DE2305014B2

DE2305014B2 - HYDRAULIC DIRECTIONAL VALVE WITH CONTINUOUS CONTROL FUNCTION

Info

Publication number: DE2305014B2
Application number: DE19732305014
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr.-Ing. 7240 Horb Nikolaus
Original assignee: Brueninghaus Hydraulik GmbH
Current assignee: Brueninghaus Hydraulik GmbH
Priority date: 1973-02-02
Filing date: 1973-02-02
Publication date: 1976-10-21
Also published as: DE2305014A1

Description

den GleJchstromsteuermagnefcen (2, 3) versteffiHr is ist dererf Erregerwicklungen in den XoUektorstromkieisen zweier Transistoren (S^ 9) Begen. von denen dereirieetnp^undderaWeireeinnpn-Trahsisior ist, und daß die Basen der beiden Transistoren (8,9) mit einem gemeinsamen Anschluß (W) für eine Steuerspannung (UJ verbunden sind.The DC control magnets (2, 3) understand the excitation windings in the XoUektorstromkieisen of two transistors (S ^ 9). of which dereirieetnp ^ undderaWeireeinnpn-Trahsisior, and that the bases of the two transistors (8,9) are connected to a common connection (W) for a control voltage (UJ .

2. Hydraulisches Wegeventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß im Steuerfcreis jedes Transistors (8, S) eine Zenerdiode (13, 14) Hegt (Fig.2)L2. Hydraulic directional valve according to claim 1, characterized in that a Zener diode (13, 14) lies in the control circuit of each transistor (8, S) (Fig. 2) L

3. Hydraulisches Wegeventü nach Anspruch 1 oder Z dadurch gekennzeichnet daß im Steuerkreis jedes Transistors (8> 9) ein Vorwiderstand {11, 12) Regt (F ig. 2\. 3. Hydraulic Wegeventü according to claim 1 or Z, characterized in that in the control circuit of each transistor (8> 9) a series resistor {11, 12) Regt (Fig. 2 \.

4. Hydraulisches Wegeventil nach Ansprach 2 und 3» 3, dadurch gekennzeichnet daß paraSei zur mit dem Vorwiderstand (11,12) in Reihe liegenden Zenerdiode (13, 14) eine Reihenschaltung, bestehend aus einem weiteren Vorwiderstand und einer weiteren, mit einem Widerstand parallelgeschalteten Zenerdiode, liegt, deren Zenerspannung kleiner als die Zenerspannung der ersten Zenerdiods ist(Fig. 5).4. Hydraulic directional valve according to address 2 and 3 » 3, characterized in that parallel to the Zener diode (13, 14) lying in series with the series resistor (11, 12) there is a series circuit consisting of a further series resistor and a further Zener diode connected in parallel with a resistor, the Zener voltage of which is smaller than the Zener voltage of the first Zener diodes (Fig. 5).

5. Hydraulisches Wegeventil nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet daß parallel zu der aus Vorwiderstand (11, 12) und Zenerdiode (13, 14) bestehenden Reihenschaltung eine oder mehrere gleichartige Reihenschaltungen liegen, deren Zenerdioden unterschiedliche Zenerspannungen aufweisen (F ig. 7).5. Hydraulic directional valve according to claim 2 and 3, characterized in that parallel to the series circuit consisting of a series resistor (11, 12) and Zener diode (13, 14) there are one or more similar series circuits, the Zener diodes of which have different Zener voltages (Fig. 7) .

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Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches Wegeventil, insbesondere ein 4/3-Wegeventil, dessen Ventilkörper gegen die Kraft einer Feder aus der Nullstellung mittels einer Betätigungseinrichtung verstellbar ist, die aus zwei in entgegengesetzten Richtungen wirkenden Gleichstromsteuermagneten besteht, deren Erregerwicklungen über jeweils ein steuerbares Halbleiterbauelement an einer Gleichspannungsquelle liegen. Ein derartiges Ventil ist bekannt (US-PS 34 12 971).The invention relates to a hydraulic directional valve, in particular a 4/3-way valve, whose The valve body is adjustable against the force of a spring from the zero position by means of an actuating device, which consists of two in opposite directions Direction of acting direct current control magnet consists, whose excitation windings over each one controllable semiconductor component are connected to a DC voltage source. Such a valve is known (U.S. Patent 3,412,971).

Bei einem derartigen bekannten Ventil ist die Nullstellung des Ventilkörpers mit der Schließstellung identisch. Aus dieser Stellung kann der Ventilkörper in die Offenstellung bewegt werden. Das Umschalten von der einen Stellung in die andere Stellung erfolgt mittels einer die beiden Gleichstromsteuermagnete speisenden Steuereinrichtung. Diese weist als steuerbare Halbleiterbauelemente Thyristoren auf. Der Steuereinrichtung werden die Impulse zur Umsteuerung von nockenbetätigten Schaltern im Gegentakt zugeführt.In such a known valve, the zero position of the valve body is in the closed position identical. From this position the valve body can be moved into the open position. Switching from the one position in the other position takes place by means of one of the two direct current control magnets feeding Control device. This has thyristors as controllable semiconductor components. The control device receives the pulses for reversing cam-operated switches fed in push-pull.

Bean Einschalten des einen Thyristors, der die StroifiZBfufcrztfiaey'eBiar Erregerwicklung öffnet wird die StHHnzufiÄr a*f der anderen Erregerwicklung unterbrochen. I^^i^erwicklungen werden also im Gegentakt gespeist. Eine stetige Verstellupg ist bei diesem Wegeventil nicht vorgesehen.When the one thyristor is switched on, which opens the StroifiZBfufcrztfiaey'eBiar excitation winding, the StHHnzufiÄr a * f of the other excitation winding is interrupted. I ^^ i ^ developments are fed in push-pull. A continuous adjustment is not provided for with this directional control valve.

Bei eräem anderen bekannten hydraulischen Wegeventil am stetiger Steflfunküon (Druckschrift »Herion ServoventHe I- und 2stuSg. Stellantriebe und Regelverstärker«, Baugruppe H 305. Ausgabe 1.72. H 193) ist als Betätigungseinrichtung ein Torque-Motor vorgesehen, der über ein Gfekiistroinsignal angesteuert wird. Von Nacb&i} ist Mijftesfera Wegeventil, daß für die stetige VeVstefiHng des Ventükörpers aus der mittleren NuHstefting in die eine oder andere Richtung ein Gfeicnstromsifenal benötigt wird, daß nicht nur in seiner Größe änderbar sein, sondern auch in seiner Polarität umkehrbar sein muSL Dies erfördert eben erbeblichen AufwandWith another well-known hydraulic directional control valve on the continuous Steflfunküon (publication »Herion ServoventHe I- and 2stuSg. Actuators and control amplifiers «, module H 305. Issue 1.72. H 193) is as Actuating device, a torque motor is provided, which is controlled via a Gfekiistroinsignal. from Nacb & i} is Mijftesfera directional control valve that for steady Fixation of the valve body from the middle nut in one direction or the other Gfeicnstromsifenal is needed not only in his Size can be changed, but also in its polarity must be reversible. This also requires hereditary expenditure

Der Erfindung Begt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Wegeventil mit stetiger Stellfunktion zu schaffen, das aus seiner Nuflage m die eine oder andere Richtung mit einem Steuersignal verstellt werden kann, das lediglich in seiner Größe änderbar istThe invention is based on the object of providing a hydraulic directional control valve with a continuous actuating function create one way or the other out of his nuflage Direction can be adjusted with a control signal that can only be changed in size

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Wegeventil der eingangs genannten Art dadurch gelöst daß der Ventäkörper aus der Nullstellung in einander entgegengesetzte Richtungen bei gleichzeitig auf ihn einwirkende Gteichstromsteuermagneten verstellbar ist deren Erregerwicklungen in den Kollektorstromkreisen zweier Transistoren liegen, von denen der eine ein prtp- und der andere ein npn-Transistor ist und daß die Basen der beiden Transistoren mit einem gemeinsamen Anschluß für eine Steuerspannung verbunden sind.According to the invention, this object is achieved in a directional control valve of the type mentioned at the outset that the Ventäkörper from the zero position in opposite directions at the same time on him Acting DC control magnets can be adjusted whose excitation windings are in the collector circuits of two transistors, one of which one prtp and the other is an npn transistor and that the bases of the two transistors are connected to a common connection for a control voltage.

Bei dem erfindungsgemäßen Wegeventil kann bei konstanter Speisespannung die resultierende Magnetkraft die sich aus den in entgegengesetzter Richtung wirkenden Kräften der beiden Magnete zusammensetzt über die Steuerspannung sowohl in der Größe als auch der Richtung verändert werden. Da die Steuerspannung im Verhältnis zur Speisespannung klein ist sind die mit der Steuerung verbundenen Verluste im Vergleich zu einer Steuerung über die Speisespannung klein. Besondere Geräte, die symmetrische Spannungen erzeugen, sind nicht erforderlich.With the directional control valve according to the invention, with a constant supply voltage, the resulting magnetic force can be generated in the opposite direction acting forces of the two magnets composed of the control voltage both in size and the direction can be changed. Since the control voltage is small in relation to the supply voltage, those with Losses associated with the control are small compared to control via the supply voltage. Special devices that generate symmetrical voltages are not required.

Vorzugsweise liegt im Steuerkreis jedes Transistors eine Zenerdiode. Die Zenerdiode ermöglicht, den Punkt der Steuerspannung festzulegen, unterhalb oder oberhalb der der zugeordnete Magnet keine Kraft auf den Ventilkörper ausüben soll. Die beiden Zenerdioden können hinsichtlich ihrer Zenerspannung so aufeinander abgestimmt werden, daß bei einer bestimmten Steuerspannung der Strom in beiden Erregerwicklungen Null und damit auch die Magnetkräfte Null sind. Zweckmäßigerweise sollen die Kräfte in der mittleren Nullstellung des Ventükörpers Null sein.A Zener diode is preferably located in the control circuit of each transistor. The zener diode enables the point the control voltage set, below or above which the associated magnet does not apply any force Valve body should exercise. The two Zener diodes can be on top of one another with regard to their Zener voltage be matched so that at a certain control voltage the current in both excitation windings is zero and thus the magnetic forces are also zero. The forces should expediently be zero in the central zero position of the valve body.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt im Steuerkreis jedes Transistors ein Vorwiderstand. Durch die Wahl der Größe des Vorwiderstandes kann das Verhältnis des Speisestromes jedes Magneten und damit auch dessen Magnetkraft zur Steuerspannung verändert werden. Sofern man Zenerdioden und Widerstände in die Steuerkreise der Transistoren schaltet, lassen sich durch entsprechende Wahl der Zenerspannung und der Widerstandsgröße unterschiedlichste Hysteresen für die resvltierende Stellkraft der Magnete in Abhängigkeit von der Steuerspannung erzielen.In a further embodiment of the invention, there is a series resistor in the control circuit of each transistor. By choosing the size of the series resistor, the ratio of the supply current to each magnet and so that its magnetic force for the control voltage can also be changed. Unless you have zener diodes and Resistors in the control circuits of the transistors can be switched by appropriate choice of Zener voltage and the resistance size of the most varied of hysteresis for the resulting actuating force of the Achieve magnets depending on the control voltage.

Die Abhängigkeit der Stellkraft der Magnete in Abhängigkeit von der Steuerspannung kann weiter dadurch beeinflußt werden, daß parallel zur mit dem Vorwiderstand in Reihe liegenden Zenerdiode im Steuerkreis jedes Transistors eine Reihenschaltung, S bestehend aus einem weiteren Vorwiderstand und einer weiteren mit einem Widerstand parallelge^chalteten Zenerdiode, liegt, deren Zenerspannung kleiner als die Zenersj_ünnung der ersten Zenerdiode ist. Statt dieser Schaltung können auch zur genaueren Bestimmung des ICurvenverlaufs der Magnetkraft in Abhängigkeit von der Steuerspnnnung parallel zu der aus Vorwiderstand und Zenerdiode bestehenden Reihenschaltung eine oder mehrere gleichartige Reihenschaltungen liegen, deren Zenerdioden unterschiedliche Zenerspannungen aufweisen. The dependency of the actuating force of the magnets as a function of the control voltage can be further be influenced by the fact that in parallel with the Zener diode in series with the series resistor Control circuit of each transistor a series circuit, S consisting of a further series resistor and a further connected in parallel with a resistor Zener diode, whose Zener voltage is smaller than the The zener rejuvenation of the first zener diode is. Instead of this Circuit can also be used to more accurately determine the IC curve of the magnetic force as a function of the control voltage parallel to the series circuit consisting of a series resistor and Zener diode or There are several similar series connections, the Zener diodes of which have different Zener voltages.

Im folgenden wird die Erfind'ing anhand von Ausföhnuigsbeispieten näher erläutert. Im einzelnen zeigtIn the following, the invention is based on Ausföhnuigsbeispieten explained in more detail. In detail shows

Fig. 1 ein 4/3 WegeventB mit zwei Gleichstromsteuermagneten in scbematischer Darstellung,Fig. 1 shows a 4/3 way event with two direct current control magnets in a schematic representation,

F i g. 2 eine Steuerschaltung für die Stromzufuhr zu den beiden Gleichstromsteuermagneten,F i g. 2 a control circuit for the power supply to the two direct current control magnets,

F i g. 3 ein Kennlinienfeld der Ströme durch die beiden Magnete in Abhängigkeit von der Speisespan- 2s nung,F i g. 3 a field of characteristics of the currents through the two magnets as a function of the supply voltage 2s tion,

F i g. 4 ein Kennlinienfekl der resultierenden Magnetkraft in Abhängigkeit von der Steuerspannui\f,F i g. 4 a characteristic curve of the resulting magnetic force as a function of the control voltage

Fig. 5 eine Steuerschaltung für einen Gleichstrom Steuermagneten, 5 shows a control circuit for a direct current control magnet,

F i g. 6 eine Kennlinie für die Kraft des Gleichstromsteuermagneten in Abhängigkeit von der Steuerspannung bei einer Steuerschaltung gemäß Γ i g. 5 undF i g. 6 is a characteristic curve for the force of the direct current control magnet as a function of the control voltage in a control circuit according to Γ i g. 5 and

F i g. 7 eine gegenüber F i g. 5 abgewandelte Steuerschaltung für einen Gleichstromsteuermagneten.F i g. 7 one opposite FIG. 5 modified control circuit for a direct current control magnet.

Das in F i g. t schematisch dargestellte 4/3 Wegeventil t weist ein Gehäuse mit mehreren Ein- und Auslässen auf, die durch einen im Gehäuse angeordneten verstellbaren Ventilkörper steuerbar sind. Auf den Ventilkörper wirken zwei Gleichstromsteuermagnete 2, 3 in entgegengesetzter Richtung ein. Mit ihren Anschlüssen 4,5,6,7 sind sie, wie aus F i g. 2 ersichtlich, in Reihe mit einem pnp-Transistor 8 und einem npn-Transistor 9 an einer Gleichspannungsquelle U₀ angeschlossen. Die Basen der beiden Transistoren 8, 9 liegen mit einem gemeinsamen Anschluß 10 an einer Steuerspannungsquelle Us- In den zu den Basen der Transistoren 8, 9 führenden Steuerleitungen liegen jeweils in Reihe ein Widerstand 11, 12 und eine Zenerdiode 13, 14. Durch Auswahl der Zenerdioden hinsichtlich ihrer Zenerspannung können, wie aus F i g. 3 ersichtlich, die Punkte P₁. P2 festgelegt werden. In entsprechender Weise kann durch die Widerstandsgröße A₁₁. R+11, K+ + U, Λ12, /?'i2, R"n für die Widerstände 11, i2die Abhängigkeit des Speisestromes der Magnete 2, 3 von der Steuerspannung Us festgelegt werden. Durch Auswahl entsprechender Zenerdioden 13,14 und Widerstände 11, 12 können für die resultierende Magnetkraft die unterschiedlichsten Kennlinien erhalten werden, wie in Fig.4 dargestellt ist. Bei einem Beispiel (2) der Fig.4 fallen die Punkte P\ und P₂ zusammen. Dies ist besonders vorteilhaft, weil in diesem Punkt der der mittleren Nullstellung des Ventilkörpers entsprechen soll, kein Strom durch die Magnete fließt und damit keine Verlustenergle auftritt Ein weiteres Beispiel (3) zeigt eine Nullpunkthysterese, die bei Verwendung des Ventils in einem Regelkreis stabilisierend auf das System wirktThe in Fig. The 4/3 way valve shown schematically has a housing with several inlets and outlets which can be controlled by an adjustable valve body arranged in the housing. Two direct current control magnets 2, 3 act on the valve body in opposite directions. With their connections 4, 5, 6, 7, as shown in FIG. 2, connected in series with a pnp transistor 8 and an npn transistor 9 to a direct voltage source U ₀ . The bases of the two transistors 8, 9 have a common connection 10 to a control voltage source Us- In the control lines leading to the bases of the transistors 8, 9 are each a resistor 11, 12 and a Zener diode 13, 14 in series Zener diodes with regard to their Zener voltage can, as shown in FIG. 3, the points P ₁ . P2 can be set. In a corresponding manner, the resistance value A ₁₁ . R + 11, K + + U, Λ12, /? 'I2, R "n for the resistors 11, i2 the dependence of the supply current of the magnets 2, 3 on the control voltage Us can be determined. By selecting the appropriate Zener diodes 13, 14 and resistors 11, 12, a wide variety of characteristics can be obtained for the resulting magnetic force, as shown in Fig. 4. In an example (2) in Fig. 4, the points P 1 and P ₂ coincide. This is particularly advantageous because at this point the should correspond to the mean zero position of the valve body, no current flows through the magnets and thus no energy losses occur.Another example (3) shows a zero point hysteresis that has a stabilizing effect on the system when the valve is used in a control loop

Durch die besonderen, in Fig.5 und 7 gewählten Schaltungen für die Widerstände und Zenerdioden in den Steuerleitungen lassen sich feinstufige Kurvenzüge festlegen. Ein solcher Kurvenzug ist in F ig. 6 dargestelltBy the special ones chosen in Fig. 5 and 7 Circuits for the resistors and Zener diodes in the control lines can be finely stepped curves determine. Such a curve is shown in FIG. 6 shown

Die Funktionsweise des hydiaulischen Wegeventils mit der Steuerschaltung gemäß der F i g. 2 ist folgende:How the hydraulic directional valve works with the control circuit according to FIG. 2 is the following:

Die an den beiden parallelen Reihenschaltungen, bestehend aus den Gleichstromsteuermagneten 2,3 und den Transistoren 8,9, liegende Speisespannung Lfc bleibt unverändert. Geändert wird nur die Steuerspannung Us-Unterhalb einer bestimmten, von der Zenerspannung der Zenerdiode 13 abhängigen Steuerspannung leitet der Transistor 8. Durch die Wicklung des Gleichstromsteuermagneten 2 fließt Strom und folglich wird auf den Ventilkörper eine Kraft ausgeübt 1st die eingestellte Steuerspannung unterhalb eines bestimmten, von der Zenerspannung der Zenerdiode 14 abhängigen Wertes, dann ist der Transistor 9 gesperrt. Dieser Zustand liegt vor, wenn die Steuerspannung in F i g. 3 zwischen Null und Px liegt. Steigt die Steuerspannung oberhalb Pi, dann fließt auch durch den Transistor 9 Strom und der Magnet 3 wird erregt, so daß er ebenfalls auf das Ventilglied eine Kraft ausübt. Diese beiden gegeneinander gerichteten Kräfte setzen sich zu einer resultierenden Kraft zusammen, die die Verstellung des Ventilkörpers bewirkt. Sind beide Magnete gleich erregt, dann ist die resultierende Kraft bei P₃ Null. In diesem Zustand nimmt der Ventilkörper seine mittlere Nullage ein. )e nachdem, ob die Steuerspannung vergrößert oder verkleinert wird, kann also bei einer unsymmetrischen Steuerspannung und unsymmetrischen Speisespannung der Ventilkörper aus seiner mittleren Nullage zur einen oder anderen Seite verstellt werden.The supply voltage Lfc applied to the two parallel series connections, consisting of the direct current control magnets 2, 3 and the transistors 8, 9, remains unchanged. Only the control voltage Us is changed - Below a certain control voltage, which is dependent on the Zener voltage of the Zener diode 13, the transistor 8 conducts the Zener voltage of the Zener diode 14 dependent value, then the transistor 9 is blocked. This condition exists when the control voltage in FIG. 3 is between zero and Px . If the control voltage rises above Pi, then current also flows through the transistor 9 and the magnet 3 is excited so that it also exerts a force on the valve member. These two opposing forces combine to form a resulting force which causes the valve body to be adjusted. If both magnets are excited equally, then the resulting force at P _{3 is} zero. In this state, the valve body assumes its central zero position. Depending on whether the control voltage is increased or decreased, the valve body can be adjusted from its central zero position to one side or the other in the case of an asymmetrical control voltage and an asymmetrical supply voltage.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Hydraulisches Wegeventil, insbesondere 4/3-Wegeventü, dessen Ventilkörper gegen die Kraft einer Feder aus der Nullstellung mittels euer Betätigungseinrichtung verstefbar ist, die aus zwei in entgegengesetzter Richtung wirkenden Gleiehstromsteuermagneten besteht, deren Erregerwicklungen fiber jeweils ein steuerbares Halbleiterbauelement an einer Gleichspannungsquelle Begen,1. Hydraulic directional valve, in particular 4/3-way valve, the valve body of which can be adjusted from the zero position against the force of a spring by means of your actuating device, which consists of two trailing current control magnets acting in opposite directions, the excitation windings of which each move a controllable semiconductor component to a DC voltage source,