DE3729183C2 - Schaltung zum Betrieb eines magnetisch betätigten Ventils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Betrieb eines magnetisch betätigten Ventils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Schaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entspricht der in der Patentanmeldung DE 37 11 961 A1 mit dem Anmeldetag vom 9. 4. 1987 erläuterten Schaltung.

Die Speisung der Magnetspule mit Impulszügen hat den Vor­ teil, daß an Stelle eines Proportionalventils ein Schalt­ ventil Verwendung finden kann, das somit digital angesteuert wird, wobei sich eine lineare Abhängigkeit zwischen dem Steuerstrom und der Ausgangsgröße des Ventils, beispielswei­ se eines gesteuerten Druckes oder Durchflusses, ergibt. Es kann sich dabei um ein Schaltventil handeln, dessen Ven­ tilelement als Kugel ausgebildet ist, die mit einem Ventil­ sitz zusammenwirkt, um entsprechend dem Verhältnis zwischen Impulsdauer und Pause die Verbindung zwischen einem Arbeits­ anschluß und einem Anschluß zu einer Druckmittelquelle her­ zustellen oder abzusperren. Das Ventilelement kann aber auch ausgehend von einer Mittelstellung in zwei Endstellun­ gen umgeschaltet werden, wobei der Arbeitsanschluß wahlweise mit einer Druckmittelquelle oder mit einem Tank verbindbar ist. Durch die Wahl des Tastgrades der Impulszüge bei konstanter Frequenz läßt sich ein einem Proportionalventil entsprechendes Verhalten des Schaltventils erzielen.

Bei einem Regelverstärker zum Ansteuern eines Proportional­ ventils mit Gleichstrom ist es bekannt (Herion-Informationen, 20. Jahrgang, 1981, Heft 1, S. 15), den Strom in der Magnet­ spule zu messen, damit die durch den Temperaturgang ent­ stehende Widerstandsdrift der Magnetspulenwicklung zu erfas­ sen und durch den Regelverstärker zu kompensieren, so daß die eingestellte hydraulische Größe konstant gehalten werden kann.

Es ist ferner bekannt (DE-PS 33 20 110), ein temperaturun­ abhängiges Verhalten von Magnetregelventilen mit Regelver­ stärker zur Speisung der Magnetspule mit Impulsen dadurch zu erzielen, daß die Impulsfrequenz temperaturabhängig der­ art verändert wird, daß die Impulsfrequenz mit fallender Temperatur verkleinert und mit steigender Temperatur erhöht wird. Dabei wird automatisch die Impulsbreite bei einer Frequenzänderung nachgeregelt, so daß das Tastverhältnis Impulsbreite zu Periode konstant gehalten wird. Ebenso bleibt auch der Strommittelwert konstant, um das gewünschte Proportionalverhalten zu ermöglichen.

Bei einer anderen bekannten Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Magnetventils (DE 33 44 662 A1) wird bei Temperaturänderungen der Magnetwicklung abhängig von dem gemessenen Magnetstrom die über einen Leistungstransistor an die Magnetwicklung gelegte Spannungsamplitude der Betriebsspannung so verändert, daß der fiktive Magnetstrom konstant bleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch bei extre­ men Temperaturschwankungen das gewünschte Regelverhalten gewährleistet ist. Die Aufgabe wird durch die im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale ge­ löst.

Erfindungsgemäß wird bei konstanter Ansteuerfrequenz die Impulsbreite unmittelbar temperaturabhängig gesteuert. Bei fallender Temperatur erfolgt eine Erhöhung der Impuls­ dauer und bei steigender Temperatur erfolgt eine Verringerung der Impulsdauer, wobei die Frequenz stets gleich und konstant ist. Die Schaltung eignet sich vorzugsweise für digital betriebene Ventile, insbesondere Schaltventile, die durch Impulsbreitenansteuerung bei konstanter Frequenz ein proportionales Regelverhalten aufweisen. Der Aufbau solcher Ventile ist beispielsweise aus der DE-OS 34 12 351 und der DE-OS 37 11 961 erkennbar.

Bei dem Ventil gemäß der DE-OS 34 12 351 handelt es sich um ein Magnetventil zum Regeln des Bremsdruckes. Solche Ventile sollen insbesondere bei sehr niedrigen Temperaturen zuver­ lässig arbeiten. Es zeigt sich, daß bei einer entsprechend verlängerten Impulsdauer bei sehr tiefen Temperaturen der durch digitale Ansteuerung des Ventils erzeugte Bremsdruck präzise einstellbar ist. Bei höheren Temperaturen muß die Impulsdauer entsprechend verringert werden.

Erschwerend kommt hinzu, daß derartige digital angesteuerte Ventile sehr temperaturabhängig arbeiten. Die erfindungsge­ mäße temperaturgeführte Impulsdauersteuerung läßt erst die Verwendung solcher Ventile zur Druck- oder Wegregelung zu, wobei auf zusätzliche Druck- oder Wegsensoren zur Temperatur­ kompensation verzichtet werden kann.

Ferner bleibt das proportionale Regelverhalten der Ventile erhalten, auch wenn bei niedriger Temperatur die Impulsdauer vergrößert wird, weil infolge der durch die Temperatur bedingten Viskosität des Strömungsmittels ein entsprechend verringerter Durchfluß erfolgt, wenn während der verlänger­ ten Impulsdauer das Ventil öffnet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltung zum Betrieb eines magnetisch betätigten Schaltventils und

Fig. 2 mehrere von einem Verstärker abgegebene Impulse, deren Dauer temperaturabhängig unterschiedlich ist.

In Fig. 1 ist ein Kugelschaltventil 1 dargestellt. Ein kugel­ förmiges Ventilelement 2 wird von einer Feder 3 auf einen Ventilsitz 4 gedrückt. Fließt in der Magnetwicklung 5 ein Strom, so wird die Kugel 2 entgegen der Federkraft angezo­ gen und gegen einen Ventilsitz 6 angedrückt. Damit kann ein zu einem Verbraucher A führender Anschluß 7, der in den Feder­ raum 8 zwischen der Kugel 2 und dem Ventilsitz 6 mündet, wahl­ weise je nach Schaltstellung der Kugel 2 über einen Kanal 9 mit einer Druckmittelwelle P oder einen Kanal 10 mit einem Tank T verbunden werden.

Das Schaltventil 1 wird digital mit Impulszügen angesteuert. Hierzu dient ein Verstärker 12, insbesondere ein bekannter sogenannter Chopper-Verstärker. Der Verstärker 12 besteht im wesentlichen aus einem Differenzglied 14 und einem Im­ pulsgenerator 15, der von einem Oszillator 16 angesteuert wird. Dem Differenzglied 14 wird einerseits ein Sollwert U_soll für eine gewünschte Ausgangsgröße des Ventils 1 zu­ geführt, sowie ein die Ausgangsgröße darstellendes Signal U_ist, das in einem Wandler 18, beispielsweise einem Druck- oder Durchflußwandler erzeugt wird. In dem Verknüpfungsglied 14 wird als Differenz eine Regelgröße gebildet, die dem Impulsgenerator 15 zugeführt wird. Der Impulsgenerator 15 wandelt die Regelgröße in ein Ansteuersignal um, das schematisch in Fig. 2 gezeigt ist. Es weist unterschiedliche Tastgrade auf, während die mit T bezeichnete Periode konstant gehalten wird. Die Frequenz f=1/T wird entsprechend den Ventileigenschaften so festgelegt, daß bei jedem Impuls das Ventil in die andere Schaltstellung umgeschaltet wird. Entsprechend der Impulsdauer bleibt dann die Verbindung zwischen dem Kanal 7 und dem Kanal 10 offen und kann der Druck bzw. Durchfluß geregelt werden.

Zur Temperaturkompensation wird der in der Magnetspule 5 fließende Spulenstrom an einem Meßwiderstand 20 abgenommen. Der Spulenstrom ist ein Maß für die Betriebstemperatur des Ventils, insbesondere der Temperatur des Strömungsmittels. Der Spulenstrom wird einem Impulsbreitenregler 22 zugeführt, der zur Ansteuerung des Impulsgenerators 15 vorgesehen ist. In dem Impulsbreitenregler 22 erfolgt die Zuordnung der Temperaturen zu dem im Meßwiderstand 20 gemessenen Spulen­ strom und wird ein Steuersignal erzeugt, das temperaturab­ hängig die Impulsbreite der vom Impulsgenerator 15 erzeugten Impulse entsprechend verändert. Wie aus Fig. 2 erkennbar ist, bleibt die Frequenz der Impulse konstant, die Impulsdauer wird jedoch mit sinkender Temperatur verlängert (gestrichelt).

Die Verlängerung der Impulsdauer kann mit der Temperatur entsprechend einer vorbestimmten Funktion, insbesondere linear erfolgen. Dies bestimmt sich im wesentlichen nach dem Regelverhalten des Ventils. Die Veränderung der Impuls­ dauer kann gegebenenfalls auch nichtlinear vorgenommen wer­ den.

Außerdem kann zur Rückführung des Istwerts auf die Differenzstufe 14 auch der im Meßwiderstand 20 ermittelte Spulenstrom herangezogen werden.

Gegebenenfalls kann die Rückführung auch entfallen und der Impulsgenerator 15 allein mit dem Sollwertsignal gespeist werden.

Das Schaltventil 1 ist lediglich als Beispiel angegeben worden. Das Ventil 1 kann beispielsweise auch durch ein Bremsdruckregelventil ersetzt werden, bei dem ein der Kugel 2 entsprechendes Ventilglied vorgesehen ist (DE-OS 34 12 351), das in einer definierten Mittelstellung beide zum Tank T und der Druckmittelquelle P führende Kanäle geschlossen hält. Diese Mittelstellung des Ventilgliedes wird dadurch erreicht, daß der Magnetwicklung des Ventils ein Dauerstrom bestimmter Amplitude zugeführt wird. Soll dann der zum Bremsdruckzylinder führende Arbeitsanschluß mit der Druck­ mittelquelle oder dem Tank verbunden werden, um den Druck zu regeln, so werden der Magnetwicklung entweder positive Impulse oder umgekehrte Impulse zugeführt, so daß das Ventilglied in die eine oder andere Schaltstellung gelangen kann.

Claims (6)

1. Schaltung zum Betrieb eines magnetisch betätigten Ventils mit einem Verstärker zur Speisung der Magnetwicklung mit Impulsen, wobei die Impulsfrequenz konstant und so gewählt ist, daß das Ventilelement bei jedem Impuls in eine den Durchfluß eines Strömungsmittels öffnende oder sperrende Stellung gelangt und wobei die Impulsdauer das Durchflußvolumen bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstanter Impulsfrequenz die Impulsdauer temperatur­ abhängig derart verändert wird, daß die Impulsdauer mit fallender Temperatur erhöht und mit steigender Temperatur verringert wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal zur temperaturabhängigen Impulsdaueränderung aus dem Spulenstrom gebildet wird, indem zur Temperatur­ messung des Ventils der Widerstand der Magnetwicklung verwendet wird.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer mit der Temperatur entsprechend einer vorbestimmten Funktion verändert wird.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer linear mit der Temperatur verändert wird.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verstärker aus einem Soll­ wert und einer als Istwert rückgeführten Größe eine die Impulsdauer bestimmende Regelgröße gebildet wird, die zusätzlich temperaturabhängig veränderbar ist.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das anzusteuernde Ventil ein 2/2- oder 3/2-Schaltventil mit einem proportionalen Regelverhalten ist.