Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung und ein Verfahren zur Druckregelung eines Fluids.

Stand der Technik

Im Stand der Technik fluidtechnischer Steuerungs- oder Regelungssysteme ist anwendungsspezifisch häufig die Einhaltung und Gewährleistung eines bestimmten, über die Zeit gegebenenfalls veränderlichen Soll- oder Mindestdrucks in einem verbundenen Volumen erforderlich, beispielsweise zur Sicherstellung einer ausreichenden Reaktionsgeschwindigkeit und/oder Schließkraft von Werkzeugen (Laser-Schneiden, Schweißzangensteuerung), zur fehlerfreien räumlichen Ausformung einer Behälterblase bei der Blasformung von Behältern aus Vorformlingen oder zur ausreichend schnellen Wiederbefüllung eines Tanks oder eines Speichers. Zur Realisierung derartiger exakter pneumatischer Steuerungs- oder Regelungsaufgaben werden im Stand der Technik häufig Proportionalventile mit einem veränderbarem Öffnungsquerschnitt eingesetzt. Der maximal herstellbare Öffnungsquerschnitt eines grundsätzlich geeigneten Proportionalventils kann sich hierbei in konkreten Anwendungen jedoch als nicht ausreichend zur Gewährleistung eines bestimmten Soll- oder Mindestdrucks in Bezug auf bestimmte spezielle Systemzustände (bspw. das Fertigblasen eines Behälters oder die schnelle Wiederbefüllung eines Tanks) erweisen. Insbesondere gilt dies bei der Druckbeaufschlagung von offenen Volumen, beispielsweise von Schneiddüsen oder Blenden mit einem Prozessgas beim Laserschneiden oder die Bereitstellung eines hinreichenden Kühlluftstroms nach dem Fertigblasen von Glasflaschen. Im Rahmen einer effizienten Systemauslegung und gewünschten Gleichteilverwendung kann hierbei die parallele Anordnung eines zusätzlichen Schaltventils („Booster“) für solche Systemzustände vorzugswürdig gegenüber einer höheren Leistungsauslegung des Proportionalventils sein. Eine derartige Systemgestaltung hat den weiteren Vorteil, dass sich die Erhöhung der maximalen Systemleistung nicht zu Lasten der Steuerungs- oder Regelungsgenauigkeit im Leistungsbereich des Proportionalventils auswirkt. Hierbei stellt sich jedoch die Aufgabe der effektiven funktionalen Integration des zusätzlichen Schahventils.

Die WO 2013/135838 Al offenbart eine Ventilanordnung zur Streckblasformung von Behältern, bei welchem neben einem Proportionalventil zusätzlich ein Schahventil oder mehrere Schahventile zur Beaufschlagung des Formlings mit einem erhöhten Druckniveau vorgesehen ist oder sind. Zur Betätigung der Ventile schlägt die WO 2013/135838 Al eine zeitbasierte oder von der Position einer Reckstange abhängige Steuerung vor, ferner wird offenbart, das Proportionalventil bei Erreichen eines Druck-Schwellenwerts im Formling abzuschalten. Mittel zur vorzeitigen Bestimmung des mit dem Proportionalventil maximal erreichbaren Arbeitsdruckniveaus oder zur Früherkennung der Unter schreitung eines Soll oder Mindestdrucks sind nicht offenbart. Ferner ist die Bereitstellung und Integration einer anwendungsspezifisch hinreichend geeigneten Sensorik zur Erfassung des tatsächlichen Drucks in einem expandierenden Formling konstruktiv relativ aufwändig.

Die EP 0666792 B 1 offenbart eine Drucksteuer- und/oder Regelvorrichtung für ein einem Spritzgießwerkzeug außer der Kunststoffschmelze zuzuführendes fluidisches Medium, bei der mehrere von einem Druckerzeuger zu einem Einspritzsystem führende, parallele Strömungswege vorgesehen sind, welche jeweils mit je einem Medienzustrom-Steuerventil ausgestattet sind. Die Medienzustrom-Steuerventile können Proportionalventile sein. Die Medienzustrom-Steuerventile sind über einen PID-Regler und eine Logik-Schaltung derart ansteuerbar, dass eine Schaltung auf Sperrung oder Durchlass in Abhängigkeit von einem mit einem Drucksensor in der Kavität des Spritzgießwerkzeugs erfassten Druckgradienten erfolgt. Mittel zur vorzeitigen Bestimmung des mit dem Proportionalventil maximal erreichbaren Arbeitsdruckniveaus oder zur Früherkennung der Unter schreitung eines Soll oder Mindestdrucks sind nicht offenbart. Zudem ist die Bereitstellung und Integration einer anwendungsspezifisch geeigneten Sensorik zur Erfassung des tatsächlichen Drucks in der Kavität des Spritzgusswerkzeugs konstruktiv verhältnismäßig aufwändig.

Die DE 102010035747 Al die DE 27 51 743 C2 und die US 5 329965 A offenbaren Ventilanordnungen mit mehreren parallel geschalteten elektrisch betätigbaren Einzelventilen, die in einem Regelkreis angeordnet sind. Die offenbarten Ventilanordnungen sind konstruktiv relativ aufwendig ausgestaltet. Mittel zur vorzeitigen Bestimmung des mit dem Proportionalventil maximal erreichbaren Arbeitsdruckniveaus oder zur Früherkennung der Unterschreitung eines Soll- oder Mindestdrucks sind nicht offenbart.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Ventilanordnung zur Druckregelung eines Fluids mit einem Proportionalventil zu schaffen, bei der durch konstruktiv einfache Maßnahmen die Einhaltung eines bestimmten Soll- oder Mindestdrucks in einem mit dieser verbindbaren Volumen gewährleistet ist und mit welcher die Nachteile des Stands der Technik vermieden werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ventilanordnung zur Druckregelung eines Fluids nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Druckregelung eines Fluids nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Kem der Erfindung bildet eine Ventilanordnung zur Druckregelung eines Fluids, mit einem Proportionalventil, aufweisend einen durch ein Stellglied kontinuierlich veränderbaren Öffnungsquerschnitt, ein Sensormittel zur Erfassung des Ventilausgangsdrucks, mit einer digitalen Regelungseinrichtung, sowie mit einem parallel zum Proportionalventil angeordneten Schaltventil, wobei der Öffnungsquerschnitt des Schaltventils kleiner ist, als der maximale Öffnungsquerschnitt des Proportionalventils und bei welcher die Regelungseinrichtung programmtechnisch eingerichtet ist, zur Laufzeit automatisiert anhand des aktuell gegebenen Ventilausgangsdrucks, der aktuellen Position des Stellglieds den bei maximaler Öffnungsweite des Proportionalventils mit diesem maximal erreichbaren Arbeitsdruck zu berechnen und bei einem Unterschreiten eines vorgebbaren Soll- Arbeitsdrucks durch den berechneten, maximal erreichbaren Arbeitsdruck um einen bestimmbaren Abweichungswert zusätzlich das Schaltventil zu öffnen. Die Berechnung basiert auf einer modellhaften Abbildung des fluidtechnischen Anwendungssystems auf der Arbeitsseite des Proportionalventils. Hierzu umfasst die programmtechnische Einrichtung der Regelungseinrichtung Anweisungen, mit denen ein dem jeweiligen Anwendungssystem entsprechendes, gemäß den allgemeinen Gesetzmäßigkeiten der Strömungsmechanik gebildetes, geeignetes technisches Berechnungsmodell abgebildet ist. Das Berechnungsmodell kann hierbei näherungsweise vereinfacht sein. Im einfachsten Anwendungsfall entspricht in dem Berechnungsmodell der Arbeitsdruck dem erfassten Ventilausgangsdruck. Der Abweichungswert kann im einfachsten Anwendungsfall „0“ sein, wodurch die Öffnung des Schaltventils erfolgt, sobald der berechnete, maximal erreichbare Arbeitsdruck den vorgebbaren Soll- Arbeitsdrucks unterschreitet. Zur Dynamisierung des Schaltverhaltens wird der Abweichungswert größer ungleich 0 bestimmt, wodurch das Schaltverhalten zeitlich vorverlagert wird, das Öffnen des Schaltventils also bereits vor dem Unterschreiten des vorgebbaren Soll- Arbeitsdrucks durch den maximal erreichbaren Arbeitsdruck erfolgt.

Die Erfindung hat erkannt, dass im Rahmen einer effizienten Systemauslegung einer Ventilanordnung mit einem Proportionalventil die Einhaltung eines bestimmten Soll- oder Mindestdrucks in einem mit dieser verbindbarem Volumen konstruktiv einfach gewährleistet ist, wenn der anhand des jeweils aktuellen Systemzustands maximal erreichbare Arbeitsdruck zur Laufzeit berechnet und abhängig von der Berechnung bei einem erkannten drohenden Unterschreiten des Soll- oder Mindestdrucks zusätzlich ein parallel zu dem Proportionalventil angeordnetes Schaltventil geöffnet wird. Eine entsprechend ausgestaltete Ventilanordnung ermöglicht ferner auf konstruktiv einfache Weise eine effiziente und genaue Druckregelung in einem verbundenen Volumen mit der Einhaltung eines bestimmten Soll- oder Mindestdrucks, insbesondere an einem offenen Volumen. Abhängig vom jeweiligen pneumatischen Anwendungssystem wird zur Erhöhung der Genauigkeit des Berechnungsergebnisses bei der Berechnung des maximal erreichbaren Arbeitsdrucks zusätzlich der pneumatische Widerstand (Strömungswiderstand) der weiteren Leitungsführung vom Ventilausgang bis zum Leitungsende auf der Arbeitsseite der Ventilanordnung berücksichtigt. Im Rahmen des technisches Berechnungsmodells ist diese Größe beispielsweise näherungsweise als zu bestimmende Konstante berücksichtigbar.

Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit des Berechnungsergebnisses bei der Berechnung des maximal erreichbaren Arbeitsdrucks zusätzlich die Ausflusscharakteristik des Leitungsendes auf der Arbeitsseite der Ventilanordnung berücksichtigt. Dies kann je nach fluidtechnischer Anwendung beispielsweise eine Blende oder Düse sein, deren Ausflusscharakteristik im Rahmen des technisches Berechnungsmodells beispielsweise näherungsweise als zu bestimmende Konstante berücksichtigbar ist.

Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit des Berechnungsergebnisses bei der Berechnung des maximal erreichbaren Arbeitsdrucks ist dadurch erreicht, dass bei der Berechnung des maximal erreichbaren Arbeitsdrucks zusätzlich der mit der Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts des Proportionalventils eintretende Versorgungsdruckabfall, das heißt der hierbei auf der Strecke zwischen der Versorgungsquelle bis zum Ventileingang eintretende Druckabfall, berücksichtigt ist.

Zur Stabilisierung des Regelungsverhaltens der Ventilanordnung ist bei der Bestimmung des Öffnungszeitpunkts des Schaltventils eine Schalthysterese berücksichtigt.

Einen weiteren Kem der Erfindung bildet ein Verfahren zur Druckregelung eines Fluids durch eine Ventilanordnung mit einem Proportionalventil, aufweisend einen durch ein Stellglied kontinuierlich veränderbaren Öffnungsquerschnitt und ein Sensormittel zur Erfassung des Ventilausgangsdrucks, mit einer digitalen Regelungseinrichtung, sowie mit einem parallel zum Proportionalventil angeordneten Schaltventil, wobei der Öffnungsquerschnitt des Schaltventils kleiner ist, als der maximale Öffnungsquerschnitt des Proportionalventils, wobei durch die digitale Regelungseinrichtung zur Laufzeit automatisiert anhand des aktuell gegebenen Ventilausgangsdrucks und der aktuellen Position des Stellglieds der bei maximaler Öffnungsweite des Proportionalventils mit diesem maximal erreichbaren Arbeitsdruck berechnet und mit einem vorgebbaren Soll- Arbeitsdruck verglichen wird und bei einem Unterschreiten des vorgebbaren Soll- Arbeitsdrucks durch den berechneten, maximal erreichbaren Arbeitsdruck um einen bestimmbaren Abweichungswert die Generierung einer Stellgröße zur zusätzlichen Öffnung des Schaltventils erfolgt. Zur Erhöhung der Genauigkeit des Berechnungsergebnisses wird bei der Berechnung des maximal erreichbaren Arbeitsdrucks zusätzlich der pneumatische Widerstand (Strömungswiderstand) der weiteren Leitungsführung vom Ventilausgang bis zum Leitungsende berücksichtigt. Zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit des Berechnungsergebnisses bei der Berechnung des maximal erreichbaren Arbeitsdrucks zusätzlich die Ausflusscharakteristik des Leitungsendes berücksichtigt. Dies kann je nach fluidtechnischer Anwendung beispielsweise eine Blende oder Düse sein, deren Ausflusscharakteristik im Rahmen des technisches Berechnungsmodells beispielsweise näherungsweise als zu bestimmende Konstante berücksichtigbar ist.

Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit des Berechnungsergebnisses bei der Berechnung des maximal erreichbaren Arbeitsdrucks ist dadurch erreicht, dass bei der Berechnung des maximal erreichbaren Arbeitsdrucks zusätzlich der mit der Vergrößerung des Öffnungsquerschnitts des Proportionalventils eintretende Versorgungsdruckabfall berücksichtigt ist.

Zur Stabilisierung des Regelungsverhaltens der Ventilanordnung wird bei der Bestimmung des Öffnungszeitpunkts des Schaltventils eine Schalthysterese berücksichtigt. Weitere Vorteile der Erfindung sind nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild einer pneumatischen Ventilanordnung;

Fig. 2 ein elektrisches Äquivalenzschaltbild der Ventilanordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Zusammensetzung der von der

Ventilanordnung abgegebenen Luftmenge.

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes pneumatisches Ersatzschaltbild der Ventilanordnung 1. Die Ventilanordnung 1 umfasst das Proportionalventil 2, das Schaltventil 3 und den Mikrocontroller 4. Die wesentlichen Funktionskomponenten der Ventilanordnung 1 sind in einem gemeinsamen - durch eine gestrichelte Umrahmung symbolisierten - Gehäuse ausgebildet. Die Ventilanordnung 1 ist über die Arbeitsleitung 5 mit einem Volumen V (in Fig. 1 nicht näher dargestellt) verbunden, das ein offenes Volumen ist, wie beispielsweise der Bearbeitungskopf einer Laserschneidvorrichtung. Hierzu mündet die Arbeitsleitung 5 an ihrem Leitungsende in das Volumen V, wobei das Leitungsende der Arbeitsleitung 5 im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 als offene Blende 6 ausgestaltet ist, die am Leitungsende eine sprungartige Querschnittsverengung beschreibt. Das Proportionalventil 2 ist als ein 3/3-Wege-Proportionalventil ausgestaltet. In seiner Ruhestellung im stromlosen Zustand nimmt das Proportionalventil 2 seine gesperrte Mittelstellung (NC) ein, in der die Arbeitsleitung 5 abgesperrt ist. Zur Beaufschlagung der Arbeitsleitung 5 ist das Proportionalventil 2 durch den Proportionalmagneten 7 a entgegen der Federbelastung der mechanischen Rückstellfeder 8b in eine erste Schaltstellung schaltbar, in welcher es mit einem veränderbaren Ventilöffnungsquerschnitt die Arbeitsleitung 5 mit der Druckluftversorgung 9 verbindet. Zur Entlüftung der Arbeitsleitung 5 ist das Proportionalventil 2 durch den Proportionalmagneten 7b entgegen der Federbelastung der mechanischen Rückstellfeder 8a in eine zweite Schaltstellung schaltbar, in welcher es mit einem veränderbaren Ventilöffnungsquerschnitt die Arbeitsleitung 5 mit der Entlüftung 10 verbindet. Die elektrische Ansteuerung der Proportionalmagneten 7a und 7b erfolgt über den in das Gehäuse der Ventilanordnung 1 integrierten Mikrocontroller 4, der als digitale Regelungseinrichtung der Ventilanordnung 1 dient. Der Mikrocontroller 4 ist als „single- board Computer (SBC)" ausgebildet, bei dem sämtliche zum Betrieb nötigen elektronischen Komponenten (CPU, Speicher, Ein- und Ausgabeschnittstellen, A/D- Wandler, DMA-Controller, usw.) auf einer einzigen Leiterplatte zusammengefasst sind.

Der Mikrocontroller 4 erhält vom Drucksensor 11 ein kontinuierliches elektrisches Signal, das den jeweils aktuellen Ventilausgangsdruck am Proportionalventil 2 repräsentiert. Der Mikrocontroller 4 ist ferner mit der Datenkommunikationsschnittstelle 12 ausgebildet, mit welcher er mit einer übergeordneten speicherprogrammierbaren Anlagensteuerung (SPS, in Fig. 1 nicht näher dargestellt) verbindbar ist. Von der speicherprogrammierbaren Anlagensteuerung erhält der Mikrocontroller 4 zur Laufzeit einen dynamisch vorgebbaren Soll- Arbeitsdruck p _CMD . Der Mikrocontroller 4 ist programmtechnisch eingerichtet, zur Laufzeit automatisiert anhand des aktuell gegebenen Ventilausgangsdrucks und der ihm aus dem aktuellen Ansteuerungszustand bekannten aktuellen Position des Stellglieds des Proportionalventils 2 den bei maximaler Öffnungsweite des Proportionalventils jeweils maximal erreichbaren Arbeitsdruck zu berechnen und mit dem jeweils vorgegebenen Solldruck zu vergleichen. Ferner ist der Mikrocontroller 4 programmtechnisch eingerichtet, bei einem Unterschreiten des aktuell vorgegebenen Soll-Arbeitsdrucks p _CMD durch den berechneten, maximal erreichbaren Arbeitsdruck um einen bestimmbaren Abweichungswert zusätzlich das Schaltventil 3 zu öffnen, indem er den Schaltmagneten 13 ansteuert. Das Schaltventil 3 ist in der zwischen der Druckluftversorgung 9 und der Arbeitsleitung 5 verlaufenden Bypass-Leitung 14 angeordnet und sperrt diese in seiner Ruhestellung im stromlosen Zustand ab. In seiner Schaltstellung wird durch das Schaltventil 3 ein zusätzlicher Öffnungsquerschnitt zwischen der Druckluftversorgung 9 und der Arbeitsleitung 5 geöffnet. Die Querschnittsverengung 15 in der Bypass-Leitung 14 dient der Symbolisierung der Charakteristik, dass der schaltbare Leitungsquerschnitt der Bypass-Leitung 14 kleiner ist, als die maximale Öffnungsweite des Proportionalventils 2. Praktisch kann dies sowohl durch die Nennweite des Schaltventils 3, den Querschnitt der Bypass-Leitung 14 oder eine Blende oder Drossel realisiert werden. Die Bedingung, dass der schaltbare Leitungsquerschnitt der Bypass-Leitung 14 kleiner ist als die maximale Öffnungsweite des Proportionalventils 2, muss erfüllt sein, damit die geregelte kombinierte Luftmenge nahtlos gesteigert werden kann. Fig. 2 zeigt ein elektrisches Äquivalenzschaltbild der Ventilanordnung 1 nach Fig. 1 zur Veranschaulichung der bei der Ausgestaltung eines geeigneten technischen Berechnungsmodells zu berücksichtigenden Parameter. Das pneumatische Anwendungssystem wird eingangsseitig von der Druckluftversorgung 9 mit dem Versorgungsdruck beaufschlagt. Bis zum Eintritt in die Ventilanordnung 1 unterliegt der Luftstrom dem pneumatischen Widerstand R2, der durch den Querschnitt und die Beschaffenheit der entsprechenden Leitung sführung charakterisiert ist. Die Druckluftversorgung der Ventilanordnung 1 erfolgt versorgungsseitig mit dem Druck p ₁ . Ausgehend von der Ventilanordnung 1 erfolgt die Einleitung von Druckluft in die Arbeitsseite des pneumatischen Anwendungssystems als Massenstrom mit dem durch die Ventilanordnung 1 geregelten Druck p ₂ . Der Luftstrom unterliegt bis zum Leitungsende dem weiteren pneumatischen Widerstand RI, der durch den Querschnitt und die Beschaffenheit der entsprechenden weiteren Leitungsführung charakterisiert ist. Als Massenstrom durchläuft der Luftstrom schließlich das als Blende 6 ausgestaltete Leitungsende, wobei die Ausflusscharakteristik der Blende 6 mit dem Leitwert G charakterisierbar ist und führt zur Beaufschlagung des Volumens V, das im elektrischen Äquivalenzschaltbild Fig. 2 als Kondensator C gekennzeichnet ist.

Ausgehend von dem elektrischen Äquivalenzschaltbild Fig. 2 wird nachfolgend ein geeignetes technisches Berechnungsmodell dargestellt: Der durch die Ventilanordnung 1 in die Arbeitsleitung 5 eingeleitete Luftstrom ist allgemein wie folgt als Massenstrom beschreibbar: mit - Ausflussfunktion, f ₁ ( ... ) - Allgemeiner Funktionszusammenhang Proportionalventil 1, f ₂ (... ) - Allgemeiner Funktionszusammenhang Schaltventil 3, x(t) - variabler Öffnungsquerschnitt Proportionalventil, u(t) - Schaltzustand Schaltventil,

A _{v -} Öffnungsquerschnitt Schaltventil, R - Allgemeine Gaskonstante, - Temperatur.

Der Druckanstieg ist für ein konstantes Arbeitsvolumen V (= Kondensator C im Äquivalenzschaltbild Fig. 2) beschreibbar mit: wobei die Größen für das jeweilige pneumatische Anwendungssystem näherungsweise als Konstanten zu bestimmen sind.

Damit ein vorgebbarer Soll- Arbeitsdruck p _CMD mit der Ventilanordnung 1 erreicht werden kann, muss die Bedingung erfüllt sein. Hieraus folgt, dass das Schaltventil 3 stets dann zu öffnen ist, wenn gilt: wobei die Größe c ₃ für die jeweilige pneumatische Anwendungssystem näherungsweise als Konstante zu bestimmen ist.

Damit die geregelte kombinierte geregelte Luftmenge des Proportionalventils 2 und des Schaltventils 3 nahtlos gesteigert werden kann, muss ferner die Bedingung erfüllt sein, dass der schaltbare Leitungsquerschnitt der Bypass-Leitung 14 kleiner ist als die maximale Öffnungsweite des Proportionalventils 2:

Mit der Erhöhung des Durchflusses durch das Proportionalventil 2 sinkt der Versorgungsdruck was vereinfacht wie folgt beschreibbar ist:

Bei abgeschaltetem Schaltventil 3 mit u = 0 ändert sich die Gleichung für den in die Arbeitsleitung 5 eingeleiteten Massenstrom wie folgt: Hierauf basierend lässt sich ein geeigneter Berechnungsalgorithmus für den dem Proportionalventil 2 bei maximaler Öffnungsweite maximal erreichbaren Arbeitsdruck wie folgt ableiten:

Aus den dargestellten Gleichungen für den Druckanstieg und dem in die Arbeitsleitung 5 bei abgeschaltetem Schaltventil 3 unter Berücksichtigung des Versorgungsdruckabfalls eingeleiteten Massenstrom resultiert der kalkulierbare Druckanstieg vereinfacht in: so dass sich der maximal erreichbaren Arbeitsdruck wie folgt bestimmen lässt: Die vorstehende Gleichung lässt sich wie folgt diskretisieren

Die Ergebnisse der vorstehenden Berechnung werden zur Laufzeit fortlaufend in einem Pufferspeicher akkumuliert. Auf Basis der Pufferdatensammlung werden die für die

Betätigung des Schaltventils 3 erforderlichen Parameter zur Abschätzung des maximal erreichbaren Arbeitsdrucks zur Laufzeit fortlaufend als Optimierungsaufgabe mit gelöst. Sowohl die Datenakkumulierung als auch die Optimierungsberechnung erfolgen zur Laufzeit als Hintergrundprozesse.

Ausgehend von den vorstehend dargestellten Berechnungsgrundlagen wird der Schaltzeitpunkt zum Öffnen des Schaltventils 3 definiert durch

Hiervon ausgehend lassen sich lassen sich zur weiteren Verbesserung des Schaltverhaltens praktisch folgende Schaltregeln formulieren: Zur Dynamisierung des Schaltverhaltens wird zunächst der allgemeine Parameter eingeführt, mit dem das Schaltverhalten um einen zusätzlichen, vorgebbaren Abweichungswert > 0 zeitlich vorverlagert wird, das Öffnen des Schaltventils also bereits vor dem Unterschreiten des vorgebbaren Soll- Arbeitsdrucks durch den maximal erreichbaren Arbeitsdruck erfolgt:

I m durch häufiges Ein- und Ausschalten bedingtes Prellen der Ventilanordnung 1 lässt sich durch die Einführung einer Schalthysterese mit den zusätzlichen Parametern und durch die folgenden, das Schaltverhalten stabilisierende Schaltregeln vermeiden:

Bei dem Parameter handelt es sich um einen zusätzlichen minimalen Sollwert, bei dessen Unterschreitung das Schaltventil abgeschaltet wird und der Solldruck p _CMD nur über das Proportionalventil 2 eingestellt wird.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm des durch die Ventilanordnung 1 in Abhängigkeit vom vorgebbaren Soll- Arbeitsdruck p _CMD geregelten Luftstroms, wobei die Abszissenachse den steigenden Vorgabewert p _CMD und die Ordinatenachse die von der Ventilanordnung in die Arbeitsseite des pneumatischen Anwendungssystems abgegebene Luftmenge V. Die

Gerade A zeigt die mit ansteigendem Vorgabewert p _CMD von der Ventilanordnung in die Arbeitsseite des pneumatischen Anwendungssystems eingeleitete Gesamtluftmenge. Die Gesamtluftmenge A setzt sich mit steigendem Vorgabewert p _CMD zusammen aus der vom Proportionalventil 2 abgegebenen Teilluftmenge B und der vom Schaltventil 3 ab der Öffnung des Schaltventils 3 zum Schaltzeitpunkt T zusätzlich abgegebenen Teilluftmenge C. Bis zum Schaltzeitpunkt T ist die von der Ventilanordnung abgegebene Gesamtluftmenge A identisch mit der durch das Proportionalventil 2 abgegebenen Teilluftmenge B, weshalb der Graph B ausgehend vom Koordinatenursprung bis zum Schaltzeitpunkt T zunächst identisch zur Gerade A verläuft, also mit dieser deckungsgleich ist. Mit der Öffnung des Schaltventils 3 sinkt der Versorgungsdruck weshalb ab diesem Zeitpunkt zunächst auch die durch das Proportionalventil 2 abgegebene Teilluftmenge B sinkt. Da ab diesem Zeitpunkt gleichzeitig die durch das Schaltventil 3 abgegebene Teilluftmenge C sprungartig ansteigt, steigt die von der Ventilanordnung 1 insgesamt abgegebene kombinierte Gesamtluftmenge A weiter linear an.

Bezugszeichenliste

1 V entilanordnung

2 Proportionalventil 3 Schaltventil

4 Mikrocontroller

5 Arbeitsleitung

6 Blende

7a, 7b Proportionalmagnet 8a, 8b Rückstellfeder

9 Druckluftversorgung

10 Entlüftung 11 Drucksensor 12 Datenkommunikationsschnittstelle 13 Schaltmagnet

14 Bypass-Leitung

15 Querschnittsverengung