DE4441364C1 - Verfahren zur Beaufschlagung einer Vorrichtung bzw. Anlage mit alternierendem, pulsierendem bzw. getaktetem Kraft- oder Energiestrom - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beaufschlagung einer Vorrichtung bzw. Anlage mit einem stochastisch, nach Art eines Rauschens, alternierenden, pulsierenden bzw. getakteten Kraft- oder Energiestrom.

Dieser Kraft- oder Energiestrom kann auch einem anderen Kraft- oder Energiestrom überlagert sein.

Aus der DE 35 39 558 C2 ist es im Zusammenhang mit dem Betrieb von elektrischen Maschinen, Transformatoren, Drosselspulen, Kondensatoren unter Verwendung getakteter leistungselektronischer Geräte bekannt, die Taktfrequenz zumindest in einem vorgegebenen Frequenzbereich zu wobbeln, um unerwünschte Schallabstrahlungen bzw. elektro­ magnetische Störspektren zu vermeiden, insbesondere wenn die genannten Anlagen und Geräte in einem gemeinsamen schwingungsfähigen Raum oder Körper angeordnet sind. Durch die Wobbelung der Taktfrequenz kann die Gefahr einer Reso­ nanzanregung der Raum- oder Körperwandflächen deutlich vermindert werden, mit der Folge, daß keine bzw. keine nennenswerte Schallabstrahlung erfolgt.

In besonders bevorzugter Weise ist nach der DE 35 39 558 C2 vorgesehen, Maßnahmen zu ergreifen, um die jeweiligen Um­ feldbedingungen zu erfassen. Insbesondere sollen die übrigen Umfeldgeräusche gemessen und analysiert und die gewonnene Spektralanalyse zur Beeinflussung der Wobbelung herange­ zogen werden, so daß die Schallabstrahlung etwa das gleiche Spektrum wie das Hintergrundgeräusch des Umfeldes aufweist. Auf diese Weise haben die von der Anlage bzw. dem jeweiligen Gerät erzeugten Geräusche einen ähnlichen Klang wie das allgemeine Hintergrundgeräusch.

Die gewobbelte Taktfrequenz kann dadurch erzeugt werden, daß ein Rauschgenerator über einen Tiefpaßfilter und einen den Frequenzhub bestimmenden Spannungsbegrenzer auf den einen Eingang eines Summiergliedes geschaltet ist, dessen zweiter Eingang mit einer die Mittenfrequenz vorgebenden Festspannungsquelle verbunden ist, und daß am Ausgang des Summiergliedes ein Spannungs-Frequenz-Wandler ange­ schlossen ist, an dessen Ausgang die gewobbelte Taktfre­ quenz abnehmbar ist.

Statt dessen ist es auch möglich, daß ein Zufallsgenerator und ein Festzahlgeber mit größerer bit-Zahl als der Zufalls­ generator auf getrennte Eingänge eines Addierers geschaltet sind, der mit seinem Ausgang zählgrenzbestimmend einen mit einem Festtaktgenerator gekoppelten Zähler beeinflußt, dessen ausgangsseitiger Zählerüberlauf der gewobbelten Taktfrequenz entspricht. Hierbei kann der Zufallsgenerator in Abhängigkeit von einer Schaltung zur Geräuschanalyse steuerbar sein.

Die auf diese Weise erzeugte gewobbelte Frequenz wird als Taktfrequenz an Geräte und Maschinen weitergeführt.

Bei der Ansteuerung elektrischer Stellorgane von Propor­ tionalventilen u. dgl. ist es bekannt, das Steuersignal mit einer höheren Frequenz zu modulieren, um das Steuer­ organ zu einer gewissen "Zitterbewegung" anzuregen. Da­ durch kann zwar der Einfluß von Haftreibung bei der Be­ tätigung des Steuerorgans vermindert bzw. ausgeschaltet werden. Jedoch können unerwünschte Geräusche auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, das Verfahren der ein­ gangs angegebenen Art weiterzuentwickeln, insbesondere für elektrohydraulische Anwendungen, etwa die elektrische Stromzuführung zu elektromagnetischen Stellorganen von Proportionalventilen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Rauschen eine spektrale Amplituden- bzw. Intensitätsver­ teilung aufweist, welche im wesentlichen invers zum Amplitudenfrequenzgang eines Störparameters der Vorrichtung bzw. Anlage ist.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die In­ tensität des Rauschens in solchen Frequenzbereichen anzuhe­ ben in denen die Gefahr von störenden Resonanzanregungen besonders gering ist bzw. die relativ weit entfernt von Resonanzfrequenzen liegen. Indem erfindungsgemäß die Kraft­ bzw. Energieübertragung verstärkt in solchen Frequenzbe­ reichen erfolgt, in denen Schwingungen mit allenfalls geringen Amplituden anregbar sind, wird ein besonders geräuscharmer Betrieb ermöglicht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung bei­ spielhaft erläutert.

Dabei zeigt die einzige Figur eine schaltplanartige Dar­ stellung eines Hydrauliksystems, bei dem in der Versorgungs­ leitung eines Verbrauches ein Proportionalventil angeordnet ist, dessen elektromagnetisches Stellorgan in erfindungs­ gemäßer Weise mit elektrischem Strom beaufschlagt wird.

Eine Druckquelle, die durch eine saugseitig mit einem Hydraulikreservoir 1 verbundene Pumpe 2 sowie einen druckseitig der Pumpe 2 angeordneten Druckspeicher 3 gebildet wird, ist über ein elektromagnetisch gesteuertes Proportionalventil 4 mit einem Verbraucher 5 verbunden, von dem aus das Hydraulikmedium - gegebenenfalls über ein nicht dargestelltes weiteres Proportionalventil - zum Reservoir 1 zurückfließt.

Das Proportionalventil 4 wird mittels eines elektronischen Reglers 6 gesteuert, der eingangsseitig mit einem Druck­ sensor 7 verbunden ist und von dort Signale erhält, die den hydraulischen Druck eingangsseitig des Verbrauchers 5 wiedergeben. Zusätzlich oder alternativ kann der Regler 6 eingangsseitig mit einem Sensor 8 verbunden sein, welcher den Betriebszustand des Verbrauchers 5 wiedergebende Signale erzeugt. Gegebenenfalls kann eingangsseitig des Proportional­ ventiles 4 ein weiterer Drucksensor 9 angeordnet und mit der Eingangsseite des Reglers 6 verbunden sein, so daß für die Regelung auch Signale zur Verfügung stehen, die den Druck vor dem Proportionalventil 4 darstellen.

Ausgangsseitig steuert der Regler 6 eine Treiberschaltung 10, die ihrerseits das elektromagnetische Stellaggregat 4′ des Proportionalventiles 4 mit elektrischem Strom beaufschlagt, derart, daß das Proportionalventil 4 die jeweils vom Regler 6 "gewünschte" Stellung, insbesondere eine Zwischen­ lage zwischen dem vollständig geschlossenen und dem voll­ ständig geöffneten Zustand, einnimmt.

Erfindungsgemäß ist der das Stellaggregat 4′ beaufschlagende elektrische Strom, welcher einem anderen Steuerstrom über­ lagert sein kann, alternierend und/oder pulsierend bzw. ge­ taktet, wobei die Amplitude und/oder die Pulsations- bzw. Taktfrequenz und/oder die Impulsbreiten nach Art eines Rauschens wechseln, dessen spektrale Intensitätsverteilung im wesentlichen invers zum Amplitudenfrequenzgang eines Störspektrums bzw. -parameters des Proportionalventiles 4 bzw. des dargestellten hydraulischen Systems oder des mechanischen Aufbaus von Systemteilen ist.

Dies ist gleichbedeutend damit, daß solche Frequenzen, bei denen am Proportionalventil 4 bzw. im hydraulischen System relativ leicht mechanische Schwingungen angeregt werden können, innerhalb des Rauschspektrums nur eine besonders geringe bzw. verschwindende Intensität haben sollen.

Gegebenenfalls können die Sensoren 7 bis 9 auch so ausge­ bildet sein, daß sie Schwingungen nach Frequenz und Inten­ sität bzw. Amplitude erfassen und an den Regler 6 ent­ sprechende Signale weitergeben können. Damit kann der Regler 6 die Treiberschaltung 10 entsprechend steuern, derart, daß im Rauschspektrum Frequenzen in der Nachbar­ schaft von Frequenzen störender bzw. geräuschintensiver Schwingungen im hydraulischen System unterdrückt werden.

Das Rauschen bzw. rauschähnliche breitbandige Signale können in vielfältiger Weise erzeugt werden, z. B.

• - mittels eine Pseudo-Zufalls-Sequenz,
• - durch Impulse, deren Puls- bzw. Taktfrequenzen und/oder Impulsbreiten und/oder Amplituden nach Art eines Rauschens moduliert sind,
• - mittels eines Wechselsignales, dessen Frequenz ständig geändert wird (Frequenzmodulation), auch unabhängig vom momentanen Nutzsignal, wobei die Frequenz unter anderem von der Nutzsignalamplitude abhängig ist, wenn das Nutzsignal mittels Pulsdauermodulation erzeugt wird,
• - durch ein synthetisch erzeugtes Signal, das z. B. auf einem Rechner generiert und zur Steuerung aus einem Speicher ausgelesen wird, wobei dieses Signal aus etwa 50 überlagerten Sinusschwingungen bestehen kann, deren Frequenzen und/oder Amplituden nach Bedarf vorgebbar sind.

Die gewünschte spektrale Verteilung des Rauschens kann durch Filtern dieser Signale erzeugt bzw. verändert werden, wobei die Filter eine vorzugebende Frequenzcharakteristik, invers zum Frequenzgang der Störparameter, aufweisen.

Gegebenenfalls kann das Verfahren ohne wesentliche Qualitäts­ minderung dahingehend abgewandelt werden, daß die Takt- oder Impulsfrequenz des Kraft- oder Energiestromes ständig inner­ halb bevorzugter störunempfindlicher Frequenzbereiche wechselt. Hierbei ist zweckmäßig, wenn die verschiedenen Frequenzbereiche der Takt- oder Pulsfrequenz abhängig nach deren Störempfind­ keit mehr oder weniger häufig verwendet werden.

Außer bei der Übertragung elektrischer Energie läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch bei mechanischer und/oder fluidischer Kraft- bzw. Energieübertragung einsetzen.

Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren auch bei der Entmagnetisierung magnetischer Materialien.

Claims (8)

1. Verfahren zur Beaufschlagung einer Vorrichtung bzw. Anlage mit einem stochastisch, nach Art eines Rauschens, alternierenden, pulsierenden bzw. getakteten Kraft- oder Energiestrom, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauschen eine spektrale Amplituden- bzw. Intensitätsverteilung aufweist, welche im wesentlichen invers zu dem Amplitudenfrequenzgang eines Störpara­ meters der Vorrichtung bzw. Anlage ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorrichtung bzw. Anlage Sensoren (7, 8, 9) angeordnet sind, mit denen sich Schwingungen nach Frequenz und Amplitude bzw. Intensität erfassen lassen, und daß im Rauschspektrum solche Frequenz­ bereiche unterdrückt bzw. ausgeschaltet werden, die in der Nähe der Frequenz unerwünschter Schwingungen liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegel des Kraft- oder Energiestroms durch das Rauschen moduliert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Takt- oder Impulsfrequenz des Kraft- oder Energiestromes durch das Rauschen moduliert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauschen einer Impulsbreitenmodulation des Kraft- oder Energiestromes überlagert ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Takt oder Impulsfrequenz des Kraft- oder Energiestromes ständig innerhalb vorgegebener bzw. bevorzugter, störunempfindlicher Frequenzbereiche gewechselt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Takt- oder Impulsfrequenz des Kraft- oder Energiestromes ständig wechselt, wobei die ver­ schiedenen Frequenzbereiche je nach Störempfindlich­ keit unterschiedlich häufig verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraft- oder Energiestrom einem anderen Kraft- oder Energiestrom, insbesondere einem Nutzstrom, überlagert ist.