DE2813752C2

DE2813752C2 - Steuereinrichtung für einen elektromechanischen Wandler

Info

Publication number: DE2813752C2
Application number: DE2813752A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kuroiwa; Takao Hitachi Sasayama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1978-03-30
Publication date: 1983-11-03
Also published as: US4366524A; JPS616263B2; JPS53121163A; USRE32035E; DE2813752A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für einen elektromechanischen Wandler, mit

a) einem Magnetventil, das eine Magnetspule und einen hubbeweglichen Bauteil umfaßt, der proportional zu einem der Magnetspule zugeführten elektrischen Eingangssignal verschiebbar ist, um dadurch ein Stellglied, wie eine Ventilnadel anzusteuern,

b) einer Stromquelle zum Erregen der Magnetspule,

c) wenigstens einem Schalter zum Unterbrechen des der Magnetspule von der Stromquelle zugeführten Stroms,

d) einem Generator zum Erzeugen eines aus mehreren Impulsen zusammengesetzten elektrischen Impulssignals zum Betätigen des Schalters, und

e) einer Steuereinrichtung zum Ändern des Tastverhältnisses jedes der dem Schalter zugeführten Impulse.

Ein derartiges Magnetventil in einer Steuereinrichtung zeigt die DE-OS 19 14 765, die ein Antiblockierregelsystem für druckmittelbetätigte Fahrzeugbremsen betrifft Das Tastverhältnis der Steuerstromsignale für das Magnetventil kann dabei so gewählt werden, daß ein um eine bestimmte Mittellage schwankender Druck erreicht wird, d. h. das Verschlußstück des Magnetventils wird jeweils in eine Öffnungsstellung bewegt, in der diese Druckwerte sich einstellen, so daß einem bestimmten Tastverhältnis eine bestimmte mittlere

ίο Verschlußstückstellung entspricht Eine Abhängigkeit des Öffnungsgrades des Ventils von der Impulslänge besteht dabei nicht und es handelt sich nicht um ein proportional arbeitendes Ventil, sondern um Ventile für Zweipunktsteuerung.

In dem Aufsatz »Aufbau und Verhalten elektrisch angesteuerter hydraulischer Geräte« in der Zeitschrift »Industrie-Anzeiger« 1976, S. 1234—1239, werden Proportionalmagnete beschrieben, bei denen der Hub proportional der Größe des steuernden Stromes ist

Allgemein sind elektromechanische Wandler be-

mit einem Proportional-Magnetventil, das eine mechanische Ausgangsgröße erzeugt, die einer seinem Eingang zugeführten elektrischen Eingangsgröße entspricht;

mit einem Ein-Aus- oder Schalt-Magnetventil, das eine mechanische Ausgangsgröße liefert, die entweder einen Niedrigst- oder einen Höchstwert annimmt in Abhängigkeit davon, ob die zugeführte elektrische Eingangsgröße über oder unter einem vorgegebenen Bezugs- oder Schwellwert liegt; und
in Form eines Servo- oder Schrittmotors.
Letztere bedingen hohe Kosten, eine geringe Regelgenauigkeit, eine langsame Ansprechzeit usw. im Vergleich zu den beiden anderen genannten Wandlern.

Aber auch bei den anderen elektromechanischen Wandlern ergeben sich spezielle Probleme. Dabei treten bei dem Proportional-Magnetvent-l folgende Probleme auf:

a) Dieser elektromechanische Wandler erzeugt eine mechanische Ausgangsgröße, J. h. eine Verschiebung oder Kraft entsprechend der elektrischen Eingangsgröße, d. h. dem ihm zugeführten Eingangsstrom. Ein Ausgangssignal seiner Steuerschaltung muß daher digital-analog-umgesetzt werden, wenn eine Digitaleinheit wie etwa ein Mikrocomputer in der Einrichtung verwendet wird,
b) Es besteht die Gefahr, daß die mechanische Ausgangsgröße Hysterese bzw. einen Schaltunempfindlichkeitsbereich aufweist, wodurch die Regelgenauigkeit verringert wird. Die Bezeichnung ,Hysterese in der mechanischen Größe« bezeichnet hier die Erscheinung, daß die Lage des Kolbens des Magnetventils aufgrund eines der Magnetspule zugeführten Konstantstromwerts verschieden ist in Abhängigkeit davon, ob der Kolben einen Vorwärtsoder einen Rückwärtshub ausführt,
c) Eine Einheit zum Ausgleichen der elektromagnetischen Kraft, d. h. ein Federsystem, wird zum Erzeugen der mechanischen Größe entsprechend der elektrischen Eingangsgröße verwendet. Infolgedessen besteht die Gefahr, daß das Proportional-Magnetventil durch Störungen wie z. B. von außen einwirkende Vibrationen nachteilig beeinflußt wird. Bei einem elektromechanischen Wandler in

Form eines Ein-Aus- oder Schalt-Magnetventils treten folgende Probleme auf:
d) Das Schaltventil erzeugt eine mechanische Grö-

Be, d. h. eine Verschiebung, als Ausgangsgröße, die entweder einen Niedrigst- oder einen Höchstwert annimmt in Abhängigkeit davon, ob die seinem Eingang zugeführte elektrische Größe über oder unter einem vorgegebenen Schwellwert liegt Das heißt, das Schalt-Magnetventil hat die Eigenschaft, daß es überhaupt keine mechanische Verschiebung erzeugt, wenn seinem Eingang keine vorgegebene elektrische Größe zugeführt wird. Um die der elektrischen Größe entsprechende mechanische Ausgangsgröße zu erhalten, ist es also erforderlich, das Tastverhältnis der dem Schalt-Magnetventil zugeführten elektrischen Eingangsgröße zum unmittelbaren Steuern eines Drucks z. B. des Druckunterschieds an der Luftdüse, zu steuern, oder ein Druckmittel, z. B. das Ansaugvafoium des Motors oder das Lufttrichtervakuum, als Betätigungsquelle zu verwenden und die Größe derselben zum indirekten Steuern eines druckempfindlichen Glieds, z. B. einer Membran, zu verstellen, wobei die Membran einen Druck in eine mechanische Größe wie z. B. eine Verschiebebewegung umwandelt Selbst wenn also die dem Schalt-Magnetventil zugeführte elektrische Eingangsgröße den vorgegebenen Schwellenwert innerhalb einer kurzen Dauer, die kürzer als die Mindestansprechzeit, die die mechanische Größe (Verschiebung) benötigt, um von ihrem Niedrigst- auf ihren Höchstwert zu kommen, übersteigt, kann das Schalt-Magnetventil der Änderung der Einganggröße innerhalb einer so kurzen Periode nicht folgen, und es erfolgt daher keine Änderung der mechanischen Größe. Somit ändert sich die mechanische Größe in dem Bereich nicht in dem das Ein-Aus-Periodenverhältnis, d. h. das Tastverhältnis der elektrischen Eingangsgröße, klein ist, und damit ergibt sich ein Schaltunempfindlichkeitsbereich, der später unter Bezugnahme auf F i g. 1 erläutert wird.

e) Aufgrund der ständigen Hin- und Herbewegung des mechanischen Bauteils, z. B. der Ventilnadel, zwischen dem Niedrigst- und dem Höchstwert des vollen Hubs tritt an Teilen wie dem Lager, dem Ventilsitz und dem Anschlag, an denen die Ventilnadel anliegt, ein hoher Werkstoffverschleiß auf, und ferner wird ein starkes Geräusch an den von der Ventilmdel berührten Teilen enumgt

Da das Tastverhältnis der dem Schalt-Magnetventil zugeführten elektrischen Eingangsgröße so gesteuert ist, daß es die mechanische Ausgangsgröße des Ventils zwischen eii^m Mindest- und einem Höchstwert steuert, besteht die Gefahr, daß Schwingunjen oder Druckwelligkeit in der mechanischen Endgröße, z. B. dem negativen Druck in der Luftdüse, auftreten.

Um elektromechanische Wandler für verschiedene Steuer- oder Regelzwecke zuverlässig in Kraftfahrzeugen verwenden zu können, ist es erforderlich, sich mit diesen Problemen auseinanderzusetzen.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, einen elektromechanischen Wandler der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß er eine einer elektrischen Eingangsgröße proportionale mechanische Ausgangsgröße liefert, wodurch ein exaktes Ansprechen auf die Eingangsgröße bewirkbar ist

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Anspruch 1 ingeführten Merkmale. Im A ispruch 2 sind zweckmäßige weitere Ausbildungen gekennzeichnet.

Durch die Erfindung ergeben sich die folgenden Vorteile:

1. Ein elektrcmechanischer Wandler, z.B. ein Proportional-Magnetventil, der eine mechanische Ausgangsgröße entsprechend einer elektrischen Eingangsgröße erzeugt, wird von einem digitalen elektrischen Signal betätigt Daher sind ein Digital-Analog-Umsetzer sowie ein Umsetzerausgangssignal-Verstärker, die beim Stand der Technik er-

lö forderlich sind, nicht mehr nötig und die Kosten verringern sich. Auch die Anzahl der elektronischen Bauteile, insbesondere der Leistungstransistor, kann verringert werden, wodurch die Betriebszuverlässigkeit der Schaltung erhöht wird.

2. Ein- und Aus-Zustand der elektrischen Eingangsgröße werden mit gleichbleibender Dauer wiederholt die kürzer als die Mindestansprechzeit für den vollen Hub eines Kolbens oder einer Ventilnadel, die von der mechanischen Ausgangsgröße des Wandlers verschoben wird, ist und das Tastverhältnis der elektrischen Eingangsgröße wird so gesteuert daß eine analoge mechanische Ausgangsgröße erhalten wird. Diese analoge mechanische Ausgangsgröße hat eine sehr kleine digitale mechanische Größenkomponente oder eine sehr kleine Yibrations-Hubkomponente W, die die Hysterese oder Schaltunempfindlichkeit, die in der mechanischen Ausgangsgröße des Wandlers erscheint, beseitigt

3. Es sind zwei Schaltelemente für den periodischen Ein-Aus-Zustand der dem elektromechanischen Wandler zugeführten elektrischen Größe vorgesehen, und elektrische Signale mit entgegengesetztem Tastverhältnis werden diesen beiden Schaltelementen zugeführt Daher erceugt der Wandler eine mechanische Ausgangsgröße sowohl in positiver als auch in negativer Richtung in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen den Tastverhältnissen der den Schaltelementen zugeführten elektrischen Eingangsgrößen.

4. Dur<-h Anwendung des elektromechanischen Wandlers als Stellglied für die Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in einem Vergaser mit Dreistoffkatalysator ist die Einstellgenaui^keit des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses verbescerbar, die Kosten der Steuerschaltung werden gesenkt und ihre Betriebszuverlässigkeit wird verbessert

5. Bei Anwendung des elektromechanischen Wandlers als Stellglied für die Einstellung der rückgeführten Abgasmenge und auch für die Einstellung des Kraftstoff-Luft Verhältnisses in einem Verbrennungs-Steuersystem, das einen Mikrocomputer enthält, wird die Einsteilgenauigkeit der rückgefüwrteii Abgasmenge und des Kraftstoff-Luft-Verhilltnisses verbessert, die Kosten der Steuerschaltung werden gesenkt und ihre Betriebszuveriässigkeit wird verbessert

6. Einer der Nachteile eines Ein-Aus-oder Schah-Magnetventils ist c*?r Schaitunempfindlichkeitsbereich (vgl. F i g. 1), der aufgrund des Anlegens eines elektrischen Eingangssignals mit kleinem Tastverhältnis auftritt. Ein solcher Schaltunempfindlichkeitsbereich kann bei Anwendung des erfindungsgemäßen Wandlers beseitigt werden.

7. Ein weiterer Nacht.-il dee Schalt-Magnetventüs ist das Geräusch, das während der Rückbewegung der gleitenden Teile des Magnetventils, die zwischen dem kleinsten und dem größten Punkt des

vollen Hubs- hin-und hergehen, beobachtet wird. Ein solches Geräusch wird durch Verwendung eines Proportional-Magnetventils und durch Steuern des Tastverhältnisses der diesem zugeführten elektrischen Eingangsgröße im wesentlichen beseitigt. Der bei dem Proportional-Magnetventil auftretende Werkstoffverschleiß ist ebenfalls geringer als bei dem Schalt-Magnetventil.
8. Die mechanische Ausgangsgröße des elektromechanischen Wandlers hat eine sehr kleine digitale mechanische Komponente oder eine sehr kleine Vibrations-Hubkomponente W mit hoher Frequenz, wie bereits erläutert wurde. Der Wandler wird daher im wesentlichen überhaupt nicht durch Störungen wie externe Vibrationen nachteilig be- is einflußt, da unmittelbar eine große elektromagnetische Kraft erzeugt wird.

Auslührungsbeispieie der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläuten. Es zeigt

Fig. 1 die Arbeitskennlinie eines Schalt-Magnetventils, wobei das Vorhandensein eines schaltunempfindlichen Bereichs veranschaulicht ist;

Fig. 2 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht des Aufbaus eines Kolben-Magnetventils;

F i g. 3 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht des Aufbaus eines Proportional-Magnetventils mit beweglicher Spule;

F i g. 4A den Signalverlauf einer Spannung, die einem Magnetventil als Eingangsgröße zugeführt wird;

Fig.4B die Hub-Ansprechkennlinie des Kolbens eines Magnetventils bei Anlegen einer Eingangsspannung nach Fig.4A;

F i g. 4C den Verlauf einer Steuersignalspannung mit einer Zeitdauer Ti, die kürzer als die Mindestzeitdauer

τ r.-i_ j it i_i..u J_A- k4_n~«_».._A«»:iL_nu._A_.. :.»

10 'UI UCII TUlICIl 1 IUU UM lTl«lglt\.lT\.llltirt\Sil^X.ll3 13t, wobei ein dtrartiger Spannungsverlauf zum Steuern mittels der Einrichtung nach der Erfindung verwendet wird;

Fig.4D die Hubkennlinie des Magnetventilkolbens aufgrund des Eingangsspannungssignals nach F i g. 4C;

F i g. 5 das schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Einrichtung nach der Erfindung;

F i g. 6A einen Steuersignalverlauf ähnlich F i g. 4C, der zum Steuern des Magnetventils durch die Einrichtung nach der Erfindung verwendet wird, wobei jedoch drei verschiedene Einschaltdauern 7<, Ts und Tt für die gleiche Zeitdauer Ti dargestellt sind;

F i g. 6B den Verlauf eines der Magnetventilspule zugeführten Stroms zur Veranschaulichung von drei verschiedenen Stromsignalen, die jeweils den drei Signalverläufen nach Fig.6A entsprechen;

F i g. 6C ein Diagramm des Hubverlaufs des Magnetventilkolbens zur Verdeutlichung von drei verschiedenen Hubverläufen, die jeweils den Spannungs- und Stromsignalen nach den Fi g. 6A und 6B entsprechen;

F i g. 7A die Beziehung zwischen dem Tastverhältnis und dem Spulenstrom des Magnetventils;

F i g. 7B die Beziehung zwischen dem Spulenstrom und dem Kolbenhub des Magnetventils;

F i g. 7C die Beziehung zwischen dem Tastverhältnis und dem Kolbenhub des Magnetventils;

F i g. 8 das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispieis zum Steuern eines elektromechanischen Wandlers bzw. eines Proportional-Magnetventils;

Fig.9 das Verhältnis zwischen dem Tastverhältnis und dem Kolbenhub des Proportional-Magnetventils bei Steuerung entsprechend F i g. 8.

Unter Bezugnahme auf F i g. 1 wird der schaltunempfindliche Bereich erläutert. Es sei angenommen, daß TB bzw. TA die Einschaltdauer einer an das Schalt-Magnetventil angelegten Spannung Vbzw. eine Periode der angelegten Spannung V bedeuten. Danin ist der Hub des Kolbens des Magnetventils Null, d. h. der Kolben verschiebt sich nicht, wenn die Einschaltdauer TB kurz oder wenn das Tastverhältnis klein ist. In einem solchen Fall ergibt sich ein schaltunempfindlicher Bereich.

Die F i g. 2 und 3 zeigen schematisch den Aufbau von zwei Arten des erwähnten Proportional-Magnetventils. Dabei zeigt F i g. 2 ein Kolben-Magnetventil und F i g. J ein Magnetventil mit beweglicher Spule.

Nach Fig. 2 umfaßt das Proportional-Kolbenmagnetventil eine Magnetspule 101, die eine elektromagnetische Kraft erzeugt, einen Kolben 102, der proportional zu der von der Spule 101 erzeugten elektromagnetischen Kraft verschoben wird, eine Vcniiinadei iö3, die der Verschiebung des Kolbens 102 folgt und den Öffnungsbereich eines zugeordneten Stellglieds bestimmt, ein Lager 104 für eine gleichmäßige Hin- und Herbewegung der Ventilnadel 103, eine Feder 105, die den Kolben 102 stabil in seiner Ausgangslage hält und die von der Spule 101 erzeugte elektromagnetische Kraft ausgleicht, um die Verschiebelage des Kolbens 102 zu bestimmen, und einen externen Anschluß 106, durch den die Spule /01 mit Strom gespeist wird.

Nach Fig.3 umfaßt das Proportional-Magnetventil mit beweglicher Spule einen Magneten 107, der ein Magnetfeld erzeugt, ein äußeres Joch 109 und ein inneres Joch 110, mit deren Hilfe ein Teil des vom Magneten

107 erzeugten Magnetfelds auf eine Spule 108 gerichtet wird, einen Spulenkörper 111, der ortsfest die Windungen der auf ihn gewickelten Spule 108 trägt, einen äußeren Anschluß 112 zur Stromzufuhr zur Spule 108, eine Feder 113, die die vor. der Spule 108 erzeugte Kraft ausgleicht zwecks proportionaler Verschiebung der Spule

108 und des Spulenkörpers 111, die zusammen im folgenden als bewegliche Spule bezeichnet werden, eine Ventilnadel 114, die der Verschiebebewegung der beweglichen Spule folgt zum Bestimmen des Öffnungsbereichs eines zugeordneten Stellglieds und ein Lager 115 für eine gleichmäßige Hin- und Herbewegung der Ventilnadel 114.

Derartige Magnetventile haben eine Ansprechkennlinie entsprechend den Fig.4A und 4B. Wenn an die Spule des Magnetventils eine stufenförmige Spannung angelegt wird, spricht das Magnetventil auf die angelegte Spannung mit einer Hubkennlinie entsprechend F i g. 4B an. Aus F i g. 4B ist ersichtlich, daß in dem Hub des Kolbens oder der Ventilnadel eine Zeitverzögerung T\ erster Ordnung aufgrund des verzögerten Ansprechens während der Anstiegszeit des der Spule 101 oder 108 zugeführten Stroms sowie auch aufgrund z. B. des Widerstands des Lagers 104 oder 115 gegen die Verschiebebewegung der Ventilnadel 103 oder 114 auftritt Wenn die an das Magnetventil angelegte stufenförmige Spannung verschwindet, ist der der Spule 101 oder 108 des Magnetventils zugeführte Strom ebenfalls auf Null verringert, und in diesem Fall tritt ebenfalls eine Zeitverzögerung T₂ erster Ordnung im Hub des Kolbens oder der Ventilnadel des Magnetventils auf, und zwar z. B. aufgrund der Rückstoßkraft der Schraubenfeder 105 oder 113. Diese Zeitverzögerungen T\ und T₁ nehmen verschiedene Werte an in Abhängigkeit von Faktoren wie der Windungszahl und dem Drahtdurchmesser der Spulen und der Federkonstanten der Druckfedern in

den Magnetventilen. Bei den meisten normalerweise verwendeten Magnetventilen der erläuterten Art ist die Zeitverzögerung Γι ungefähr gleich der Zeitverzögerung Ti, d. h. T\ «j Ti.

Im Rahmen dieser Erläuterung wird das Zeichen T₀ verwendet, um T\ und Tt darzustellen.

Die Steuereinrichtung nach F i g. 5 wird bevorzugt zum Steil/m eines Proportional-Magnetventils mit den vorher erläuterten Zeitverzögerungskennlinien verwendet. Die F i g. 4C, 4D und 6A, 6B, 6C zeigen Arbeits- Signalverläufe in verschiedenen Teilen des Magnetventils, wenn das Tastverhältnis einer an das Magnetventil angelegten Impulsspannung geändert wird.

Es sollen zuerst der Aufbau und Betrieb der Steuereinrichtung nach F i g. 5 erläutert werden. Ein Impulssi- is gnalgeber 207, der eine Impulsspannung mit änderbarer Impulsdauer erzeugen kann und an sich bekannt ist, ist mit einem Eingang 204 verbunden. Ein Transistor 203 wird aufgrund ucf dein Eingang 204 zugcfuhrten Spannung eingeschaltet, und eine Gleichspannung von z. B. 12 V wird von einer Gleichspannungsversorgung über einen Widerstand 201 an die Spule 202 des Magnetventils angelegt. Eine Diode 205 ist mit der Spule 202 parallelgeschaltet F i g. 4C zeigt den Verlauf der ar. den Eingang 204 angelegten Impulsspannung V, und Fig.4D zeigt die Hubkennlinie z. B. des Kolbens oder der Ventilnadel des Magnetventils, wenn diese auf die Impulsspannung ^entsprechend F i g. 4C anspricht. Bei einem üblichen Proportional-Magnetventil beträgt 7"₀ ca. 15—20 ms. Wenn nun die Impulsdauer der am Magnetventil anlegenden Impulsspannung V so eingestellt ist, daß T₃ (vgl. F i g. 4C) kürzer als T₀ ist, dann ist das Tastverhältnis durch TJTz bestimmt, wie aus Fig.4C ersichtlich ist. In diesem Fall verläuft die Hubkennlinie des Kolbens oder der Ventilnadel des Magnetventils entsprechend F i g. 4D. Der Wert der angelegten Spannung V entsprechend F i g. 4C unterscheidet sich von demjenigen nach F i g. 4A, um Gleichheit zwischen dem vollen Hubwert Sf nach F i g. 4D und demjenigen nach F i g. 4B zu erreichen. Wenn das Tastverhältnis z. B. auf T₅/ T₃ und TfJ 7j geändert wird (vgl. die Strichpunktlinie und die Strichlinie in F i g. 6A), ändert sich der der Spule des Magnetventils zugeführte Strom / entsprechend (vgl. F i g. 6B), und der Hub Sdes Kolbens oder der Ventilnadel des Magnetventils ändert sich ebenfalls entspre- chend (vgl. Fig.6C). Aus den Fig.6A-C ist ersichtlich, daß die Schwingungsamplitude des Hubs des Kolbens oder der Ventilnadel W\ bzw. W₂ bzw. W₃ ist, wenn das Tastverhältnis TfJT₃ (vgl. Strichlinie) bzw. TJT₃ (vgl. Vollinie) bzw. T₅/ T₃ (vgl. Strichpunktlinie) ist Somit ist ersichtlich, daß die Schwingungsamplitude im Hub kleiner ist, wenn das Tastverhältnis TfJT₃ und T₅ZT₃ ist, als wenn das Tastverhältnis TJT₃ ist Diese Tatsache ist auch in Fig.7C veranschaulicht, die noch erläutert wird

Der wirksame Wert des der Magnetventilspule zugeführten Stroms ist also dadurch änderbar, daß das Tastverhältnis geändert wird, urd der Hub des Kolbens oder der Ventilnadel ist ebenfalls änderbar, wobei jedoch gleichzeitig ihre Schwingung immer auf einer sehr kleinen Amplitude (Wi, W2, W₃) gehalten werden kann. Diese sehr kleine Schwingungsamplitude nimmt allmählich ab, wenn der Wert der Zeitdauer T₃ relativ zu demjenigen der Zeitverzögerung To abnimmt, und die sehr kleine Schwingungsamplitude nähert sich einem sehr as nahe bei Null gelegenen Wert, wenn die Frequenz z. B. ca. 200 Hz beträgt, d. Il, wenn die Zeitdauer T₃ ca. 5 ms beträgt Die Schwingungsamplitude (Wu W2, W₃) nach F i g. 6C hat einen ziemlich großen Wert, da die Zeitdauer T₃ als sehr lang relativ zur Zeitverzögerung To angenommen ist. Es sei ferner gesagt, daß die Zeichnung unter dem Gesichtspunkt angefertigt wurde, daß eine übertriebene Darstellung der sehr kleinen Schwingungsamplitude in der Zeichnung das Grundprinzip der Erfindung leichter verständlich macht.

Mittel zum Vorsehen einer änderbaren Impulsdauer des vom Impulssignalgeber 207 erzeugten Impulssignale, d. h. Mittel zum Vorsehen eines änderbaren Tastverhältnisses, sind allgemein bekannt und werden daher nicht erläutert.

F i g. 7A zeigt die Beziehung zwischen dem Tastverhältnis und dem effektiven Wert If des der Magnetventilspule nach F i g. 2 oder 3 zugeführten Stroms, wenn die dem Magnetventil zugeführte Eingangsspannung eine konstante Dauer von z. B. T₃ hat, die kürzer als die Mindestansprechzeit To zum Verschieben des Kolbens oder der Vcntünsds! über die gesamte Hublänge ist. und das Tastverhältnis der Eingangsspannung geändert wird, unter der Voraussetzung, daß To absolut größer als T₃ ist. Es ist ersichtlich, daß der effektive Stromwert If im wesentlichen dem Tastverhältnis exakt proportional ist Der effektive Stromwert des der Magnetventilspule zugeführten Stroms und der Hub S des Kolbens oder der Ventilnadel sind zueinander ebenfalls proportional (vgl. Fig.7B). Fig.7C zeigt die Beziehung zwischen dem Tastverhältnis D der Eingangsspannung und dem Hub 5 des Kolbens oder der Ventilnadel des Magnetventils, und es ist ersichtlich, daß die beiden Werte ebenfalh zueinander proportional sind. Wie jedoch unter Bezugnahme auf die F i g. 4C, 4D₁ 6A, 6B und 6C erläutert wurde, ist die sehr kleine Schwingungsamplitude (W₁, W₁, W₃) für den Fall von T₀ » T₃ anstatt To >■ T₃ angenommen, um die Schwingungsamplitude zum besseren Verständnis der Erfindung übertrieben darzustellen.

Nach Fig.8, die ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt, werden zwei Impulssignale mit genau entgegengesetztem Tastverhältnis von einem bekannten Impulssignalgeber 309 erzeugt und an zwei Eingänge 301 bzw. 302 angelegt. Der Ein-Zustand des ersten an den Eingang 301 angelegten Impulssignals erstreckt sich z. B. über 20% einer Periode, während der Ein-Zustand des dem Eingang 302 zugeführten zweiten Impulssignals z. B. 30% einer Periode beträgt (vgl. F i g. 8). Somit besteht ein Verhältnis von 7 :3 zwischen der Ein-Periode der an die Basis eines Transistors 303 angelegten Spannung und der Ein-Periode der an die Basis eines weiteren Transistors 304 angelegten Spannung, und 70% des Stroms wird von einem Versorgungsanschluß 305 mit 12 V zu einem Proportional-Magnetventil 308 über einen Widerstand 307 geliefert und fließt zum Transistor 3103. Andererseits werden die verbleibenden 30% Strom dem Proportional-Magnetventil 308 über einen weiteren Widerstand 306 zugeführt und fließen zum Transistor 304. Wenn umgekehrt die Ein-Periode der an die Basis des Transistors 304 angelegten Eingangsspannung größer als diejenige der an die Basis des Transistors 303 angelegten Eingangsspannung ist, ist der der Magnetventilspule zugeführte Stromanteil offensichtlich im ersten Fall größer als im letztgenannten Fall. Wenn daher das Verhältnis zwischen der Dauer des Stromflusses zum Transistor 303 und derjenigen zum Transistor 304 7 :3 ist wird der Kolben oder die Ventilnadel des Magnetventils so verschoben, daß dieses Glied seinen vollen Hub in positiver und negativer Richtung mit Raten von 70% bzw. 30% der Gesamtdauer

ausführt. Da jedoch die Eingangsspannung tatsächlich bei einer Dauer abgeschaltet wird, die ausreichend kürzer als die Mindestansprechzeit für den vollen Hub (den Höchsthub in positiver oder negativer Richtung aus der Neutraistellung) des Kolbens oder der Ventilnadel ist, führt der Kolben bzw. die Ventilnadel einen mittleren Hub in positiver Richtung aus, der das vorher erläuterte Verhältnis erfülk F i g. 9 zeigt die Hubkennlinie des Magnetventils, wenn das Verhältnis zwischen den Tastverhältnissen der beiden Eingangssignale in der erläuterten Weise geändert wird. Der in positive Richtung gehende Teil der Horizontalachse stellt das Tastverhältnis der an den Eingang 301 angelegten Spannung dar, und der in negative Richtung gehende Teil der Horizontalachse stellt das Tastverhältnis der an den Eingang 302 angelegten Spannung dar. Das Tastverhältnis D₃₀₂ der an den Eingang 302 angelegten Spannung ist D₃₀₂ = 1, wenn das Tastverhältnis D₃₀] der an den Ein-

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©·"■■© -"»■ UIi^ViUgIVIi wpuiiiiuiig ⁴^JUl — V, UIlU III UIl.3l.HI Fall fließt der Strom vollständig zum Transistor 304, so daß der Kolben oder die Ventilnadel in der voll verschobenen negativen Hubstellung gehalten wird. Wenn andererseits D₃₀I = 0, so ist D₃₀I = 1, und in diesem Fall fließt der Strom vollständig zum Transistor 303 und hält den Kolben oder die Ventilnadel in der voll verschobenen positiven Hubstellung. Bei D₃₀I = 0,5 und Dm = 0,5 wird der Kolben oder die Ventilnadel in der Neutralstellung 0 zwischen dem positiven Hub +5 und dem negativen Hub — Sgehalten.

Es ist ersichtlich, daß die Steuereinrichtung nach F i g. 8 zwei Schaltglieder mit jeweils entgegengesetzten Ein-Aus-Zuständen für die Ein-Aus-Zusiände der zugeführten Eingangsspannungen umfaßt, so daß die Flußrichtung des der Magnetventilspule zugeführten Stroms änderbar ist in Abhängigkeit vom Verhältnis zwischen den Tastverhältnissen der den beiden Schaltgliedern zugeführten Eingangsimpulse und der Kolben bzw. die Ventilnadel des Magnetventils sowohl einen positiven als auch einen negativen Hub ausführen kann. Es ist ersichtlich, daß die Hubkennlinie nach Fig.9 derjenigen nach F i g. 7C insofern ähnlich ist, als sie eine sehr kleine Vibrations-Hubkomponente W aufweist, die bewirkt, daß die Hysterese des bisher erläuterten Hubs beseitigt wird. Der der Magnetventilspule zugeführte Strom muß stabilisiert werden, so daß die Genauigkeit des Propovtionalitätsverhältnisses nach den F i g. 7C und 9 sichergestellt ist. Eine Batterie erfüllt diese Forderung im allgemeinen, aber es ist erwünscht, eine Konstantspannungsqucl'iC oder cine KoriStanistrornqucIlc vorzüschen, um dadurch die Genauigkeit des Proportionalitätsverhältnisses zu erhöhen.

Eines der Merkmale des Ausführungsbeispiels nach ¹ den Fig.8 und 9 besteht darin, daß die Sicherheit garantiert werden kann, wenn das Ventilglied, z. B. die Ventilnadel, so angeordnet ist, daß es im Fall einer Gefahrensituation, in der das Magnetventil aufgrund eines Versagens der Steuerschaltung nicht richtig betätigt wird, in eine geeignete minimal gefährliche Stellung, z. B. die Neutralstellung 0 nach F i g. 9, zurückgebracht werden kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung für einen elektromechanischen Wandler, mit

b) einer Stromquelle zum Erregen der Magnetspule,

d) einem Generator zum Erzeugen eines aus mehreren Impulsen zusammengesetzten elektrischen Impulssignals zum Betätigen des

V.I1O1LC13 UIlU

e) einer Steuereinrichtung zum Ändern des Tastverbältnisses jedes der dem Schalter zugeführten Impulse,

dadurch gekennzeichnet,daß
jeder der Impulse eine konstante Zeitdauer (T₃) hat, die kürzer als die Mindestzeitdauer (T₀) ist, die zur Ausführung des vorbestimmten vollen Hubs (Sp)dcs hubbeweglichen Bauteils (102, 108) erforderlich ist

2. Steuerein -vhtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

— daß das Schaltglied aus zwei Schaltelementen (303, 304) besteht, die so angeordnet sind, daß das hubbewegliche Bauteil i>> einer erste Richtung bewegbar ist, wenn das eine (303 oder 304) der beiden Schaltelemente eingeschaltet ist, und in eine zweite, zur ersten Richtung entgegengesetzte Richtung bewegbar ist, wenn das andere Schaltglied (304 oder 303) eingeschaltet ist und

— daß das eine (303 oder 304) Schaltelement im Aus-Zustand gehalten wird, wenn das andere (304 oder 303) Schaltelement sich im Ein-Zustand befindet