DE102014225198A1

DE102014225198A1 - Method and control unit for controlling an electromagnetic actuator

Info

Publication number: DE102014225198A1
Application number: DE102014225198.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Bayer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2016-06-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Aktors mit einem Tauchanker und einer Magnetspule, wobei der Aktor für jede Hubbewegung des Tauchankers durch eine für eine Ansteuerdauer an die Magnetspule angelegte Versorgungsspannung angesteuert wird und wobei ein Zeitpunkt eines Anschlages des Tauchankers an einem Ankeranschlag ermittelt wird. Dabei ist es vorgesehen, dass an Hand des ermittelten Zeitpunktes des Anschlages des Tauchankers an dem Ankeranschlag die Ansteuerdauer für einen oder mehrere nachfolgende Hübe des Aktors so weit verkürzt wird, dass der Tauchanker nicht mehr an dem Ankeranschlag anschlägt. Weiterhin kann die Versorgungsspannung des Aktors so weit reduziert werden, dass der Tauchanker nicht mehr an dem Ankeranschlag anschlägt
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens.
Durch das Verfahren und die Steuereinheit wird die Geräuschentwicklung durch das Anschlagen des Tauchankers vermieden. The invention relates to a method for controlling an electromagnetic actuator with a solenoid plunger and a solenoid, wherein the actuator for each stroke of the plunger armature is driven by a voltage applied to the solenoid for a drive supply voltage and wherein a time of a stop of the plunger armature is determined at an anchor stop , It is provided that on the basis of the determined time of the stop of the plunger anchor on the anchor stop the drive time for one or more subsequent strokes of the actuator is so far shortened that the plunger anchor stops not at the anchor stop. Furthermore, the supply voltage of the actuator can be reduced so far that the plunger armature no longer abuts against the anchor stop
The invention further relates to a control unit for carrying out the method.
By the method and the control unit, the noise is avoided by striking the plunger anchor.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Aktors mit einem Tauchanker und einer Magnetspule, wobei der Aktor für jede Hubbewegung des Tauchankers durch eine für eine Ansteuerdauer an die Magnetspule angelegte Versorgungsspannung angesteuert wird und wobei ein Zeitpunkt eines Anschlages des Tauchankers an einem Ankeranschlag ermittelt wird.The invention relates to a method for controlling an electromagnetic actuator with a solenoid plunger and a solenoid, wherein the actuator for each stroke of the plunger armature is driven by a voltage applied to the solenoid for a drive supply voltage and wherein a time of a stop of the plunger armature is determined at an anchor stop ,

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens.The invention further relates to a control unit for carrying out the method.

Magnetkreise mit sogenannten Tauchankern werden in vielen Produkten eingesetzt, bei denen ein Magnetaktor einen vergleichsweise großen Hub in der Größenordnung von mehreren Millimetern ausführen muss. Anwendungsbeispiele sind Ventile und Pumpen. Magnetic circuits with so-called plunger anchors are used in many products in which a magnetic actuator has to perform a comparatively large stroke on the order of several millimeters. Application examples are valves and pumps.

Die Ansteuerung solcher elektromagnetischer Aktoren erfolgt beispielsweise durch ein sich periodisch wiederholendes Rechtecksignal. Dabei wird innerhalb einer Periode eine Ansteuerdauer so eingestellt, dass ein vollständiger Hub des Tauchankers erfolgt. The control of such electromagnetic actuators, for example, by a periodically repeating rectangular signal. In this case, a control period is set within a period so that a complete stroke of the plunger armature takes place.

Nachteilig bei solchen Magnetaktoren ist die hohe Geräuschentwicklung beim Ankeranschlag. Daher beschreibt die DE 10 2007 028 059 B4 eine Hubkolbenpumpe zum Fördern einer Flüssigkeit, bei der ein Aufschlagdämpfer aus Elastomer zur Geräuschreduzierung ist vorgesehen. Zusätzlich wird kinetische Energie des Hubkolbens durch eine Rückstellfeder und eine hydraulische Dämpfung aufgenommen. Der mechanische Aufbau der Hubkolbenpumpe ist entsprechend aufwändig, was zu hohen Fertigungskosten führt. Weiterhin ist der mechanisch stark belastete Aufschlagdämpfer einem erhöhten, die Lebenserwartung der Hubkolbenpumpe reduzierenden Verschleiß ausgesetzt. A disadvantage of such magnetic actuators is the high noise level at the anchor stop. Therefore, the describes DE 10 2007 028 059 B4 a reciprocating pump for conveying a liquid in which a shock absorber made of elastomer for noise reduction is provided. In addition, kinetic energy of the reciprocating piston is absorbed by a return spring and a hydraulic damping. The mechanical design of the reciprocating pump is correspondingly complex, resulting in high production costs. Furthermore, the mechanically heavily loaded shock absorber is exposed to increased, the life expectancy of the reciprocating pump reducing wear.

Die DE 10 2011 088 701 A1 offenbart ein Verfahren zur Überwachung der Ankerbewegung einer Hubkolbenmagnetpumpe, insbesondere im Fördermodul eines SCR-Katalysatorsystems. Dazu wird ein lokales Minimum im Stromverlauf durch die Magnetspule der Hubkolbenmagnetpumpe gesucht und als Zeitpunkt eines Anschlags des Ankers an einem Ankeranschlag erkannt. Zur Bestimmung des lokalen Minimums kann ein Nulldurchgang der ersten zeitlichen Ableitung des Stromverlaufs verwendet werden.The DE 10 2011 088 701 A1 discloses a method for monitoring the armature movement of a Hubkolbenmagnetpumpe, in particular in the delivery module of an SCR catalyst system. For this purpose, a local minimum is sought in the course of the current through the magnetic coil of Hubkolbenmagnetpumpe and recognized as the time of a stop of the armature to an anchor stop. To determine the local minimum, a zero crossing of the first time derivative of the current waveform can be used.

Die Schrift DE 197 19 602 A1 beschreibt eine Steuerschaltung zur Ansteuerung eines einen Anker aufweisenden elektromagnetischen Ventils. Der Anker wird von einer geschlossenen Stellung des Ventils in eine geöffnete Stellung bewegt und in dieser gehalten. Die Steuerschaltung ist derart ausgelegt, dass sie bis zum Lösen des Ankers eine vergleichsweise hohe Spannung, während der Flugphase des Ankers eine geringere Spannung und nach Erreichen der geöffneten Stellung wieder eine hohe Haltespannung an die Magnetspule des Ventils ausgibt. Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung können Schaltzeitpunkte zum Umschalten zwischen den Spannungen in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf des Stroms durch die Magnetspule bestimmt werden. Die Stromkurve zeigt dabei die bekannten charakteristischen Abhängigkeiten von der Bewegung des Ankers. The font DE 197 19 602 A1 describes a control circuit for controlling an armature having an electromagnetic valve. The armature is moved from a closed position of the valve to an open position and held therein. The control circuit is designed so that it outputs a relatively high voltage until the release of the armature, while the flight phase of the armature a lower voltage and after reaching the open position again a high holding voltage to the solenoid of the valve. According to one embodiment of the invention, switching times for switching between the voltages can be determined as a function of the time profile of the current through the magnetic coil. The current curve shows the known characteristic dependencies of the movement of the armature.

Die reduzierte Spannung während der Flugphase führt zu einer verminderten Beschleunigung des Ankers. Dadurch stellt sich eine Geschwindigkeit ein, die genügend groß ist, um ein sicheres Schließen des Ventils zu gewährleisten, jedoch so gering ist, dass eine Geräuschentwicklung beim Auftreffen des Ankers auf seinem Endanschlag im Wesentlichen verhindert wird. The reduced tension during the flight phase leads to a reduced acceleration of the anchor. This results in a speed which is sufficiently high to ensure a safe closing of the valve, but is so low that a noise in the impact of the armature is substantially prevented on its end stop.

Nachteilig hierbei ist der hohe schaltungstechnische Aufwand, um in Abhängigkeit von der Position des Ankers die Spannung entsprechend einzustellen. Weiterhin prallt der Anker weiterhin gegen einen Ankeranschlag, was auch bei der reduzierten Geschwindigkeit zu einer deutlichen Geräuschentwicklung führt. The disadvantage here is the high circuit complexity in order to adjust the voltage according to the position of the armature. Furthermore, the anchor continues to bounce against an anchor stop, which leads to a significant noise even at the reduced speed.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine Reduzierung der Geräuschentwicklung eines elektromagnetischen Aktors ermöglicht wird.It is therefore an object of the invention to provide a method with which a reduction of the noise of an electromagnetic actuator is made possible.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.It is a further object of the invention to provide a control device for carrying out the method.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass an Hand des ermittelten Zeitpunktes des Anschlages des Tauchankers an dem Ankeranschlag die Ansteuerdauer für einen oder mehrere nachfolgende Hübe des Aktors so weit verkürzt wird, dass der Tauchanker nicht mehr an dem Ankeranschlag anschlägt. Ein Geräusch beim Anschlag des Tauchankers an dem Ankeranschlag wird so sicher und vollständig vermieden. Die Umsetzung kann kostengünstig durch eine einfache Modifikation einer den elektromagnetischen Aktor ansteuernden Steuereinheit erfolgen, wobei hier bei vielen verwendeten Steuereinheiten lediglich eine Erweiterung der verwendeten Software erforderlich ist. Kostenintensive mechanische Maßnahmen zur Geräuschdämmung können eingespart werden. Die Lebenserwartung des Aktors kann dadurch erhöht werden, da die mechanisch stark belasteten und daher häufig vorzeitig ausfallenden geräuschdämmenden Elemente nicht benötigt werden. The object of the invention relating to the method is achieved in that, on the basis of the determined point in time of the abutment of the plunger armature against the armature stop, the activation duration for one or more subsequent strokes of the actuator is reduced to such an extent that the plunger armature no longer abuts against the armature stop. A noise when the plunger anchor against the anchor stop so safe and completely avoided. The implementation can be carried out inexpensively by a simple modification of a control unit which drives the electromagnetic actuator, whereby in many of the control units used here only an expansion of the software used is required. Cost-intensive mechanical measures for noise reduction can be saved become. The life expectancy of the actuator can be increased because the mechanically heavily loaded and therefore often prematurely failing sound-absorbing elements are not needed.

Um die Verkürzung des Hubweges des elektromagnetischen Aktors gering zu halten kann es vorgesehen sein, dass die verkürzte Ansteuerdauer so gewählt wird, dass der Tauchanker den Ankeranschlag gerade nicht erreicht. Bei Verwendung des Aktors in einer Pumpe wird so fast die volle Fördermenge je Hub erreicht. Beim Einsatz des Aktors in einem Ventil wird annähernd der volle Öffnungsquerschnitt erreicht, so dass nur eine geringe Erhöhung der Druckverluste und der Durchflussmenge bewirkt werden. Diese geringen Leistungsreduzierungen können gegenüber dem Vorteil des geräuschreduzierten Betriebes des Aktors für die meisten Anwendungsfälle vernachlässigt werden. In order to keep the shortening of the stroke of the electromagnetic actuator low, it may be provided that the shortened control period is selected so that the plunger armature just does not reach the anchor stop. When using the actuator in a pump so almost the full flow per stroke is achieved. When using the actuator in a valve approximately the full opening cross-section is achieved, so that only a small increase in the pressure losses and the flow rate are effected. These small power reductions can be neglected over the benefit of low noise operation of the actuator for most applications.

Beim Abschalten der Versorgungsspannung fällt die Magnetkraft nicht sofort auf null. Der Tauchanker bewegt sich daher auch nach Abschalten der Versorgungsspannung an der Magnetspule noch eine kurze Zeit und somit eine kurze Strecke weiter. Um zu vermeiden, dass der Tauchanker in dieser kurzen Zeit nach Abschalten der Versorgungsspannung gegen den Ankeranschlag anschlägt kann es vorgesehen sein, dass die verkürzte Ansteuerdauer des oder der nachfolgenden Hübe auf eine Dauer zwischen dem Beginn der Ansteuerung und dem Zeitpunkt des Anschlages des Tauchankers an dem Ankeranschlag abzüglich eines Sicherheitsabschlags festgelegt wird. Der Sicherheitsabschlag ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass sich die Bewegungsrichtung des Tauchankers unmittelbar vor dem Ankeranschlag umkehrt.When switching off the supply voltage, the magnetic force does not fall immediately to zero. Therefore, even after the supply voltage to the solenoid coil has been switched off, the solenoid will move a short time and thus a short distance further. In order to avoid that the plunger armature strikes in this short time after switching off the supply voltage against the armature stop, it can be provided that the shortened control duration of the subsequent strokes or to a period between the start of the control and the time of the stop of the plunger anchor on the Anchor stop minus a safety discount is set. The safety discount is preferably chosen so that the direction of movement of the plunger anchor reverses immediately before the anchor stop.

Die Bewegung des Tauchankers ist von äußeren Parametern abhängig. So hat die Versorgungsspannung einen wesentlichen Einfluss auf die Geschwindigkeit des Tauchankers und damit die Dauer bis zu einem Anschlag des Tauchankers. Beim Einsatz des Aktors in einer Pumpe beeinflussen der Gegendruck und die temperaturabhängige Viskosität einer zu fördernden Flüssigkeit wesentlich die Flugzeit des Tauchankers von seiner Ruheposition bis zum Ankeranschlag. Um Veränderungen und Schwankungen solcher die Bewegung des Tauchankers beeinflussenden Parameter zu berücksichtigen kann es vorgesehen sein, dass nachfolgende Hübe mit verkürzter Ansteuerdauer auf einen Anschlag des Tauchankers hin ausgewertet werden und dass bei einem nachgewiesenen Anschlag des Tauchankers die Ansteuerdauer für einen oder mehrere nachfolgende Hübe weiter verkürzt wird. Steigt beispielsweise während aufeinanderfolgender Hübe des elektromagnetischen Aktors die Versorgungsspannung an kann es vorkommen, dass der Tauchanker auch bei der verkürzten Ansteuerdauer wieder den Ankeranschlag erreicht. Dies wird entsprechend der Erfindungsvariante nachgewiesen und daraufhin die bereits verkürzte Ansteuerdauer noch einmal verkürzt. Dabei kann die neue verkürzte Ansteuerdauer aus der Dauer bis zum Anschlagen des Ankers abzüglich des Sicherheitsabschlages vorgegeben werden. The movement of the plunger armature depends on external parameters. Thus, the supply voltage has a significant influence on the speed of the plunger armature and thus the duration up to a stop of the plunger armature. When using the actuator in a pump, the backpressure and the temperature-dependent viscosity of a liquid to be conveyed substantially influence the time of flight of the plunger armature from its rest position to the armature stop. In order to take account of changes and fluctuations of such parameters influencing the movement of the plunger armature, it may be provided that subsequent strokes with a shortened actuation period are evaluated for a stop of the plunger armature and that, in the case of a proven stop of the plunger armature, the activation duration for one or more subsequent strokes is further shortened becomes. If, for example, the supply voltage increases during successive strokes of the electromagnetic actuator, it may happen that the plunger armature reaches the anchor stop again even during the shortened activation period. This is detected according to the variant of the invention and then shortened the already shortened driving time again. In this case, the new shortened drive time can be specified from the duration until the stop of the anchor minus the safety discount.

Entsprechend kann es vorkommen, dass durch eine Veränderung eines die Bewegung des Tauchankers beeinflussenden Parameters der Hubweg des Tauchankers verkürzt wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Versorgungsspannung während aufeinanderfolgender Hübe sinkt. Der Umkehrpunkt der Hubbewegung liegt damit weiter als erforderlich von dem Ankeranschlag entfernt, wodurch die Leistung des elektromagnetischen Aktors verringert wird. Um zu erreichen, dass der Tauchanker unmittelbar vor dem Ankeranschlag umkehrt kann es vorgesehen sein, dass in Abständen die verkürzte Ansteuerdauer wieder verlängert wird, dass anschließend der Zeitpunkt des Anschlages des Tauchankers bestimmt wird und dass für einen oder mehrere nachfolgende Hübe eine neue verkürzte Ansteuerdauer bestimmt und angewendet wird. Die neue verkürzte Ansteuerdauer kann dabei der alten Ansteuerdauer entsprechen, wenn sich die die Bewegung des Tauchankers beeinflussenden Parameter nicht geändert haben. Die Leistung des elektromagnetischen Aktors bleibt somit auch bei sich ändernden Betriebsparametern erhalten. Die Überprüfung der Ansteuerdauer kann beispielsweise in regelmäßigen zeitlichen Abstände oder nach einer vorgegebenen Anzahl an erfolgten Hüben des elektromagnetischen Aktors erfolgen. Accordingly, it may happen that the stroke of the plunger armature is shortened by a change in a parameter influencing the movement of the plunger armature. This can be done, for example, by the supply voltage dropping during successive strokes. The reversal point of the lifting movement is thus further than required away from the armature stop, whereby the power of the electromagnetic actuator is reduced. In order to achieve that the plunger anchor reverses immediately before the anchor stop, it can be provided that at intervals the shortened control period is extended again, that subsequently the timing of the stop of the plunger anchor is determined and that determines a new shortened driving time for one or more subsequent strokes and is applied. The new shortened activation duration can correspond to the old activation duration if the parameters influencing the movement of the plunger anchor have not changed. The power of the electromagnetic actuator thus remains even with changing operating parameters. The checking of the activation period can be carried out, for example, at regular time intervals or after a predetermined number of strokes of the electromagnetic actuator.

Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird weiterhin dadurch gelöst, dass an Hand des ermittelten Zeitpunktes des Anschlages des Tauchankers an dem Ankeranschlag die Versorgungsspannung für einen oder mehrere nachfolgende Hübe des Aktors so weit reduziert wird, dass der Tauchanker nicht mehr an dem Ankeranschlag anschlägt. Mit steigender Auslenkung des Tauchankers steigt die zumeist von einer Feder erzeugte, zur Ruheposition des Tauchankers hin ausgerichtete Rückstellkraft, welche auf den Tauchanker einwirkt. Gleichzeitig ist die den Tauchanker antreibende Magnetkraft für die vorliegende Magnetkreis-Konstruktion nahezu unabhängig von dem Hub des Aktors und in erster Linie von dem Strom in der Magnetspule abhängig. Durch geeignete Reduzierung der Versorgungsspannung werden der durch die Magnetspule fließende Strom und somit die Magnetkraft derart reduziert, dass der Tauchanker den Ankeranschlag nicht erreicht. Eine Geräuschentwicklung durch den Anschlag des Tauchankers kann so vermieden werden. The object of the invention relating to the method is further achieved by reducing the supply voltage for one or more subsequent strokes of the actuator on the basis of the determined time of the stop of the plunger armature against the armature stop, so that the plunger armature no longer abuts against the armature stop. As the deflection of the plunger armature increases, the restoring force, which is usually generated by a spring and is oriented toward the rest position of the plunger armature, acts on the plunger rod. At the same time, the magnetic force driving the plunger armature for the present magnetic circuit construction is almost independent of the stroke of the actuator and primarily dependent on the current in the magnet coil. By suitable reduction of the supply voltage, the current flowing through the magnetic coil and thus the magnetic force are reduced in such a way that the plunger armature does not reach the armature stop. A noise caused by the stop of the plunger can be avoided.

Um auch hier den Einfluss von die Bewegung des Tauchankers verändernden Parametern zu berücksichtigen kann es vorgesehen sein, dass nachfolgende Hübe mit reduzierter Versorgungsspannung auf einen Anschlag des Tauchankers hin ausgewertet werden und dass bei einem nachgewiesenen Anschlag des Tauchankers die Versorgungsspannung für einen oder mehrere nachfolgende Hübe weiter reduziert wird. Dadurch können Parameterschwankungen, welche zu einer schnelleren Bewegung des Tauchankers führen, ausgeglichen und dadurch bewirkte Anschläge des Ankers vermieden werden. Here, too, the influence of the movement of the plunger anchor changing parameters It may be provided that subsequent strokes with a reduced supply voltage are evaluated for a stop of the plunger armature and that, in the case of a proven stop of the plunger armature, the supply voltage for one or more subsequent strokes is further reduced. As a result, parameter fluctuations, which lead to a faster movement of the plunger anchor, compensated and thereby caused attacks of the armature can be avoided.

Um Parameterschwankungen, welche zu einer verlangsamten Bewegung des Tauchankers führen, auszugleichen kann es vorgesehen sein, dass in Abständen die reduzierte Versorgungsspannung wieder erhört wird, dass anschließend der Zeitpunkt des Anschlages des Tauchankers bestimmt wird und dass für einen oder mehrere nachfolgende Hübe eine neue reduzierte Versorgungsspannung bestimmt und angewendet wird. Die neue reduzierte Versorgungsspannung kann dabei der alten reduzierten Versorgungsspannung entsprechen, wenn sich die Parameter seit der letzten Bestimmung des Anschlagszeitpunktes des Tauchankers nicht verändert haben. Die erneute Überprüfung des Zeitpunktes des Anschlages kann in regelmäßigen zeitlichen Abständen oder nach einer vorgegebenen Anzahl an erfolgten Hüben durchgeführt werden. In order to compensate for parameter fluctuations which lead to a slowed movement of the plunger armature, it can be provided that the reduced supply voltage is heard again at intervals, that subsequently the time of the stop of the plunger armature is determined and that for one or more subsequent strokes a new reduced supply voltage is determined and applied. The new reduced supply voltage can correspond to the old reduced supply voltage, if the parameters have not changed since the last determination of the stop time of the plunger armature. The re-examination of the time of the stop can be carried out at regular intervals or after a predetermined number of strokes.

Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Anschlag des Tauchankers an einen Ankeranschlag aus einem Stromverlauf des während der Ansteuerdauer durch die Magnetspule fließenden Stroms bestimmt wird. Die Bewegung des Tauchankers erzeugt eine Gegeninduktion in der Magnetspule und beeinflusst so den Stromfluss durch die Magnetspule. Der plötzliche Stillstand des Tauchankers am Ankeranschlag bewirkt eine plötzliche Veränderung des Stromverlaufs. Diese Veränderung kann einfach nachgewiesen und damit der Zeitpunkt des Anschlags des Tauchankers bestimmt werden. According to a preferred embodiment variant of the invention, it can be provided that the stop of the plunger armature is determined to an armature stop from a current waveform of the current flowing through the solenoid coil during the driving time. The movement of the plunger armature generates a counterinduction in the solenoid coil and thus influences the flow of current through the solenoid coil. The sudden stop of the plunger anchor at the anchor stop causes a sudden change in the current flow. This change can easily be detected and thus the timing of the attack of the plunger anchor can be determined.

Die die Steuereinheit betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Steuereinheit eine Verarbeitungseinrichtung aufweist und dass die Verarbeitungseinrichtung dazu ausgelegt ist, an Hand des ermittelten Zeitpunktes des Anschlages des Tauchankers an dem Ankeranschlag die Ansteuerdauer und/oder die Versorgungsspannung für einen oder mehrere nachfolgende Hübe des Aktors so weit zu reduzieren, dass der Tauchanker nicht mehr an dem Ankeranschlag anschlägt. Dadurch wird die Geräuschentwicklung, wie sie beim Anschlag des Tauchankers an dem Ankeranschlag entsteht, vermieden. The object of the invention relating to the control unit is achieved in that the control unit has a processing device and in that the processing device is designed to control the actuation duration and / or the supply voltage for one or more subsequent strokes based on the determined point in time of the stop of the plunger armature against the armature stop of the actuator to reduce so far that the plunger anchor stops no longer at the anchor stop. As a result, the noise, as it occurs when the stop of the plunger anchor on the anchor stop, avoided.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in FIGS. Show it:

1 einen elektromagnetischen Aktor mit einem Tauchanker, 1 an electromagnetic actuator with a plunger anchor,

2 ein erstes Diagramm zu einem Stromverlauf und ein zweites Diagramm zu einem zugeordneten Hubprofil des in 1 gezeigten Tauchankers, 2 a first diagram for a current profile and a second diagram for an associated stroke profile of the in 1 shown plunger anchor,

3 ein Magnetkraftkennfeld des elektromagnetischen Aktors und 3 a magnetic force map of the electromagnetic actuator and

4 ein Ablaufdiagramm zur Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors. 4 a flowchart for controlling the electromagnetic actuator.

1 zeigt einen elektromagnetischen Aktor 10 mit einem Tauchanker 14. Der Tauchanker 14 befindet sich in einem Topf 11 des elektromagnetischen Aktors 10, welcher auf einer Seite von einer Umspritzung 16 aus Kunststoff eingehaust ist. In dem Topf 11 ist eine den Tauchanker 14 umschließende Magnetspule 17 gehalten, welche den Tauchanker 14 entlang seiner Längserstreckung teilweise überdeckt. Der Tauchanker 14 ist zylinderförmig mit einer entlang seiner Mittellängsachse verlaufenden Bohrung ausgeführt. Ein Stößel 15 ist in der Bohrung angeordnet. An dem Stößel 15 ist ein Ankeranschlag 12 in Form einer Restluftspaltscheibe vorgesehen. Zwischen dem Tauchanker 14 und dem Ankeranschlag 12 ist ein Restluftspalt 13 ausgebildet. Eine durch einen Pfeil dargestellte Ankerbewegung 18 zeigt die Bewegung des Tauchankers 14 bei Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 10 mit einer Versorgungsspannung an. 1 shows an electromagnetic actuator 10 with a plunger anchor 14 , The plunger anchor 14 is in a pot 11 of the electromagnetic actuator 10 which is on one side of an encapsulation 16 is housed in plastic. In the pot 11 is the plunger anchor 14 enclosing magnetic coil 17 held the plunger anchor 14 Partially covered along its longitudinal extent. The plunger anchor 14 is cylindrical with a running along its central longitudinal axis bore. A pestle 15 is arranged in the bore. At the pestle 15 is an anchor stop 12 provided in the form of a residual air gap disc. Between the plunger anchor 14 and the anchor stop 12 is a residual air gap 13 educated. An anchor movement represented by an arrow 18 shows the movement of the plunger anchor 14 when controlling the electromagnetic actuator 10 with a supply voltage.

Beim Anlegen der Versorgungsspannung an die Magnetspule fließt ein Strom durch sie, wodurch sich ein Magnetfeld ausbildet. Durch dieses Magnetfeld wird der Tauchanker 14 entsprechend der Ankerbewegung 18 zum Ankeranschlag 12 hin bewegt. Bei ausreichend langer Ansteuerdauer, während der die Versorgungsspannung an der Magnetspule 17 anliegt, und bei ausreichend hoher Versorgungsspannung schlägt der Tauchanker 14 an dem Ankeranschlag 12 an. Dies bewirkt ein unerwünschtes Anschlaggeräusch. When the supply voltage is applied to the magnetic coil, a current flows through it, whereby a magnetic field is formed. This magnetic field makes the plunger anchor 14 according to the anchor movement 18 to the anchor stop 12 moved. For a sufficiently long drive time, while the supply voltage to the solenoid coil 17 is applied, and at sufficiently high supply voltage beats the plunger 14 at the anchor stop 12 at. This causes an undesirable impact noise.

Um diese Geräuschentwicklung zu vermeiden ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Ansteuerdauer so weit zu reduzieren, dass der Tauchanker 14 den Ankeranschlag 12 nicht erreicht. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Versorgungsspannung, welche an die Magnetspule 17 angelegt wird, so weit reduziert werden, dass der Tauchanker 14 den Ankeranschlag 12 nicht erreicht. In beiden Fällen dreht sich die Ankerbewegung 18 kurz vor Erreichen des Ankeranschlags 12 um, so dass das Anschlaggeräusch vermieden und ein leiser Betrieb des elektromagnetischen Aktors 10 erreicht wird. In order to avoid this noise development, it is provided according to the invention to reduce the activation duration so far that the plunger armature 14 the anchor stop 12 not reached. Alternatively or additionally, the supply voltage which is applied to the magnetic coil 17 is applied, so far reduced that the plunger anchor 14 the anchor stop 12 not reached. In both cases, the armature movement rotates 18 shortly before reaching the anchor stop 12 so that the impact noise is avoided and a quiet operation of the electromagnetic actuator 10 is reached.

2 zeigt ein erstes Diagramm 20 zu einem Stromverlauf 23 und ein zweites Diagramm 30 zu einem zugeordneten Hubprofil des in 1 gezeigten Tauchankers 14. 2 shows a first diagram 20 to a current course 23 and a second diagram 30 to an associated lift profile of in 1 shown immersion anchor 14 ,

Das erste Diagramm 20 ist aus einer Stromachse 21 und einer ersten Zeitachse 22 gebildet, gegenüber denen der Stromverlauf 23 durch die in 1 gezeigte Magnetspule 17 aufgetragen ist. Im zweiten Diagramm 30 ist eine Auslenkung 33 (Hub) des in 1 gezeigten Tauchankers 14 gegenüber einer Hubachse 31 und einer zweiten Zeitachse 32 dargestellt. Ein Zeitpunkt 24 eines Anschlages des Tauchankers 14 an den Ankeranschlag 12 ist durch eine zwischen den beiden Diagrammen 20, 30 verlaufenden Punktlinie markiert. Die erste und die zweite Zeitachse 22, 32 sind gleich skaliert, so dass der Stromverlauf 23 und die Auslenkung 33 einander zeitlich zugeordnet sind. Die Hubachse 31 im zweiten Diagramm 30 ist in einer Längeneinheit skaliert. Die Position des Ankeranschlags 12 stellt die Nulllinie dar, so dass auf der Hubachse 31 der Abstand des unteren Endes des Tauchankers 14 zu dem Ankeranschlag 12 und somit die Länge des Restluftspaltes 13 aufgetragen ist.The first diagram 20 is from a stream axis 21 and a first timeline 22 formed against which the current flow 23 through the in 1 shown magnetic coil 17 is applied. In the second diagram 30 is a deflection 33 (Hub) of in 1 shown immersion anchor 14 opposite a lifting axis 31 and a second timeline 32 shown. A time 24 a stop of the plunger anchor 14 to the anchor stop 12 is through one between the two diagrams 20 . 30 running dotted line marked. The first and the second timeline 22 . 32 are scaled the same, so the current flow 23 and the deflection 33 are assigned to each other in time. The lifting axis 31 in the second diagram 30 is scaled in a unit of length. The position of the anchor stop 12 represents the zero line, so that on the Hubachse 31 the distance of the lower end of the plunger anchor 14 to the anchor stop 12 and thus the length of the residual air gap 13 is applied.

Der Anschlag des Tauchankers 14 an dem Ankeranschlag 12 ist erreicht, wenn die Auslenkung 33 die zweite Zeitachse 32 und somit die Nulllinie des zweiten Diagramms 30 erreicht. Dies ist als Zeitpunkt 24 des Anschlages durch die Punktlinie markiert. Die plötzliche Geschwindigkeitsänderung des Tauchankers 14 beim Anschlag an den Ankeranschlag 12 führt im Stromverlauf 23 zu einer einfach nachweisbaren Unstetigkeit 25. Diese Unstetigkeit 25 kann erfasst und als Zeitpunkt 24 des Anschlages des Tauchankers 14 an dem Ankeranschlag 12 erkannt werden. Der Zeitpunkt 24 des Anschlages des Tauchankers 14 kann somit einfach und sicher aus dem Stromverlauf 23 des durch die Magnetspule 17 fließenden Stroms ermittelt und für die Ermittlung einer verkürzten Ansteuerdauer, bei der der Tauchanker 14 den Ankeranschlag 12 nicht mehr erreicht, verwendet werden. Die verkürzte Ansteuerdauer ist gleich oder kürzer als eine Dauer 26 zwischen dem Beginn der Ansteuerung und dem Zeitpunkt 24 des Anschlages des Tauchankers 14 zu wählen. The stop of the plunger anchor 14 at the anchor stop 12 is reached when the deflection 33 the second time axis 32 and thus the zero line of the second diagram 30 reached. This is as time 24 of the stop marked by the dotted line. The sudden speed change of the plunger anchor 14 at the stop to the anchor stop 12 leads in the current flow 23 to an easily detectable discontinuity 25 , This discontinuity 25 can be recorded and as time 24 the stop of the plunger anchor 14 at the anchor stop 12 be recognized. Point of time 24 the stop of the plunger anchor 14 can thus easily and safely from the current flow 23 by the magnetic coil 17 determined flow of current and for the determination of a shortened driving time at which the plunger armature 14 the anchor stop 12 no longer achieved, can be used. The shortened drive duration is equal to or shorter than a duration 26 between the beginning of the control and the time 24 the stop of the plunger anchor 14 to choose.

3 zeigt ein Magnetkraftkennfeld 40 des in 1 gezeigten elektromagnetischen Aktors 10. Auf den Tauchanker 14 einwirkende Magnetkräfte 43 sind für verschiedene, durch die Magnetspule 17 fließende Ströme gegenüber einer Kraftachse 41 und einer zweiten Hubachse 42 aufgetragen. Eine Position 45 des Ankeranschlags 12 ist gegenüber der Hubachse 42 durch eine vertikale Linie markiert. Eine Magnetkraft 1A 43.1 zeigt den Verlauf der auf den Tauchanker 14 einwirkenden Magnetkraft 43 in Abhängigkeit von der Auslenkung des Tauchankers 14 und somit der Länge des Restluftspaltes 13 zwischen dem Tauchanker 14 und dem Ankeranschlag 12 bei einem durch die Magnetspule 17 fließenden Strom von 1A. Entsprechend zeigen eine Magnetkraft 2A 43.2 den Verlauf bei 2A, eine Magnetkraft 3A 43.3 den Verlauf bei 3A, eine Magnetkraft 4A 43.4 den Verlauf bei 4A, eine Magnetkraft 5A 43.5 den Verlauf bei 5A, eine Magnetkraft 6A 43.6 den Verlauf bei 6A, eine Magnetkraft 7A 43.7 den Verlauf bei 7A, eine Magnetkraft 8A 43.8 den Verlauf bei 8A und eine Magnetkraft 9A 43.9 den Verlauf bei 9A Stromstärke. Charakteristisch für die Magnetkreis-Konstruktion des elektromagnetischen Aktors 10 ist, dass die Magnetkraft 43 nahezu unabhängig vom Hub des Tauchankers 14 ist. Demgegenüber zeigt sich eine starke Abhängigkeit der Magnetkraft 17 von dem Strom, der durch die Magnetspule 17 fließt. 3 shows a magnetic force map 40 of in 1 shown electromagnetic actuator 10 , On the plunger anchor 14 acting magnetic forces 43 are for different, through the magnetic coil 17 flowing streams relative to a force axis 41 and a second lifting axis 42 applied. A position 45 the anchor stop 12 is opposite the stroke axis 42 marked by a vertical line. A magnetic force 1A 43.1 shows the course of the plunger anchor 14 acting magnetic force 43 depending on the deflection of the plunger anchor 14 and thus the length of the residual air gap 13 between the plunger anchor 14 and the anchor stop 12 at one through the solenoid coil 17 flowing electricity of 1A. Accordingly, a magnetic force 2A 43.2 the course at 2A, a magnetic force 3A 43.3 the course at 3A, a magnetic force 4A 43.4 the course at 4A, a magnetic force 5A 43.5 the course at 5A, a magnetic force 6A 43.6 the course at 6A, a magnetic force 7A 43.7 the curve at 7A, a magnetic force 8A 43.8 the course at 8A and a magnetic force 9A 43.9 the course at 9A current. Characteristic of the magnetic circuit construction of the electromagnetic actuator 10 is that the magnetic force 43 almost independent of the stroke of the plunger anchor 14 is. In contrast, there is a strong dependence of the magnetic force 17 from the current passing through the magnetic coil 17 flows.

Der durch die Magnetspule 17 fließende Strom ist direkt von der Versorgungsspannung, mit welcher die Magnetspule 17 angesteuert wird, abhängig. Durch Vorgabe der Versorgungsspannung kann demnach die auf den Tauchanker 14 einwirkende Magnetkraft 43 vorgegeben werden. Der Magnetkraft 43 wirken auf den Tauchanker 14 einwirkende Rückstellkräfte entgegen, welche beispielsweise durch eine in 1 nicht dargestellte Feder übertragen werden. Sind die Magnetkraft 43 und die Rückstellkraft gleich, wird die Ankerbewegung 18 abgebremst. In dem Magnetkraftkennfeld 40 ist die Position, in der der Tauchanker 14 bei den verschiedenen Strömen durch die Magnetspule 17 zum Stillstand kommt, als Endposition 44 durch eine Linie markiert. Bei einem Strom von 1A fällt der Hub des Tauchankers 14 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel sehr gering aus. Ab 8A erreicht der Tauchanker 14 die Position 45 des Ankeranschlags 12. Durch geeignete Vorgabe der Versorgungsspannung und somit des Stroms durch die Magnetspule 17 kann somit verhindert werden, dass der Tauchanker 14 an dem Ankeranschlag 12 anschlägt. Dadurch ergibt sich neben der Verkürzung der Ansteuerdauer des elektromagnetischen Aktors 10 eine weitere Möglichkeit, den Anschlag des Tauchankers 14 und die damit verbundene Geräuschentwicklung zu vermeiden. Die Versorgungsspannung wird dabei vorzugsweise so weit verringert, dass der Tauchanker 14 die Position 45 des Ankeranschlags 12 gerade nicht erreicht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird dazu eine Versorgungsspannung eingestellt, welche einen Strom durch die Magnetspule 17 zwischen 7A und 8A bewirkt. Damit bleiben fast der vollständige Hub des Tauchankers 14 und damit die Leistungsfähigkeit des elektromagnetischen Aktors 10 erhalten. The through the magnetic coil 17 flowing current is directly from the supply voltage with which the solenoid coil 17 is driven, dependent. By specifying the supply voltage can therefore on the plunger anchor 14 acting magnetic force 43 be specified. The magnetic force 43 act on the plunger anchor 14 counteracting restoring forces which, for example, by a in 1 not shown spring are transmitted. Are the magnetic force 43 and the restoring force becomes equal, the armature movement becomes 18 braked. In the magnetic force map 40 is the position in which the plunger anchor 14 at the different currents through the solenoid coil 17 comes to a stop, as an end position 44 marked by a line. With a current of 1A, the stroke of the plunger anchor drops 14 in the embodiment shown very low. From 8A reached the plunger anchor 14 the position 45 the anchor stop 12 , By suitable specification of the supply voltage and thus the current through the magnetic coil 17 can thus be prevented that the plunger anchor 14 at the anchor stop 12 strikes. This results in addition to the shortening of the driving time of the electromagnetic actuator 10 Another way to stop the plunger anchor 14 and to avoid the associated noise. The supply voltage is preferably reduced so far that the plunger armature 14 the position 45 the anchor stop 12 just not reached. In the embodiment shown, a supply voltage is set to this, which is a current through the magnetic coil 17 between 7A and 8A causes. This leaves almost the complete stroke of the plunger anchor 14 and thus the performance of the electromagnetic actuator 10 receive.

4 zeigt ein Ablaufdiagramm 50 zur Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors 10, bestehend aus einem ersten Block 51, einem nachfolgenden zweiten Block 52 und einem abschließenden dritten Block 53. 4 shows a flowchart 50 for controlling the electromagnetic actuator 10 consisting of a first block 51 , a subsequent second block 52 and a final third block 53 ,

Im ersten Block 51 erfolgt eine Erstansteuerung des elektromagnetischen Aktors 10 mit einer ausreichend langen Ansteuerdauer und einer ausreichend hohen Versorgungsspannung, um den Anschlag des Tauchankers 14 an dem Ankeranschlag 12 zu erreichen und die Dauer bis zum Anschlag zu ermitteln. In dem zweiten Block 52 erfolgt die Berechnung der verkürzten Ansteuerdauer für die nächsten Hübe. Die verkürzte Ansteuerdauer ergibt sich dabei gemäß der Gleichung T_ansteuer,neu = T_anschlag,alt – K T_ansteuer,neu entspricht dabei der verkürzten Ansteuerdauer. T_anschlag,alt ist die im ersten Block 51 ermittelte Dauer bis zum Anschlag des Tauchankers 14 an dem Ankeranschlag 12. K stellt einen Sicherheitsabschlag dar. Dieser ist notwendig, da die Magnetkraft 47 nicht sofort auf null fällt und der Tauchanker 14 sich auch nach Abschalten der Versorgungsspannung an der Magnetspule 17 noch eine kurze Zeit weiter bewegt. Durch geeignete Wahl des Sicherheitsabschlags K kann erreicht werden, dass die Ankerbewegung 18 unmittelbar vor Erreichen des Ankeranschlags 12 umgekehrt wird. In the first block 51 there is a first control of the electromagnetic actuator 10 with a sufficiently long drive time and a sufficiently high supply voltage to the stop of the plunger anchor 14 at the anchor stop 12 reach and determine the duration to the stop. In the second block 52 the calculation of the shortened activation duration for the next strokes takes place. The shortened drive time results according to the equation T _{tax, new} = T _{stop, old} - K T driving _{, new} corresponds to the shortened driving time. T _{stop, old} is the first block 51 determined duration until the stop of the plunger anchor 14 at the anchor stop 12 , K represents a safety discount. This is necessary because the magnetic force 47 not immediately falls to zero and the plunger anchor 14 even after switching off the supply voltage to the solenoid 17 moved on for a short time. By suitable choice of the security discount K can be achieved that the armature movement 18 immediately before reaching the anchor stop 12 is reversed.

Im dritten Block 53 erfolgt während eines Betriebszyklus regelmäßig eine verlängerte Testansteuerung der Magnetspule 17, um die aktuelle Dauer bis zum Anschlag des Tauchankers 14 zu bestimmen und, falls erforderlich, die Ansteuerdauer zu korrigieren. In the third block 53 During an operating cycle, a prolonged test activation of the magnet coil takes place regularly 17 to the current duration until the stop of the plunger anchor 14 to determine and, if necessary, to correct the driving time.

Entsprechend einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird in dem zweiten Block 52 die Versorgungsspannung der Magnetspule 17 entsprechend eines in einer Steuereinheit hinterlegten Magnetkraftkennfeldes 40 so weit reduziert, dass der Tauchanker 14 den Ankeranschlag 12 gerade nicht erreicht. Im dritten Block 53 wird regelmäßig die Versorgungsspannung während einer Testansteuerung erhöht, um die Dauer bis zum Anschlag des Tauchankers zu überprüfen und die Höhe der reduzierten Versorgungsspannung gegebenenfalls erneut festzulegen. According to an alternative embodiment of the invention, in the second block 52 the supply voltage of the solenoid 17 according to a stored in a control unit magnetic force map 40 so far reduced that the plunger anchor 14 the anchor stop 12 just not reached. In the third block 53 the supply voltage is regularly increased during a test drive in order to check the duration until the stop of the plunger armature and, if necessary, to set the height of the reduced supply voltage again.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102007028059 B4 [0005]
DE 102011088701 A1 [0006]
DE 19719602 A1 [0007]

Claims

Method for controlling an electromagnetic actuator ( 10 ) with a plunger anchor ( 14 ) and a magnetic coil ( 17 ), wherein the actuator ( 10 ) for each lifting movement of the plunger ( 14 ) by a for a drive time to the solenoid coil ( 17 ) applied supply voltage and wherein a time ( 24 ) of a stop of the plunger anchor ( 14 ) at an anchor stop ( 12 ) is determined, characterized in that on the basis of the determined time ( 24 ) of the stop of the plunger anchor ( 14 ) at the anchor stop ( 12 ) the activation duration for one or more subsequent strokes of the actuator ( 10 ) is shortened so far that the plunger anchor ( 14 ) no longer at the anchor stop ( 12 ) strikes.

A method according to claim 1, characterized in that the shortened driving time is selected so that the plunger armature ( 14 ) the anchor stop ( 12 ) just not reached.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the shortened driving time of the subsequent strokes or to a duration ( 26 ) between the beginning of the activation and the time ( 24 ) of the stop of the plunger anchor ( 14 ) at the anchor stop ( 12 ) minus a haircut.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that subsequent strokes with a shortened driving time to a stop of the plunger anchor ( 14 ) and that in the event of a proven stop by the plunger anchor ( 14 ) the driving time for one or more subsequent strokes is further shortened.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that at intervals the shortened driving time is extended again, that subsequently the time ( 24 ) of the stop of the plunger anchor ( 14 ) is determined and that for one or more subsequent strokes a new shortened driving time is determined and applied.

Method for controlling an electromagnetic actuator ( 10 ) with a plunger anchor ( 14 ) and a magnetic coil ( 17 ), wherein the actuator ( 10 ) for each lifting movement of the plunger ( 14 ) by a for a drive time to the solenoid coil ( 17 ) applied supply voltage and wherein a time ( 24 ) of a stop of the plunger anchor ( 14 ) at an anchor stop ( 12 ) is determined, characterized in that on the basis of the determined time ( 24 ) of the stop of the plunger anchor ( 14 ) at the anchor stop ( 12 ) the supply voltage for one or more subsequent strokes of the actuator ( 10 ) is reduced so far that the plunger ( 14 ) no longer at the anchor stop ( 12 ) strikes.

A method according to claim 6, characterized in that subsequent strokes with reduced supply voltage to a stop of the plunger anchor ( 14 ) and that in the event of a proven stop by the plunger anchor ( 14 ) the supply voltage for one or more subsequent strokes is further reduced.

A method according to claim 6 or 7, characterized in that at intervals the reduced supply voltage is heard again, that subsequently the time ( 24 ) of the stop of the plunger anchor ( 14 ) and that for one or more subsequent strokes a new reduced supply voltage is determined and applied.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the stop of the plunger anchor ( 14 ) to an anchor stop ( 12 ) from a current course ( 23 ) of the during the driving time through the magnetic coil ( 17 ) flowing current is determined.

Control unit for controlling an electromagnetic actuator ( 10 ) with a plunger anchor ( 14 ) and a magnetic coil ( 17 ), wherein the control unit controls the actuator ( 10 ) for each lifting movement of the plunger ( 14 ) by a for a drive time to the solenoid coil ( 17 ) applied supply voltage, wherein the control unit a current waveform ( 23 ) one during the driving time through the magnetic coil ( 17 ) and the control unit has a time ( 24 ) of a stop of the plunger anchor ( 14 ) at an anchor stop ( 12 ) from the current course ( 23 ) of the during the driving time through the magnetic coil ( 17 ), characterized in that the control unit has a processing device and that the processing device is designed to use the determined time ( 24 ) of the stop of the plunger anchor ( 14 ) at the anchor stop ( 12 ) the drive time and / or the supply voltage for one or more subsequent strokes of the actuator ( 10 ) so far that the plunger anchor ( 14 ) no longer at the anchor stop ( 12 ) strikes.