Aus
der
DE 103 08 910
A1 ist ein mittels eines Elektromagneten betätigbares
Steuerventil bekannt, dessen Ventilglied von dem Anker des Elektromagneten
betätigt
wird. Bei nicht angesteuertem Elektromagneten befindet sich das
Steuerventil in einer Sicherheitsstellung, in der die von dem Steuerventil
gesteuerten Funktionen nicht durchgeführt werden können. Bei
angesteuertem Elektromagnet wird das Ventil in eine Freigabestellung
beaufschlagt, um die von dem Steuerventil gesteuerten Funktionen durchführen zu
können.
Derartige
Steuerventile werden in Arbeitsmaschinen, beispielsweise Flurförderzeugen,
als Sicherheitsventil, beispielsweise für die Arbeitshydraulik der
Arbeitsmaschine, als Freigabeventil oder als Not-Aus-Ventil für beispielsweise
einen Fahrantrieb der Arbeitsmaschine, eingesetzt.
Bei
derartigen Steuerventilen kann es im Laufe einer langen Betriebszeit
zu Funktionsstörungen
kommen, wobei das Steuerventil aus mechanischen Gründen, beispielsweise
einem Verklemmen des Ventilgliedes in der Freigabestellung bei nicht
angesteuerten Elektromagneten, die Sicherheitsfunktion einschränkt bzw.
verliert. Sofern sich das Steuerventil bei nicht angesteuertem Elektromagneten
aufgrund eines Verklemmens des Ventilglieds in der Freigabestellung
befindet und somit das Steuerventil die Sicherheitsfunktion verloren
hat, kann dieser Zustand von Außen
nicht erkannt werden. Für
den sicheren Betrieb einer Arbeitsmaschine ist jedoch erforderlich,
sicher zu ermitteln, ob sich das Steuerventil bei nicht angesteuertem
Elektromagneten in der Sicherheitsstellung befindet und die normale
Funktionsfähigkeit
aufweist oder ob ein Betriebszustand des Steuerventils mit einer
Funktionsstörung
vorliegt, bei dem sich das Steuerventil, beispielsweise aufgrund
eines klemmenden Ventilglieds, bei nicht angesteuertem Elektromagneten
in der Freigabestellung befindet und die Sicherheitsfunktion verloren hat.
Aus
der
DE 101 50 199
A1 ist ein Verfahren zur Erkennen der Position des Ankers
eines Elektromagneten beschrieben. Hierbei wird bei einer Ansteuerung
des Elektromagneten anhand des Stromverlaufs bzw. des Spannungsverlauf
ermittelt, ob der Anker ein normales Betriebsverhalten aufweist
oder blockiert. Sofern mit diesem Elektromagneten ein Steuerventil
betätigt
wird, kann mit dem beschriebenen Verfahren die Position des Ventilgliedes
und somit die Schaltstellung des Steuerventils ermittelt werden.
Bei diesem Verfahren ist jedoch erforderlich, bei einer Ansteuerung
des Elektromagneten den sich über
die Ansteuerzeit einstellenden Stromverlauf bzw. Spannungsverlauf
des Elektromagneten zu erfassen und somit den dynamischen Verlauf
des Stromes bzw. der Spannung zu erfassen und anhand eines im normalen
Betrieb auftretenden Stromeinbruchs bzw. Spannungseinbruchs die
Funktion des Elektromagneten zu beurteilen.
Durch
die Auswertung des dynamischen Verlaufs des Stromes bzw. der Spannung
ist ein derartiges Verfahren jedoch aufwändig. Zudem hat sich gezeigt,
dass nicht bei allen Elektromagnettypen mit diesem Verfahren eine
sichere Erfassung der Position des Ankers und somit der Position
des Ventilgliedes erfolgen kann.
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, das mit geringem Aufwand
eine Bestimmung der Position des Ankers und somit der Position des
Ventilgliedes des Steuerventils ermöglicht.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass anhand der Induktivität
des Elektromagneten die Position des Ankers des Elektromagneten
bestimmt wird. Erfindungsgemäß wird somit mittels
der Induktivität
des Elektromagneten die Position des Ankers, insbesondere dessen
Ruheposition, bestimmt. Die Erfindung nutzt hierbei den physikalischen
Effekt, dass bei einem Elektromagneten die Induktivität von der
Position des Ankers abhängig
ist und sich mit der Lage des Ankers ändert. Bei nicht angesteuertem
Elektromagnet befindet sich der Anker in der Ruheposition, in der
der Anker eingefahren ist und der Elektromagnet eine kleine Induktivität aufweist.
Bei angesteuertem Elektromagnet und ausgefahrenem Anker weist der
Elektromagnet eine große Induktivität auf. Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird dieser Effekt ausgenutzt, wobei aus der Induktivitätsänderung
des Elektromagneten zwischen der Ruheposition des Ankers und der
ausgefahrenen Stellung des Ankers die Position des Ankers und somit
die Position des Ventilgliedes sicher und auf einfache Weise bestimmt
werden kann.
Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann insbesondere die Ruheposition des Ankers und somit die normale
Funktionsfähigkeit
des Steuerventils, bei der sich das Ventilglied bei nicht angesteuertem
Elektromagneten in der Sicherheitsstellung befindet, sicher und
auf einfache Weise ermittelt werden. Sofern eine Funktionsstörung des
Steuerventils vorliegt und das Ventilglied bei nicht angesteuertem
Elektromagnet in der Freigabestellung verklemmt ist, wird der Anker
bei einer Ansteuerung des Elektromagneten bereits bei einem geringen
Ansteuerstrom in Richtung des Ventilgliedes beaufschlagt und nimmt
anstelle der Ruheposition, in der der Anker eingefahren ist und
der Elektromagnet eine kleine Induktivität aufweist, eine Stellung mit
ausgefahrenem Anker als falsche Anfangslage ein, in der der Elektromagnet
eine hohe Induktivität
aufweist. Der Elektromagnet ändert somit
seine Induktivität,
wobei aus der Änderung
der Induktivität
diese falsche Anfangslage des Ankers und somit die Funktionsstörung des
Steuerventils sicher und auf einfache Weise erfasst werden kann. Sofern
anhand der Induktivität
eine von der Ruheposition mit eingefahrenem Anker abweichende falsche Anfangslage
mit ausgelenktem Anker ermittelt wird, kann somit mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine
Funktionsstörung
des Steuerventils, beispielsweise ein in der Freigabestellung klemmendes
Ventilglied, sicher ermittelt werden, und somit ein sicherer Betrieb
der Arbeitsmaschine auf einfache Weise sichergestellt werden.
Besondere
Vorteile ergeben sich, wenn mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
vor der Ansteuerung des Elektromagneten die Position des Ankers und
somit die Position des Ventilgliedes ermittelt wird. Hierdurch kann
auf einfache Weise ein sicherer Betrieb der Arbeitsmaschine sichergestellt
werden, da die Ansteuerung des Elektromagneten und somit die Beaufschlagung
des Steuerventils in die Freigabestellung nur freigegeben werden
kann, wenn anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt wird,
dass sich der Anker in der Ruhelage befindet und somit das Ventilglied
in die Sicherheitsstellung beaufschlagt ist und das Steuerventil
keine Funktionsstörung
aufweist.
Die
Position des Ankers kann anhand der Induktivität des Elektromagneten gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung auf einfache Weise bestimmt werden, wenn an den Elektromagneten
eine Wechselspannung, insbesondere eine stationäre Wechselspannung, angelegt
wird, und der Strom gemessen wird. Die Höhe des sich aus der angelegten
Wechselspannung ergebenden Stroms ist von der Induktivität des Elektromagneten
abhängig. Befindet
sich der Anker in der Ruhestellung und ist eingefahren, weist der
Elektromagnet eine kleine Induktivität auf, bei der sich bei einer
angelegten Wechselspannung ein hoher Strom einstellt. Befindet sich dagegen
der Anker in der ausgefahrenen Stellung, in der der Elektromagnet
eine hohe Induktivität
aufweist, stellt sich bei der angelegten Wechselspannung ein geringer
Strom ein. Aus dem sich ergebenden Wechselstrom, der von der Induktivität des Elektromagneten
abhängig
ist und auf einfache Weise gemessen werden kann, kann somit sicher
die Position des Ankers und somit die Position des Ventilgliedes bestimmt
werden. Gegenüber
der
DE 101 50 199
A1 , bei der während
der Ansteuerung des Elektromagneten eine dynamische Erfassung des
Stromverlaufs bzw. des Spannungsverlaufs erforderlich ist, kann somit
durch die erfindungsgemäße stationäre Erfassung
des sich aus der angelegten Wechselspannung ergebenden Stroms auf
einfache Weise die Position des Ankers und somit die Position des
Ventilglieds bestimmt werden.
Besondere
Vorteile ergeben sich, wenn als Referenzwert die Induktivität des Elektromagneten bei
ausgefahrenem Anker bestimmt wird. Nach einmaligem Erfassen des
sich bei angelegter Wechselspannung einstellenden minimalen Stroms
und somit der größten Induktivität für den ausgefahrenen
Anker als Referenzwert kann auf einfache Weise durch Anlegen einer
Wechselspannung und Messen des sich einstellenden Stromes und Vergleich
mit dem Referenzwert ermittelt werden, ob sich der Anker in einer falschen
Anfangslage mit ausgefahrenem Anker befindet, wobei das Steuerventil
eine Funktionsstörung aufweist,
oder ob sich der Anker in der Ruheposition mit eingefahrenem Anker
befindet, in der das Steuerventil die normale Funktionsfähigkeit
aufweist. Durch diese Erfassung der Induktivität bei ausgefahrenem Anker als
Referenzwert kann zudem für
verschiedene Elektromagnettypen auf einfache Weise ein Referenzwert
für die
Induktivität
erfasst werden und somit bei Anlegen einer Wechselspannung aus dem
sich einstellenden Strom die Position des Ankers, insbesondere die
Ruheposition oder eine falsche Anfangslage mit ausgefahrenem Anker,
ermittelt werden. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, unterschiedliche
Elektromagnettypen zur Betätigung
des Steuerventils vorzusehen und aus der Messung des Stroms einer
angelegten Wechselspannung die Position des Ankers, insbesondere
die Ruheposition des Ankers mit eingefahrenem Anker, in der die
normale Funktionsfähigkeit
des Steuerventils gegeben ist, oder die falsche Anfangslage des
Ankers mit ausgefahrenem Anker, in der das Steuerventil eine Funktionsstörung aufweist,
zu bestimmen und zu ermitteln.
Eine
Wechselspannung kann an dem Elektromagneten auf einfache Weise angelegt
werden, wenn gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung an den Elektromagneten eine getaktete Spannung angelegt
wird. Eine getaktete Spannung, die von üblichen Endstufen einer Steuereinrichtung
erzeugt wird, die zur Ansteuerung des Elektromagneten eingesetzt
werden, weist einen Wechselspannungsanteil auf, der einen Wechselstromanteil
bewirkt. Hierdurch ist es möglich,
das erfindungsgemäße Verfahren,
bei dem eine Wechselspannung an den Elektromagneten angelegt wird,
mit der zur Ansteuerung des Elektromagneten bereits vorhandenen
Endstufe der Steuereinrichtung durchzuführen, wodurch sich ein geringer
Bauaufwand für
das erfindungsgemäße Verfahren
ergibt.
Zweckmäßigerweise
wird hierbei gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung zur Erfassung des Referenzwertes der
Mittelwert der getakteten Spannung reduziert. Zur Erfassung des
von dem ausgefahrenen Anker gebildeten Referenzwertes wird somit
der Mittelwert der getakteten Spannung der Endstufe reduziert. Hierdurch
wird sichergestellt, dass ein Wechselspannungsanteil verbleibt,
der bei Aufschaltung der vollen getakteten Spannung verschwinden
würde.
Um
zu verhindern, dass bei der Erfassung der Position des Ankers mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
der Anker ausgelenkt wird und somit gegebenenfalls das Ventilglied
betätigt
wird, ist gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass zur Erfassung
der Position des Ankers des Elektromagneten mittels der getakteten
Spannung ein geringer Messstrom verwendet wird. Hierdurch kann die
von der Endstufe erzeugte Wechselspannung und der sich einstellende
Strom als Messstrom zur Erfassung der Position des Ankers verwendet
werden, wobei aufgrund des geringen Mittelwertes des Stromes eine
Betätigung
des Ankers und somit des Ventilgliedes vermieden wird.
Um
einen niedrigen Mittelwert des Stromes zu erhalten, kann das Pulsbreitenverhältnis des
Taktes der Spannung verkleinert werden. Durch den niedrigen Strom
wird eine geringe Kraftwirkung auf den Anker erzielt, wodurch die
Position des Ankers bestimmt werden kann ohne dass der Anker aufgrund
einer zu hohen Ankerkraft das Ventilglied betätigt. In diesem Zustand kann
bei gleichem Pulsbreitenverhältnis
die Taktfrequenz abgesenkt werden, um einen möglichst großen Wechselstromanteil zu erzielen,
wodurch die Messgenauigkeit der Wechselstrommessung verbessert werden
kann.
Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren
mit einer automatisierten Messelektronik, insbesondere einer Endstufe
einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Elektromagneten, durchgeführt, wodurch auf
einfache Weise vor einer Ansteuerung des Elektromagneten und somit
des Steuerventils die Position des Ankers und somit die Position
des Ventilgliedes erfasst werden kann. Diese Messelektronik kann
auf einfache Weise von der bereits vorhandenen Endstufe einer Steuereinrichtung
gebildet werden, da diese bereits mit Komponenten zur Erzeugung
einer Wechselspannung und zur Messung des Wechselstromes ausgestattet
ist.
Hierdurch
ist es möglich,
mit der bereits vorhandenen Endstufe der Steuereinrichtung durch
das erfindungsgemäße Verfahren
die Position des Ankers des Elektromagneten und somit die normale Funktionsfähigkeit
des Steuerventils oder eine Funktionsstörung des Steuerventils vor
dessen Ansteuerung zu ermitteln, so dass mit geringem Bauaufwand ein
sicherer Betrieb der Arbeitsmaschine erzielt wird.