DE4122376A1 - Verfahren zum betrieb eines magnetregelventils - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines magnetregelventils

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Mag­ netregelventils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Wegeventile, insbesondere Proportionalwegeventile und Druckventile, insbesondere Druckregel- bzw. Druckreduzier­ ventile werden oft mit positiver Überdeckung ausgeführt, so daß während des Schaltvorganges kurzzeitig alle Anschlüsse voneinander getrennt sind. Beispielsweise wird beim Schalten des Ventilkolbens zunächst die vorherige Verbindung P zur Pumpendruckleitung nach der Tankleitung T gesperrt, bevor die neue Verbindung P zum Arbeitsanschluß A zustandekommt. So kann ein unter Last stehender Verbraucher nicht absinken oder ein aus der Leitung vor dem Ventil abgeleiteter Steuerdruck bleibt erhalten. Der Steuerölverlust durch Übertritt von Druckmittel aus einem Anschluß mit höherem Druck zu einem Abfluß soll also möglichst gering sein, um einen unnötigen Energieverlust zu vermeiden.
Derartige Magnetregelventile werden üblicherweise mit einem impulsbreitenmodulierten Verstärker angesteuert. Dabei wird die Impulsfrequenz so gewählt, daß die Hysterese der Ventil­ kennlinie möglichst gering ist, also die Kennlinie des Regelventils beim Erhöhen und Verringern des Steuerstroms eine möglichst geringe Abweichung besitzt. Erfahrungsgemäß wird mit 100 Hz Chopperfrequenz im gesamten Regelbereich eine günstige Hysterese erreicht. Erhöht man die Chopper­ frequenz auf 200 oder 300 Hz, so vergrößert sich die Hysterese im unteren Regelbereich der Ventilkennlinie ent­ sprechend, während im oberen Bereich der Ventilkennlinie die Höhe der Chopperfrequenz auf die Hysterese kaum einen Ein­ fluß mehr hat. Diese Erscheinung hängt mit der vorgenannten positiven Überdeckung zusammen, mit der man den Ölverlust möglichst gering halten will,während man über die Chopper­ frequenz eine gewisse Unterdeckung simuliert, so daß die Ventilkennlinie insbesondere im unteren Regelbereich der Kennlinie von der Größe der Chopperfrequenz abhängig ist. Hieraus gewinnt man die Erkenntnis, daß man bei Ventilen mit positiver Überdeckung eine verhältnismäßig geringe Chopper­ frequenz wählt, um eine geringe Hysterese der Ventilkenn­ linie zu erzielen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, das Verfahren der eingangs geschilderten Art so weiter zu bilden, daß nicht nur die Hysterese der Ventilkennlinie möglichst klein gehalten wird, sondern daß auch der Steuer­ ölverlust bzw. Ölverlust des Ventils im Regelbereich mini­ miert wird.
Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch den Ventilteil eines Proportio­ nal-Druckreduzierventils,
Fig. 2 die Abhängigkeit des Steuerölverbrauchs vom Steuer­ strom bei unterschiedlicher Impulsfrequenz bei dem Ventil der Fig. 1,
Fig. 3 eine optimierte Frequenz-Strom-Kennlinie für die Ansteuerung der Magnetspule des Ventils.
Fig. 1 zeigt ein Proportional-Druckreduzierventil des Typs DRE 2K. Der Ventilteil besteht aus einem Kolben 1 mit zwei Kolbenabschnitten 2 und 3 und Steuerkanten 4 und 5, die mit einem zur nicht gezeigten Pumpe führenden Druckanschluß P und einem zu einem Tank T führenden Anschluß zusammenwirken, während der Ringraum 6 zwischen den beiden Kolbenabschnitten 2 und 3 mit einem Arbeitsanschluß A in Verbindung steht, in dem der Druck proportional zum Magnetstrom reduziert werden soll.
Der Druck im Anschluß A wirkt in der Bohrung 7 auf die Stirnseite des Kolbenabschnitts 3. Gegensinnig wirkt über einen Stößel 8 des nicht gezeigten Proportionalmagnetan­ triebs die Magnetkraft auf den Kolbenabschnitt 2. Solange der Proportionalmagnet stromlos ist, schaltet eine Rückzugs­ feder 9 am Kolben 1 die Verbindung A nach T. Die Kolbenab­ schnitte 2 und 3 bzw. Steuerkanten 4 und 5 sind gegenüber den Anschlüssen P und T mit positiver Überdeckung ausge­ führt, d. h. es wird im Regelbereich des Ventils die Ver­ bindung von A nach T geschlossen, bevor die Verbindung von P nach A geöffnet wird bzw. die Verbindung von P nach A geschlossen, bevor die Verbindung A nach T geöffnet wird. Damit wird der Steuerölverlust durch Übertritt von Steueröl aus P bzw. A nach T vermindert.
Fig. 2 zeigt den Steuerölverbrauch in Abhängigkeit vom Steuerstrom I der Magnetspule. Dabei zeigt sich, daß bei der Ansteuerung der Magnetspule mit einer Impulsfrequenz von 150 Hz der Steuerölverbrauch drastisch ansteigt, sobald der Ansteuerstrom über 50% der Nennstromstärke erhöht wird. Wählt man jedoch eine Impulsfrequenz von 300 Hz, so ist bis zu einem Steuerstrom von 50% der Steuerölverlust Q etwa um die Hälfte kleiner als bei der Frequenz von 150 Hz und steigt im Bereich zwischen 50% und 100% des Steuerstroms nur noch gering an. Man gewinnt hieraus die Schlußfolgerung, daß Ventile mit 300 Hz Chopperfrequenz prinzipiell einen niedri­ geren Steuerölverbrauch haben als Ventile mit 150 Hz oder noch niedrigerer Chopperfrequenz.
Erfindungsgemäß wird deshalb die Impulsfrequenz des der Magnetspule zugeführten Signals im Regelbereich des Ventils im Sinne einer Minimierung des Steuerölverbrauchs geändert. Dies ist beispielsweise in Fig. 3 dargestellt, wonach die Impulsfrequenz F abhängig vom Ansteuerstrom I geändert, nämlich erhöht wird, wenn der Ansteuerstrom steigt. Im unte­ ren Regelbereich wird also eine kleine Impulsfrequenz ge­ wählt, um die Hysterese der Ventilkennlinie zu minimie­ ren, während mit steigendem Ansteuerstrom die Impulsfrequenz erhöht wird, um den Steuerölverlust zu minimieren. In Fig. 3 ist die Kennlinie für ein Druckregelventil, also die Abhän­ gigkeit vom Steuerstrom I und Regeldruck P dargestellt, wo­ bei die Hysterese gerade im unteren Bereich der Ventilkenn­ linie sehr gering ist.
Die Umschaltung der Impulsfrequenz kann in ein oder zwei Stufen oder mehrstufig gemäß Fig. 3 erfolgen. Die Impuls­ frequenz kann auch kontinuierlich geändert werden. Die be­ kannten Regelverstärker zum Ansteuern solcher Magnetventile lassen sich ohne erfinderisches Zutun so abändern, daß ab­ hängig von dem Ansteuerstrom I oder einer Eingangsgröße, insbesondere einem Meßsignal die Impulsfrequenz mit stei­ gendem Ansteuerstrom erhöht wird.
Als Eingangssignal können verschiedene Parameter des hydrau­ lischen Systems dienen. So kann bei einem Druckregelventil der Druck unmittelbar gemessen und als Eingangsgröße verwen­ det werden. Bei Proportionalwegeventilen kann die Impuls­ frequenz abhängig vom Ventildurchfluß, oder abhängig von der Geschwindigkeit oder der Drehzahl eines angesteuerten Stellzylinders oder eines Hydromotors, oder auch abhängig vom anstehenden Systemdruck verändert werden. Insbesondere wird auch in Betracht gezogen, die Frequenz über die genannte Vergrößerung hinaus auf einen wesentlich höheren Wert zu vergrößern, wenn der im Regelverstärker vorgenommene Soll-Istwertvergleich eine gewisse Schwelle unterschreitet. Mit Hilfe dieser hohen Frequenz bleibt der Ventilkolben dann in der Überdeckungsstellung stehen und ist der Ölverlust mini­ miert, solange bis ein neuer Regelimpuls gebildet wird, so daß die Schwelle überschritten wird und die Impulsfrequenz wieder zurückgeschaltet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für 3-Wege-Proportional-Druckregelventile wie auch für 3-Wege-Pro­ portionalventile in ein- und zweistufiger Bauart.
Die Ansteuerung erfolgt von einem impulsbreitenmodulierten Regelverstärker oder auch mit einer Gleichspannung, der ein Choppersignal bzw. Brummsignal überlagert ist, dessen Frequenz entsprechend verändert wird.
Es ist ferner möglich, die Impulsfrequenz bzw. die Frequenz des Choppersignals abhängig von einer weiteren Eingangsgröße zu verändern, um beispielsweise Temperaturschwankungen am Ventil zu kompensieren. Es ist also möglich, die beispiels­ weise in DE 33 20 110 C2 erläuterte Schaltung zum Betrieb eines Magnetregelventils zu verwenden, um die Impulsfrequenz abhängig von der Betriebstemperatur zu verändern. Diese Veränderung erfolgt zusätzlich zu der Frequenzänderung zur Minimierung des Steuerölverbrauchs.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb eines Magnetregelventils, insbe­ sondere eines 3-Wege-Druckregelventils bzw. eines 3-Wege­ ventils mit Proportionalmagnet, bei dem im Regelbereich des Ventils ein Energieverlust durch Übertritt von Druckmittel aus einem Anschluß höheren Druckes in einen Abfluß auf­ tritt, und bei dem die Magnetspule mit Impulsen oder Gleich­ strom angesteuert wird, dem ein Choppersignal überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Impulse bzw. des Choppersignals im Regelbereich im Sinne einer Verringe­ rung des Energieverlustes verändert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz mit zunehmendem Ventilhub vergrößert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz abhängig von einem mit dem Ventil zu regelnden Druck verändert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz abhängig von dem Ansteuerstrom der Magnetspule verändert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz abhängig vom Ventildurch­ fluß verändert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz abhängig von der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl eines an das Ventil angeschlossenen Verbrau­ chers verändert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz abhängig von dem am Ventil anstehenden Systemdruck verändert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Frequenz in Stufen erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Frequenz kontinuierlich erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz zusätzlich abhängig von der Betriebstemperatur des Ventils im Sinne einer temperaturun­ abhängigen Ventilkennlinie verändert wird.
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