DE102014217181A1 - Druckregelkreis - Google Patents

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Abstract

Offenbart ist ein Druckregelkreis mit zumindest einem Schaltventil zum Steuern eines Verbraucherdrucks. Das Schaltventil hat ein Ventilglied, das ballistisch betätigbar ist. Eine Dauer der Einschaltzeit des Schaltventils beziehungsweise eine Dauer der ballistischen Betätigung ist abhängig von einer Druckvorgabe.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Druckregelkreis gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, einen Druck in einem Verbraucher mittels eines Schaltventils zu steuern. Beispielsweise ist in der WO 2010/136071 A1 vorgesehen einen Zylinderkammer und eine Ringkammer eines Hydrozylinders jeweils über eine Vielzahl fluidisch parallel geschalteter Schaltventile mit einer Druckmittelquelle und über eine Vielzahl fluidisch paralleler geschalteter Schaltventile mit einer Druckmittelsenke zu verbinden.
  • Aus der US 2003/0174034 A1 ist eine weitere Ausführungsform eines Schaltventils bekannt.
  • Ein Druckregelkreis hat die Aufgabe einen Druck einer Anlage als Regelgröße einem Sollwert anzupassen. Dies erfolgt beispielsweise über mit Proportionalmagneten angesteuerte Druckregelventile. Hierbei ist nachteilig, dass derartige Ventile eine geringe Robustheit aufweisen und vergleichsweise kostenintensiv sind. Des Weiteren ist ein Digital-/Analogwandler notwendig, um über ein Steuergerät das proportional verstellbare Druckregelventil anzusteuern. Ferner weist der Proportionalmagnet hohe elektrische Verluste auf. Des Weiteren ist nachteilig, dass üblicher Weise, bei nicht betätigtem Druckregelventil, also beispielsweise im stromlosen Zustand, der Druck in dem Verbraucher nicht aufrecht erhalten werden kann.
  • Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu beseitigen.
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einem Druckregelkreis gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Erfindungsgemäß hat ein Druckregelkreis beziehungsweise eine digitale Druckregelventileinheit ein Schaltventil zum Steuern eines Drucks in einen Verbraucher. Das Schaltventil hat ein Ventilglied, das über einen Betätigungsmagneten betätigbar ist. Die Betätigung des Ventilglieds erfolgt hierbei ballistisch, wobei eine Einschaltzeit des Schaltventils derart kurz ist, dass dieses aus der geschlossenen Stellung einen Öffnungshub durchführt, aber ohne seine vollständig geschaltete geöffnete Stellung zu erreichen in die geschlossene Stellung zurückfällt. Denkbar wäre auch dass das Ventilglied des Schaltventils durch die kurze Einschaltzeit aus einer geöffneten Stellung einen Hub in Schließrichtung durchführt aber ohne Erreichen seiner vollständig geschalteten geschlossenen Stellung in eine geöffnete Stellung zurückfällt. Erfindungsgemäß ist eine Pulsdauer der Einschaltzeit beziehungsweise Dauer der Einschaltzeit des Schaltventils und/ oder eine Pulshäufigkeit des Schaltventils von einer Druckvorgabe abhängig.
  • Diese Lösung hat den Vorteil, dass durch das ballistisch betätigte Schaltventil im Unterschied zum Stand der Technik für den Druckregelkreis kein mittels eines Proportionalmagneten angesteuertes Druckregelventil erforderlich ist. Auch ist es zum Steuern der Druckvorgabe nicht notwendig, eine Mehrzahl von üblichen Schaltventilen, wie in der eingangs erläuterten WO 2010/136071 A1 einzusetzen, sondern die Druckvorgabe kann einfach über das ballistisch angesteuerte Schaltventil umgesetzt werden, deren Pulsdauer und/oder Pulsfrequenz oder Pulshäufigkeit abhängig von der Druckvorgabe ist. Ein derartiger Druckregelkreis zeichnet sich weiter durch sehr kurze Stellzeiten und einer genauen Einstellung eines zu regelnden Drucks aus. Des Weiteren ist er vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig ausgestaltet. Der Einsatz des Schaltventils führt weiter zu einer hohen Schockfestigkeit des Druckregelkreises im Vergleich zu Druckregelventilen mit einem Proportionalmagneten. Ferner weist das Schaltventil geringe Probleme mit verunreinigter Hydraulikflüssigkeit auf. Eine Temperaturanfälligkeit ist ebenfalls minimiert. Außerdem hat sich gezeigt, dass der Druckregelkreis durch das Schaltventil äußerst robust gegenüber elektromagnetischen Störungen ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Pulsdauer der Einschaltzeit des Schaltventils und/ oder die Pulshäufigkeit des Schaltventils abhängig von einer Druckregeldifferenz, dass heißt, einer Differenz eines Ist-Drucks von einem Soll-Druck, wobei der Soll-Druck die Druckvorgabe sein kann. Durch die Abhängigkeit der Pulsdauer und/ oder der Pulshäufigkeit von der Druckregeldifferenz ist auf einfache Weise eine Druckregelung ermöglicht.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat der Druckregelkreis einen Drucksensor der den Ist-Druck verbraucherseitig erfasst. Des Weiteren kann ein Betätigungsmagnet zur ballistischen Betätigung des Schaltventils vorgesehen sein, der über eine Steuereinheit gesteuert ist. Die Steuereinheit kann dann mit dem Drucksensor zum Erfassen des Ist-Drucks verbunden sein und in Abhängigkeit davon die Druckregeldifferenz bilden.
  • Vorrichtungstechnisch einfach handelt es sich bei der Steuerung um eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Diese kann das Schaltventil direkt ohne Digital-/Analogwandler ansteuern. Außerdem sind derartige Steuerungen üblicherweise bei Maschinen, die den Druckregelkreis einsetzen, vorhanden, womit für den Druckregelkreis keine eigene Steuerung notwendig ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat der Druckregelkreis zumindest zwei Schaltventile, wobei beide Schaltventile ballistisch in Abhängigkeit der Druckvorgabe oder der Druckregeldifferenz steuerbar sind. Das eine Schaltventil ist hierbei vorzugsweise zwischen einer Druckmittelquelle und einer Verbraucherseite und das andere Schaltventil vorzugsweise zwischen einer Druckmittelsenke und der Verbraucherseite angeordnet. Das Ventilglied eines jeweiligen Schaltventils kann über eine Ventilfeder in Richtung einer Schließstellung vorgespannt sein und von der Schießstellung aus ballistisch in die Öffnungsstellung betätigbar sein. Dies führt dazu, dass die Schaltventile, wenn sie stromlos sind, beispielsweise bei Stromausfall, einen Druck verbraucherseitig aufrechterhalten können, womit ein Fail-Safe-Verhalten ermöglicht ist. Alternativ ist denkbar eines oder beide Schaltventile mit der Feder in Richtung der Öffnungsstellung vorzuspannen, womit sie im stromlosen Zustand die Verbraucherseite druckentlasten würden.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform des Druckregelkreises ist vorstellbar ein Schaltventil einzusetzen, bei dem es sich um ein 3/2-Wege-Sitzventil handelt. Hierbei kann beispielsweise ein Ventilglied des Schaltventils in einer ersten Schaltstellung eine Druckmittelverbindung zwischen der Druckmittelquelle und der Verbraucherseite aufsteuern und eine Druckmittelverbindung zwischen der Verbraucherseite und der Druckmittelsenke zusteuern. In einer zweiten Schaltstellung könnte das Ventilglied dann eine Druckmittelverbindung zwischen der Druckmittelquelle und der Verbraucherseite zusteuern und eine Druckmittelverbindung zwischen der Verbraucherseite und der Druckmittelsenke aufsteuern.
  • Verbraucherseitig des Druckregelkreises ist vorzugsweise ein Hydrozylinder mit seiner Zylinderkammer angeschlossen. Bei dem Hydrozylinder handelt es sich beispielsweise einfach um einen Plungerzylinder.
  • Der Druckregelkreis ist vorzugsweise für eine Bombiervorrichtung einer Abkantpresse einsetzbar, wobei die Abkantpresse eine feste Wange und eine bewegliche Wange hat. Der Druckregelkreis kann dann für zur Bombierung vorgesehene Hydrozylinder der festen Wange eingesetzt werden.
  • Des Weiteren ist denkbar, den Druckregelkreis in der Spannhydraulik vorzusehen.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Federkraft der das Ventilglied in Richtung der Grundstellung vorspannenden Ventilfeder im Vergleich zur Kraft des Betätigungsmagneten bei Nennbestromung sehr gering, so dass nur eine vergleichsweise kurze Zeit erforderlich ist, um nach Anlegen des Stroms an den Betätigungsmagneten das Schaltventil in die Schaltstellung durchzuschalten.
  • Ein jeweiliges Schaltventil kann zwei Anschlüsse aufweisen, wobei ein erster Anschluss des ersten Schaltventils mit der Druckmittelquelle und ein erster Anschluss des zweiten Schaltventils mit der Druckmittelsenke verbunden ist, und wobei die zweiten Anschlüsse der Schaltventile miteinander verbunden sind. An die zweiten Anschlüsse kann dann der Verbraucher, insbesondere der Hydrozylinder mit seiner Zylinderkammer, angeschlossen sein. Der Drucksensor ist vorzugsweise ebenfalls auf Seiten der zweiten Anschlüsse angeschlossen.
  • Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
  • Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckregelkreises ist anhand einer Zeichnung dargestellt. Anhand der Figur dieser Zeichnung wird die Erfindung nun näher erläutert. Die einzige Figur zeigt in einem hydraulischen Schaltplan einen erfindungsgemäßen Druckregelkreises gemäß dem Ausführungsbeispiel.
  • Gemäß der Figur ist ein Druckregelkreis 1 für einen hydraulischen Verbraucher in Form eines Hydrozylinders 2 dargestellt. Bei diesem handelt es sich um einen Differentialzylinder mit einem Kolben 4 von dem sich einseitig eine Zylinderstange 6 erstreckt. Der Kolben 4 trennt dabei einen Zylinderraum 8 von einem Ringraum 10. Über den Druckregelkreis 1 ist der Druck in dem Zylinderraum 8 regelbar.
  • Der Druckregelkreis 1 weist ein erstes und zweites Schaltventil 12 und 14 auf. Diese sind jeweils als 2/2-Wegeventile ausgestaltet. Das erste Schaltventil 12 hat einen Druckanschluss P, der mit einer Druckmittelquelle 16 verbunden ist, und einen Arbeitsanschluss A der über einen Verbraucherströmungspfad 18 mit dem Zylinderraum 8 des Hydrozylinders 2 verbunden ist. Ein Ventilglied des ersten Schaltventils 12 ist mit einer Federkraft einer Ventilfeder 20 in Richtung einer Schließstellung 0 beaufschlagt, in der der Druckanschluss P vom Arbeitsanschluss A getrennt ist. Ausgehend von der Schließstellung 0 ist das Ventilglied über einen elektromagnetischen Aktor 22 beziehungsweise Betätigungsmagneten ballistisch in Richtung eine Öffnungsstellung a betätigbar. Der Aktor 22 ist mit einer Steuerung 24 verbunden, um über diese angesteuert zu werden. Bei der Steuerung handelt es sich um eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Das zweite Schaltventil 14 hat einen Tankanschluss T über den sie mit einer Druckmittelsenke 26 verbunden ist. Des Weiteren hat das zweite Schaltventil 14 einen Arbeitsanschluss A, der ebenfalls mit dem Verbraucherströmungspfad 18 und somit mit dem Zylinderraum 8 des Hydrozylinders 2 verbunden ist. Ein Ventilglied des zweiten Schaltventils 14 ist über eine Ventilfeder 28 mit einer Federkraft in Richtung einer Schließstellung 0 beaufschlagt, in der der Tankanschluss T vom Arbeitsanschluss A getrennt ist. Über einen elektromagnetischen Aktor 30 ist das Ventilglied des zweiten Schaltventils 14 ballistisch in Richtung einer Öffnungsstellung a verschiebbar, in der der Arbeitsanschluss A mit dem Tankanschluss P verbunden ist. Der Aktor 30 ist ebenfalls mit der Steuerung 24 verbunden und wird über diese angesteuert.
  • Zur Druckmessung des Verbraucherströmungspfads 18 beziehungsweise des Zylinderraums 8 ist ein Drucksensor 32 vorgesehen, der an den Verbraucherströmungspfad 18 angeschlossen ist und einen Druck an die Steuerung 24 meldet. Als Eingangsgröße für die Steuerung 24 ist eine Druckvorgabe 34 beziehungsweise Soll-Druck vorgesehen.
  • Die ballistische Betätigung des ersten Schaltventils 12 führt zu einer Beschickung des Zylinderraums 8 mit Druckmittel von der Druckmittelquelle 16. Dagegen führt die ballistische Betätigung des zweiten Schaltventils 14 zu einer Entlassung von Druckmittel aus dem Zylinderraum 8 zur Druckmittelsenke 26. Die Dauer einer Einschaltzeit beziehungsweise der ballistischen Betätigung und einer Pulshäufigkeit des ersten Schaltventils 12 beziehungsweise des Schaltventils 14 hängt von der Druckvorgabe 34 ab. Beispielsweise können für eine bestimmte Druckvorgabe 34 bestimmte Dauern der Einschaltzeit der Schaltventile 12 und 14 in der Steuerung hinterlegt sein. Zum Regeln des Drucks im Zylinderraum 8 ist die Pulsdauer der Einschaltzeit und die Pulshäufigkeit der Schaltventile 12, 14 zusätzlich abhängig von einer Druckregeldifferenz, wobei ein über den Drucksensor 32 erfasster Ist-Druck mit der Druckvorgabe 34 verglichen wird und in Abhängigkeit davon die Schaltventile 12, 14 ballistisch angesteuert werden.
  • Die ballistische Ansteuerung der Schaltventile 12, 14 zusammen mit dem Drucksensor 32, der Steuerung 24 und der Druckvorgabe 34 führt zu einer Druckregelung der Verbraucherseite mit äußerst kurzen Stellzeiten und einer äußerst genauen Einstellung des Drucks (hohe Auflösung). Außerdem weist ein derartiger Druckregelkreis 1 eine hohe Schockfestigkeit und eine geringe Anfälligkeit hinsichtlich verschmutzer Hydraulikflüssigkeit auf. Eine Temperarturdrift ist äußerst gering und der hydraulische Druckregelkreis 1 ist robust gegen elektromagnetische Störungen. Im stromlosen Zustand sind beide Schaltventile 12, 14 geschlossen, womit ein Druck im Zylinderraum 8 erhalten bleibt, was zu einem vorteilhafte Fail-Safe-Verhalten führt. Denkbar wäre auch, dass zumindest das Ventilglied des zweiten Schaltventils 14 im unbestromten Zustand über die Federkraft in die Öffnungsstellung a geschaltet ist, falls ein Fail-Safe-Verhalten gewünscht ist, bei dem im stromlosen Zustand der Zylinderraum 8 druckentlastet sein soll.
  • Mit dem Druckregelkreis 1 kann beispielsweise auch ein Druckregelventil 36 ersetzt werden, was schematisch in der einzigen Figur dargestellt ist. Somit kann es sich bei dem Druckregelkreis 1 um eine digitale Druckregelventileinheit handeln.
  • Es ist weiter denkbar den Druckregelkreis 1 als Ventileinheit 38, beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse, auszubilden.
  • Offenbart ist ein Druckregelkreis mit zumindest einem Schaltventil zum Steuern eines Verbraucherdrucks. Das Schaltventil hat ein Ventilglied, das ballistisch betätigbar ist. Eine Dauer der Einschaltzeit des Schaltventils beziehungsweise eine Dauer der ballistischen Betätigung ist abhängig von einer Druckvorgabe.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Druckregelkreis
    2
    Hydrozylinder
    4
    Kolben
    6
    Zylinderstange
    8
    Zylinderraum
    10
    Ringraum
    12
    erstes Schaltventil
    14
    zweites Schaltventil
    16
    Druckmittelquelle
    18
    Verbraucherströmungspfad
    20
    Ventilfeder
    22
    Aktor
    24
    Steuerung
    26
    Druckmittelsenke
    28
    Ventilfeder
    30
    Aktor
    32
    Drucksensor
    34
    Druckvorgabe
    36
    Druckregelventil
    38
    Ventileinheit
    P
    Druckanschluss
    A
    Arbeitsanschluss
    T
    Tankanschluss
    0
    Schliessstellung
    a
    Öffnungsstellung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2010/136071 A1 [0002, 0008]
    • US 2003/0174034 A1 [0003]

Claims (9)

  1. Druckregelkreis mit einem Schaltventil (12, 14) zum Steuern eines Drucks in einem Verbraucher (2), das ein bewegliches und über einen Betätigungsmagneten (22, 30) betätigbares Ventilglied hat, wobei das Schaltventil (12, 14) in einem Betriebszustand ballistisch betrieben ist, in dem eine Einschaltzeit des Schaltventils (12, 14) derart kurz ist, dass das Ventilglied nicht seine Endlage erreicht, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulsdauer der Einschaltzeit des Schaltventils (12, 14) und/ oder eine Pulshäufigkeit des Schaltventils (12, 14) von einer Druckvorgabe (34) abhängig ist.
  2. Druckregelkreis nach Anspruch 1, wobei die Pulsdauer der Einschaltzeit des Schaltventils (12, 14) und/ oder die Pulshäufigkeit des Schaltventils (12, 14) abhängig von einer Druckregeldifferenz ist, die aus einer Differenz eines Ist-Drucks (32) und der Druckvorgabe (34) gebildet ist.
  3. Druckregelkreis nach Anspruch 2, wobei ein Drucksensor (32) den Ist-Druck (32) bei einer Verbraucherseite (18) erfasst.
  4. Druckregelkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Betätigungsmagnet (22, 30) über eine Steuerung (24) gesteuert ist, bei der es sich um eine speicherprogrammierbare Steuerung handelt, die das Schaltventil (12, 14) direkt ansteuert.
  5. Druckregelkreis nach Anspruch 4, wobei die Steuerung (24) mit dem Drucksensor (32) zum Erfassen des Ist-Drucks (32) verbunden ist.
  6. Druckregelkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erstes Schaltventil (12) zwischen einer Druckmittelquelle (16) und einer Verbraucherseite (18) und ein zweites Schaltventil (14) zwischen einer Druckmittelsenke (26) und der Verbraucherseite (18) angeordnet ist, oder wobei ein 3/2-Wege-Sitzventil vorgesehen ist.
  7. Druckregelkreis nach Anspruch 6, wobei das erste Schaltventil (12) in einer Öffnungsstellung (a) die Druckmittelquelle (16) mit der Verbraucherseite (18) verbindet und in einer Schließstellung (0) diese Druckmittelverbindung sperrt, und wobei das zweite Schaltventil (14) in einer Öffnungsstellung (a) die Druckmittelsenke (26) mit der Verbraucherseite (18) verbindet und in einer Schließstellung (0) diese Druckmittelverbindung sperrt.
  8. Druckregelkreis nach Anspruch 7, wobei das Ventilglied des ersten und zweiten Schaltventils (12, 14) über eine Ventilfeder (20, 28) in Richtung der Schließstellung (0) vorgespannt ist und in Richtung der Schaltstellung (a) ballistisch betätigbar ist.
  9. Druckregelkreis nach Anspruch 7 oder 8, wobei ein digitales Druckregelventil (36) durch das erste und zweite Schaltventil (12, 14), den Drucksensor (32), der Steuerung (24) und der Druckvorgabe (34) gebildet ist und Anschlüsse für einen Verbraucher, für eine Druckmittelsenke und für eine Druckmittelquelle aufweist.
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