EP0236742B1 - Servo valve for pneumatic-pressure control - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a relay valve device according to the preamble of the main claim.
- a relay valve device is known (US Patent 36 43 682).
- This known relay valve device is used for the electrical remote adjustment of pneumatic pressures. Pilot solenoid valves are provided which are designed as slide valves; they cannot be influenced by the modulated pressure. As a result, the known device is not sensitive.
- the invention has for its object to provide a sensitive control for a relay piston.
- An additional pressure influencing of the pilot control solenoid valves is intended to ensure a wide range of grading options for the relay piston switching pressure.
- FIG. 1 shows a first embodiment of the relay valve device and FIG. 2 shows a modification of the type according to FIG. 1.
- a relay valve device is shown as valve block 1 with four 3/3-way solenoid valves 2, 3, 4 and 5 arranged next to one another, the magnets 6, 7, 8 and 9 of which are connected via lines to control electronics 10, into which a setpoint value is connected via a Encoder 11, e.g. B. can be entered via a brake pedal.
- a Encoder 11 e.g. B. can be entered via a brake pedal.
- the magnets 6, 7, 8 and 9 have armatures 12, 13, 14 and 15 and are designed as control magnets with control pistons 28, 29, 30 and 31.
- the control pistons 28, 29, 30 and 31 have piston surfaces of different sizes, which have an area ratio of 1 2: 3: 4.
- control piston 28 ', 29', 30 'and 31' which loaded the control piston 28, 29, 30 and 31. Due to their area differences, the control pistons 28, 29, 30, 31 are set to different pressure values, namely the control piston 28 to 0.5 bar, the control piston 29 to 1 bar, the control piston 30 to 2 bar and the control piston 31 to 4 bar.
- control pistons 28-31 Under the control pistons 28-31 are a double valve 40, 41, 42 and 43, which rests with an inlet closing body on a housing-fixed inlet valve seat under the force of a valve spring 44, 45, 46 and 47.
- a channel 48, 49 and 50 leads to a rear chamber 52, 53 and 54, and a correspondingly arranged relief chamber 55 of the first control piston 28 has an outside air connection 56, while from the outlet chamber 39 a channel 62 is Takes exit.
- Spring chambers 57, 58, 59 and 60 of the valve spring 44-47 are jointly connected to a supply line 61.
- the channel 62 leads to a control chamber 63 via a relay piston 64, the underside of which delimits a working chamber 65 and which has an extension 66 with which it can actuate a relay valve 67.
- the relay valve 67 closes off a supply line 68 and connects a line 70 connected to a consumer 69 to a relief point 71.
- control electronics 10 determines the solenoid valves 2, 3, 4 and 5 to be controlled in accordance with the predefined setpoint. For ease of understanding, only the symbols of simple switches are shown in the control electronics 10.
- solenoid valve 2 If solenoid valve 2 is energized, it switches over. The outlet valve is closed and the inlet valve is opened. Then air can flow from the supply line 61 under control piston 28. The magnetic force, the spring force and the applied pressure are then weighed out on the control piston 28. In this way, the magnetic, spring and pressure forces acting on the control piston 28 determine the pressure introduced from the supply line 61 into the intermediate chamber 36. The introduced air flows via the channel 48 into the rear chamber 52 of the second control piston 29 and from there via the channel 49 to the third control piston 30 and from there via the channel 50 to the fourth control piston 31 and from there via the channel 62 into the control chamber 63 the relay piston 64.
- That Realisventil 67 is switched over, and at the end of the relief point 71, supply air reaches the consumer 69 via the working chamber 65.
- the relay piston 64 is only loaded by pressures, but not by spring forces, and its seal is protected because both in the switching stage and in the modulated state There are 64 equal pressures on the sides of the relay piston.
- the first control piston 28 is set to 0.5 bar due to its surface design, this pressure is therefore controlled up to the relay piston 64. If a pressure of 2.5 bar is required by the setpoint generator 11, the binary breakdown in the control electronics 10 means that the control piston 30 must also be switched, which, as stated above, delivers a working pressure of 2 bar. Since 0.5 bar is already effective on the rear of the control piston 30, 2.5 bar must act on the front in order to keep this control piston 30 in equilibrium, and these 2.5 bar then reach the control chamber 63 of the relay piston 64. The relay valve 67 is adjusted accordingly.
- the solenoid valves 2 and 4 remain de-energized and the solenoid valves 3 and 5 are energized.
- the control piston 29 sets a pressure of 1 bar due to its special design of effective area and spring force, and the control piston 31 sets 4 bar, so that 5 bar are then effective on the relay piston 64.
- the control piston 29 has atmospheric pressure as a reference on the piston rear side, while the control piston 31 has the 1 bar controlled by the control piston 29 as a reference variable.
- the pressure on the relay piston 64 can be set from 0 to 7.5 bar (in 15 steps) in individual steps of 0.5 bar.
- valves This is also the control amount for a valve.
- the magnets 6, 7, 8 and 9 generate a defined force on the control pistons 28, 29, 30, 31 by means of a correspondingly regulated current. These control the corresponding pressures from the supply 61 to the control chamber 63. There, the pressure acts on the relay piston 64. A corresponding air pressure to the consumer 69 is regulated by the relay valve 67.
- control magnets 6, 7, 8 and 9 have the advantage that many intermediate stages can be generated by correspondingly controlling them. With these control magnets it is possible to switch an intermediate stage between zero, half power and full power, so that the following picture results:
- the control electronics determine the associated switch positions and magnets to set the pressure 4.7 bar:
- each pressure can be set exactly (theoretically to 0.1 bar) without feedback via pressure sensors.
- Is z. B a relay valve is acted upon by two control magnets, the first one having the appropriate pressures 0; 3; Switches 6 bar, the second control magnet takes over the infinitely variable fine adjustment between 0 and 3 bar. Due to the reduced control ranges of the individual magnets, an improved control accuracy can be achieved.
- valve block 1 considered in the example according to FIG. 1 has normally closed valves. For some applications, however, it is advantageous to have an open valve position when de-energized to ensure control. An example of this is shown schematically in FIG. 2.
- valve block 80 magnets 81, 82, 83 and 84 are biased against the magnetic control force by springs 85, 86, 87 and 88.
- the valves here have the reference numbers 90, 91, 92 and 93.
- the control piston device When the valve device is working, the control piston device will first close with the lowest control pressure. Where this control piston device is located in the series circuit (FIGS. 1 and 2) is - at least in theory - irrelevant. In Figure 2 it is e.g. B. the last valve 93 before the relay valve 67. The next control piston device that closes will apply the set reference pressure to the rear of the first (closed) control piston device. To keep the Ap on this first device, the pressure on the front will increase accordingly. The sum of all adjustable reference pressures determines the maximum possible pressure effective on the relay piston 64.
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Relaisventileinrichtung nach der Gattung der Hauptanspruchs. Eine derartige Relaisventileinrichtung ist bekannt (US-Patentschrift 36 43 682).The invention relates to a relay valve device according to the preamble of the main claim. Such a relay valve device is known (US
Diese bekannte Relaisventileinrichtung wird zur elektrischen Ferneinstellung von pneumatischen Drücken verwendet. Es sind Vorsteuermagnetventile vorgesehen, die als Schieberventile ausgebildet sind ; von dem ausgesteuerten Druck sind sie nicht beeinflußbar. Dadurch ist die bekannte Einrichtung nicht feinfühlig.This known relay valve device is used for the electrical remote adjustment of pneumatic pressures. Pilot solenoid valves are provided which are designed as slide valves; they cannot be influenced by the modulated pressure. As a result, the known device is not sensitive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine feinfühlige Steuerung für einen Relaiskolben zu schaffen. Dabei soll eine zusätzliche Druckbeeinflussung der Vorsteuersteuermagnetventile eine vielfältige Stufungsmöglichkeit des Relaiskolben-Schaltdruckes gewährleisten.The invention has for its object to provide a sensitive control for a relay piston. An additional pressure influencing of the pilot control solenoid valves is intended to ensure a wide range of grading options for the relay piston switching pressure.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer gattungsgemäßen Relaisventileinrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention in a generic relay valve device by the characterizing features of claim 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Several embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description.
Es zeigen : Figur 1 eine erste Ausführung der Relaisventileinrichtung und Figur 2 eine Abwandlung der Bauart nach der Figur 1.FIG. 1 shows a first embodiment of the relay valve device and FIG. 2 shows a modification of the type according to FIG. 1.
Eine Relaisventileinrichtung ist als Ventilblock 1 dargestellt mit vier nebeneinander angeordneten 3/3-Wege-Magnetventilen 2, 3, 4 und 5, deren Magnete 6, 7, 8 und 9 über Leitungen an eine Steuerelektronik 10 angeschlossen sind, in die ein Sollwert über einen Geber 11, z. B. über ein Bremspedal eingebbar ist.A relay valve device is shown as valve block 1 with four 3/3-
Die Magnete 6, 7, 8 und 9 haben Anker 12, 13, 14 und 15 und sind als Regelmagnete mit Regelkolben 28, 29, 30 und 31 ausgebildet. Die Regelkolben 28, 29, 30 und 31 haben verschieden große Kolbenflächen, die ein Flächenverhältnis von 1 2 : 3 :4 aufweisen.The
Unter jedem Regelkolben 28, 29, 30, 31 liegt je eine Regelfeder 28', 29', 30' und 31', die den Regelkolben 28, 29, 30 und 31 belasteten. Aufgrund ihrer Flächenunterschiede sind die Regelkolben 28, 29, 30, 31 auf verschiedene Druckwerte eingestellt, und zwar der Regelkolben 28 auf 0,5 bar, der Regelkolben 29 auf 1 bar, der Regelkolben 30 auf 2 bar und der Regelkolben 31 auf 4 bar. Unter den Regelkolben 28-31 befinden sich je ein Doppelventil 40, 41, 42 und 43, das mit einem Einlaß-Schließkörper an einem gehäusefesten Einlaß-Ventilsitz unter der Kraft einer Ventilfeder 44, 45, 46 und 47 anliegt. Von den Auslaßkammern 36, 37 und 38 führt je ein Kanal 48, 49 und 50 zu einer Rückseitenkammer 52, 53 und 54, und eine entsprechend angeordnete Entlastungskammer 55 des ersten Regelkolbens 28 hat einen Außenluftanschluß 56, während von der Auslaßkammer 39 ein Kanal 62 seinen Ausgang nimmt. Federräume 57, 58, 59 und 60 der Ventilfeder 44-47 sind gemeinsam an eine Vorratsleitung 61 angeschlossen.Under each
Der Kanal 62 führt zu einer Steuerkammer 63 über einen Relaiskolben 64, dessen Unterseite eine Arbeitskammer 65 begrenzt und der einen Ansatz 66 hat, mit dem er ein Relaisventil 67 betätigen kann. Das Relaisventil 67 schließt in seiner gezeichneten Stellung eine Vorratsleitung 68 ab und verbindet eine an einen Verbraucher 69 angeschlossene Leitung 70 mit einer Entlastungsstelle 71.The
Im stromlosen Zustand sperren alle vier Magnetventile 2, 3, 4 und 5 die Vorratsleitung 61 ab. Wird der Sollwertgeber 11 betätigt, dann bestimmt die Steuerelektronik 10 entsprechend dem vorgegebenen Sollwert das beziehungsweise die anzusteuernden Magnetventile 2, 3, 4 und 5. Zum leichteren Verständnis sind in der Steuerelektronik 10 nur die Symbole einfacher Schalter dargestellt.In the de-energized state, all four
Wird das Magnetventil 2 an Spannung gelegt, dann schaltet es um. Das Auslaßventil wird geschlossen und das Einlaßventil wird geöffnet. Dann kann Luft aus der Vorratsleitung 61 unter Regelkolben 28 strömen. Am Regelkolben 28 wiegen sich dann die Magnetkraft, die Federkraft und der eingesteuerte Druck aus. Auf diese Weise bestimmen die am Regelkolben 28 wirksamen Magnet-, Feder-und Druckkräfte den aus der Vorratsleitung 61 in die Zwischenkammer 36 eingesteuerten Druck. Die eingesteuerte Luft strömt über den Kanal 48 in die Rückseitenkammer 52 des zweiten Regelkolbens 29 und von dort über den Kanal 49 zum dritten Regelkolben 30 und von dort über den Kanal 50 zum vierten Regelkolben 31 und von dort über den Kanal 62 in die Steuerkammer 63 über dem Relaiskolben 64. Das Realisventil 67 wird umgeschaltet, und unter Abschluß der Entlastungsstelle 71 gelangt Vorratsluft über die Arbeitskammer 65 zum Verbraucher 69. Dabei ist der Relaiskolben 64 lediglich von Drücken, nicht aber von Federkräften belastet und seine Dichtung ist geschont, weil im Umschaltstadium und im ausgesteuerten Zustand auf beiden Seiten des Relaiskolben 64 gleiche Drücke herrschen.If
Da der erste Regelkolben 28 aufgrund seiner Flächenauslegung auf 0,5 bar eingestellt ist, wird dieser Druck also bis zum Relaiskolben 64 durchgesteuert. Wird durch den Sollwertgeber 11 ein Druck von 2,5 bar gefordert, so ergibt sich durch die binäre Aufschlüsselung in der Steuerelektronik 10, daß zusätzlich der Regelkolben 30 zu schalten ist, der, wie oben ausgeführt, einen Arbeitsdruck von 2 bar liefert. Da auf der Rückseite des Regelkolbens 30 bereits 0,5 bar wirksam sind, müssen auf der Vorderseite 2,5 bar wirken, um diesen Regelkolben 30 im Gleichgewicht zu halten, und diese 2,5 bar gelangen dann in die Steuerkammer 63 des Relaiskolbens 64. Das Relaisventil 67 wird entsprechend verstellt.Since the
Wenn der Sollwertgeber 5 bar vorgibt, so bleiben die Magnetventile 2 und 4 stromlos, und die Magnetventile 3 und 5 werden an Spannung gelegt. Der Regelkolben 29 stellt aufgrund seiner besonderen Bauart von Wirkfläche und Federkraft einen Druck von 1 bar ein, und der Regelkolben 31 stellt 4 bar ein, so daß am Relaiskolben 64 dann 5 bar wirksam sind. Dabei hat der Regelkolben 29 als Referenz auf der Kolbenrückseite Atmosphärendruck, während bei dem Regelkolben 31 die von dem Regelkolben 29 eingesteuerten 1 bar als Referenzgröße anstehen. Durch entsprechende Kombination läßt sich der Druck am Relaiskolben 64 - in einzelnen Stufen von 0,5 bar - von 0 bis 7,5 bar (d. h. in 15 Stufen) einstellen.If the setpoint generator specifies 5 bar, the
Die Anzahl der Druckstufen ermittelt sich aus
- S = Anzahl der Schaltstellungen der Ventile
- M = Anzahl der Magnetventile.
- S = number of switch positions of the valves
- M = number of solenoid valves.
Im Beispiel sind 2 Schaltstellungen (Ein/Aus) durch die binäre Betrachtung vorhanden
Der Schaltstufensprung Ap für eine gleichmäßgie Stufung zwischen p = 0 und P = Pmax ermittelt sich aus :
Für das Beispiel mit Pmax = 7,5 bar; S = 2 und M = 4
Dies ist auch gleichzeitig der Regelbetrag eines Ventils. Die anderen Ventile sind entsprechend zu gestalten, um alle Werte zwischen 0,5 und 7,5 mit Ap = 0,5 darzustellen.This is also the control amount for a valve. The other valves are to be designed accordingly to display all values between 0.5 and 7.5 with Ap = 0.5.
Es ist noch zu bemerken, daß die Magnete 6, 7, 8 und 9 durch einen entsprechend eingeregelten Strom eine definierte Kraft auf die Regelkolben 28, 29, 30, 31 erzeugen. Diese steuern die entsprechenden Drücke aus dem Vorrat 61 zur Steuerkammer 63. Dort wirkt der Druck auf den Relaiskolben 64. Vom Relaisventil 67 wird ein entsprechender Luftdruck zum Verbraucher 69 eingeregelt.It should also be noted that the
Die Anwendung der Regelmagnete 6, 7, 8 und 9 hat den Vorteil, daß sich durch entsprechende Ansteuerung derselben viele Zwischenstufen erzeugen lassen. Mit diesen Regelmagneten ist es möglich, eine Zwischenstufe zwischen Null, halber Kraft und voller Kraft zu schalten, so daß sich folgendes Bild ergibt :
Nach der vorgenannten Gleichung (1) ergeben sich mit diesen drei Schaltstellungen für jeden der vier Magnete für den Ventilblock 1 insgesamt
Will man z. B. einen Druck von 8 bar in der Steuerkammer 63 erreichen, so läßt sich mit der Kombination von vier Magneten und 3 Schaltstellungen in einem Ventilblock eine Stufung nach Gleichung (2) von :
Um mit dem Beispiel die Auswirkungen zu verdeutlichen, werden anschließend die einstellbaren Einzeldrücke aufgelistet. Magnetkräfte und Kolbenflächen sind dann entsprechend zu gestalten :
Zum Einstellen des Druckes 4,7 bar ermittelt die Steuerelektronik die zugehörigen Schaltstellungen und Magnete :
Durch gezieltes Schalten der Magneten laßt sich jeder Druck genau (theoretisch auf 0,1 bar) ohne Rückmeldung über Drucksensoren einstellen.By specifically switching the magnets, each pressure can be set exactly (theoretically to 0.1 bar) without feedback via pressure sensors.
Ein weitere Vorteil läßt sich aus dem bisher Dargestellten ableiten : Da mit einem Regelmagneten beliebig viele Zwischenstufen möglich sind, läß sich für einen geschlossenen Regelkreis mit Druckrückmeldung die Regelung verfeinern.Another advantage can be derived from what has been presented so far: since any number of intermediate stages are possible with a control magnet, the control can be refined for a closed control circuit with pressure feedback.
Wird z. B. ein Relaisventil von zwei Regelmagneten beaufschlagt, wobei der erste durch entsprechende Gestaltung die Drücke 0 ; 3 ; 6 bar schaltet, übernimmt der zweite Regelmagnet die stufenlose Feinregelung zwischen 0 und 3 bar. Durch die reduzierten Regelbereiche der Einzelmagnete ist eine verbesserte Regelgenauigkeit zu erreichen.Is z. B. a relay valve is acted upon by two control magnets, the first one having the appropriate pressures 0; 3; Switches 6 bar, the second control magnet takes over the infinitely variable fine adjustment between 0 and 3 bar. Due to the reduced control ranges of the individual magnets, an improved control accuracy can be achieved.
Der in dem Beispiel nach Figur 1 betrachtete Ventilblock 1 hat stromlos geschlossene Ventile. Für einige Anwendungsfälle ist es aber von Vorteil, stromlos eine offene Ventilstellung zu haben, um die Durchsteuerung zu gewährleisten. Ein Beispiel dafür ist in der Figur 2 schematisch dargestellt.The valve block 1 considered in the example according to FIG. 1 has normally closed valves. For some applications, however, it is advantageous to have an open valve position when de-energized to ensure control. An example of this is shown schematically in FIG. 2.
In einem Ventilblock 80 sind Magnete 81, 82, 83 und 84 durch Federn 85, 86, 87 und 88 entgegen der Magnetregelkraft vorgespannt. Die Ventile tragen hier die Bezugszahlen 90, 91, 92 und 93. Bei der Arbeit der Ventileinrichtung wird zuerst die Regelkolben-Einrichtung mit dem kleinsten Regeldruck schließen. Wo diese Regelkolben-Einrichtung in der Reihenschaltung (Figur 1 und 2) sitzt, ist - zumindest theoretisch - belanglos. In der Figur 2 ist es z. B. das letzte Ventil 93 vor dem Relaisventil 67. Die nächste Regelkolben-Einrichtung, die schließt, wird mit dem eingestellten Referenzdruck die Rückseite der ersten (geschlossenen) Regelkolben-Einrichtung beaufschlagen. Um das Ap an dieser ersten Einrichtung zu halten, wird sich der Druck auf der Vorderseite entsprechend erhöhen. Die Summe aller einstellbaren Referenzdrücke bestimmt der am Relaiskolben 64 wirksame maximal mögliche Druck.In a
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