DE10012047A1 - Verfahren zur Steuerung einer elektromagnetischen Stelleinrichtung - Google Patents
Verfahren zur Steuerung einer elektromagnetischen StelleinrichtungInfo
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Abstract
Die Wicklung des Elektromagneten, auf den sich nach Freigabe des Ankers durch den anderen Elektromagneten zu bewegt (Fangmagnet), wird zunächst mit einem gegenüber dem Haltestrom geringen getakteten Strom beaufschlagt. Das zeitliche Verhalten des Stroms im Fangmagneten wird über die gesamte Hubphase im Anstieg und Abfall ausgewertet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer elektromagnetischen Stel
leinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 198 34 213 A1 und aus der WO 99/34378 be
kannt. Zur Beeinflussung der Regelgröße wird nicht die Position oder die Geschwin
digkeit des Ankers mittels eines Sensors gemessen, sondern es wird in sogenannten
Freilaufphasen, in denen der, der Wicklung der Elektromagnete zugeführte Strom
von außen unbeeinflußt ist und abfällt, das zeitliche Verhalten dieses Stroms ausge
wertet, daraus die Ankergeschwindigkeit abgeleitet und zur Regelung ausgenutzt.
Hier ist eine Auswertung des zeitlichen Verhaltens des Stroms nur während der Pha
se des Freilaufes ohne Ansteuerung der Wicklung vorgesehen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Phase, in der eine Auswertung durch
führbar ist, zu verlängern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Hierbei muß bei der Auswertung darauf geachtet werden, daß für die Messung nicht
zuviel elektrische Energie verbraucht wird. Daher wird in der Phase bis der Haupt
strom für die Hubarbeit des Magneten wirksam gemacht wird nur mit einem kleinen
Meßstrom gearbeitet, der getaktet ist. Hier kann der zeitliche Stromanstieg und Abfall
ausgewertet werden. Dabei muß unterschieden werden zwischen dem Magneten,
welcher über einen Haltestrom den Anker, bzw. das Ventil festhält und durch Ab
schaltung freigibt und dem Magneten, der in der Hubphase die elektrische Energie
zur Überwindung der mechanischen Verluste aufbringt, also den Anker fängt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird auch die Wicklung des Magneten, der
den Anker gerade freigibt, mit einem getakteten Meßstrom beaufschlagt und auch
dieser Meßstrom wird zusätzlich neben dem sogenannten fangenden Magneten zur
Auswertung herangezogen.
Man kann bei dem getakteten Strom die durch die Ankerbewegung bewirkte zeitliche
Änderung des mittleren Stromwerts bei einer festen Taktfrequenz auswerten. Alter
nativ kann aber auch die zeitliche Änderung der Taktfrequenz bei festen Ein- und
Abschaltwerten des getakteten Stroms ausgewertet werden. Auch ist es möglich, die
in den Wicklungen durch die Ankerbewegung induzierte Spannung auszuwerten.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine elektromagnetische Stelleinrichtung in Prinzip
darstellung
Fig. 2a und 2b Diagramme zur Erläuterung
Fig. 3 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung eines Test
zyklus
In Fig. 1 ist ein Hebel 1 bei 2 schwenkbar gelagert. Der Hebel beinhaltet den Anker 3
des Aktuators. Dem Anker 3 stehen zwei Elektromagnete 4 und 5 gegenüber. Die
Bewegung des Hebels 1 wird über ein Übertragungsglied 6 auf den Schaft 7 eines
Ventils eines Verbrennungsmotors übertragen. Eine sogenannte Ventilfeder 8 wirkt
auf einen mit dem Ventilschaft 7 verbundenen Ventilteller 9. Diese Federkraft bildet
zusammen mit der Federkraft eines im Schwenklager angeordneten und mit dem
Hebel 1 verbundenen Drehrohrs 10 das auf den Hebel 1 wirkende Federkräftepaar
mit entgegengesetzter Kraftrichtung der beiden Federkräfte. Bei einer Verstellung
des Ankers 3 von der einen Endstellung zu der anderen Endstellung wird zuerst der
gerade beaufschlagte Haltemagnet, z. B. 5 abgeschaltet, wodurch der Anker 3 durch
die Federkraft beschleunigt und in Richtung der anderen Endstellung bewegt wird.
Wegen der Verluste würde er jedoch nicht in die andere Endstellung gelangen. Des
halb muß der andere Magnet, der Fangmagnet 4 zu geschaltet werden. Dies sollte
jedoch wegen des besseren Wirkungsgrades möglichst nahe der anderen Endstellung
und damit bei möglichst kleinem Luftspalt erfolgen. Der Fangmagnet 4 über
nimmt später auch das Halten des Ankers 3 in der Endstellung bei vermindertem
Strom. In der erreichten Stellung ist nun das Ventil geschlossen. Beim Öffnen spielt
sich die Magnetfunktion in umgekehrter Reihenfolge ab, das heißt der Magnet 5 wird
dann Fangmagnet. Im Anspruch 1 und in Fig. 1 wird von zwei Elektromagneten ge
sprochen. Hierunter soll auch eine Anordnung fallen, bei der durch besondere
Jochausbildung auch mit nur einer Wicklung die entgegengesetzt gerichteten Mag
netkräfte erzeugt werden können. Der beschriebene Aufbau enthält hier keinen Sen
sor. Die Meßgrößen Geschwindigkeit und Hub können z. B. aus dem Zeitverhalten
des Stroms gewonnen werden (z. B. entsprechend DE 198 34 213 A1 oder
WO 9934378). Gegebenenfalls kann der Hub auch aus der Integration der Ge
schwindigkeit gewonnen werden.
In Fig. 2a ist oben der Stromverlauf i4 im Fangmagneten 4 aufgetragen, darunter der
Spannungsverlauf U4 jeweils über der Zeit t. Im Zeitpunkt t0 wird der Haltestrom i5
des anderen Magneten 5 abgeschaltet (sh. Fig. 2b). Durch die Federkräfte wird nun
der Anker 3 beschleunigt. Im Zeitraum t0 bis t1 wird in die Wicklung des Fangma
gneten 4 ein kleiner getakteter Meßstrom im4 eingespeist. Aus der Änderung des
Zeitverhaltens dieses Stroms bedingt durch die Bewegung des Ankers 3 kann auf die
Verluste des Systems geschlossen werden und ein Stromimpuls ermittelt werden,
dessen Beginn und dessen Größe dazu geeignet ist, die Verluste zu kompensieren.
Dieser Impuls wirkt ab t1, geht ab t2 bis t3 durch Takten in eine Konstanthaltephase
über und wird bei t3 abgeschaltet. Bei t4 wird festgestellt, z. B. durch Auswerten des
Zeitverhaltens des Stromabfalls zwischen t3 und t4 im Regler, daß bei t4 noch ein zu
sätzlicher kleiner Stromimpuls notwendig ist, um zusätzlich Energie einzuspeisen.
Nach einem weiteren Stromabfall geht der Strom i4 ab t5 in den getakteten Hal
testrom ih4 über. Hier kann während der gesamten Hubphase der zeitliche Stromver
lauf ausgewertet werden. Im Gegensatz zu dem eingangs genannten Stand der
Technik hat dieses Verfahren den Vorteil, daß in der Hubanfangsphase bereits aus
gewertet werden kann, ohne daß viel Energie verbraucht wird. Dies ist insbesondere
interessant für Systeme mit Drehanker bei denen infolge der kleineren Luftspalte re
lativ spät in der Hubbewegung erst der Fangstrom eingeschaltet wird. Der getaktete
Strom kann in der Größenordnung des Haltestroms liegen, aber auch kleiner sein.
In Fig. 2b ist der Stromverlauf i5 und darunter die zugehörige Spannung U5 des Elek
tromagneten 5 aufgezeichnet. Nach dem Abschalten des getakteten Haltestroms ih5
bei t0 wird hier zusätzlich in der Wicklung des Elektromagneten 5 ein kleiner getak
teter Meßstrom im5 eingekoppelt. Aus dem zeitlichen Verlauf des Stromes des freige
benden Magneten wird die Geschwindigkeit und der Weg des Ankers bestimmt. Da
durch, daß sich der Anker von kleinen zu größeren Luftspalten bewegt, ist hier die
Auswertung der Induktivität über die zeitliche Stromänderung besonders günstig.
Darüber hinaus kann auch aus dem zeitlichem Verhalten des Meßstroms Rückschluß
auf die augenblicklichen Verluste des Systems gewonnen werden und zusätzlich auf
die notwendige Strombemessung im Fangmagneten geschlossen werden. Die Aus
wertung des Zeitverhaltens des Stroms i5 des fangenden Magneten geschieht über
lappend mit der Auswertung des Stroms i4 des freigebenden Magneten. Die Beendi
gung der Einspeisung und Auswertung des Stroms i5 wird man etwa bei halbem Hub
beenden. Man kann auch eine alternierende Auswertung beider Magnetspulen vor
nehmen. Bei diesem Verfahren kann das Takten des fangenden Magneten mit klei
nem Strom entfallen. Hierbei können sich die auszuwertenden Ströme auch überlap
pen.
Man kann dann, wenn der Anker 3 in einer Endstellung durch den Haltestrom iH ge
halten wird, einen oder mehrere Testimpulse auf die Wicklung des andern Elektro
magneten geben und das Zeitverhalten des Stromverlaufs im Auf- und/oder Abbau
auswerten.
In Fig. 3 ist oben der getaktete Haltestrom i4 = iH, z. B. im Elektromagneten 4 aufge
zeichnet, darunter zwei Testimpulse i5 der Breite TT und die zugehörige Spannung
U5. Durch dieses Testverfahren kann man die verschiedenen Toleranzen des Sy
stems feststellen und diese anschließend berücksichtigen.
Claims (7)
1. Verfahren zur Steuerung einer elektromagnetischen Stelleinrichtung, bei der ein
verschiebbar gelagerter Anker (3) zwischen den Polen zweier Elektromagnete
(4, 5) hin und her bewegt wird, wobei auf den Anker (3) zwei entgegen gesetzt
gerichtete Federkräfte (8, 10) einwirken, die ohne Erregung eines Elektroma
gneten (4, 5) den Anker (3) in eine Zwischenstellung stellen, wobei der Anker
(3) unter Einwirkung von Magnetkraft in seine Endstellungen wenigstens in Pol
nähe gebracht und dort festgehalten wird, wobei weiterhin mittels einer den
Elektromagneten (4, 5) zugeordneten Wicklung (4a, 5a) Beeinflussungswerte
für die Regelung des Bewegungsablaufs des Ankers (3) gewonnen werden, da
durch gekennzeichnet, daß die Wicklung (4a oder 5a) des Elektromagneten (4
oder 5) auf den sich der Anker (3) nach Freigabe durch den andern Magneten
(5 oder 4) zu bewegt (Fangmagnet) mit einem zunächst geringen getakteten
Strom im1 bis zur Einschaltung des Fangstromes beaufschlagt wird und daß das
zeitliche Verhalten dieses getakteten Stroms im1 ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Wick
lung (4a oder 5a) des Elektromagneten (4 oder 5), der den Anker (3) in der ei
nen Endstellung gerade festgehalten hat (Haltestrom iH) nach Freigabe des An
kers (3) mit einem geringen getakteten Strom beaufschlagt wird und daß auch
das zeitliche Verhalten dieses getakteten Stromes ausgewertet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei getakte
tem Strom die zeitliche Änderung des Stromwerts des getakteten Stroms bei
fester Taktfrequenz ausgewertet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei
getaktetem Strom und bei vorgegebenen festen Werten des getakteten Stroms,
bei denen der Strom ein- und ausgeschaltet, die zeitliche Änderung der Takt
frequenz ausgewertet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
zeitliche Änderung der durch die Annäherung des Ankers (3) in einer den
Fangmagneten (5 oder 4) zugeordneten Wicklung(4a, 5a) induzierten Span
nung ausgewertet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in
der Haltephase des Ankers (3) durch den einen Elektromagneten (4, 5) in die
Wicklung des andern Elektromagneten wenigstens ein Testimpuls eingekoppelt
wird, und daß aus dem zeitlichen Verhalten des Auf- und/oder Abbaus des Te
stimpulses auf Systemtoleranzen geschlossen wird, und daß die bei der Rege
lung berücksichtigt werden.
7. Verfahren zur Steuerung einer elektromagnetischen Stelleinrichtung, bei der ein
verschiebbar gelagerter Anker (3) zwischen den Polen zweier Elektromagnete
(4, 5) hin und her bewegt wird, wobei auf den Anker (3) zwei entgegen gesetzt
gerichtete Federkräfte (8, 10) einwirken, die ohne Erregung eines Elektroma
gneten (4, 5) den Anker (3) in eine Zwischenstellung stellen, wobei der Anker
(3) unter Einwirkung von Magnetkraft in seine Endstellungen wenigstens in Pol
nähe gebracht und dort festgehalten wird, wobei weiterhin mittels einer den
Elektromagneten (4, 5) zugeordneten Wicklung (4a, 5a) Beeinflussungswerte
für die Regelung des Bewegungsablaufs des Ankers (3) gewonnen werden, da
durch gekennzeichnet, daß die Wicklung (4a oder 5a) des Elektromagneten (4
oder 5), der den Anker (3) in der einen Endstellung gerade festgehalten hat
(Haltestrom iH) nach Freigabe des Ankers (3) mit einem geringen getakteten
Strom beaufschlagt wird und daß auch das zeitliche Verhalten dieses getakte
ten Stromes ausgewertet wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10012047A DE10012047A1 (de) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | Verfahren zur Steuerung einer elektromagnetischen Stelleinrichtung |
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