VALVE COMPRISING A CIRCUIT ARRANGEMENT FOR DETERMINATION OF THE POSITION OF SAID VALVE

Abstract: 1. Valve comprising a circuit arrangement for determination of the position of said valve, with a displacement pickup core (4) which can be displaced in dependence on the piston position and which acts on in each case one coil (5, 6) attached to the pressure tube (2) within the range of influence of the displacement pickup core, in which arrangement the coil current of the coils (5, 6) driven by means of pulses is measured and switching devices (9, 10) are operated in dependence on the measurement value, the switching time difference of which device is determined by counting the clock pulses of a clock generator (16) in a counter (15) as a measure of the valve position characterized in that the clock generator (16) is connected both to the counter (15) and to a divider (17) the output signal of which feeds the coils (5, 6) with reduced clock frequency, and that the switching time difference is supplied to the counter which is constructed as a start/stop counter (15) and in which the clock of the clock generator (16) is counted during the switching time difference.

Description: Ventil Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Ventil nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ventile, deren Kolben in Abhamgig- keit von der Ventilstellung verschiebbar sind und bei denen der Kolben auf Spulen Einfluss nimmt, sind bereits allgemein bekannt. Bei diesen bekannten Ventilen erfolgt die Auswertung auf analoger Basis, wobei dann, vesn ein digitales Signal benötigt wird, ein Analog-Digital Wandler nachgeschaltet ist. Dieses Verfahren ist einerseits recht umständlich und insbesondere bei Te1peratur- scnwankungen aufgrund von Referenzwertveränderungen relativ ungenau. Zudem sind die bekannten Vorrichtungen recht kostenaufwendig. Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemässe Ventil mit den kennzeichnenden Merk- malen 9es Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise ein digitales Ausgangssignal über die Ventilstellung gewonnen wird, das leicht mittels eines Rechenbausteines weiterverarbeitbar ist. Digitale Mess- und Regelvorrichtungen sind daher an das erfindungsgemässe Ventil leicht anzuschliessen. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Haupt anspruch angegebenen Ventils möglich. Besonders vorteilhaft ist es, an die Spulen je einen Widerstand anzuschliessen, an denen der Spulenstrom als Spannung abgreifbar ist. Dies ermöglicht es, die relativ schwierige Strommessung in eine Spannungsmessung umzuformen, da eine Spannungsmessung einfacher und präziser durchzuführen ist. Als Schaltvorrichtungen sind besonders vorteilhaft Komparatoren geeignet. Die Torzeitbildung erfolgt besonders einfach mittels eines Exklusiv-ODER-Gliedes. Wird die Auswertung der Schaltzeitdifferenz nicht mittels eines Programms in einem Rechner durchgeführt, ist es günstig, einen Start-Stop-Zähler vorzusehen, in den während der Schaltzeitdifferenz der Takt eines Taktgenerators eingezählt wird. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine hohe Auflösung der Torzeit realisiert, wobei am Ausgang des Zählers seriell oder parallel die Schaltzeit als digitales Datenwort abgreifbar ist. Zweckmässig ist es, als Taktgenerator für den Zähler den gleichen Taktgenerator zu verwenden, der bereits zur Ansteuerung der Spulen dient. Zur Erzielung einer höheren Auflösung ist es dabei zweckmässig, einen Taktgenerator hoher Frequenz zu verwenden, dessen Taktsignale für die Speisung der Spulen mittels eines Teilers heruntergeteilt werden. Beispielsweise temneraturabhängige oder alterungsbedingte Frequenzverwerfungen des Generators lassen sich dabei in ihrem Einfluss weitgehend eliminieren da bei einer geänderten Taktfrequenz für den Zähler auch eine geänderte Taktfrequenz zur Spulenansteuerung Verwendung findet. Es ist ebenfalls vorteilhaft, die Ausgänge der Schaltvorrichtung einer Richtungserkennung zuzufÜhren. Dadurch ist es möglich, auf einfache Art und Weise festzustellen, in welcher Richtung das Ventil aus seiner Ruhelage verschoben ist. Dies ist insbesondere bei den Ventilen vorteilhaft, die von ihrer Ruhelage aus in zwei Richtungen zu bewegen sind. Die Richtungserkennung ist am einfachsten mittels eines Flip-Flops ausgebildet, wobei der Ausgang der einen Schaltvorrichtung dynamisch den Takteingang und der Ausgang der anderen Schaltvorrichtung dem Setzeingang des Flip-Flops zugeführt ist. Dies führt zu einer besonders einfachen Ausführung des Schaltungsaufbaus. Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die Figur zeigt ausschnittsweise den der Wegmessung dienenden Teil 1 eines nicht näher dargestellten, an sich bekannten Ventils. Mit 2 ist das Druckrohr bezeichnet, welches das Druckmedium einschliesst. Bei dem Ventil kann es sich beispielweise um ein hydraulisches oder ein pneumatisches Ventil handeln. Mit dem nicht näher dargestellten Ventilschieber ist eine Stange 3 verbunden, an die sich ein Kolben 4 anschliesst. Der Kolben 4 ist als Wegaufnehmerkern ausgebildet. Im Einflussbereich des Kolbens 4 befindet sich ausserhalb des Druckrohres eine Spule 5 und eine Spule 6, die beide auf das Druckrohr aufgesteckt sind. Jeweils ein Anschluss der Spulen 5 und 6 sind mit dem Ausgang eines Teilers 17 verbunden. Der Eingang des Teilers steht mit einem Takt generator 16 in Verbindung, der Rechteckimpulse liefert. Der weitere Anschluss der Spule 5 ist über einen Widerstand 8 und der weitere Anschluss der Spule 6 über einen Widerstand 7 an die Masse geführt. Vom Verknüpfungspunkt der Spule 6 und dem Widerstand 7 führt eine Leitung zu einem Komparator 10. Ebenso führt eine Leitung zu einem Komparator 9. Die Leitung ist am Verknüpfungspunkt zwischen der Spule 5 und dem Widerstand 8 angeschlossen. Der Ausgang des Komparators 9 steht einerseits mit einem Eingang des Exklusiv-ODER-Gliedes 14 und andererseits mit dem Setzeingang D eines D-Flip-Flops 13 in Verbindung. Der Ausgang des Komparators 10 ist mit dem weiteren Eingang des Exklusiv ODER-Gliedes verbunden und des weiteren zu einem Kondensator 11 geführt. Der weitere Anschluss des Kondensators 11 führt über einen Widerstand 18 zum Takteingang des Flip-Flops 13. An den Takteingang des Flip-Flops 13 ist des weiteren eine Diode 19 angeschlossen, die gegen Masse geführt ist. Ebenso ist zwischen Kondensator 11 und Widerstand 18 ein Widerstand 12 angeschlossen, der ebenfalls zur Masse geführt ist. Der Ausgang des Exklusiv-ODER-Gliedes 14 steht mit dem Ctart-Stop-Eingang eines Zählers 15 in Verbindung. Des weiteren ist der Takteingang des Zählers 15 mit dem Ausgang des Taktgenerators 16 verbunden. Am Ausgang des Zählers ist je nach Wahl des Zählerbaustein in serieller oder paralleler Form das Zählergebnis zwischen dem Start- und dem Stop Signal abgreifbar. Dieses Zählergebnis kann einer digitalen Auswerteschaltung oder einem Rechner zugeführt werden. Digitale Regelbausteine sind direkt mit diesem Ausgangssignal zu beaufschlagen. Am Ausgang R des Flip-Flops 13 ist des weiteren ein Richtungssignal abgreifbar. Dieses Richtungssignal gibt an, in welcher Richtung der Kolben 4 aus seiner Ruhelage zwischen den beiden Spulen 5 und 6 verschoben ist. Die Wirkungsweise des Ventils ist folgende: Durch den Taktgenerator 16 und den Teiler 17 werden Taktimpulse generiert, die den Spulen 5 und 6 zugeführt werden. Diese Taktimpulse bewirken in der Spule einen e-förmig ansteigenden Spulenstrom. Dieser Spulenstrom wird jeweils durch die Widerstände 7 und 8 in eine Spannung umgewandelt. Die Phasenverschiebung der beiden Spannungen zueiander ist ein Mass für die Kernstellung des Kolben b ausserhalb von der Mitte zwischen den beiden Spulen. Diese Phasenverschiebung wird durch die Komparatoren 9 und 10 erfasst, die bei einer bestimmten vorgegebenen Schaltschwelle umschalten. Da der Anstieg des Spulenstromes induktivitätsabhängig ist und die Induktivität wiederum durch die Stellung des Kolbens 4 beeinflusst wird, schalten die Komparatoren 9 und 10 gleichzeitig, wenn sich der Kolben genau in der Mitte zwischen den beiden Spulen befindet oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten, wenn der Kolben und damit der Steuerschieber aus seiner Ruhestellung verschoben ist. Die sich im letzteren Fall ergebende Torzeit wird durch das Exklusiv-ODER-Glied 14 gebildet, das beispielsweise bei verschiedenen Komparatcrausgangssignalen an seinem Ausgang eine logische 1 abgibt. Solange das Exklusiv-ODER-Glied 14 an seinem Ausgang eine logische 1 abgibt, werden in den Zähler 15 die Taktimpulse des Generators 16 eingezählt. Wird er Zähler 15 gesperrt, weil nunmehr beide Komparatoren das gleiche Signal haben, so ist am Ausgang des Zählers 15 in serieller oder paralleler Form ein digitales Signal abgreifbar, das genau der Kolbenstellung entspricht. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist es aufgrund des Zahlerstandes nicht möglich zu erkennen, ob der Kolben 4 nach links oder rechts aus seiner Ruhelage verschoben ist. Dies wird durch das Flip-Flop 13 erkannt. Das Flip Flop 13 erlaubt eine Beurteilung darüber, ob zuerst der Komparator 9 oder zuerst der Komparator 10 geschaltet hat. Bei einer ansteigenden Flanke des Komparators 10 wird durch die Schaltungsanordnung mit den Bauteilen 11, 12, 18 und 19 ein kurzer dynamischer Rechteckimpuls gebildet, der dem Takteingang T des Flip-Flops 13 zugeführt wird. Bei diesem Signal wird das Signal am Eingang D des Flip-Flops an den Ausgang Q übernommen. Hat nunmehr der Komparator 9 früher geschaltet, liegt dort eine logische 1 an, die an den Ausgang übernommen wird. Schaltet der Komparator 9 später als der Komparator 10, liegt die logische 1 zum Taktzeitpunkt nicht an, so dass eine logische 0 übernommen wird. Dieses Richtungssignal ist ohne weiteres bei einem parallelen Ausgangssignal des Zählers 15 als zusätzliches Informationsbit der digitalen Ausgangsinformation zuführbar. Durch die Verwendung des gleichen Taktgenerators 16 sowohl für den Zähler 15 als auch zur Speisung der Spulen 5 und Ó wird erreicnt, dass Frequenzänderungen des Generators 16 in geringem Umfang kaum zu einer Verfälschung des Messergebnisses führen. Freoenzanderungen des Oszillators 16 verursachen keinen Fehler in der Auswertung, lediglich die Steigung der Kennlinie der Anordnung ver änaert sich frequenzabhängig. Der O-Punkt jedoch bleibt konstant und wird nicht beeinflusst. Dieses reduziert den Einfluss eines Temperaturfehlers oder Alterungserscheinungen des Taktgenerators. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, sowohl für den Zähler 15 als auch für die Spulen 5 und 6 einen eigenen Taktgenerator vorzusehen. Da hierbei die Wahl der Frequerz cer Taktgeneratoren beliebig ist, kann der Frequenzteiler 17 entfallen. Das gezeigte Asführuasbeispiel hat den Vorteil, dass es einen sehr grossen Linearitäzsberelch aufweist und die Mittelstellung eindeutig efiniert ist. Neben der Verwendung eines Rechtecksignals kann die Versorgung der Spulen auch mit einem Sinus- oder Dreiecksignal erfolgen, Ein eventuell auftretender GleicWanteil hat eine Auswirkungen auf das MeBergebnis. insbesondere entfällt die bisher bei der analogen Kolbenstellungsmessung erforderliche Konstanz des Referenzspannungspegels. In einer vereinfachten Ausführungsform ist es durchaus möglich, auch mit einer einzigen Spule die Kolbenstellung zu bestimmen. Hierbei wird dann das Impulspausenverhältnis am Ausgang eines Komparators mittels des Zählers 15 ausgewertet. Die Mittelstellung ist dann bei einem bestimmten vorgegebenen Impulspausenverhältnis gegeben, das mittels des Zählers auszählbar ist. Ein vorgegebener Zählerstand entspricht dann einem bestimmten Impulspausenverhältnis. Bei einer Verschiebung des Kolbens b ändert sich das Impulspausenverhältnis, so dass die Impulsdauer bei einem konstanten Takt für die Spulen ein Mass für die Stellung des Kolbens ist. Eine Richtungserkennung ist dann nicht mehr erforderlich.

Claims: Ansprüche 1. Ventil mit einem in Abhängigkeit von der Kolbenstellung verschiebbarenegaufnehmerkerii (p)der auf jeweils eine am Druckrohr (2) im Einflussbereich des Wegaufnehmerkerns angebrachte Spule (5, 6) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (5, 6) von einem Taktgenerator (16) konstanter Frequenz gespeist sind, dass der Spulenstrom gemessen wird und in Abhängigkeit des Messwertes Schaltvorrichtungen (9, 10) betätigt werden und dass die Schaitzeitdifferenz ein Mass für die Ventilstellung ist. 2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die Spulen (5, 6) je ein Widerstand (7, 8) angeschlossen ist, an denen der Spulenstrom als Spannung abgreifbar ist. 3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtungen als Komparatoren (9, 10) ausgebildet sind. 4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Schaltvorrichtungen (9, 10) ein Exklusiv-ODER-Glied (14) nachgeschaltet ist. 5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltzeitdifferenz einem Start Stop-Zähler (15) zugeführt ist, in dem während der Schaltzeitdifferenz der Takt eines Generators (16) gezählt wird. 6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktgenerator (16) sowohl an den Zähler (15) angeschlossen ist als auch vorzugsweise über einen Teiler (17) zur Taktung der Spulen (5, 6) dient. 7. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge der Schaltvorrichtung (9, 10) einer Richtungserkennung (13) zugeführt sind. 8. Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungserkennung als Flip-Flop (13) ausgebildet ist, wobei der eine Ausgang der Schaltvorrichtung (10) dynamisch dem Takteingang und der Ausgang der anderen Schaltvorrichtung (9) dem Setzeingang des Flip-Flops zugeführt ist.

Inventors: LEUTNER, VOLKMAR, DIPL.-ING., PFUHL, BERTHOLD, SCHEMPP, ROLAND, ING.
Applicants: ROBERT BOSCH GMBH
Application year: 1985
Main classification: G01D5
IPC codes: G01D5, F16K31, G01B7, F16K37