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DE3729183C2 - Circuit for operating a solenoid operated valve - Google Patents

Circuit for operating a solenoid operated valve

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DE3729183C2
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Bosch Rexroth AG
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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Betrieb eines magnetisch betätigten Ventils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a circuit for operating a magnetically operated valve according to the preamble of Claim 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.The circuit according to the preamble of claim 1 corresponds to that in the patent application DE 37 11 961 A1 with the Filing date of April 9, 1987 circuit explained.

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.The supply of the magnetic coil with pulse trains has the advantage part that a switch instead of a proportional valve valve can be used, which is therefore digitally controlled with a linear dependency between the Control current and the output variable of the valve, for example a controlled pressure or flow. It can be a switching valve, the Ven tilelement is designed as a ball with a valve seat cooperates to according to the relationship between Pulse duration and pause the connection between a work Connection and a connection to a pressure medium source deliver or cordon off. The valve element can also starting from a middle position in two end positions gen can be switched, with the working connection optional connectable to a pressure medium source or to a tank is. By choosing the duty cycle of the pulse trains at constant frequency can be a proportional valve achieve the corresponding behavior of the switching valve.

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.With a control amplifier to control a proportional valve with direct current is known (Herion information, 20th year, 1981, issue 1, p. 15), the current in the magnet to measure the coil so that the ent  standing resistance drift of the magnet coil winding sen and compensate by the control amplifier, so that the set hydraulic size can be kept constant can.

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.It is also known (DE-PS 33 20 110), a Temperaturun dependent behavior of solenoid control valves with control ver stronger for supplying the magnetic coil with pulses to achieve that the pulse frequency depends on the temperature art is changed that the pulse frequency with falling Reduced temperature and increased with increasing temperature becomes. The pulse width at a Frequency change adjusted so that the duty cycle Pulse width is kept constant over the period. As well the average current value also remains constant around the desired one To enable proportional behavior.

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.In another known circuit arrangement for Activation of a solenoid valve (DE 33 44 662 A1) is used for Temperature changes of the magnet winding depending on that measured magnetic current through a power transistor the voltage winding of the magnetic winding Operating voltage changed so that the fictitious magnetic current remains constant.

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.The invention has for its object the circuit of the type mentioned so that even with extre temperature fluctuations the desired control behavior is guaranteed. The task is characterized by the in ning part of claim 1 specified features ge solves.

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. According to the invention, the constant control frequency Pulse width controlled directly depending on the temperature. As the temperature drops, the pulse increases duration and with increasing temperature there is a reduction the pulse duration, the frequency always the same and constant is. The circuit is preferably suitable for digital operated valves, in particular switching valves, which by Pulse width control at a constant frequency have proportional control behavior. The structure of such Valves is for example from DE-OS 34 12 351 and the DE-OS 37 11 961 recognizable.  

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.The valve according to DE-OS 34 12 351 is a solenoid valve for regulating the brake pressure. Such valves should especially verver at very low temperatures work casually. It turns out that at a corresponding prolonged pulse duration at very low temperatures Brake pressure generated by digital control of the valve is precisely adjustable. At higher temperatures the Pulse duration can be reduced accordingly.

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.To make matters worse, such digitally controlled Valves work very temperature-dependent. The fiction moderate temperature-controlled pulse duration control leaves only the Use of such valves for pressure or displacement control, being on additional pressure or displacement sensors for temperature compensation can be dispensed with.

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.The proportional control behavior of the valves also remains received, even if the pulse duration at low temperature is enlarged because of the temperature conditional viscosity of the fluid accordingly reduced flow occurs when during the extension valve opens.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous developments of the invention are in the Subclaims marked.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is below hand of the drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 eine Schaltung zum Betrieb eines magnetisch betätigten Schaltventils und Fig. 1 shows a circuit for operating a magnetically operated switching valve and

Fig. 2 mehrere von einem Verstärker abgegebene Impulse, deren Dauer temperaturabhängig unterschiedlich ist. Fig. 2 several pulses emitted by an amplifier, the duration of which differs depending on the temperature.

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.In Fig. 1, a ball switching valve 1 is shown. A spherical valve element 2 is pressed by a spring 3 onto a valve seat 4 . If a current flows in the magnetic winding 5 , the ball 2 is pulled against the spring force and pressed against a valve seat 6 . This can be a leading to a consumer A port 7 , which opens into the spring space 8 between the ball 2 and the valve seat 6 , depending on the switching position of the ball 2 via a channel 9 with a pressure medium shaft P or a channel 10 with a tank T be connected.

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 Usoll für eine gewünschte Ausgangsgröße des Ventils 1 zu­ geführt, sowie ein die Ausgangsgröße darstellendes Signal Uist, 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.The switching valve 1 is controlled digitally with pulse trains. An amplifier 12 , in particular a known chopper amplifier, is used for this purpose. The amplifier 12 consists essentially of a differential element 14 and a pulse generator 15 , which is controlled by an oscillator 16 . On the one hand, the differential element 14 is supplied with a desired value U soll for a desired output variable of the valve 1 , and a signal U representing the output variable is generated in a converter 18 , for example a pressure or flow converter. A control variable is formed as a difference in the logic element 14 and is supplied to the pulse generator 15 . The pulse generator 15 converts the controlled variable into a control signal, which is shown schematically in FIG. 2. It has different duty cycles, while the period labeled T is kept constant. The frequency f = 1 / T is determined according to the valve properties so that the valve is switched to the other switching position with each pulse. Depending on the pulse duration, the connection between channel 7 and channel 10 then remains open and the pressure or flow can be regulated.

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).For temperature compensation, the coil current flowing in the magnet coil 5 is taken from a measuring resistor 20 . The coil current is a measure of the operating temperature of the valve, in particular the temperature of the fluid. The coil current is fed to a pulse width controller 22 , which is provided for driving the pulse generator 15 . In the pulse width controller 22 , the temperatures are assigned to the coils measured in the measuring resistor 20 and a control signal is generated which changes the pulse width of the pulses generated by the pulse generator 15 depending on the temperature. As can be seen from Fig. 2, the frequency of the pulses remains constant, but the pulse duration is extended (broken line) with falling temperature.

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.The extension of the pulse duration can with the temperature according to a predetermined function, in particular be linear. This is essentially determined by the control behavior of the valve. The change in impulse if necessary, duration can also be made non-linear the.

Außerdem kann zur Rückführung des Istwerts auf die Differenzstufe 14 auch der im Meßwiderstand 20 ermittelte Spulenstrom herangezogen werden.In addition, the coil current determined in the measuring resistor 20 can also be used to return the actual value to the differential stage 14 .

Gegebenenfalls kann die Rückführung auch entfallen und der Impulsgenerator 15 allein mit dem Sollwertsignal gespeist werden.If necessary, the feedback can also be omitted and the pulse generator 15 can be supplied solely with the setpoint signal.

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.The switching valve 1 has only been given as an example. The valve 1 can, for example, also be replaced by a brake pressure control valve in which a valve member corresponding to the ball 2 is provided (DE-OS 34 12 351), which keeps both channels leading to the tank T and the pressure medium source P closed in a defined central position. This central position of the valve member is achieved in that a permanent current of a certain amplitude is supplied to the magnetic winding of the valve. If the working connection leading to the brake pressure cylinder is then connected to the pressure medium source or the tank in order to regulate the pressure, either positive pulses or reverse pulses are supplied to the magnet winding, so that the valve member can reach one or the other switching position.

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.1.Circuit for operating a magnetically actuated valve with an amplifier for supplying the magnetic winding with pulses, the pulse frequency being constant and chosen such that the valve element arrives in a position opening or blocking the flow of a fluid with each pulse, and the pulse duration Flow volume determined, characterized in that at a constant pulse frequency, the pulse duration is changed depending on the temperature in such a way that the pulse duration increases with falling temperature and decreases with increasing temperature. 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.2. Circuit according to claim 1, characterized in that the signal for the temperature-dependent change in pulse duration is formed from the coil current by going to temperature measurement of the valve the resistance of the magnetic winding is used. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer mit der Temperatur entsprechend einer vorbestimmten Funktion verändert wird.3. Circuit according to claim 1 or 2, characterized in that that the pulse duration corresponds with the temperature a predetermined function is changed. 4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer linear mit der Temperatur verändert wird.4. A circuit according to claim 3, characterized in that the pulse duration changes linearly with temperature becomes. 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. 5. Circuit according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that in the amplifier from a target value and a variable returned as actual value the control variable determining the pulse duration is formed, which can also be changed depending on the temperature.   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.6. Circuit according to one of claims 1 to 5, characterized ge indicates that the valve to be controlled is a 2 / 2- or 3/2 switching valve with proportional control behavior is.
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