DE102006055835A1 - Electromagnetic switching element switching method for use in e.g. vehicle, involves switching electromagnetic switching elements, where maximum voltage for switching elements is influenced by pulse-width-modulation - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schalten elektromagnetischer Schaltelemente mit konstanter elektrischer Gleichspannung. Sie kann bevorzugt mobil an Fahrzeugen oder Arbeitsmaschinen eingesetzt werden, die mit einer konstanten elektrischen Bordspannung für ihre Verbraucher versorgt werden. Bei Nutzfahrzeugen oder Arbeitsmaschinen sind dies im Moment überwiegend 24 V Bordspannungen, es sind aber auch 12 V Netze im Gebrauch.The The invention relates to a method and a device for switching electromagnetic switching elements with constant electrical DC voltage. It can preferably be used on mobile vehicles or work machines be with a constant on-board electrical voltage for their consumers be supplied. In commercial vehicles or machines are these at the moment predominantly 24 V on-board voltages, but there are also 12 V networks in use.
Dementsprechend gibt es auch unterschiedliche elektrische Verbraucher, die in der Regel auf eine elektrische Spannung ausgelegt sind. Dies trifft auch auf elektromagnetische Schaltelemente zu, die jeweils mindestens eine elektrische Spule aufweisen.Accordingly There are also different electrical consumers in the Usually designed for an electrical voltage. This is true too to electromagnetic switching elements, each at least have an electrical coil.
Bisher ist es aber generell erforderlich auf die jeweilige elektrische Bordnetzspannung ausgelegte elektrische Verbraucher, also auch elektromagnetische Schaltelemente einzusetzen, was zu einem erhöhten Logistikaufwand für die Betreiber oder Instandhalter solcher Fahrzeuge oder Arbeitsmaschinen führt.So far But it is generally required to the respective electrical Vehicle electrical system designed electrical loads, including electromagnetic Switching elements to use, resulting in increased logistics costs for the operator or maintainer of such vehicles or work machines.
Werden nämlich elektromagnetische Schaltelemente mit einer elektrischen Spannung betrieben, die zu gering ist, können sie ihre Funktion nicht erfüllen. Ist dagegen die elektrische Spannung zu groß, besteht die Gefahr der Beschädigung oder Zerstörung.Become namely electromagnetic switching elements with an electrical voltage operated, which is too low, can they do not fulfill their function. If, on the other hand, the voltage is too high, there is a risk of damage or damage Destruction.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten zu schaffen, um elektromagnetische Schaltelemente, die für unterschiedliche elektrische Gleichspannungen ausgelegt sind, bei einer konstanten maximalen elektrischen Eingangsspannung betreiben zu können.It is therefore an object of the invention to create opportunities to electromagnetic switching elements for different electrical DC voltages are designed at a constant maximum to operate electrical input voltage.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Eine geeignete Vorrichtung ist mit den Merkmalen des Anspruchs 9 bestimmt.According to the invention this Object with a method having the features of claim 1, solved. A suitable device is with the features of claim 9 certainly.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.advantageous Embodiments and developments of the invention can with in subordinate claims designated characteristics can be achieved.
Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, dass eine maximale elektrische Eingangsspannung, beispielsweise 24 V eines Bordnetzes anliegen, aber mit dieser elektrischen Eingangsspannung auch elektromagnetische Schaltelemente betrieben werden können, die für eine elektrische Spannung, die kleiner als die Eingangsspannung ist, ausgelegt sind, betrieben werden können.at The invention assumes that a maximum electrical Input voltage, for example 24 V of a vehicle electrical system, but with this electrical input voltage also electromagnetic Switching elements can be operated, which are responsible for an electrical voltage, which is smaller than the input voltage, are designed to operate can be.
Solchen Schaltelementen wird nicht die unbeeinflusste maximale elektrische Eingangsspannung zugeschaltet, sondern es wird eine Pulsweitenmodulation der Eingangsspannung durchgeführt, so dass eine gepulste Zuführung der elektrischen Spannung erreicht wird.such a Switching elements will not be the uninfluenced maximum electrical Input voltage is switched on, but it is a pulse width modulation the input voltage is carried out, so that a pulsed feeder the electrical voltage is reached.
Dabei erfolgt die Pulsweitenmodulation so, dass die gesamte Einschaltzeit des jeweiligen Schaltelementes in Bezug zur gesamten Zeit, in der das Schaltelement eingeschaltet werden soll, dem Quotienten aus der jeweiligen elektrischen Spannung für die das jeweilige Schaltelement ausgelegt ist und der maximalen elektrischen Eingangsspannung entspricht. Dabei kann aber eine Toleranz von ± 20% eingehalten werden.there Pulse width modulation is done so that the total on time the respective switching element in relation to the total time, in the the switching element is to be turned on, the quotient the respective electrical voltage for the respective switching element is designed and corresponds to the maximum electrical input voltage. However, a tolerance of ± 20% can be maintained.
Das jeweilige für eine kleinere elektrische Spannung, als die Eingangsspannung ausgelegte Schaltelement wird also quasi ständig kurz ein- und wieder ausgeschaltet. Über die Spule(n) eines Schaltelementes baut sich dann zu Zeiten in denen ein Schaltvorgang bzw. ein Einschalten erfolgen soll ein magnetisches Feld in der gepulsten Form auf und wieder ab, die Wirkung des Magnetfeldes bleibt aber in einer solchen Betriebsphase, bei Einhaltung einer geeigneten Pulsweite und Frequenz erhalten. Durch die Pulsung kann gesichert werden, dass die eigentlich zu hohe elektrische Spannung am Schaltelement, das für eine kleinere elektrische Spannung ausgelegt ist, nicht oder extrem kurzzeitig auftritt.The respective for a smaller electrical voltage than the input voltage designed switching element So it's going to be all the time briefly switched on and off again. About the coil (s) of a switching element then builds up at times in which a switching operation or a switch a magnetic field in the pulsed form is supposed to be opened and closed again but the effect of the magnetic field remains in such an operating phase, obtained by maintaining a suitable pulse width and frequency. By the pulsation can be secured that actually too high electrical voltage at the switching element, that for a smaller electrical voltage is designed, not or extremely short-term occurs.
Die Pulsweitenmodulation sollte mit konstanter Frequenz durchgeführt werden. Dabei können die Ein- und Ausschaltphasen jeweils gleich lang sein, aber auch unterschiedliche Längen aufweisen.The Pulse width modulation should be performed at a constant frequency. It can the on and off phases each be the same length, but also different lengths exhibit.
Die Frequenz mit der die Pulsweitenmodulation durchgeführt werden soll, sollte in jedem Fall kleiner 2000 Hz sein. Bevorzugt sind Frequenzen im Bereich 50 bis 800 Hz und besonders bevorzugt im Bereich 100 bis 400 Hz.The Frequency with which the pulse width modulation is performed should be less than 2000 Hz in any case. Preferred are Frequencies in the range 50 to 800 Hz and more preferably in the range 100 to 400 Hz.
Bei einer Eingangsspannung von beispielsweise 48 V und möglicherweise vorhandenen Schaltelementen, die für 12 V und andere auch für 24 V ausgelegt sind, kann der Betrieb der Schaltelemente mit unterschiedlicher Frequenz erfolgen. Dabei kann die Einschaltzeit während einer Aktivierung für auf 12 V ausgelegte Schaltelemente entsprechend kleiner sein, als für auf 24 V ausgelegte Schaltelemente.at an input voltage of, for example, 48V and possibly existing switching elements, which are designed for 12 V and others also for 24V can, the operation of the switching elements with different Frequency. The switch-on time during a Activation for correspondingly smaller than 12V designed switching elements for on 24 V designed switching elements.
Die elektrische Schaltung sollte eine Möglichkeit aufweisen, um die elektrische Spannung der jeweiligen elektromagnetischen Schaltelemente bestimmen zu können. Dies kann beispielsweise mit mindestens einem Komparator erreicht werden, der bevorzugt als analoger ausgebildet ist. Dieser kann vorteilhaft ein Schmitt-Trigger sein. Damit ist es möglich auch gleichzeitig eine Schaltung der Eingangsspannung direkt zu einem für die Eingangsspannung ausgelegten Schaltelement zu ermöglichen. Bei Schaltelementen, die für eine kleinere elektrische Spannung ausgelegt sind, wird die Eingangsspannung auf einen Pulsweitenmodulator geschaltet und das jeweilige Schaltelement dann gepulst betrieben, wenn es eingeschaltet oder aktiv sein soll.The electrical circuit should have a possibility to determine the electrical voltage of the respective electromagnetic switching elements. This can be achieved, for example, with at least one comparator, which is preferably designed as an analog. This can advantageously be a Schmitt trigger. This makes it possible at the same time a circuit of the input voltage directly to allow for the input voltage designed switching element. For switching elements that are designed for a smaller electrical voltage, the input voltage is switched to a pulse width modulator and the respective switching element then operated pulsed when it should be turned on or active.
Die Bestimmung der jeweiligen elektrischen Spannung für die ein Schaltelement ausgelegt ist, kann aber auch durch Bestimmung des über das Schaltelement fließenden elektrischen Stroms erfolgen. Wird dabei ein Schwellwert des bestimmten elektrischen Stroms überschritten, erfolgt die Schaltung so, dass die Zufuhr elektrischer Spannung zum jeweiligen Schaltelement in gepulster Form durch Pulsweitenmodulation erfolgt. Dabei sollte aber die prinzipbedingt vorhandene Zeitkonstante berücksichtigt werden, da der elektrische Stromfluss durch das induktive Verhalten der Spule(n) beeinflusst ist.The Determining the respective electrical voltage for the one Switching element is designed, but can also by determining the on the switching element flowing electric current. If this is a threshold value of the specific electrical Current exceeded, the circuit is such that the supply of electrical voltage to the respective switching element in pulsed form by pulse width modulation he follows. However, the inherent time constant should be used considered be, because the electric current flow through the inductive behavior the coil (s) is affected.
Bei der Erfindung besteht die Möglichkeit einen Pulsweitenmodulator für mehr als ein Schaltelement einzusetzen. Es kann auch die Bestimmung der elektrischen Spannung von Schaltelementen gleichzeitig für mehrere mit einem Komparator oder einer Komparatorschaltung bzw. einer Einrichtung zur Bestimmung des elektrischen Stroms erfolgen. Dies kann zeitsynchron aber auch durch sequentielle Bestimmung erreicht werden.at the invention is possible a pulse width modulator for to use more than one switching element. It may also be the provision the electrical voltage of switching elements simultaneously for several with a comparator or a comparator circuit or a device to determine the electric current. This can be time synchronous but also be achieved by sequential determination.
Mit einer geeigneten elektronischen Schaltung kann es auch möglich sein, die Bestimmung einmalig durchzuführen. Dann erfolgt eine elektronische Identifizierung des jeweiligen Schaltelements, die gespeichert werden kann. Wird ein Einschalt- oder Aktivierungsvorgang des jeweiligen Schaltelements gewünscht kann die Identifikation genutzt und die dem entsprechende Schaltung durchgeführt werden, so dass je nachdem die Eingangsspannung unmittelbar oder über den Pulsweitenmodulator zum Schaltelement geschaltet wird.With a suitable electronic circuit can also be possible to carry out the determination once. Then, an electronic identification of the respective switching element, which can be stored. Will be a power up or activation process desired the respective switching element, the identification used and which are carried out the appropriate circuit, so that depending on the input voltage directly or above the Pulse width modulator is switched to the switching element.
Günstig kann es auch sein, ein Signal zu generieren, wenn ein Schaltelement, das für eine kleinere elektrische Spannung, als die Eingangsspannung erkannt worden ist. Dies ist insbesondere nach einem ggf. erforderlichen Austausch eines defekten gegen ein defektfreies Schaltelement vorteilhaft.Cheap can it also be to generate a signal when a switching element, that for a smaller electrical voltage than the input voltage detected has been. This is especially after any required Replacement of a defective against a defect-free switching element advantageous.
Mit der Erfindung kann die Fehlerquote beim ggf. er forderlichen Austausch von Schaltelementen ebenso wie der logistische und der Lagerhaltungsaufwand reduziert werden.With The invention may be the error rate in possibly he necessary exchange of switching elements as well as the logistical and storage costs be reduced.
Bei der erfindungsgemäßen technischen Lösung kann für die jeweils ggf. durchzuführende Pulsweitenmodulation nicht nur die elektrische Spannung, für die Schaltelemente ausgelegt sind, die maximale Eingangsspannung sondern auch die Induktivität von Spulen und die Massenträgheit von mittels Magnetwirkung beweglichen Teilen von Schaltelementen berücksichtigt werden. So kann die Einschaltzeit auch bei durchzuführender Pulsweitenmodulation bei einer größeren Massenträgheit beweglicher Teile ebenfalls größer gewählt werden. Dies kann über die gesamte Zeit, in der das jeweilige Schaltelement eingeschaltet sein soll, der Fall sein. Für einige Schaltelemente kann dies aber auch so erfolgen, dass zu Beginn eines Schaltvorgangs keine Pulsweitenmodulation oder eine Pulsweitenmodulation mit kleinerer Frequenz durchgeführt wird. In einer statischen Betriebsphase kann dann später eine Pulsweitenmodulation mit höherer Frequenz durchgeführt werden, da die Massenträgheit dann nicht mehr hindernd wirkt.at the technical invention solution can for the respectively if necessary to be carried out Pulse width modulation not only the electrical voltage, for the switching elements are designed, the maximum input voltage but also the inductance of coils and the inertia of by means of magnetic action moving parts of switching elements considered become. Thus, the switch-on time can also be carried out at Pulse width modulation with a larger mass inertia movable Parts are also larger. This can be over the entire time in which the respective switching element is turned on should be the case. For However, some switching elements can also be done so that at the beginning a switching operation no pulse width modulation or a pulse width modulation performed at a lower frequency becomes. In a static phase of operation can then later a pulse width modulation with higher Frequency performed be, because the inertia then no longer hindering acts.
Es können als elektromagnetische Schaltelemente Ventile, elektromechanische Schalter, Verriegelungen, Hubelemente, Relais oder auch Bremselemente eingesetzt sein. Die jeweiligen elektrischen Spannungen, für die sie ausgelegt sind, sollten im Bereich der üblicherweise eingesetzten und wie bereits vorab erwähnt liegen.It can as electromagnetic switching elements valves, electromechanical Switches, interlocks, lifting elements, relays or braking elements be used. The respective electrical voltages for which they should be designed in the field of commonly used and as previously mentioned lie.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.following the invention will be explained in more detail by way of example.
Dabei zeigen:there demonstrate:
In
Dabei
sind an die als elektrische Gleichspannung vorliegende Betriebsspannung
ein Pulsweitenmodulator
Bei
der Ausführungsform,
wie sie schematisch in
Claims (13)
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- 2006-11-16 DE DE200610055835 patent/DE102006055835A1/en not_active Withdrawn
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