DE3533817C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Steuermotor
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere für ein
Servoventil.
Steuermotore für Servoventile sind bereits seit langem bekannt
und dienen in Verbindung mit einem Servoventil dazu, ein
kleines elektrisches Eingangssignal analog in ein hydraulisches
Ausgangssignal umzuwandeln. Es sind ferner bereits zahlreiche
Bauarten für Steuermotore
bekannt. Gemäß einer dieser Bauarten weist der Steuermotor
einen plattenförmigen horizontal angeordneten Anker auf, der
mit seinen beiden Enden zwischen dauermagnetischen Feldern angeordnet
ist. Dabei werden die von einem elastischen Rohr abgelegenen
Enden des Ankers durch zwei Steuerspulen mit
gleicher magnetischer Polarität erregt, so daß eine Verkippung
des Ankers hervorgerufen wird. Die Verkippung des Ankers
wird auf eine mit diesem verbundene Stange übertragen, die
ihrerseits einen hydraulischen Verstärker steuert. In der DE-
OS 33 38 602 wird ein Steuermotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben,
wobei der Anker eine langgestreckte hohlzylindrische
Gestalt besitzt und von einer im Gehäuse des Steuermotors angeordneten
Steuerspule umgeben ist. Die mit dem Anker verbundene,
als Ausgangsglied wirkende Stange kann direkt oder indirekt
auf ein hydraulisches Bauteil einwirken.
Die Hin- und Herbewegung des unteren Endes der Stange erfolgt
entsprechend dem der Steuerspule zugeführten Steuerstrom. Der
Steuerstrom kann je nach der Aufgabe des Steuermotors eine unterschiedliche
Frequenz aufweisen, so daß sich für den Steuermotor ein
gewisser Frequenzgang ergibt. Nimmt man beispielsweise an, daß
die Steuerspule mit einem eingeprägten Strom von beispielsweise
700 mA versorgt wird, so ergibt sich bei der Frequenz
f = 0 maximaler oder 100% Hub, d. h. das untere Ende des Ausgangsglieds
überstreicht zwischen seinen beiden Extremstellungen
beispielsweise eine Strecke von 0,8 mm, also 0,4 mm zwischen
der Mittelstellung und der einen wie auch der anderen Extremstellung.
Mit steigender Frequenz nimmt der Hub gegenüber seinem
100%igem Wert ab. Bei einer bestimmten Frequenz kann dann
aber abhängig auch von dem hydraulischen System, welches durch
das untere Ende des Ausgangsglieds betätigt wird, wieder ein
Anstieg des Hubs eintreten, und zwar auf Werte die oberhalb
100% liegen. Absolut ausgedrückt bedeutet dies, daß man beispielsweise
statt des maximal erwünschten zulässigen Hubwertes
von 0,8 mm einen Hub von 1,5 mm erhält, was die Bauteile
des Steuermotors insbesondere auch das den Anker tragende
elastische Rohr überlastet.
Aus der DE-OS 34 13 959 ist ein direkt angetriebenes elektrohydraulisches
Servoventil bekannt, auf das eine Dämpfung ausgeübt
werden soll, ohne daß im Hauptkörper des Servoventils
ein Geschwindigkeitssensor vorgesehen ist.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgebildeten
elektrischen Steuermotor für ein Servoventil derart weiterzubilden,
daß mechanische resonanzbedingte Überlastungen der
Bauteile weitgehend vermieden werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei dem Steuermotor gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 die im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vorgesehen.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäße Steuermotor vermeidet bei der Resonanzfrequenz
Anstiege der Hubwerte über den zulässigen Wert hinaus.
Ferner verhindern die im Steuermotor vorgesehenen Dämpfungsmittel
bei bestimmten Frequenzen eine unzulässige Huberhöhung.
Eine Überlastung der Bauteile des Steuermotors tritt
nicht auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß eine kurzgeschlossene Dämpfungsspule benachbart
zu einer Hauptspule der Steuerspule angeordnet ist. Das Windungsverhältnis
der beiden Spulen ist derart gewählt, daß die
erwünschte Dämpfung bei einer bestimmten Frequenz erreicht
wird. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
insbesondere aus den Unteransprüchen.
Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand
der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:
Fig.1 einen schematischen Schnitt durch ein einstufiges
Druck-Servoventil mit Steuermotor und hydraulischem
Verstärker;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen an sich bekannten
Steuermotor mit einer erfindungsgemäßen Steuerspule;
Fig. 3 einen schematischen Schnitt längs Linie 3-3
in Fig. 2, aber nur durch die erfindungsgemäße
Steuerspule;
Fig. 4 einen schematischen Schnitt längs Linie 4-4
in Fig. 3;
Fig. 5 den Frequenzgang eines Steuermotors gemäß Fig. 2 mit
und ohne die erfindungsgemäßen Dämpfungsmittel.
Fig. 1 zeigt ein einstufiges Druck-Servoventil 100. Das einstufige
Druck-Servoventil umfaßt einen elektrischen Steuermotor
1 und einen hydraulischen Verstärker 2. Der aus Permanentmagnet
3, Steuerspulen 4 und Anker 5 mit Prallplatte bestehende
Steuermotor 1 wandelt einen kleinen Steuerstrom in eine
proportionale Bewegung der Prallplatte um. Der Anker und die
Prallplatte sind ein Teil, welches an einem dünnwandigen elastischen
Rohr 6 federnd befestigt ist. Das Rohr 6 dichtet gleichzeitig
den Steuermotor gegen den hydraulischen Teil ab. Durch
ein Stromsignal werden die Steuerspulen 4 erregt und der Anker
5 gegen die Federkraft des Rohres 6 ausgelenkt. Die Auslenkrichtung
wird von der Polarität des Eingangsstroms bestimmt.
Das auf das Rohr 6 ausgeübte Moment und damit die Auslenkung
der Prallplatte ist dem Betrag des Steuerstroms proportional.
Bei abgeschaltetem Steuerstrom bringt das als Rückstellfeder
wirkende Rohr 6 den Anker 5 und somit auch die Prallplatte
wieder in Mittelstellung. Die Umsetzung der Auslenkung
der Prallplatte in eine hydraulische Größe erfolgt im hydraulischen
Verstärker 2. Als hydraulischer Verstärker wird hier
das Düsen-Prallplattensystem verwendet. Man erkennt, daß der
Steuerölzulauf vom Anschluß P über ein kleines Schutzfilter 7
zu Festdüsen 8 und weiter zu Regeldüsen 9 erfolgt.
Das Servoventil gemäß Fig. 1 wie auch der dort gezeigte elektrische
Steuermotor 1 sind bereits bekannt.
Fig. 2 veranschaulicht im Schnitt eine abgewandelte Ausbildungsform
eines elektrischen Steuermotors 101. Der elektrische
Steuermotor 101 ist in der DE-OS 33 38 602 im einzelnen beschrieben.
Der Steuermotor 101 weist im wesentlichen einen
Anker 15 auf, der an einem elastischen Rohr 16 befestigt ist.
Das elastische Rohr 16 ist in einem Sockel 17 befestigt. Der
Anker 15 kann unter dem Einfluß einer Steuerspule 19 und unter Einfluß
von ebenfalls vorhandenen Permanentmagnetmitteln Bewegungen ausführen, die
auf ein Ausgangsglied (Stange) 25 übertragen werden. Das untere freie Ende
26 der Stange 25 wird somit zu Hin- und Herbewegungen gegenüber
seiner Mittelstellung veranlaßt werden. Das untere Ende 26 wirkt direkt
auf ein hydraulisches Bauteil ein oder arbeitet in ähnlicher Weise mit Düsen
zusammen, wie dies in Fig. 1 für den dort gezeigten elektrischen Steuermotor
1 veranschaulicht ist. Erfindungsgemäß ist die in einem Gehäuse 18
des Steuermotors 101 sitzende Steuerspule 19 in der noch zu beschreibenden
Art und Weise ausgebildet.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung
des Betriebsverhaltens des elektrischen Steuermotors insbesondere
bei einem Servoventil. Obwohl die Erfindung auch bei
einem Steuermotor 1 gemäß Fig. 1 sinngemäß angewandt werden
kann, so sei die Erfindung doch im folgenden anhand des Steuermotors
gemäß Fig. 2 beschrieben, für den die erfindungsgemäßen
Maßnahmen besonders vorteilhaft sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, den elektrischen
Steuermotor 101 mit Dämpfungsmitteln derart auszurüsten,
daß sich ein störungsfreier Betrieb über einen großen
Frequenzbereich hin ergibt. Die Erfindung sieht dabei Dämpfungsmittel
für die Steuerspule 19 vor. Vorzugsweise haben diese Dämpfungsmittel
die Form einer Dämpfungsspule 22, die benachbart zu einer
Hauptspule 21 angeordnet ist. Bei der Dämpfungsspule 22 handelt
es sich vorzugsweise um eine Kurzschlußspule, d. h. die
beiden Enden der Dämpfungsspule 22 sind miteinander verbunden,
beispielsweise verlötet.
Erfindungsgemäß besteht die Steuerspule 19 aus einer ersten
oder Hauptspule 21 und der zweiten oder Dämpfungsspule 22.
Hauptspule 21 und Dämpfungsspule 22 sind auf einen Spulenkörper
20 aufgewickelt, wie dies näher in schematischer Weise
auch in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist.
Man erkennt, daß auf den im Querschnitt quadratischen Spulenkörper
20 zunächst die Dämpfungsspule 22 aufgewickelt ist. Die
Dämpfungsspule 22 hat beispielsweise 40 Windungen, wobei Anfang
und Ende miteinander verlötet sind. Auf die Dämpfungsspule
22 ist sodann die Hauptspule 21 aufgewickelt, die beispielsweise
600 Windungen besitzt. Der Widerstand beträgt beispielsweise
9 Ohm. Der Steuerstrom für die Hauptspule 21 ist beispielsweise
700 mA. Die Hauptspule 21 wird von einer nicht
gezeigten Quelle eingeprägten Stromes gespeist. Zwischen der
Dämpfungsspule 22 und der Hauptspule 21 ist eine Lage aus einer
Isolierfolie 23 angeordnet. Die Isolierfolie 23 besteht vorzugsweise
aus Polytetrafluorethylen. Die Anschlüsse 27 und 28
der Hauptspule 21 sind wie in Fig. 3 gezeigt aus dem Spulenkörper
herausgeführt, um mit der bereits erwähnten Quelle eingeprägten
Stromes in einem Steuerkreis verbunden zu werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Dämpfungsspule
22 unmittelbar benachbart zur Hauptspule 21 im Spulenkörper
20 angeordnet. Allgemein muß die kurzgeschlossene Dämpfungsspule
22 im Bereich der magnetischen Feldlinien der Hauptspule
21 angeordnet sein. Während sich vorzugsweise die Dämpfungsspule
22 (wie dargestellt) in der Hauptspule 21 befindet,
so sei bemerkt, daß die Dämpfungsspule 22 auch auf die Hauptspule
21 gewickelt sein könnte. Ferner könnte die Dämpfungsspule
22 auch außen auf den Anker 15 gewickelt sein, und zwar
vorzugsweise im Bereich der Hauptspule 21.
Anhand der Fig. 5 (Bode-Diagramm) sei die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Dämpfungsmittel in der Form der Dämpfungsspule 22 erläutert.
Die Kurve 50 zeigt den Frequenzgang eines Steuermotors 101 gemäß
Fig. 2 allerdings ohne die Dämpfungsspule 22. Fig. 5 zeigt
die Abhängigkeit der Auslenkung des unteren Endes 26 der Stange
25 von der Frequenz, die logarithmisch aufgetragen ist.
Im einzelnen ist mit A(dB) folgendes bezeichnet:
Im einzelnen ist mit A(dB) folgendes bezeichnet:
A = Amplitudengang
X a = Ausgangssignal (%)
X e = Eingangssignal (%)
X a = Ausgangssignal (%)
X e = Eingangssignal (%)
Was die Kurve 50 anlangt, so erkennt man, daß im Bereich
einer Frequenz von etwa 300 Hz ein beträchtliches Überschwingen
auftritt. Ein solches Überschwingen ist nachteilig,
weil dadurch eine starke Beanspruchung des elastischen
Rohrs 16 auftritt, welches dadurch über Gebühr beansprucht
werden kann, so daß es zu einer Zerstörung des Steuermotors
101 kommt. Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Dämpfungsmittel
erzielt man einen Frequenzgang gemäß Kurve 51, der
deutlich verbesserte Ergebnisse liefert.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin,
den Überschwingbereich der Kurve 50 zu beseitigen, was im
dargestellten Ausführungsbeispiel durch Dämpfungsmittel in
der Form einer Dämpfungsspule 22 erreicht wird. Ganz allgemein
ist es natürlich möglich, anstelle der Dämpfungsspule
22 andere frequenzabhängige Bauelement zur Dämpfung der Hauptspule
21 zu verwenden. Beispielsweise können neben Induktivitäten
auch Kapazitäten eingesetzt werden.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand des Steuermotors 101
gemäß Fig. 2 erläutert, da dort die Erfindung mit besonderem
Vorzug eingesetzt werden kann. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen
lassen sich mit geringem Kostenaufwand verwirklichen.
Claims (12)
1. Steuermotor (101) insbesondere für ein Servoventil, wobei
der Steuermotor Permanentmagnetmittel, Steuerspulenmittel
(19), sowie einen Anker (15) aufweist, der entsprechend dem
den Steuerspulenmitteln zugeführten Steuerstrom Bewegungen
ausführt, die vom Anker (15) auf ein Ausgangsglied (25) übertragen
werden, welches seinerseits mit seinem freien Ende (26)
Hin- und Herbewegungen um eine Mittelstellung herum ausführen
kann,
dadurch gekennzeichnet,
daß frequenzabhängige passive elektrische Dämpfungsmittel (22)
in den die Steuerspulenmittel (19) umfassenden Steuerkreis
vorgesehen sind.
2. Steuermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dämpfungsmittel durch eine Induktivität gebildet sind.
3. Steuermotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuerspulenmittel mindestens eine Steuerspule (19)
aufweisen, die von mindestens einer Hauptspule (21) und
die Induktivität durch mindestens eine Dämpfungsspule
(22) gebildet ist.
4. Steuermotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dämpfungsmittel eine Dämpfungsspule (22) induktiv gekoppelt
mit den Steuerspulmitteln aufweisen.
5. Steuermotor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämpfungsspule (22) kurzgeschlossen ist.
6. Steuermotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Windungszahl der Dämpfungsspule (22)
wesentlich kleiner ist, als die Windungszahl der Steuerspule.
7. Steuermotor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerspulenmittel durch eine einzige
Steuerspule (19) gebildet sind, die eine einzige Hauptspule
(21) und eine einzige Dämpfungsspule (22) aufweist.
8. Steuermotor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dämpfungsspule (22) in der Hauptspule
(21) angeordnet ist.
9. Steuermotor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dämpfungsspule auf der Hauptspule
angeordnet ist.
10. Steuermotor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dämpfungsspule auf dem Anker benachbart
zur Hauptspule angeordnet ist.
11. Steuermotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dämpfungsspule (22) als erstes auf den Kern eines Spulenkörpers
(20) aufgewickelt ist, von einer Isolierfolie (23) abgedeckt
ist, auf die dann die Hauptspule (21) aufgewickelt
ist.
12. Servoventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dämpfungsmittel durch eine Kapazität gebildet sind.
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