CH684508A5

CH684508A5 - Steuerungseinrichtung für einen Hubmagneten.

Info

Publication number: CH684508A5
Application number: CH269492A
Authority: CH
Inventors: Franz Rothenbach
Original assignee: Incoset Ag
Priority date: 1992-08-28
Filing date: 1992-08-28
Publication date: 1994-09-30

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung für einen Hubmagneten, mit einem Schaltkreis für die Eingabe von Steuerbefehlen, der über ein Gatter mit einer Stromversorgung der Spule des Hubmagneten verbunden ist.

Hubmagnete werden auf den verschiedensten Gebieten der Technik angewendet, wobei die Bewegung des Magnetankers die mechanische Betätigung bzw. Verschiebung eines beweglichen Teils bewirkt. In manchen Anwendungsfällen müssen hierbei besondere Massnahmen getroffen werden, um die bei Erreichen der Anker-Endstellung entstehenden Schläge und die damit verbundenen Geräusche möglichst zu vermeiden oder ausreichend zu dämpfen. Üblich sind Zwischenlagen aus dämpfendem Material, wie Filzscheiben o.dgl., die jedoch verschleissanfällig sind und die Einhaltung einer genauen Anker-Endlage nicht erlauben.

Mit der DE-PS 2 922 777 ist eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Doppelspulen-Hubmagneten für die Registertraktur einer Orgel bekannt geworden. Hierbei ist für jede Spule eine eigene Ansteuerschaltung zur Betätigung des Ankers in einander entgegengesetzten Richtungen vorgesehen. Um die bei Erreichen der Endstellung des Ankers entstehenden, störenden Anschlaggeräusche zu vermeiden, steuert das Steuersignal für die Erregung der einen Spule jeweils über ein einstellbares Zeitglied ein Steuerelement der anderen Spule derart, dass diese noch vor Erreichen der Anker-End-stellung erregt und die Ankerbewegung dadurch abgebremst wird. Dabei ist es zwar möglich, den Zeitpunkt des Bremseinsatzes (in Abhängigkeit von der für die Registerschleifen erforderlichen Stellkraft) zu wählen. Jedoch können Veränderungen der vom Anker zu bewegenden Last, wie sie beispielsweise durch Vergrösserung oder Verminderung der Reibung während des Betriebes entstehen können, nicht erfasst werden, so dass dann der Anker entweder die Endstellung nicht erreicht oder doch ungenügend gebremst wird. Da diese bekannte Schaltung naturgemäss eine zweite Spule benötigt, ist sie für Hubmagnete mit einer Spule (für Einfachhub) nicht anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerungseinrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die - nach einer einmal vorgenommenen Grundeinstellung - auch nachträglich eintretende Veränderungen der vom Anker zu bewegenden Last selbsttätig berücksichtigt, damit der Anker die Endstellung sicher, präzise und ohne nennenswerte Schläge oder Geräuschentwicklung erreicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Hierbei wird von einem mit dem Anker verbundenen Stellungsgeber eine dem Ankerweg entsprechende Spannung erzeugt und einer Hubüberwachung zugeleitet. Bei einem vorbestimmten Ankerweg (Teilhub) erzeugt die Hubüberwachung ein erstes Ausgangssignal, das einem Impulserzeuger zugeführt wird, der beim Auftreten des ersten Ausgangssignals ein zweites Ausgangssignal erzeugt, mittels welchem die Stromversorgung der Spule abgeschaltet wird;

dabei bewegt sich der Anker infolge der gespeicherten kinetischen Energie weiter. Ausgehend vom ersten Ausgangssignal erzeugt der Impulserzeuger zeitlich verzögert ein drittes Ausgangssignal, mittels welchem die Stromversorgung wieder eingeschaltet wird. Dadurch wird der Anker erneut beschleunigt, sofern er die Endstellung (Endanschlag) nicht bereits erreicht hat.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass der Abschaltzeitpunkt nicht vorgegeben, sondern variabel ist und sich beim Erreichen des Teilhubes nach kürzerer oder längerer Einschaltdauer einstellt. Erreicht dann der Anker die Endstellung vor dem Wiedereinschalten des Stromes, also bei stromloser Spule, so hat er seine kinetische Energie weitgehend verloren, so dass kein nennenswerter Schlag auftritt. Aber auch im anderen Fall, wenn beim Wiedereinschalten des Stromes der Nachimpuls zur Wirkung kommt, wird der Anker nur noch wenig beschleunigt und gelangt mit entsprechend geringer Geschwindigkeit in die Endstellung. Somit wird also eine weitgehende Unabhängigkeit von unterschiedlichen bzw. sich allmählich ändernden Ankerlasten, insbesondere Reibungsverhältnissen erreicht. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Steuerungseinrichtung sowohl für Hubmagnete mit nur einer Spule, als auch für Doppelspulenmagnete (Umkehrhubmagnete) geeignet ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäs-sen Steuerungseinrichtung,

Fig. 2a-e Diagramme des zeitlichen Verlaufes von verschiedenen Steuersignalen der Einrichtung gemäss Fig. 1,

Fig. 3 eine erste, beispielsweise Weg-Zeit-Kennli-nie des Hubmagnet-Ankers in Abhängigkeit von Steuersignalen für dessen Stromversorgung, und

Fig. 4 ein zweites Beispiel einer solchen Weg-Zeit-Kennlinie.

In der Fig. 1 ist mit 1 ein Hubmagnet, mit 2 dessen Anker und mit 3 die Spule des Hubmagneten bezeichnet. Die bei Erregung der Spule 3 vom Anker 2 zu bewegende Last kann z.B. eine Registerschleife einer Orgel (nicht dargestellt) sein, wobei es darauf ankommt, dass der Anker 2 und mit ihm die Registerschleife die Endstellung des Hubes einerseits sicher und genau erreichen, dass aber anderseits dabei möglichst kein Schlaggeräusch entsteht.

Mit dem Anker 2 ist ein Stellungsgeber 4 verbunden, der hier aus einem Potentiometer 5 und einem Schleifkontakt 6 besteht. Der Schleifkontakt 6 steht mit einem Eingang einer Hubüberwachung 7, vorzugsweise in Form einer Triggerschaltung, in Verbindung. Der Hubüberwachung 7 ist ein Impulserzeuger 8 nachgeschaltet. Dieser weist ein erstes und ein zweites Flip-Flop 9, 10 (bistabile Kippschaltungen), ein Verzögerungsglied 11 und ein ODER-Gatter 12 mit zwei Eingängen auf. Das erste Flip-Flop 9 ist über einen Eingang S am Ausgang der

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Hubüberwachung 7, und über einen Ausgang Q am einen Eingang des ODER-Gatters 12 angeschlossen. Der andere Ausgang Q des ersten Flip-Flops 9 ist mit dem Eingang des Verzögerungsgliedes 11 verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang S des zweiten Flip-Flops 10 in Verbindung steht. Ein Ausgang Q des zweiten Flip-Flops 10 ist am anderen Eingang des ODER-Gatters 12 angeschlossen. Mit 13 ist ein UND-Gatter mit zwei Eingängen bezeichnet, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des ODER-Gatters 12 (der gleichzeitig den Ausgang des Impulserzeugers 8 bildet) verbunden ist.

Ein Schaltkreis 14 für die Eingabe von Steuerbefehlen ist eingangsseitig mit einem Steuerbefehlsgeber 15 (z.B. eine Impulstaste am Orgel-Spieltisch) verbunden. Der Schaltkreis 14 weist ein Flip-Flop 16 auf, dessen einer Ausgang Q am anderen Eingang des UND-Gatters 13 angeschlossen ist. Der Ausgang des UND-Gatters 13 steht mit der Basis eines Steuertransistors 18 in einer Stromversorgungsschaltung 17 in Verbindung, welche aus-gangsseitig an die Spule 3 des Hubmagneten 1 angeschlossen ist.

Die vorstehend beschriebene Steuerungseinrichtung arbeitet wie folgt:

Nach Eingabe eines Steuerbefehls mittels des Befehlsgebers 15 wird das Flip-Flop 16 im Schaltkreis 14 gesetzt, so dass an dessen Ausgang Q logisch «l»_erscheint (Fig. 2a, Zeitpunkt t0). Da der Ausgang Q des ersten Flip-Flops 9 zu diesem Zeitpunkt ebenfalls logisch «I» ist (Fig. 2b), wird die Stromversorgung 17 über die Gatter 12 und 13 eingeschaltet und die Magnetspule 3 erregt (Fig. 2e), wodurch der Ankerhub beginnt. Nach Zurücklegung eines bestimmten Ankerweges (h1, Fig. 3, 4) erreicht die am Potentiometer 5 des Stellungsgebers 4 abgegriffene Spannung einen in der Hubüberwachung 7 eingestellten Schwellenwert, so dass an deren Ausgang ein erstes Ausgangssignal erscheint. Hierdurch wird der Ausgang Q des ersten Flip-Flops 9 auf logisch «O» gesetzt, so dass der Impulserzeuger 8 über das ODER-Gatter 12 ein zweites Ausgangssignal abgibt, mittels welchem die Stromversorgung 17 über das UND-Gatter 13 abgeschaltet wird (Fig. 2b, 2e, Zeitpunkt ti). Die Schwellenspannung ist unter Berücksichtigung der Lastverhältnisse derart eingestellt, dass der Anker 2 nach dem Abschalten der Stromversorgung 17 vermöge der gespeicherten kinetischen Energie die Endstellung (h0, Fig. 3) erreicht. Hierbei wird im Idealfall die Ankergeschwindigkeit auf Null absinken; auf jeden Fall aber vermindert sich die Ankergeschwindigkeit nach Abschalten des Spulenstroms erheblich, so dass kein störender Schlag entsteht (Fig. 3, Zeitabschnitt ti—ta).

Bei Auftreten des ersten Ausgangssignais (am Ausgang der Hubüberwachung 7 im Zeitpunkt ti) erscheint am Ausgang Q des ersten Flip-Flops 9 logisch «I» (Fig. 2c, Zeitpunkt ti). Hierdurch wird das Verzögerungsglied 11 gestartet und nach einer gegebenen Verzögerungszeit (ti-t3) das zweite Flip-Flop 10 gesetzt. Dessen Ausgang Q wird dann logisch «1» und der Impulserzeuger 8 gibt über das ODER-Gatter 12 ein drittes Ausgangssignal ab, mittels welchem die Stromversorgung 17 über das

UND-Gatter 13 wieder eingeschaltet wird (Fig. 2d, 2e, Zeitpunkt t3). Da gemäss Beispiel nach Fig. 3 der Anker 2 bereits im Zeitpunkt Ì2 die Endstellung h0 (Endanschlag) erreicht hat, bleibt das Wiedereinschalten der Stromversorgung im Zeitpunkt t3 unwirksam (iz < t3, Fig. 3).

Nimmt man nun an, dass die am Anker 2 angreifende Last sich vergrössert, beispielsweise infolge Zunahme der Reibung, so ergibt sich ein anderer Ablauf, wie er im Beispiel nach Fig. 4 dargestellt ist: Bei unverändertem Speisestrom der Magnetspule 3 (eingestellt bzw. geregelt in der Stromversorgung 17) ist die Beschleunigung des Ankers 2 geringer und es dauert entsprechend länger, bis der Teilhub hi und damit die eingestellte Schwellenspannung erreicht ist (Zeitpunkt ti in Fig. 4). Dementsprechend kann es sein, dass bis zum Wiedereinschalten der Stromversorgung im Zeitpunkt t3 die Endstellung nicht erreicht wird oder der Anker gar vorher zum Stillstand kommt (Stellung h2 in Fig. 4). In diesem Fall wird der Nachimpuls wirksam, der den Anker erneut beschleunigt und ihn vollends in die Endstellung bringt (Zeitpunkt t4, Fig. 4). Während der relativ kurzen Dauer t3-t4 ist der Stromanstieg infolge der Spuleninduktivität flach, so dass auch hier am Endanschlag keine nennenswerte Schläge auftreten. - Ein ähnlicher Ablauf könnte sich übrigens auch beim Beispiel nach Fig. 3 einstellen, falls erst auf der Wegstrecke nach dem Teilhub hi eine stärkere Verzögerung auftreten würde (grössere Last, stärkere Reibung). In jedem Fall wird jedoch der Anker sicher in die Endlage gebracht. Das Ausbleiben harter Schläge ermöglicht dabei, den Endanschlag präzise einzustellen, wobei die Einstellung auch nach zahlreichen Bewegungsspielen erhalten bleibt.

Im Falle eines Hubmagneten für Einfachhub, dessen Anker gegen eine Rückstellfeder arbeitet, wird (wie nicht weiter dargestellt) nach Erreichen der Endstellung h0 der Anker 2 mittels Haltestrom festgehalten, und die Flip-Flops 9, 10 und 16 werden über ihre Eingänge R in den Anfangszustand zurückgesetzt (Fig. 2 bis 4, Zeitpunkt ts). Der Ankerrücklauf wird dann durch Abschalten des Haltestromes ausgelöst.

Bei Verwendung eines Umkehrhubmagneten (Doppelspulen-Magnet) kann die Steuerungseinrichtung entsprechend «symmetrisch» ergänzt werden, wobei derselbe Stellungsgeber 4 verwendet werden kann. Anstelle des beschriebenen Potentiometers sind natürlich auch andere Ausführungen von Stellungsgebern 4 verwendbar, so z.B. mit einem am Anker 2 befestigten Magneten und einem mit dem Eingang der Hubüberwachung 7 verbundenen Hallelement.

Claims

Patentansprüche

1. Steuerungseinrichtung für einen Hubmagneten, mit einem Schaltkreis (14) für die Eingabe von Steuerbefehlen, der über ein Gatter (13) mit einer Stromversorgung (17) der Spule (3) des Hubmagneten (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, - dass ein mit einem Anker (2) des Hubmagneten (1) verbundener Stellungsgeb er (4) und eine Hub-

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Überwachung (7) vorgesehen sind, wobei der Stellungsgeber (4) eine dem Ankerweg entsprechende Spannung erzeugt, die einem Eingang der Hubüberwachung (7) zugeführt wird,

- dass der Hubüberwachung (7) ein Impulserzeuger (8) nachgeschaltet ist und die Hubüberwachung (7) nach Zurücklegung eines bestimmten Ankerweges (hj), der kleiner als der Gesamthub (h0) des Ankers (2) ist, ein erstes Ausgangssignal erzeugt, das einem Eingang des Impulserzeugers (8) zugeführt wird,

- dass ein Ausgang des Impulserzeugers (8) mit einem Eingang des Gatters (13) verbunden ist, wobei der Impulserzeuger (8) bei Auftreten des genannten ersten Ausgangssignals ein zweites Ausgangssignal erzeugt, mittels welchem die Stromversorgung (17) abgeschaltet wird, und

- dass der Impulserzeuger (8) ein Verzögerungsglied (11) enthält, mittels welchem er nach Auftreten des ersten Ausgangssignals zeitlich verzögert ein drittes Ausgangssignal erzeugt, mittels welchem die Stromversorgung (17) wieder eingeschaltet wird.

2. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellungsgeber (4) ein Potentiometer (5) enthält, dessen Schleifkontakt

(6) mechanisch mit dem Anker (2) und elektrisch mit dem Eingang der Hubüberwachung (7) verbunden ist.

3. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellungsgeber (4) aus einem am Anker (2) befestigten Magneten und einem mit dem Eingang der Hubüberwachung (7) verbundenen Hallelement besteht.

4. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubüberwachung

(7) eine Triggerschaltung aufweist.

5. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Impulserzeuger (8) ein erstes und ein zweites Flip-Flop (9, 10), ein Verzögerungsglied (11 ) und ein ODER-Gatter (12) mit zwei Eingängen aufweist,

- dass das erste Flip-Flop (9) über einen Eingang (S) mit dem Ausgang der Hubüberwachung (7) und über einen Ausgang (Q) mit einem Eingang des ODER-Gatters (12) verbunden ist,

- dass ein anderer Ausgang (Q) des ersten Flip-Flops (9) mit dem Eingang des Verzögerungsgliedes (11) verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Eingang (S) des zweiten Flip-Flops (10) in Verbindung steht, und

- dass ein Ausgang (Q) des zweiten Flip-Flops (10) am anderen Eingang des ODER-Gatters (12) angeschlossen ist, dessen Ausgang den Ausgang des Impulserzeugers (8) bildet.

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