DE2049431B2

DE2049431B2 - ELECTROMAGNETIC DRIVE FOR CONTROL VALVES

Info

Publication number: DE2049431B2
Application number: DE19702049431
Authority: DE
Inventors: Günter 7140 Ludwigsburg Ambacher
Original assignee: Herion-Werke Kg, 7012 Fellbach
Priority date: 1970-10-08
Filing date: 1970-10-08
Publication date: 1971-11-18
Also published as: DE2049431A1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Antrieb zur stufenlosen Einstellung von Ventilen, die durch einen mit einem beweglichen Anker versehenen Elektromagneten mit zwei Wicklungen betätigbar sind. The invention relates to an electromagnetic drive for stepless Adjustment of valves operated by a movable armature Electromagnets can be operated with two windings.

Mit der zunehmenden Automatisierung von Arbeitsvorgängen wird die Forderung erhoben, Flüssigkeits- oder Gasströme und Drücke nicht nur durch Auf-, Zu-Betätigung zu steuern, sondern eine kontinuierliche Regelung durch entsprechende Betätigung der Steuerelemente zu erreichen. With the increasing automation of work processes, the Demand raised, liquid or gas flows and pressures not only through upward, To control actuation, but a continuous regulation by appropriate Actuation of the controls to achieve.

Es ist nun ein Ventil mit einem Anker und zwei Magnetwicklungen bekannt, die alternativ arbeiten und den Anker jeweils in eine von zwei Endstellungen schalten. Eine stufenlose Einstellung des Ankers ist jedoch nicht möglich. A valve with an armature and two magnet windings is now known, which work alternatively and each switch the armature to one of two end positions. A stepless adjustment of the armature is not possible, however.

Es ist ferner ein Ventil bekannt, das abhängig von einem Sollwert und einem Istwert geregelt wird, wozu jedoch ein konstruktiv aufwendiger Stellmotor erforderlich ist. It is also known a valve that depends on a setpoint and an actual value is regulated, but for this purpose a structurally complex servomotor is required.

Bei einem weiteren bekannten Ventil wird der Anker mit Hilfe eines regelbaren Spulenstromes verstellt, wobei die Gegenkraft durch eine Feder ausgeübt wird. Eine Regelung in Abhängigkeit von einem Istwert und einem Sollwert läßt sich jedoch mit diesem Ventil nicht erreichen. In another known valve, the armature with the help of a adjustable coil current adjusted, the counterforce exerted by a spring will. A regulation as a function of an actual value and a setpoint value can be achieved however, do not achieve this with this valve.

Bei einem ebenfalls vorbekannten Dampfdruckregler wird der Spulenstrom eines Elektromagneten zwar abhängig von einem Istwert geregelt, eine Sollwertregelung ist jedoch nicht möglich. Die Regelung erfolgt durch Kurzschließen von Windungen eines Widerstandes mit Hilfe von Quecksilber, was relativ aufwendig und nicht sehr genau ist. In the case of a steam pressure regulator that is also previously known, the coil current is of an electromagnet is regulated as a function of an actual value, a setpoint regulation however, it is not possible. The regulation takes place by short-circuiting the windings a resistor with the help of mercury, which is relatively expensive and not very is accurate.

Schließlich ist ein Regler für die Stellgeschwindigkeit eines Ventils bekannt, bei welchem eine Wicklung einem Hauptmagneten und eine andere Wicklung einem Steuermagneten zugeordnet ist und zwei getrennt voneinander arbeitende Istwertabtastungen vorgesehen sind, wobei die beiden Magneten unabhängig voneinander betätigt werden. Dieses Ventil ist konstruktiv und steuertechnisch sehr aufwendig und kompliziert aufgebaut. Finally, there is a controller for the actuating speed of a valve known in which one winding is a main magnet and another winding is assigned to a control magnet and two actual value scannings working separately from one another are provided, the two magnets being operated independently of one another. This valve is very expensive and complicated in terms of construction and control built up.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Antrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, der es ermöglicht, die Steuerglieder von Ventilen oder Schiebern in konstruktiv einfacher Weise stufenlos zu verstellen. The invention is based on the object of an electromagnetic To create a drive of the type mentioned, which allows the control members infinitely variable adjustment of valves or slides in a structurally simple manner.

Erfindungsgemäß wird dies bei dem obengenannten elektromagnetischen Antrieb dadurch erreicht, daß die eine Wicklung durch eine konstante Spannung und die andere Wicklung durch eine von der Differenz zwischen Soll- und Ist-Stellung des Magnetankers abhängige, der konstanten Spannung überlagerbare Spannung erregbar ist. According to the invention, this is the case with the above-mentioned electromagnetic Drive achieved in that the one winding by a constant voltage and the other winding by one of the difference between the target and the actual position of the armature dependent, the constant voltage superimposed voltage can be excited is.

Der erfindungsgemäße Antrieb ermöglicht es, innerhalb eines vorgegebenen Bereiches, Ventile ohne Verwendung von Servo-Ventilen oder Servo-Motoren abhängig von einem Istwert und einem Sollwert stufenlos zu verstellen. The drive according to the invention makes it possible within a predetermined Range, valves without the use of servo valves or servo motors infinitely variable from an actual value and a setpoint value.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further features of the invention emerge from the subclaims.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert, in der F i g. 1 schematisch die Schaltung des erfindungsgemäßen Stellantriebs zeigt; F i g. 2 zeigt die Zugkraftkennlinie des Gleichstrommagneten. An example embodiment of the invention is provided below explained in detail with reference to the drawing, in FIG. 1 schematically shows the circuit of the actuator according to the invention shows; F i g. 2 shows the tractive force characteristic of the DC magnet.

In Fig. 1 ist mit 10 der erfindungsgemäße Stellantrieb bezeichnet, der einen Elektromagneten 12 umfaßt, der in nicht dargestellter Weise mit dem zu regelnden Ventil verbunden ist. Der Elektromagnet 12 hat ein Gehäuse 14, in welchem eine Hülse 15 angeordnet ist, auf die zwei Wicklungen 16 und 18 gewickelt sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Wicklungen 16 und 18 räumlich durch einen Bund 20 getrennt. Der Bund 20 kann jedoch auch entfallen, und die Wicklungen 18 und 16 können gemeinsam über die volle Breite der Hülse 15, jedoch mit getrennten Anschlüssen aufgewickelt werden. In Fig. 1, 10 denotes the actuator according to the invention, which comprises an electromagnet 12, which in a manner not shown with the to regulating valve is connected. The electromagnet 12 has a housing 14 in which a sleeve 15 is arranged on which two windings 16 and 18 are wound. In the embodiment shown, the windings 16 and 18 are spatially through a covenant 20 separately. However, the collar 20 can also be omitted, and the windings 18 and 16 can jointly over the full width of the sleeve 15, but with separate Connections are wound.

Der Elektromagnet 12 ist ferner mit einem in Richtung seiner Achse bewegbaren Anker 22 versehen, der einen Stößel 24 besitzt, der in nicht gezeigter Weise mit dem Verschlußteil des Ventils in Verbindung steht. The electromagnet 12 is also with one in the direction of its axis movable armature 22 is provided which has a plunger 24, which is not shown in Way is in communication with the closure part of the valve.

Die Wicklung 16 besitzt Anschlußenden 28, die an eine konstante Spannung angeschlossen sind. Sie kann z. B. über einen Brückengleichrichter aus dem Wechselstromnetz gespeist werden. Die Anschlußenden 30 der Wicklung 18 sind an den Ausgang eines Verstärkers 32, z. B. eines elektronischen Differenzverstärkers, angeschlossen, der sein Eingangssignal vom Abgriff eines Istwertgebers 34 und vom Abgriff eines Sollwertgebers 36, d. h. eine Differenzspannung zwischen der Istwert-Spannung und der Sollwert-Spannung, erhält. Hierzu ist ein Eingang des Verstärkers mit dem Istwertgeber und ein anderer Eingang mit dem Sollwertgeber verbunden. Als Istwertgeber und als Sollwertgeber können zweckmäßigerweise Linear-Potentiometer verwendet werden. The winding 16 has terminal ends 28 which are at a constant voltage are connected. You can z. B. via a bridge rectifier from the AC network be fed. The terminal ends 30 of the winding 18 are connected to the output of a Amplifier 32, e.g. B. an electronic differential amplifier connected, its input signal from the tap of an actual value transmitter 34 and from the tap of a Setpoint generator 36, d. H. a differential voltage between the actual value voltage and the setpoint voltage. For this purpose there is an input of the amplifier with the actual value transmitter and another input connected to the setpoint generator. As actual value encoder and as Setpoint generators can expediently be used with linear potentiometers.

Der Abgriff 38 des Istwertgebers 34 ist, wie F i g. 1 zeigt, über ein Verbindungsglied 40 mit einem Ansatz 26 des Magnetankers22 verbunden, der durch eine Bohrung im Gehäuse 14 des Elektromagneten hindurchtritt. Bei hermetisch dichten Ventilen können an Stelle des Potentiometers als Wegaufnehmer auch andere berührungslos arbeitende induktive oder kapazitive Weggeber verwendet werden. The tap 38 of the actual value transmitter 34 is, as shown in FIG. 1 shows about a connecting member 40 connected to a shoulder 26 of the armature 22, which is through a bore in the housing 14 of the electromagnet passes through it. With hermetically sealed Instead of the potentiometer, valves can also use other non-contact sensors as displacement transducers working inductive or capacitive position transducers can be used.

Die Wicklung 18 wird zweckmäßigerweise mit Niederspannung gespeist. The winding 18 is expediently fed with low voltage.

Fig.2 zeigt die Zugkraftkennlinie des Gleichstrom-Elektromagneten 12. Um ein stabiles Verhalten des Magneten bzw. seines Ankers zu erzielen, sollte der Zugkraftverlauf möglichst eine waagerechte Kennlinie aufweisen. Zweckmäßigerweise wird also nur in dem in Fig. 2 mit Bl bezeichneten Bereich gefahren, während die Abweichungen am Hubanfang und Hubende des Ankers durch eine entsprechende Hubbegrenzung unterdrückt werden. Fig. 2 shows the tractive force characteristic of the direct current electromagnet 12. In order to achieve a stable behavior of the magnet or its armature, the traction curve should have a horizontal characteristic if possible. Appropriately is therefore only driven in the area designated by B1 in FIG. 2, while the Deviations at the start and end of the armature stroke due to a corresponding stroke limitation be suppressed.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Die Wicklung 16 wird, wie bereits erläutert, mit einer konstanten Spannung erregt. Dadurch wird durch den Magneten 12 auf dem Magnetanker 22 eine entgegengesetzt zur Ventilkraft gerichtete Kraft ausgeübt, wodurch dieser in Achsrichtung entsprechend der Kurve 42, die seine Zugkraftkennlinie darstellt, bewegt wird (in Fig. 2 sind auf der X-Achse der Hub des Ankers und auf der Y-Achse seine Zugkraft aufgetragen). The device according to the invention works as follows: The winding 16 is, as already explained, excited with a constant voltage. This will by the magnet 12 on the armature 22 an opposite to the valve force Directed force exerted, causing this in the axial direction according to the curve 42, which represents its tractive force characteristic, is moved (in Fig. 2 are on the X-axis the stroke of the armature and its tensile force plotted on the Y-axis).

Die Wicklung 18 erhält nun über den Verstärker 32 eine zu derjenigen der Wicklungl6 positiv oder negativ gerichtete Erregung. Hierdurch kann die Kraftwirkung der Wicklung 18 verstärkt oder reduziert bzw., wenn gewünscht, praktisch aufgehoben werden. The winding 18 now receives one to that via the amplifier 32 the winding 16 positive or negative directional excitation. This allows the force effect the winding 18 reinforced or reduced or, if desired, practically eliminated will.

Der Sollwertgeber 36 wird hierzu auf die gewünschte Ventilstellung, der eine bestimmte Stellung des Ankers 22 entspricht. eingestellt. Der lstwerlgeber 34 bzw sein Abgriff 38 wird wegabhängig vom Anker 22 über den Ansatz 26 und dac Verbindungsglied 40 betätig@ ist nun die Sohwert-Spannung größer als die Istwert-Spannung, so erhält der Verstärker 32 eine positive Eingangsspannung, wodurch die Wicklung 18 mit einer positiven Spannung erregt und damit die durch die Wicklung 16 auf den Makneten 22 ausgeiibte Kraft verstärkt wird. Ist dagegen die Istwert-Spannung größer als die Sollwert-Spannung. so erhält der Verstärker 32 eine negative Eingangsspannung. wodurch demzufolge die Wicklung 18 mit einer entsprechenden negativen Spannung erregt und damit die von der Wicklung 16 auf den Magneten 22 ausgeübte Kraft vermindert wird. For this purpose, the setpoint generator 36 is set to the desired valve position, which corresponds to a certain position of the armature 22. set. The lestwerlgeber 34 or its tap 38 is path-dependent from the armature 22 via the approach 26 and dac Actuate link 40 @ the actual value voltage is now greater than the actual value voltage, so the amplifier 32 receives a positive input voltage, thereby reducing the winding 18 excited with a positive voltage and thus the through the winding 16 to the Makneten 22 exerted force is increased. If, on the other hand, the actual value voltage is greater than the setpoint voltage. so the amplifier 32 receives a negative input voltage. whereby consequently the winding 18 is energized with a corresponding negative voltage and thus the force exerted by the winding 16 on the magnet 22 is reduced will.

Wenn der Abgleich zwischen Soll- und Istwert erreicht ist. stellt sich nahe dem theoretischen Abgleichpunkt ein Kräftegleichgewicht zwischen Magnetkraft und Ventilkraft ein. Mit anderen Worten. die durch die Wicklung 16 hervorgerufene Erregung wird durch eine positive oder negative Erregung der Wicklung 18 auf den Wert der Ventil-GeCenkraft abjeglichen. Praktisch verbleibt eine geringe positive oder negative Abweichung vom theoretischen Sollwert, die jedoch durch die Verstärkerwirkung des Verstärkers 32 sehr klein gehalten werden kann. When the comparison between setpoint and actual value has been achieved. represents There is an equilibrium of forces between the magnetic force near the theoretical balance point and valve force. In other words. that caused by the winding 16 Excitation is achieved by positive or negative excitation of the winding 18 on the Adjust the value of the valve force. In practice there remains a slight positive or negative deviation from the theoretical target value, which, however, is due to the amplifier effect of the amplifier 32 can be kept very small.

Soll der volle Regelbereich, d. h. von der Kraft Null bis zur Maximalkraft ausgenutzt werden. so werden beide Wicklungen 16 und 18 für dieselbe magnetische Durchflutung ausgelegt. Ist in der Hubanfangslage bereits eine Gegenkraft, z. B. eine vorgespannte Feder. wirksam und damit der Regelbereich kleiner, so kann die Durchflutung der Wic;..-lung 18 entsprechend reduziert werden wodurch die Ausgangsleistung des Verstärkers 32 entsprechend gesenkt wird. Should the full control range, i. H. from force zero to maximum force be exploited. so both windings 16 and 18 become magnetic for the same Designed for flooding. If there is already a counterforce in the initial stroke position, e.g. B. a preloaded spring. effective and thus the control range smaller, the Flooding of the winding 18 can be reduced accordingly, whereby the output power of the amplifier 32 is lowered accordingly.

In F g. 2 gibt die Kurve 44 den Zugkraftverlauf bei maximaler Erregung @ und die Kurve 46 den Zugkraftverlauf bei minimaler Erregung wieder. d. h.. man erreicht den durch B2 dargestellten Regclbereich An Stelie des beschriebenen Soliwert-Potentiometers kann z. B. auch eine Vergleichsspannung eingeführt werden. die beispielsweise durch einen Tacho-Generator erzeugt wird, wodurch eine drehzahlproportionale Verstellung des Magnetankers 22 erzielbar ist. In F g. 2, curve 44 gives the course of the tensile force at maximum excitation @ and curve 46 shows the tractive force curve with minimal excitation. d. h .. man reaches the control range represented by B2 instead of the described setpoint potentiometer can e.g. B. a comparison voltage can also be introduced. for example through a speedometer generator is generated, whereby an adjustment proportional to the speed of the armature 22 can be achieved.

Claims

Claims: I. Electromagnetic drive for stepless adjustment of valves operated by an electromagnet equipped with a movable armature can be operated with two windings. by the fact that one winding (16) by a constant voltage and the other winding (18) by one of the difference between the target and actual position of the armature (22) dependent voltage which can be superimposed on the constant voltage can be excited.

2. Drive according to claim 1, characterized in that the other Winding (18) is connected to the output of an amplifier (32), one of which Input with a setpoint generator (36) and its other input with an actual value generator (34) is connected to the adjustable by the armature (22) of the electromagnet (12) is.

3. Drive according to claim 1 or 2 wherein the actual value transmitter is a linear potentiometer is characterized. that the anchor (22) is provided with a shoulder (26), which is connected to the tap (38) of the potentiometer.