Die Grundlagen der Anwendung elektrohydraulischer Ventile

Die Grundlagen elektrohydraulischer Ventile sind leicht verständlich – es handelt sich um elektrisch betriebene Ventile, die steuern, wie Hydraulikflüssigkeit zu Aktuatoren geleitet wird. Um jedoch elektrohydraulische Ventile für effiziente und effektive Hydrauliksysteme einzusetzen, müssen Konstrukteure mehrere Faktoren berücksichtigen. In diesem Artikel werden sieben wichtige Konstruktionsüberlegungen für die Anwendung elektrohydraulischer Ventile untersucht.

1. Ein/Aus vs. Proportionalventile

Ein/Aus-Ventile sind im Grunde die Ein/Aus-Schalter für Hydrauliksysteme. Auf/Zu-Ventile werden typischerweise in Anwendungen eingesetzt, bei denen keine präzise Positions- oder Geschwindigkeitsregelung erforderlich ist. Proportionalventile bieten eine variablere Steuerung der Durchflussraten für Hydrauliksysteme.

Diese Ventile werden in der Regel in Anwendungen eingesetzt, in denen mehr Steuerung als ein Standard-Wegeventil erforderlich ist. Einige Anwendungen, die eine variable Durchflussratensteuerung erfordern, bei denen Proportionalventile glänzen, sind die Steigungssteuerung von Windkraftanlagen, die Holzverarbeitung, Werkzeugmaschinen und die Metallumformung. Wenn ein bestimmtes Timing und/oder eine bestimmte Positionierung erforderlich ist, denken Sie proportional.

2. Onboard-Elektronik vs. Offboard-Elektronik

Um festzustellen, ob ein Ventil mit Onboard- oder Offboard-Elektronik die beste Wahl ist, ist eine eingehende Bewertung der Anwendung erforderlich. Im Allgemeinen wird Bordelektronik verwendet, um die Steuerung am Ventil zu lokalisieren und die Verdrahtung am Steuergerät zu vereinfachen. Offboard-Elektronik wird häufig in Bereichen mit hohen Vibrationen und Temperaturen eingesetzt, die die Leistung der Elektronik beeinträchtigen können.

Der Antrieb eines Offboard-Elektronikventils erfordert die Verwendung eines Elektronikmoduls, das auf benutzerdefinierte Parameter wie den gewünschten Magnetantriebsstrom und die Rampenraten konfiguriert werden kann. Onboard-Elektronikventile können direkt mit einem Standardbefehl einschließlich 4-20 mA oder ±10 VDC und Durchfluss für den gleichen Grad an Anpassung gesteuert werden.

3. Open-Loop vs. Closed-Loop-Regelung

Für Hydrauliksysteme gibt es zwei Steuerungsoptionen:Open-Loop und Closed-Loop. Im Allgemeinen kann ein Open-Loop-System keine Störungen kompensieren, die das Ansteuersignal des Controllers verändern. Systeme mit geschlossenem Regelkreis haben diesen Mangel nicht; Störungen im System werden kompensiert, indem die Ausgangsantwort gemessen und mit der Eingabe verglichen wird. Wenn es einen beobachteten Unterschied gibt (als Fehlersignal bekannt), wird der Fehler an die Steuerung zurückgemeldet, um den Ausgang auf den gewünschten Wert einzustellen.

Beispielsweise gibt es Ventile, die von Proportionalmagneten betätigt werden, die den Kreis um die Spule nicht intern schließen. Sie werden für Beschleunigungs- und Dosieranwendungen verwendet.

Andere Ventile schließen den Kreislauf intern um die Position des Schiebers, können aber in ein System mit geschlossenem Kreislauf integriert werden. Der Fehler im System wird durch einen Wandler gemessen; B. ein Positions- oder Geschwindigkeitssensor an einem Aktuator, ein Druckwandler oder ein Durchflussmesser für noch höhere Genauigkeit. Elektrohydraulische Servoventile, die in geschlossenen Regelkreisen arbeiten, sind so konzipiert, dass sie mit geringem Stromverbrauch und mechanischer Rückkopplung eine präzise Steuerung ermöglichen.

Zu den Parametern, die bei der Spezifikation von Steuer- und Regelsystemen berücksichtigt werden müssen, gehören:

• Hysterese:Der Unterschied in der gemessenen Ausgabe zwischen steigendem und fallendem Befehl.

• Sprungantwort:Die Zeit, die vom anfänglichen Befehl bis zur Stabilisierung des Ventils auf dem gewünschten Ausgang benötigt wird.

• Frequenzgang:Die maximale Geschwindigkeit, bei der ein Ventil genau arbeiten kann.

• Interne Leckage:Umgehungsströmung, die Schieberventilen aufgrund mechanischer Spiele eigen ist.

• Durchflusskapazität:Die Flüssigkeitsmenge, die durch das Ventil fließen kann.

4. Dimensionierung von Spulen

Proportionalventilschieber sind typischerweise für einen Nenndurchfluss bei einem Differenzdruck von 10 bar ausgelegt, während Servoventilschieber typischerweise für einen Nenndurchfluss bei einem Differenzdruck von 70 bar ausgelegt sind. Gleiche Dosierschieber sorgen für einen symmetrischen Durchfluss zu jedem Arbeitsanschluss. Dies kann beim Antrieb eines Motors oder eines Gleichlaufzylinders mit gleichen Wirkflächen sinnvoll sein. Gleiche Dosierschieber führen aufgrund der unterschiedlichen Fläche zwischen Stange und Kolben zu einer verringerten Geschwindigkeit beim Einfahren eines Zylinders mit einer Kolbenstange.

Verhältnisschieber sorgen für einen asymmetrischen Fluss zwischen den Arbeitsanschlüssen; Am häufigsten wird ein Design mit einem Verhältnis von 2:1 verwendet. Bei Verwendung zum Antrieb eines Zylinders mit einem Übersetzungsverhältnis von 2:1 wird beispielsweise aufgrund der Anpassung der Ungleichgewichtsbereiche eine gleiche Geschwindigkeit zwischen Ausfahren und Einfahren des Zylinders erreicht. Es wird empfohlen, Proportionalventile zur Steuerung der Last so klein wie möglich zu dimensionieren. Um die Kontrolle zu behalten, muss jederzeit Gegendruck gegen die Last ausgeübt werden. Eine allgemeine Faustregel lautet, eine Spule zu wählen, die 90-95 Prozent der maximalen Durchflussleistung nutzt. Die Auswahl einer Spule mit zu großer Durchflusskapazität kann zu einer Instabilität des Systems führen.

5. Dichtungsmassen

Konsultieren Sie bei der Auswahl der Mischung für die Elastomerdichtungen in einem beliebigen Wegeventil die Ressourcen des Herstellers für Informationen zur Flüssigkeits- und Mischungskompatibilität. Industrielle Standardanwendungen, die Mineralöl verwenden, verwenden normalerweise eine Nitrildichtung, die auch bei der Kontrolle von Wasser-Glykol empfohlen wird.

Anwendungen mit erhöhten Temperaturen oder weniger häufig verwendeten Flüssigkeiten können eine von vielen Arten von Fluorkohlenstoffdichtungen verwenden. Wenden Sie sich im Zweifelsfall an das Werk, um Unterstützung bei der Auswahl einer Dichtungsmasse zu erhalten.

6. Regenerative Schaltungen und Hybridfunktionen

Ein regenerativer Kreislauf leitet Flüssigkeit, die vom Stangenende eines Zylinders abgelassen wird, zurück zum Kolbenende anstatt zum Tank, um das Ausfahren des Aktuators zu beschleunigen. Die Verwendung eines regenerativen Kreislaufs kann es einem Systemdesigner ermöglichen, eine kleinere Pumpe zu verwenden, um Designanforderungen zu erfüllen, wenn eine schnelle Bewegung nur in eine Richtung erforderlich ist. Regenerative Wegeventile für Ein/Aus- und Proportionalsteuerung (R-Durchflusscode) ermöglichen es Systemdesignern, eine regenerative Funktion zu erreichen, ohne dass zusätzliche Ventile zum Kreislauf hinzugefügt werden müssen.

Hybride Regenerativventile bieten Systemdesignern die Möglichkeit, die regenerative Steuerung durch ein separates elektrisches Signal als das Befehlssignal zu ermöglichen. Bei der Nutzung der regenerativen Steuerung wird die Kraft zugunsten der Geschwindigkeit geopfert. Die Hybridfunktion (Z-Flow-Code) ermöglicht es Konstrukteuren, zwischen der hydraulischen Standardfunktion zum Kraftaufbau und der regenerativen Funktion zum schnellen Beschleunigen der Last zu wählen.

7. Montagemuster

Montagekonfigurationen für elektrohydraulische Ventile richten sich nach NFPA/ISO-Standards – die Serienbezeichnungen D03, D05, D07, D08 und D10 geben die Einhaltung der Standards an. Vorgesteuerte Ventile sind über einen breiten Durchflussbereich stabiler und ermöglichen den Betrieb von Systemen mit größerer Durchflusskapazität. Oft bietet der zur Steuerung des Steuerkolbens der Hauptstufe verwendete hydraulische Vorsteuerdruck eine größere Kraft als ein Magnet an einem Richtungsantriebsventil, was zu einer besser vorhersagbaren Leistung für den Benutzer führt.

Schlussfolgerung

Konstrukteuren stehen viele Ressourcen zur Verfügung, wenn sie Komponenten für Systeme spezifizieren:Referenzblätter, Taschenrechner, Konfigurationstools und mehr. Erfahrung und fundiertes Anwendungswissen sind jedoch durch nichts zu ersetzen.

Profitieren Sie von der „schon dabei gewesen“-Erfahrung, die Ihnen die Anwendungstechniker Ihres Lieferanten bieten können. Sie verstehen nicht nur, wie die von ihrem Unternehmen angebotenen Komponenten funktionieren, sondern haben auch den Vorteil, anderen in der gleichen Situation geholfen zu haben, Konstruktionsfehler zu korrigieren, und sie haben Probleme für einige der einzigartigsten Anwendungen gelöst.

Dieser Artikel wurde von Matthew Davis, Produktverkaufsleiter, verfasst; Mitch Eichler, Anwendungstechniker; und Tom Gimben, Produktverkaufsleiter bei Parker Hannifin Corp., Hydraulic Valve Division, Elyria, OH. Weitere Informationen finden Sie unter hier .