DE2019345C3

DE2019345C3 - Anordnung zum Beeinflussen des Erregerstromes eines als Antrieb für Mangetventile verwendeten Gleichstrom-Elektromagneten

Info

Publication number: DE2019345C3
Application number: DE2019345A
Authority: DE
Inventors: Heinrich 7920 Heidenheim Dick
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1970-04-22
Filing date: 1970-04-22
Publication date: 1982-12-09
Also published as: DE2019345A1; CH530077A; JPS5532208B1; FR2086243A1; NL7105392A; US3671814A; SE361773B; NL164684C; DE2019345B2; GB1324445A; NL164684B; FR2086243B1; AT306171B

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Beeinflussen des Erregerstromes eines Gleichstrom-Elektromagneten nach dem Oberbegriff des Anspruches (DE-GM 66 02 808).

Aus dem DE-GM 66 02 808, insbesondere F i g. 5 und 6, ist ein Elektromagnet bekannt mit einer zur Veränderung des Erregerstromes für verschiedene Ankeranzugskräfte dienenden Schaltungsanordnung, die ein Geberelement in Form eines magnetfeldabhängigen Widerstandes aufweist. Das Geberelement erzeugt in Abhängigkeit von der sich im Arbeitsluftspalt zwischen dem Anker und einem Ankergegenpol einstellenden magnetischen Feldstärke ein elektrisches Signal, das die Größe des Erregerstromes beeinflußt. Diese Anordnung dient zu dem Zweck, die Zugkraft-Weg-Kennlinie des Elektromagneten derart zu ändern, daß bei einer Bewegung des Ankers in Richtung auf den Ankergegenpol die Ankeranzugskraft herabgesetzt wird, um das Prellen des Ankers beim Aufschlagen auf den Ankergegenpol zu vermindern. Das Erzeugen einer wegunabhängigen konstanten Ankeranzugskraft ist dort jedoch nicht vorgesehen. In F i g. 2 der DE-GM ist ein Tauchanker-Elektromagnet dargestellt, jedoch ohne eine zum Beeinflussen des Erregerstromes dienende Schaltungsanordnung.

Es war bisher nur möglich, mittels eines Tauchspulengerätes mit Hilfe des elektrischen Stromes, eine wegunabhängige lineare Kraft zu erzeugen. Diese Geräte weisen ein durch einen Permamentmagneten gebildetes oder durch einen Gleichstrom erregtes kreiszylindrisches Magnetfeld mit radial stehenden kurzen Magnetfeldlinien auf, in die eine dünnlagige Spule axial eingetaucht ist. Je nach Stärke des die Tauchspule durchfließenden Stromes erfährt diese eine mehr oder weniger starke, axial gerichtete Kraft, die von der Lage der Spule unabhängig ist solange sich noch alle Windungen der Tauchspule im ungestörten Magnetfeld befinden. Mit diesen Tauchspulengeräten lassen sich aber nur vergleichsweise geringe Kräfte :> erzeugen, oder falls man das Tauchspulengerät für größere Kräfte auslegt, wird dies unverhältnismäßig groß und schwer. Die besten Tauchspulengeräte vermögen allenfalls eine Kraft, die etwa dem 0,4fachen ihres Eigengewichts entspricht, zu erzeugen. Auch ist

ίο nachteilig, daß die erforderliche Steuerleistung dabei sehr hoch ist und daß die Spule den beweglichen Teil darstellt. Tauchspulengeräte sind abgesehen von ihrem hohen Gewicht auch sehr teuer, was durch ihre umständliche Konstruktion und dem Erfordernis der Präzision bedingt ist.

Zwar lassen sich mit einem Tauchanker-Elektromagneten der eingangs genannten Art auch mit kleinen Magneten relativ hohe Kräfte erzeugen. Dabei ist aber die Anzugskraft des Ankers sehr stark von dessen Lage abhängig. Bei zunehmender Annäherung des Ankers an den Spulenkern steigt die Anzugskraft hyperbolisch an. Zwar kann man durch geeignete Ausbildung des Magnetfeldes (teilweiser Feldliniennebenschluß) erreichen, -daß die Kraft-Weg-Kennlinie bereichsweise angenähert gerade verläuft und ein Wegeinfluß innerhalb dieses Bereichs weitgehend ausgeschaltet wird. Durch diese Maßnahme wird aber der Magnet auf den Bereich der kleinsten Kraft beschränkt. Um größere Kräfte wegunabhängig zu erzielen, müßte man den Magneten ebenfalls sehr stark dimensionieren. Ein hoher Raumbedarf und Gewichtsaufwand und ein hoher Strombedarf sind die nachteiligen Folgen. Außerdem gelingt es, die wegunabhängigkonstante Anzugskraft nur entlang kurzer Anzugswege zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung der eingangs genannten Art den Erregerstrom derart zu beeinflussen, daß die magnetische Feldstärke im Arbeitsluftspalt und damit die Ankeranzugskraft bei beliebigen Stellungen des Ankers einen willkürlich wählbaren, konstanten Wert erhält, der bei Eingangsgrößenänderungen sehr rasch verändert werden kann.

Die=e Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Ankeranzugskraft, die der Tauchanker-Elektromagnet erzeugt, wegunabhängig konstant ist, das heißt unabhängig von der jeweiligen Stellung des Tauchankers innerhalb der Ankerhubstrecke, außerdem unabhängig von anderen Einflußgrößen, z. B. Temperatur, Speisespannung oder magnetischer Hysterese. Die Größe der Kraft ist somit präzise einstellbar und schnell änderbar. Zu diesem Erfolg trägt wesentlich bei, daß die Regelschaltung als Zweipunkt-Regelschaltung ausgebildet ist und den Erregerstrom fortwährend ein- und ausschaltet. Hierdurch sind der Tauchanker und der daran angekoppelte Ventilkörper einer Schwingbewegung unterworfen. Dadurch werden an diesen Bauteilen die Ruhereibungen und somit Kraft-Hysterese-Erscheinungen zum Verschwinden gebracht, so daß der Elektromagnet auf eine Änderung des Sollwertes oder einer der genannten Einflußgrößen sehr rasch anspricht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Tauchanker-Elektromagnet — im Vergleich zu dem obenerwähnten Tauchspulengerät eine im Verhältnis zu seinen Abmessungen sehr große Kraft erzeugen kann.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines

Ausführungsbeispiels näher erläutert

Die Figur zeigt einen Tauchanker-Elektromagneten Γ mit einer Spule 2, einer die Spule umgebenden Eisenummantelung 3, 3' und einem axial darin beweglichen Tauchanker 4', der mit seiner inneren Stirnseite und einem im Spulenkern von der Eisenummantelung hochstehenden Zapfen 5 (Ankergegenpol) einen Luftspalt 6 bildet

Auf der Stirnseite des Zapfens 5 des Elektromagneten ist ein magnetfeldabhängiger Widerstand 8 (Feldwiderstand) aufgeklebt, seine beiden Anschlüsse sind durch eine axiale Bohrung ins Freie geführt.

Die Schaltung besteht aus einem Reglerteil 9 und einem Schalt- bzw. Verstärkerteil 10, die sich beide zwischen den beiden von der Batterie 11 mit Strom versorgten Leitern 12 und 13 erstrecken. Der Reglerteil weist eine Widerstandschaltung 8,14,15 und 16 auf mit dem Meßpunkt 148 zwischen den Widerständen 14 und 8 sowie zwei Fest-Widerständen 15 und 16. An dem Speisepunkt 168 zwischen den Widerständen 16 und 8 einerseits und dem Speisepunkt 145 andererseits zwischen 14 und 15 wird eine konstante Spannung angelegt. Der Punkt 148 ist über den Vorwiderstand 24 auf den Eingang -I- E eines Verstärkers V geschaltet.

Der Verstärkereingang — E ist mit dem Ausgang eines Funktionsgenerators 14" verbunden. Dies kann z. B. ein Sinusgenerator sein, der nach Frequenz und Amplitude einstellbar ist, oder ein Generator, der bei einem bestimmten Einschaltsignal von einem bestimmten Zeitpunkt an eine gewisse Übergangsfunktion mit einstellbaren Parametern gibt. Der Generator kann ?.. B. auch ein Drehzahlgeber sein und eine drehzahlanaloge Potentialdifferenz am Speisepunkt 145 gegenüber dem anderen Speisepunkt 168 erzeugen. Das vom Funktionsgenerator erzeugte Signal dient dabei als Sollwert, mit dem der am Meßpunkt 148 vorliegende Wert durch den Verstärker verglichen wird. Der Verstärker schaltet dabei fortwährend über die Transistoren 71 und 7*2 die Erregerspule 2 ein bzw. aus, je nachdem, ob das Signal am Eingang — foder am Eingang +E überwiegt.

Der Elektromagnet Γ ist als elektrohydraulischer Wandler dargestellt der den Kolben 4' eines Druckbegrenzungsventils 17 anzieht und damit an dem durch die Steuerkanten 18 und 19 gebildeten Drosselspalt eine mehr oder weniger starke Drosselung des von der Pumpe 20 geförderten Flüssigkeitsstroms verursacht Je nach Anzugskraft des Magneten Γ wird vor dem Drosselspalt, d. h. im Druckstutzen der Pumpe 20 ein mehr oder weniger hoher Druck aufgestaut der am Manometer 21 zur Anzeige gebracht wird und über den Anschluß 22 zu irgendwelchen nicht dargestelltem Verbrauchern geleitet werden kann und der mittels des Druckbegrenzungs-Widerstandes 24 auf einen bestimmten Maximaldruck nach oben begrenzt werden kann.

Der erzeugte Druck wird auch über eine im Inneren des Kolbens 4' angebrachte axial und eine quer zum Kolben verlaufende Bohrung auf die dem Magnetfeldluftspalt zugekehrte Stirnseite geleitet Im »Luftspalt« baut sich dann ein der Anzugskraft des Elektromagneten entgegenwirkendes Druckpolster auf. Die Stärke dieses Dpickpolsters ist an sich belanglos, wenn man nur irgendeine der Anzugskraft entgegenwirkende Kraft erzeugt Damit die Spreizkräfte und damit die Anzugskräfte des Magneten nicht zu groß werden und der erzeugte Druck nicht auf den ganzen Ankerquerschnitt wirkt, ist im vorliegenden Beispiel ein Reduzierstift T in der Axialbohrung druckdicht jedoch gleitend angeordnet, auf den der erzeugte Druck wirkt und der sich am Zapfen 5 abstützt. Die durch den elektrohydrauliehen Wandler Γ, 17 steuerbaren Drücke sind sehr groß. Mit einem Elektromagneten von etwea 200 g lassen sich ohne weiteres Drücke bis über 50 atü

steuern.

Die ganze Regelung stellt eine Zweipunktregelung dar und schwingt mit einer systemeigenen Frequenz. Diese Frequenz ist die aus lauter Rechteckimpulsen gleicher Höhe zusammengesetzte Ein-Ausschaltfrequenz für die Spulenspannung. Je nach Stellung des Tauchankers und je nach geforderter vom Magneten aufzubringender Zugkraft wird eine mehr oder weniger starke Magnetfeiderregung nötig sein und demgemäß wird sich eine entsprechend kleine oder große Schaltfrequenz einstellen. Maßgebend hierfür ist der mit einer So'ilpotentialdifferenz verglichene Spannungsabfall an dem im Magnetfeldluftspalt angebrachten magnetfeldabhängigen Widerstand 8.

Durch die dem ganzen System überlagerte Schwingung spricht der Wandler auch sehr schnell an und folgt Eingangsgrößenänderungen sehr rasch mit einem entsprechenden Ausgangssignal nach.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Anordnung zum Beeinflussen des Erregerstromes eines als Antrieb für Magnetventile verwendeten Gleichstrom-Elektromagneten, bei dem der Ankeranzugskraft eine Gegenkraft entgegenwirkt, mit einem im Arbeitsluftspalt angeordneten Geberelement, das in Abhängigkeit von der sich im Arbeitsluftspalt zwischen dem Anker und einem Ankergegenpol einstellenden magnetischen . Feldstärke ein elektrisches Signal erzeugt, das die Größe des Erregerstromes im Sinne von dessen Verringerung bei zunehmender magnetischer Feldstärke beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelschaltung (9,10) vorgesehen ist, die durch ein Vergleichen des vom Geberelement (8; 8') erzeugten elektrischen Signals mit einem Sollwert und durch ein vom Ergebnis des Vergleiches abhängendes Verändern des Erregerstromes die magnetische Feldstärke und damit die Ankeranzugskraft unabhängig von der Stellung des als Tauchanker (4, 4') ausgebildeten Ankers innerhalb der Ankerhubstrecke auf einen dem Sollwert entsprechenden Wert einregelt, daß die Regelschaltung als Zweipunkt-Regelschaltung ausgebildet ist, die den Erregerstrom fortwährend ein- und ausschaltet, und daß der Tauchanker dem beweglichen Teil eines Ventils für ein fließfähiges Medium zugeordnet ist.