DE2501761B2

DE2501761B2 - Electro-hydraulic follow-up amplifier

Info

Publication number: DE2501761B2
Application number: DE19752501761
Authority: DE
Inventors: Eckehart 7255 Rutesheim Schulze
Original assignee: Hartmann & Laemmle Kg 7255 Rutesheim
Current assignee: Hartmann & Laemmle Kg 7255 Rutesheim
Priority date: 1975-01-17
Filing date: 1975-01-17
Publication date: 1978-08-10
Also published as: DE2501761A1; DE2501761C3; IT1054072B

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen bJachlaufverstärker zur Steuerung von Lage und Geschwindigkeit des arbeitsaktiven Teils eines Hydraulikmotors, mit einer mittels eines den Sollwert festlegenden Elektromotors angetriebenen, auf einer Meßspindel geführten Mutter bzw. mit einer angetriebenen Meßspindel und einer hierauf geführten Mutter, über die in einem Steuergehäuse vorgesehene Ventile, die die Druckmittelzufuhr von einer Hydraulikpumpe zum Hydraulikmotor und die Druckmittelabfuhr vom Hydraulikmotor zu einem Sammelbehälter steuern, betätigbar sind, wobei die Mutter zusammen mit der Meßspindel vom steuerungsaktiven Teil des Hydraulikmotors im Sinne einer Rückstellung der Ventile in ihre Nullage mitnehmbar ist. Ein solcher Nachlaufverstärker ist aus der CH-PS 5 28 021 bekannt.The invention relates to an electrohydraulic tracking amplifier for controlling position and Speed of the active part of a hydraulic motor, with a means of the setpoint fixing electric motor driven, guided on a measuring spindle or with a driven nut Measuring spindle and a nut guided on it, via which valves provided in a control housing, the supply of pressure medium from a hydraulic pump to the hydraulic motor and the discharge of pressure medium from Hydraulic motor to control a collecting container, are actuated, the nut together with the Measuring spindle from the control-active part of the hydraulic motor in the sense of resetting the valves in their Zero position can be taken. Such a tracking amplifier is known from CH-PS 5 28 021.

Es ist üblich, die bei solchen Nachlaufverstärkern verwendete Hydraulikpumpe mit nur etwa 10% Überkapazität auszulegen, um möglichst geringe Verlustleistungen zu haben. Braucht ein Nachlaufverstärker mit einem bestimmten Hydraulikmotor bei seiner maximalen Geschwindigkeit z. B. 25 Liter pro Minute an Drucköl, so wird die Hydraulikpumpe dann auf 27,5 Liter pro Minute ausgelegt, um sicherzugehen, d_aß der hydraulische Regelkreis dem elektrischen Regelkreis folgen kann. Durch Verschleiß kann nun die Fördermenge der Hydraulikpumpe abfallen. Bei einem Abfall um mehr als 10% kann der hydraulische Regelkreis dem elektrischen Regelkreis nicht mehr folgen, so daß die die Ventile steuernde Mutter eine große axiale Verschiebung erfährt und dadurch der Verstärker über die für solche Fälle angeordneten Endschalter stillgesetzt wird. Dieser Fehler muß erkannt werden, und es muß ein Austausch der Pumpe vorgenommen werden.It is customary to design the hydraulic pump used in such follow-up amplifiers with only about 10% overcapacity in order to have the lowest possible power losses. Does a follow-up booster with a certain hydraulic motor at its maximum speed z. For example, 25 liters per minute of pressure oil, the hydraulic pump is adapted to 27.5 liters per minute, to ensure _a ß d of the hydraulic control circuit to the electric control circuit can follow. The delivery rate of the hydraulic pump can now drop due to wear. In the event of a drop of more than 10%, the hydraulic control circuit can no longer follow the electrical control circuit, so that the nut controlling the valves experiences a large axial displacement and the amplifier is shut down via the limit switches arranged for such cases. This fault must be recognized and the pump must be replaced.

Nachteilig ist bei der üblichen Ausführung, daß die von der Hydraulikpumpe geförderte, aber nicht benötigte Druckölmenge durch ein Überströmventil abströmt. Diese ganze Energie geht verloren und wird in Wärme umgesetzt.The disadvantage of the conventional design is that the pumped, but not, by the hydraulic pump required amount of pressure oil flows off through an overflow valve. All that energy is lost and becomes converted into heat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nachlaufverstärker der eingangs genannten Art so auszubilden, daß er bei einer abfallenden Leistung der Hydraulikpumpe durch Nachlassen der Fördermenge insbesondere infolge Verschleißes nicht automatisch stillgesetzt zu werden braucht und daß er eine bessere Energieausnutzung ermöglicht.The present invention is based on the object of providing a tracking amplifier of the initially mentioned called type so that he can with a drop in performance of the hydraulic pump by slackening the delivery rate does not need to be stopped automatically, in particular due to wear and tear, and that it enables better energy utilization.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein Abtaster zur Erfassung der axialen Verschiebung der Mutter vorgesehen ist, über den in Abhängigkeit von der Axialverschiebung der Mutter aus ihrer Neutralstellung die Winkelgeschwindigkeit der Mutter bzw. der Meßspindel und/oder die Pumpenleistung beeinflußbar ist.To solve this problem, the invention proposes that a scanner for detecting the axial displacement of the nut is provided over the depending on the axial displacement of the Mother from its neutral position, the angular speed of the mother or the measuring spindle and / or the Pump performance can be influenced.

Damit ist es nicht mehr erforderlich, die Hydraulikpumpe mit einer Überkapazitat auszulegen. Die mit einem derartigen Nachlaufverstärker ausgerüsteten Maschinen sind auch dann noch voll betriebsfähig, wenn durch Verschleiß die Leistung der Pumpe mit der Zeit nachlassen sollte. Ferner ist es möglich, für besondere Zwecke einen Teil des Drucköls ab/ii/.wcigcn, ohne daß störend in ilen Betriebsablauf eingegriffen wird. Durch die crfinclungsgcinäUc Ausbildung wird die SteuerungSo it is no longer necessary to use the hydraulic pump to be designed with an overcapacity. Those equipped with such a follow-up amplifier Machines are still fully operational even if the pump's performance over time due to wear and tear should subside. It is also possible, for special purposes, to remove some of the pressure oil from / ii / .wcigcn without interfering with ile operations. Through the final training, the control

an das Leistungsvermögen des hydraulischen Regelkreises angepaßt oder es kann, wenn die Pumpenleistung gesteuert wird, in jedem Betriebszustand eine optimale Energieausnutzung erzielt werden, und zwar auch bei voller Absicherung gegen Überbeanspruchung durch etwa auftretende, zu große axiale Kräfte. Insbesondere ist es von Vorteil, daß beispielsweise bei einer Eilgangverstellung zur Beschleunigung und Bewegung z. B. eines Werkzeugschlittens die Ventile weit geöffnet sind und die Anlage nur mit dem sich von selbst einstellenden Druck gefahren werden kann, wozu in vielen Fällen der halbe Betriebsdruck ausreicht.adapted to the performance of the hydraulic control circuit or it can, if the pump output is controlled, optimal energy utilization can be achieved in every operating state, including at full protection against overstressing caused by excessive axial forces. In particular it is advantageous, for example, for rapid traverse adjustment for acceleration and movement z. B. a tool slide, the valves are wide open and the system only with itself setting pressure can be driven, for which half the operating pressure is sufficient in many cases.

Aus dem »o + p-Report71«, Seite 111, ist es zwar bekannt, als Weggeber arbeitende Abtaster zur Steuerung von Ventil- und Kolbenbewegungen zu verwenden; jedoch sind in dieser Druckschrift keine Hinweise für die Anwendung bei Nachlaufverstärkern enthalten in dem Sinne, daß ein elektrischer Regelkreis einem hydraulischen angepaßt wird.From the "o + p-Report71", page 111, it is known to use scanners that work as position transducers To use control of valve and piston movements; however, there are none in this document Instructions for use in tracking amplifiers contain in the sense that an electrical control circuit is adapted to a hydraulic.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Appropriate refinements of the invention emerge from the subclaims.

In vorteilhafter Weise kann z. B. gleichzeitig bei Anordnung eines die Meßspindel bzw. die Mutter antreibenden Elektromotors zwischen dem Elektromotor und dem Antrieb der Meßspindel bzw. Mutter ein Abgriff für die Erfassung des Drehwinkels der Meßspindel bzw. der Mutter vorgesehen sein, wobei der so erfaßte Drehwinkel als Wert für die Lage des arbeitsaktiven Teils des Hydraulikmotors dient, so daß keine besondere zusätzliche Messung der absoluten erreichten Stellung des Nachlaufverstärkers erforderlich ist. Durch den Wegfall besonderer Positionsmeßvorrichtungen, die aufwendig und störanfällig sind, kann die Anlage wesentlich wirtschaftlicher hergestellt und betrieben werden. Zweckmäßigerweise dient als Abgriff für die Erfassung des Drehwinkels ein Potentiometer, wobei der Potentiometerabgriff so geführt ist, daß die Endstellungen des Potentiometers mit den Endstellungen des arbeitsaktiven Teils des Hydraulikmotors übereinstimmen. Eine solchermaßen verwendete Analogmessung hat den Vorteil, daß jederzeit nach einem Stromausfall sofort wieder die genaue Kolbenstangenstellung erfaßbar ist, ohne daß auf einen vorgegebenen Bezugspunkt zurückgefahren werden muß, wie dies bei einem Digitalabgriff erforderlich wäre.Advantageously, for. B. at the same time with the arrangement of the measuring spindle or the mother driving electric motor between the electric motor and the drive of the measuring spindle or nut Be provided tap for the detection of the angle of rotation of the measuring spindle or the nut, the Rotation angle detected in this way serves as a value for the position of the active part of the hydraulic motor, so that no special additional measurement of the absolute position reached by the tracking amplifier is required is. By eliminating special position measuring devices, which are expensive and prone to failure, can the system can be manufactured and operated much more economically. Appropriately serves as a tap for the detection of the angle of rotation a potentiometer, the potentiometer tap is guided so that the End positions of the potentiometer with the end positions of the active part of the hydraulic motor to match. An analog measurement used in this way has the advantage that at any time after a If there is a power failure, the exact piston rod position can be detected again immediately, without having to go to a predetermined one Reference point must be moved back, as would be required with a digital tap.

Zur Erhöhung der Abgriffgenauigkeit kann das Potentiometer mehrgängig und vorzugsweise als Kunststoffschichtpotentiometer ausgebildet sein.To increase the tapping accuracy, the potentiometer can be multi-turn and preferably as Plastic layer potentiometer be formed.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt einen Längsschnitt durch den elektrohydraulischen Nachlaufverstärker.An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. These shows a longitudinal section through the electrohydraulic follow-up booster.

Beim Nachlaufverstärker ist in einer Kolbenstange 1 eines einen Kolben 2 aufweisenden Hydraulikzylinders 3 in einer Bohrung 4 eine Meßspindel 5 befestigt, die auf einem Teil ein mit einer Mutter 6 zusammenwirkendes Gewinde 7 aufweist. Zur Herabsetzung der Reibung ist das Gewinde 7 als Kugelumlaufgewinde ausgebildet, wie dies beispielsweise ähnlich aus Kraftfahrzeuglenkungen bekannt ist. Die Mutter 6 ist über Axiallager 8 mit geringem Spiel in einer Büchse 9 gelagert, auf der ein Abgriff 10 für die Steuerung von Ventilen 11 angeordnet ist, durch die bei einer axialen Verschiebung t: eine Druckleitung 12 und eine Abflußleitung 15 mit den Druckkammern 14 bzw. 15 lies Hydraiilikmolors I, 2,3 verbunden bzw. getrennt werden.In the case of the follow-up booster, a hydraulic cylinder having a piston 2 is in a piston rod 1 3 in a bore 4, a measuring spindle 5 is attached, with a nut 6 cooperating on one part Has thread 7. To reduce friction, the thread 7 is designed as a recirculating ball thread, as is known, for example, from vehicle steering systems. The nut 6 is on thrust bearings 8 stored with little play in a sleeve 9 on which a tap 10 for controlling valves 11 is arranged, through which at an axial displacement t: a pressure line 12 and a discharge line 15 with the pressure chambers 14 and 15 read Hydraiilikmolors I, 2.3 can be connected or disconnected.

Die Müller 6 ist über ein hiilscnartige, die Meßspindel ϊ umfassende Verlängerung 16 mil einer Zahnriemenscheibe 17 verbunden, die über einen Zahnriemen 18 und eine weitere Zahnriemenscheibe 19 mittels eines Elektromotors 20, z. B. eines Schrittmotors antreibbar ist.The miller 6 is via a hiilscn-like, the measuring spindle ϊ comprehensive extension 16 connected to a toothed belt pulley 17, which is connected via a toothed belt 18 and another toothed belt pulley 19 by means of an electric motor 20, for. B. a stepper motor can be driven is.

In die Bohrung 4 der Kolbenstange 1 ragt eine Büchse 21 hinein, die an ihrem einen Ende dichtend an der Bohrungswand anliegt. Das gegenüberliegende Ende der Büchse 21 ist in einem Steuergehäuse 22, in dem auch die Ventile 11 angeordnet sind, dicht gehalten, soIn the bore 4 of the piston rod 1 protrudes a sleeve 21, which is sealing at one end to the The wall of the borehole. The opposite end of the sleeve 21 is in a control housing 22 in which also the valves 11 are arranged, kept tight, so

ίο daß die Meßspindel 5 und die Mutter 6 mit der Verlängerung 16 und der Büchse 9 mit dem Abgriff 10 in einem drucklosen Raum liegen, der über eine Leckölleitung 23 druckentlastet ist.
Wird nun über den Zahnriemen 18 die Mutter 6 gegenüber der Meßspindel 5 derart verdreht, daß beispielsweise der Abgriff 10 in Richtung der Zahnriemenscheibe 17 hin verschoben wird, so wird über die Ventile 11 die Druckleitung 12 mit der Druckkammer 14 des Hydraulikzylinders 3 und gleichzeitig die Druckkammer 15 mit der Abflußleitung 13 verbunden, so daß der Kolben 2 mit der Kolbenstange 1 und der fest damit verbundenen Meßspindel nach rechts verschoben wird. so daß der Abgriff 10 wieder in die Ausgangslage zurückgeführt und damit die Kolbenbewegung, wenn keine weitere Verdrehung der Mutter 6 erfolgt, stillgesetzt wird. Bei einer Verdrehung der Mutter 6 gegenüber der Meßspindel 5 in anderer Drehrichtung erfolgt der gleiche Vorgang in entgegengesetzter Richtung.ίο that the measuring spindle 5 and the nut 6 with the extension 16 and the sleeve 9 with the tap 10 are in a pressureless space which is relieved of pressure via a leakage oil line 23.
If the nut 6 is now rotated relative to the measuring spindle 5 via the toothed belt 18 such that, for example, the tap 10 is shifted in the direction of the toothed belt pulley 17, the pressure line 12 with the pressure chamber 14 of the hydraulic cylinder 3 and at the same time the pressure chamber via the valves 11 15 connected to the discharge line 13, so that the piston 2 with the piston rod 1 and the measuring spindle firmly connected to it is displaced to the right. so that the tap 10 is returned to the starting position and thus the piston movement is stopped if the nut 6 is not further rotated. When the nut 6 is rotated with respect to the measuring spindle 5 in a different direction of rotation, the same process takes place in the opposite direction.

Erfolgt nun die Verdrehung der Mutter 6 zu rasch, so daß der hydraulische Regelkreis dem elektrischen Regelkreis nicht mehr folgen kann, so wird die Axialverschiebung ε der Mutter 6 gegenüber dem Steuergehäuse 22 so groß, daß trotz voller öffnung der Ventile 11 der Kolben 2 der Verstellung der Mutter 6 nicht mehr folgen kann. Um hier eine Beschädigung des Verstärkers zu vermeiden, sind mit dem Abgriff 10 zusammenarbeitende Endschalter 33 angeordnet, durch die ein Störsignal abgegeben oder der ganze Nachlaufverstärker stillgesetzt wird. Um nun solche Betriebsstörungen zu vermeiden und eine gegenseitige Abstimmung des elektrischen Regelkreises mit dem hydraulischen Regelkreis zu erzielen und die aufzuwendende Leistung der Hydraulikpumpe zu optimieren, ist im Steuergehäuse 22 ein mit dem Abgriff 10 zusammenarbeitender Abtaster 34 eingesetzt, mit dem gemäß Zeichnung die Endschalter baulich integriert sind und durch den die Axialverschiebung ε gemessen und der Steuerlogik zugeführt wird. Durch diese Steuerlogik wird die Winkelgeschwindigkeit der Mutter 6 an die Verschiebung angepaßt, und zwar wird bei größer werdendem ε die Winkelgeschwindigkeit herabgesetzt, so daß der hydraulische Steuerkreis dem elektrischen Regelkreis folgen kann. Die Winkelgeschwindigkeit wird aber durch die Steuerlogik an die sonstigen Gegebenheiten wie Eilgang, Arbeitsvorschub usw. angepaßt. Bei aufwendigeren Konstruktionen kann gleichzeitig, gegebenenfalls unter Vorrang, die Fördermenge der Hydraulikpumpe, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist und die den Nachlaufvcrstärker über die Druckleitung 12 mit Drucköl versorgt, gesteuert werden.If the nut 6 is now turned too quickly, the hydraulic control loop corresponds to the electrical one Can no longer follow the control loop, the axial displacement ε of the nut 6 compared to the Control housing 22 so large that, despite the full opening of the valves 11, the piston 2 of the adjustment of the nut 6 can no longer follow. In order to avoid damage to the amplifier here, tap 10 cooperating limit switches 33 are arranged, through which an interference signal is emitted or the entire follow-up amplifier is stopped. In order to avoid such operational disruptions and to ensure mutual coordination to achieve the electrical control circuit with the hydraulic control circuit and the expenditures To optimize the performance of the hydraulic pump, a cooperating with the tap 10 is in the control housing 22 Scanner 34 used, with which the limit switches are structurally integrated according to the drawing and through which the axial displacement ε is measured and fed to the control logic. Through this control logic the angular speed of the nut 6 is adapted to the displacement, and that is greater at the angular velocity is reduced as ε, so that the hydraulic control circuit corresponds to the electrical Control loop can follow. The angular velocity is, however, passed on to the others by the control logic Conditions such as rapid traverse, work feed, etc. adapted. With more complex constructions can at the same time, if necessary with priority, the delivery rate of the hydraulic pump, which is not in the drawing is shown and which supplies the follow-up amplifier via the pressure line 12 with pressure oil, controlled will.

Aiii aus dem Hydraulikzylinder J herausrugcmlcn Ende der Kolbenstange I ist eine KoppclvorrichtuiiL' 24 zum Verbinden ties Nachlaufverstärkers mit beispielsweise einem Maschinenschlitten vorgesehen.Aiii pulled out of the hydraulic cylinder J. The end of the piston rod I is a coupling device 24 provided for connecting ties tracking amplifier with, for example, a machine slide.

Die Temperatur des llydrauliköls ändert sich mit der Arbeitsbelastung. Damit verbunden ist infolge derThe temperature of the hydraulic oil changes with the Workload. Associated with this is due to the

Wärmedehnung der Werkstoffe eine Längenänderung der Meßspindel 5 und auch aller anderen Teile, so daß der Abstand zwischen der Koppelvorrichtung 24 und dem Abgriff 10 temperaturabhängig ist. Dies ist aber unerwünscht, insbesondere wenn die Winkellage der Mutter 6 direkt zur Steuerung der Lage der Koppelvorrichtung 24 oder des Maschinenschlittens ohne Messung der eigentlichen absoluten Lage verwendet werden soll. Die genaue Winkellage der Mutter 6 kann über ein vom Motor 20 verstelltes Potentiometer 25 oder auch über einen mit den ZähnenThermal expansion of the materials changes the length of the measuring spindle 5 and all other parts, so that the distance between the coupling device 24 and the tap 10 is temperature-dependent. But this is undesirable, especially if the angular position of the nut 6 directly to control the position of the Coupling device 24 or the machine slide without measuring the actual absolute position should be used. The exact angular position of the nut 6 can be adjusted by the motor 20 Potentiometer 25 or one with the teeth

der Zahnriemenscheibe 17 zusammenarbeitenden Ta ster 26 erfolgen, dessen Zählimpulse über einen Zähle die absolute Winkellage der Mutter 6 festhält.the toothed belt pulley 17 cooperating Ta ster 26 take place, the counting pulses on a counter the absolute angular position of the nut 6 holds.

Als Potentiometer 25 kann ein Kunststoffschichtpo lentiometer mit sehr großer Auflösung Verwendung finden, so daß beispielsweise bei einem Hub von 250 mrr mit Hilfe des Potentiometers 25 eine Einstellgenauigkeil von Vioo mm erzielbar und der Einstellpunkt m optimaler Geschwindigkeit bei geringster Einstellze einstellbar ist.As a potentiometer 25, a Kunststoffschichtpo lentiometer with a very high resolution can be used find, so that for example at a stroke of 250 mrr with the help of the potentiometer 25 a setting accuracy wedge from Vioo mm achievable and the setting point m optimum speed can be set at the lowest setting.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Electro-hydraulic follow-up amplifier to control the position and speed of the work-active part of a hydraulic motor, with a by means of a setting the setpoint Electric motor driven, guided on a measuring spindle or with a driven nut Measuring spindle and a nut guided thereon, via the valves provided in a control housing, which the pressure medium supply from a hydraulic pump to the hydraulic motor and the pressure medium discharge from the hydraulic motor to a sump control, are actuated, the nut together with the measuring spindle from the control-active part of the hydraulic motor in the sense of resetting the Valves can be taken into their zero position, thereby characterized in that a scanner (34) for detecting the axial displacement of the nut (6) is provided over which, depending on the axial displacement (ε) of the nut (6) from its Neutral position the angular speed of the nut (6) or the measuring spindle (5) and / or the Pump performance can be influenced.

2. Follower amplifier according to claim 1, with limit switches, which on the mother when reaching whose extreme positions shut down the electric motor, characterized in that the scanner (34) and Limit switches (33) are structurally integrated.

3. tracking amplifier according to claim 1 or 2, characterized in that a scanner (34) inductive or capacitive displacement encoder is used.

4. tracking amplifier according to one of claims 1 to 3, characterized in that between the Electric motor (20) and the drive of the measuring spindle (5) or nut (6) a tap for the detection of the Angle of rotation of the measuring spindle (5) or the nut (6) is provided and the thus detected angle of rotation as The value for the position of the active part of the hydraulic motor is used.

5. tracking amplifier according to claim 4, characterized in that as a tap for the detection of the Rotation angle a potentiometer (25) is used, the potentiometer tap is guided so that the end positions of the potentiometer (25) with the end positions of the active part of the hydraulic motor to match.

6. tracking amplifier according to claim 5, characterized in that the potentiometer (25) multi-turn is.

7. tracking amplifier according to claim 5 or 6, characterized in that the potentiometer (25) is designed as a plastic layer potentiometer.

8. Nachlaufverslärker according to claim 4, characterized in that as a tap an inductive, capacitive or optical, with a pulse generator z. B. in the form of a toothed disk, perforated disk, Reticle cooperating button (26) is used to detect the angle of rotation with a Counter cooperates.

9. tracking amplifier according to one of claims I to 8, characterized in that for formation of a pressureless space one with its one end into the hollow piston rod (I), which with its piston the active part of the hydraulic cylinder forms, protruding part of the measuring spindle (5) receiving sleeve (21) is arranged, which at its other end in the valves (11) receiving Control housing (22) is kept tight.