DE3734955C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen
Meßwertaufbereitung für ein Wege-Regelventil gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es sind Regelventile als Proportionalventile oder Servo
ventile bekannt (MOOG P-Q-Proportionalventil), in denen ein
hydraulischer Druckaufnehmer zum Erfassen des in einer zu
einem Verbraucher, insbesondere einem Spritzzylinder herrschenden
Druckes und/oder ein Wegaufnehmer zur Ermittlung
der Ventilkolbenstellung eingebaut sind. Beide Signale
werden als Istwerte einer Regelschaltung zugeführt, von der
das Proportionalventil so angesteuert wird, daß in dem
Spritzzylinder bestimmte Druckprofile gefahren werden
können.
Es ist auch bekannt (US-PS 40 61 155), bei einem Servoventil
den Druck jeweils stromauf und stromab des Drosselquerschnitts
des Hauptkolbens zu messen und die Signale einem
Volumenstromregler zuzuführen, der ein Signal zur Ansteuerung
eines Vorsteuerventils liefert.
Es sind auch sogenannte Multifunktionsventile bekannt
(Ölhydraulik und Pneumatik, Band 30, April 1986, Seite 290-296).
Das Ventil besteht aus einem vorgesteuerten Zwei-Wege-Proportional-Drosselventil
mit elektrischer Lageregelung
der Hauptstufe. Die Ansteuerung erfolgt wahlweise über
einen Druck- oder Volumenstromregelkreis, denen jeweils der
Istwert für den Druck- und den Volumenstrom zugeführt wird,
wobei diese Werte in einer in der Arbeitsleitung zu einem
Verbraucher angeordneten Druckmeßzelle bzw. Volumenstrommeßgerät
gemessen werden.
Die geringen Einbaumaße von Mikrocomputern erlauben die
Anbringung einer digitalen Ansteuerungselektronik am bzw.
im Ventil (Ölhydraulik und Pneumatik, Band 29, Januar 1985,
Seiten 21-24). Damit ist es möglich, eine Lageregelung
des Ventilschiebers und eine Kennlinienkorrektur des Ventils
durchzuführen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin,
die Bauweise eines Regelventils mit mehreren Funktionen zu
vereinfachen, den Bauaufwand für die Meßwerterfassung zu
verringern und außerdem für das Regelventil ein großes
Funktionsspektrum zu schaffen.
Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zwischenplatten für Anschluß- und Verbindungstechniken sind
bekannt ("Der Hydrauliktrainer" von Mannesmann Rexroth
GmbH, Band 1981, Seiten 173-177). Sie dienen zur Demontage
von Ventilen ohne Lösen von Leitungen oder beispielsweise
zum Aufbau einer Höhenverkettung oder Längsverkettung
mehrerer Ventile.
Mit Hilfe der dem Wege-Regelventil zugeordneten Zwischenplatte,
die einerseits zum Anschluß der Leitungen dient,
aber andererseits die Druckmeßvorrichtungen aufweist, an
die logische Verknüpfungseinheiten und Signalaufbereitungsstufen
angeschlossen sind, ergibt sich eine vereinfachte
Anordnung insofern, als in die Zwischenplatte ohne Schwierigkeiten
mehrere Druckmeßvorrichtungen eingebaut werden
können, und die Zwischenplatte dann an ein Wege-Regelventil
in Standardausführung angebaut werden kann. Erfindungsgemäß
ist somit für die Meßwerterfassung des Druckes die Zwischenplatte
vorgesehen, und werden die Druckmeßsignale in
den nachgeschalteten Einrichtungen so verarbeitet, daß mit
einem standatisierten Wege-Regelventil viele Regelfunktionen
ausgeführt werden können. Bei einem Wege-Regelventil
zur Steuerung der Druckmittelwege zwischen einer Druckmittelquelle,
dem Tank und einem Verbraucher wird man regelmäßig
an der Platte eine Druckmeßzelle einlaßseitig für den
Zulaufdruck und je eine Druckmeßzelle auslaßseitig für die
zum Verbraucher führenden Arbeitsleitungen vorsehen.
Gewünschtenfalls läßt sich ergänzend auch eine Druckmeßzelle
für den Tankdruck vorsehen. Damit können alle am
Regelventil auftretenden Drücke erfaßt werden. In besonders
vorteilhafter Ausbildung der Erfindung werden von der Auswertelektronik
die Differenzdrücke zwischen den einzelnen
Steuerkanten des Regelventils, also der einlaßseitige und
auslaßseitige Unterschied ermittelt. Zusammen mit der
jeweiligen Position des Ventilkolbens des Regelventils
kann hieraus der Durchfluß durch das Regelventil berechnet
werden, wobei die Geometrie der Steuerkanten des jeweiligen
Regelventils berücksichtigt wird.
Ferner läßt sich aus der Messung der Druckdifferenz des
Verbrauchers sowie der druckbeaufschlagten Flächen des
Verbrauchers die Größe und Richtung der Belastung des Verbrauchers
ermitteln. Wird der Arbeitsdruck des Verbrauchers
differenziert, so läßt sich die Beschleunigung des Verbrauchers
ermitteln und lassen sich Störeinflüsse besser erfassen,
um die Regelung zu verbessern.
Die der Regelschaltung zugeführten Druckmeßwerte stellen
Rückführgrößen dar, die es außerdem ermöglichen, das Regelventil
so anzusteuern, daß es einen bestimmten Druck einregelt
(Druckregelfunktion), eine bestimmte Beschleunigung
ermöglicht (Beschleunigungsfunktion) oder auch einen
bestimmten Durchfluß konstant hält (Stromregelfunktion), so
daß ein zusätzliches Stromregelventil zum Ausgleich von
unterschiedlichen Verbraucherbelastungen in Wegfall geraten
kann.
Sind auch die Einrichtungen zur Verarbeitung der von den
Druckmeßvorrichtungen erzeugten Signale unmittelbar an der
Zwischenplatte 12 angeordnet, so entfallen nicht nur die
üblichen hydraulischen, sondern auch die entsprechenden
elektrischen Verbindungsleitungen. Durch den Einsatz von
Mikrorechnern als Regelschaltung und serieller Datenübertragung
wird der Bauaufwand gering gehalten.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann jeder
Regelschaltung auch ein Tabellenspeicher zugeordnet sein,
in dem die Durchflußkennlinien des jeweiligen Regelventils
gespeichert sind und zur Korrektur abrufbar sind. Diese
Durchflußkennlinien können für jedes einzelne Regelventil
individuell ermittelt werden, so daß für jedes Regel
ventil ein entsprechender, die individuelle Kennlinie
des Regelventils beinhaltender Speicher zur Verfügung
steht und somit der Fertigungsaufwand für solche Ventile
verringert werden kann, da aus den Speicherwerten bei
Abruf auf die jeweiligen gemessenen Druckverhältnisse
umgerechnete Korrekturwerte für den Durchfluß errechnet
werden können. Der Tabellenspeicher wird vorzugsweise mit
den in einem Meßlauf des Regelventils ermittelten Werten
des Durchflusses abhängig von der Ventilkolbenstellung
bei einem bestimmten Druck geladen. Der Tabellenspeicher
kann aber auch mit mathematisch ermittelten Werten geladen
werden.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit ergibt sich dann, wenn
die Regelschaltung als adaptiver Regler aufgebaut ist und
somit ein Modell der Regelstrecke beinhaltet, um die
Regelgüte zu vergrößern. In diesem Fall können die ge
messenen und von der Auswerteelektronik aufbereiteten
Signale als Eingangssignale für die die Regelstrecke nach
bildenden Schaltungen verwendet werden.
Als Regelventile können Proportionalventile oder Servo
ventile Verwendung finden. Es lassen sich auch Schalt
magnete durch Pulsmodulation derart ansteuern, daß ein
Proportionalverhalten erzielt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an
hand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert, in der
schematisch ein Wegeventil mit Zwischenplatte dargestellt
ist.
An ein 4/3-Wege-Proportionalventil 10 ist eine Zwischen
platte 12 angeschraubt, die vier Bohrungen 14, 15, 16 und
17 aufweist. Die Bohrung 15 stellt die Verbindung zwischen
einer Pumpe 20 und dem P-Anschluß des Ventils her, die
Bohrung 16 die Verbindung zwischen dem Tankanschluß T und
dem Tank und die Bohrungen 14 und 17 jeweils die Ver
bindung zwischen dem A-Anschluß bzw. B-Anschluß des Regel
ventils mit einem Verbraucher, nämlich einem doppelt
wirkenden Zylinder 21.
Die entgegen der schematisierten Darstellung nicht in
einer gemeinsamen Ebene liegenden Bohrungen 15 bis 17
stehen über jeweils einen nur schematisch dargestellten
Kanal 23 mit je einer Druckmeßzelle 22 in Verbindung. Die
Ausgänge der Druckmeßzellen 22 führen somit Signale für
die Drücke A, B, P und T.
In einer vereinfachten Ausführungsform kann die Druckmeß
zelle für den Tankdruck T entfallen, der mit Null ange
nommen werden kann. Verdrängt jedoch der Verbraucher
größere Druckmittelmengen, so kann der Tankdruck auf
erhebliche Werte ansteigen, so daß sich die Messung des
Druckes T empfiehlt.
Auf der Zwischenplatte 12 ist ferner eine Logikschaltung
25 aus einzelnen Summierstufen angeordnet, die jeweils
zwei Eingänge für Druckmeßwerte und einen Ausgang für
den ermittelten Differenzdruck aufweisen. Auf diese
Weise werden die Differenzdrücke AT, AP, BT, BP und AB
ermittelt.
Die den Drücken bzw. Druckdifferenz entsprechenden Signale
werden einer Auswerteelektronik bzw. Regelschaltung 26
zugeführt, in der weitere nicht im einzelnen dargestellte
Einheiten zur Signalverarbeitung vorgesehen sind. Der
Regelschaltung kann als weitere Rückführgröße die Ventil
kolbenposition zugeführt werden, die von einem Wegauf
nehmer 28 gemessen wird. Ferner erhält die Regelschaltung
Sollwertsignale für einen zu regelnden Druck, einen zu
regelnden Durchfluß sowie Sollwerte für andere Größen wie
Beschleunigung und einzuhaltende Druckdifferenzen. In
Verbindung mit den Rückführgrößen werden von der Regel
schaltung Regelsignale erzeugt, die über eine vorzugsweise
am Regelventil angeordnete Endstufe 29 dem Proportional
magneten 30 des Regelventils 10 zugeführt werden.
Claims (18)
1. Vorrichtung zur elektrischen Meßwertaufbereitung
für ein Wege-Regelventil mit Anschlüssen (PTAB) für eine
Druckmittelquelle, einen Tank und mindestens eine Arbeitsleitung,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Wege-Regelventil
eine Zwischenplatte (12) mit Bohrungen (14-17) zur Verbindung
der Anschlüsse (PTAB) des Wege-Regelventils mit der
Druckmittelquelle, dem Tank und den Arbeitsleitungen zugeordnet
ist, daß die Zwischenplatte Druckmeßvorrichtungen
(22) zum Erfassen mindestens eines einlaßseitigen und/oder
auslaßseitigen Drucker aufweist, die über Kanäle (23) an
die Bohrungen angeschlossen sind, und daß Einrichtungen (25, 26) zur Aufbereitung
der von den Druckmeßvorrichtungen erzeugten Signale
vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen (25, 26) zur Aufbereitung
der von den Druckmeßvorrichtungen erzeugten Signale an der
Zwischenplatte (12) vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß an der Zwischenplatte (12) eine Summierstufe
vorgesehen ist, von der die Druckdifferenz zwischen
einem einlaßseitigen und einem auslaßseitigen Druck
ermittelt wird.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß an der Zwischenplatte (12) eine
Differenzierstufe vorgesehen ist, von der aus mindestens
einem der Druckwerte eine Druckänderungsgeschwindigkeit
ermittelt wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Druckes der
Druckmittelquelle sowie des Druckes an zwei zu einem Verbraucher
führenden Druckleitungen je eine Druckmeßvorrichtung
vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß für den mit dem Tank verbundenen Anschluß eine
Druckmeßvorrichtung vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß auf der Zwischenplatte eine
Regelschaltung angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Regelschaltung von einem Mikrorechner
gebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Druckunterschied und
der Stellung des Ventilkolbens der Volumenstrom ermittelt
wird, um die Geschwindigkeit des Verbrauchers zu bestimmen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Druckunterschied und
den Flächen des Verbrauchers die Größe und Richtung der
Belastung des Verbrauchers ermittelt wird.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß aus der Druckänderungsgeschwindigkeit
die Beschleunigung eines Verbrauchers ermittelt
wird.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Durchfluß und einem der
Drücke die hydraulische Leistung des Verbrauchers ermittelt
wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Werte als Istwerte
mit einem Sollwert verglichen werden, um eine Stellgröße
für den Ventilkolben des Regelventils zu erzeugen und
das Regelventil in einer Stromregelfunktion, Druckregelfunktion
und/oder Beschleunigungsfunktion zu regeln.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Regelschaltung ein
Tabellenspeicher für die Kolbengeometrie des Regelventils
vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Tabellenspeicher mit Werten geladen wird,
die mathematisch auf Grund der Ventilkolbenstellung und der
zugehörigen Durchflußquerschnitte bei einem bestimmten
Druck ermittelt sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Tabellenspeicher mit in einem Meßlauf des
Regelventils bestimmten Werten geladen ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung dem Tabellenspeicher
einen der Kolbenstellung entsprechenden Durchflußwert
bei einem bestimmten Druck entnimmt und auf den
für den jeweils gemessenen Druck geltenden Durchflußwert
umrechnet.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Werte dazu
benutzt werden, um in einem adaptiven Regler die Parameter
für das Modell der Regelstrecke abzuschätzen.
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DE (1) | DE3734955A1 (de) |
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