DE202016007126U1

DE202016007126U1 - Stromregel-Ventilanordnung

Info

Publication number: DE202016007126U1
Application number: DE202016007126.3U
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-07-05
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2026-11-23

Abstract

Stromregel-Ventilanordnung mit einer Messblende (3) und einem Differenzdruck-Regelventil (5), welchem zum Einen ein Druck stromab der Messblende (3) und zum Anderen ein Druck stromauf der Messblende (3) zugeführt ist, mit einer auf einen Regelkolben (7) des Differenzdruck-Regelventils (5) einwirkenden Betätigungseinrichtung (9), durch die eine willkürlich vorgegebene Kraft (21) auf den Regelkolben (7) aufbringbar ist, und mit einer elektronischen Steuerungsvorrichtung (11), zur elektrischen Ansteuerung der Betätigungseinrichtung (9) mit einem Betätigungssignal (15), wobei die Messblende (3) einen mechanisch fest vorgegebenen Öffnungsquerschnitt hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungsvorrichtung (11) einen Eingang (14) für ein Signal besitzt, welches einem hydraulischen Soll-Durchflusswert entspricht, die Steuerungsvorrichtung (11) ein Signalverarbeitungsmittel (17; 19) besitzt, welches aus einem am Eingang (14) anliegenden Soll-Durchflusswert Signal das Betätigungssignal (15) erzeugt, wobei das Betätigungssignal (15) ein Maß für die von der Betätigungseinrichtung (9) ausgeübte Kraft (21) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stromregel-Ventilanordnung.
Es ist bekannt, ein hydraulisches Stromregelventil für die hydromechanische Regelung einer hydraulischen Durchflussmenge Q aus einer Anordnung einer festen Messblende und eines Differenzdruck-Regelventils auszubilden. Es wird auf die DE 34 17 383 A1 verwiesen. Zur Verstellung der Durchflussmenge Q wird das dort gezeigte Differenzdruck-Regelventil durch einen Betätigungsmagneten mit einer Kraft beaufschlagt. Diese Kraft folgt einem Strom i mit welchem der Betätigungsmagnet angesteuert wird. Die Durchflussmenge der Anordnung ist linear vom eingestellten Strom i abhängig.
Während ein so beschaffenes Stromregelventil bei Verwendung von einer geometrisch günstig ausgebildeten festen Messblende eine gute Linearität zwischen dem Betätigungsstrom und der Durchflussmenge Q aufweist, kann bei einer einfacher aufgebauten, und ggf. kürzer ausgebildeten Düse nicht von einer solchen Linearität ausgegangen werden. Als Beispiel für einen solchen Sachverhalt wird auf das per Hand verstellbare Drosselventil Z1FG der Anmelderin hingewiesen, beschrieben im online verfügbaren Datenblatt RD 27482.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Stromregel-Ventilanordnung zu schaffen, welche eine hohe Genauigkeit aufweist, selbst wenn die Messblende selbst keine lineare p – Q Kennlinie besitzen sollte.
Diese Aufgabe wird durch eine Stromregel-Ventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Stromregel-Ventilanordnung besitzt dazu eine elektronische Steuerungsvorrichtung mit wenigstens einem Signalverarbeitungsmittel, welchem an seinem Eingang ein Signal zugeführt ist, das einem hydraulischen Soll-Durchflusswert entspricht. Mittels der Signalverarbeitungsmittel wird aus dem Soll-Durchflusswert Signal ein Betätigungssignal für die Betätigungseinrichtung eines Differenzdruckventils erzeugt. Eine fachübliche Betätigungseinrichtung ist ein proportional ansteuerbarer Betätigungsmagnet, bei dem die Betätigungskraft nach eine bekannten Gesetzmäßigkeit – z. B. linear – dem Betätigungssignal – z. B. dem Betätigungsstrom – folgt.
Auf diese Weise kann durch die erfindungsgemäße Stromregel-Ventilanordnung sehr genau und zuverlässig ein am Eingang 14 angeforderter hydraulischer Soll-Durchflusswert am Ausgang A als tatsächliche Durchflussmenge Q erzeugt werden, zur Ansteuerung des am Anschluss A angeschlossenen Verbrauchers.
Vor allem können nicht-lineare Zusammenhänge zwischen dem Betätigungssignal, der anhand dessen von der Betätigungsvorrichtung ausgeübten Kraft, der anhand dessen von dem Differenzdruck-Regelventil an der Meßblende eingestellten Druckdifferenz, und der anhand dessen durch die Meßblende fließenden Menge Q des hydraulischen Mediums berücksichtigt und durch die Signalverarbeitungsmittel ausgeglichen, d. h. linearisiert werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Es kann zum Beispiel anhand der Kenntnis einer gemessenen oder bauartüblichen Q – Δp Kennlinie der Meßblende – d. h. ein Druckabfall, welcher bei einer bestimmten Durchflussmenge über der Meßblende auftritt – mittels des Signalverarbeitungsmittels ein Betätigungssignal ermittelt werden, welches genau zu einem Differenzdruck Δp über der Meßblende führt, der einer gewünschten Durchflussmenge Q entspricht. Diese Kennlinie kann als Look-Up Table oder als Rechenvorschrift im Signalverarbeitungsmittel hinterlegt sein.
Auch eine Kennlinie oder Rechenvorschrift, welche eine Beziehung zwischen einem Betätigungssignal und einer in Reaktion auf das Betätigungssignal durch das Differenzdruckventil über der Meßblende eingestellten Druckdifferenz Δp darstellt, kann vorteilhafter Weise im Signalverarbeitungsmittel genutzt werden. Dies gilt ebenso bzw. alternativ für eine Kennlinie die direkt die Größen einer Durchflussmenge Q durch die Meßblende und einer Amplitude des Betätigungssignals in Beziehung setzt
Es ist denkbar, eine Serie von Stromregel-Ventilanordnungen darzustellen, bei der sich die einzelnen Baugrößen der Serie durch einen unterschiedlichen Öffnungsquerschnitts der Messblende unterscheiden. Das Signalverarbeitungsmittel kann entsprechend der Q – Δp Kennlinie der verwendeten Meßblende angepasst werden. Konkret kann jeweils die Q – Δp Kennlinie der verwendeten Meßblende in einem Speicher des Signalverarbeitungsmittels als Kennlinie oder Look-Up-Table abgelegt sein, oder es kann die Q – Δp Kennlinie der verwendeten Meßblende anhand einer Rechenvorschrift mit Parametern im Speicher abgebildet sein.
Die Stromregel-Ventilanordnung kann – wie in Anspruch 6 beschrieben – mit einem Differenzdruck-Regelventil, auch Druckwaage genannt im Zulauf versehen sein.
Die Stromregel-Ventilanordnung kann – wie in Anspruch 7 beschrieben – mit einer Druckwaage im Ablauf zum Verbraucher versehen sein.
Die Stromregel-Ventilanordnung kann – wie in Anspruch 8 beschrieben – mit einer Druckwaage in einem Bypass Pfad zum Tank versehen sein.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren näher beschrieben. Es zeigen
1a eine erste Ausführungsform der Stromregel-Ventilanordnung der vorliegenden Erfindung, bei der ein Druckdifferenz-Regelventil nach Art einer Zulaufdruckwaage geschaltet ist,
1b eine Weiterbildung der ersten Ausführungsform, bei der einer Steuerungsvorrichtung zusätzlich Druckmesswerte zugeführt sind,
2 eine zweite Ausführungsform der Stromregel-Ventilanordnung der vorliegenden Erfindung, bei der ein Druckdifferenz-Regelventil nach Art einer Ablaufdruckwaage geschaltet ist, und
3 eine dritte Ausführungsform der Stromregel-Ventilanordnung der vorliegenden Erfindung, bei der ein Druckdifferenz-Regelventil nach Art einer Bypass-Druckwaage geschaltet ist.
In 1a ist eine Stromregel-Ventilanordnung mit einer festen Meßblende 3 und einem Differendruck-Regelventil 5 aufgebaut. Die Stromregel-Ventilanordnung regelt eine hydraulischen Durchflussmenge Q zwischen einer Druckmittelquelle P und einem Verbraucheranschluss A. Das Differenzdruck-Regelventil 5 besitzt einen Regelkolben 7, dem auf der einen Seite der Druck stromab der Meßblende 3 – wirksam in Öffnungsrichtung – und auf der anderen Seite der Druck stromauf der Meßblende 3 – wirksam in Schließrichtung – zugeführt ist. Eine Betätigungseinrichtung, hier ein elektromagnetischer Aktuator 9, ist angeordnet, um den Regelkolben 7 in Öffnungsrichtung mit einer Kraft zu beaufschlagen. Die Kraft 21, die der Aktuator 9 ausübt wird mittels eines Betätigungssignals 15, z. B. durch einen elektrischen Strom, eingestellt.
Grundsätzlich stellt sich die hydromechanische Funktion der Stromregel-Ventilanordnung wie folgt dar: Bei Durchströmung der Meßblende 3 stellt sich ein Staudruck ein, der sich aus der Durchflussmenge Q und aus der Geometrie der Meßblende 3 – maßgeblich ihrem Öffnungsquerschnitt A – ergibt. Kann man den Staudruck, also den Differenzdruck – in dieser Anmeldung als Δp bezeichnet – vorgeben, so stellt sich umgekehrt an der Meßblende 3 eine bestimmte Durchflussmenge Q ein. Das Differenzdruck-Regelventil 5 erfasst mittels seines Regelkolbens 7 die Drücke stromab und stromauf der Meßblende 3, wobei davon auszugehen ist, dass der Druck stromauf der Meßblende 3 jeweils höher ist als der Druck stromab der Meßblende 3, der auch dem Lastdruck des Verbrauchers am Anschluss A entspricht. Der durch den Regelkolben 7 einzustellende Druck wird durch die Beaufschlagung des Regelkolbens 7 durch die Kraft 21 mittels des Aktuators 9 vorgegeben.
Wenn der Differenzdruck über der Meßblende 3 dem Druckäquivalent der Kraft 21 entspricht, befindet sich der Regelkolben 7 im Gleichgewicht und stellt eine Durchflussmenge Q ein, die zu einer Aufrechterhaltung des vorgegebenen Differenzdruck führt. Durch die Ausgestaltung des Regelkolbens 7, der in 1b näher dargestellt ist, öffnet das Regelventil 5 weiter, wenn der Differenzdruck und damit der Staudruck und der Durchfluss über der Meßblende 3 absinkt, z. B. durch einen ansteigenden Lastdruck am Anschluss A. Wenn umgekehrt der Differenzdruck und damit der Staudruck und der Durchfluss über der Meßblende 3 ansteigen sollte, z. B. durch einen sinkenden Lastdruck am Anschluss A, wird das Regelventil 5 etwas in Schließrichtung verstellt.
Eine Steuerungsvorrichtung 11 dient zur Einstellung der Kraft 21 und gibt das Betätigungssignal 15 an den Aktuator 9 aus, in Abhängigkeit von einem Soll-Durchflusswert Signal 14.
Die Steuerungsvorrichtung 11 besitzt einen handelsüblichen Mikrocontroller und einen Speicher, in dem ein Steuerungsprogramm für den Mikrokontroller abgelegt ist. Zudem sind im Speicher eine Kennliniendaten 19 und/oder Rechenvorschriften 17 abgelegt, mit Hilfe derer der Mikrokontroller das Betätigungssignal 15 in Abhängigkeit von dem Soll-Durchflusswert Signal 14 berechnet. In Zusammenspiel mit dem Mirkokontroller der Steuerungsvorrichtung 11 bilden die Kennliniendaten oder Rechenvorschriften 17 Signalverarbeitungsmittel.
Die Kennliniendaten 19 sind als Lookup Table konfiguriert. Die darin enthaltenen Daten geben für eine bestimmte Messblende 3 den Zusammenhang zwischen der „Druckdifferenz über der Meßblende Δp” und der „Durchflussmenge Q durch die Meßblende” an. Alternativ kann dieser Zusammenhang auch durch eine durch den Mikrokontroller berechenbare Rechenvorschrift 17 abgebildet sein.
Zudem sind weitere Kennliniendaten 19 vorhanden, welche einen Zusammenhang zwischen einem Betätigungssignal 15 für den Aktuator 9 des Ventils 5 und einem durch das Ventil 5 eingeregelten Differenzdruck Δp angeben. Auch diese Daten können alternativ als Rechenvorschrift 17 dargestellt werden.
Mit diesen beiden Zusammenhängen Signal 15 zu Δp und weiter Δp zu Q kann der Mikrokontroller aus einem Soll-Durchflusswert Signal 14 den benötigten Wert für das Betätigungssignal 15 ermitteln, um den Durchfluss Q zu erhalten. Alternativ ist es auch denkbar, Kennliniendaten 19 vorzuhalten, die direkt einen Zusammenhang zwischen dem Soll-Durchflusswert Signal 14 und dem Betätigungssignal 15 herstellen, die zur gewünschten Ansteuerung des Ventils 5 führen, so dass eine dem Soll-Durchflusswert Signal 14 entsprechende Durchflussmenge Q erhalten wird.
Die 1b zeigt eine zusätzliche optionale Variante: Der Druck stromauf der Messblende 3 und der Druck stromab der Messblende 3 wird jeweils von einem Drucksensor erfasst und als Druckmeßsignal 25 bzw. 23 der Steuerungsvorrichtung 11 zugeführt. Mithilfe dieser beiden Druckmeßsignale bildet die Steuerungsvorrichtung 11 einen unterlagerten Druckregelkreis für den Differenzdruck Δp über der Messblende 3. Dieser Differenzdruck Δp kann dadurch noch viel genauer festgelegt werden. Mit dem bekannten Zusammenhang Δp zu Q wie er in den Kennliniendaten 19 oder durch die Rechenvorschrift 17 hinterlegt ist, erhält man eine sehr genaue Steuerung der Durchflussmenge Q.
Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Stromregel-Ventilanordnung in einer leicht abgewandelten Ausführung. Dabei sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Vergleich zu 1a sind im hydraulischen Pfad von P nach A die Positionen der Messblende 3 und des Differenzdruck-Regelventils 5 vertauscht. Die Funktion entspricht der Funktion der Stromregel-Ventilanordnung wie sie in den 1a und 1b gezeigt ist.
In der 3 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Stromregelventilanordnung dargestellt. Im Strömungspfad von P nach A sind die Messblende 3 und das Differenzdruck-Regelventil 5 parallel angeordnet. Das Differenzdruck-Regelventil 5 ist dabei nach Art einer Bypass Druckwaage konfiguriert. Der Druck stromauf der Messblende 3 wirkt auf den Regelkolben 7 in Öffnungsrichtung ein. Der Druck stromab der Messblende 3 wirkt auf den Regelkolben 7 in Schließrichtung ein. Der Aktuator 9 ist so angeordnet, dass die von ihm erzeugte Kraft 21 ebenfalls in Schließrichtung wirkt. Am Ausgang des Ventils 5 wird Druckmittel in einen Tank T abgeführt.
Auch bei dieser Ausführungsform steuert das Ventil 5 den über der Messblende 3 abfallenden Druck Δp. Bei einer zu hohen Druckdifferenz Δp wird Druckmittel über das Ventil 5 zum Tank abgeführt. Fällt die Druckdifferenz Δp unter den gewünschten Wert wird der Bypass über das Ventil 5 stärker gedrosselt, sodass der Druck Δp steigt.
Die Funktion der Steuerungsvorrichtung 11 entspricht bei diesem Ausführungsbeispiel der Funktion der jeweiligen Steuerungsvorrichtung 11 in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3417383 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Datenblatt RD 27482 [0003]

Claims

Stromregel-Ventilanordnung mit einer Messblende (3) und einem Differenzdruck-Regelventil (5), welchem zum Einen ein Druck stromab der Messblende (3) und zum Anderen ein Druck stromauf der Messblende (3) zugeführt ist, mit einer auf einen Regelkolben (7) des Differenzdruck-Regelventils (5) einwirkenden Betätigungseinrichtung (9), durch die eine willkürlich vorgegebene Kraft (21) auf den Regelkolben (7) aufbringbar ist, und mit einer elektronischen Steuerungsvorrichtung (11), zur elektrischen Ansteuerung der Betätigungseinrichtung (9) mit einem Betätigungssignal (15), wobei die Messblende (3) einen mechanisch fest vorgegebenen Öffnungsquerschnitt hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerungsvorrichtung (11) einen Eingang (14) für ein Signal besitzt, welches einem hydraulischen Soll-Durchflusswert entspricht, die Steuerungsvorrichtung (11) ein Signalverarbeitungsmittel (17; 19) besitzt, welches aus einem am Eingang (14) anliegenden Soll-Durchflusswert Signal das Betätigungssignal (15) erzeugt, wobei das Betätigungssignal (15) ein Maß für die von der Betätigungseinrichtung (9) ausgeübte Kraft (21) ist.
Stromregel-Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalverarbeitungsmittel ein Speichermittel umfasst, in dem wenigstens eine Kennlinie (19) und/oder eine Rechenvorschrift (17) abgelegt ist, welche bezogen auf die Messblende (3) die Größen Durchflussmenge und einen Differenzdruck über der Meßblende (3) in Beziehung setzt.
Stromregel-Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speichermittel des Weiteren eine Kennlinie (19) und/oder eine Rechenvorschrift (17) abgelegt ist, welche eine Beziehung zwischen einem Betätigungssignal (15) und einer in Reaktion auf das Betätigungssignal (15) durch das Differenzdruckventil (5) über der Meßblende (3) eingestellte Druckdifferenz darstellt.
Stromregel-Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalverarbeitungsmittel ein Speichermittel umfasst, in dem wenigstens eine Kennlinie (19) und/oder eine Rechenvorschrift (17) abgelegt ist, welche die Größen einer Durchflussmenge durch die Meßblende (3) und einer Amplitude des Betätigungssignals (15) in Beziehung setzt.
Stromregel-Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Signalverarbeitungsmittel (17; 19) zumindest ein elektrisches Signal (23, 25) zugeführt ist, welches dem Druck stromab der Messblende (3) oder welches dem Druck stromauf der Messblende (3) entspricht.
Stromregel-Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzdruck-Regelventil (5) stromauf der Messblende (3) zwischen einem Druckmittelquellen-Anschluss (P) und einem Verbraucheranschluss (A) angeordnet ist, und dass an dem Regelkolben (7) der Druck stromab der Messblende zusammen mit der Kraft (21) der Betätigungseinrichtung (9) in Öffnungsrichtung wirkt und der Druck stromauf der Messblende in Schließrichtung wirkt.
Stromregel-Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzdruck-Regelventil (5) stromab der Messblende (3) zwischen einem Druckmittelquellen-Anschluss (P) und einem Verbraucheranschluss (A) angeordnet ist, und dass an dem Regelkolben (7) der Druck stromab der Messblende (3) zusammen mit der Kraft (21) der Betätigungseinrichtung (9) in Öffnungsrichtung wirkt und der Druck stromauf der Messblende (3) in Schließrichtung wirkt.
Stromregel-Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzdruck-Regelventil (5) in einer Bypassleitung (27) angeordnet ist, welche stromauf der Messblende (3) zwischen einem Druckmittelquellen-Anschluss (P) und einem Verbraucheranschluss (A) zu einem Tankanschluss (T) abzweigt, und dass an dem Regelkolben (7) der Druck stromab der Messblende (3) zusammen mit der Kraft (21) der Betätigungseinrichtung (9) in Schließrichtung wirkt und der Druck stromauf der Messblende (3) in Öffnungsrichtung wirkt.
Serie von Stromregel-Ventilanordnungen mit wenigstens einer ersten Bauvariante und einer zweiten Bauvariante der Stromregel-Ventilanordnung nach einem der vorherigen Patentansprüche, die sich wenigstens in einer Charakteristik ihrer jeweiligen Messblende (3) unterscheiden, mit jeweils an die Charakteristik der Messblende (3) angepassten Signalverarbeitungsmitteln, nach Maßgabe einer der Ansprüche 2, 3 oder 4.