DE4130040A1 - Schaltungsanordnung zur ueberwachung einer elektromagnetisch betaetigten kupplung - Google Patents
Schaltungsanordnung zur ueberwachung einer elektromagnetisch betaetigten kupplungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Überwachungsschaltung für eine
elektromagnetische Kupplung hinsichtlich ihres Ein- und
Ausrückzustandes.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Erfindung soll im Weiteren anhand der in der Zeichnung
dargestellten Schaltungsanordnung noch näher erklärt werden.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung und
Fig. 2 und 3 Impulsdiagramme für den ein- und ausgerasteten
Zustand der Kupplung.
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 US 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 fM eine
Referenzfrequenz fR zum Vergleich zugeführt. Die
Referenzfrequenz fR 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 fM von der
Referenzfrequenz fR entnommen werden kann.
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 fM des Wechselstromanteils in der Wicklung 1.
In Fig. 2 sind die Impulsdiagramme für den Zustand
dargestellt, daß der Schalter 7 auf UON 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.
Bei den in den Fig. 3.1-3.6 analog wie in Fig. 1
gezeigten Zustand wo der Schalter 7 an UOFF 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.
Je nach dem Ein- bzw. Ausrastzustand der Kupplung hat der
Strom durch die Wicklung einen Wechselanteil verschiedener
Frequenz. Die Frequenz tM bzw. die Periodendauer TM werden
mit dem Frequenzmesser 9 gemessen und mit einer
Referenzfrequenz fR verglichen. Je nach dem, ob die gemessene
Frequenz fM größer oder kleiner als die Referenzfrequenz fR
ist, kann man aus dem Betrag der Frequenzabweichung Schlüsse
ziehen, ob die Kupplung ordnungsgemäß ein- bzw. ausgerastet
ist.
Die Referenzfrequenz fR 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 fR zu wählen.
Bezugszeichenliste
1 Wicklung
2 Meßwiderstand
3 Stromquelle
4 Steuereingang
5 Komparators
6 Referenzspannungsquelle
7 Schalter
8 Wechselspannungsverstärker
9 Frequenzmesser
10 Phasendetektor
11 Oszillator
12 Spannungsteiler
2 Meßwiderstand
3 Stromquelle
4 Steuereingang
5 Komparators
6 Referenzspannungsquelle
7 Schalter
8 Wechselspannungsverstärker
9 Frequenzmesser
10 Phasendetektor
11 Oszillator
12 Spannungsteiler
Claims (1)
- Schaltungsanordnung zur Überwachung einer elektromagnetisch betätigten Kupplung, bei der die Wicklung des Elektromagneten mit einer schaltbaren Stromquelle in Verbindung steht, und bei der in Reihe zur Wicklung des Elektromagneten ein Strommesser angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Wicklung (1) im ein- und ausgeschalteten Zustand mit der Stromquelle (3) verbunden ist, wobei die Stromquelle (3) über einen Steuereingang mit einem Fensterkomparator (5) in Verbindung steht,
- - daß ein Wechselspannungsverstärker (8) vorgesehen ist, der einem Strommesser zugeordnet ist und dessen Ausgang mit dem ersten Eingang des Fensterkomparators (5) verbunden ist,
- - daß der zweite Eingang des Komparators (5) mit einer Referenzspannungsquelle (6) verbunden ist, die in Abhängigkeit vom Ein- und Ausschaltsignal jeweils zwei Komparatorschwellen aufweist, und
- - daß ein Frequenzmesser (9) für die Messung der Frequenz des Wechselstromanteils in der Wicklung (1) vorgesehen ist, der mit einem Vergleicher (10) verbunden ist, an dessen zweiten Eingang ein Referenzfrequenzgeber (11) angeschlossen ist.
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