DE2120458A1

DE2120458A1 - Schaltungsanordnung zur genauen Einstellung elektromagnetischer Stellglieder als Funktion einer Gleichspannung

Info

Publication number: DE2120458A1
Application number: DE19712120458
Authority: DE
Inventors: Günther 7000 Stuttgart. G05b 15-02 Hafner
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1971-04-26
Filing date: 1971-04-26
Publication date: 1972-11-02
Also published as: GB1371673A; US3745420A; FR2136681A5; IT957629B

Description

Daim 8929/4 21. April 1971

Daimler-Benz Aktiengesellschaft
Stuttgart-Untertürkheim
Mercedesstraße 135

Schaltungsanordnung zur genauen Einstellung elektromagnetischer Stellglieder als !Funktion einer Gleichspannung.

Die Erfindung "betrifft eine Schaltungsanordnung zur genauen Einstellung elektromagnetischer Stellglieder als Funktion einer Gleichspannung.

Derartige Schaltungsanordnungen werden zum Beispiel benötigt, um über einen Stellmagneten die Regelstange einer Diesel-Einspritzpumpe in Abhängigkeit von der Motordrehzahl zu betätigen.

Ein Problem bei derartigen Schaltungsanordnungen besteht darin, daß die Stellglieder z. B. aufgrund von mechanischer Reibung geringfügigen Änderungen der Steuer-Gleichspannung nicht sofort folgen können.

Demgemäß besteht das Ziel der Erfindung darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mittels der die Stellglieder auch bei nur geringfügigen Änderungen der Steuer-Gleichspannung sicher nachgestellt werden.

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Zur, Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Gleichspannung in eine Rechteekimpulsspannung mit konstanter Amplitude sowie einem derart variierenden Impulsabstand und variierender Impulsbreite zerhackt wird, daß der Mittelwert der Impulsspannunggleich der Gleichspannung ist, und daß die Impulsspannung gegen eine am Stellglied angreifende Vorspannung wirkt. Auf di'ese Weise führt das Stellglied unter dem Einfluß der Impulsspannung eine geringfügige Zitterbewegung aus, die dafür Sorge trägt, daß auch bei geringfügigen Änderungen der Steuer-Gleichspannung die ruhende Reibung sicher überwunden wird.und' eine- genaue Nachstellung des Stellgliedes erfolgt. .

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Gleichspannung über einen Vorwiderstand an den nichtinvertierenden Eingang eines Rechenverstärkers angelegt ist, an dessen invertierendem Eingang ein über einen Widerstand vom Ausgang des Verstärkers aufgeladener Kondensator anliegt, und daß der Ausgang des Verstärkers einen Transistorverstärker steuert, in dessen Ausgangskreis das Stellglied eingeschaltet ist. Bei dieser Ausführungsform liegt der zusätzliche Vorteil vor, daß die [Transistoren des Transistorverstärkers nur im voll geöffneten und voll gesperrten Zustand betrieben werden, so daß eine unerwünschte Ohmsche Erwärmung vorteilhaft erweise vermieden wirdo ^v

Die Verwendung eines Rechenverstärkers bedingt eine einfach und wirtschaftlich durchzuführende Umwandlung der Gleichspannung in eine Rechteckimpulsspannung.

Der Ausgang des Rechenverstärkers ist vorzugsweise über einen Mitkopplungswiderstand mit dem nicht-invertierenden Eingang verbunden. Hierbei verhalten sich die Werte des Mitkopplungs-

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Widerstandes und des Vorwiderstandes vorzugsweise etwa wie 10 ϊ1. Der Kondensator weist vorzugsweise eine Kapazität in der Größenordnung von 1/10 Mikrofarad auf.

Vorteilhaft erweise steuert der Ausgang'des Reclienverstärkers über eine einen Transistor aufweisende Darlington-Schaltung einen Sndtransistor. . Die beiden Transistoren sind vorzugsweise von entgegengesetztem Leitungstyp.

Um den Endtransistor gegen Abschaltspitzan zu schüzen, ist vorzugsweise parallel zu dem Stellglied ein umgekehrt wie die Basis-Emitterstrecke des Endtransistors gepoltc Diode geschaltet.

Zur Vermeidung von Schaltunsicherheiten ist die Ausgangskompensation des Rechenverstärkers vorzugsweise mit einem Kondensator geringer Kapazität belegt.

Das Stellglied ist bevorzugt durch eine Feder gegen die Wirkung der Impulsspannung vorgespannt. Es besteht vorteilhafterweise aus einem Stellmagnet.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, deren einzige Figur die Schaltung einer bevorzugten Ausführungsform zeigt.

Nach der Zeichnung ist ein Rechenverstärker J>6 zwischen zwei Leitungen 4-7, 48 an eine Spannung von 12 Volt gelegt, die z.B. von einer Fahrzeugbatterie stammen kenn. Der nichtinvertiereiide Eingang (+) des Rechenverstärkers ist über einen Vom/iu erst and 37 bxi die Steuergleichspannung Ep angelegt. Der Ausgang des Rechenverstärkers J>6 ist zum einen durch

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einen Mitkopplungswiderstand 42, der. etwa zehnmal so groß wie der Vorwiderstand 37 ist, mit dem nicht-invertierenden Eingang verbunden und liegt zum anderen über "einem Widerstand 38 an einem Kondensator 39 an, der zwischen die Leitung 48 und den invertierenden Eingang (O geschaltet ist. · ·

Des weiteren ist der Ausgang des Rechenverstärkers 36 über einen Spannungsteiler 44,45 an die Leitung 47 angeschlossen.

Ein erster Transistor 40 ist mit seiner Basis an die Yerbindungssteile der Widerstände 44,45 angeschlossen, während sein Emitter in direkter Verbindung mit der Leitung 47 steht. Der Kollektor ist an die Basis eines Endtransistors 41 geschaltet, der vom entgegengesetzten Leitungstyp wie der Transistor 40 ist. Der Kollektor des Transistors 41 ist mit der Leitung 47 verbunden, während sein Emitter an einen Stellmagneten 12 die Rechteckimpuls spannung E^ liefert.

Parallel zu dem Stellmagneten 12 ist eine Diode 43 geschaltet, welche in entgegengesetzter Richtung wie die Basis-Emitterstrecke des Transistors 41 leitend ist.

Die Ausgangskomp ens ation des Rechenverstärkers 36 ist mit einem Kondensator 46 geringer Kapazität belegte

Die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung ist wie folgt:

Beim Anlegen einer Steuer-Gleichspannung Ep, wird der Verstärkerausgang zunächst positiv. Durch die Mitkopplung über den Widerstand 42 erhöht sich die Spannung am nicht-invertierenden Eingang (+) zusätzlich.

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Der Endtransistor 41 ist jetzt gesperrt.

Nach dem Positivwerden des Verstärkerausganges "beginnt sich der Kondensator 39 ,über den Widerstand 38 aufzuladen. Sobald die Spannung am Kondensator 39 den Wert am nichtinvertierenden Eingang (+) erreicht, kippt der als Komparator arbeitende Rechenverstärker um. Sein Ausgang wird jetzt negativ und der Endtransistor 41 schaltet durch. Gleich-" zeitig sinkt die Spannung am Kondensator 39 wieder ab, und die Spannung am nicht-invertier enden Eingang springt um ' den Wert der Mitkopplung nach unten. Nunmehr kippt der Rechenveretärker 36 erst wieder in seine Ausgangslage zurück, wenn die Spannung am Kondensator 39 den Wert am nicht-invertierenden Eingang unterschreitet. Bis zu diesem Zeitpunkt bleibt der Endtransistor 41 durchgeschaltet.

Der Kondensator 46 dient zur Vermeidung von Schaltunsicherheiten. Die mittlere Spannung am nicht-invertierenden Eingang entspricht der Steuerspannung und der mittleren Ladespannung am Kondensator 39·

Die Ausgangsspannung des Rechenverstärkers 36 nimmt also nur zwei Extremwerte an, so daß das Tastverhältnis der Ausgangs spannung der Steuer-Gleichspannung Eg fest zuge ordnet ist. Somit ist die Einschaltdauer des Stellmagneten 12 proportional der Steuer-Gleichspannung Eg.

Ändert sich die Steuer-Gleichspannung innerhalb einer Schaltperiode, um mehr als die Breite der Mitkopplungs-Hysterese, so wird bei Steuerspannungsanstieg ein überlanger Impuls am Ausgang erscheinen. Der Impuls dauert so lange an, bis die Kondensatorspannung das neue Hysterese-Band erreicht hat.

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Bei schnellem Abfall der Steuerspannung ist der Vorgang entsprechend umgekehrt.

Im ganzen wird durch den vorbeschriebenen Effekt ein Vorhalt erzeugt, der die Steligeschwindigkeit des Stellmagneten 12 in vorteilhafter Weise verbessert. Die Endstufe arbeitet nahezu verlustfrei.

Durch geeignete Wahl der Impulsfrequenz wird erfindungsgemäß ein geringfügiges Mitschwingen des Stellgliedes 12 bewirkt, wodurch die mechanische Reibungs-Hysterese entscheidend verringert wird. Die Impulsfrequenz muß also der Massenträgheit des'Stellmagneten angepaßt werden.

Die bevorzugten Werte für die einzelnen Widerstände und Kondensatoren sind wie folgt:

37 i	18 E
38 :	270 £
39 :	0,15/lE¹
42 :	180 £
44 :	2,7 K
45 :	1 £
46 :	22 ρ

-Pat entansprüche-

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Claims

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P atent ansprücli-e

Schaltungsanordnung zur genauen Einstellung elektromagnetischer Stellglieder als Funktion einer Gleichspannung, dadurch gekennzeichnet , daß die Gleichspannung (Ep) in eine Rechteckimpuls spannung (E^) mit konstanter Amplitude sowie einem derart variierenden Impulsabstand und variierender Impulsbreite zerhackt wird, daß der Mittelwert der Impulsspannung (E.,) gleich der Gleichspannung (Ep) ist, und daß die Impuls spannung (E^) gegen eine am Stellglied (12) angreifende Vorspannung wirkt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Gleichspannung (Ep) über einem Vorwiderstand (37) an den nicht-invertierenden Eingang (+) eines Rechenverstärkers (36) angelegt ist, Hn dessen invertierendem Eingang (-) ein über einen Widerstand (38) vom Ausgang des Verstärkers (36) aufgeladener Kondensator (39) anliegt, und daß der Ausgang des Verstärkers (36) einen Transistorverstärker (40,4-1) steuert, in dessen Ausgangskreis das Stellglied (12) eingeschaltet ist.
3-· Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgang des Rechenverstärkers (36) über einen Mitkopplungswiderstand (4-2) mit dem nicht-invertierenden Eingang (+) verbunden ist.
4-, Schaltungsanordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß sich die Werte des Mitkopplungswiderstandes (4-2) und des Vorwiderstandes (37) etwa wie 10 : 1

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verhalten.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4-, - dadurch "gekennzeichnet , daß der Kondensator (39) eine Kapazität in der Größenordnung von ein Zehntel Mikrofarad hat.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgang

■ des Rechenverstärkers (36).über eine einen Transistor (4-0) aufweisende Darlington-Schaltung einen Endtransistor (4-1) steuert.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transistoren (4-0,4-1) vom entgegengesetzten Leitungs-Typ sind.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7j dadurch g e kennz eichnet, daß parallel zu dem Stellglied (12) ein umgekehrt wie die Basis-Emitterstrecke des Endtransistors (4-1) gepolte Diode (4-3) geschaltet ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Anspräche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangskompensation des Rechenverstärkers (36) mit einem Kondensator (4-6) geringer Kapazität belegt ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche _s dadurch gekennzeichnet , daß das Stellglied (12) durch eine Feder gegen die Wirkung der Impulsspannung vorgespannt ist.
11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Stellglied ein Stellmagnet (12) ist.

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