DE1260903B

DE1260903B - Electro-hydraulic control device

Info

Publication number: DE1260903B
Application number: DEB78209A
Authority: DE
Inventors: John Paul Anderson; Robert Kline Van Ausdal
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1963-08-22
Filing date: 1964-08-21
Publication date: 1968-02-08

Description

Elektrohydraulische Steuereinrichtung Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Steuereinrichtung mit zwei Steuerleitungen und einem elektromagnetischen Hilfsventil, an dem ein Steuersignaleingang sowie ein einzelner besonderer Rückführungssignaleingang vorgesehen ist, um die Drücke in den beiden Steuerleitungen proportional zur Differenz zwischen den dem Hilfsventil angelegten Steuer- und Rückführungssignalen im entgegengesetzten Sinn zu verändern, einem an das Hilfsventil angeschlossenen Steuerschieber mit hydraulischem Antrieb und einem hydraulischen, in Abhängigkeit vom Druckunterschied in den beiden Steuerleitungen bewegbaren Schieberkolben, über welchen der zu steuernde Hydraulikmotor mit einem dem Druckunterschied in den beiden Steuerleitungen proportionalen Durchsatz beaufschlagt wird.Electro-hydraulic control device The invention relates to a Electro-hydraulic control device with two control lines and one electromagnetic Auxiliary valve on which a control signal input and a single special feedback signal input is provided to keep the pressures in the two control lines proportional to the difference between the control and feedback signals applied to the auxiliary valve in the opposite To change the sense of a control spool connected to the auxiliary valve with hydraulic Drive and one hydraulic, depending on the pressure difference in the two Control lines movable slide piston, via which the hydraulic motor to be controlled with a throughput proportional to the pressure difference in the two control lines is applied.

Solche elektrohydraulischen Steuereinrichtungen sind an sich bekannt. So wird bei einer bekannten Einrichtung die Rückführung dadurch gebildet, daß sich gegen das Stimende des Kolbens des Steuerschiebers ein Hebel unter Federdruck anlegt, der den Bewegungen des Schieberkolbens folgt, wobei das Hebelende über eine andere Feder mit dem drehbaren Teil des elektrischen Stellungsgebers bzw. des elektromagnetischen Hilfsventils verbunden ist. Der drehbare Teil ist mit der von einer Diiseneinrichtung angeordneten Ablenkplatte versehen. Die Linearität der Rückführung wird aber durch die Verwendung der Federn nachteilig beeinflußt, da diese unter entgegengesetzter Druckbeanspruchung auf den Rückführhebel und den drehbaren Teil des Hilfsventils wirken.Such electrohydraulic control devices are known per se. Thus, in a known device, the return is formed in that a lever under spring pressure is applied against the end of the spool piston, which follows the movements of the spool, with the lever end over another Spring with the rotatable part of the electrical position transmitter or the electromagnetic Auxiliary valve is connected. The rotatable part is with that of a nozzle device arranged baffle provided. The linearity of the feedback is however through adversely affects the use of the springs as these are under opposite Compressive stress on the feedback lever and the rotatable part of the auxiliary valve works.

Ferner ist eine Rückführung bei einer ähnlichen elektrohydraulischen Steuereinrichtung bekannt, bei der der von dem elektrischen Stellungsgeber angetriebene und mit der Ablenkplatte versehene Stab verlängert ist und mit seinem verlängerten Ende in eine Nut in den Kolben des Steuerschiebers eingreift. Diese Bauweise hat eine Doppelfunktion des drehbaren Teils zur Folge. Der Dreharin hat nämlich einerseits den Ausflußquerschnitt der beiden Düseneinrichtungen zu regeln und andererseits die Rückführung zu ermöglichen. Der mit dem elektrischen Stellungsgeber über einen rohrförmigen Torsionsstab verbundene Dreharm ist selbst starr, so daß die Regelung verhältnismäßig grob und insbesondere mit dem Auftreten von Schwingungen zu rechnen ist. Auch stellt sich infolge des starren Dreharms der Gleichgewichtszustand des Steuerschieberkolbens verhältnismäßig langsam ein.There is also a feedback in a similar electro-hydraulic Known control device in which the driven by the electric position transmitter and the rod provided with the baffle is elongated and with its elongated End engages in a groove in the piston of the control slide. This construction has a double function of the rotatable part result. The turner has on the one hand to regulate the outflow cross-section of the two nozzle devices and on the other hand to enable repatriation. The one with the electrical position transmitter via a tubular torsion bar connected rotating arm is itself rigid, so that the scheme relatively coarse and in particular the occurrence of vibrations can be expected is. The equilibrium of the arises as a result of the rigid rotating arm Control spool engages relatively slowly.

Ferner ist es bekannt, die Rückführung nicht vom Steuerschieber, sondern von der gesteuerten Vorrichtung selbst abzuleiten. Eine Rückführung zur Schwingungsdämpfung ist jedoch auch hierbei nicht in Betracht gezogen.It is also known that the return not from the control slide, but derived from the controlled device itself. A feedback on vibration damping however, is not taken into account here either.

Um die Einstellung von Hydraulikmotoren und Steuerschiebern auf einen neuen Gleichgewichtszustand zu beschleunigen, ist es auch bei einem hydraulischen Leistungsverstärker mit zwei Stufen bekannt, daß zwei voneinander unabhängige Rückführungsschleifen vorgesehen sind, die die Steuerschieber und Hydraulikmotoren der beiden Stufen miteinander verbinden. Durch das verhältnismäßig aufwendige Hebelsystern der Rückführung sowie durch die gegenseitige Koppelung der hydraulischen Elemente treten jedoch Querkopplungen zwischen den einzelnen Rückführungssignalen auf. Falls noch ein weiteres Rückführungssignal vorgesehen werden soll, stößt die Ankopplung dieses Signals an die vorhandene Einrichtung auf Schwierigkeiten.To adjust hydraulic motors and control spools on one To accelerate a new state of equilibrium, it is also with a hydraulic one Two stage power amplifiers are known to have two independent feedback loops are provided that connect the spool valve and hydraulic motors of the two stages to one another associate. Due to the relatively complex lever system of the return as well however, cross-coupling occurs due to the mutual coupling of the hydraulic elements between the individual feedback signals. If there is another feedback signal is to be provided, the coupling of this signal hits the existing facility on difficulties.

Demgegenüber ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin zu sehen, daß bei der hydraulischen Steuereinrichtung eine Dämpfung der Schwingungen höherer Frequenz herbeigeführt werden soll, wobei ein Rückführsignal gebildet wird, das in einfacher und zweckmäßiger Weise zusammen mit wenigstens einem anderen Rückführungssignal an den Rückführungssignaleingang führbar ist.In contrast, the object on which the invention is based is therein to see that the hydraulic control device damps the vibrations higher frequency is to be brought about, whereby a feedback signal is formed, this in a simple and expedient manner together with at least one other feedback signal can be fed to the feedback signal input.

Diese Aufgabe ist bei einer Steuereinrichtung der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein mechanisches Summierungsgetriebe C zum Summieren von Rückführungssignalen und eine Querverbindung zwischen den beiden Steuerleitungen vorgesehen ist, in der sich eine Drosselöffnung befindet, der ein Differentialkolben, an dem das Summierungsgetriebe angreift, parallel zugeschaltet ist.This object is achieved according to the invention in a control device of the type described above in that a mechanical summing gear C for summing feedback signals and a cross connection between the two control lines is provided, in which there is a throttle opening which has a differential piston on which the summing gear engages, is switched on in parallel.

Damit ergibt sich gegenüber den bekannten Einrichtungen, die mit Federn arbeiten, der Vorteil, daß die Federn in We-fall ueraten, die mit hoher Genauigkeit aufeinander abgestimmt sein und besonders niedrige Federkonstanten aufweisen müssen. Ferner ist die Gefahr von Querkopplungen zwischen den einzelnen Rückführungen wesentlich vermindert. Außerdem können ohne Schwierigkeit mehr als zwei Rückführsignale summiert und an den Rückführungssignaleingang des Hilfsventils gegeben werden.This results in comparison to the known devices with springs work, the advantage that the springs in we-advise that with high accuracy must be coordinated with one another and have particularly low spring constants. Furthermore, the risk of cross-coupling between the individual returns is essential reduced. In addition, more than two feedback signals can be summed without difficulty and given to the feedback signal input of the auxiliary valve.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the invention is shown below with reference to the single figure of the drawing explained in more detail.

In dem Ausführungsbeispiel weist ein von Ein-"angssignalen a gesteuerter Geber ein Paar Magneten 16 aus ferromagnetischem Material auf, deren Pole mittels eines Paares nicht dargestellter, zwischen ihnen an-eordneter Permanentmagneten, im entgegengesetzten Sinn magnetisiert sind. Jeder Feldmagnet 16 besitzt zwei Schenkel 20, die in Polflächen 21 und 22 enden. Die beiden Polflächen jedes Feldmagneten besitzen dieselbe Polarität, während die gegenüberliegenden Polflächen, die zu verschiedenen Feldmag,neten gehören, entgegengesetzte Polarität aufweisen. Ein Anker 23 aus ferromagnetischem Material wird von einem Parallelepipedon 24 gehalten und erstreckt sich durch Öffnungen 27 in den Spulen 25 und 26 beidseitig und in gleichem Abstand bis zu den Polflächen 21, 21 und 22, 22. Eine auf die Spulen 25 und 26 gleichsinnig gegebene Spannung verursacht ein Drehen des Ankers 23. Dabei ist das Parallelepipedon 24 auf einem dünnen Torsionsrohr 31 befestigt, dessen unteres Ende 32 durch ein Lager Crehalten ist, welches mit einer festen Wand 11 verbunden ist, die vollständig den Geber von dem unterhalb der festen Wand 11 angeordneten hydraulischen Teil trennt. Die Drehbewegung des Ankers wird über eine feste Welle 34 im Inneren des Torsionsrohres 31 auf einen Balken 40 übertragen, dessen Enden 41 und 42 gegensinnig die Druckmittelflüsse steuern, die aus den Düsen 43 und 44 austreten. Die Düsen werden von einem Druckmittel aus einer gemeinsamen Quelle gespeist, aus der das Druckmittel über ein Rohr 82, ein gemeinsames Filter 60, Öffnungen 95 und 96 für einen Druckabfall und über Leitungen 100 und 101 fließt.In the exemplary embodiment, at one of inputs "angssignalen a controlled encoder, a pair of magnets 16 made of ferromagnetic material, whose poles are not magnetized by means of a pair shown, eordneter in-between them permanent magnet in the opposite sense. Each field magnet 16 has two legs 20 which end in pole faces 21 and 22. The two pole faces of each field magnet have the same polarity, while the opposite pole faces belonging to different field magnets have opposite polarity. An armature 23 made of ferromagnetic material is held by a parallelepiped 24 and extends through openings 27 in the coils 25 and 26 on both sides and at the same distance to the pole faces 21, 21 and 22, 22. A voltage applied in the same direction to the coils 25 and 26 causes the armature 23 to rotate. The parallelepiped 24 is on one side fixed thin torsion tube 31 , the lower end 32 of which is supported by a bearing Cr which is connected to a fixed wall 11 which completely separates the transmitter from the hydraulic part arranged below the fixed wall 11. The rotary movement of the armature is transmitted via a fixed shaft 34 inside the torsion tube 31 to a beam 40, the ends 41 and 42 of which control the pressure medium flows in opposite directions which emerge from the nozzles 43 and 44. The nozzles are fed by a pressure medium from a common source, from which the pressure medium flows via a pipe 82, a common filter 60, openings 95 and 96 for a pressure drop and via lines 100 and 101 .

Der in der Leitung 100 herrschende Druck wird über eine Leitung 106 dem einen Ende eines Steuerschiebers 56 und der in der Leitung 101 herrschende Druck wird über eine Leitung 110 dem anderen Ende des Steuerschiebers 56 zugeführt, so daß sich der Schieberkolben als Folge der Differenz zwischen den Drücken in den Leitungen 100 und 101, die durch die Drehung des Ankers 40 infolge der elektrischen Eingangsspannung erzeugt wird, verschiebt.The pressure prevailing in line 100 is fed via a line 106 to one end of a control spool 56 and the pressure prevailing in line 101 is fed via a line 110 to the other end of the control spool 56 , so that the spool moves as a result of the difference between the Pressures in the lines 100 and 101, which is generated by the rotation of the armature 40 as a result of the electrical input voltage, displaces.

Der Steuerschiebür 56 besitzt vier Bunde 56 a, 56 b, 56 c und 56 d, die mit Drucköffnungen 90, 91 und einer Ablaßleitung 62 im Zylinder zusammenarbeiten. Zwei Steuerleitungen 70 und 71 verbinden den Steuersr-hieber 56 mit den Kammern 73 eines Hydraulikmotors 72, so daß ein Differentialdruck bei einer Verschiebung des Steuerschiebers gegenüber seiner Mittelstellung übertragen wird. Ein Rückführhebel 53 ist an dem oberen Ende eines in einem Lager 52 drehbar angeordneten steifen Rohres 51 befestigt, dessen unteres Ende fest mit einer Welle 50 geringen Querschnittes verbunden ist, die die feste Welle 34 unterhalb des Balkens 40 verlängert. Die Welle 50 wirkt als Torsionsfeder und überträolt auf den Balken 40 und den Anker 23 ein Torsionskräftepaar, das proportional der Bewegung des Rückführhebels 53 ist. In den Grundzügen ist diese Anordnung soweit an sich bekannt.The sliding control door 56 has four collars 56 a, 56 b, 56 c and 56 d, which cooperate with pressure openings 90, 91 and a drain line 62 in the cylinder. Two control lines 70 and 71 connect the control slide 56 to the chambers 73 of a hydraulic motor 72, so that a differential pressure is transmitted when the control slide is displaced relative to its central position. A return lever 53 is attached to the upper end of a rigid tube 51 rotatably arranged in a bearing 52 , the lower end of which is fixedly connected to a shaft 50 of small cross-section, which extends the fixed shaft 34 below the beam 40. The shaft 50 acts as a torsion spring and overcomes a torsional force couple on the beam 40 and the armature 23 which is proportional to the movement of the feedback lever 53 . Basically, this arrangement is known per se.

Im folgenden wird die Einrichtung zur Erzeugung der Rückführungssignale und deren Summierung nach der Erfindung erläutert. In dem Ausführungsbeispiel resultiert das Rückführungssignal am Hebel 53 aus der Summierung folgender Kräfte: 1. der Bewegung des Steuerschiebers 56, 2. der Bewegung des Hydraulikmotors 72 und 3. den Differenzdruckschwankungen in den hy- draulischen Druckmitteln, die sich aus den Ei,genfrequenzen der Druckmittel ergeben und Fehler in der Einstellung der Druckmittel hervorrufen.In the following, the device for generating the feedback signals and their summation according to the invention will be explained. In the embodiment, the feedback signal results in the lever 53 from the summation of the following forces: 1. The movement of the control slide 56, the second movement of the hydraulic motor 72, and 3. the differential pressure fluctuations in the hy- draulic pressure means, which, gene frequencies from the egg Resulting pressure medium and cause errors in the setting of the pressure medium.

Die Summierung der Rückführungssignale erfolgt durch das mechanische Summierungsgetriebe 121, 122,123. The summation of the feedback signals is carried out by the mechanical summation gear 121, 122, 123.

Eine Querverbindung 125, 126, 127 zum Ausgleich der Differenzdruckschwankungen betätigt einen Differentialkolben 120, der an dem einen Ende des Hebels 121 angreift, dessen anderes Ende mit dem Hydraulikmotor 72 verbunden ist. Der Hebel 121 ist mittels des Drehzapfens 121 f mit der Stange 122 verbunden, die ihrerseits mit dem einen Ende eines zweiten Hebels 123 verbunden ist, dessen anderes Ende kraftschlüssig mit dem Steuerschieber 56 verbunden ist und über einen Drehzapfen 123 f an dem Ende des Rückführhebels 53 angelenkt ist.A cross connection 125, 126, 127 to compensate for the differential pressure fluctuations actuates a differential piston 120 which acts on one end of the lever 121, the other end of which is connected to the hydraulic motor 72. The lever 121 is connected by means of the pivot 121 f to the rod 122, which in turn is connected to one end of a second lever 123 , the other end of which is frictionally connected to the control slide 56 and via a pivot 123 f to the end of the return lever 53 is hinged.

Die Anteile der den drei Rückführungssignalen entsprechenden Bewegungen, die als Summe auf den Hebel 53 übertragen werden, können durch die Wahl der La-e des Drehzapfens 121 f auf dem Hebel 121 und durch die Wahl der Lage des Drehzapfens 123 f auf dem Hebel 123 verändert werden. In dem Ausführungsbeispiel ist der mit dem Differentialkolben 120 verbundene Teildes Hebels 121 sehr viel kürzer als der mit dem Hydraulikmotor 72 verbundene Teil, da dessen Stellweg eine größere Rolle spielt als der des Differentialkolbens 120. So ist auch der Weg des Steuerschiebers 56 zwischen Nulldurchsatz und maximalem Durchsatz gering im Vergleich zu dem Weg des Drehzapfens 121 f, sodaß der Drehzapfen 123 des Hebels 123 sehr viel näher am Steuerschieber 56 gelegen ist als an der Stange 1-22. Dadurch läßt sich das Summierungsgetriebe leicht verändern.The proportions of the movements corresponding to the three feedback signals, which are transmitted as a sum to the lever 53 , can be changed by selecting the position of the pivot 121 f on the lever 121 and by selecting the position of the pivot 123 f on the lever 123 will. In the embodiment of the connected to the differential piston 120 portion of the lever 121 is much shorter than the connected to the hydraulic motor 72 part, as its travel range is more important than that of the differential piston 120. Thus, is also the path of the control slide 56 between zero flow and maximum Throughput low compared to the path of the pivot 121 f, so that the pivot 123 of the lever 123 is located much closer to the control slide 56 than to the rod 1-22. This allows the summing gear to be changed easily.

Der Differentialkolben 120 wird im Zylinder 124 mit Hilfe von Federn in seiner mittleren Stellung gehalten. Der Zylinder 124 ist parallel zu einer Drosselöffnung 125 angeordnet. Die Drosselöffnung 125 liegt in Reihe mit einer weiteren Drosselstelle 126 und einem Kolben 1Z7 in einer als Querverbindung dienenden Leitung, deren Enden mit den Steuerleitungen 70 bzw. 71 verbunden sind. Der Kolben 127 wird in seiner mittleren Lage durch Federn gehalten und gleicht langsame Druckschwankungen des Strömungsmittels in der einen oder anderen Richtung aus, so daß Druckverluste durch Ableitung des Strömungsmittels bei statischen Betriebsbedingungen ausgeschlossen sind, während dem Hydraulikmotor 72 ein schnelles Ansprechen auf Druckänderungen höherer Frequenzen ermöglicht ist, auf die die c Masse des Kolbens 127 und seine Federn abgestimmt sind. Diese Druckschwingungen höherer, durch den Kolben 127 und die Federn vorgegebene Frequenz erzeugen einen Differentialdruck in dem Differentialkolben 120, der eine Funktion des Druckabfalles in der Drosselstelle 125 ist und der durch entsprechende Wahl der Dimensionen der Drosselstellen 125 und 126 einstellbar ist.The differential piston 120 is held in its central position in the cylinder 124 by means of springs. The cylinder 124 is arranged parallel to a throttle opening 125 . The throttle opening 125 lies in series with a further throttle point 126 and a piston 1Z7 in a line serving as a cross connection, the ends of which are connected to the control lines 70 and 71 , respectively. The piston 127 is held in its central position by springs and compensates for slow pressure fluctuations of the fluid in one direction or the other, so that pressure losses due to the discharge of the fluid under static operating conditions are excluded, while the hydraulic motor 72 enables a quick response to pressure changes of higher frequencies is to which the c mass of the piston 127 and its springs are matched. These pressure oscillations at a higher frequency, predetermined by the piston 127 and the springs, generate a differential pressure in the differential piston 120 which is a function of the pressure drop in the throttle point 125 and which can be set by selecting the dimensions of the throttle points 125 and 126 accordingly.

Auch das Ansprechen des Differentialkolbens 120 ist durch die Härte und den Elastizitätskoeffizienten seiner Federn beeinflußbar.The response of the differential piston 120 is also due to the hardness and the coefficient of elasticity of its springs can be influenced.

Somit werden die Bewegungen des Differentialkolbens 120 infolge von Druckschwingungen bestimmter Frequenz und die Bewegungen des Hydraulikmotors 72 mechanisch addiert und auf den Hebel 123 übertragen, der dann die Bewegung des Steuerschiebers 56 zuaddiert und das Rückführungssignal für den Anker 23 des Gebers bildet.Thus, the movements of the differential piston 120 due to pressure oscillations of a certain frequency and the movements of the hydraulic motor 72 are mechanically added and transmitted to the lever 123 , which then adds the movement of the control slide 56 and forms the feedback signal for the armature 23 of the encoder.

Bei den Druckschwingungen, für die der Kolben 127 ausgelegt ist, sucht das Rückführungssignal, welches von dem Differentialkolben 120 abgegeben wird, den Steuerschieber 56 zu schließen, d. h. in die Mittellage zu bringen, um den Durchsatz zu verringern. Das statische Betriebsverhalten ist davon je- doch nicht berührt, da durch den Kolben 127 kein Rückführungssignal bei Druckschwingungen im konstanten Bereich erzeugt wird.With the pressure oscillations for which the piston 127 is designed, the feedback signal, which is emitted by the differential piston 120, seeks to close the control slide 56 , i. H. in the central position in order to reduce the throughput. The static operating behavior is not affected by this, however, since no feedback signal is generated by the piston 127 in the event of pressure oscillations in the constant range.

Die Einrichtung eignet sich auch für Hydraulikmotoren in Verbindung mit Steuersignalen geringer relativer Amplitude trotz Auftretens mechanischer Resonanzschwingungen, die in den Bereich der Frequenzen der Steuersignale fallen. Wie aus der Beschreibung ersichtlich ist, kann man zusätzlich zu dem Rückführungssignal von dem Motor und/oder dem Kolben ein Rückführungssignal überlagern, welches von den Drücken, die von den mechanischen Schwingungen herrühren, abgeleitet ist.The device is also suitable for hydraulic motors in conjunction with control signals of low relative amplitude despite the occurrence of mechanical resonance vibrations, which fall within the range of the frequencies of the control signals. As from the description can be seen, in addition to the feedback signal from the motor and / or superimpose a feedback signal on the piston which is determined by the pressures generated by the mechanical vibrations originate, is derived.

Claims

1. Electrohydraulic control device with two control lines and an electromagnetic auxiliary valve on which a control signal input and a single special feedback signal input is provided in order to adjust the pressures in the two control lines proportional to the difference between the control and feedback signals applied to the auxiliary valve in the opposite sense change, a control spool connected to the auxiliary valve el with hydraulic drive and a hydraulic slide piston, movable depending on the pressure difference in the two control lines, via which the hydraulic motor to be controlled is acted upon with a throughput proportional to the pressure difference in the two control lines, characterized by a mechanical summing gear (121 to 123) for summing feedback signals and a cross connection (125 to 127) between the two control lines (70, 71), in which a throttle opening (1 25) is located, which is connected in parallel with a differential piston (120) on which the summation gear (121 to 123) engages.

2. Device according to claim 1, characterized in that the summing gear consists of rods and levers (121, 122; 123, 53) , of which the levers are connected at their free ends to the control slide (56) and the hydraulic motor (72) are. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the throttle point (125) in the cross connection with a piston (127) is in series, which compensates for slow pressure oscillations. 4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the summation gear has a first lever (121), the ends of which are connected to the hydraulic motor (72) and to the differential piston (120), and with a first pivot pin (121f), which engages at a selectable point on the first lever (121), and a second lever (123), the ends of which are connected via a rod (122) to the first pivot pin (121f) and to the control slide (56) , as well as from a second pivot pin (123 f) which engages at a selectable point on the second lever (123) and on a third lever (53) which directly sends the feedback signal to the auxiliary valve (40). 5. Device according to spoke 4, characterized in that the third lever (53) is connected to the auxiliary valve (40) via a shaft (50) of small cross section acting as a torsion spring. Considered publications-German utility model No. 1819 238; USA. Patent Nos. 2,503,447, 2,933,106, 2,934,765th