Verwendung eines Strahlrohres für den elektro-hydraulischen Signalumformer;

F i g. 2 ein Prinzipschaltbild zur Rege'ung der Rotationsgeschwindigkeit eines mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Antriebsmittels angetriebenen Motors unter Verwendung einer Prallplattenanordnung für den elektro-hydraulischen oder elektro-pneumatischen Signalumformer;

so F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Regelvorrichtung mit einem in seiner Mittelstellung offenen Vierweg-Stellventil mit einem Ventilschieber mit zwei VentilkolLen;

F i g. 4 eine schematische Darstellung einer Regelvorrichtung mit einem in seiner Mittelstellung geschlossenen Vierweg-Steuerventil mit einem Ventilschieber mit zwei Ventilkolben;

F i g. 5 eine schamatische Darstellung einer Regelvorrichtung mit einem in seiner Mittelstellung geschlossenen Vierweg-Steuerventil mit einem Ventilschieber mit drei Ventilkolben; und

F i g. 6 eine schematische Darstellung einer Regelvorrichtung mit einem in seiner Mittelstellung offenen Vierweg-Steuerventil m> einem Ventilschieber mit drei 6* Ventilkolben.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit eines geradlinig bewegbaren Elementes, z. B. einer translatorisch bewegbaren Stange 10. die mit

einem Kolben 12 verbunden ist, der bewegbar in einem Zylinder 14 angeordnet ist. Obwohl die in F i g. 1 gezeig te Ausführungsform des Regelkreises anhand der Regelung der Lineargeschwindigkeit der Kolbenstange 10 beschrieben wird, ist sie auch zur Regelung der Linearbeschleunigung der Kolbenstange 10 oder zur Regelung der auf die Kolbenstange 10 oder über den Kolben 12 auf die Kolbenstange 10 einwirkenden Kraft (oder des einwirkenden Druckes), wenn sich die Stange 10 im »Totpunkt«, d. h. nicht in Bewegung befindet, einsetzbar.

Der Geschwindigkeitsregelkreis gemäß F i g. 1 besitzt einen Sollwertgeber 16, der Sollwert-Signale erzeugt, deren Größe der Geschwindigkeit »V« entspricht, mit der die Stange 10 ihre lineare Bewegung ausführen soll. Der Geschwindigkeits-Sollwertgeber 16 ist schematisch als Spannungsteiler 16/4 dargestellt, der einen verstellbaren Verschiebekontakt 16S besitzt, der in Abhängigkeit von seiner Stellung die elektrischen Geschwindigkeits-Sollwert-Signale über einen Leiter 18 ausgibt. Alternativ kann der Sollwertgeber 16 ein Geschwindigkeits-Programmgeber sein, der Geschwindigkeits-Sollwerte erzeugt, deren Größe von der Position der Stange 10 abhängig ist

Der Geschwindigkeits-Regelkreis gem. F i g. I besitzt ferner einen Geschwindigkeits-Istwertgeber 19, der ein von der jeweiligen translativen Geschwindigkeit der Stange 10 abhängiges elektrisches Signal über einen Leiter 25 abgibt In einer Ausführungsform besteht der Geschwindigkeits-Isf/vertgeber 19 aus einer mit der Stange 10 verbundenen und mit ihr bewegbaren Zahnstange 20 und einem mit der Zahnstange in kämmendem Eingriff stehenden Ritzel, das drehbar auf einer feststehenden Welle gelagert ist Dadurch wird die lineare Bewegung der Stange 10 in eine Rotationsbewegung des Ritzels 22 übersetzt Das Ritzel 22 bildet den Eingang ciTicS FaCnUmCiCfS 24, uäS üucf eine ÄüSgäOgsicuUng 25 ein elektrisches Signal abgibt, dessen Größe von der translativen Geschwindigkeit » V« der Stange 10 abhängig ist und ein Geschwindigkeits-Rückkoppelungs-Signal En, darstellt

Eine Rechnerschaltung 26, z. B. ein Summierwerk, empfängt sowohl das Rückkoppelungs-Signal auf der Leitung 25 als auch das Sollwert-Signal der Geschwindigkeit auf Leitung 18. Die Rechnerschaltung 26 erzeugt auf ihrer Ausgangsleitung 28 ein elektrisches Signal, das die Differenz zwischen der Sollwert-Geschwindigkeit bzw. der Sollwert-Geschwindigkeit der angetriebenen Welle 10 und dem Rückkoppelungs-Signal des Istwertes der Geschwindigkeit der Welle 10 repräsentiert Da das Ausgangssignal auf der Leitung 28 der Rechnerschaltung 26 die Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert der Geschwindigkeit repräsentiert, ist es zu jedem Zeitpunkt ein Signal der Regelabweichung der Geschwindigkeit

Das Signal der Regelabweichung der Geschwindigkeit auf der Leitung 28 wirkt über einen geeigneten Verstärker 30 mit einer Verstärkung K\ auf einen elektro-hydraulischen- bzw. elektro-pneumatischen Signalumformer 32. Der Signalumformer 32 steuert eine Kraft F_n auf ein bewegliches Ventilelement, wie z. B. einen Ventilschieber 34 eines in seiner Mittelstellung offenen Strömungsteilenden Dreiweg-Stellventiles 36. Die Größe dieser Kraft entspricht dem Wert der Regelabweichung der Geschwindigkeit dadurch, daß das Drückmedium von einer Druckmediumquelle, z. B. einer Pumpe 38 durch das Stellventil 36 über eine Druckmediumleitung 40 zu dem Zylinder J4 strömt Die resultierende Strömung durch die Leitung 40 zum Zylinder 14 übt auf den Kolben 12 ein Kraft aus, durch die die Geschwindigkeit der Stange 10 erhöht wird. Wenn sich die Geschwindigkeit der Stange 10 dem von dem Sollwert-Geber 16 vorgegebenen Sollwert nähert, nähert sich der Wert des Rückkoppelungs-Signales der Geschwindigkeit auf dem Leiter 25 dem Wert des Sollwert-Signales der Geschwindigkeit auf den Leiter 18. Wenn der Geschwindigkeits-Istwert der Stange 10 gleich dem Geschwindigkeits-Sollwert ist, sind über die Leitungen 25 und 18 auf die Eingänge der Rechenschaltung 26 wirkenden Geschwindigkeits-RUckkoppelungs- und Geschwindigkeits-Sollwert-Signale gleich, wodurch das erzeugende Signal der Regelabweichung gleich Null ist.

Ein auf den elektro-hydraulischen bzw. elektro-pneumatischen Signalumformer 32 wirkendes Nullsignal der Regelabweichung bewirkt eine Null-Nettokraft Fn auf den Ventilschieber 34. Wenn auf den Ventilschieber 34 über den Signalumformer 32 keine Kraft wirkt, und der Ventilschieber 34 keinen anderen Kräften (Druckmedium-, mechanischen, Feder-Kräften usw.) ausgesetzt ist, bleibt der Ventilschieber 34 in der Stellung stehen, in die er durch den Prozeß gebracht worden ist, durch den die Strömung in der Leitung 40 zum Zylinder 14 erzeugt wurde, die erforderlich war, die Stange 10 auf den Soliwert der Geschwindigkeit zu bringen.

Die in F i g. I dargestellte Ausführungsform des Signalumfonners 32 besitzt ein Strahlrohr 44. Das Strahlrohr 44 ist an seinem unteren Ende ΑΛΑ offen und mit seinem oberen Ende 44Z? mit einer Steuerdruckquelle 46 verbunden. Das Strahlrohr 44 ist derart an seinem oberen Ende 445 angelenkt, daß sein unteres Ende zwischen einer ersten und einer zweiten Eingangsöffnung 48 und 50 von Druckmediumleitungen 52 und 54 zugeordneten Grenzstellung schwenkbar ist. Die anderen Enden 56 und 58 der Leitungen 52 und 54 sind mit einander gegenüberliegenden Sicuerkarnrnern 36/4 und 36ß des Stellventiles 36 verbunden. Der Signalumformer 32 besitzt ferner einen geeigneten elektro-mechanisehen Transmitter 60. Der Transmitter 60 bewirkt die Schwenkbewegung des Strahlrohres 44 in Abhängigkeit des auf ihn über den Leiter 31 wirkenden Signales der Regelabweichung.

In F i g. I ist der Signalumformer 32 in seiner Mittelstellung dargestellt, in der das untere Ende 44/4 des Strahlrohres 44 gleich weit von den öffnungen 48 und 50 entfernt, ist; diese Mittelstellung nimmt das Strahlrohr 44 ein, wenn das auf den elektro-mechanischen Transmitter 60 wirkende Signal der Regelabweichung

so Null ist Unter diesen Bedingungen sind die durd· die Leitungen 52 und 54 übertragenden Drücke den in den Steuerkammern 36>4 und 365 erzeugten Drücken gleich.

Wenn der Wert des auf den Signalumformer 32 wirkenden Signales der Regelabweichung von Null aus ansteigt, schwenkt das Strahlrohr 44 in Abhängigkeit von der Polarität des Signales der Regelabweichung in Richtung auf die eine oder die andere der öffnungen 48 oder 50. Wenn gewünscht wird, die Geschwindigkeit der Stange 10 entweder von Null aus oder von einem anderen niedrigeren von Null abweichenden Wert aus zu erhöhen, ist die Polarität des Signales der Regelabweichung so, daß das Strahlrohr 44 im Uhrzeiger schwenkt, so daß sein unteres Ende 44/4 näher an die Öffnung 50 als an die öffnung 48 gebracht wird; dadurch übersteigt der durch die Leitung 54 in die Steuerkammer 36ß übertragene Druck den durch die Leitung 52 in die Steuerkammer 36A übertragenen Druck. Unter diesen Bedin-

gungen ist die auf die benachbarte Stirnfläche 34ß des Ventilkolbens 34" wirkende Kraft Fl größer als die auf die benachbarte Stirnfläche 34/t des Ventilkolbens 34' wirkende Kraft Fr, so daß eine resultierende Kraft Fn nach links wirkt. Der Ventilschieber 34 wird von der nach links wirkenden resultierenden Kraft Fn nach links geschoben; dadurch wird gleichzeitig eine Ventilöffnung 68 geschlossen und eine Ventilöffnung 66 geöffnet. Die Ventilöffnung 68 ist durch eine Leitung 72 mit einem Vorratsbehälter 70 verbunden. Bei der nach links gerichteten Bewegung des Ventilschiebers 34 ist die Größenänderung der öffnungen 66 und 68 einander entgegengesetzt; der Größenunterschied hängt von dem Wert des auf den Signalumformer 32 wirkenden Signales der Regelabweichung ab. Wenn sich der Ventilschieber 34 nach links bewegt, wird ein geringerer Strom des Druckmediums, das von der Pumpvorrichtung 38 in die Steuerkammer 36Cdurch eine öffnung 71 eintritt, durch eine öffnung 68 und eine Leitung 72 in den Behälter 70 geleitet, dadurch wird der durch die Ventilöffnung 66 und die Leitung 40 in die Zylinderkammer 14/4 übertragene Druck erhöht. Durch die Linksbewegung des Ventilschiebers 34 wird zusätzlich die Überdeckung der öffnung 66 durch den Ventilkolben 34' des Ventilschiebers 34 reduziert, so daß die Strömung zwischen der mit der Pumpvorrichtung 38 verbundenen Steuerkammer 36C und der Leitung 40 weniger gedrosselt wird. Als Folge dieser durch die Linksbewegung des Ventilschiebers 34 ablaufenden Effekte erhöht sie''¹ die auf den Kolben 12 und damit auf die Stange 10 wirkende Kraft und damit die Geschwindigkeit der Stange 10.

Wenn die Geschwindigkeit der Stange den von dem Sollwertgeber 16 vorgegebenen, von Null abweichenden Sollwert erreicht und das auf den Signalumformer 32 wirkende Signal der Regelabweichung auf Null abfällt, kehrt das Strahlrohr 44 in seine in F i g. 1 dargestellte Mittelstellung zurück. Dadurch werden die auf die gegenüberliegenden Stirnflächen 34M und 345 des Ventilschiebers 34 wirkenden Kräfte Fr und Fl gleich, wodurch die auf den Ventilschieber 34 wirkende resultierende Kraft Fn auf Null reduziert wird. Der Ventilschieber 34 bleibt in der neuen weiter links liegenden Stellung stehen, die er zu dem Zeitpunkt eingenommen hat, zu dem die Geschwindigkeit der Stange 10 den neuen größeren Sollwert erreicht hat. Dadurch wird die Geschwindigkeit der Stange 10 auf diesem Sollwert gehalten, bis von dem Geschwindigkeits-Sollwertgeber 16 ein anderer Geschwindigkeits-Sollwert vorgegeben wird.

Wenn nun der Istwert der Geschwindigkeit der Stange 10 von einem von Null abweichenden, bestehenden, von dem Sollwert-Geber 16 vorgegebenen Istwert der Geschwindigkeit auf einen von Null abweichenden, niedrigeren Wert reduziert werden soll, wird das Sollwert-Signal auf dem Leiter 18 auf den niedrigeren, von Null abweichenden Sollwert reduziert; dadurch wird von der Rechenschaltung 26 ein Regelabweichungs-Signal erzeugt Die Größe des Regelabweichungs-Signales ist der gewünschten Reduktion der Geschwindigkeit proportional Die Polarität dieses Regelabweichungs-Signales ist derjenigen entgegengesetzt, die sich ergibt, wenn der Istwert der Geschwindigkeit erhöht werden solL Dieses Regelabweichungs-Signal wirkt auf den Signalumformer 32. Dadurch wird das Strahlrohr 44 nach links geschwenkt, so daß eine Austrittsöffnung näher an die öffnung 48 als an die öffnung 50 gebracht wird. Dadurch wird ein höherer Druck durch die Leitung 52 in die Steuerkammer 36/4 übertragen als durch die Leitung 54 in die Steuerkammer 36ß. Die nach rechts gerichtete Kraft Fr übersteigt nun die nach links gerichtete Kraft Fl. wodurch die auf den Ventilschieber 34 wir- kende resultierende Kraft F_n nach rechts gerichtet ist, so daß der Ventilschieber 34 nach rechts geschoben wird.

Der Regelkreis gem. F i g. 1 kann auch ein Regelabweichungssignal erzeugen, um den Ventilschieber 34 in eine neue Stellung zu schieben, ohne daß eine Änderung des Sollwert-Signales der Geschwindigkeit auf einen größeren oder einen kleineren Wert vorliegt. Genauer gesagt, wird auch dann ein Regelabweichungs-Signal erzeugt, um den Ventilschieber 34 in eine neue Stellung zu schieben, wenn sich bei NichtVorhandensein eines Regelabweichungs-Signales der Istwert der Geschwindigkeit der Stange 10 ändert, d. h., infolge einer Erhöhung oder Verringerung der auf die Stange 10 wirkenden Last erhöht oder verringert. Wenn z. B. der Istwert der Geschwindigkeit der Stange 10 den von dem Sollwert-Geber 16 vorgegebenen Sollwert der Geschwindigkeit erreicht hat und der Ventilschieber 34 als Antwort auf ein Null-Signal der Regelabweichung in einer außermittigen Stellung stehen geblieben ist und art-

schließend ohne eine Änderung des Sollwertes die Belastung der Stange 10 erhöht wird, wird ihre Geschwindigkeit vorübergehend abfallen. Diese Reduktion des Istwertes der Geschwindigkeit der Stange 10 erzeugt ein Regelabweichungs-Signal, dessen Wert gleich der Differenz zwischen der Soll- und der Ist-Geschwindigkeit ist, und dessen Polarität so ist, daß das Strahlrohr 44 im Gegenuhrzeigersinn schwenkt, um eine nach links gerichtete auf den Ventilschieber 34 wirkende resultierende Kraft Fn zu erzeugen, so daß gleichzeitig die öff-

nung 66 vergrößert und die öffnung 68 verkleinert wird, so daß mehr Druckmedium durch die Leitung 40 in den Zylinder 14/4 und weniger durch die Leitung 72 in den Behälter 70 strömt Die Geschwindigkeit der Stange 10 steigt nun wieder an. Wenn die Ist-Geschwindigkeit der Stange 10 wieder den bereits vor der plötzlichen Erhöhung der Belastung der Stange 10 bestehenden Sollwert erreicht, wird das Regelabweichungs-Signal wieder Null, das Strahlrohr 44 kehrt wieder in seine Mittelstellung zurück, wird die auf den Ventilschieber 34 wirken- de resultierende Kraft Fn wieder Null und der Ventilschieber 34 verharrt in seiner neuen weiter links liegenden Stellung. Dadurch wird die Ist-Geschwindigkeit der Stange 10 unabhängig von einer Erhöhung des Widerstandes gegen die Bewegung der Stange 10 auf dem

so unveränderten Sollwert gehalten.

Wunn der Widerstand gegcr. die Bewegung der Stange 10 abfällt, während keine Erhöhung des Geschwindigkeits-Sollwertes vom Sollwertgeber 16 ansteht, steigen vorübergehend sowohl die Geschwindigkeit der Stange als das Rückkoppelungs-Signal der Geschwindigkeit auf dem Leiter 25, wodurch ein Signal der Regelabweichung der Geschwindigkeit auf dem Leiter 28 erzeugt wird. Die Polarität dieses Signals der Regelabweichung ist entgegengesetzt der Polarität desjenigen Si- gnales, das bei einer plötzlichen Verringerung der Stange 10 infolge eines erhöhten Widerstandes gegen die Bewegung der Stange 10 erzeugt wird Die Größe des Regelabweichungssignales entspricht dem Wert der Differenz zwischen dem unveränderten Geschwindig keitssollwert und dem geänderten Geschwindigkeits- Istwert Durch die Wirkung des Regelabweichungssignales der Geschwindigkeit auf den Signalumformer 32 wird das Strahlrohr 44 im Uhrzeigersinn geschwenkt,

wodurch eine nach rechts gerichtete resultierende Kraft Fn erzeugt wird, die den Ventilschieber 34 nach rechts schiebt. Dadurch wird die Ventilöffnung 66 verkleinert und die Ventilöffnung 68 vergrößert, so daß mehr Druckmedium von der Pumpe 38 durch die Leitung 72 zum Behälter 70 abgeleitet wird, wodurch die Geschwindigkeit der Stange 10 abgesenkt wird. Wenn die Ist-Geschwindigkeit der Stange 10 auf den Sollwert abfällt, wird das Regelabweichungs-Signal wieder Null, kehrt das Strahlrohr 44 wieder in seine Mittelstellung zurück, wird die auf den Ventilschieber 34 wirkende Kraft wieder Null und der Ventilschieber 34 verharrt in seiner neuen weiter rechts liegenden Stellung.

Wenn der Kolben 12 während der verschiedenen in Verbindung mit der Ausführungsform gem. F i g. 1 genannten Regelvorgänge nach rechts bewegt wird, wird Druckmedium aus der rechten Seite 14ß des Zylinders 14 in einen Behälter 14Cverdrängt

F i g. 2 zeigt eine Ausiührungsform des Regelkreises, die zur Regelung eines rotierenden Elementes, z. B. der Ausgangswelle 110 eines rotierenden Hydraulikmotors 112, einsetzbar ist Die Regelgröße kann dabei die Winkelgeschwindigkeit, die Winkelbeschleunigung oder das Drehmoment der Welle 10 sein.

Zur Erläuterung dieser Ausführungsform wird die Regelung des Drehmomentes der Welle 110 durch den Regelkreis gem. F i g. 2 beschrieben.

Der in F i g. 2 dargestellte Regelkreis besitzt ein in seiner Mittelstellung geschlossenes Dreiweg-Stellventil 136. Das Dreiweg-Stellventil 136 ist ein Drosselventil mit einem axial verschiebbaren Ventilschieber 134. Der Ventilschieber 134 besitzt einen linken Ventilkolben 134' und einen rechten Ventilkolben 134". In seiner Mittelstellung sperrt der Ventilschieber 134 weitgehend jeden Durchfluß durch eine über eine Leitung 139 mit einer Pumpvorrichtung 138 verbundene Ventilöffnung 137 und durch eine aber eins Leitung »72 mit eine;» geeigneten Behälter 170 verbundene Ventilöffnung 141. An seinen einander gegenüberliegenden Enden besitzt der Ventilschieber 134 Stirnflächen 134Λ und 134B, die Ventilkammern 136.4 und 1365 zugeordnet sind. Eine öffnung 143 des Stellventiies 136 ist durch eine Leitung 145 mit dem Eingang des Hydraulikmotors 112 verbunden. Der Hydraulikmotor 112 besitzt eine Druckmedium-Auslaßöffnung, die durch eine Leitung 109 mit einem Behälter 107 verbunden ist Der Hydraulikmotor 112 ist ein konventioneller Hydraulikmotor, dessen Ausgangswelle mit einer durch die Leitung 145 strömenden Druckmediummenge zugeordneten Winkelgeschwindigkeit rotiert Der zu regelnde Ausgangsparameter des Hydraulikmotors 110, sei es die Winkelgeschwindigkeit, die Winkelbeschleunigung oder das Drehmoment, wird mit einem geeigneten Geber gemessen. Bei der Ausführungsform gem. F i g. 2, bei der das Ausgangsdrehmoment der Welle 110 geregelt wird, ist ein geeigneter Drehmomentgeber 146 eingesetzt Der Drehmomentgeber 146 gibt über seine Ausgangsleitung 148 ein elektrisches Signal ab, das dem Drehmoment der Ausgangswelle 110 des Hydraulikmotors 112 entspricht

Dem Stellventil 136 ist ein geeigneter elektro-hydraulischer bzw. eiektro-pneumatischer Signalumformer 132 zugeordnet Der Signalumformer 132 reagiert auf ein über einen Leiter 131 auf ihn wirkendes verstärktes elektrisches Regelabweichungssignal. Das Regelabveichungssignal wird von einer Rechenschaltung 130 erzeugt; es ist abhängig von der Differenz zwischen dem von dem Geber 146 gemessenen Ist-Drehmoment der Welle 110 und dem von einem geeigneten Drehmomen ten-Sollwertgeber 116, z.B. einem Programmgeber o. dgl, vorgegebenen Sollwert. Der Signalumformer 132 steuert über Druckmediumleitungen 152 und 154 eine auf den Ventilschieber 134 wirkende resultierende Kraft Fn- Die Größe und die Richtung der Kraft Fn hängt von der Größe und der Polarität des über den Leiter 131 auf den Signalumformer 132 wirkenden Signales der Regelabweichung des Drehmomentes ab. Der Signalumformer 132 besitzt eine Steuerdruckquelle 144, deren Aus-

ίο gang 147 über geeignete, druckreduzierende Blenden 149 und 151 Druckmediumleitungen 152 und 154 speist.

Die Druckmediumleitungen 152 und 154 sind mit den

den einander gegenüberliegenden Stirnflächen 134/1 und 134B des Ventilschiebers 134 zugeordneten Ventil kammern 135/1 und 135Z? verbunden. Der Signalumfor mer 132 besitzt ein paar einander gegenüberliegenden Austrittsblenden 155 und 156, die mit den Leitungen 152 und 154 durch Leitungen 157 und 159 verbunden sind. Ein bewegliches Element bzw. eine Prallplatte 16i isi derart an ihrem oberen Ende 163 angelenkt, daß ihr unteres Ende zwischen einander gegenüberliegenden und den Austrittsblenden 155 und 156 benachbart liegenden Grenzstellungen hin und her schwenkbar ist. Ein elektro-mechanischer Transmitter 160, auf den das Si gnal der Regelabweichung des Drehmomentes über den Leiter 131 wirkt, schwenkt die Prallplatte 161 in eine Richtung und um einen Betrag, die der Polarität und der Größe des Eingangssignales der Regelabweichung des Drehmomentes auf dem Leiter 131 entsprechen.

Wenn das Regelabweichungs-Signal des Drehmomentes Null ist, was bedeutet, daß das Ist-Drehmoment gleich dem Soll-Drehmoment ist, das von Null abweichen kann, übt der elektro-mechanische Transmitter 160 keine Kraft auf die Prallplatte 161 aus. Dadurch bleibt die Prallplatte 161 in ihrer Mittelstellung mittig zwischen den Austrittsblenden 155 und 156. Wenn zwischen dem Ist'DrehmoiT.ent der Ausgangsweüe !10 des Hydraulik-Motors 112 und einem von Null abweichenden Drehmoment-Sollwert eine Differenz besteht, wirkt über den Leiter 131 ein von Null abweichendes Regelabweichungs-Signal auf den Signalumformet 132, dessen Größe und Polarität der Größe und der Differenz zwischen dem Ist-Drehmoment und dem Soli-Drehmoment entspricht Dieses Regelabweichungs-Signal ver- anlaßt den elektro-mechanischen Transmitter 160 die Prallplatte 161 um einen Betrag in eine Richtung zu schwenken, die der Größe und der Richtung der Differenz zwischen dem Ist-Drehmoment und dem Sollwert entsprechen.

Wenn das Ist-Drehmoment auf einen niedrigeren, von Null abweichenden Wert reduziert werden soll, wird das Drehmoment-Sollwert-Signal reduziert Dadurch wird ein Regelabweichungs-Signal erzeugt, dessen Größe der Differenz zwischen dem Ist-Drehmoment und dem Sollwert entspricht und durch dessen Polarität die Prallplatte 161 im Uhrzeiger geschwenkt wird, so daß der Ventilschieber 134 nach links verschoben wird, so daß die Drosselung an der Ventilöffnung 136 verstärkt wird. Wenn das Ist-Drehmoment den niedrigeren, von Null abweichenden Sollwert erreicht, wird das auf dem Leiter 131 anstehende Signal der Regelabweichung des Drehmomentes Null, kehrt die Prallplatte 161 in ihre Mittelstellung zurück und der Ventilschieber 134 verharrt in seiner neuen mehr links liegenden außermitti- gen Stellung.

Wenn bei der Ausführungsform gem. Fig. 1 sich die Stange 10 im Totpunkt befindet, d. h. unbeweglich ist, ist es möglich, den Regelkreis zur Aufrechterhaltung eines

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vorgegebenen selektiv variablen Druckes auf den KoI- erreicht hat, ist das auf den Signalumformer 132 wirkenben 12 einzusetzen. Dies wird dadurch erreicht, daß die de Signal der Regelabweichung des Drehmomentes elektrischen Ausgangssignale des Sollwertgebers 16 als Null. Auch bei der Ausführungsfprm gemäß F i g. 2 ist Druck-Sollwertsignale verwendet werden, und daß der zwischen der Rechenschaltung 130 und dem Signalum-Geschwindigkeits-Istwertgeber 19 durch einen ir, F i g. 1 5 formet 132 keine elektrische Integrationssohaltung erin gestrichelten Linien dargestellten Druckmeßwertge- forderlich, um bei im Beharrungszustand von Null abber 19', z. B. ein Federmanometer oder ein Dehnungs- weichenden Drehmomenten ein Null-Signal der Regelmeßgerät, ersetzt wird, der den Mediumdruck in der abweichung zu erzeugen. Durch das im Beharrungszu-Zylinderkammer 14Λ mißt. Der Druckgeber 19' gibt stand anstehende Null-Signal der Regelabweichung bei über einen Leiter 26' ein elektrisches Ausgangssignal an io einem von Null abweichenden Beharrungswert des die Rechenschaltung 26. Die Rechenschaltung 26 er- Drehmomentes steht die Prallplatte 161 in ihrer Mittelzeugt auf ihrer Ausgangsleitung 28 ein Signal der Regel- stellung. Wenn die Prallplatte 161 in ihrer Mittelstellung abweichung des Druckes, dessen Größe und Polarität steht, ist die von dem Signalumformer 132, der auf das der Größe und der Richtung der Differenz zwischen Null-Signal der Regelabweichung reagiert, auf den Vendem Istdruck und dem Sollwert entsprechen. Das Signal is tüschieber 134 wirkende resultierende Kraft Fn ebender Regelabweichung des Druckes dient dazu, den in falls Null. Da die von dem Signalumformer 132 auf don der Ventilkammer i4A herrschenden und auf den KoI- Ventilschieber 134 wirkende Kraft Null ist und keine ben 12 und die Stange 10 wirkenden Druck auf dem anderen (mechanischen, Druckmedium o. dgl.) Kräfte Sollwert zu halten, dies geschieht auf eine ähnliche wie auf den Ventiiscnieber 134 wirken, die ihn in seine Mit· die bereits beschriebene Art, die Ist-Geschwindigkeit 20 telstellung zurückstellen würden, verharrt der Ventilauf dem Sollwert zu halten. Auf ähnliche Weise ist die schieber 134 in seiner außermittigen Stellung, so daß der Ausführungsform gemäß F i g. 2 einsetzbar, um den in Druckmediumstrom von der Pumpe 138 durch die öffder Leitung 145 auf ein Gerät wirkenden Druck auf nung 137, die Kammer 136C, die Kammer 143 und db einem Sollwert zu halten. Leitung 145 zu dem Motor 112 auf einem Wert gehalten Das Charakteristische an der Ausführungsform gem. 25 wird, der ausreicht, das Drehmoment der Ausgangswel-F i g. 1 ist, daß das Regelabweichungssignal im Behar- Ie 110 auf dem von dem Drehmomenten-Sollwertgeber rungszustand bei von Null abweichenden Geschwindig- 116 vorgegebenen, von Null abweichenden Sollwert zu keiten Null ist; d. h, wenn die Geschwindigkeit der Stan- halten, obwohl im Beharrungszustand das Signal der ge 10 den von dem Sollwert-Geber 16 vorgegebenen, Regelabweichung Null ist

von Null abweichenden Sollwert erreicht hat, ist das auf 30 Zusätzlich zu den elektro-hydraulischen bzw. elektroden Eingang des Signalumformers 32 wirkende Regel- pneumatischen Signalumformer 32 und 132 können zur abweichungs-Signal Null. Ferner wird im Beharrungs- Steuerung der Ventilschieber 34 und 134 elektro-mezustand bei einem von Null abweichenden Wert des chanische Transmitter eingesetzt werden. Zum Beispiel geregelten Parameters, z. B. der Geschwindigkeit ein können Linearmagnetspulen eingesetzt werden, deren Null-Signal der Regelabweichung erzeugt, ohne daß 35 Anker mechanisch mit den Ventilschiebern 34 und 134 zwischen der Rechenschaltung 26 und dem Signalum- verbunden sind und auf deren elektrische Eingänge die former 32 ein elektrischer Integrator erforderlich ist, Regeiabweichungs-Signale wirken, wie es der Fall ist bei Regelkreisen mit Stellventilen mit F i g. 3 zeigt eine weitere Ausfühningsform bei der einer Rückkoppelung zwischen dem Schieber der zwei- ein in seiner Mittelstellung offenes konventionelles ten oder Kraft-Stufe und dem Strahlrohr (oder der 40 Vierweg-Ventil eingesetzt ist, dessen Schieber 5 zwei Prallplatte) der ersten bzw. Vorsteuer-Stufe. Spezifisch Ventilkolben besitzt Die Stellung des Ventilschiebers S ist in erster Näherung die von dem Signalumformer 32 wird von einem Ventilsteuerungs-Signalumformer VCT auf den Ventilschieber 34 wirkende resultierende Kraft gesteuert, der auf das Regelabweichungs-Sigpal PES F_n, die bei von Null abweichenden Werten des geregel- (z. B. das Signal der Regelabweichung der Geschwindigten Parameters (z. B. der Geschwindigkeit) von dem 45 keit) reagiert, das von einer Summierschaltung SN er-Null-Signal der Regelabweichung abhängig ist, auch zeugt wird. Die Summierschaltung SN erhält ein Soll-Null. Da die von dem Signalumformer 32 auf den Ventil- wert-Signal PCS von einem Sollwertgeber CSG und ein schieber 34 wirkende resultierende Kraft Null ist und Istwert-Signal PTS von einem Istwertgeber PT, der die keine anderen Kräfte (Druckmediumkräfte, mechani- Regelgröße des zu regelnden beweglichen Elementes B sehe Kräfte u. dgL) auf den Ventilschieber 34 wirken, die 50 mißt Bei der Ausführungsform gem. F i g. 3 können die ihn in seine Mittelstellung zurückstellen würden, ver- öffnungen des Schieberventiles V, die mit der Druckharrt der Ventilschieber 34 in seiner außermittigen Stel- mediumquelle P und dem Behälter T verbunden sind, lung. Dadurch wird der Druckmediumstrom von der miteinander vertauscht werden. Pumpe38durch das Stellventil36 und die Leitung40zu Fig.4 zeigt eine elektro-hydraulische Anordnung dem Zylinder 14 auf einem Wert gehalten, der ausreicht, 55 ähnlich F i g. 3 mit der Ausnahme, daß das Ventil Vein in den geregelten Parameter (z. B. die Geschwindigkeit) seiner Mittelstellung geschlossenes Vierweg-Ventil mit der Stange 10 auf dem von dem Sollwert-Geber 16 vor- einem Schieber 5 mit zwei Ventilkolben ist gegebenen, von Null abweichenden Sollwert zu halten, F i g. 5 und 6 zeigen Ausführungsformen mit Vierwegauch wenn das Signal der Regelabweichung Null ist Ventilen mit dreibündigen Ventilschiebern, F i g. 5 ein in Die im Vorangegangenen beschriebenen Eigenschaf- eo seiner Mittelstellung offenes Vierweg-Ventil und F i g. 6 ten und Funktionsweisen der Ausführungsform gemäß ein in seiner Mittelstellung geschlossenes Vierweg-Ven-Fig. 1 gelten auch für die Ausführungsform gemäß tu. Auch bei dieser Ausfühningsform sind die mit der Fig.2. Bei der Ausfühningsform gemäß Fig.2 ist im Druckmediumquelle und dem Behälter verbundenen Beharrungszustand das Signal der Regelabweichung Ventilöffnungen untereinander veriauschbar.

Null bei von Null abweichenden Drehmomenten; d. h, 65

wenn das auf die Welle 110 wirkende Drehmoment den Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

von den Drehmomenten-Sollwertgeber (nicht darge-

stellt) vorgegebenen, von Null abweichenden Sollwert

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Regeln der kontinuierlichen Zufuhr eines hydraulischen oder pneumatischen Antriebsmittels zu einer hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Vorrichtung mit einem einen elektrischen Sollwert abgebenden Sollwertgeber, einem einen Istwert abgebenden, mit der hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Vorrichtung verbündenen Istwertgeber und einem Vergleichsglied, das ein der Differenz zwischen Soll- und Istwert entsprechendes elektrisches Regelabweichungssignal an einen elektro-hydraulischen oder elektro-pneumatischen Signalumformer abgibt, der ausgangsseitig mit einem Stellventil ohne Rückstelleinrichtung verbunden ist, über das die hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Vorrichtung mit dem von einer Pumpvorrichtung abgegebenen hydraulischen oder pneumatischen Antriebsmittel versorgt wird, d a durch gekennzeichnet, daß der eiektro-hydraulische oder elektro-pneumatische Signalumformer (32; 123; VCT) zwei Ausgänge (48,50) aufweist, die auf das Regelabweichungssignal einander entgegengesetzte hydraulische oder pneumatische Steuerdrücke über zwei Steuerleitungen (52, 54; 152, 154) an zwei an gegenüberliegenden Enden des Stellventils (36; 136; V) angeordnete Steuerkammern (36Λ, 365; 136Λ, 1365; abgeben, daß das Stellventil (36; 136; V) einen mit mindestens zwei Ventilkolben (34'; 1ό4⁵) versehenen axial verschiebbaren Ventilschieber (34; 124; F) aufwc^:st und daß die Ventilkolben (34'; 134') bei eiwr seitlichen Verschiebung des Ventilschiebers (34; 134; 5; -.folge des in den Steuerkammern (36Λ, 365; 136Λ, 1365; wirkenden Steuerdruckes die mindestens eine mit der hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Vorrichtung (14; 112; M) verbundene erste Stellventil-Ausgangsöffnung (66; 143) sowie die mindestens eine, mit einem Antriebsmittel-Vorratsbehälter (70; 170; T)WST-bundene zweite Stellventil-Ausgangsöffnung (68; 141) verkleinert bzw. vergrößert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalumformer (32) ein mit einer Steuerdruckquelle (46) verbundenes Strahlrohr (44) aufweist, das in Abhängigkeit von dem an einen elektro-mechanischen Transmitter (60) gelegten Regelabweichungssignal zwischen dem ersten und zweiten Ausgang (48, 50) des Signalumformers (32) verschwenkbar ist und die erste und zweite Steuerdruckleitung (52,54) mit dem Steuerdruckmitte! zur Erzeugung einer über die erste und zweite Steuerkammer (36/4,365; des Stellventils (36) auf den Ventilschieber (34) einwirkenden Steuerdruck-Differenzkraft (Fn) beaufschlagt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalumformer (132) eine über Steuerleitungen (152, 154) mit den Steuerkammern (134Λ, 1345; des Stellventils (136) und über Leitungen (157, 159) mit zwei Austrittsblenden (155, 156) verbundene Steuerdruckquelle (144) sowie eine an einem Ende angelenkte Prallplatte aufweist, die zwischen den Austrittsblenden (155, 156) in Abhängigkeit von dem über einen elektro-mechanischen Transmitter (160) übert.agenen Regelabweichungssignal verschwenkbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (34) des Stellventils (36) zwei Ventilkolben (34') aufweist, die bei einer axialen Verschiebung des Ventilschiebers (34) gleichzeitig die erste und zweite Stellventil-Ausgangsöffnung (66, 68) im entgegengesetzten Sinn ändert und daß der Ventilschieber (34) zwischen der ersten und der zweiten Bewegungsgrenze eine vorgegebene Zwischenposition besitzt, in der gleichzeitig Druckmedium-Strömungswege von der Pumpvorrichtung (38) zur ersten und zweiten Stellventil-Ausgangsöffnung (66,68) bestehen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilschieber (134) des Stellventils (136) zwei Ventilkolben (134', 134") aufweist, die bei einer axialen Verschiebung des Ventilschiebers (34) gleichzeitig die erste und zweite Stellventil-Ausgangsöffnung (141, .143) im entgegengesetzten Sinn ändert und daß der Ventilschieber (134) zwischen der ersten und zweiten Bewegungsgrenze eine Zwischenposition aufweist, in der gleichzeitig kein Druckmedium-Strömungsweg von der Pumpvorrichtung (138) zur ersten und zweiten Stellventil-Ausgangsöffnung (1411,143) besteht