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Proportional-way valves

Proportional directional valves control the direction as well as the speed of the actuator via the volume flow. The stepless switching of an actor like a piston can be performed by controlling a proportional solenoid on both sides or - as shown here - on one sides.

To increase the positional accuracy and to reduce the friction losses of the switching piston, a weak alternating current signal, referred to here as a dither signal, is superimposed on the direct current signal.

Hydraulics - dither signal for controlling proportional valves

Hydraulics - dither signal for controlling proportional valves


Switching characteristic of continuous way valves

Since continuous valves have an analog signal as input and output signals, the switching is described by characteristic curves.

Flow characteristic curve:

The flow rate depends on the cylinder position as illustrated. Also it would be possible to describe control signal (control current or control voltage) as x-axis.

hydraulics flow control rate

hydraulics flow control rate

The difference between rising and falling curves is defined as hysteresis. A hysteresis which is as small as possible favors a high positioning accuracy.

fig.:flow control rate of a 4/3-way valve with all parts blocked in the center position

Hydraulics overlap way valve

Hydraulics overlap way valve

In the case of positive overlap, the volume flow remains zero also when a small control signal is applied. The advantage of this positive overlap is that pressure can be provided for parallel-connected circuits.
In the case of zero overlap, the volume flow is linear over the entire control range. The negative overlap results in soft switching and is mainly used for pressure control.


1 LVDT = linear variable differential transformer

A positive overlap leads to a dead zone in the transition to the other flow area. Electronically, this dead zone can be compensated by a jumping starting signal. The setpoint thus skips the dead zone and begins with the corrected setpoint by opening the flow.

hydraulics compensation overlap

hydraulics compensation overlap

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Proportional-Wegeventile

Proportional-Wegeventile steuern über die Richtung des Volumenstroms die Verfahrrichtung sowie über die Größe des Volumenstroms die Geschwindigkeit des Aktors. Das stufenlose Schalten des Kolbens erfolgt durch Ansteuerung eines Proportionalmagneten einseitig oder beidseitig.

Zur Erhöhung der Positionsgenauigkeit und Verminderung der Reibungsverluste des Schaltkolbens wird dem Gleichstromsignal ein schwaches Wechselstromsignal, hier als Dithersignal2 bezeichnet, überlagert.

Hydraulik - Dither-Signal zur Ansteuerung von Proportialventilen

Hydraulik - Dither-Signal zur Ansteuerung von Proportialventilen

Zur Erhöhung der Positionsgenauigkeit und Verminderung der Reibungsverluste des Schaltkolbens wird dem Gleichstromsignal ein schwaches Wechselstromsignal, hier als Dithersignal2 bezeichnet, überlagert.


Schaltverhalten stetiger Wegeventile

Da stetige Ventile als Ein- und Ausgangssignal eine analoge Größe haben, wird finden sich hier vermehrt das Verhalten beschreibende Kennlinien

Durchflusskennlinien:
Abgebildet ist der Durchfluss in Abhängigkeit der Zylinderstellung in Prozent. Ebenso kann die x-Achse beschrieben werden durch das Steuersignal, d.h. Steuerstrom IST oder Steuerspannung UST.
Der Unterschied zwischen steigender und fallender Kurve stellt ein Kennwert dar und wird bezeichnet als Hysterese. Eine möglichst kleine Hysterese begünstigt eine hohe Positioniergenauigkeit.
Hydraulik Volumenstromkennlinie

Hydraulik Volumenstromkennlinie

Abb.:Durchflusskennlinie eines 4/3-Wegeventils mit Sperr-Mittelstellung

Überdeckung der Steuerkanten:

Hydraulik wegeventil Steuerkanten

Hydraulik wegeventil Steuerkanten

Die Überdeckung des Steuerkolbens zu den Anschlussbohrungen hat Einfluss auf die Durchflusskennlinie. Die folgenden Abbildungen zeigen diesen Zusammenhang:

Kompensation bei positiver Überdeckung

Eine positive Überdeckung führt zu einer Totzone beim Übergang in den

Hydraulik Überlappung Steuerkanten

Hydraulik Überlappung Steuerkanten

jeweils anderen Durchflussbereich. Elektronisch lässt sich diese Totzone kompensieren durch ein sprunghaft beginnendes Eingangssignal. Der Sollwert überspringt dadurch die Totzone und beginnt durch den korrigierten Sollwert mit dem Öffnen des Durchflusses.

Hydraulik Kompensation P-Ventil

Hydraulik Kompensation P-Ventil


1 to dither = engl. zittern

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