DE102012200880A1

DE102012200880A1 - Aktuator für elektrohydraulische Schaltventile

Info

Publication number: DE102012200880A1
Application number: DE201210200880
Authority: DE
Inventors: Andreas Mayer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2013-07-25

Abstract

Aktuator für elektrohydraulische Schaltventile, insbesondere für variable Ventiltriebe, mit einem beweglichen magnetischen Anker, der mit einem Ventilkörper, vorzugsweise zum Schließen des Schaltventils (1) in Verbindung steht, mit einem Magnetkern und einer Spule sowie einer Rückholfeder, die der Kraft des magnetischen Ankers gegengerichtet ist und mit einer elektrischen Einrichtung zur Ermittlung des Schließverhaltens des Ventilkörpers durch Auswertung des Spulenstroms (3) und der Spulenspannung.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Aktuator für elektrohydraulische Schaltventile, insbesondere für variable Ventiltriebe, mit einem beweglichen magnetischen Anker, der mit einem Ventilkörper, vorzugsweise zum Schließen des Schaltventils in Verbindung steht, mit einem Magnetkern und einer Spule sowie mit einer Rückholfeder, die der Kraft des magnetischen Ankers gegengerichtet ist.
Hintergrund der Erfindung
Ein Aktuator für elektrohydraulische Schaltventile ist aus der DE-10 2008 029 434 bekannt.
Bei einem derartigen Aktuator besteht das Problem, dass nicht ohne Weiteres festgestellt werden kann, wann der Anker das Ventil geschlossen hat. Dabei ist die Schließzeit bzw. das Schließen des Schaltventils von der jeweiligen Viskosität der hydraulischen Flüssigkeit abhängig, die wiederum temperaturabhängig ist, so dass bei niedrigen Temperaturen die Schaltzeit und damit das Schließen des magnetischen Ankers bzw. des Ventilkörpers länger andauern. Weiterhin ist eine Aussage über den Startzeitpunkt des Schließvorganges sowie den zeitlichen Verlauf der Schließbewegung nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auswerteeinrichtung bzw. ein Auswerteverfahren für das Schaltverhalten zur Verfügung zu stellen, die der Ansteuersoftware zur Verfügung gestellt werden kann. Die Schaltzeiten sollen auch bei hoher Viskosität bzw. bei niedrigen Temperaturen sicher feststellbar sein. Auch bei hohen Viskositäten ist der Bedarf einer Auswertung zur Kompensation und Diagnose hoch.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine elektrische Einrichtung zur Ermittlung des Schließverhaltens des Ventilkörpers durch Auswertung des Spulenstroms und der Spulenspannung. Dabei werden während des Schaltvorganges sowohl der Spulenstrom I_(t) als auch die Spulenspannung U_(t) gemessen. Daraus kann der verkettete magnetische Fluss Ψ_(t) über die Gleichung (Induktionsgesetz) Ψ_(t) = ∫(U(_t) – RI)_(t)dt bestimmt werden. Aufgrund der Magnetisierungskennlinie existiert der statische Zusammenhang Ψ = Ψ(I, x) zwischen dem Spulenstrom und dem verketteten magnetischen Fluss, mit der Ankerposition x. Wird durch eine geeignete Ansteuerung der Spulenstrom während des Schaltvorganges konstant gehalten, kann von dem über das Induktionsgesetz ausgewerteten magnetischen Fluss auf die Ankerposition geschlossen werden.
Es ist zwar denkbar, den Zeitpunkt, wann der Anker bzw. der Ventilkörper den Endanschlag erreicht, durch eine geeignete Auswertung des Stromsignals der Spule zu bestimmen. Voraussetzung dafür ist aber, dass der Anker den Endanschlag mit ausreichend hoher Geschwindigkeit erreicht. Diese Voraussetzung ist aber z. B. dann nicht erfüllt, wenn bei einem elektrohydraulischen Schaltventil die viskose Dämpfung, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, zu groß ist.
Denkbar ist auch noch, einen Positionssensor einzusetzen. Dies ist aber oft baulich nicht möglich, hat einen erhöhten Aufwand zur Folge und erfordert zusätzliche Signale.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die elektrische Einrichtung Sensoren zur Aufnahme des zeitlichen Verlaufs von Spulenstrom und Spulenspannung und eine Auswerteeinrichtung, insbesondere des magnetischen Flusses und der Schaltzeit, aufweist. Die Auswerteeinrichtung weist entweder eine elektronische Schaltung oder eine Kombination aus Analog-Digital-Wandlung und eines Auswertealgorithmus auf, der z.B. in der Ansteuersoftware integriert ist.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass sich die Erfindung auf den Öffnungsvorgang erweitern lässt. Dazu wird beim Öffnungsvorgang des Ankers bzw. Ventilkörpers der Spulenstrom auf einen konstanten Wert geregelt, der wesentlich niedriger ist als der Schaltstrom. Dann kann äquivalent zum Schließstrom die Ankerposition aus dem magnetischen Fluss rekonstruiert werden.
Im Gegensatz zum vorausgesetzten Schaltventildesign (unbestromt offen) kann das Ventil auch in einer unbestromt geschlossenen Bauweise realisiert werden. Auch dabei ist die vorliegende Erfindung anwendbar.
Das vorgeschlagene Schaltventil kann auch als elektromagnetische Vorstufe für eine hydraulische Hauptstufe verwendet werden, wobei die beschriebene Auswertefunktion auch für diesen Fall sinnvoll eingesetzt werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist.
Es zeigen:
1: ein Schaltschema zur Aufwertung des magnetischen Flusses und der Schaltzeit und
2: ein qualitativer zeitlicher Verlauf der relevanten Signale.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 und 2 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein Schaltventil in abstrakter Form bezeichnet, wobei an der Spule des Schaltventils 1 eine Spannung und ein Strom initiiert werden können. Bei V erfolgt eine Spannungsmessung und bei A eine Strommessung, wobei über die Spannung, bei konstantem Strom eine Auswertung des magnetischen Flusses erfolgt. Daran schließt sich eine Schaltzeitauswertung und eine Steuereinheit mit Leistungsendstufe an, die den Strom und die Spannung an der Spule beherrscht.
In dem Diagramm gemäß 2 ist über der Zeit die Ankerposition 2, der Spulenstrom 3 und der magnetische Fluss 4 aufgetragen, so dass ohne Weiteres der Schließzeitpunkt des Ventilkörpers und natürlich auch der Auslösestartpunkt für das Schaltventile ermittelt werden können, und zwar in tatsächlichen Millisekunden.
Bezugszeichenliste

1: Schaltventil
2: Ankerposition
3: Spulenstrom
4: magnetischer Fluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008029434 [0002]

Claims

Aktuator für elektrohydraulische Schaltventile, insbesondere für variable Ventiltriebe, mit einem beweglichen magnetischen Anker, der mit einem Ventilkörper, vorzugsweise zum Schließen des Schaltventils (1) in Verbindung steht, mit einem Magnetkern und einer Spule sowie mit einer Rückholfeder, die der Kraft des magnetischen Ankers gegengerichtet ist, gekennzeichnet durch eine elektrische Einrichtung zur Ermittlung des Schließverhaltens des Ventilkörpers durch Auswertung des Spulenstroms (3) und der Spulenspannung.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenstrom (3) und die Spulenspannung als Größen der Gleichung Ψ_(t)= ∫(U(_t) – RI)_(t)dt den verketteten magnetischen Fluss (4) definieren.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Fluss (4) als Maß für die Anker- und/oder Ventilkörperposition dient.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Einrichtung Sensoren zur Aufnahme des zeitlichen Verlaufs von Spulenstrom (3) und Spulenspannung und eine Auswerteeinrichtung, insbesondere des magnetischen Flusses (4) und der Schaltzeit, aufweist.