DE19508954C1 - Anordnung zum Einstellen der Absperrstellung eines gegen mindestens eine Feder arbeitenden Proportionalventils, insbesondere Wegeventils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Einstellen der Ab­ sperrstellung eines gegen mindestens eine Feder arbeitenden Proportionalventils, insbesondere Wegeventils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 27 57 660 A1 ist eine hydraulische Steuereinrich­ tung für einen Arbeitszylinder mit einem Vier/Drei-Wegeven­ til bekannt, dessen Steuerschieber mit einem Weggeber verse­ hen ist. Die vom Weggeber entsprechend der Ist-Stellung des Steuerschiebers gelieferten Signale und die an einem Soll­ wertgeber eingestellte Spannung werden in einem Differenz­ verstärker verstärkt, der die Proportionalmagnete des Wege­ ventils steuert.

Ferner ist aus der DE 92 07 562 U1 ein gegen eine Feder arbei­ tendes Proportionalventil bekannt, dessen Durchsatzvolumen im Verhältnis zum Eingangsstrom mittels einer Meßanordnung ermittelt wird.

Proportionalventile, insbesondere Wegeventile müssen darauf­ hin geprüft werden, daß bei Ansteuerung der Magnetspule mit einem bestimmten Strom die Absperrstellung des Ventils mit Sicherheit erreicht wird, das Ventil also den oder die Druckmittelwege zu einem Verbraucher völlig absperrt. Diese Prüfung hat man bisher so vorgenommen, daß man mit Hilfe eines Volumenstromsensors eine Durchfluß-Kennlinie des Pro­ portionalventils aufgenommen hat. Es handelt sich also um eine Kennlinie, die ausgehend von einem maximalen Durchfluß­ wert bei voll geöffnetem Ventil einen Minimalwert erreicht, wenn das Ventil allmählich in Richtung Absperrstellung ver­ schoben wird. Bei einem Vierwege-Proportionalventil steigt dann die Kennlinie nach Überfahren der Absperrstellung wie­ der an, bis wiederum der maximale Durchfluß, diesmal in um­ gekehrter Strömungsrichtung, erreicht ist. Aus der Kennlinie läßt sich zwar graphisch die Mittel- bzw. Absperrstellung gut erkennen. Für eine automatisierte Erkennung eignet sich dieses Prüfverfahren jedoch nicht, weil der Kennlinienver­ lauf im Minimum einen Problembereich für die von einem Com­ puter vorgenommene Auswertung darstellt. Es muß aber ein bestimmtes Minimum festgelegt werden und dann die Federvor­ spannung des Proportionalmagnets so verstellt werden, daß bei diesem Minimum ein vorbestimmter Strom durch die Magnet­ spule fließt, d. h., daß beim Ansteuern der Magnetspule mit diesem Strom mit Sicherheit die Absperrstellung des Ventils einstellbar ist. Bei dem bereits erwähnten Vierwegeventil soll beispielsweise dieser Strom 60% des Nennstroms betra­ gen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Prüfen solcher Proportionalventile zu schaffen, mit der die vorgenannte graphische Auswertung der Ventilkennlinie ver­ mieden wird, vielmehr die Absperrstellung des Ventils bzw. die hierfür erforderliche Stromstärke durch eine einfache Messung ermittelt werden kann.

Die genannte Aufgabe ist bei dem Ventil der eingangs ge­ schilderten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Erfindungsgemäß wird also mit Hilfe des von dem zu prüfenden Proportionalventil beaufschlagten Arbeitszylinders ein Posi­ tionsregelkreis aufgebaut. Dabei wird die Regelabweichung zwischen dem Positions-Istwert des Kolbens im Arbeitszylin­ der und einer Referenzspannung gebildet und die Regelabwei­ chung einem P-Regler zugeführt wird, dessen Ausgangssignal an einen Ventilverstärker geführt wird, der die Magnetspule des Proportionalventils speist. Diese Stromstärke wird ge­ messen. Solange das Wegeventil noch nicht die Absperr­ stellung erreicht hat, wird sich der Kolben des Arbeits­ zylinders verschieben. Bei einem bestimmten Sollwert für die Ventilposition fährt das Ventil in die Absperrstellung ein und damit kommt der Kolben des Arbeitszylinders zum Still­ stand. Der Ausregelzustand ist erreicht. Jetzt wird die Fe­ dervorspannung des Ventils so verändert, daß dieser Ausre­ gelzustand, also die Absperrstellung des Ventils bei einem vorbestimmten Strom durch die Magnetspule erreicht wird. Der Ausregelzustand des Positions-Regelkreises ist somit eine zuverlässige Anzeige dafür, daß das Ventil in der Absperr­ stellung ist. Der hierfür erforderliche Strom durch die Ma­ gnetspule kann am Prüfling durch Änderung der Federvorspan­ nung leicht eingestellt werden. Erfindungsgemäß ist somit die Ermittlung der Absperrstellung des Ventils leicht mög­ lich und kann automatisch erkannt und von einem Prozessor gesteuert werden.

Selbstverständlich ist es dem Hydraulikfachmann bekannt, zur Ansteuerung eines Arbeitszylinders mit einem Proportional-Wegeventil einen Positionsregelkreis vorzusehen, um bestimm­ te Positionen des Zylinders anzufahren. Erfindungsgemäß han­ delt es sich hier aber um die Anwendung einer solchen be­ kannten Anordnung zum Einstellen der Federvorspannung, die erforderlich ist, daß das Ventil beim Ansteuern mit einer bestimmten Stromstärke zuverlässig in der Absperrstellung ist. Dies ist natürlich mit den bekannten Positionsregel­ kreisen nicht beabsichtigt, die dazu dienen, den Hub des Kolbens am Arbeitszylinder zu regeln.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der eine Prüfanordnung für ein Vierwege-Proportionalventil schematisch dargestellt ist. Die beiden Zylinderräume eines Arbeitszylinders 1 (Gleichgangzylin­ ders) sind jeweils an dem A- bzw. B-Anschluß eines Proportionalventils 2 angeschlossen, dessen Schieber vom Anker einer Magnetspule 13 gegen die Vorspannung einer Feder 14 betätigt wird. Der P-Anschluß des Proportionalventils ist über einen Volumenstromsensor 3 und hier nicht weiter interessierende Schaltventile an eine Druckmittelquelle 4 (Pumpe) angeschlossen. Der T-Anschluß des Proportionalventils führt zu einem Tank 5. Ferner ist an den A- bzw. B-Anschluß des Proportionalventils je ein Druckgeber 6 und 7 angeschlossen. Damit kann die Druckdifferenz zwischen den beiden Zylinderräumen des Arbeitszylinders 1 ermittelt werden. Überschreitet diese Druckdifferenz einen vorbestimm­ ten Wert, so ist dies ein Anzeichen dafür, daß die Zylin­ derreibung zu groß ist, also Verhältnisse vorliegen, die für die Prüfung ungeeignet sind.

Der Prüfling ist das Stellglied des Lage-Regelkreises. Die Position des Kolbens des Arbeitszylinders 1 wird von einem Weggeber 8 gemessen und als Ist-Wert einem Positionsregler 9 (P-Regler) zuge­ führt, dessen Sollwert-Eingang mit X bezeichnet ist. Aus der Regelabweichung zwischen dem Positions-Ist-Wert und dem Sollwert X bildet der Positionsregler ein Signal zur Ansteuerung eines Ventilverstärkers 10, dessen Ausgangsstrom bei 11 ge­ messen wird und die Magnetspule 13 des Proportionalventils 2 an­ steuert. Durch Verändern des Sollwerts X läßt sich somit jede Zylinderposition anfahren und zu jeder Zylinderposition gehört stets derselbe Strom, der nur von der Ventileinstel­ lung (Bauteil-Toleranzen, Montageeinstellung) abhängt. So­ lange der Sollwert X konstant gehalten wird, gelangt das Ventil durch die Gegenkopplungsschleife des Regelkreises automatisch in die Sperrstellung, in der kein Druckmittel mehr zum Arbeitszylinder fließt, und der Arbeitszylinder zum Stillstand kommt. Dies ist der Abgleichszustand, in dem nun die Vorspannung der Feder 14 so eingestellt wird, daß dieser Abgleichzustand bei einer bestimmten gewünschten Strom­ stärke, z. B. 60% des Nennstroms, erreicht wird. Dieser Vor­ gang läßt sich leicht automatisieren, also von einem Prozes­ sor überwachen.

Ferner ist es bei dieser Prüfanordnung leicht möglich, den sogenannten Leckagestrom oder Steuerölverbrauch zu messen, also die Leckage, die in der Absperrstellung des Proportionalventils am Ventilschieber entlang zum T-Anschluß abströmt. Diese Leck­ age kann vom Volumenstromsensor 3 genau gemessen werden.

Mit der dargestellten Regelschaltung läßt sich auch die Durchfluß/Strom-Kennlinie des Proportionalventils 2 bestimmen. Hierzu werden geeignete Sollwerte X vorgegeben. Soll z. B. die gesamte Q/I-Kennlinie des Proportionalventils ermittelt werden, so er­ folgt zweckmäßig die Sollwert-Eingabe X in Form einer Sinus­ kurve mit Hilfe eines Sinuswellen-Generators. Infolge der bereits erwähnten Gegenkopplungsschleife des Regelkreises ändert sich dann die Stromstärke I des Proportionalventils cosinusför­ mig.

So lassen sich durch die Änderung des Sollwerts alle Strom­ werte I durchfahren, und für jeden Stromwert läßt sich der vom Proportionalventil jeweils eingestellte Durchfluß Q errechnen, indem der zugehörige, vom Weggeber 8 gemessene Weg s nach der Zeit differenziert und mit der Zylinderfläche multipliziert wird, d. h. der Durchfluß Q ergibt sich aus Kolbengeschwindigkeit x Zylinderfläche. Durch entsprechende Wahl des Strommaximums bzw. Stromminimums am Proportionalventil hat man es in der Hand, entwe­ der den gesamten Durchflußbereich des Proportionalventils zu bestimmen und nur einen Teilbereich, insbesondere in der Nähe der Sperrstellung des Proportionalventils, falls dies interessiert. Interes­ sieren andererseits nur die Endwerte für den Durchfluß Q, so verändert man den Sollwert X für den Weg in großen Recht­ ecksprüngen (Sprungantwort), so daß der Positionsregler 9 in die Reglerbegrenzung fährt und den maximalen oder minimalen Strom ausgibt. Hieraus lassen sich wiederum die maximalen Durchflüsse durch das Proportionalventil in beiden Richtungen über den Ausdruck Geschwindigkeit × Zylinderfläche bestimmen. Die rechnerische Ermittlung des Durchflusses Q hat den Vorteil, daß auf den Einbau entsprechender Durchflußmesser (Volumenstromsensor) verzichtet werden kann. So ist in dem Ausführungsbeispiel der Volumenstromsensor 3 für die Messung der sehr geringen Leckagemenge ausgelegt. Wollte man auch den Durchfluß des Proportionalventils im Regelbereich messen, so müßten entsprechende Durchflußmes­ ser vorgesehen sein.

Claims (7)

1. Anordnung zum Einstellen der Absperrstellung eines gegen mindestens eine Feder arbeitenden Proportionalventils, insbesondere Wegeventils, wobei die Federvorspannung so ein­ gestellt werden soll, daß in der Absperrstellung des Ventils ein vorbestimmter Strom in der Magnetspule fließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionalventil (2) in dem Strö­ mungsmittelweg zwischen einem Arbeitszylinder (1) und einer Druckmittelquelle (4) bzw. Tank (5) angeordnet ist, ein Weg­ geber (8) für die Bewegung des Kolbens im Arbeitszylinder vorgesehen ist und die Magnetspule (13) von einem Positions­ regler (9) angesteuert wird, dem die Regelabweichung zwi­ schen einem von dem Weggeber gelieferten Positions-istwert und einem Sollwert zugeführt wird, und daß die Feder (14) am Proportionalventil so eingestellt wird, daß der vorbestimmte Strom durch die Magnetspule bei Ausregelung der Regelabwei­ chung fließt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Druckmittelquelle (4) und Proportionalventil (2) ein Volumenstromsensor (3) vorgesehen ist, der in der Absperrstellung des Proportionalventils das Leckagevolumen des Proportionalventils mißt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an beide Zylinderräume des Arbeitszylinders (1) je ein Druckgeber (6, 7) angeschlossen ist und die gemes­ sene Druckdifferenz bei der Ermittlung der Absperrstellung einen vorbestimmten Wert nicht überschreiten darf.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Proportionalventil ein Vierwe­ geventil ist, die Zylinderräume eines Gleichgangzylinders man den A- bzw. B-Anschluß des Vierwegeventils angeschlossen sind und die Absperrstellung die Mittelstellung des Vierwegeventils ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Prüfanordnung zur Ermittlung der Absperrstellung des Proportionalventils von einem Prozessor gesteu­ ert und überwacht wird.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vorgabe von sinusförmigen Sollwerten die Q/I-Kennlinie des Proportionalventils bestimmbar ist, wobei der Durchfluß Q rechnerisch aus der Zylinderfläche und der Kolbengeschwindigkeit ermittelt wird.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der maximale bzw. minimale Durch­ fluß des Proportionalventils durch Vorgabe eines sprungförmigen Soll­ wertes aus der Zylinderfläche und der Kolbengeschwindigkeit bestimmt wird.