DE3326605A1

DE3326605A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur ueberwachung der hublage des ankers eines elektro-hubmagneten, insb. eines ventilmagneten

Info

Publication number: DE3326605A1
Application number: DE19833326605
Authority: DE
Inventors: Heinz 7730 Villingen Schäfer
Original assignee: Binder Magnete GmbH
Current assignee: Binder Magnete GmbH
Priority date: 1983-07-23
Filing date: 1983-07-23
Publication date: 1985-02-07

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Über-
wachung der Hublage des Ankers eines Elektro-Hubmagneten, insbes. eines Ventilmagneten Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Hublage des Ankers eines Elektro-Hubmagneten insb. eines Ventilmagneten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. des Patentanspruches 3.
Bei der Betätigung von Stellgliedern durch den Anker eines Elektro-Hubmagneten ist häufig eine Überwachung der Betätigung des Stellgliedes notwendig. D.h., es ist notwendig zu überwachen, ob der Anker des Hubmagneten seine dem bestromten Zustand der Magnetwicklung entsprechende Endstellung einnimmt oder nicht.
Die einfachste Art der Überwachung besteht in einer Anzeige, ob an der Magnetwicklung Spannung anliegt oder nicht. Diese Überwachung ist unzuverlässig, da das Anlegen der Spannung noch nicht zwangsläufig zur Folge hat, daß durch die Magnetwicklung auch ein Strom fließt und der Anker bewegt wird.
Eine bessere Überwachung besteht darin festzustellen, ob durch die Magnetwicklung ein Strom fließt. Auch diese Art der Überwachung ist nicht völlig zuverlässig, da beispielsweise der Anker klemmen kann, so daß trotz eines durch die Magnetwicklung fließenden Stromes der Anker seine Endstellung nicht einnimmt.
Aus der DE-OS 2 251 472 sind schließlich ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung bekannt, bei denen zur Überwachung die tatsächliche Bewegung des Ankers herangezogen wird. Dabei wird die Magnetwicklung mit einer Gleichspannung gespeist und der Effekt ausgenutzt, daß bei Anlegen der Gleichspannung an die Magnetwicklung der Strom nicht sprunghaft sondern langsam bis zu einem Sättigungswert ansteigt.
Die Bewegung des Ankers in seine Endstellung bei einem bestimmten Stromwert hat eine Änderung der Induktivität der Magnetwicklung zur Folge, so daß die zeitliche Ableitung des Stromes kurzzeitig ihr Vorzeichen ändert. Diese durch Differenzierung festgestellte kurzzeitige Änderung der zeitlichen Ableitung des Stromes wird als Signal dafür ausgenutzt, daß der Anker sich in seine Endlage bewegt hat und somit beispielsweise das durch den Hubmagneten gesteuerte Magnetventil geschaltet hat.
Nachteilig ist dabei, daß die Änderung der zeitlichen Ableitung des Stromes von der Geschwindigkeit der Ankerbewegung abhängt und daher unterschiedlich und unter Umständen sehr schwach ausfallen kann. Weiter ist nachteilig, daß ein Signal nur während der Bewegung des Ankers erzeugt wird. Befindet sich der Anker in Ruhe, so kann nicht festgestellt werden, ob er sich in seiner Anfangslage oder seiner Endlage befindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die mit großer Zuverlässigkeit die Hublage des Ankers überwacht und insb. die Hubendlage des Ankers in dessen Arbeitsstellung feststellen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 3. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben Erfindungsgemäß wird ebenfalls von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die Induktivität der Magnetwicklung von der Lage des Ankers bezüglich der Magnetwicklung abhängt. Die Magnetwicklung wird mit einem Gleichstrom gespeist, der eine Restwelligkeit aufweist. Im allgemeinen wird die Magnetwicklung mit einer Spannung betrieben, die aus einer mittels einer Brücke gleichgerichteten, ungeglätteten Wechselspannung besteht. Der induktive Widerstand der Magnetwicklung für den Wechselstromanteil des die Magnetwicklung speisenden Stromes ist somit verschieden, wenn sich der Anker in seiner Ausgangslage oder in seiner Endlage befindet. Es kann daher auch bei Ruhestellung des Ankers anhand des induktiven Wech selstromwiderstandes der Magnetwicklung festgestellt werde in welcher Lage sich der Anker befindet. Die Ankerlage und damit beispielsweise der Schaltzustand eines Magnetventils können daher während der gesamten Betriebsdauer überwacht und jederzeit kontrolliert werden.
Um den induktiven Wechselstromwiderstand der Magnetwickl.ung zu bestimmen, wird ein ohmscher Meßwiderstand in Serie u der Magnetwicklung geschaltet. Der die Magnetwicklung durchfließende, von deren Induktivität abhängige Wechselstroman teil wird über die an dem ohmschen Meßwiderstand abfallende Wechselspannung ermittelt. Um den Wechselspannungsanteil von dem Gleichspannungsanteil an dem Meßwiderstand zu trennen, ist ein Hochpaßfilter vorgesehen, der nur den Wechsel spannungsanteil der am Meßwiderstand abfallenden Spannung durchläßt. Nach Gleichrichtung kann der Wechselspannungsanteil mit einer vorgegebenen Referenzgleichspannung verglichen werden, um festzustellen, ob der Anker sich in seiner Endlage befindet oder nicht.
Der die Magnetwicklung durchfließende Wechselstromanteil kann noch durch zusätzliche Effekte verfälscht werden.
Einerseits führen Schwankungen der Versorgungsspannung der Magnetwicklung zu Schwankungen des Wechselstromanteils und andererseits weist der Widerstand der Magnetwicklung einen Temperaturgang auf.
Um diese verfälschenden Einflüsse zu kompensieren, wird auch der Gleichstromanteil des die Magnetwicklung durchfließenden Stromes bestimmt. Dazu wird mittels eines Tiefpaßfilters der Gleichspannungsanteil der am Meßwiderstand abfallenden Spannung herausgefiltert. Dieser Gleichspannungsanteil zeigt in gleicher Weise wie der Wechselspannungsanteil die von der Spannungsversorgung verursachten Schwankungen und ebenso die Schwankungen die durch den Temperaturgang des ohmschen Widerstandes der Magnetwicklung verursacht sind.
Zur Kompensation der genannten Verfälschungen wird das dem Gleichspannungsabfall am Meßwiderstand entsprechende Signal nach geeigneter Verstärkung von dem dem Wechselspannungsabfall am Meßwiderstand entsprechenden Signal abgezogen, so daß ein von der Versorgungsspannung der Magnetwicklung und deren Verlustwiderstand relativ unabhängiges Spannungssignal erhalten wird, das den induktiven Widerstand der Magnetwicklung darstellt.
Dieses Spannungssignal wird in einem Komparator mit einer Referenzgleichspannung verglichen. Die Referenzgleichspannung ist veränderlich und wird so eingestellt, daß bei Unterspannung und im Kaltzustand gerade noch ein Ausgangssignal des Komparators zur Ansteuerung einer Kontrollanzeige erhalten wird, wenn sich der Anker in Hubendlage befindet.
Bei Nenn- bzw. Überspannung sowie Erwärmung steigt das Ausgangssignal am Komparator infolge nicht ganz vollständiger Kompensation leicht an, was bewirkt, daß das Ausgangssignal zur Ansteuerung der Kontrollanzeige ebenfalls vorhanden ist.
Bei Veränderung der Hublage und damit Vergrößesung des Lutt spaltes nimmt die Induktivität der Magnetwicklung dieser vormagnetisierten Erregersysteme zu. Infolge der besseren Siebung sinkt der Wechselstromanteil, so daß sich d Meßsignal, welches dem Komparator zugeführt wird, verringert.
Je nach Abweichung von der Nennspannung bzw. vom Brwtårmungszustand des Erregersystemes unterschreitet das Meßsignal bei geringster Hublagenänderung die konstant gehaltene Referenzæ spannung, d.h. die Kontrollanzeige wird abgeschaltet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt im Blockschaltbild eine Schaltung£ anordnung zur Überwachung der Hublage des Ankers eines Eletro-Hubmagneten.
Die Magnetwicklung 2 des -Hubmagneten ist mit einem Anschluß mit einer Stromquelle 1 und mit dem anderen Anschluß über einen ohmschen Meßwiderstand 3 mit Masse verbunden. Die Stromquelle 1 liefert eine Spannung, die aus einer über eine Brückenschaltung gleichgerichteten ungesiebten Wechselspannung besteht, d.h. aus einer Gleichspannung mit einer Restwelligkeit.
An die Stromquelle 1 kann zusätzlich ein Siebungs- und Spannungsstabilisierungsglied 12 angeschlossen sein, um die Gleichspannungsversorgung für die gesamte später zu beschreibende elektronische Schaltung zu erzeugen.
Der Verbindungspunkt zwischen der Magnetwicklung 2 und dem Meßwiderstand 3 ist mit dem Eingang eines Hochpaßfilters 4 sowie mit dem Eingang eines Tiefpaßfilters 6 verbunden. An den Ausgang des Hochpaßfilters 4 schließt sich ein Präzisionsgleichrichter 5 an. An den Tiefpaßfilter 6 schließt sich ein vorzugsweise im Verstärkungsgrad veränderlicher Verstärker 7 an.
Der Ausgang des Präzisionsgleichrichters 5 wird dem einen Eingang und der Ausgang des Verstärkers 7 wird dem invertierenden anderen Eingang eines Addierers 8 zugeführt.
Der Summenausgang des Addierers 8 und der Ausgang einer eine einstellbar veränderliche Gleichspannung liefernden Referenzspannungsquelle 9 sind an die Eingänge eines Komparators 10 angeschlossen, dessen Ausgang eine Kontrollanzeige 11 ansteuert.
Die Schaltungsanordnung arbeitet in folgender Weise Von der Stromquelle 1 wird der Magnetwicklung 2 ein eine Restwelligkeit aufweisender Gleichstrom zugeführt. Dieser durch die Magnetwicklung 2 fließende Strom erzeugt am Meßwiderstand 3 eine dem Strom proportionale Spannung. Der die Restwelligkeit bildende Wechselspannungsanteil, der von der Induktivität der Meßwicklung 2 und somit von der Hublage des Ankers abhängt, wird durch das Hochpaßfilter 4 abgetrennt. Der nachgeschaltete Präzisionsgleichrichter 5 liefert ein Gleichspannungssignal, das von der Restwelligkeit abhängt.
Diese Gleichspannung verfälschende Effekte, wie Sehwankungen der von der Stromquelle 1 gelieferten Spannung und der Temperaturgang des Verlustwiderstandes der Magnetwicklung 2, die zu einer nicht durch die Ankerhublage verursachten Ä-rung der Restwelligkeit führen, bewirken gleichzeitig eine Veränderung des Gleichstromanteiles des durch die Magnetwicklung 2 fließenden Stromes und somit eine Änderung des Gleichspannungsanteils der am Meßwiderstand 3 anliegenden Spannung. Zur Kompensation der Verfälschung der vom Präzisionsgleichrichter 5 gelieferten Gleichspannung wird mittels des Tiefpaßfilters 6 der Gleichspannungsanteil der Spannung am Meßwiderstand 3 ausgefiltert. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 6 wird im nachgeschalteten Verstärker 7 auf die für die Kompensation geeignete Große eingestellt und in dem Addierer 8 von der vom Präzisionsgleichrichter 5 gelieferten Gleichspannung subtrahiert.
Der Addierer 8 liefert an seinem Ausgang daher eine von der Spannung der Stromversorgung 1 und dem Verlustwiderstand der Magnetwicklung relativ unabhängige Ausgangsspannung. Diese Ausgangsspannung wird in dem Komparator 10 mit der von der Referenzspannungsquelle 9 gelieferten Gleichspannung verglichen. Die Spannung der Referenzspannungsquelle wird derart eingestellt, daß bei Hubendlage des Ankers die Kontrollanzeige 11, z.B. eine Anzeigelampe, bei allen Betriebszuständen noch angesteuert wird. Eine Änderung der Hublage des Ankers verringert die Ausgangsspannung des Addierers 8 und bewirkt ein Abschalten der Kontrollanzeige 11.

Claims

Patentansprüche 1Verfahren zur Überwachung der Hub lage des Ankers eines Elektro-Hubmagneten, insbesondere eines Ventilmagneten, aufgrund der Änderung des durch die Magnetwicklung fließenden Stromes infolge der von der Hublage des Ankers abhängigen Induktivität der Magnetwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetwicklung mit einem einen Wechselstromanteil. aufweisenden Gleichstrom gespeist wird und daß der Wechselstromanteil des durch die Magnetwicklung fließenden Stromes bestimmt und mit einem Referenzwert verglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromanteil des durch die Magnetwicklung fließenden Stromes bestimmt und zur Korrektur des Wechselstromanteils verwendet wird.
3. Schaltungsanordnung zur Überwachung der Hublage'des Ankers eines Elektro-Hubmagneten, insbesondere eines Ventilmagneten, mit einer Magnetwicklung, mit einer die Magnetwicklung speisenden Stromquelle und mit einem mit der Magnetwicklung in Reihe geschalteten Meßwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß die Stronquelle (1) einen ungeglätteten gleichgerichteten Wechselstrom liefert und daß ein Hochpaßfilter (4) zur Bestimmung des Wechseispannungsantelis der über den Meßwiderstand (3) abfallenden Spannung vorgesehen ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hochpaßfilter (4) ein Gleichrichter (5) nachgeschaltet ist und daß ein Komparator (10) vorgesehen ist, der die Ausgangsspannung des Gleichrichters (5) mit der Gleichspannung einer Referenzspannungsquelle (9) vergleicht.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tiefpaßfilter (6) zur Bestimmung des Gleichseannungsanteils der über den Meßwiderstand (3) abfallenden Spannung vorgesehen ist, daß der Ausgang des Gleichrichters (5) und der invertierte Ausgang des Tiefpaßfilters (6) einem Addierer (8) zugeführt sind, dessen Ausgang mit dem Komparator (10) verbunden ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Tiefpaßfilters (6) über einen einstellbaren Verstärker (7) mit dem Addierer (8) verbunden ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung der Referenzspannungsquelle (9) einstellbar veränderlich ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Komparators (10) eine Kontrollanzeige (11) steuert.