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Die
Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung,
insbesondere eine Ventiltriebbetätigungsvorrichtung,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es
sind bereits Betätigungsvorrichtungen, insbesondere
Ventiltriebbetätigungsvorrichtungen, mit
einer Überwachungseinheit,
die dazu vorgesehen ist, zumindest einen Betätigungsaktuator zum Schalten
eines Ventiltriebs zu überwachen,
und mit zumindest einer Spule bekannt.
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Der
Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine flexibel
einsetzbare Überwachungseinheit
bereitzustellen. Sie wird gemäß der Erfindung
durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung geht aus von einer Betätigungsvorrichtung,
insbesondere Ventiltriebbetätigungsvorrichtung,
mit einer Überwachungseinheit, die
dazu vorgesehen ist, zumindest einen Betätigungsaktuator zum Schalten
eines Ventiltriebs zu überwachen,
und mit zumindest einer Spule.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Überwachungseinheit
dazu vorgesehen ist, zur Bestimmung einer Spulenkenngröße eine
Prüfspannung
und/oder einen Prüfstrom
für die
Spule einzustellen. Dadurch kann eine Überwachungseinheit bereitgestellt
werden, die unabhängig
von einem Schaltvorgang des Betätigungsaktuators
eine Überwachung
einer Schalteinstellung bereitstellen kann, wodurch eine besonders
flexibel einsetzbare Überwachungseinheit realisiert
werden kann. Unter „vorgesehen” soll insbesondere
speziell programmiert, ausgestattet und/oder ausgelegt verstanden
werden. Unter einer „Überwachungseinheit” soll weiter
insbesondere eine Einheit mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit
und mit einer Sensoreinheit zur Durchführung der Überwachung verstanden werden.
Unter „einstellen” soll weiter
insbesondere aktivieren und/oder bereitstellen verstanden werden.
Insbesondere soll unter „einstellen” eine Einstellung
eines definierten Werts verstanden werden. Unter „bestimmen” soll ferner
insbesondere sensieren und/oder auswerten verstanden werden. Unter „sensieren” soll insbesondere
ein messtechnisches Bestimmen einer Größe verstanden werden. Unter „auswerten” soll das
Verknüpfen
der messtechnisch bestimmten Größe mit zumindest
einem weiteren Parameter verstanden werden, wie beispielsweise ein
Vergleich der messtechnisch bestimmten Größe mit einer Referenzgröße und/oder die
Berechnung von weiteren, zumindest von der einen messtechnisch bestimmten
Größe abhängigen Größen.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Überwachungseinheit
in zumindest einem Überwachungsmodus
dazu vorgesehen ist, eine zumindest von einer Induktivität der Spule
abhängige
Spulenkenngröße zu bestimmen.
Dadurch kann vorteilhaft eine aktive Überwachung zur Bestimmung der Schalteinstellung
bereitgestellt werden. Unter einer „Spulenkenngröße” soll dabei
insbesondere eine die Spule beschreibende physikalische Kenngröße verstanden
werden, die von der Induktivität
der Spule abhängt,
wie beispielsweise eine in der Spule speicherbare und/oder gespeicherte
Energie. Unter einer „Induktivität” soll dabei
insbesondere eine innere Induktivität verstanden werden, die unabhängig von
einem externen Feld, wie beispielsweise einem in die Spule eingebrachten
Magnetfeld ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Betätigungsvorrichtung
eine Schalteinheit aufweist, die zur Schaltung des Ventiltriebs
vorgesehen ist, und die zumindest teilweise einstückig mit
der Überwachungseinheit
ausgeführt
ist. Dadurch kann eine besonders einfache Betätigungsvorrichtung bereitgestellt
werden.
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Vorzugsweise
ist die Spule als eine Schaltspule zur Schaltung des Ventiltriebs
ausgebildet. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte einstückige Ausführung erreicht
werden, da auf eine separate Spule zur Überwachung des Betätigungsaktuators
verzichtet werden kann, wodurch ein Bauraum für die Betätigungsvorrichtung gering gehalten
werden kann.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Überwachungseinheit
zumindest einen Überwachungsmodus
aufweist, der dazu vorgesehen ist, eine Schalteinstellung zu einem
beliebigen Zeitpunkt zu bestimmen. Dadurch kann eine vorteilhafte Überwachung
zu einem definierten diskreten Zeitpunkt erreicht werden, wie beispielsweise
eine Überwachung unmittelbar
nach einem Schaltvorgang. Vorteilhafterweise ist der Überwachungsmodus
der Überwachungseinheit
grundsätzlich
unabhängig
von einem Schaltmodus der Schalteinheit.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Überwachungseinheit
zumindest einen Überwachungsmodus
aufweist, der dazu vorgesehen ist, eine Schalteinstellung während eines
definierten Zeitraums zu bestimmen. Dadurch kann eine vorteilhafte Überwachung
der Schalteinstellung über
einen längeren
Zeitraum, wie beispielsweise während
eines gesamten Schaltvorgangs, bestimmt werden. Unter einem „Zeitraum” soll dabei
insbesondere ein Zeitraum größer als
Null verstanden werden.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Überwachungseinheit
dazu vorgesehen, die Prüfspannung
und/oder den Prüfstrom
unabhängig
von einer Schaltspannung und/oder einem Schaltstrom einzustellen.
Dadurch kann die aktive Überwachung
vorteilhaft unabhängig ausgestaltet
werden. Grundsätzlich
kann eine Überwachung
aber auch in Abhängigkeit
von dem Schaltstrom und/oder der Schaltspannung durchgeführt werden.
Weiter ist es denkbar, die Schaltspannung und/oder den Schaltstrom
zumindest teilweise zur Einstellung der Prüfspannung und/oder des Prüfstroms
zu verwenden.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Überwachungseinheit
dazu vorgesehen ist, einen Verlauf des Prüfstroms und/oder einen Verlauf
der Prüfspannung
auszuwerten. Über
den Verlauf der Prüfspannung
und/oder den Prüfstrom
kann die Induktivität einfach
bestimmt werden, wodurch eine vorteilhafte Spulenkenngröße einfach
bereitgestellt werden kann. Unter einer Auswertung von einem „Verlauf
des Prüfstroms” soll dabei
insbesondere eine Auswertung verstanden werden, die eine Messung über einen
definierten Zeitraum größer Null
erfordert.
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Vorzugsweise
ist die Überwachungseinheit dazu
vorgesehen, ein Prüfstromintegral
zu bestimmen. Dadurch kann einfach der Verlauf des Prüfstroms
ausgewertet werden, da über
das Prüfstromintegral
einfach auf eine Abklingzeit des Prüfstroms geschlossen werden
kann. Vorzugsweise weist der Prüfstrom
zumindest eine durch die Induktivität bedingte Abklingzeit auf,
die größer als
ein Zeitparameter des Prüfstromintegrals
ist. Unter einem „Zeitparameter” des Prüfstromintegrals
soll dabei insbesondere eine Zeitspanne verstanden werden, während der eine
Integration über
den Prüfstrom
durchgeführt wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
die Überwachungseinheit
dazu vorgesehen ist, eine als Wechselspannung ausgebildete Prüfspannung
einzustellen. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Impedanz der Spule
bestimmt werden, mittels der einfach auf die Induktivität zur Bestimmung
der Schalteinstellung ge schlossen werden kann. Die Impedanz der
Spule bildet eine besonders vorteilhafte, von der Induktivität abhängige Spulenkenngröße.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Überwachungseinheit
dazu vorgesehen, eine Vorerregungsspannung und/oder einen Vorerregungsstrom
zur Überlagerung
mit der Prüfspannung und/oder
dem Prüfstrom
einzustellen. Dadurch kann eine Abhängigkeit der Impedanz der Spule
von der Schalteinstellung vorteilhaft vergrößert werden, wodurch eine besonders
einfache Bestimmung der Schalteinstellung erreicht werden kann.
Besonders vorteilhaft kann dadurch eine Überwachungseinheit für einen
Doppelaktuator bereitgestellt werden. Grundsätzlich ist ein zusätzlicher
Vorerregungsstrom aber auch bei einem Einfachaktuator denkbar. In
einer vorteilhaften Ausbildung ist der Vorerregungsstrom als ein
auf einen definierten Wert geregelter Gleichstrom ausgebildet.
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Vorteilhafterweise
ist die Überwachungseinheit
dazu vorgesehen, eine Prüfstromamplitude
zu bestimmen. Dadurch kann die Impedanz einfach bestimmt werden,
wodurch einfach eine Bestimmung der Schalteinstellung möglich ist.
Unter einer „Amplitude” soll dabei
insbesondere eine Amplitude eines als Wechselstrom ausgebildeten
Prüfstroms
verstanden werden. Grundsätzlich
sind aber auch andere Verfahren zur Bestimmung der Schalteinstellung
mittels der Induktivität
denkbar, wie beispielsweise eine Bestimmung der Induktivität mittels
eines Schwingkreises oder einer Brückenschaltung.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Überwachungseinheit
dazu vorgesehen ist, die Prüfspannung
und/oder den Prüfstrom
zeitgleich mit einer Schaltspannung und/oder einem Prüfstrom einzustellen.
Dadurch kann die Schalteinstellung einfach unmittelbar vor, während und/oder
unmittelbar nach einem Schaltvorgang bestimmt werden. Unter „einstellen
einer Spannung und/oder eines Stroms” soll insbesondere eine Einstellung
von einem Wert größer als
Null verstanden werden.
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Dabei
ist insbesondere eine Ventiltriebvorrichtung mit zumindest einem
axial verschiebbaren Nockenelement, das mittels einer Schaltkulisse
verstellbar ist, und mit einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung vorteilhaft,
da mittels einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung
eine besonders gut überwachbare
Betätigungsaktuatorik
zur Schaltung eines Ventiltriebs realisierbar ist.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und
die Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fach mann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise
auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen
zusammenfassen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
Aufsicht auf eine Ventiltriebvorrichtung mit axial verschiebbaren
Nockenelementen,
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2 einen
Querschnitt durch eine Betätigungsvorrichtung
der Ventiltriebvorrichtung,
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3 ein
Zeitdiagramm mit einem Schaltvorgang und einer Überwachung in einem Überwachungsmodus,
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4 ein
Zeitdiagramm mit einem Schaltvorgang und einer Überwachung in einem weiteren Überwachungsmodus,
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5 eine
Impedanz-/Frequenzabhängigkeit
für zwei
unterschiedliche Schalteinstellungen der Betätigungsvorrichtung,
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6 eine
geschnittene Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Betätigungsvorrichtung
mit Doppelaktuator,
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7 eine
Abhängigkeit
der Impedanz der Spule vom Vorerregungsstrom für den ersten Schaltpin und
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8 eine
Abhängigkeit
der Impedanz der Spule vom Vorerregungsstrom für den zweiten Schaltpin.
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1 zeigt
eine Ventiltriebvorrichtung für eine
Brennkraftmaschine. Die Ventiltriebvorrichtung weist zumindest ein
Nockenelement 21a auf, das axial verschiebbar und drehfest
mit einer Grundwelle 24a verbunden ist. Weiter weist die
Ventiltriebvorrichtung eine Betätigungsvorrichtung 23a auf,
mittels der eine Schaltkraft zum Verschieben des zumindest einen
Nockenelements 21a bereitgestellt wird.
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Die
Betätigungsvorrichtung 23a weist
eine Schalteinheit 16a mit zumindest einem Betätigungsaktuator 11a und
mit einer Schaltkulisse 22a mit zumindest einer Kulissenbahn 26a auf.
Der Betätigungsaktuator 11a weist
einen Schaltpin 27a auf. In einer Schaltstellung 37a,
in dem der Schaltpin 27a ausgefahren ist, greift der Schaltpin 27a in
die Schaltkulisse 22a ein, wodurch eine Drehbewegung des Nockenelements 21a in
die axial wirkende Schaltkraft bereitgestellt wird. In einer Neutralstellung 38a ist
der Schaltpin 27a aus der Schaltkulisse zurückgezogen.
Ein zweiter, nicht näher
bezeichneter Betätigungsaktuator
ist analog ausgestaltet.
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Der
Betätigungsaktuator 11a weist
eine Elektromagneteinheit 28a mit einer Statoreinheit 29a und einer
Ankereinheit 30a auf. Die Statoreinheit 29a umfasst
eine Spule 13a und einen Spulenkern 32a, mittels
dem ein durch die Spule 13a erzeugbares Spulenmagnetfeld
verstärkt
wird. Die Ankereinheit 30a umfasst einen Permanentmagneten 33a,
der ein Permanentmagnetfeld bereitstellt. Die Spule 13a der Statoreinheit 29a ist
als eine Schaltspule zur Schaltung des Ventiltriebs ausgeführt.
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Ist
die Spule 13a unbestromt, wechselwirkt der Permanentmagnet 33a mit
dem umgebenden Material. In der Neutralstellung 38a wechselwirkt
der Permanentmagnet 33a insbesondere mit dem Spulenkern 32a der
Elektromagneteinheit 28a, der aus einem magnetisierbaren
Material besteht. In der Schaltstellung 37a wechselwirkt
der Permanentmagnet 33a insbesondere mit einem Akutatorgehäuse 34a des
Betätigungsakuators 11a.
In einem unbestromten Betriebszustand stabilisiert der Permanentmagnet 33a den
Schaltpin 27a in der Schaltstellung 37a bzw. der
Neutralstellung 38a. Der Betätigungsaktuator 11a ist
als ein bistabiles System ausgeführt, das
in einem unbestromten Zustand der Schaltstellung 37a oder
der Neutralstellung 38a zustrebt.
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In
einem Betriebszustand, in dem die Elektromagneteinheit 28a bestromt
ist, wechselwirkt das Permanentmagnetfeld des Permanentmagneten 33a mit
dem Spulenmagnetfeld der Spule 13a. Abhängig von einer Polarisierung
des Permanentmagneten 33a und der Elektromagneteinheit 28a kann
dabei eine anziehende Kraft und eine abstoßende Kraft realisiert werden.
Eine Polarisierung der Elektromagneteinheit 28a lässt sich
mittels einer Stromrichtung, mit der die Spule 13a bestromt
wird, einstellen. Um den Schaltpin 27a von seiner Neutralstellung 38a in die
Schaltstellung 37a auszufahren, wird die Spule 13a in
der Stromrichtung bestromt, für
die zwischen der Elektromagneteinheit 28a und dem Permanentmagneten 33a eine
abstoßende
Kraft wirkt.
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Weiter
weist der Betätigungsaktuator 11a eine
Federeinheit 35a auf, die ebenfalls eine Kraft auf den
Schaltpin 27a ausübt.
Die Federeinheit 35a ist wirkungsmäßig zwischen der Statoreinheit 29a und der
Ankereinheit 30a angeordnet. Die Kraft der Federeinheit 35a ist
in eine Richtung gerichtet, die einer Richtung der abstoßenden Kraft
zwischen der Elektromagneteinheit 28a und dem Permanentmagneten 33a entspricht.
Mittels der Federeinheit 35a wird ein Ausfahrvorgang des
Schaltpins 27a beschleunigt.
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Zur
Bereitstellung der Schaltkraft weist die Kulissenbahn 26a eine
axiale und eine radiale Richtungskomponente auf. Befindet sich der
Schaltpin 27a in der Schaltstellung 37a, wirkt
durch die axiale Richtungskomponente eine Drehbewegung des Nockenelements 21a als
die axial wirkende Kraft, mittels der das Nockenelement 21a verschoben
wird. Um nach einem Verschieben des Nockenelements 21a den
Schaltpin 27a in seine Neutralstellung 38a zu
bewegen, weist die Kulissenbahn 26a ein Ausspursegment
auf, in dem ein Nutgrund bis auf ein Grundkreisniveau ansteigt (vgl. 2).
Durch das Ausspursegment wirkt auf den Schaltpin 27a eine
Kraft, die den Schaltpin 27a in seine Neutralstellung 38a zurückbewegt.
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Bei
einem Einfahrschaltvorgang, in dem der Schaltpin 27a mittels
des Ausspursegments von seiner Schaltstellung 37a in die
Neutralstellung 38a bewegt wirkt, strebt der Schaltpin 27a in
einer ersten Phase durch eine Wechselwirkung zwischen dem Permanentmagneten 33a und
dem Aktuatorgehäuse 34a der
Schaltstellung 37a zu. In einer zweiten Phase löst sich
der Schaltpin 27a von dem Nutgrund und strebt durch die
Wechselwirkung zwischen dem Permanentmagneten 33a und dem
Spulenkern 32a der Neutralstellung 38a zu. Der
Schaltpin 27a wird durch die Wechselwirkung zwischen dem
Permanentmagneten 33a und dem Spulenkern 32a in
der zweiten Phase unabhängig
von der Drehbewegung des Nockenelements 21a in seine Neutralstellung 38a bewegt.
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Zur
Schaltung des Betätigungsaktuators 11a weist
die Schalteinheit 16a eine Steuereinheit 36a auf.
Mittels der Steuereinheit 36a wird ein Schaltstrom 19a und
eine Schaltspannung 42a zur Schaltung des Ventiltriebs
eingestellt. Zur Überwachung des
Betätigungsaktuators 11a,
d. h. zur Bestimmung einer Schalteinstellung 25a und zur Überwachung von
einem Schaltvorgang des Schaltpins 27a, weist die Betätigungsvorrichtung 23a eine Überwachungseinheit 10a auf.
Die Überwachungseinheit 10a umfasst
eine Steuereinheit 41a mit einer Speichereinheit und einem
in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm sowie eine
Sensoreinheit. Die Überwachungseinheit 10a ist
teilweise einstückig
mit der Schalteinheit 16a ausgeführt.
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Die
Sensoreinheit ist zur Bestimmung von einem Strom durch die Spule 13a und
einer an der Spule 13a anliegenden Spannung vorgesehen.
Mittels der Sensoreinheit kann die Überwachungseinheit 10a eine
Größe des durch
die Spule 13a fließenden
Stroms und eine Größe der an
der Spule 13a anliegenden Spannung bestimmen. Zur Auswertung der
Spannung und des Stroms kann die Überwachungseinheit 10a eine
Höhe der
Spannung, eine Höhe
des Stroms und ein Stromintegral über einen fließenden Strom
bestimmen. Die Steuereinheit 36a der Überwachungseinheit 10a ist
einstückig
mit der Steuereinheit 41a der Schalteinheit ausgeführt. Die Spule 13a ist
ebenfalls einstückig
für die
Schalteinheit 16a und die Überwachungseinheit ausgeführt.
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In
einem ersten Überwachungsmodus überwacht
die Überwachungseinheit 10a den
Einfahrschaltvorgang des Schaltpins 27a. Bei dem Einfahrschaltvorgang
weist das durch den Permanentmagneten 33a in die Spule 13a eingebrachte
Permanentmagnetfeld eine zeitliche Veränderung auf. Durch die zeitliche
Veränderung
des in die Spule 13a eingebrachten Permanentmagnetfelds
wird in die Spule 13a eine Induktionsspannung induziert,
deren Größe mittels
der Überwachungseinheit 10a bestimmt
wird. Anhand einer Höhe
der Induktionsspannung kann eine Plausibilität des Einfahrschaltvorgangs
bestimmt werden. In einem zweiten Überwachungsmodus überwacht
die Überwachungseinheit 10a ebenfalls
den Einfahrschaltvorgang des Schaltpins 27a. In dem zweiten Überwachungsmodus
bestimmt die Überwachungseinheit
ein Stromintegral eines Induktionsstroms, der durch die zeitliche
Veränderung
des in die Spule 13a eingebrachten Permanentmagnetfelds
in die Spule 13a induziert wird. Ein Zeitparameter des
Stromintegrals entspricht einer Zeitspanne, während der in die Spule 13a induzierte
Induktionsstrom größer ist
als ein definierter Grenzwert. Über eine
Höhe des
Stromintegrals kann ebenfalls die Plausibilität des Einfahrschaltvorgangs
bestimmt werden.
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In
einem dritten Überwachungsmodus
bestimmt die Überwachungseinheit 10a zu
diskreten Zeitpunkten 17a, 18a die Schalteinstellung 25a des Schaltpins 27a (vgl. 3).
In dem dritten Überwachungsmodus
bestimmt die Überwachungseinheit 10a eine
Spulenkenngröße, die
prinzipiell unabhängig
von der zeitlichen Veränderung
des in die Spule 13a eingebrachten Permanentmagnetfelds
ist. Mittels des dritten Überwachungsmodus
kann die Überwachungseinheit 10a die
Schalteinstellung 25a zu beliebigen Zeitpunkten 17a, 18a bestimmen.
Die in dem dritten Überwachungsmodus
bestimmte Spulenkenngröße hängt von
einer Induktivität
der Spule 13a ab.
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Die
Induktivität
der Spule weist eine Abhängigkeit
von einem Abstand zwischen der Spule 13a und dem Permanentmagneten 33a auf.
In der Neutralstellung 38a ist der Permanentmagnet 33a unmittelbar
benachbart zu der Spule 13a angeordnet, wodurch das von
der Spule erzeugbare Spulenmagnetfeld den Permanentmagneten 33a in
der Neutralstellung 38a stärker durchsetzt als in der
Schaltstellung 37a. In der Neutralstellung 38a des
Schaltpins 27a ist die Induktivität der Spule 13a größer in der
Schaltstellung 37a des Schaltpins 27a.
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Zur
Bestimmung der Schalteinstellung
25a wird von der Überwachungseinheit
10a ein
Prüfstrom
15a für die Spule
13a eingestellt,
der geringer ist als der Schaltstrom
19a zum Schalten des
Schaltpins
27a. Die Überwachungseinheit
10a stellt
für den
Prüfstrom
15a einen
definierten Wert ein, der beispielsweise 1 Ampere beträgt. Nach
dem Abschalten einer Prüfspannung
14a,
mittels der der Prüfstrom
15a auf den
definierten Wert eingestellt wird, fällt der Prüfstrom
15a aufgrund
der Induktivität
der Spule
13a über
einen definierten Zeitraum größer Null
hinweg ab. Ein Verlauf des Prüfstroms
15a ist
mittels einer Exponentialfunktion beschreibbar, deren negativer Exponent
die Induktivität
als einen Divisor aufweist. Für
den Verlauf des Prüfstroms
15a nach
Abschalten der Prüfspannung
14a gilt:
mit I(t) als der Verlauf
des Prüfstroms
15a,
I
0 als der definierte Wert des Prüfstroms
15a,
mit t als eine Zeitvariable für
den Verlauf des Prüfstroms
15a und
mit R als ein ohmscher Widerstand der Spule.
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Befindet
sich der Schaltpin 27a in der Neutralstellung 38a,
ist die Induktivität
der Spule 13a groß,
wodurch ein Verlauf 39a des Prüfstroms 15a flach
ausfällt.
Befindet sich der Schaltpin 27a in der Schaltstellung 37a,
ist die Induktivität
der Spule 13a klein, wodurch ein Verlauf 40a des
Prüfstroms 15a steil
ausfällt
(vgl. 3). Die Überwachungseinheit 10a bestimmt
die Schalteinstellung 25a des Schaltpins 27a mittels
des Verlaufs des Prüfstroms 15a.
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Eine
Abklingzeit, innerhalb der der Prüfstrom 15a unterhalb
eines definierten Grenzwerts abfällt, hängt von
der Induktivität
der Spule 13a ab. Der der Schaltstellung 37a zugeordnete
Verlauf 40a des Prüfstroms 15a weist
eine lange Abklingzeit auf. Der der Neutralstellung 38a zugeordnete
Verlauf 39a des Prüfstroms 15a weist
eine kurze Abklingzeit auf. Der Grenzwert beträgt beispielsweise 10% des definierten
Werts für
den Prüfstrom 15a.
Grundsätzlich
können
aber auch andere, insbesondere niedrigere Grenzwerte verwendet werden.
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Zur
Bestimmung der Schalteinstellung 25a wertet die Überwachungseinheit 10a ein
Prüfstromintegral
aus, mittels dem die Spulenkenngröße zur Bestimmung der Schalteinstellung 25a ausgebildet
ist. Das Prüfstromintegral
weist einen Zeitparameter 31a auf, der auf den Verlauf 40a des
Prüfstroms 15a in der
Schaltstellung 37a und den Verlauf 39a des Prüfstroms 15a in
der Neutralstellung 38a angepasst ist. Der Zeitparameter 31a entspricht
der Abklingzeit, die der Verlauf 40a des Prüfstroms 15a,
der der Schaltstellung 37a zugeordnet ist, aufweist. Der
Zeitparameter 31a des Prüfstromintegrals weist unabhängig von
einer zu erwartenden Schalteinstellung 25a stets die gleiche
Größe auf.
Mit tels des Prüfstromintegrals, das
den Zeitparameter 31a aufweist, hängt die mittels des Prüfstromintegrals
bestimmte Spulenkenngröße von der
Induktivität
der Spule 13a ab.
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Die
Größe des Prüfstromintegrals
entspricht direkt der Spulenkenngröße. Die Spulenkenngröße ist als
eine Energie ausgebildet, die von der Spule 13a innerhalb
des Zeitparameters 31a des Prüfstromintegrals abgegeben wird.
Der Zeitparameter 31a des Prüfstromintegrals ist kürzer als
die Abklingzeit, die der Verlauf 39a des Prüfstroms 15a in
der Neutralstellung 38a aufweist. Dadurch weist das Prüfstromintegral
abhängig
von der Schalteinstellung 25a unterschiedliche Werte auf.
Zur Bestimmung der Schalteinstellung 25a sind in der Speichereinheit
der Überwachungseinheit 10a zwei
Referenzwerte hinterlegt, mit denen die als Stromintegral ausgebildete Spulenkenngröße verglichen
wird. Mittels der Referenzwerte ist die Spulenkenngröße eindeutig
der Schaltstellung 37a oder der Neutralstellung 38a zuordenbar,
wodurch die Schalteinstellung 25a mittels des dritten Überwachungsmodus
zu den beliebigen diskreten Zeitpunkten 17a, 18a bestimmt
werden kann.
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Der
Prüfstrom,
der zur Bestimmung der Spulenkenngröße eingestellt wird, ist grundsätzlich unabhängig von
einem Schaltvorgang des Schaltpins 27a. Zur Überwachung
eines Schaltvorgangs kann der Schaltstrom 19a zur Bereitstellung
des Prüfstroms 15a verwendet
werden. Nach einem Schaltvorgang weist der Schaltstrom 19a zu
dem Zeitpunkt 18a die gleiche Größe auf, wie sie für den Prüfstrom 15a vorgesehen
ist. Ein Teilwert des Schaltstroms 19a kann somit als der
Prüfstrom 15a verwendet
werden.
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In
einem vierten Überwachungsmodus
bestimmt die Überwachungseinheit 10a die
Schalteinstellung 25a kontinuierlich über den gesamten gezeigten
Zeitraum (vgl. 4). Eine Spulenkenngröße, die
mittels der Überwachungseinheit 10a in
dem vierten Überwachungsmodus
bestimmt wird, hängt ebenfalls
von der Induktivität
der Spule 13a ab. Die in dem vierten Betriebsmodus bestimmte
Spulenkenngröße ist als
eine Impedanz ausgebildet.
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In
dem vierten Überwachungsmodus
stellt die Überwachungseinheit
eine Prüfspannung 14a ein,
die als eine Wechselspannung ausgebildet ist. Aufgrund der als Wechselspannung
ausgebildeten Prüfspannung 14a stellt
sich in der Spule 13a ein Prüfstrom 15a ein, der
als ein Wechselstrom ausgebildet ist. Eine Anregungsfrequenz der
Prüfspannung 14a und
eine Frequenz des Prüfstroms 15a sind gleich.
Zur Überwachung
der Schalteinstellung 25a wird ein Verlauf des Prüfstroms 15a ausgewertet.
Die Anregungsfrequenz der Prüfspannung 14a beträgt ca. 100
Hz. Eine Abtastrate, mit der die Schalteinstellung 25a in
dem vierten Überwachungsmodus
bestimmt werden kann, entspricht im Wesentlichen der Anregungsfrequenz
der Prüfspannung 14a.
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Eine
Prüfstromamplitude 20a des
Prüfstroms 15a hängt von
der Impedanz der Spule 13a ab. Die Impedanz der Spule 13a wiederum
hängt von
der Induktivität
der Spule ab. Befindet sich der Schaltpin 27a in der Schaltstellung 37a,
ist die Impedanz der Spule 13a groß und der Prüfstrom 15a weist
eine kleine Prüfstromamplitude 20a auf.
Befindet sich der Schaltpin 27a in der Neutralstellung 38a,
ist die Impedanz der Spule 13a klein und der Prüfstrom weist eine
große
Prüfstromamplitude 20a auf.
In der Neutralstellung 38a ist die Prüfstromamplitude 20a ca. doppelt
so groß wie
in der Schaltstellung 37a.
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Zur
Bestimmung der Prüfstromamplitude 20a weist
die Überwachungseinheit 10a einen
Bandpassfilter auf, mittels dem der Prüfstrom 15a gefiltert wird.
Der Bandpassfilter weist eine Durchlassfrequenz auf, die der Anregungsfrequenz
für die
Prüfspannung 14a entspricht.
Mittels des Bandpassfilters werden Gleichstromanteile herausgefiltert.
Insbesondere der Schaltstrom 19a zur Schaltung des Schaltpins 27a ist
als ein Gleichstrom ausgebildet und wird mittels des Bandpassfilters
unterdrückt.
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Die
Spulenkenngröße, mittels
der die Schalteinstellung 25a überwacht wird, wird mittels
der Prüfstromamplitude 20a bestimmt.
Mittels der Prüfstromamplitude 20a ist
die Schalteinstellung 25a direkt bestimmbar. In der Überwachungseinheit 10a sind
verschiedene Referenzgrößen hinterlegt,
mittels denen die Prüfspannung 14a und
der daraus resultierende Prüfstrom 15a der
Schalteinstellung 25a zugeordnet sind.
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Befindet
sich der Schaltpin 27a in der Neutralstellung 38a,
wird die Spule 13a zur Überwachung der
Schalteinstellung 25a lediglich mit der als Wechselspannung
ausgebildeten Prüfspannung 14a beaufschlagt.
Die Prüfspannung 14a ist
geringer als die Schaltspannung 42a, wodurch der Schalpin 27a von der
Prüfspannung 14a unbeeinflusst
ist. Die Prüfspannung 14a bedingt
einen Prüfstrom 15a,
dessen Prüfstromamplitude 20a in
der Überwachungseinheit 10a als
eine Referenzgröße für die Neutralstellung 38a hinterlegt
ist und von der Überwachungseinheit 10a bestimmt
wird.
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Um
während
eines Schaltvorgangs die Schalteinstellung 25a zu überwachen,
werden die Prüfspannung 14a und
die Schaltspannung 42a überlagert.
Ein aus der Prüfspannung 14a und
der Schaltspannung 42a resultierender Strom durch die Spule 13a ist
als eine Überlagerung
von dem Prüfstrom 15a und
dem Schaltstrom 19a ausgebildet. Die Prüfstromamplitude 20a weist
während
dem Schaltvorgang des Schaltpins 27a Anteile auf, die durch
die Schaltspannung 42a bedingt sind. Diese Anteile sind mittels
einer entsprechenden Referenzgröße in der Überwachungseinheit 10a berücksichtigt.
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Befindet
sich der Schaltpin 27a in der Schaltstellung 37a,
wird die Spule 13a zur Überwachung der
Schalteinstellung 25a wieder lediglich mit der als Wechselspannung
ausgebildeten Prüfspannung 14a beaufschlagt.
Die in der Schaltstellung 37a durch die Prüfspannung 14a bedingte
Prüfstromamplitude 20a ist
als eine weitere Referenzgröße in der Überwachungseinheit 10a hinterlegt.
Zur Anregung der Prüfspannung
können
grundsätzlich
beliebige Frequenzen verwendet werden. Die Impedanz der Spule weist über einen
großen
Frequenzbereich unterschiedliche Werte für die Schaltstellung 37a und
die Neutralstellung 38a auf (vgl. 5).
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In
den 6 bis 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele
ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels
in den 1 bis 5 durch den Buchstaben b in
den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels
in den 6 bis 8 ersetzt. Die nachfolgende
Beschreibung beschränkt
sich im Wesentlichen auf Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen.
Bezüglich
gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen kann auf die
Beschreibung und/oder die Zeichnungen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 5 verwiesen
werden.
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6 zeigt
eine Betätigungsvorrichtung
eines schaltbaren Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine. Die Betätigungsvorrichtung
weist eine Schalteinheit 16b mit einem Doppelaktuator auf.
Der Doppelaktuator umfasst zwei Betätigungsaktuatoren 11b, 11b', die im Wesentlichen
analog zu dem vorangegangen Ausführungsbeispiel
ausgestaltet sind. Baugleiche Bauteile des Doppelaktuators sind
dabei grundsätzlich
mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Eine Beschreibung von
einem der Bauteile gilt gleichermaßen für alle weiteren, mit dem Bezugszeichen
versehenen Bauteile. Zur Unterscheidung sind die Bezugszeichen von
Bauteilen des Betätigungsaktuators 11b' mit einem Hochkomma
versehen.
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Die
Betätigungsaktuatoren 11b, 11b' weisen eine teilweise
einstückig
ausgeführte
Elektromagneteinheit 28b auf. Eine Statoreinheit 29b ist
einstückig für die beiden
Betätigungsaktuatoren 11b, 11b' ausgeführt. Ankereinheiten 30b, 30b' der Betätigungsaktuatoren 11b, 11b' sind voneinander
getrennt ausgeführt.
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Die
beiden Betätigungsaktuatoren 11b, 11b' weisen analog ausgeführte Schaltpins 27b, 27b' zum Eingriff
in eine in diesen Figuren nicht näher dargestellte Schaltkulisse 22b mit
zwei Kulissenbahnen 26b, 26b' auf. Ankereinheiten 30b, 30b' der beiden Betätigungsaktuatoren 11b, 11b' sind getrennt voneinander
ausgeführt.
Zur Bereitstellung einer Betätigungskraft
weisen die Ankereinheiten 30b, 30b' jeweils einen Permanentmagneten 33b, 33b' und eine Federeinheit 35b, 35b' auf. Zur Wechselwirkung
mit den Permanentmagneten 33b, 33b' weisen die Betätigungsaktuatoren 11b, 11b' eine teilweise einstückig ausgeführte Statoreinheit 29b auf.
Eine Spule 13b der Statoreinheit 29b ist für beide
Betätigungsaktuatoren 11b, 11b' vorgesehen. Mittels
einer Bestromung der Spule 13b' können die beiden Betätigungsaktuatoren 11b, 11b' geschaltet werden.
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Die
Ankereinheiten 30b, 30b' sind voneinander getrennt in der
Statoreinheit 29b angeordnet. Die Spule 13b ist
räumlich
teilweise zwischen den Betätigungsaktuatoren 11b, 11b' angeordnet. Die
Ankereinheiten 30b, 30b' grenzen seitlich an die Spule 13b an.
Bei einer Bestromung der Spule 13b wechselwirkt ein von
der Spule 13b bereitgestelltes Spulenmagnetfeld mit Permanentmagnetfeldern
der beiden Permanentmagneten 33b, 33b' der Ankereinheiten 30b, 30b'. Da die beiden
Permanentmagneten 33b, 33b' unterschiedlichen Polaritäten aufweisen,
wird in Abhängigkeit
von Richtung der Bestromung der Spule 13b wahlweise einer
der beiden Schaltpins 27b, 27b' ausgefahren.
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Zur Überprüfung einer
Schaltstellung der Schaltpins 27b, 27b' der Betätigungsaktuatoren 11b, 11b' weist die Schalteinheit 16b eine Überwachungseinheit 10b auf,
mittels der die beiden Betätigungsaktuatoren 11b, 11b' zeitgleich überwacht
werden können.
Analog zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel weist die Überwachungseinheit 10b eine Steuereineinheit 41b und
eine Sensoreinheit auf, die zur Überwachung
von Einfahrschaltvorgängen
der Schaltpins 27b, 27b' und zur Bestimmung von Schalteinstellungen 25b, 25b' zu diskreten
Zeitpunkten 17b, 18b vorgesehen sind. Mittels
der Sensoreinheit kann ein Strom durch die Spule 13b und
eine an der Spule 13b anliegende Spannung bestimmt werden.
Mittels der Steuereinheit 41b kann die Überwachungseinheit 10b eine
Prüfspannung 14b und
einen Prüfstrom 15b einstellen.
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Die Überwachungsmodi
der Überwachungseinheit 10b sind
im Wesentlichen gleich ausgebildet wie in dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel, weshalb
insbesondere auf die Zeichnungen des vorangegangenen Ausführungsbeispiels
verwiesen werden darf. Mittels der Überwachungseinheit 10b wird in
zwei der Überwachungsmodi
eine Spulenkenngröße der Spule 13b bestimmt,
die von einer Induktivität der
Spule 13b abhängt.
In Abhängigkeit
von den Schalteinstellung 25b, 25b' der Schaltpins 27b, 27b' weist die Spu le 13b eine
definierte Induktivität
und damit eine definierte Impedanz auf, mittels der analog zu dem
vorangegangenen Ausführungsbeispiel entweder
zu den diskreten Zeitpunkten 17b, 18b oder kontinuierlich über einen
definierten Zeitraum hinweg die Schalteinstellungen 25b, 25b' bestimmt werden
können.
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Im
Unterschied zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel stellt die Überwachungseinheit 10b in
den beiden Betriebsmodi zusätzlich
zu dem Prüfstrom 15b mittels
einer Vorerregungsspannung 44b einen Vorerregungsstrom 45b ein.
Der Prüfstrom 15b ist
in beiden Betriebsmodi als ein sich verändernder Strom ausgebildet.
Der Vorerregungsstrom 45b ist in beiden Betriebsmodi als
ein Gleichstrom ausgebildet. Er ist während der Überwachung der Schalteinstellung 25b, 25b' auf einen konstanten
Wert eingestellt, wie beispielsweise 0,5 Ampere. Der Vorerregungsstrom 45b ist
kleiner als ein Schaltstrom 19b für die Betätigungsaktuatoren 11b, 11b'. Grundsätzlich können für den Vorerregungsstrom 45b auch
andere Werte ungleich Null gewählt
werden.
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Ein
durch die Spule 13b fließender Gesamtstrom ist als
eine Überlagerung
des Prüfstroms 15b und
des Vorerregungsstroms 45b ausgebildet. Ein dadurch von
der Spule 13b erzeugtes Spulenmagnetfeld überlagert
die von den Permanentmagneten 33b, 33b' bereitgestellten
Permanentmagnetfelder. Eine Impedanz der Spule 13b hängt somit
zumindest zum Teil von dem Vorerregungsstrom 45b und den Schalteinstellungen 25b, 25b' der Schaltpins 27b, 27b' ab. 7 zeigt
eine Abhängigkeit
der Impedanz der Spule 13b von dem Vorerregungsstrom 45b in
einer Schaltstellung 37b, in der der Schaltpin 27b ausgefahren
ist, und in einer Neutralstellung 38b, in der der Schaltpin
eingefahren ist. Die 8 zeigt analog eine Abhängigkeit
der Impedanz der Spule 13b für den zweiten Schaltpin 27b' in einer Schaltstellung 37b' und einer Neutralstellung 38b'. Der bevorzugte Wert
von 0,5 Ampere für
den Vorerregungsstrom 45b ist in beiden Figuren gestrichelt
eingezeichnet. Eine Frequenz der Prüfspannung 14b beträgt in beiden 1 kHz.
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Durch
die unterschiedliche Polarität
der beiden Permanentmagneten 33b, 33b' hängt die
Impedanz der Spule 13b von den einzelnen Schalteinstellungen 25b, 25b' der beiden
Betätigungsaktuatoren 11b, 11b' ab. In der Steuereinheit 41b' sind Referenzgrößen hinterlegt,
mittels denen die Prüfspannung 14a und
der daraus resultierende Prüfstrom 15a der Schalteinstellung 25b und
der Schalteinstellung 25b' zugeordnet
sind. Mittels der Referenzgrößen kann bestimmt
werden, ob beide Schaltpins 27b, 27b' eingefahren
sind bzw. welcher der beiden Schaltpins 27b, 27b' ausgefahren
ist. Für
das in 6 dargestellte System beträgt die Impedanz beispielsweise ca.
52 mH, wenn lediglich der Schaltpin 27b ausgefahren ist,
ca. 88 mH wenn lediglich der Schaltpin 27b' ausgefahren ist, und ca. 70 mH,
wenn beide Schaltpins 27b, 27b' eingefahren sind.
