DE3147559A1

DE3147559A1 - Magnetantrieb fuer ventile

Info

Publication number: DE3147559A1
Application number: DE19813147559
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 8770 Lohr/Main Lukasczyk
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1981-12-01
Filing date: 1981-12-01
Publication date: 1983-06-09
Also published as: US4458289A; JPS58113678A; DE3147559C2

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen Magnetantrieb für Ventile, bei dem die Betätigungskraft des Tauchankers dem der Wicklung zugeführten elektrischen Eingangssignal proportional und mittels einer Abgleicheinrichtung feineinstellbar ist.

Derartige Proportionalmagnete werden insbesondere zum W Betätigen von Druckventilen oder Wegeventilen verwendet, wobei bestimmte elektrische Eingangssignale entsprechende hydraulische Ausgangssignale hervorrufen sollen.

Trotz engster Fertigungstoleranzen und entsprechender Montagehinweise weisen jedoch Proportionalmagnete Mängel insofern auf, als sie unter gleichen elektrischen Bedingungen unterschiedliche Kräfte am Magnetstößel abgeben. Diese unterschiedlichen Kräfte führen bei-

2§ spielsweise bei proportionalen Druckventilen zu verschiedenen Drücken am Ausgang oder bei proportionalen Wegeventilen zu verschiedenen Hüben und damit zu unterschiedlichen Durchflußmengen. Dies ist insbesondere beim Austausch von Proportionalventilen nachteilig, weil Veränderungen der vorgegebenen Sollwerte vermieden werden müssen.

Aus diesem Grunde werden die Ventile schon bei der Herstellung bzw. Montage so abgeglichen, daß bei gleichen elektrischen Eingangssignalen gleiche hydraulische Ausgangssignale vorhanden sind. Dieser Abgleich erfolgt in bekannter Weise über eine Justierfeder, die als Zugoder Druckfeder ausgebildet sein kann und zwischen dem Tauchanker des magnetischen Antriebes und dem Gehäuse eingesetzt ist.

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Durch Veränderung der Federvorspannung mittels Schraube oder Mutter wird die von der Feder auf den Tauchanker ausgeübte Kraft vergrößert oder verkleinert, bis bei einem bestimmten der Wicklung zugeführten elektrischen Eingangssignal (Stromstärke J) das gewünschte hydraulische Aus.gangssignal (Betätigungskraft F_e) vorhanden ist. Insgesamt findet hierdurch eine Parallelverschiebung der Kennlinie (Betätigungskraft/Stromstärke) statt, d.h. die Austauschbedingungen werden exakt nur in einem einzigen Punkt (dem Einstellpunkt) und für die gesamte Kennlinie nur annähernd erreicht, da grund*- sätzlich davon ausgegangen werden kann, daß der unabhängige Kennlinienverlauf mehrerer Magnete untereinander nicht gleich ist.

Diese einmal gefundene Einstellung unterliegt außerdem im Laufe der Zeit Änderungen, da sich das Setzverhalten der Feder auswirkt. Insbesondere bei hohen Genauigkeitsanforderungen muß deshalb von Zeit zu Zeit eine Nachstellung der Feder erfolgen. Ferner ist die Einstellung ziemlich schwierig durchzuführen, da sie am fertigen Gerät vorgenommen werden muß, und während der Einstellung keine Einstellwerte abgelesen werden können.

Zusammenfassend ergibt sich beim Abgleich mittels Feder folgender Zusammenhang zwischen der vom magnetisehen Antrieb gelieferten Kraft F„, der am Stößel des Tauchankers auftretenden Betätigungskraft F„ nach erfolgtem Abgleich, der Federsteife C, der Federvorspannung F_v = χ * C

F_s = F_M - C(x ■- 4 x)

für eine Feder, die der Magnetkraft entgegenwirkt und

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Fg = E_M + C(x - A x)

für eine Feder, die in Magnetkraftrichtung wirkt.

.§ Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht da rin, eine Abgleichseinrichtung vorzusehen, die einen geringeren Bauaufwand bedingt und die den Abgleichvor-■ gang vereinfacht. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abgleichseinrichtung aus einer elektrischen Widerstandsschaltung besteht, die zur Wicklung parallelgeschaltet ist.

Erfindungsgemäß läßt sich der Kennlinienverlauf, also Betätigungskraft F/Stromstärke J unterschiedlicher

IS Magnete zur Deckung bringen, da sich die Neigung der Kennlinie durch die Wahl der Stromstärke J₂ in der Widerstandsschaltung, also dem Korrekturglied ändern läßt. Insbesondere läßt sich für alle Betriebszustände des Magneten ein auf einer Einstellvorrichtung einge-

213) stelltes Teilungsverhältnis c von J-,/J₂ ⁼ const, aufrechterhalten. Analog der oben angegebenen Gleichungen für den Abgleich mit einer Feder ergibt sich für den Abgleich mit der Widerstandsschaltung folgender Zusammenhang zwischen dem in der Wicklung der Magnetspule fließenden Strom J₁ und dem in der Widerstandsschaltung fließenden Strom J₂:

^FS ~ ^Jges -"c J₁ + (1 - O

^{wobei J}ges = ^J1 ^{+ J}2 ^{= const}* ^und

und Λ F_M r^ J₂ * .

Dabei ergeben sich erhebliche Vorteile, da auf die Verwendung und den Abgleich der Justierfeder verzichtet werden kann und somit der Aufbau des magnetischen Antriebs vereinfacht ist.Der Widerstand wird auf einer Kraftmeßvor richtung unmittelbar in den Magneten eingemessen bzw.die Widerstandsschaltung unmittelbar eingestellt. Dies führt zu einem einfacheren Abgleich,

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j da die elektrische Messung gegenüber der mechanischen Justierung vorteilhaft ist. Außerdem können während der Einstellung Meßwerte abgelesen werden. Ferner entfällt die bei Federn im Laufe der Zeit auftretende e Änderung der Federvorspannung. Außerdem ergibt sich

eine Verringerung der mechanischen Belastung der Bauteile des magnetischen Antriebes, entfällt Verschleiß und ist ein einfacher Austausch der proportionalen Magnetantriebe ermöglicht, da kein neuer Abgleich mehr jQ notwendig ist. Schließlich sind die temperaturabhängigen Driften wesentlich kleiner.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Bauformen zum Unterbringen der Widerstandsschaltung gekennzeichnet.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen magnetischen Antrieb mit im Gehäuse angeordneter Widerstandsschaltung,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen magnetischen Antrieb mit im Anschluß angeordneter Widerstandsschaltung,

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild des magnetischen Antriebes mit Parallelwiderstand,

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild des magnetischen Antriebes mit Transistorschaltung.

In Fig. 1 weist das Gehäuse 1 eine Bohrung 2 auf, in der ein Tauchanker 3 verschiebbar ist, der über einen Stößel 4 auf den nicht dargestellten Kolbenschieber eines Druck- oder Wegeventils wirkt, das ebenfalls nicht dargestellt ist. Ferner ist in einer ringförmigen Ausnehmung des Gehäuses 1 eine elektrische Wicklung 5 angeordnet, deren Enden an Anschlußfahnen 6 und 7 geführt sind, die in einem Kunststoffkörper 8 gehalten sind, der am Gehäuse 1 befestigt ist. Das Ge-

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häuse ist auf der Rückseite mit einem Deckel 9 verschlossen.

Im Gehäuse 1 ist ferner ein Freiraum 10 vorgesehen, in g dem eine Widerstandsschaltung 11 angeordnet ist, die über Leitungen 12 parallel an die Anschlußfahnen 6 und 7 angeschlossen ist.

Die von dem magnetischen Antrieb am Stößel 4 geliefer-I(D te Betätigungskraft ist der Größe dem der Wicklung 5 zugeführten elektrischen Eingangssignal proportional und läßt sich durch Wahl eines geeigneten Widerstandes der Widerstandsschaltung 11 feineinstellen.

£§ In Fig„ 2 sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Widerstandsschaltung 11 ist jedoch nicht im Gehäuse 1, sondern vielmehr in dem vergrößerten Hohlraum 10 des Kunststoffkörpers 8 angeordnet _f in den die Anschlußfahnen 6 und 7 der Wicklung 5

2§ eingesetzt sind. Auch hier ist die Widerstandsschaltung 11 parallel an die Wicklung 5 angeschlossen.

Wie aus den Fig„ 1 und 2 ferner ersichtlich ist, entfallen die beim Stand der Technik bisher erforderlichen 2g Justierfedern, die beispielsweise zwischen dem Tauchanker 3 und dem Deckel 9 eingesetzt wären und deren Vorspannung durch eine beispielsweise den Deckel 9 durchgreifende Schraube einstellbar wäre.

Zur Wirkungsweise der Widerstandsschaltung wird auf das elektrische Ersatzschaltbild des magnetischen Antriebes gemäß Fig. 3 hingewiesen. R₁ bezeichnet den Gesamtwiderstand der Magnetwicklung 5, welcher sich bekanntlich ausOhm'schem und induktivem Anteil zusammensetzt.

Die am Stößel 4 auftretende Betätigungskraft F_M ist dem in der Wicklung fließenden Strom J₁ proportional.

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Ι Die Betätigungskräfte sind jedoch aus den genannten Fertigungsgründen nicht vollständig gleich, sondern streuen etwa in einem Bereich von 10 %. Diese Toleranz muß durch den Abgleich ausgeglichen werden, damit die magnetischen Antriebe und damit die von ihnen betätigten Ventile gleiches Verhalten aufweisen.

Die Änderung der Betätigungskraft auf den gewünschten Wert F_g erfolgt durch die Parallelschaltung des jQ Widerstandes R₂, durch den der Teilstrom J₂ fließt, der sich zusammen mit dem die Wicklung durchfließenden Strom J₁ zum Gesamtstrom J vereint. In diesem Fall besteht die Widerstandsschaltung nur aus dem Widerstand R₂.

Der Gesamtstrom J wird in einem nicht dargestellten

ges

zugehörigen Verstärker geregelt, um in bekannter Weise Temperatureinflüsse zu vermeiden, welche abhängig von der Betriebstemperatur des magnetischen Antriebes sonst Auswirkungen auf die gelieferte Betätigungskraft hätten, weil sich der Gesamtstrom normalerweise in Abhängigkeit vom Widerstand einstellt und der Widerstand der Wicklung bei kleinen Temperaturen bekanntlich kleiner ist als bei höheren Betriebstemperaturen.

Wird also der Gesamtstrom ^J _es = ^Ji ^{+ J}2 5^ere5®lt, so läßt sich durch Änderung des Teilstroms J₂ über den Abgleichwiderstand R₂ der Teilstrom J₁ durch die Wicklung und damit die Betätigungskraft des mägnetisehen Antriebes ändern. Durch die richtige Auswahl der Größe des Abgleichswiderstandes R₂, die auf einer entsprechenden Kraftmeßvorrichtung festgestellt wird, läßt sich also die vom magnetischen Antrieb erzeugte Betätigungskräft einstellen.

Bei den üblichen magnetischen Antrieben wird der Abgleichwiderstand einen Widerstandswert zwischen 100

und 2000 Ohm bei einer Belastbarkeit von 2 bis 3 Watt aufweisen. Es handelt sich somit um einen einfachen
Schichtwiderstand, der ohne weiteres in der dargestellten Weise untergebracht werden kann. In einer
zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 4 besteht die Widerstandsschaltung 11 aus einem Transistor T₂, der über
einen Basisspannungsteiler R₃, also ein Potentiometer angesteuert wird und in dessen Kollektorpfad und
Emitterpfad jeweils ein Widerstand R, « und R- ₂
liegt»

Dem Potentiometer R^ wird eine Spannung zugeführt, die dem in der Magnetwicklung 5 auftretenden Spannungsabfall R-, ο J₁ proportional ist. Dies kann ein in Reihe zur Wicklung R- geschalteter Meßwiderstand sein.

In Fig» 4 ist dies vermieden, weil die Wicklung 5 einen Abgriff aufweist, das Potentiometer R, also den Spannungsabfall am Widerstand 1.2 der Wicklung erhält.
Diese Schaltung hat den Vorteil, daß zur Einstellung
des Stroms J₁ lediglich dessen Innenwiderstand wirksam wird und nicht zusätzlich auch der Meßwiderstand, der zwangsläufig die dann anzulegende Spannung um seinen
Spannungsabfall erhöhen würde.

Der Basisspannungsteiler R₃ ist so ausgelegt, daß der Strom J- im Parallelzweig maximal 10 % vom Gesamtstrom J ausmachen kann. Die Vorteile dieser Schal-

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tung gegenüber dem Parallelwiderstand liegen in der
Einstellung über ein einfaches Trimmpotentiometer R₃, so daß das Auswahlverfahren für einzelne Widerstände
entfällt» Für den Einbau in das Gehäuse des Magnetantriebes ergeben sich keine Probleme, da es sich nur um wenige Bauteile handelt.

Claims

G. L. Rexroth GmbH

Jahnstraße 5. November 1981

877Q Lohr/Main Anwaltsakte M-5468

Patentansprüche

Magnetantrieb für Ventile, bei dem die Betätigungskraft des Tauchankers dem der Wicklung zugeführten elektrischen Eingangssignal proportional und mittels einer Abgleicheinrichtung feineinstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgleicheinrichtung aus einer elektrischen Widerstandsschaltung (11) besteht, die zur Wicklung (5) parallelgeschaltet ist.

Magnetantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschaltung (11) ein einzelner Widerstand ist»

3„ Magnetantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da.ß die W-iderstandsschaltung (11) aus einem mit mindestens einem Widerstand in Reihe geschalteten Transistor besteht, der von einem Potentiometer angesteuert ist, dem eine Spannung zugeführt wird, die einem im Strompfad der Wicklung (5) auftretenden Spannungsabfall proportional ist.

4. Magnetantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer an eine Anzapfung der Wicklung (5) angeschlossen ist.

·■·· ·^:· "··"■ ;··■ ··-· 3Κ7559

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5. Magnetantrieb nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandschaltung (11) im Gehäuse des Magnetantriebes angeordnet ist.

6. Magnetantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschaltung (11) in einem die elektrischen Anschlußfahnen der Wicklung (5) aufnehmenden Kunststoffkörper (8) angeordnet ist.

7. Magnetantrieb nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsschaltung (11) auf der zugehörigen Elektronikkarte angeordnet ist.