DE3241521C2

DE3241521C2 -

Info

Publication number: DE3241521C2
Application number: DE19823241521
Authority: DE
Inventors: Volkmar Dipl.-Ing. 7251 Friolzheim De Leutner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-11-10
Filing date: 1982-11-10
Publication date: 1993-07-22
Also published as: DE3241521A1

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Proportionalmagneten nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein derarti ger Magnet bekannt, bei dem zwei konzentrisch angeordnete Spulen mit unterschiedlicher Windungszahl in Reihe ange ordnet sind. Hierbei kann die außenliegende Spule über einen Transistor kurzgeschlossen werden. Die bekannte Anord nung hat den Nachteil, daß mittels des Magneten nur be stimmte Hubwerte eingestellt werden können. Es besteht hier nur die Möglichkeit, eine weitere Spule hinzuzuschal ten, wodurch die Hubkraft zwar verstärkt werden kann, aber keine beliebige Steuerung der Hubkraft möglich ist.The invention is based on a proportional magnet the genus of the main claim. It is one of those ger known magnet, in which two concentrically arranged Coils with different number of turns in series are arranged. In this case, the external coil can have a Transistor are short-circuited. The well-known arrangement voltage has the disadvantage that by means of the magnet only be correct stroke values can be set. It exists here only the possibility to add another coil ten, which may increase the lifting power, but no control of the lifting force is possible.

Üblicherweise haben Proportionalmagnete nur eine einzige Spule. Durch die Windungszahl und den Spulenstrom wird hier die Kraft am Ankerstößel festgelegt. Nachteilig bei diesen Proportionalmagneten ist, daß bei den verwendeten Stromstärken eine hohe Windungszahl erforderlich ist, um das gewünschte Kraftniveau zu erreichen. Dies erweist sich als ungünstig, da die Spuleninduktivität mit der Windungszahl stark ansteigt und die Eigenschaften des Regelkreises wie Steifigkeit, Stellzeit und Dynamik verschlechtert.Proportional magnets usually only have one Kitchen sink. By the number of turns and the coil current here the force on the anchor lifter is fixed. A disadvantage of this proportional magnet is that used in the A high number of turns is required for current strengths to achieve the desired level of strength. This proves turns out to be unfavorable because the coil inductance with the Number of turns increases sharply and the properties of the Control loop such as rigidity, positioning time and dynamics worsened.

Appreciation of the citation

In der DE-OS 29 22 777 wird eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Doppelspulenmagneten beschrieben, bei der mit Hilfe zweier Spulen zwei unterschiedliche Funktionen des Doppelspulenmagneten gesteuert werden. Hier dient die eine Spule zum Anziehen des Ankers des Spulenmagneten und die andere Spule zum Abbremsen des Ankers vor Erreichen seiner Endstellung, um den Anker sanft in die Endstellung bewegen zu können. Die Beeinflussung der Spuleninduktivität eines Regelkreises ist nicht angestrebt.In DE-OS 29 22 777 a circuit arrangement for operation described a double coil magnet, in which with the help of two Coils two different functions of the double coil magnet to be controlled. Here one coil is used to tighten the armature of the coil magnet and the other coil for braking the armature Reach its end position to gently move the anchor to the end position to be able to move. Influencing the coil inductance of a Control loop is not aimed.

Beim gattungsgemäßen elektromagnetischen Schaltventil nach der DE-AS 10 33 473 wird mit zwei Spulen mit getrennten Stromquellen gearbeitet. Bei den beiden Wicklungen handelt es sich aber um eine Wechselstromwicklung und um eine Gleichstromwicklung, was bedeutet, daß der Eisenkern durch verschiedene Stromarten erregt wird. Dadurch wird im Bereich der Ankeranfangsstellung das hohe Anzugsmoment der Wechselstromerregung ausgenutzt. Bei diesem Schaltventil sollen die Vorteile der beiden Stromarten Wechselstrom und Gleichstrom miteinander kombiniert werden.In the generic electromagnetic switching valve according to DE-AS 10 33 473 worked with two coils with separate power sources. With the two However, windings are an AC winding and around a DC winding, which means that the iron core passes through different types of current is excited. This will in the area of the anchor start position the high torque of the AC excitation exploited. This switching valve aims to take advantage of both Current types alternating current and direct current can be combined.

In der US-PS 36 76 473 ist ein Schaltventil dargestellt, dessen Spulen in Achsrichtung des Ankers hintereinander angeordnet sind. Eine Spule dient als Haltspule und eine Spule mit entsprechend größerer Windungszahl zur Erzeugung eines Anzugsmoments. Hier ist angestrebt, eine möglichst hohe Anzugskraft für den Anker zu erreichen und nur eine kleine Haltkraft für ihn aufwenden zu müssen.In US-PS 36 76 473 a switching valve is shown, the coils are arranged one behind the other in the axial direction of the armature. A The coil serves as a holding coil and a coil with a correspondingly larger one Number of turns for generating a tightening torque. The aim here is to achieve the highest possible tightening force for the anchor and only to have to spend a little holding power on him.

Advantages of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Proportionalmagneten zu schaffen, der eine Verbesserung der mit der Induktivität verknüpften Eigenschaften des Regelkreises bewirkt.The invention has for its object a proportional magnet to create an improvement associated with inductance Properties of the control loop.

Der erfindungsgemäße Proportionalmagnet mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch den Proportionalmagneten jeder beliebige Hubkraftwert von Null ausgehend bis zum Nenn wert eingestellt werden kann. Dadurch, daß die beiden Spulen verschiedene Stromquellen besitzen, können die Spulen wahlweise gleichsinnig oder gegensinnig durch flossen werden. Durch die gleiche Windungszahl der Spu len kann die Hubkraft beliebig eingestellt werden.The proportional magnet according to the invention with the kenn drawing features of the main claim has in contrast the advantage that everyone by the proportional magnet Any lifting power value from zero to the nominal value can be set. In that the two Coils can have different power sources Wind through either in the same direction or in opposite directions be flowed. By the same number of turns of the Spu len, the lifting force can be set as desired.

Die Aufteilung der Magnetspule in zwei Spulen gleicher Windungszahl und verschiedener Stromquellen verringert die Induktivität bei gleicher Hubkraft. Damit verbunden ist eine Verbesserung der mit der Spuleninduktivität verknüpften Eigenschaften des Regelkreises wie Steifig keit, Stellzeit und Dynamik. Im gleichen Sinne wirkt auch, daß der ohmsche Widerstand der Steuerspule ab nimmt, wodurch für die Überwindung des induktiven Wi derstands ein größerer Spannungshub zur Verfügung steht.The division of the solenoid into two coils of the same Number of turns and various power sources reduced the inductance with the same lifting force. Associated with it is an improvement on the coil inductance linked properties of the control loop such as stiff speed, positioning time and dynamics. Works in the same sense also that the ohmic resistance of the control coil decreases takes, thus for overcoming the inductive Wi a larger voltage swing is available stands.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Proportionalmagneten möglich. By the measures listed in the subclaims are advantageous developments and improvements of Proportional magnets specified in the main claim possible.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längs schnitt durch einen Proportionalmagneten.An embodiment of the invention is in the drawing shown and in the description below explained in more detail. The only figure shows a longitudinal cut through a proportional magnet.

Description of the embodiment

In der Figur ist mit 10 das Gehäuse eines Proportional magneten 11 dargestellt. In dessen durchgehender, nahe zu mittiger und einmal abgesetzter Längsbohrung 12 sind drei achsgleich und hintereinander liegende Druckrohre 13, 14, 15 angeordnet. Die Druckrohre 14, 15 liegen an der Wand der Längsbohrung 12 an. Das Druckrohr 13 ist im Bereich einer Schulter 17, die durch die Verjüngung der Längsbohrung 12 gebildet wird, etwas von der Wand der Längsbohrung 12 abgesetzt. Im Druckrohr 13 ist eine Sackbohrung 18 ausgebildet. An dem aus der Längsbohrung 12 ragenden Ende des Druckrohrs 13 ist ein Außengewinde 19 ausgebildet, wobei eine auf dieses aufgeschraubte Mutter 21 das Druckrohr 13 bezüglich des Gehäuses fest hält. In dem an der Öffnung der Sackbohrung 18 verbrei terten Rand des Druckrohres 13 ist eine außenliegende Ringnut 22 ausgebildet, in die das Ende 23 des Druckrohres 14 dicht eingeschoben ist. Das Druckrohr 14 besteht auf seinem der Seite zum Druckrohr 13 hin gewandten Abschnitt 14′ aus einem magnetischen, auf der Seite zum Druckrohr 15 hin aus einem Abschnitt 14′′ aus unmagnetischen Werk stoff. Über eine ringnutförmige Verbindung 25 ist das Druckrohr 14 mit dem Druckrohr 15 fest zusammengesetzt. In the figure, 10 the housing of a proportional magnet 11 is shown. In its continuous longitudinal bore 12 , which is close to the center and offset once, three pressure tubes 13 , 14 , 15 are arranged axially and one behind the other. The pressure pipes 14 , 15 rest on the wall of the longitudinal bore 12 . The pressure tube 13 is deposited in the region of a shoulder 17 formed by the taper of the longitudinal bore 12 is slightly away from the wall of the longitudinal bore 12th A blind bore 18 is formed in the pressure tube 13 . An external thread 19 is formed on the end of the pressure tube 13 protruding from the longitudinal bore 12 , a nut 21 screwed onto this holding the pressure tube 13 firmly with respect to the housing. In the widened at the opening of the blind bore 18 edge of the pressure tube 13 an outer annular groove 22 is formed, into which the end 23 of the pressure tube 14 is inserted tightly. The pressure tube 14 is on its side facing the pressure tube 13 section 14 'of a magnetic, on the side of the pressure tube 15 out of a section 14 ''made of non-magnetic material. The pressure pipe 14 is firmly assembled with the pressure pipe 15 via an annular groove-shaped connection 25 .

Das Druckrohr 15 besitzt eine Stufenbohrung 24, deren inneres, engeres Bohrungsteil 26 denselben Durchmesser wie die Sackbohrung 18 aufweist. Über die Stufenbohrung 24 kann eine Verbindung zu einem in der Zeichnung nicht dargestellten Ventilteil hergestellt werden, z. B. mit tels eines Stößels oder Bolzens.The pressure pipe 15 has a stepped bore 24 , the inner, narrower bore part 26 of which has the same diameter as the blind bore 18 . Via the stepped bore 24 , a connection can be made to a valve part, not shown in the drawing, e.g. B. with means of a plunger or bolt.

In der Bohrung 28 des Druckrohrs 14 ist ein Anker 27 leicht gleitend geführt. Da der Anker 27 kürzer ist als die Bohrung 28, weist diese einen Arbeitsluftspalt 29 auf. Am Außenumfang des Ankers 27 sind zwei Längsnuten 31, 32 ausgebildet, die über dessen gesamte Länge ver laufen. Die Längsnuten 31, 32 dienen während des Arbeits vorgangs als Druckausgleichsspalten.An armature 27 is guided in a slightly sliding manner in the bore 28 of the pressure tube 14 . Since the armature 27 is shorter than the bore 28 , this has a working air gap 29 . On the outer circumference of the armature 27 , two longitudinal grooves 31 , 32 are formed, which run ver over its entire length. The longitudinal grooves 31 , 32 serve as pressure compensation gaps during the working process.

Auf der dem Ventilanschluß abgewandten Seite ist am Anker 27 ein Stößel 37 angeordnet, der in die Sack bohrung 18 des Druckrohrs 13 hineinragt. Am Ende des Stößels 37 ist ein Eisenkern 38 ausgebildet, der mit im Gehäuse 10 befindlichen Spulen 39 in Wirkverbin dung steht.On the side facing away from the valve connection, a plunger 37 is arranged on the armature 27 , which projects into the pocket bore 18 of the pressure tube 13 . At the end of the plunger 37 , an iron core 38 is formed, which is in operative connection with coils 39 located in the housing 10 .

Außerhalb des Druckrohrs 14 ist im Gehäuse 10 ein Ring raum 41 ausgebildet. In diesem befinden sich eine innen liegende Erregerspule 42 und konzentrisch zu dieser eine außenliegende Steuerspule 43, die einander berühren. Beide Spulen besitzen gleiche Windungszahl und getrenn te Stromzuführung.Outside the pressure tube 14 , an annular space 41 is formed in the housing 10 . This contains an excitation coil 42 on the inside and an external control coil 43 concentric to it, which touch each other. Both coils have the same number of turns and separate power supply.

Auf der oberen Seite des Gehäuses 10 ist in einer Aus nehmung 44 die Betätigungselektronik 46 für die Lage regelung des Ankers angeordnet. Die Ausnehmung 44 ist durch einen Verschlußdeckel 47 zugänglich. Über einen Stecker 48, der neben der Ausnehmung 44 angeordnet ist, werden die Versorgungsspannungen für die beiden Spulen 42, 43 und damit der Lagesollwert für den Anker zugeführt.On the upper side of the housing 10 , the actuating electronics 46 for the position control of the armature is arranged in a recess 44 . The recess 44 is accessible through a cover 47 . The supply voltages for the two coils 42 , 43 and thus the position setpoint for the armature are supplied via a plug 48 , which is arranged next to the recess 44 .

Die Erregerspule 42 wird von einem konstanten Strom durchflossen; dabei wird eine der vorgegebenen Nenn spannung entsprechende konstante Hubkraft am Anker 27 erzeugt. Dadurch, daß die Steuerspule 43 mit beiden Wicklungsenden an den Ausgängen eines nicht dargestell ten Ansteuerverstärkers anliegt, kann der Strom der Steuerspule 43 separat und willkürlich geregelt werden. Der in der Steuerspule 43 fließende Steuerstrom kann dadurch in seiner Richtung und seiner Größe eingestellt werden.A constant current flows through the excitation coil 42 ; a constant lifting force corresponding to the predetermined nominal voltage is generated on the armature 27 . Characterized in that the control coil 43 is present with both winding ends at the outputs of a drive amplifier, not shown, the current of the control coil 43 can be regulated separately and arbitrarily. The direction and size of the control current flowing in the control coil 43 can thereby be adjusted.

In der Figur sind die Kräfte am Magnetsystem einge zeichnet. Der durchgezogene Pfeil bedeutet dabei den Magnetfluß der Erregerspule 42, der gestrichelte Dop pelpfeil den Magnetfluß der Steuerspule 43. Wirken die beiden Flüsse in einer Richtung, so addieren sich die Kräfte, wirken sie in entgegengesetzter Richtung, so werden sie subtrahiert. Die Magnetkraft kann dabei bis auf Null herab moduliert und somit jeder beliebige Wert eingestellt werden. Der Gesamtfluß, der sich durch Überlagerung der Kraftflüsse der Spulen ergibt, wirkt auf den Anker 27. Dieser übt eine entgegengesetzte Kraft auf den in der Figur nicht dargestellten Ventil stößel aus.In the figure, the forces on the magnet system are shown. The solid arrow means the magnetic flux of the excitation coil 42 , the dashed double arrow arrow the magnetic flux of the control coil 43 . If the two rivers work in one direction, the forces add up, if they work in the opposite direction, they are subtracted. The magnetic force can be modulated down to zero and any value can be set. The total flow, which results from the superposition of the force flows of the coils, acts on the armature 27 . This exerts an opposite force on the valve tappet, not shown in the figure.

Es erweist sich als vorteilhaft, die Erregerspule 42 über einen Stromregler mit einem eingeprägten Strom zu speisen. Wird nämlich der Gesamtfluß durch eine Änderung des Stroms in der Steuerspule 43 geändert, so wird in der Erregerspule 42 eine Spannung induziert, die zu einer momentanen Änderung des Erreger stroms führt. Dieser unerwünschte Effekt kann über einen Stromregler unterdrückt werden.It proves to be advantageous to feed the excitation coil 42 with an impressed current via a current regulator. Namely, if the total flow is changed by a change in the current in the control coil 43 , a voltage is induced in the excitation coil 42 , which leads to a momentary change in the excitation current. This undesirable effect can be suppressed using a current regulator.

Die Kombination zweier Spulen mit gleicher Windungszahl erfordert den gleichen Gesamtstrom wie bei einer einzigen Spule mit doppelter Windungszahl notwendig ist, ergibt aber eine hohe Dynamik des Regelkreises.The combination of two coils with the same number of turns requires the same total current as one Coil with twice the number of turns is necessary but a high dynamic of the control loop.

Ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen, ergibt sich die Möglichkeit drei oder mehrere Spulen mit jeweils gleicher Windungszahl und getrennten Stromanschlüssen in konzentrischer Anordnung zu verwenden. Es versteht sich aber von selbst, daß dabei der Gewinn an Dynamik immer geringer wird. Ebenso ist es denkbar, zwei Spulen gleicher Windungszahl parallel aus zwei Regelverstär kern gleichsinnig so zu betreiben, daß sich ihre Fluß vektoren addieren. Auch dadurch wird eine höhere Dyna mik erzielt, wobei auch eine Parallelschaltung von drei oder mehreren Spulen und Ansteuerung aus drei oder mehreren Regelverstärkern möglich ist.Without departing from the spirit of the invention, it follows the possibility of three or more coils with each same number of turns and separate power connections to be used in a concentric arrangement. It understands but of course that the gain in dynamics is getting lower. It is also conceivable to have two coils same number of turns in parallel from two control amplifiers core to operate in the same direction so that its flow add vectors. This also makes a higher Dyna Mik achieved, with a parallel connection of three or more coils and control from three or several control amplifiers is possible.

Claims

1. Proportional magnet as an actuator in a control circuit with an armature ( 27 ) and at least two coaxially arranged coils ( 42 , 43 ), the coils ( 42 , 43 ) preferably having the same number of turns and separate inputs, characterized in that the separate inputs are each connected to a differently controllable direct current source, so that compared to a single coil with one of the coils ( 42 , 43 ) corresponding total number of coils, the coil inductance and the ohmic resistance of the coils ( 42 , 43 ), with the same lifting force on the armature as the single coil is reduced where a coil ( 42 ) is formed as an excitation coil and fed with a constant current and the other coil ( 43 ) is designed as a control coil and is connected to both outputs at the output of the drive amplifier.

2. Proportional magnet according to claim 1, characterized in that the constant current of the excitation coil ( 42 ) is kept constant at a set value via a current regulator.

3. Proportional magnet according to claim 1 and / or 2, characterized in that the outer coil ( 43 ) is the control coil.

4. Proportional magnet according to one of claims 1 to 3, characterized in that the two coils ( 42 , 43 ) are flowed through either in the same direction or in opposite directions.

5. Proportional magnet according to one of claims 1 to 4, characterized in that the armature ( 27 ) is connected to an inductive displacement sensor ( 39 ).

6. Proportional magnet according to one of claims 1 to 5, characterized in that an actuating electronics ( 46 ) for the coils ( 42 , 43 ) is arranged in the housing ( 10 ).