DE102011002630A1

DE102011002630A1 - Ermitteln einer Änderung des Aktivierungszustandes eines elektromagnetischen Aktors

Info

Publication number: DE102011002630A1
Application number: DE102011002630A
Authority: DE
Inventors: Herbert Gietler; Heinz Zitta
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2011-07-14
Also published as: US8737034B2; US20110170224A1

Abstract

Beschrieben werden ein Verfahren zum Detektieren einer Änderung des Aktivierungszustandes eines elektromagnetischen Aktors und eine Schaltungsanordnung mit einem elektromagnetischen Aktor. Der elektromagnetische Aktor weist einen Elektromagnet mit einer Induktivität und einen mechanisch durch den Elektromagnet gesteuerten Anker auf. Das Verfahren umfasst das Auswerten eines Induktivitätswerts der Induktivität über der Zeit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung einer Änderung des Aktivierungszustandes eines elektromagnetischen Aktors.
Elektromagnetische Aktoren sind elektrisch gesteuerte mechanische Aktoren und dienen dazu, elektrische Energie in mechanische Energie oder Bewegung umzusetzen. Sie umfassen einen Elektromagnet mit Anschlüssen zum Anlegen einer elektrischen Spannung und einen beweglichen Anker, der durch den Elektromagnet bewegt bzw. verschoben werden kann. Elektromagnetische Aktoren werden beispielsweise in Relais zum Schalten elektrischer Kontakte oder in magnetischen Ventilen zum Öffnen und Schließen des Ventils verwendet. Magnetische Ventile werden beispielsweise als Einspritzventile in Verbrennungsmotoren oder zum Steuern eines Flüssigkeitsflusses in einem Kupplungssystem verwendet.
Ein elektromagnetischer Aktor wird durch Anlegen einer Ein-Spannung an seine Eingangsklemmen eingeschaltet und wird durch Anlegen einer Aus-Spannung an seine Eingangsklemmen ausgeschaltet. Zum Schalten des elektromagnetischen Aktors, das heißt zum Anlegen der Ein- oder Aus-Spannung, kann ein Halbleiterschalter, wie beispielsweise ein MOSFET oder ein IGBT, verwendet werden. Der Halbleiterschalter ist in Reihe zu dem elektromagnetischen Aktor geschaltet, wobei die Reihenschaltung zwischen Versorgungsspannungsanschlüsse geschaltet ist. Einige Systeme, wie beispielsweise Verbrennungsmotoren, in denen elektromagnetische Aktoren eingesetzt werden, erfordern eine exakte Steuerung der Aktivierungs- und Deaktivierungszeiten des Aktors. Ein Problem, das in diesem Zusammenhang auftritt ist eine Verzögerungszeit zwischen dem Zeitpunkt, zu dem elektrisch geschaltet wird, und dem Zeitpunkt zu dem sich der Aktivierungszustand ändert. Der Zeitpunkt, zu dem sich der Aktivierungszustand ändert, ist der Zeitpunkt, zu dem der Aktor den Anker ”mechanisch schaltet”, also der Zeitpunkt, zu dem der Anker verschoben wird.
In Fluidsystemen, die ein elektromagnetisch betätigtes Ventil aufweisen, kann ein Durchflusssensor dazu verwendet werden, eine Änderung des Aktivierungszustandes zu detektieren. Der Durchflusssensor misst einen Gas- oder Flüssigkeitsstrom durch das Ventil und stellt dadurch eine Information über die Zeitpunkte des Öffnens und des Schließens des Ventils zur Verfügung. Das Vorsehen eines Durchflusssensors erhöht allerdings die Gesamtkosten des Systems, in den der elektromagnetische Aktor eingesetzt wird, und erhöht die Anzahl der mechanischen Komponenten in dem System.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur exakten Ermittlung einer Änderung eines Aktivierungszustandes eines elektromagnetischen Aktors zur Verfügung zu stellen, das ohne zusätzliche mechanische Komponenten auskommt, und eine Schaltungsanordnung mit einem elektromagnetischen Aktor zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 12 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Änderung des Aktivierungszustandes eines elektromagnetischen Aktors, wobei der elektromagnetische Aktor einen Elektromagnet mit einer Induktivität und einen durch den Elektromagnet mechanisch betätigten Aktor aufweist. Das Verfahren umfasst das Auswerten eines Induktivitätswerts der Induktivität über der Zeit.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, die aufweist: einen elektromagnetischen Aktor, wobei der elektromagnetische Aktor einen Elektromagnet mit einer Induktivität und einen durch den Elektromagnet mechanisch betätigten Anker aufweist; eine Auswerteschaltung, die an den Elektromagnet gekoppelt ist, wobei die Auswerteschaltung dazu ausgebildet ist, ein Aktivierungszustandssignal abhängig von einem Induktivitätswert der Induktivität zu erzeugen, wobei das Aktivierungszustandssignal eine Änderung des Aktivierungszustandes des elektromagnetischen Aktors anzeigt.
Beispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung des Grundprinzips, so dass lediglich solche Aspekte dargestellt sind, die zum Verständnis des Grundprinzips notwendig sind. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise Maßstabsgerecht. In den Zeichnungen bezeichnen, sofern nichts anderes angegeben ist, gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale mit gleicher Bedeutung.
1 veranschaulicht schematisch eine Schaltungsanordnung, die einen elektromagnetischen Aktor, ein Schaltelement und eine Auswerteschaltung zum Ermitteln von Änderungen des Aktivierungszustandes des elektromagnetischen Aktors aufweist.
2 veranschaulicht ein Schaltelement, das als MOSFET mit einer Spannungsklemmdiode ausgebildet ist.
3 veranschaulicht schematisch ein erstes Beispiel eines elektromagnetischen Aktors, wobei der Aktor einen Elektromagnet und einen Anker zum Schalten elektrischer Kontakte aufweist.
4 veranschaulicht schematisch ein zweites Beispiel eines elektromagnetischen Aktors, wobei der Aktor einen Elektromagnet und einen Anker zum Betätigen eines Ventils aufweist.
5 veranschaulicht das Ersatzschaltbild des Elektromagnets eines elektromagnetischen Aktors.
6A–6B veranschaulichen die mechanischen Positionen des Ankers im Ein- und Aus-Zustand gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
7A–7B veranschaulichen die mechanischen Positionen des Ankers im Ein- und Aus-Zustand gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
8 veranschaulicht Zeitverläufe eines durch den Elektromagnet eines elektromagnetischen Aktors fließenden Stromes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Ein-Zustand des Aktors.
9 veranschaulicht Zeitverläufe der Spannung über einem in Reihe zu dem Elektromagnet eines elektromagnetischen Aktors geschalteten Schalter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem Aus-Zustand des Aktors.
10 veranschaulicht den Zeitverlauf eines Stromes durch den Elektromagnet eines elektromagnetischen Aktors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel im Ein-Zustand des Aktors.
11 veranschaulicht ein Blockdiagramm der Auswerteschaltung, die eine Stromauswerteschaltung, eine Spannungsauswerteschaltung und eine Statussignalerzeugungsschaltung aufweist.
12 veranschaulicht ein Beispiel der Statussignalerzeugungsschaltung im Detail.
13 veranschaulicht Zeitdiagramme von Signalen, die in der Statussignalerzeugungsschaltung vorkommen.
14 veranschaulicht ein Beispiel der Stromauswerteschaltung im Detail.
15 veranschaulicht ein Beispiel der Spannungsauswerteschaltung im Detail.
1 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung, die einen elektromagnetischen Aktor (electromagnetic actuator) 1 aufweist. Der Aktor 1 umfasst einen Elektromagnet 20, der zwischen Eingangsklemmen 21, 22 geschaltet ist, und einen mechanischen Aktor 3, der durch den Elektromagnet 2 betätigt wird. In dem Beispiel gemäß 1 sind der Elektromagnet 2 und der mechanische Aktor 3 nur schematisch dargestellt. Der elektromagnetische Aktor 2 kann einen Ein-Zustand und einen Aus-Zustand annehmen. Im Ein-Zustand wird eine Ein-Spannung zwischen die Eingangsklemmen 21, 22 des Elektromagnets 2 angelegt, wobei die Ein-Spannung bewirkt, dass der Elektromagnet 2 den mechanischen Aktor 3 aktiviert. Im Aus-Zustand liegt eine Aus-Spannung zwischen den Eingangsklemmen 21, 22 an, wobei die Aus-Spannung bewirkt, dass der Elektromagnet 2 den mechanischen Aktor 3 deaktiviert. Zum Anlegen der Ein- und Aus-Spannungen weist die Schaltungsanordnung eine Schaltanordnung auf. Die Schaltanordnung gemäß dem vorliegenden Beispiel weist ein Schaltelement 5 auf. Das Schaltelement 5 weist eine Laststrecke und einen Steueranschluss auf, wobei die Laststrecke in Reihe zu dem Elektromagnet 2 geschaltet ist und wobei die Reihenschaltung mit dem Elektromagnet 2 und dem Schaltelement 5 zwischen einen ersten und zweiten Versorgungsspannungsanschluss geschaltet ist. In dem Beispiel gemäß 1 ist der erste Versorgungsspannungsanschluss ein Anschluss für eine positive Versorgungsspannung V+, während der zweite Versorgungsanschluss ein Anschluss für ein negatives Versorgungspotential beziehungsweise ein Bezugspotential GND, wie beispielsweise Masse, ist. Zu Zwecken der Erläuterung sei angenommen, dass das zweite Versorgungspotential GND ein Bezugspotential ist. In diesem Fall entspricht eine Versorgungsspannung zwischen den ersten und zweiten Versorgungsanschlüssen dem positiven Versorgungspotential V+.
In dem Beispiel gemäß 1 funktioniert das Schaltelement 5 als Low-Side-Schalter, was gleichbedeutend damit ist, dass das Schaltelement 5 zwischen den Elektromagnet 2 und das negative Versorgungspotential GND geschaltet ist. Dies ist allerdings lediglich ein Beispiel. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) funktioniert das Schaltelement 5 als High-Side-Schalter. In diesem Fall ist das Schaltelement zwischen den Elektromagnet und den Anschluss für das positive Versorgungspotential V+ geschaltet.
Dem Schaltelement 5 ist ein Steuersignal S5 an seinem Steueranschluss zugeführt, wobei das Steuersignal S5 einen Schaltzustand des Schaltelements 5 steuert. Das Schaltelement 5 nimmt abhängig von dem Schaltsignal S5 einen Ein-Zustand oder einen Aus-Zustand an. In seinem Ein-Zustand ist das Schaltelement 5 eingeschaltet und legt dadurch die Versorgungsspannung V+, die über der Reihenschaltung mit dem Elektromagnet 2 und dem Schaltelement 5 anliegt, an die Eingangsanschlüsse 21, 22 an. In seinem Aus-Zustand ist das Schaltelement 5 ausgeschaltet und schaltet dadurch die Versorgungsspannung an den Eingangsanschlüssen 21, 22 ab. In der Schaltungsanordnung gemäß 1 entspricht der Ein-Zustand des Schaltelements 5 dem Ein-Zustand des elektromagnetischen Aktors 1, und der Aus-Zustand des Schaltelements 5 entspricht dem Aus-Zustand des elektromagnetischen Aktors 1.
Bei bekannten elektromagnetischen Aktoren ist üblicherweise eine Verzögerungszeit zwischen den Beginn des Ein-Zustandes, das ist der Zeitpunkt, zu dem die Versorgungsspannung an den Eingangsanschlüssen eingeschaltet wird, und einer Aktivierungszeit, zu der der Elektromagnet 2 den mechanischen Aktor betätigt, vorhanden. In entsprechender Weise ist eine Verzögerungszeit zwischen dem Beginn des Aus-Zustandes, also dem Zeitpunkt, zu dem die Versorgungsspannung an den Eingangsanschlüssen abgeschaltet wird, und dem Zeitpunkt, zu dem der Elektromagnet 2 den mechanischen Aktor deaktiviert, vorhanden. Die erste Verzögerungszeit ist dadurch bedingt, dass im Ein-Zustand Energie im Elektromagnet 2 gespeichert werden muss, bevor der mechanische Aktor aktiviert wird. Die zweite Verzögerungszeit ist dadurch bedingt, dass die in dem Elektromagnet gespeicherte Energie dissipieren muss, bevor der mechanische Aktor deaktiviert wird. Außerdem gibt es eine Verzögerungszeit aufgrund der mechanischen Bewegung des Ankers aus seiner Startposition (der Position im Aus-Zustand) zu seiner Endposition (der Position im Ein-Zustand), und umgekehrt.
Es gibt allerdings Systeme, wie zum Beispiel geschlossene Regelschleifen, wie Regelschleifen zum Steuern eines Fluidstromes in einem Fluidsystem, bei denen die Zeitpunkte, zu denen eine Änderung des Aktivierungszustands auftritt, exakt bekannt sein müssen, um ein exaktes Regelergebnis zu erhalten.
Zum Detektieren der Zeitpunkte, zu denen der Elektromagnet 2 den mechanischen Aktor aktiviert und deaktiviert, das heißt zum Detektieren der Zeitpunkte, zu denen Änderungen des Aktivierungszustandes auftreten, umfasst die Schaltungsanordnung gemäß 1 eine Auswerteschaltung 4. Die Auswerteschaltung 4 ist an den Elektromagnet 2 gekoppelt und ist dazu ausgebildet, Änderungen des Aktivierungszustandes durch Auswerten eines Induktivitätswertes einer Induktivität des Elektromagnets 2 zu detektieren.
Bevor das Funktionsprinzip der Auswerteschaltung 4 im Detail erläutert wird, werden zunächst zwei Beispiele von elektromagnetischen Aktoren unter Bezugnahme auf die 3 und 4 erläutert. 3 veranschaulicht schematisch ein erstes Beispiel eines elektromagnetischen Aktors. Der Elektromagnet 2 des elektromagnetischen Aktors umfasst eine Spule 23, die an die Eingangsklemmen 21, 22 gekoppelt ist. Die Spule 23 ist um einen Anker 31 gewickelt, wobei der Anker 31 in einer Längsrichtung innerhalb eines durch die Spule 23 definierten Raums bewegbar ist. Es sei darauf hingewiesen, dass 2 die Anordnung mit der Spule 23 und dem Anker 31 nur schematisch zeigt. Haltemittel zum Halten des Ankers 31 innerhalb der Spule 23 sind nicht dargestellt. Außerdem kann die Spule 23 um einen Kern gewickelt sein, wobei der Anker 31 in diesem Fall innerhalb des Kerns angeordnet ist und relativ zu dem Kern in einer Längsrichtung beweglich ist.
Der elektromagnetische Aktor gemäß 3 umfasst außerdem einen mechanischen Schalter 33, der durch den Anker 31 betätigt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass 3 das Grundprinzip eines elektromagnetischen Aktors nur schematisch veranschaulicht. In dem dargestellten Beispiel betätigt der Anker 31 den Schalter 33 direkt. Selbstverständlich können zusätzliche Betätigungsmittel (nicht dargestellt) zwischen dem Anker 31 und dem Schalter 33 angeordnet sein, wobei diese Betätigungsmittel dazu dienen, eine mechanische Bewegung des Ankers 31 in eine Änderung der Schaltposition umzusetzen. Der mechanische Schalter 33, der in 2 nur schematisch dargestellt ist, ist zwischen weitere Eingangsklemmen 331, 332 geschaltet und dient beispielsweise zum Schalten einer elektrischen Last (nicht dargestellt).
Das Funktionsprinzip des elektromagnetischen Aktors gemäß 3 wird nachfolgend kurz erläutert. Im Ein-Zustand, das heißt nach Anlegen der Ein-Spannung zwischen die Eingangsklemmen 21, 22, fließt ein Strom durch die Spule 23 des Elektromagnets 2. Der durch die Spule 23 fließende Strom erzeugt ein Magnetfeld, das bewirkt, dass der Anker 31 aus einer Startposition in seiner Längsrichtung A ausgelenkt wird.
In dem Beispiel gemäß 3 wird der Anker 31 nach oben ausgelenkt bzw. verschoben, um dadurch den mechanischen Schalter 33 zu schließen. Die Startposition des Ankers 31 wird definiert durch eine Rückholfeder 35, die an einem longitudinalen Ende des Ankers 31 befestigt ist.
Im Aus-Zustand, das heißt nach Ausschalten der Ein-Spannung bzw. Versorgungsspannung V+, endet der Strom durch die Spule 23 und die in der Spule 23 gespeicherte Energie wird dissipiert. Der Anker 31 wird durch die Rückholfeder 35 dann in seine Startposition zurückbewegt. Wenn der Anker 31 durch die Rückholfeder 35 in seine Startposition zurückbewegt wird, wird der mechanische Schalter 33 ausgeschaltet.
In dem Beispiel gemäß 3 bewegt sich der Anker 31 nach oben, wenn der Aktor aktiviert wird. Dies ist allerdings lediglich ein Beispiel. Die Bewegungsrichtung des Ankers im Ein-Zustand ist abhängig von der Orientierung des durch die Spule 23 erzeugten Magnetfelds und ist daher abhängig vom Wicklungssinn der Spule 23 und der Polung der im Ein-Zustand zwischen den Eingangsklemmen 21, 22 angelegten Spannung.
Wenn die Versorgungsspannung ausgeschaltet wird, bewirkt die in der Spule 23 gespeicherte Energie einen Anstieg der Spannung über dem geöffneten Schaltelement 5. Um zu verhindern, dass das Schaltelement 5 beschädigt oder zerstört wird, kann eine Klemmanordnung 6 zwischen einen Lastanschluss und den Steueranschluss des Schaltelements geschaltet sein. Die Klemmanordnung 6 ist dazu ausgebildet, den Schaltzustand des Schaltelements derart zu steuern, dass die Spannung über der Laststrecke des Schaltelements 5 auf einen vorgegebenen Schwellenwert begrenzt wird.
Bezugnehmend auf 2 ist das Schaltelement 5 beispielsweise ein MOSFET mit einem Gate-Anschluss als Steueranschluss und Drain- und Source-Anschlüssen als Laststreckenanschlüssen. Die Klemmanordnung ist oder umfasst eine Zenerdiode, die zwischen einem der Laststreckenanschlüsse und den Gate-Anschluss geschaltet ist. Außer dem Ein-Zustand, in dem der Laststreckenwiderstand einen Minimalwert annimmt, und dem Aus-Zustand, in dem der Laststreckenwiderstand einen Maximalwert annimmt, kann der MOSFET 5 Zwischenzustände annehmen, in denen der Laststreckenwiderstand einen Wert zwischen dem Minimalwert und den Maximalwert annimmt. Wenn die Spannung über der Laststrecke des MOSFET einen Schwellenwert annimmt, der abhängig ist von einer Durchbruchsspannung der Zenerdiode, steuert die Zenerdiode 6 den MOSFET 5 dahingehend an, dass er einen Zwischenzustand annimmt, um die Laststreckenspannung zu begrenzen.
4 zeigt schematisch ein weiteres Beispiel eines elektromagnetischen Aktors. Der elektromagnetische Aktor gemäß 4 unterscheidet sich von dem Aktor gemäß 2 dadurch, dass der Anker 31 ein Ventil 34 betätigt, das zwischen Anschlüsse 341, 342 in einer Fluidleitung geschaltet ist. In diesem elektromagnetischen Aktor 31 schließt der Anker 31 das Ventil 34 im Ein-Zustand und Öffnet das Ventil 34 im Aus-Zustand.
Ein elektromagnetischer Aktor gemäß 3 wird beispielsweise in einem Relais verwendet. Der elektromagnetische Aktor gemäß 4 wird beispielsweise in Systemen verwendet, bei denen die Steuerung eines Fluidstroms, wie beispielsweise eines Gaststroms oder eines Flüssigkeitsstroms, erforderlich ist. Ein elektromagnetischer Aktor gemäß 4 kann beispielsweise in einem Verbrennungsmotor zur Steuerung des in den Motor eingespritzten Kraftstoffstromes verwendet werden.
5 veranschaulicht ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Elektromagnets 2. Gemäß diesem Ersatzschaltbild umfasst der Elektromagnet 2 eine Reihenschaltung mit einem Widerstand R2 und einer variablen Induktivität L2. Die Induktivität L2 besitzt einen Induktivitätswert, der abhängig ist vom Aktivierungszustand des elektromagnetischen Aktors 1, wobei sich der Induktivitätswert im aktivierten Zustand vom Induktivitätswert im deaktivierten Zustand unterscheidet. Ob der Induktivitätswert ansteigt oder abnimmt, wenn der Aktor aktiviert bzw. betätigt wird, ist abhängig von der jeweiligen Konfiguration der Anordnung mit der Spule 23 und dem Anker 31. Verschiedene Beispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 6A–6B und 7A–7B erläutert. In diesen Figuren sind nur die Spule 23 und der Anker 31 der Aktors dargestellt.
Die 6A–6B veranschaulichen ein Beispiel, bei dem im Aus-Zustand (vgl. 6A) ein Volumen innerhalb der Spule 31 vorhanden ist, das nicht durch den Anker 31 ”ausgefüllt” ist. Im Ein-Zustand (vgl. 6B) taucht der Anker tiefer in die Spule ein, wodurch das Volumen innerhalb der Spule 31 vollständig ausgefüllt wird oder wodurch zumindest ein größeres Volumen innerhalb der Spule 23 als im Aus-Zustand ausgefüllt wird. Bei diesem Beispiel nimmt die Induktivität der Aktoranordnung zu, wenn der Aktor aktiviert bzw. betätigt wird.
Die 7A–7B veranschaulichen ein Beispiel, bei dem sich der Anker im Ein-Zustand (vgl. 7B) aus der Spule 23 herausbewegt, wodurch sich im Vergleich zum Aus-Zustand (vgl. 7A) das Volumen reduziert, das innerhalb der Spule 23 durch den Anker 31 ”ausgefüllt” ist. Daher nimmt der Induktivitätswert ab, wenn der Aktor deaktiviert wird.
Die Auswerteschaltung 4 (vgl. 1) ist dazu ausgebildet, den Induktivitätswert L2 des Elektromagnet 2 auszuwerten. Die Auswerteschaltung 4 ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Änderung des Aktivierungszustandes des Aktors zu detektieren wenn sich der Induktivitätswert L2 ändert. Ob eine detektierte Änderung des Induktivitätswerts zu einem Übergang des Aktors vom aktivierten Zustand in den deaktivierten Zustand korrespondiert oder zu einem Übergang des Aktors vom deaktivierten Zustand in den aktivierten Zustand korrespondiert, ist abhängig von der Art der Änderung die detektiert wird, das heißt abhängig davon, ob der Induktivitätswert zunimmt oder abnimmt, und ist abhängig von der Art des verwendeten Aktors. Diesbezüglich wird auf die 6A–6B und 7A–7B und die zugehörige Beschreibung Bezug genommen.
Zum Auswerten des Induktivitätswerts L2 des Elektromagnets 2 können verschiedene Verfahren angewendet werden. Gemäß einem Beispiel wird im Ein-Zustand ein durch den Elektromagnet 2 des elektromagnetischen Aktors fließender Strom I2 ausgewertet, um eine Änderung des Induktivitätswerts zu detektieren, und um dadurch eine Änderung des Aktivierungszustandes zu detektieren. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 8 erläutert.
8 zeigt für einen Aktor gemäß einem ersten Beispiel Zeitverläufe des Stromes I2 durch den Elektromagnet 2 im Ein-Zustand, des Ansteuersignals S2 des Schaltelements 5, und der Spannung V5 über dem Schaltelement 5. In 8 bezeichnet t1 den Zeitpunkt, zu dem der Ein-Zustand beginnt, das heißt den Zeitpunkt, zu dem die Ein-Spannung (Versorgungsspannung V+) an den Eingangsklemmen 21, 22 eingeschaltet wird. Ab diesem Zeitpunkt steigt der Strom I2 durch den Elektromagnet 2 an, bis zu einem Zeitpunkt t3 die Spule (vgl. 23 in den 2 und 3) des Elektromagnets 2 gesättigt ist, so dass kein weiterer Anstieg des Stroms I2 auftritt. In dem dargestellten Beispiel führt eine Änderung des Induktivitätswerts L2 während der Anstiegsdauer des Stroms I2 zu einer Änderung der Steigung der Stromkurve zum Zeitpunkt t2. In dem dargestellten Beispiel nimmt der Induktivitätswert zum Zeitpunkt t2 ab. Daher nimmt die Steigung des Stromes zum Zeitpunkt t2 zu. Die Änderung der Steigung des Stromes zum Zeitpunkt t2 zeigt eine Änderung des Induktivitätswerts L2 und zeigt daher eine Änderung des Aktivierungszustandes des Aktors an, zeigt also eine Änderung vom deaktivierten Zustand in den aktivierten Zustand an. Eine Verzögerungszeit zwischen dem Beginn des Ein-Zustands zum Zeitpunkt t1 und der Änderung des Aktivierungszustandes – vom deaktivierten Zustand in den aktivierten Zustand – entspricht der Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten t1 und 12.
Gemäß einem weiteren Beispiel nimmt der Induktivitätswert des Aktors zu, wenn der Aktor aktiviert bzw. betätigt wird. In diesem Fall nimmt die Steigung der Stromkurve zum Zeitpunkt t2 ab (nicht dargestellt).
Im Aus-Zustand kann eine Änderung des Induktivitätswerts, und dadurch eine Änderung des Aktivierungszustandes, durch Auswerten entweder einer Spannung V2 (vgl. 1) über dem Elektromagnet 2 oder einer Spannung V5 über dem in Reihe zum dem Elektromagnet 2 geschalteten Schalter detektiert werden. Ein Beispiel, bei dem die Spannung V5 über dem Schaltelement 5 ausgewertet wird, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 9 erläutert.
In 9 sind Zeitverläufe der Spannung V5 über dem Schaltelement 5, des Steuersignals S5, das den Ein-Zustand und den Aus-Zustand des elektromagnetischen Aktors 1 steuert, und des Stroms durch den Aktor dargestellt. Das Steuersignal S5 kann einen von zwei unterschiedlichen Signalpegeln annehmen: einen Ein-Pegel, bei dem das Schaltelement 5 eingeschaltet ist; oder einen Aus-Pegel, bei dem das Schaltelement 5 ausgeschaltet ist. In dem Beispiel gemäß 9 repräsentiert ein hoher Signalpegel (high level) den Ein-Pegel und ein niedriger Signalpegel (low level) repräsentiert den Aus-Pegel des Steuersignals S5. In 9 bezeichnet Ton die Ein-Dauer des Schaltelements 5 und Toff bezeichnet die Aus-Dauer des Schaltelements 5. Der elektromagnetische Aktor ist während der Ein-Dauer im Ein-Zustand und ist während der Aus-Dauer im Aus-Zustand. Im Aus-Zustand des elektromagnetischen Aktors entspricht eine eingeschwungene Spannung über dem Schaltelement 5 der Versorgungsspannung V+, die zwischen den Versorgungsspannungsanschlüssen anliegt. Diese eingeschwungene Spannung ist in 9 während der Zeitdauer dargestellt bevor der Aus-Zustand zum Zeitpunkt t1 beginnt.
Zu zwecken der Erläuterung sei angenommen, dass während des Ein-Zustands der Spannungsabfall über dem Schaltelement 5 im Vergleich zu der Versorgungsspannung V+ vernachlässigt werden kann, so dass die an den Eingangsanschlüssen 21, 22 des Elektromagnets 2 angelegte Spannung daher der zwischen den Versorgungsspannungsanschlüssen anliegenden Versorgungsspannung entspricht. Im Ein-Zustand wird Energie in dem Elektromagnet 2 gespeichert. Wenn das Schaltelement 5 am Ende des Ein-Zustands – also am Beginn des Aus-Zustands – geöffnet wird, induziert die gespeicherte Energie eine Spannung zwischen den Eingangsanschlüssen 21, 22, wobei diese induzierte Spannung im Vergleich zu der während des Ein-Zustands anliegenden Versorgungsspannung verpolt ist.
In den dargestellten Beispielen ist die an die Eingangsanschlüsse 21, 22 angelegte Spannung die Spannung, die über das Schaltelement 5 an die Eingangsanschlüsse 21, 22 angelegt wird. Im Ein-Zustand ist die angelegte Spannung, also die Ein-Spannung, die Versorgungsspannung V+ (wenn ein Spannungsabfall über dem Schaltelement 5 vernachlässigt wird). Im Aus-Zustand ist die an die Eingangsanschlüsse 21, 22 über das Schaltelement 5 angelegte Spannung (Aus-Spannung) Null (0). Die induzierte Spannung, die unmittelbar nach Beginn des Aus-Zustandes auftritt, wird nicht über das Schaltelement 5 an die Eingangsanschlüsse 21, 22 angelegt.
Die in dem Elektromagnet 2 induzierte Spannung bewirkt, dass die Spannung V5 über dem Schaltelement 5 rasch auf Werte oberhalb der Versorgungsspannung V+ ansteigt. Dies ist in 9 zum Zeitpunkt t4 dargestellt, zu dem der Ein-Zustand endet und der Aus-Zustand beginnt. Die Spannung wird durch die Klemmschaltung 6 (vgl. 1) auf einen vorgegebenen Maximalwert begrenzt. Die Spannung V5 über dem Schaltelement 5 bleibt oberhalb der Versorgungsspannung V+ bis die in dem Elektromagnet 2 gespeicherte Energie zum Zeitpunkt t6 dissipiert wurde. Nachdem die Spannung V5 zum Beginn des Aus-Zustandes ihren Maximalwert erreicht hat, nimmt die Spannung V5 ab, wenn die in dem Elektromagnet 2 gespeicherte Energie dissipiert ist. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Abnahme der Spannung V5 von ihrem Maximalwert auf den Wert der Versorgungsspannung V+ einer Abnahme des Betrags der Spannung V2 über dem Elektromagnet 2 entspricht. Das Auswerteverfahren zum Auswerten der Spannung V5 kann daher auch dazu verwendet werden, die Spannung V2 über dem Elektromagnet 2 auszuwerten.
In dem Beispiel gemäß 9 ändert sich der Aktivierungszustand des Aktors zum Zeitpunkt t5, der zwischen den Zeitpunkten t4 und t6 liegt. Zu diesem Zeitpunkt t5 gibt es eine Diskontinuität bzw. Unstetigkeit der Änderung der Spannung V5. Vor dem Zeitpunkt t5 nimmt die Spannung V5 ab, wobei eine Geschwindigkeit mit der die Spannung V5 abnimmt über der Zeit geringer wird, das heißt der Absolutwert des Differenzialquotienten dV5/dt nimmt über der Zeit ab. Zum Zeitpunkt t5 ist insofern eine Diskontinuität vorhanden, als der Differenzialquotient dV/dt zunimmt, bevor er erneut abnimmt. Mit anderen Worten: Die Abnahme der Spannung V5 nimmt zum Zeitpunkt t5 vorübergehend zu, das heißt die Abnahme der Spannung V5 beschleunigt sich vorübergehend.
Der Effekt, der zu dieser Diskontinuität führt, wird nun kurz erläutert: Wenn sich der Aktivierungszustand des Aktors ändert, bewegt sich der Anker 31 zurück zu seiner Startposition. Die Bewegung des Ankers 31 relativ zu der Spule 23 induziert vorübergehend eine Spannung in der Spule 23. Diese induzierte Spannung erhöht vorübergehend die (abnehmende) Spannung V5 oder reduziert vorübergehend die Steilheit der abnehmenden Spannung V5 vor dem Zeitpunkt t5.
10 veranschaulicht für einen Aktor gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels Zeitverläufe des Stromes I2 durch den Elektromagnet 2 im Ein-Zustand und des Ansteuersignals S5 des Schaltelements 5. Wie in 8 ist t1 der Zeitpunkt zu dem der Ein-Zustand beginnt, das heißt der Zeitpunkt zu dem die Ein-Spannung (Versorgungsspannung V+) an den Eingangsanschlüssen 21, 22 eingeschaltet wird. Ab diesem Zeitpunkt steigt der Strom I2 durch den Elektromagnet 2 an bis die Spule (vgl. 23 in den 2 und 3) des Elektromagnets 2 zum Zeitpunkt t2 gesättigt ist, so dass kein weiterer Anstieg des Stromes I2 auftritt. In dem dargestellten Beispiel führt eine Änderung des Induktivitätswerts L2 während der Anstiegsdauer des Stroms I2 zu einer Änderung der Steigung der Stromkurve zum Zeitpunkt t2. In dem dargestellten Beispiel nimmt der Induktivitätswert zum Zeitpunkt t2 ab. Dadurch steigt die Steigung des Stromverlaufs zum Zeitpunkt t2 an. Die Änderung des Stromanstiegs zum Zeitpunkts t2 zeigt eine Änderung des Induktivitätswerts L2 an und zeigt daher eine Änderung des Aktivierungszustandes des Aktors an, das heißt zeigt eine Änderung vom deaktivierten Zustand in den aktivierten Zustand an. In dem Beispiel gemäß 10 nimmt der Strom I2 zum Zeitpunkt t2 zeitweise ab, bevor er (mit reduzierter Steigung) erneut ansteigt. Die Abnahme dieses Stroms I2 zum Zeitpunkt t2 ist ein Ergebnis desselben Effekts, der unter Bezugnahme auf 9 erläutert wurde und der eine Diskontinuität der Spannung V5 im Aus-Zustand bewirkt. Wenn sich der Anker 31 nach Anlegen der Ein-Spannung an die Eingangsanschlüsse 21, 22 bewegt, wird eine Spannung in der Spule 23 induziert. In dem Beispiel gemäß 8 ist diese induzierte Spannung zu schwach, um den in der Spule 23 fließenden Strom I2 zu beeinflussen. In dem in 10 dargestellten Beispiel ist die zum Zeitpunkt t2 in der Spule 23 induzierte Spannung, wenn sich der Anker 31 zu bewegen beginnt, stark genug, um sogar zeitweise den in der Spule 23 fließenden Strom zu beeinflussen. Dies führt zu einer zeitweisen Verringerung des Stroms I2 zum Zeitpunkt t2.
Im Aus-Zustand des Aktors kann die Spannungskurve der Spannung V5 über dem Schaltelement 5 der in 9 veranschaulichten Kurve entsprechen.
11 veranschaulicht ein erstes Beispiel einer Auswerteschaltung 4 zum Detektieren einer Änderung des Aktivierungszustands des elektromagnetischen Aktors 1. Diese Auswerteschaltung ist dazu ausgebildet, im Ein-Zustand den durch den Elektromagnet 2 fließenden Strom auszuwerten, und ist dazu ausgebildet, im Aus-Zustand die Spannung V5 über dem Schaltelement 5 auszuwerten. Die Auswerteschaltung 4 erzeugt ein Statussignal S4, wobei das Statussignal S4 abhängig ist von dem Aktivierungszustand des Elektromagnets 2. Das Statussignal S4 kann einen von zwei Signalpegeln annehmen: einen ersten Signalpegel der einen aktivierten Zustand des elektromagnetischen Aktors 1 anzeigt; und einen zweiten Signalpegel der einen deaktivierten Zustand des elektromagnetischen Aktors 1 anzeigt. Der erste Signalpegel des Statussignals S4 wird nachfolgend als Aktivierungspegel bezeichnet und der zweite Signalpegel wird nachfolgend als Deaktivierungspegel bezeichnet. Das Statussignal S4 wird beispielsweise einer Steuerschaltung 7 zugeführt, die das Steuersignal S5 zum Ein- und Ausschalten des Schaltelements 5 erzeugt. Die Steuerschaltung ist beispielsweise ein Microcontroller und ist beispielsweise dazu ausgebildet, das Steuersignal S5 abhängig von dem Statussignal S4 zu erzeugen. Die Steuerschaltung 7 ist beispielsweise dazu ausgebildet, aus dem Statussignal S4 eine Aktivierungszeit zu berechnen, während der der elektromagnetische Aktor 1 aktiviert ist, und eine Deaktivierungszeit zu berechnen, während der der elektromagnetische Aktor 1 deaktiviert ist, und ist beispielsweise dazu ausgebildet, das Steuersignal S5 so zu erzeugen, dass die Aktivierungszeit und/oder die Deaktivierungszeit gleich einem vorgegebenen Sollwert ist.
Bezugnehmend auf 11 umfasst die Auswerteschaltung 4 eine Strommessanordnung 41, die dazu ausgebildet ist, einen durch den Elektromagnet 2 fließenden Strom zu messen und ein Strommesssignal S41 zu erzeugen, das von diesem Strom I2 abhängig ist. Das Strommesssignal S41 ist insbesondere proportional zu dem Strom I2. Die Strommesseinheit kann eine beliebige Strommesseinheit sein, die geeignet ist, den Strom durch den Elektromagnet 2 zu messen und das Strommesssignal S41 zu erzeugen. Die Strommesseinheit S41 kann beispielsweise einen Shunt-Widerstand umfassen, der in Reihe zu dem Elektromagnet 2 geschaltet ist. In diesem Fall bildet eine Spannung über dem Shunt-Widerstand das Strommesssignal S41.
Die Auswerteschaltung 4 weist außerdem eine Stromauswerteeinheit 41 auf, der das Strommesssignal S41 zugeführt ist und die dazu ausgebildet ist, das Strommesssignal in einer Weise auszuwerten, die unter Bezugnahme auf die 8 und 10 erläutert wurde (um eine Änderung des Aktivierungszustands zu detektieren). Die Stromauswerteeinheit 42 kann beispielsweise ein differenzierendes Element aufweisen, das den Differenzialquotienten des Strommesssignals S41 berechnet. Die Stromauswerteeinheit 42 kann außerdem eine Detektionseinheit aufweisen, die eine Zeitperiode detektiert, während der sich der Differenzialquotient während einer Anstiegsperiode des Stroms I2 ändert, wie dies in den 8 und 10 zu dem Zeitpunkt t2 veranschaulicht ist. Die Stromauswerteeinheit 42 erzeugt ein erstes Auswertesignal S42 das einer Statussignalerzeugungseinheit 44 zugeführt ist. Das erste Auswertesignal S42 enthält eine Information über solche Zeitpunkte, zu welchen die Stromauswerteeinheit 42 eine Änderung des Aktivierungszustandes durch Auswerten des Strommesssignals S41 detektiert. Die Strommesseinheit 42 ist beispielsweise dazu ausgebildet, einen Signalimpuls des ersten Auswertesignals S42 jedes mal dann zu erzeugen, wenn eine Änderung des Aktivierungszustands detektiert wird.
Die Auswerteschaltung 4 umfasst außerdem eine Spannungsauswerteeinheit 43, der die Spannung V5 über dem Schaltelement 5 zugeführt ist und die dazu ausgebildet ist, die Spannung V5 in einer Weise auszuwerten, die unter Bezugnahme auf 9 erläutert wurde. Die Spannungsauswerteeinheit 43 umfasst beispielsweise ein differenzierendes Element, das dazu ausgebildet ist, die Spannung V5 zu differenzieren, um einen Differenzialquotienten der Spannung V5 zu erhalten, und eine Detektionseinheit, die dazu ausgebildet ist, einen zeitweisen Anstieg des (negativen) Differenzialquotienten zu detektieren. Die Spannungsauswerteeinheit 43 ist dazu ausgebildet, ein zweites Auswertesignal S43 zu erzeugen, das der Signalerzeugungseinheit 44 zugeführt ist. Die Spannungsauswerteeinheit 43 ist dazu ausgebildet, der Statussignalerzeugungseinheit 44 solche Zeitpunkte zu signalisieren, zu denen eine Anderung des Aktivierungszustandes detektiert wird. Zu diesem Zweck erzeugt die Spannungsauswertespannung 4 beispielsweise einen Signalimpuls des zweiten Auswertesignals S43 jedes mal dann, wenn eine Änderung des Aktivierungszustandes detektiert wird.
Bezugnehmend auf 12 kann die Statussignalerzeugungseinheit 44 ein Flip Flop 441 aufweisen, der das erste Auswertesignal S42 an seinem Setz-Eingang S und ein zweites Auswertesignal S43 an seinem Rücksetz-Eingang R zugeführt ist. Um zu verhindern, dass die erste Auswerteschaltung 42 das Statussignal S4 während des Aus-Zustands beeinflusst, und um zu verhindern, dass die zweite Auswerteeinheit 43 das Statussignal S4 während des Ein-Zustandes beeinflusst, sind optionale UND-Gatter 442, 443 (in gestrichelten Linien dargestellt) den Setz- und Rücksetz-Eingängen S, R vorgeschaltet. Dem ersten UND-Gatter 442 ist das erste Auswertesignal S42 und das Steuersignal S5 an nicht-invertierenden Eingängen zugeführt, und dem zweiten UND-Gatter 443 ist das zweite Auswertesignal S43 an einem nicht-invertierenden Eingang und das Steuersignal S5 an einem invertierenden Eingang zugeführt. Bei dieser Anordnung kann das Flip Flop 441 nur durch das erste Auswertesignal S42 während des Ein-Zustandes (wenn das Steuersignal S5 einen Ein-Pegel annimmt) gesetzt werden, und das Flip Flop 441 kann durch das zweite Auswertesignal S43 nur während des Aus-Zustandes, (wenn das Steuersignal S5 einen Aus-Pegel annimmt) zurückgesetzt werden.
Die Funktionsweise der Auswerteschaltung 4 gemäß 11 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 13 näher erläutert in der Zeitverläufe der ersten und zweiten Auswertesignale S42, S43 des Steuersignals S5 und des Statussignals S4 veranschaulicht sind. In 13 bezeichnet t1 – wie auch in den 8, 9 und 10 – den Beginn des Ein-Zustandes, und t4 bezeichnet das Ende des Ein-Zustandes und den Beginn des Aus-Zustandes. t2 ist der Zeitpunkt, zu dem eine Änderung des Aktivierungszustandes während des Ein-Zustandes durch die Stromauswerteschaltung 42 detektiert wird. Das erste Auswertesignal S42 weist daher einen Signalimpuls zum Zeitpunkt t2 auf. Zu diesem Zeitpunkt wird das Flip-Flop 441 gesetzt, so dass das Statussignal S4 seinen Aktivierungspegel annimmt, der in dem Beispiel gemäß 13 ein High-Pegel bzw. ein oberer Signalpegel ist. Zum Zeitpunkt t5 nach Beginn des Aus-Zustandes detektiert die Spannungssauswerteeinheit 43 eine Änderung des Aktivierungszustandes. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Spannungsauswerteeinheit 43 einen Signalimpuls des zweiten Auswertesignals S43. Zu diesem Zeitpunkt wird das Flip-Flop 441 zurückgesetzt, so dass das Statussignal S4 seinen Deaktivierungspegel annimmt, der in dem Beispiel gemäß 13 ein Low-Pegel bzw. ein niedriger Signalpegel ist. T_act bezeichnet in 13 den Aktivierungszeitpunkt, das ist der Zeitpunkt, zu dem der elektromagnetische Aktor aktiviert wird. Abhängig von den Verzögerungszeiten zwischen dem Beginn des Ein-Zustandes (zum Zeitpunkt t1) und dem Beginn des Aktivierungszustandes (zum Zeitpunkt t2) und der Verzögerungszeit zwischen dem Beginn des Aus-Zustandes (zum Zeitpunkt t4) und dem Beginn des Deaktivierungszustandes (zum Zeitpunkt t5) kann die Aktivierungszeitdauer T_act sich von der Zeitdauer Ton des Ein-Zustandes unterscheiden. Bei einer gegebenen Ein-Dauer t1–t4 kann die Aktivierungszeitdauer T_act sich mit der Umgebungstemperatur des Aktors ändern.
14 zeigt schematisch ein Beispiel der Stromauswerteeinheit 42. Die Stromauswerteeinheit 42 gemäß dem Beispiel umfasst eine erste Speicheranordnung 422 zum Speichern eines Stromauswertemusters. Das Stromauswertemuster umfasst wenigstens 2 Strommesswerte, die repräsentativ sind für Stromwerte, die während einer Zeitdauer vorhanden sind, in der eine Änderung des Aktivierungszustandes eintritt. Das Stromauswertemuster kann beispielsweise eine Anzahl von Strommesswerten aufweisen, die zu Strommesswerten korrespondieren, die innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters, das den Zeitpunkt t2 gemäß der 8 und 10 enthält, auftreten. Die Stromauswerteeinheit 42 gemäß 14 umfasst außerdem eine zweite Speicheranordnung 423 zum Speichern von Strommesswerten, die von der Strommesseinheit 41 über ein Abtast- und Halte-Element 421 erhalten werden. Die erste und zweite Speicheranordnung 422, 423 können digitale Speicheranordnungen sein. In diesem Fall kann die Strommesseinheit so realisiert sein, dass sie digitale Strommesswerte bereitstellt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Strommesseinheit 41 eine analoge Strommesseinheit und das Abtast- und Halteelement 421 umfasst einen Analog-Digital-Wandler, so dass das Abtast- und Halteelement 421 digitale Strommesswerte liefert.
Die zweite Speicheranordnung 423 ist beispielsweise ein Schieberegister, wobei die Anzahl von Strommesswerten, die in der zweiten Speichereinheit 423 gespeichert sind, beispielsweise der Anzahl von Werten entspricht, die das in der ersten Speicheranordnung 422 gespeicherte Stromauswertemuster aufweist. Eine Vergleichereinheit 424 vergleicht das in der zweiten Speicheranordnung 423 gespeicherte Stromauswertemuster mit dem Stromauswertemuster 422 und erzeugt das erste Auswertesignal S42 abhängig von dem Vergleichsergebnis. Gemäß einem Beispiel erzeugt die Vergleichereinheit 424 einen Signalimpuls des ersten Auswertesignals S42 jedes mal dann, wenn ein in der zweiten Speicheranordnung 423 gespeichertes Strommessmuster dem in der ersten Speicheranordnung 422 gespeicherten Stromauswertemuster entspricht. Das in der ersten Speicheranordnung 422 gespeicherte Stromauswertemuster ist charakteristisch für einen gegebenen Aktor, das heißt, das in der ersten Speicheranordnung 422 gespeicherte Auswertemuster ist unterschiedlich für unterschiedliche Aktoren.
Die Spannungsauswerteeinheit 43 gemäß 11 kann auf ähnliche Weise wie die Stromauswerteeinheit 43 gemäß 14 realisiert werden. 15 veranschaulicht ein Beispiel einer solchen Spannungsauswerteeinheit 43. Diese Spannungsauswerteeinheit 43 umfasst eine erste Speicheranordnung 432 zum Speichern eines Spannungsauswertemusters. Das Spannungsauswertemuster umfasst wenigstens zwei Spannungsmesswerte, die repräsentativ sind für Spannungswerte, die während einer Zeitdauer auftreten, innerhalb der eine Änderung des Aktivierungszustands auftritt. Das Spannungsauswertemuster kann beispielsweise eine Anzahl von Spannungsmesswerten umfassen, die zu Spannungswerten korrespondieren, die während eines Zeitfensters auftreten, das den Zeitpunkt t5 gemäß 9 enthält. Die Spannungsauswerteeinheit 43 gemäß 15 umfasst außerdem eine zweite Speicheranordnung 433 zum Speichern von Spannungswerten, die durch Abtasten der Spannung V5 unter Verwendung eines Abtast- und Halteelement 431 erhalten werden.
Die zweite Speicheranordnung 433 ist beispielsweise ein Schieberegister, wobei die Anzahl der in der zweiten Speicheranordnung 433 gespeicherten Spannungsmesswerte beispielsweise der Anzahl von Werten entspricht, die das in der ersten Speicheranordnung 432 gespeicherte Spannungsauswertemuster aufweist. Eine Vergleichereinheit 434 vergleicht das in der zweiten Speicheranordnung 433 gespeicherte Spannungsmessmuster mit dem in der ersten Speicheranordnung 432 gespeicherten Spannungsauswertemuster und erzeugt das erste Auswertesignal S43 abhängig von dem Vergleichsergebnis. Gemäß einem Beispiel erzeugt eine Vergleichereinheit 434 einen Signalimpuls des ersten Auswertesignals S43 jedes mal dann, wenn ein in der zweiten Speicheranordnung 433 gespeichertes Spannungsmessmuster dem in der ersten Speicheranordnung 432 gespeicherten Spannungsauswertemuster entspricht.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die im Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel erläutert wurden, auch dann mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele kombiniert werden können, wenn dies zuvor nicht explizit erwähnt wurde.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Änderung des Aktivierungszustandes eines elektromagnetischen Aktors (1), wobei der elektromagnetische Aktor (1) einen Elektromagnet (2) mit einer Induktivität und einen durch den Elektromagnet (2) gesteuerten Anker (3) aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Auswerten eines Induktivitätswerts der Induktivität über der Zeit.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Elektromagnet (2) außerdem Eingangsanschlüsse (21, 22) aufweist und bei dem das Verfahren weiterhin aufweist: Anlegen einer Ein-Spannung, die bewirkt, dass sich der elektromagnetische Aktor (1) in einem Ein-Zustand befindet, oder einer Aus-Spannung, die bewirkt, dass sich der elektromagnetische Aktor (1) in einem Aus-Zustand befindet, an die Eingangsanschlüsse (21, 22).
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem im Ein-Zustand eine Änderung des Aktivierungszustandes zu einem Zeitpunkt detektiert wird, zu dem entweder der Induktivitätswert zunimmt oder der Induktivitätswert abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 3, das weiterhin aufweist: Auswerten eines Stromes (I2) durch den Elektromagnet (2) im Ein-Zustand; Detektieren einer Änderung des Aktivierungszustandes zu einem Zeitpunkt, zu dem sich eine Steigung des Stromverlaufs ändert.
Verfahren nach Anspruch 4, das weiterhin aufweist: Bereitstellen wenigstens eines Stromauswertemusters, das repräsentativ ist für den Strom durch den Elektromagnet (2) während einer Zeitdauer, während der eine Änderung des Aktivierungszustandes auftritt; Ermitteln von Strommessmustern durch Messen des Stromes (I2) durch den Elektromagnet (2); Vergleichen der Strommessmuster mit dem wenigstens einen Stromauswertemuster; und Detektieren einer Änderung des Aktivierungszustandes zu einem Zeitpunkt, zu dem eines der Strommessmuster mit dem wenigstens einen Stromauswertemuster übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem im Aus-Zustand eine Änderung des Aktivierungszustandes zu einem Zeitpunkt detektiert wird, zu dem sich der Induktivitätswert entweder verringert oder erhöht.
Verfahren nach Anspruch 6, das weiterhin aufweist: Auswerten einer Spannung über dem Elektromagnet (2) oder über einem in Reihe zu dem Elektromagnet (2) geschalteten Schalter (5) im Aus-Zustand; Detektieren einer Änderung des Aktivierungszustandes zu einem Zeitpunkt, zu dem eine Geschwindigkeit, mit der sich die Spannung (V5) ändert, eine Diskontinuität besitzt.
Verfahren nach Anspruch 7, das weiterhin aufweist: Bereitstellen wenigstens eines Spannungsauswertemusters, das repräsentativ ist für die Spannung (V2) über dem Elektromagnet (2) während einer Zeitdauer, während der eine Änderung des Aktivierungszustandes auftritt; Bereitstellen von Spannungsmessmustern durch Messen der Spannung (V2) über dem Elektromagnet; Vergleichen der Spannungsmessmuster mit dem wenigstens einen Spannungsauswertemuster; und Detektieren einer Änderung des Aktivierungszustandes zu einem Zeitpunkt, zu dem eines der Spannungsmessmuster dem wenigstens einen Spannungsauswertemuster entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiterhin aufweist: Schalten eines Schalter (5) in Reihe zu dem Elektromagnet (2) und Anschließen der Reihenschaltung mit dem Elektromagnet (2) und dem Schalter (5) zwischen Spannungsversorgungsanschlüsse; Einschalten des Schalters (5) zum Überführen des Elektromagnets (2) in seinen Ein-Zustand; oder Ausschalten des Schalters (5) zum Überführen des Elektromagnets (2) in seinen Aus-Zustand.
Verfahren nach Anspruch 9, das weiterhin aufweist: Auswerten einer Spannung (V5) über dem Schalter (5) im Aus-Zustand; Detektieren einer Änderung des Aktivierungszustandes zu einem Zeitpunkt, wenn sich eine Geschwindigkeit, mit der die Spannung (V5) abnimmt, eine Diskontinuität besitzt.
Verfahren nach Anspruch 10, das weiterhin aufweist: Bereitstellen wenigstens eines Spannungsauswertemusters, das repräsentativ ist für die Spannung (V5) über dem Schalter (5) während einer Zeitdauer während der eine Änderung des Aktivierungszustandes auftritt; Erhalten von Spannungsmessmustern durch Messen der Spannung (V2) über dem Elektromagnet (2); Vergleichen der Spannungsmessmuster mit dem wenigstens einen Spannungsauswertemuster; Detektieren einer Änderung des Aktivierungszustandes zu einem Zeitpunkt, zu dem eines der Spannungsmessmuster dem wenigstens einen Spannungsauswertemuster entspricht.
Schaltungsanordnung, die aufweist: einen elektromagnetischen Aktor (1), wobei der elektromagnetische Aktor (1) einen Elektromagnet (2) mit einer Induktivität und einen mechanisch durch den Elektromagnet (2) gesteuerten Anker (3) aufweist; eine Auswerteschaltung (4) die an den Elektromagnet (2) gekoppelt ist, wobei die Auswerteschaltung (4) dazu ausgebildet ist, ein Aktivierungszustandssignal (S4) abhängig von dem Induktivitätswert der Induktivität zu erzeugen, wobei das Aktivierungszustandssignal (S4) eine Änderung des Aktivierungszustandes des elektromagnetischen Aktors (1) anzeigt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, die weiterhin aufweist: Eingangsanschlüsse (21, 22) des Elektromagnets (2); Mittel zum Anlegen einer Ein-Spannung, die bewirkt, das sich der elektromagnetische Aktor (1) in einem Ein-Zustand befindet, oder einer Aus-Spannung, die bewirkt, dass sich der elektromagnetische Aktor (1) in einem Aus-Zustand befindet, an die Eingangsanschlüsse (21, 22).
Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, bei der die Auswerteschaltung (4) im Ein-Zustand dazu ausgebildet ist, einen Zeitpunkt zu detektieren, zu dem der Induktivitätswert entweder ansteigt oder abnimmt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, bei dem die Auswerteschaltung (4) aufweist: Strommessmittel (41) zum Messen eines Stroms durch den Elektromagnet; Stromauswertemittel (42), wobei die Stromauswertemittel (42) dazu ausgebildet sind, im Ein-Zustand eine Änderung des Aktivierungszustandes zu einem Zeitpunkt zu detektieren, zu dem sich eine Steigung des Stromverlaufs ändert.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, bei der die Stromauswertemittel (42) weiterhin aufweisen: erste Speichermittel (422) zum Speichern wenigstens eines Stromauswertemusters, das repräsentativ ist für den Strom durch den Elektromagnet (2) während einer Zeitdauer, während der eine Änderung des Aktivierungszustands auftritt; zweite Speichermittel (423) zum Speichern von Strommessmustern, die durch Messen des Stroms durch den Elektromagnet (2) von den Strommessmitteln (41) erhalten werden; Vergleichsmittel zum Vergleichen der Strommessmuster mit dem wenigstens einen Stromauswertemuster zum Erzeugen eines Vergleichssignals (S42).
Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, bei der die Auswerteschaltung (4) im Aus-Zustand dazu ausgebildet ist, einen Zeitpunkt zu detektieren, zu dem der Induktivitätswert entweder abnimmt oder zunimmt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 17, bei dem die Auswerteschaltung (4) aufweist: Spannungsauswertemittel (43), wobei die Spannungsauswertemittel (43) dazu ausgebildet sind, im Aus-Zustand eine Änderung des Aktivierungszustands zu einem Zeitpunkt zu detektieren, zu dem eine Geschwindigkeit, mit der sich die Spannung ändert, eine Diskontinuität besitzt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, bei der die Spannungsauswertemittel weiterhin aufweisen: erste Speichermittel (432) zu Speichern wenigstens eines Spannungsauswertemusters, das repräsentativ ist für die Spannung über dem Elektromagnet (2) oder über dem Schalter (5) während einer Zeitdauer, während der eine Änderung des Aktivierungszustandes auftritt; zweite Speichermittel (432) zum Speichern eines Spannungsmessmusters, das durch Messen der Spannung über dem Elektromagnet oder über dem Schalter (5) erhalten wird; Vergleichsmittel (434) zum Vergleichen der Spannungsmessmuster mit dem wenigstens einen Spannungsauswertemuster und zum Erzeugen eines Vergleichssignals (S43).