POSITIONING MOTOR

Abstract: 1. Servomotor having a final control element (3, 23) which can be displaced against the force of a compression spring (9, 28) by means of a first actuating force, characterized in that the final control element (3, 23) is additionally connected to an electromagnet arrangement (17, 19, 31, 32) and, in addition to the first actuating force, from the electromagnet arrangement (17, 19, 31, 32) there acts on the final control element (3, 23) a correcting force for the displacement of the latter, by choice acting in both directions of travel of the final control element (3, 23).

Description: Stellmotor die vorliegende Erfindung betrifft einen Stellmotor, bei welchem der Hub eines Stellgliedes durch eine erste Stellkraft eingestellt wird,wobei die erste Stellkraft durch mindestens eine Elektromagnetan ordnung erzeugt wird und der ersten Stellkraft die Kraft einer Druckfeder entgegenwirkt. Ein derartiger Stellmotor, bei welchem eine elektroma gnetisch erzeugte Stellkraft ein Stellglied in dis kreten Schritten stellt, ist aus der DD-PS 47 225 bekannt. Aus dem Artikel "Elektromagnete in Stell motoren für Proportionalventile" von K. Sopha aus o+p "Oelhydraulik und Pneumatik", 21, 1977, Seiten 722 bis 729 ist es weiter bekannt, ein Proportional druckvorsteuerventil mittels eines Proportional elektromagneten anzusteuern, dessen Stellkraft entgegen der Kraft einer Druckfeder auf einen Ventil körper als Stellglied wirkt. In Steuer- oder Regelsystemen, in welchen mittels einer Stellgrösse über ein Stellglied auf einen Stellstrom, wie die Durchflussmenge eines flüssigen oder gasförmigen Mediums eingegriffen wird, ist es oft erforderlich, den Stellstrom nicht nur lediglich in Abhängigkeit von einer Stellgrösse über das Stellglied anzusteuern, sondern zusätzlich in Ab- hängigkeit von einer weiteren Einflussgrösse. Da üblicherweise Stellmotoren, wie das aus obgenanntem Artikel bekannte Proportionaldruckvorsteuerventil lediglich einen Eingang für eine steuernde Grösse umfassen,und eine Signalüberlagerung auf das Stellgrössensignal oft sehr aufwendig ist, wird die notwendige Ueberlagerung üblicherweise dann durch Serieschaltung zweier Stellglieder im Stellstrom vorgenommen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn das Stellglied nich durch eine Stellkraft einer Elektromagnetanordnung gestellt wird, sondern durch eine pneumatische oder hydraulische Stellkraft. Ausgehend vom Stellmotor obgenannter Art stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, einen Stellmotor zu schaffen, an welchem eine Stellgrössen überlagerung mit einfachsten Mitteln erfolgt. Zu diesem Zweck zeichnet sich die vorliegende Erfindung nach dem Wortlaut des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 aus. Es wird dabei ausgenützt, dass die aus dem Stande der Technik als Primärstellkraft eingesetzte elektromagnetisch erzeugte Kraft sich als Korrekturkraft einer zweiten Stellkraft überlagern lässt, unabhängig davon, wie diese zweite Stellkraft erzeugt wird, beispielsweise und insbesondere hydraulisch bzw. pneumatisch. Um nun zu vermeiden, dass an einem bestehenden Steueroder Regelsystem durch den erwähnten Stellmotor mit der Korrektureingriffsmöglichkeit eine zusätzliche Fehlerquelle eingeführt wird, indem bei fehlerhaftem Funktionieren der korrekturkrafterzeugenden Elektro magnetanordnung und an sich richtigem Funktionieren des übrigen Stellmotors, in Abhängigkeit der zweiten Stellkraft, das Gesamtsystem beeinträchtigt wird, wird der Stellmotor nach dem Wortlaut des Anspruchs 2 ausgebildet. Dadurch wird erreicht, dass der Stellmotor bei Erregerstromunterbrechung der Elektromagnetanordnung gleich wirkt, wie wenn an ihm lediglich die zweiterwähnte Stellkraft wirken würde. Das Merkmal, dass die erste Stellkraft als Korrekturkraft wahlweise in beide Hubrichtungen auf das Stellglied wirken kann, wird auf höchst einfache Art und Weise durch Ausbildung des Stellmotors nach dem Wortlaut des Anspruchs 3 realisiert. Je nach Einsatzzweck wird dabei der Stellmotor mit einer, wie in Anspruch 4 spezifizierten Elektromagnetanordnung realisiert. Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand von Figuren erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Stellmotor, bestehend aus einem pneumatischen Stellmotor mit Ventil und einer Elektro magneteinrichtung, Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch ein Druckregulierventil als Stelimotor, mit einer Elektromagnetanordnung. Gemäss Figur 1 umfasst der Stellmotor 1 ein durch einen pneumatischen Stellmotor betätigtes Ventil, welches auf eine Fluidleitung 2 wirkt. Das Ventil umfasst in herkömmlicher Art und Weise einen Ventilkörper 3, ein Ventilgehäuse 4, in welches eine Ventilstange 5 einragt. Dem Ventilkörper 3 an der Ventilstange 5 gegenüberliegend, stützt sich letztere mit einem Abstützteller 6 an einer, das Ventilgehäuse 4 zweiteilenden Membrane 7 ab, wobei zwischen Teller 6 und einer ventilkörperseitigen Gehäuseschulter 8 eine Druckfeder 9 vorgesehen ist, die den Ventilkörper 3 in geöffnete Position treibt. Oberhalb der Membran 7 mündet eine Stelldruckleitung 10 in das Ventilgehäuse 4 ein, sodass die durch den Stelldruck in Leitung 10 auf die Membrane 7 bzw. den Teller 6 wirkende Stellkraft das Ventil stellt. Der Ventilkörper wird somit in Funktion der Stellkraft und damit in Funktion des Stelldruckes in Leitung 10 eingestellt. Eine Elektromagnetanordnung 11 istkoaxial zur Ventilstange 5 am Ventilgehäuse 4 angeordnet und kann darauf aufgeschraubt werden. Der Deckel 13 des Ventilgehäuses weist ein Zentrumsloch 14 auf, durch welches eine Verlängerung 15 der Ventilstange 5 durchragt. Endständig ist an der Verlängerung 15 ein Anker 17, wie aus Eisen, befestigt. Das büchsenförmige Zusatzeinrichtungsgehäuse 18, koaxial zur Verlängerung 15 angeordnet, trägt an seiner Innenwandung zwei Ringwicklungen 19 bzw. l9u, wodurch der Anker 17 läuft. Durch se 0 lektive Erregung der Wicklungen 19 bzw. 19u über Erregerstromleitungen 20 wird der Anker 17 mit stromabhängiger Kraft gegen den Ventilkörper 3 oder von diesem weg getrieben. Somit überlagert sich die Kraft, gesteuert durch die Erregerströme, als Zusatzstellgrösse der Kraft des Stelldruckes in Leitung 10 mit Bezug auf die Feder 9 und es wird möglich, um den mit dem Stelldruck eingestellten Arbeitspunkt des Ventilkörpers herum, den Ventilhub vor- oder rückzustellen. Fällt der Erregerstrom aus, so ist anzustreben, das der Ventilkörper in die durch den Stelldruck allein definierte Lage voroder rückläuft. Dies wird dadurch erreicht, dass die Wicklungen 19 und 19u so betrieben werden, dass die auf den Anker wirkende Kraft wenigstens nahezu NuLl wird, wenn der Erregerstrom ausfällt, was in einfacher Weise dadurch erreicht wird, dass die eine Spulen-Ankeranordnung als Zuganordnung wirkt, die andere als Druckanordnung, d.h. der Erregungsstrom der einen Spulenanordnung Null ist, wenn die andere Spulenanordnung betrieben wird und umgekehrt. Figur 2 zeigt ein Druckregulierventil als Stellmotor 21. Ein Kolben 23, versehen mit einer konischen Regulierkerbe 24 steuert mit seiner Position, den Durchlassquerschnitt zwischen einer Fluidleitung 25, worin der Druck zu regulieren ist und einer Rücklaufleitung 26. Auf bekannte Art und Weise,in einem Ventilgehäuse 27 geführt, arbeitet der Ventilkörper 23 gegen eine Feder 28, die sich an einer Ringschulter 29 am Ventilgehäuse 27 abstützt. Eine Ventilstange 30 ist nach oben durch die Ringschulter 29 durchgeführt und trägt wiederum einen Anker, z.B. aus Eisen. Wie bereits in Figur 1 dargestellt, liegt der Anker 31 in Ruhestellung symmetrisch zwischen zwei Wicklungen 32 und 32 der Elektro o u magnetanordnung, wobei die Wicklungen als Ringwicklungen an der Innenwandung des nach oben verlängerten Ventilgehäuses 27 angebracht sind. Durch Beaufschlagung mit Erregerstrom an Anschlüssen 33 wird der Anker 31 entweder nach oben durch die Wicklung 320 oder nach unten durch Wirkung der Wicklung 32U angezogen, womit sich, wie bereits anhand der Figur 1 erläutert, via Ventilstange 32 auf den Ventilkörper 27 eine Korrekturkraft ergibt. Die Stellkraft ist in diesem Beispiel das Produkt aus Druck P in Leitung 25 und Querschnittsfläche Wasch des Kolbens 27. Auch hier kann der Stellmotor als Ganzes mit der Elektromagnetanordnung ausgebildet sein oder aber, wie gestrichelt dargestellt, aus einem Stellmotor und separat aufgebrachter Elektromagnetanordnung bestehen. Selbstverständlich kann anstelle der an den Beispielen darqestellten Elektromagnetanordnung auch eine andere, wie ein Linear- oder Torque-Elektromotor, beispielsweise ein Gleichstrommotor, vorgesehen werden, die jeweils am Stellglied, d.h. den Ventilkörpern 3 oder 23 an den speziellen Beispielen, gefesselt ist. Mit der vorgeschlagenen Anordnung wird es auf höchst einfache und preisgünstige Art und Weise möglich, einen bekannten Stellmotor mit Vorkehrungen für eine Eingangsstellgrösse derart zu erweitern, dass er die Steuerwirkung von zwei und mehr Stellgrössen überlagert, mehr deshalb, weil das dargestellte Prinzip sich ohne weiteres auf drei und mehr Eingangsstellgrössen erweitern lässt.

Claims: Patentansprüche: 1. Stellmotor, bei welchem der Hub eines Stellgliedes (3, 23) a) durch eine erste Stellkraft eingestellt wird, wobei al) die erste Stellkraft durch mindestens eine Elektromagnetanordnung (17, 19, 31, 32) erzeugt wird, a2) der ersten Stellkraft die Kraft einer Druck feder (9, 28) entgegenwirkt, dadurch gekenn zeichnet, dass b) die erste Stellkraft als Korrekturkraft einer zweiten Stellkraft zur Hubeinstellung des Stell gliedes (3, 23) überlagert wird, wobei bl) die erste Stellkraft wahlweise in beide Hub richtungen als Korrekturkraft auf das Stellglied (3, 23) wirken kann. 2. Stellmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erregerstromunterbrechungder Elektromagnetanordnung (17, 19, 31, 32) das Stellglied (3, 23) in denjenigen Zustand überführt wird, den es an sich ohne Vorhandensein der Elektromagnetanordnung (17, 19, 31, 32) einnehmen würde. 3. Stellmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnetanordnung (17, 19, 31, 32) in entgegengesetzter Richtung auf den Anker (17, 31) wirkende Elektromagnete (19, 32) umfasst. 4. Stellmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromagnetanordnung (17, 19, 31, 32) mindestens einen am Stellglied gefesselten bzw. fesselbaren, reversierbaren Linear- oder Torque Elektromotor umfasst. 5. Stellmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stellkraft eine hydraulische oder pneumatische Stellkraft ist.

Inventors: PROFOS, PAUL, PROF. DR. ING.
Applicants: PROGRAMMELECTRONIC ENGINEERING AG
Application year: 1986
Main classification: F16K31
IPC codes: F16K31, H01F7