DE4130040A1

DE4130040A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR MONITORING AN ELECTROMAGNETICALLY ACTUATED CLUTCH

Info

Publication number: DE4130040A1
Application number: DE4130040A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Heidt; Ulf Delang
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 1991-09-10
Filing date: 1991-09-10
Publication date: 1993-03-11
Also published as: FR2681114A1; GB9218975D0; JPH05196063A; GB2259618A

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsschaltung für eine elektromagnetische Kupplung hinsichtlich ihres Ein- und Ausrückzustandes.The invention relates to a monitoring circuit for a electromagnetic clutch with regard to their input and Disengagement state.

Bei Maschinen, insbesondere bei Druckmaschinen mit komplexen, elektrischen bzw. elektronischen Steuerungen kann es erforderlich sein, Schaltsignale zu gewinnen, die eine Aussage über den Ein- und Ausrückzustand einer elektromagnetisch betätigten Kupplung ermöglichen. Dazu sind verschiedene Lösungsmöglichkeiten bekannt.In machines, especially in printing machines with complex, electrical or electronic controls be required to gain switching signals that a Statement about the engagement and disengagement state of a Enable electromagnetically operated clutch. To do this various possible solutions known.

Eine Lösung besteht darin, die Position des durch das Ein- bzw. Ausrücken bewegten Teils der Kupplung zu überwachen. Im ausgerückten Zustand nimmt dieses Teil eine erste Position ein und nach Anlegen einer Spannung an den zur Betätigung der Kupplung vorgesehenen Elektromagneten nimmt dieses Teil eine zweite Position ein. Der Weg den dieses Teil vom ausgerückten zum eingerückten Zustand zurücklegt liegt in der Größenordnung von einigen 1/10 Millimetern bis zu wenigen Millimetern und kann mit herkömmlichen Positionssensoren, vorzugsweise elektromechanischer, optoelektronischer, induktiver oder kapazitativer Bauart erfaßt werden. Im einfachsten Fall kann ein Mikrotaster gestellfest angeordnet sein, der genau im eingerückten Zustand der Kupplung betätigt wird.One solution is to change the position of the or disengaging the moving part of the clutch. in the disengaged state, this part takes a first position on and after applying a voltage to the to actuate the This part is provided by a clutch electromagnet second position. The way this part of the disengaged lies in the indented state On the order of a few 1/10 millimeters to a few Millimeters and can be used with conventional position sensors, preferably electromechanical, optoelectronic, inductive or capacitive type can be detected. in the In the simplest case, a micro button can be arranged fixed to the frame be actuated exactly when the clutch is engaged becomes.

In DE 31 40 259 A1 ist eine Schaltungsanordnung für ein Lastschaltgetriebe beschrieben, bei der hydraulisch betätigte Trennkupplungen vorgesehen sind, wobei zur Ermittlung der Kupplungsstellung ein Weg- oder Druckmeßsystem installiert ist. Desweiteren sind bei dieser Schaltungsanordnung jeweils antriebs- und abtriebsseitig Drehzahlgeber vorgesehen, die mit einem Steuerwerk in Verbindung stehen, welches einen Drehzahlregelkreis beinhaltet.DE 31 40 259 A1 describes a circuit arrangement for a Powershift transmission described in the hydraulically operated Separating clutches are provided, with the determination of A position or pressure measuring system installed in the coupling position is. Furthermore, each with this circuit arrangement On the input and output side, speed sensors are provided, which to be connected to a control unit which Includes speed control loop.

Eine weitere Lösung besteht darin, daß als Indikator für den eingerasteten Zustand einer Kupplung eine Einrichtung zur Weg- oder Winkelmessung eingesetzt wird, die dem von der Kupplung angetriebenen Maschinenteil zugeordnet ist. Die Abgabe von Signalen der Weg- bzw. Winkelmeßeinrichtungen kann als Indiz dafür genommen werden, daß die Kupplung eingerastet ist.Another solution is that as an indicator of the engaged state of a clutch a device for Distance or angle measurement is used, which is that of the Clutch driven machine part is assigned. The Delivery of signals from the path or angle measuring devices can as an indication that the clutch is engaged is.

Nachteilig bei diesen Lösungen ist, daß jeweils zusätzliche, kostenaufwendige Einrichtungen zur Weg,- Winkel- bzw. Drehzahlmessung erforderlich sind, die zusätzlichen Einbauraum benötigen, die nur aufwendig zu installieren sind und die aufgrund ihrer Bauweise und aufgrund ihrer Komplexität die Zuverlässigkeit bei der Überwachung einer elektromagnetischen Kupplung beeinträchtigen. Zudem ist bei diesen teilweise mit mechanischen Mitteln realisierten Lösungen damit zu rechnen, daß im rauhen Maschinenbetrieb durch mechanische Einflüsse und andere Umwelteinflüsse die Genauigkeit der Positionsermittlung der bewegten Kupplungs und Maschinenteile verlorengeht.The disadvantage of these solutions is that additional, costly facilities for path, - angle or Speed measurement are required, the additional Require installation space that is difficult to install and that because of their construction and because of their Complexity the reliability of monitoring a affect electromagnetic clutch. In addition, partly realized with mechanical means Solutions to be expected in rough machine operation due to mechanical influences and other environmental influences Accuracy of the position determination of the moving clutch and machine parts are lost.

Bei einigen Maschinen, insbesondere bei Druckmaschinen, kann es erforderlich sein, neben der Überwachung des Ein- und Ausrückzustandes, auch die exakte Winkelstellung der kuppeln den Teile einer Drehkupplung zu überwachen. Beispielsweise bei Zahnkupplungen kann es vorkommen, daß die Zähne beim Einkuppeln bzw. infolge von Betriebsstörungen nicht in den vorgesehenen Gegenstücken sitzen, oder daß die Zähne nicht exakt einrasten und undefiniert auf einer Zahnflanke aufsitzen.With some machines, especially with printing machines, can it may be necessary in addition to monitoring the input and Disengagement state, also the exact angular position of the domes to monitor the parts of a rotary coupling. For example with tooth couplings it can happen that the teeth at Do not engage or due to malfunctions in the provided counterparts sit, or that the teeth are not engage precisely and undefined on a tooth flank sit on.

Die dazu erforderlichen Überwachungseinrichtungen sind ebenfalls als zusätzliche Baueinheiten an der Kupplung bzw. an den treibenden und/oder getriebenen Maschinenelementen angeordnet und weisen dieselben Nachteile auf, wie sie schon oben beschrieben wurden. The monitoring devices required for this are also as additional units on the coupling or on the driving and / or driven machine elements arranged and have the same disadvantages as they already have have been described above.

Bei einfachen Überwachungsanordnungen für eine elektromagnetisch betätigte Kupplung ist es durch eine Messung der Gleichstromaufnahme des Elektromagneten möglich, ein Signal für den Zustand "Kupplung eingerastet" zu gewinnen. So kann man beispielsweise in der Anschlußleitung des Elektromagneten einen ohmschen Widerstand in Reihenschaltung zum Elektromagneten anordnen, wobei der Spannungsabfall über diesen Widerstand ausgewertet wird. Wenn der Spannungsabfall einen bestimmten Schwellwert überschreitet, dann kann am Ausgang eines mit dem Widerstand verbundenen Komparators eine Signalflanke verursacht werden, die als Indiz für den eingerasteten Zustand genommen werden kann.With simple monitoring arrangements for one it is electromagnetically actuated by a clutch Measurement of the direct current consumption of the electromagnet possible, a signal for the "clutch engaged" state win. So you can, for example, in the connecting line of the electromagnet has an ohmic resistance Arrange series connection to the electromagnet, the Voltage drop across this resistor is evaluated. If the voltage drop a certain threshold exceeds, then at the output one with the resistor connected comparator a signal edge can be caused which are taken as an indication of the locked state can.

Bei dieser Lösung geht man davon aus, daß, wenn eine elektromagnetische Kupplung mit Spannung bzw. Strom versorgt wird, diese auch ihre bestimmungsgemäße Lage einnimmt, d. h., daß z. B. eine Zahnkupplung hinsichtlich axialer Position und Winkelstellung der zu kuppelnden Maschinenelemente exakt einrastet. Nachteilig hierbei ist, daß durch die Messung der Gleichstromaufnahme des Elektromagneten kleinere Abweichungen vom exakt eingerasteten Zustand nicht erkannt werden können, weil sich der Gleichstrom infolge der Sättigung des Elektromagneten in diesen Bereichen nur unbedeutsam verändert.With this solution it is assumed that if one electromagnetic clutch supplied with voltage or current is, this also assumes its intended position, d. H., that z. B. a tooth coupling in terms of axial position and Precise angular position of the machine elements to be coupled snaps into place. The disadvantage here is that by measuring the DC current consumption of the electromagnet minor deviations cannot be recognized from the exact engaged state, because the direct current changes due to the saturation of the Electromagnets in these areas are insignificant changed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer elektromagnetisch betätigten Kupplung zu entwickeln, die kostengünstig und wenig materialaufwendig die zuverlässige Überwachung des Ein- und Ausrückzustandes und der Winkelposition der kuppelnden Maschinenelemente ermöglicht. The invention has for its object a Circuit arrangement for monitoring an electromagnetic actuated clutch to develop that inexpensive and reliable monitoring of the input and disengagement state and the angular position of the clutch Machine elements enabled.

Die Erfindung besteht darin, daß im eingeschalteten und ausgeschalteten Zustand der Kupplung die Wicklung des Elektromagneten der Kupplung mit einem Wechselstrom gespeist wird, dessen Effektivwert im eingeschalteten Zustand dem Nennstrom zum Einrasten der Kupplung entspricht und dessen Effektivwert im ausgeschalteten Zustand so gering ist, daß die Kupplung im Normalzustand sicher ausrastet. Zur Speisung der Wicklung ist eine von einem Fensterkomparator steuerbare Stromquelle vorgesehen. Der Fensterkomparator besitzt jeweils für den ein- und ausgeschalteten Zustand zwei Komparatorschwellen. Die jeweils weiter oben liegende Schwelle begrenzt den eingespeisten Strom auf einen Maximalwert, ab dem die Stromquelle vom Ausgangssignal des Fensterkomparators abgeschaltet wird.The invention is that in the on and off state of the clutch the winding of the Electromagnets of the clutch are fed with an alternating current the effective value of which is switched on when Corresponds to the nominal current for engaging the coupling and its The effective value when switched off is so low that the clutch securely disengages in normal condition. For feeding the winding is controlled by a window comparator Power source provided. The window comparator has each for the on and off state two Comparator thresholds. The one above Threshold limits the current fed in to one Maximum value from which the current source on the output signal of the Window comparator is switched off.

Der Speisestrom fällt danach bis auf einen Wert ab, der von der jeweiligen unteren Komparatorschwelle vorgegeben wird. Der durch die Wicklung fließende Strom wird von einem Strommesser, vorzugsweise einem Stromwandler oder einem Meßwiderstand erfaßt und über einen Verstärker dem einen Eingang des Fensterkomparators zugeführt, an dessen anderen Eingang die jeweils für den ein- und ausgeschalteten Zustand erforderlichen Referenzspannungen liegen. Durch die Schaltungsanordnung schwingt der Strom durch die Wicklung mit einer Frequenz, die sich je nach dem Zustand beim Ein- oder Ausrücken auf einen definierten Wert einstellt. Zur Frequenzmessung ist gemäß der Erfindung ein Frequenzmesser vorgesehen, der galvanisch oder potentialfrei in der Speiseleitung der Wicklung liegen kann oder vorzugsweise mit dem Ausgang des Fensterkomparators verbunden sein kann. Die Frequenz wird in einem Vergleicher mit einer Referenzfrequenz verglichen. Wenn die Frequenz einem vorgegebenen Betrag von der Referenzfrequenz abweicht, dann kann entsprechendes Signal abgeleitet werden, welches eine Aussage darüber gestattet, ob die Kupplung ordnungsgemäß ein- bzw. ausgerastet ist. Die Frequenzabweichungen kommen dadurch zustande, daß wenn die Kupplung nicht ordnungsgemäß einrastet, der Luftspalt im magnetischen Kreis der Kupplung zu groß bzw. zu klein ist, so daß sich infolge der Linearisierung bzw. Nichtlinearisierung der magnetischen Kennlinie die Induktivität der Wicklung verändert.The feed current then drops to a value that of the respective lower comparator threshold is specified. The current flowing through the winding is from one Ammeter, preferably a current transformer or one Measuring resistance detected and one via an amplifier Input of the window comparator fed to the other Input each for the on and off state required reference voltages. Through the Circuit arrangement vibrates the current through the winding a frequency that varies depending on the state when entering or Set out to a defined value. For Frequency measurement is a frequency meter according to the invention provided that the galvanic or floating in the Feed line of the winding can be or preferably with can be connected to the output of the window comparator. The Frequency is in a comparator with a reference frequency compared. If the frequency is a predetermined amount of deviates from the reference frequency, then the corresponding can Signal can be derived, which is a statement about it allows the clutch to engage or disengage properly freaked out. This causes the frequency deviations that if the clutch is not working properly engages, the air gap in the magnetic circuit of the clutch is too large or too small, so that due to the Linearization or non-linearization of the magnetic Characteristic changes the inductance of the winding.

Die Erfindung soll im Weiteren anhand der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung noch näher erklärt werden.The invention is further based on the in the drawing circuit arrangement shown will be explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und Fig. 1 is a block diagram of the circuit arrangement according to the invention and

Fig. 2 und 3 Impulsdiagramme für den ein- und ausgerasteten Zustand der Kupplung. Fig. 2 and 3 are timing diagrams for the incoming and the disengaged state of the clutch.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung liegt in Reihe zur Wicklung 1 einer elektromagnetisch betätigten Kupplung masseseitig ein Meßwiderstand 2 und stromversorgungsseitig eine Stromquelle 3, die an einer Speisespannung U_S liegt. Die Stromquelle 3 besitzt einen Steuereingang 4, der mit dem Ausgang eines Komparators 5 verbunden ist. Ein Eingang des Komparators 5 liegt an einer Referenzspannungsquelle 6, die in Abhängigkeit von der Stellung eines Schalters 7 eine obere Komparatorschwelle U₁ + ΔU₁ bzw. U₂ + ΔU₂ und eine untere Komparatorschwelle von U₁-ΔU₁ bzw. U₂-ΔU₂ erzeugt. Der andere Eingang des Komparators 5 erhält über einen Wechselspannungsverstärker 8 die über dem Meßwiderstand 2 abfallende Spannung, welche proportional dem durch die Wicklung 1 fließenden Strom ist. Am Ausgang des Komparators 4 ist ein Frequenzmesser 9 angeschaltet, der einen frequenzselektiven Phasendetektor 10 beinhaltet. Dem Phasendetektor 10 werden neben der Meßfrequenz f_M eine Referenzfrequenz f_R zum Vergleich zugeführt. Die Referenzfrequenz f_R wird von einem spannungsgesteuerten Oszillator 11 erzeugt, dessen Steuerspannungseingang mit dem Schalter 7 verbunden ist. Der Frequenzmesser 9 vom Typ 4046 hat einen Tristate-Ausgang, so daß über dem Spannungsteiler 12 mit R₁ = R₂ ein Signal für die Größe und Richtung der Abweichung der Meßfrequenz f_M von der Referenzfrequenz f_R entnommen werden kann.In the circuit shown in FIG. 1, in series with winding 1 of an electromagnetically actuated clutch, there is a measuring resistor 2 on the ground side and a current source 3 on the power supply side, which is connected to a supply voltage U _S. The current source 3 has a control input 4 , which is connected to the output of a comparator 5 . One input of the comparator 5 is connected to a reference voltage source 6 which, depending on the position of a switch 7, has an upper comparator threshold U ₁ + ΔU ₁ or U ₂ + ΔU ₂ and a lower comparator threshold of U ₁ -ΔU ₁ or U ₂ - ΔU ₂ generated. The other input of the comparator 5 receives, via an AC voltage amplifier 8, the voltage drop across the measuring resistor 2, which voltage is proportional to the current flowing through the winding 1 . A frequency meter 9 , which contains a frequency-selective phase detector 10 , is connected to the output of the comparator 4 . In addition to the measurement frequency f _M, a reference frequency f _{R is} fed to the phase detector 10 for comparison. The reference frequency f _R is generated by a voltage-controlled oscillator 11 , the control voltage input of which is connected to the switch 7 . The frequency meter 9 of type 4046 has a tristate output, so that a signal for the size and direction of the deviation of the measuring frequency f _M from the reference frequency f _R can be taken from the voltage divider 12 with R ₁ = R ₂ .

Der Frequenzmesser 9 kann ebenso über einen zusätzlichen Vor verstärker in die Verbindungsleitung zwischen Wicklung 1 und Meßwiderstand 2 oder an den Ausgang des Verstärkers 8 gekoppelt werden. Der Frequenzmesser 9 erfaßt in jedem Fall die Frequenz f_M des Wechselstromanteils in der Wicklung 1.The frequency meter 9 can also be coupled via an additional amplifier before in the connecting line between winding 1 and measuring resistor 2 or to the output of the amplifier 8 . In any case, the frequency meter 9 detects the frequency f _{M of} the AC component in the winding 1 .

In Fig. 2 sind die Impulsdiagramme für den Zustand dargestellt, daß der Schalter 7 auf U_ON gestellt ist, d. h., daß die Kupplung einrasten soll. Für diesen eingeschalteten Zustand werden an den einen Eingang des Komparators 5 die Schwellspannungen U₁ + ΔU₁ und U₁-ΔU₁ gesetzt. Der Strom, der in diesem Fall durch die Wicklung 1 fließt, ist für den nicht ordnungsgemäß eingerasteten Zustand in Fig. 2.1 und für den ordnungsgemäß eingerasteten Zustand in Fig. 2.2 dargestellt. Die für den nicht ordnungsgemäß eingerasteten Zustand entsprechenden Impulsdiagramme am Ausgang des Verstärkers 8 und am Ausgang des Komparators 5 sind in den Fig. 2.3 und 2.5 dargestellt und die für den ordnungsgemäß eingerasteten Zustand in Fig. 2.4 und 2.6.In FIG. 2, the pulse timing diagrams are shown for the condition that the switch is set to _ON U 7, that is, the clutch is to engage. For this switched-on state, the threshold voltages U ₁ + ΔU ₁ and U ₁ -ΔU _{1 are} set at one input of the comparator 5 . The current which flows through the winding 1 in this case is shown in FIG. 2.1 for the improperly engaged state and in FIG. 2.2 for the correctly engaged state. The pulse diagrams at the output of the amplifier 8 and at the output of the comparator 5 corresponding to the improperly engaged state are shown in FIGS. 2.3 and 2.5 and those for the properly engaged state from FIGS. 2.4 and 2.6.

Bei den in den Fig. 3.1-3.6 analog wie in Fig. 1 gezeigten Zustand wo der Schalter 7 an U_OFF liegt, bestehen die Unterschiede zum eingeschalteten Zustand darin, daß die Kupplung ausgerastete sein soll, liegen die Unterschiede zum eingeschalteten Zustand darin, daß die Komparatorschwellen U₂ + ΔU₂ und U₂-ΔU₂ so niedrig liegen, daß der Effektivwert des Stromes durch die Wicklung 1, wie er in den Fig. 3.1 und 3.2 dargestellt ist, die Kupplung nicht einrasten läßt, bzw. daß die Kupplung im Normalzustand sicher ausrastet. In the state shown in FIGS . 3.1-3.6, analogously to FIG. 1, where the switch 7 is at U _OFF , the differences from the switched-on state are that the clutch should be disengaged, the differences from the switched-on state are that the comparator thresholds U ₂ + ΔU ₂ and U ₂ -ΔU _{2 are} so low that the effective value of the current through the winding 1 , as shown in FIGS. 3.1 and 3.2, does not engage the clutch, or that the clutch disengages safely in normal condition.

Je nach dem Ein- bzw. Ausrastzustand der Kupplung hat der Strom durch die Wicklung einen Wechselanteil verschiedener Frequenz. Die Frequenz t_M bzw. die Periodendauer T_M werden mit dem Frequenzmesser 9 gemessen und mit einer Referenzfrequenz f_R verglichen. Je nach dem, ob die gemessene Frequenz f_M größer oder kleiner als die Referenzfrequenz f_R ist, kann man aus dem Betrag der Frequenzabweichung Schlüsse ziehen, ob die Kupplung ordnungsgemäß ein- bzw. ausgerastet ist.Depending on the engagement or disengagement of the clutch, the current through the winding has an alternating component of different frequency. The frequency t _M and the period T _M are measured with the frequency meter 9 and compared with a reference frequency f _R. Depending on whether the measured frequency f _{M is} greater or less than the reference frequency f _R , one can draw conclusions from the magnitude of the frequency deviation as to whether the clutch is properly engaged or disengaged.

Die Referenzfrequenz f_R kann man günstig so legen, daß sie in der Mitte zwischen den beiden Frequenzabweichungen liegt. Über den Steuereingang des Oszillators 11 bietet sich die Möglichkeit, für den eingeschalteten- bzw. ausgeschalteten Zustand unterschiedliche Referenzfrequenzen f_R zu wählen.The reference frequency f _R can be conveniently placed so that it lies in the middle between the two frequency deviations. The control input of the oscillator 11 offers the possibility of choosing different reference frequencies f _R for the switched on or switched off state.

BezugszeichenlisteReference list

1 Wicklung
2 Meßwiderstand
3 Stromquelle
4 Steuereingang
5 Komparators
6 Referenzspannungsquelle
7 Schalter
8 Wechselspannungsverstärker
9 Frequenzmesser
10 Phasendetektor
11 Oszillator
12 Spannungsteiler 1 winding
2 measuring resistor
3 power source
4 control input
5 comparators
6 reference voltage source
7 switches
8 AC amplifiers
9 frequency meters
10 phase detector
11 oscillator
12 voltage dividers

Claims

Circuit arrangement for monitoring an electromagnetically actuated clutch, in which the winding of the electromagnet is connected to a switchable current source, and in which a current meter is arranged in series for winding the electromagnet, characterized in that

- that the winding (1) in the ON and OFF state is connected to the power source (3), wherein the power source (3) via a control input to a window comparator (5) in compound
- That an AC voltage amplifier ( 8 ) is provided, which is assigned to an ammeter and whose output is connected to the first input of the window comparator ( 5 ),
- That the second input of the comparator ( 5 ) is connected to a reference voltage source ( 6 ) which has two comparator thresholds depending on the switch-on and switch-off signals, and
- That a frequency meter ( 9 ) for measuring the frequency of the AC component in the winding ( 1 ) is provided, which is connected to a comparator ( 10 ), to the second input of which a reference frequency generator ( 11 ) is connected.