DE4122376A1 - Operating three=way magnetic regulating valve - supplying pulses or DC with superimposed chopper signal to coil and adjusting frequency to minimise energy loss - Google Patents

Operating three=way magnetic regulating valve - supplying pulses or DC with superimposed chopper signal to coil and adjusting frequency to minimise energy loss

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Abstract

The proportional-pressure reducing valve has a piston (1) with two piston sections (2, 3) and control edges (4, 5) which work in conjunction with a pressure connection (P) leading to a pump and a connection to a tank (T). The ring space (6) between the two piston sections (2, 3) are connected to a work connection (A) in which the pressure is to be reduced proportionally to the magnetic flux. The pressure in the work connection (A) is effective in a hole (7) on the face side of the second piston section (3). Counterwise, the magnetic force acts via a thruster (8) of the proportional magnet drive on the first of the two piston sections (2). So long as the proportional magnet is without current, a withdrawal spring (9) switches the connection on the piston from the work connection (a) to the tank (T). The frequency of the pulses or chopper signal supplied to the coil is varied depending on the pressure being controlled, the flow rate, system pressure, speed of connected machine etc. ADVANTAGE - Minimises oil losses, maintains low hysteresis.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Mag­ netregelventils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for operating a mag net control valve according to the preamble of claim 1.

Wegeventile, insbesondere Proportionalwegeventile und Druckventile, insbesondere Druckregel- bzw. Druckreduzier­ ventile werden oft mit positiver Überdeckung ausgeführt, so daß während des Schaltvorganges kurzzeitig alle Anschlüsse voneinander getrennt sind. Beispielsweise wird beim Schalten des Ventilkolbens zunächst die vorherige Verbindung P zur Pumpendruckleitung nach der Tankleitung T gesperrt, bevor die neue Verbindung P zum Arbeitsanschluß A zustandekommt. So kann ein unter Last stehender Verbraucher nicht absinken oder ein aus der Leitung vor dem Ventil abgeleiteter Steuerdruck bleibt erhalten. Der Steuerölverlust durch Übertritt von Druckmittel aus einem Anschluß mit höherem Druck zu einem Abfluß soll also möglichst gering sein, um einen unnötigen Energieverlust zu vermeiden.Directional control valves, in particular proportional directional control valves and Pressure valves, especially pressure regulators or pressure reducers valves are often designed with a positive overlap, so that briefly all connections during the switching process are separated from each other. For example, when switching of the valve piston first the previous connection P to Pump pressure line after the tank line T blocked before the new connection P to work port A is established. So a consumer under load cannot sink or one derived from the line upstream of the valve Control pressure remains. The tax oil loss through Transfer of pressure medium from a connection with a higher one Pressure to a drain should be as low as possible to to avoid unnecessary energy loss.

Derartige Magnetregelventile werden üblicherweise mit einem impulsbreitenmodulierten Verstärker angesteuert. Dabei wird die Impulsfrequenz so gewählt, daß die Hysterese der Ventil­ kennlinie möglichst gering ist, also die Kennlinie des Regelventils beim Erhöhen und Verringern des Steuerstroms eine möglichst geringe Abweichung besitzt. Erfahrungsgemäß wird mit 100 Hz Chopperfrequenz im gesamten Regelbereich eine günstige Hysterese erreicht. Erhöht man die Chopper­ frequenz auf 200 oder 300 Hz, so vergrößert sich die Hysterese im unteren Regelbereich der Ventilkennlinie ent­ sprechend, während im oberen Bereich der Ventilkennlinie die Höhe der Chopperfrequenz auf die Hysterese kaum einen Ein­ fluß mehr hat. Diese Erscheinung hängt mit der vorgenannten positiven Überdeckung zusammen, mit der man den Ölverlust möglichst gering halten will,während man über die Chopper­ frequenz eine gewisse Unterdeckung simuliert, so daß die Ventilkennlinie insbesondere im unteren Regelbereich der Kennlinie von der Größe der Chopperfrequenz abhängig ist. Hieraus gewinnt man die Erkenntnis, daß man bei Ventilen mit positiver Überdeckung eine verhältnismäßig geringe Chopper­ frequenz wählt, um eine geringe Hysterese der Ventilkenn­ linie zu erzielen.Such solenoid control valves are usually used with a pulse width modulated amplifier controlled. Doing so the pulse frequency chosen so that the hysteresis of the valve characteristic is as low as possible, i.e. the characteristic of Control valve when increasing and decreasing the control current has as little deviation as possible. According to experience with 100 Hz chopper frequency in the entire control range reached a favorable hysteresis. If you raise the chopper frequency to 200 or 300 Hz, so the Hysteresis in the lower control range of the valve characteristic curve speaking, while in the upper area of the valve characteristic Level of chopper frequency on hysteresis hardly an on river has more. This phenomenon depends on the above positive overlap together with which one can manage the oil loss want to keep as low as possible while going over the chopper  frequency simulates a certain shortage, so that the Valve characteristic curve in particular in the lower control range of Characteristic curve depends on the size of the chopper frequency. From this one gains the knowledge that with valves positive coverage a relatively low chopper frequency selects to a low hysteresis of the valve characteristic line to achieve.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, das Verfahren der eingangs geschilderten Art so weiter zu bilden, daß nicht nur die Hysterese der Ventilkennlinie möglichst klein gehalten wird, sondern daß auch der Steuer­ ölverlust bzw. Ölverlust des Ventils im Regelbereich mini­ miert wird.The object underlying the invention is the method of the type described above so on form that not only the hysteresis of the valve characteristic is kept as small as possible, but also the tax Oil loss or oil loss of the valve in the mini control range is lubricated.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention, the stated object is based on the features of claim 1 solved. Advantageous further training the invention emerge from the subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigtThe method according to the invention is described below with reference to Drawing will be explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen Schnitt durch den Ventilteil eines Proportio­ nal-Druckreduzierventils, Fig. 1 shows a section through the valve part of a proportio nal-pressure reducing valve,

Fig. 2 die Abhängigkeit des Steuerölverbrauchs vom Steuer­ strom bei unterschiedlicher Impulsfrequenz bei dem Ventil der Fig. 1, Fig. 2 shows the dependence of the control oil consumption of the control current at different pulse frequency in the valve of Fig. 1,

Fig. 3 eine optimierte Frequenz-Strom-Kennlinie für die Ansteuerung der Magnetspule des Ventils. Fig. 3 shows an optimized frequency-current characteristic for controlling the solenoid of the valve.

Fig. 1 zeigt ein Proportional-Druckreduzierventil des Typs DRE 2K. Der Ventilteil besteht aus einem Kolben 1 mit zwei Kolbenabschnitten 2 und 3 und Steuerkanten 4 und 5, die mit einem zur nicht gezeigten Pumpe führenden Druckanschluß P und einem zu einem Tank T führenden Anschluß zusammenwirken, während der Ringraum 6 zwischen den beiden Kolbenabschnitten 2 und 3 mit einem Arbeitsanschluß A in Verbindung steht, in dem der Druck proportional zum Magnetstrom reduziert werden soll. Fig. 1, a proportional pressure reducing valve is of the type DRE 2K. The valve part consists of a piston 1 with two piston sections 2 and 3 and control edges 4 and 5 , which cooperate with a pressure connection P leading to the pump (not shown) and a connection leading to a tank T, while the annular space 6 between the two piston sections 2 and 3 is connected to a working connection A, in which the pressure is to be reduced in proportion to the solenoid current.

Der Druck im Anschluß A wirkt in der Bohrung 7 auf die Stirnseite des Kolbenabschnitts 3. Gegensinnig wirkt über einen Stößel 8 des nicht gezeigten Proportionalmagnetan­ triebs die Magnetkraft auf den Kolbenabschnitt 2. Solange der Proportionalmagnet stromlos ist, schaltet eine Rückzugs­ feder 9 am Kolben 1 die Verbindung A nach T. Die Kolbenab­ schnitte 2 und 3 bzw. Steuerkanten 4 und 5 sind gegenüber den Anschlüssen P und T mit positiver Überdeckung ausge­ führt, d. h. es wird im Regelbereich des Ventils die Ver­ bindung von A nach T geschlossen, bevor die Verbindung von P nach A geöffnet wird bzw. die Verbindung von P nach A geschlossen, bevor die Verbindung A nach T geöffnet wird. Damit wird der Steuerölverlust durch Übertritt von Steueröl aus P bzw. A nach T vermindert.The pressure in port A acts in bore 7 on the end face of piston section 3 . The magnetic force acts on the piston section 2 in the opposite direction via a plunger 8 of the proportional magnet drive (not shown ) . As long as the proportional magnet is de-energized, a return spring 9 on the piston 1 switches the connection A to T. The piston sections 2 and 3 or control edges 4 and 5 are opposite the connections P and T with a positive overlap, ie it is in the control range the valve, the connection from A to T is closed before the connection from P to A is opened or the connection from P to A is closed before connection A to T is opened. This reduces the loss of control oil by transferring control oil from P or A to T.

Fig. 2 zeigt den Steuerölverbrauch in Abhängigkeit vom Steuerstrom I der Magnetspule. Dabei zeigt sich, daß bei der Ansteuerung der Magnetspule mit einer Impulsfrequenz von 150 Hz der Steuerölverbrauch drastisch ansteigt, sobald der Ansteuerstrom über 50% der Nennstromstärke erhöht wird. Wählt man jedoch eine Impulsfrequenz von 300 Hz, so ist bis zu einem Steuerstrom von 50% der Steuerölverlust Q etwa um die Hälfte kleiner als bei der Frequenz von 150 Hz und steigt im Bereich zwischen 50% und 100% des Steuerstroms nur noch gering an. Man gewinnt hieraus die Schlußfolgerung, daß Ventile mit 300 Hz Chopperfrequenz prinzipiell einen niedri­ geren Steuerölverbrauch haben als Ventile mit 150 Hz oder noch niedrigerer Chopperfrequenz. Fig. 2 shows the control oil consumption depending on the control current I of the solenoid. It shows that when the solenoid is activated with a pulse frequency of 150 Hz, the control oil consumption increases drastically as soon as the activation current is increased above 50% of the nominal current. However, if you choose a pulse frequency of 300 Hz, up to a control current of 50% the control oil loss Q is about half smaller than at the frequency of 150 Hz and only increases slightly in the range between 50% and 100% of the control current. From this one draws the conclusion that valves with a chopper frequency of 300 Hz generally have a lower control oil consumption than valves with a chopper frequency of 150 Hz or even lower.

Erfindungsgemäß wird deshalb die Impulsfrequenz des der Magnetspule zugeführten Signals im Regelbereich des Ventils im Sinne einer Minimierung des Steuerölverbrauchs geändert. Dies ist beispielsweise in Fig. 3 dargestellt, wonach die Impulsfrequenz F abhängig vom Ansteuerstrom I geändert, nämlich erhöht wird, wenn der Ansteuerstrom steigt. Im unte­ ren Regelbereich wird also eine kleine Impulsfrequenz ge­ wählt, um die Hysterese der Ventilkennlinie zu minimie­ ren, während mit steigendem Ansteuerstrom die Impulsfrequenz erhöht wird, um den Steuerölverlust zu minimieren. In Fig. 3 ist die Kennlinie für ein Druckregelventil, also die Abhän­ gigkeit vom Steuerstrom I und Regeldruck P dargestellt, wo­ bei die Hysterese gerade im unteren Bereich der Ventilkenn­ linie sehr gering ist.According to the invention, the pulse frequency of the signal supplied to the solenoid coil is therefore changed in the control range of the valve in the sense of minimizing the control oil consumption. This is shown, for example, in FIG. 3, according to which the pulse frequency F is changed depending on the drive current I, namely increased when the drive current increases. In the lower control range, a small pulse frequency is therefore selected in order to minimize the hysteresis of the valve characteristic curve, while the pulse frequency is increased with increasing control current in order to minimize the control oil loss. In Fig. 3, the characteristic curve for a pressure control valve, so the dependency on the control current I and control pressure P is shown, where the hysteresis is very low, especially in the lower area of the valve characteristic.

Die Umschaltung der Impulsfrequenz kann in ein oder zwei Stufen oder mehrstufig gemäß Fig. 3 erfolgen. Die Impuls­ frequenz kann auch kontinuierlich geändert werden. Die be­ kannten Regelverstärker zum Ansteuern solcher Magnetventile lassen sich ohne erfinderisches Zutun so abändern, daß ab­ hängig von dem Ansteuerstrom I oder einer Eingangsgröße, insbesondere einem Meßsignal die Impulsfrequenz mit stei­ gendem Ansteuerstrom erhöht wird.The switching of the pulse frequency can take place in one or two stages or in several stages according to FIG. 3. The pulse frequency can also be changed continuously. The known control amplifier for controlling such solenoid valves can be modified without inventive step so that the pulse frequency is increased with rising control current depending on the control current I or an input variable, in particular a measurement signal.

Als Eingangssignal können verschiedene Parameter des hydrau­ lischen Systems dienen. So kann bei einem Druckregelventil der Druck unmittelbar gemessen und als Eingangsgröße verwen­ det werden. Bei Proportionalwegeventilen kann die Impuls­ frequenz abhängig vom Ventildurchfluß, oder abhängig von der Geschwindigkeit oder der Drehzahl eines angesteuerten Stellzylinders oder eines Hydromotors, oder auch abhängig vom anstehenden Systemdruck verändert werden. Insbesondere wird auch in Betracht gezogen, die Frequenz über die genannte Vergrößerung hinaus auf einen wesentlich höheren Wert zu vergrößern, wenn der im Regelverstärker vorgenommene Soll-Istwertvergleich eine gewisse Schwelle unterschreitet. Mit Hilfe dieser hohen Frequenz bleibt der Ventilkolben dann in der Überdeckungsstellung stehen und ist der Ölverlust mini­ miert, solange bis ein neuer Regelimpuls gebildet wird, so daß die Schwelle überschritten wird und die Impulsfrequenz wieder zurückgeschaltet wird.Various parameters of the hydrau system. So with a pressure control valve the pressure is measured immediately and used as an input variable be det. With proportional directional control valves the impulse frequency depending on the valve flow, or depending on the Speed or the speed of a controlled Actuating cylinder or a hydraulic motor, or depending on system pressure can be changed. In particular also considered the frequency above said Enlargement to a much higher value increase if the one made in the control amplifier Target / actual value comparison falls below a certain threshold. With  With the help of this high frequency, the valve piston remains in the overlap position and the oil loss is mini miert until a new control pulse is formed, so that the threshold is exceeded and the pulse frequency is switched back again.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für 3-Wege-Proportional-Druckregelventile wie auch für 3-Wege-Pro­ portionalventile in ein- und zweistufiger Bauart.The method according to the invention is particularly suitable for 3-way proportional pressure control valves as well as for 3-way Pro Portional valves in one and two-stage design.

Die Ansteuerung erfolgt von einem impulsbreitenmodulierten Regelverstärker oder auch mit einer Gleichspannung, der ein Choppersignal bzw. Brummsignal überlagert ist, dessen Frequenz entsprechend verändert wird.It is controlled by a pulse width modulated Control amplifier or with a DC voltage, the one Chopper signal or hum signal is superimposed, the Frequency is changed accordingly.

Es ist ferner möglich, die Impulsfrequenz bzw. die Frequenz des Choppersignals abhängig von einer weiteren Eingangsgröße zu verändern, um beispielsweise Temperaturschwankungen am Ventil zu kompensieren. Es ist also möglich, die beispiels­ weise in DE 33 20 110 C2 erläuterte Schaltung zum Betrieb eines Magnetregelventils zu verwenden, um die Impulsfrequenz abhängig von der Betriebstemperatur zu verändern. Diese Veränderung erfolgt zusätzlich zu der Frequenzänderung zur Minimierung des Steuerölverbrauchs.It is also possible to change the pulse frequency or frequency of the chopper signal depending on a further input variable to change, for example, temperature fluctuations on Valve to compensate. So it is possible, for example as described in DE 33 20 110 C2 circuit for operation of a solenoid control valve to use the pulse frequency to change depending on the operating temperature. These Change takes place in addition to the frequency change Minimize tax oil consumption.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb eines Magnetregelventils, insbe­ sondere eines 3-Wege-Druckregelventils bzw. eines 3-Wege­ ventils mit Proportionalmagnet, bei dem im Regelbereich des Ventils ein Energieverlust durch Übertritt von Druckmittel aus einem Anschluß höheren Druckes in einen Abfluß auf­ tritt, und bei dem die Magnetspule mit Impulsen oder Gleich­ strom angesteuert wird, dem ein Choppersignal überlagert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Impulse bzw. des Choppersignals im Regelbereich im Sinne einer Verringe­ rung des Energieverlustes verändert wird.1. A method for operating a solenoid control valve, in particular a 3-way pressure control valve or a 3-way valve with proportional solenoid, in which in the control area of the valve an energy loss due to the passage of pressure medium from a connection of higher pressure into a drain occurs, and in which the magnetic coil is driven with pulses or direct current, on which a chopper signal is superimposed, characterized in that the frequency of the pulses or the chopper signal is changed in the control range in the sense of reducing the energy loss. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz mit zunehmendem Ventilhub vergrößert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the frequency is increased with increasing valve lift. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz abhängig von einem mit dem Ventil zu regelnden Druck verändert wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized records that the frequency depends on one with the valve pressure to be regulated is changed. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz abhängig von dem Ansteuerstrom der Magnetspule verändert wird.4. The method according to claim 1 or 2, characterized records that the frequency depends on the drive current the solenoid is changed. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz abhängig vom Ventildurch­ fluß verändert wird.5. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized characterized in that the frequency depends on the valve river is changed. 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz abhängig von der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl eines an das Ventil angeschlossenen Verbrau­ chers verändert wird. 6. The method according to claim 1 or 2, characterized records that the frequency depends on the speed or speed of a consumption connected to the valve chers is changed.   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz abhängig von dem am Ventil anstehenden Systemdruck verändert wird.7. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized characterized in that the frequency depends on that on the valve system pressure is changed. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Frequenz in Stufen erfolgt.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the change in frequency in stages he follows. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Frequenz kontinuierlich erfolgt.9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the change in frequency is continuous he follows. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz zusätzlich abhängig von der Betriebstemperatur des Ventils im Sinne einer temperaturun­ abhängigen Ventilkennlinie verändert wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized characterized in that the frequency is also dependent on the Operating temperature of the valve in the sense of a temperature dependent valve characteristic is changed.
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