DE102015112562A1

DE102015112562A1 - Elektromagnet

Info

Publication number: DE102015112562A1
Application number: DE102015112562.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Hoja; Jürgen Heinzmann
Original assignee: SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG
Current assignee: SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG
Priority date: 2015-07-30
Filing date: 2015-07-30
Publication date: 2017-02-02
Also published as: IT201600079509A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lageregelung sowie ein Verfahren zur Einstellung einer Rückstellkraft, wobei eine mechanische Feder mittels einer durch eine Spule auf einen Anker eines Elektromagneten ausgeübten Kraft nachgebildet werden kann. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Elektromagneten und eine Steuerungsvorrichtung zur Ausführung eines solchen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lageregelung eines Elektromagneten, wobei der Elektromagnet zumindest einen Anker aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Einstellung einer Rückstellkraft auf einen Anker eines Elektromagneten, einen Elektromagneten und eine Steuerungsvorrichtung.
Elektromagnete können für unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise zur Betätigung von Ventilen in Getrieben von Kraftfahrzeugen. Elektromagnete weisen insbesondere einen Anker auf, welcher durch eine Magnetkraft entlang einer Ankerbewegungslinie begrenzt bewegt werden kann. Zur Erzeugung einer solchen Magnetkraft ist typischerweise eine Spule vorgesehen, welche gezielt mit Strom beaufschlagbar ist.
Typische Elektromagnete sind so ausgelegt, dass der Anker mittels des Elektromagneten in eine bestimmte Richtung bewegt wird. Zur Rückstellung, also zur Bewegung in die entgegengesetzte Richtung, ist hingegen eine mechanische Feder vorgesehen, welche eine Rückstellkraft auf den Anker ausübt.
Eine solche mechanische Rückstellfeder erfordert jedoch einen vorgesehenen Einbauraum, was die Dimensionen des Elektromagneten vergrößert. Außerdem kann sie im Laufe der Zeit ihre Festigkeit verlieren und muss dann ausgewechselt werden, was aufwändig ist, oder führt gar zu einem Ausfall des gesamten Elektromagneten.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, Mechanismen zum Ersatz einer mechanischen Feder in einem Elektromagneten bereitzustellen.
Dies wird erfindungsgemäß durch Verfahren, Elektromagnete und eine Steuerungsvorrichtung gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind beispielsweise in den jeweiligen Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung betrifft gemäß einem ersten Verfahrensaspekt ein Verfahren zur Lageregelung eines Ankers eines Elektromagneten. Der Elektromagnet weist zumindest den Anker sowie eine erste Spule und eine zweite Spule auf. Die Spulen sind zum Antrieb des Ankers entlang einer Ankerbewegungslinie ausgebildet.
Bei dem Anker handelt es sich insbesondere um ein Element, welches innerhalb des Elektromagneten entlang der Ankerbewegungslinie begrenzt beweglich angeordnet ist und welches derart ausgebildet ist, dass es mit von den Spulen erzeugten Magnetfeldern wechselwirken kann, so dass eine antreibende Kraft auf den Anker ausgeübt wird. Der Anker kann mit einer Ankerstange verbunden sein, welche nach außen aus dem Elektromagneten heraus geführt wird und zum Antreiben einer externen Einrichtung wie beispielsweise eines Ventils dient.
Die Spulen sind typischerweise mit Strom beaufschlagbar und erzeugen dann ein jeweiliges Magnetfeld. Sie können insbesondere rotationssymmetrisch ausgebildet sein, wobei jeweilige Rotationsachsen bevorzugt identisch sind und weiter bevorzugt parallel zur Ankerbewegungsrichtung sind.
Das Verfahren weist folgende Schritte, insbesondere Abfolge von Schritten, zur Bewegung des Ankers in einer ersten Richtung auf:

– Beaufschlagen der ersten Spule mit Strom zum Antrieb des Ankers in die erste Richtung, und
– Beaufschlagen der zweiten Spule mit Strom zum Abbremsen des Ankers bei seiner Bewegung in der ersten Richtung.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, auf den Einbau einer mechanischen Feder in den Elektromagneten zu verzichten. Der hierfür benötigte Bauraum kann somit eingespart werden. Des Weiteren entfällt das Erfordernis, die mechanische Feder auszutauschen und hierfür den Elektromagneten kompliziert zu zerlegen.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass die von einer Spule auf einen Anker ausgeübte Kraft gesteuert werden kann, wohingegen sich eine mechanische Feder grundsätzlich entsprechend einer Federkennlinie verhält, welche nach Einbau der Feder in einen Elektromagneten nicht mehr verändert werden kann. Außerdem unterliegt die Federkennlinie einer mechanischen Feder einer zeitlichen Veränderung aufgrund von Alterungs- und Abnützungserscheinungen, welche bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht auftreten.
Die Beaufschlagung der ersten Spule dient typischerweise dazu, den Anker in die Richtung anzutreiben, in welche der Anker auch bei Vorhandensein einer mechanischen Feder angetrieben werden würde. Beispielsweise kann damit ein außerhalb des Elektromagneten angeordnetes Ventil geöffnet oder geschlossen werden.
Die Beaufschlagung der zweiten Spule dient demgegenüber zum Abbremsen des Ankers. Die zweite Spule hat somit eine ähnliche oder identische Wirkung wie eine mechanische Feder bei Elektromagneten gemäß dem Stand der Technik. Es kann auch davon gesprochen werden, dass mittels der zweiten Spule eine mechanische Feder simuliert wird.
Bevorzugt wird dabei die zweite Spule erst nach der ersten Spule mit Strom beaufschlagt. Dies erlaubt es, zunächst den Anker zu beschleunigen, ohne ihm eine Gegenkraft entgegenzusetzen, und ihn erst dann mittels der zweiten Spule abzubremsen. Damit kann ein schnelleres Ansprechverhalten erreicht werden, da zunächst nur die gewünschte beschleunigende Kraft auf den Anker wirkt. Es sei erwähnt, dass dieser Vorteil auch im Vergleich zu einer mechanischen Feder gilt, da diese bei Ausführungen gemäß dem Stand der Technik typischerweise immer an dem Anker anliegt und somit auch grundsätzlich eine Kraft auf ihn ausübt.
Es sei jedoch erwähnt, dass es grundsätzlich auch möglich ist, die zweite Spule gleichzeitig mit der Beaufschlagung der ersten Spule zu beaufschlagen, also insbesondere gleichzeitig zu beginnen. Die Beaufschlagung der zweiten Spule kann dabei beispielsweise schwächer sein oder es kann aufgrund sonstiger Parameter eine schwächere Kraft durch die zweite Spule auf den Anker ausgeübt werden als durch die erste Spule, damit sich der Anker wie gewünscht bewegt.
Geschickter Weise werden die erste Spule und die zweite Spule zumindest für einen gewissen Zeitraum gleichzeitig mit Strom beaufschlagt. Dies kann verwendet werden, um auf den Anker gleichzeitig eine beschleunigende und eine abbremsende Kraft auszuüben. Damit kann beispielsweise ein gleitender Übergang zwischen Beschleunigung und Abbremsung erreicht werden, was ruckartige Bewegungen oder plötzliche Änderungen von Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Ankers vermeidet.
Beispielsweise kann die Beaufschlagung der ersten Spule kontinuierlich verringert werden und gleichzeitig die Beaufschlagung der zweiten Spule kontinuierlich erhöht werden. Dies erlaubt einen besonders gleitenden Übergang.
Es sei jedoch erwähnt, dass auch unmittelbar von einer ausschließlichen Beaufschlagung der ersten Spule zu einer unmittelbaren Beaufschlagung der zweiten Spule übergegangen werden kann. Dies kann insbesondere bei einer gewünschten sehr schnellen Ankerbewegung von Vorteil sein.
Bevorzugt wird die zweite Spule abhängig von der Position des Ankers entlang der Ankerbewegungslinie mit Strom beaufschlagt. Dies ermöglicht eine Reaktion auf die aktuelle Position des Ankers und eine entsprechend angepasste Wirkung der durch die zweite Spule auf den Anker ausgeübten Kraft.
In einer alternativen, besonders einfachen Implementierung kann jedoch auch die zweite Spule mit einem konstanten, also insbesondere von der Position des Ankers unabhängigen Strom beaufschlagt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass die zweite Spule entsprechend einer Kraftkennlinie mit Strom beaufschlagt wird. Die Kraftkennlinie gibt typischerweise einen Strom, mit welchem die zweite Spule zu beaufschlagen ist, oder eine auf den Anker auszuübende Kraft in Abhängigkeit von der Position des Ankers vor. Bei der Kraftkennlinie kann es sich insbesondere um eine Federkennlinie handeln.
Eine solche Kraftkennlinie ermöglicht eine besonders ausgeprägte Kontrolle der Kraft, welche von der zweiten Spule auf den Anker ausgeübt wird. Damit können unterschiedliche Charakteristika realisiert werden. Beispielsweise kann eine typische Charakteristik einer mechanischen Feder nachempfunden werden, welche typischerweise auf dem Hook‘schen Gesetz basiert. In einer solchen Ausführung kann beispielsweise die Federkonstante variiert werden, indem eine entsprechende Kraftkennlinie vorgegeben wird. Insbesondere in dem Fall, in welchem die Kraftkennlinie eine mechanische Feder nachempfindet, kann von einer Federkennlinie gesprochen werden.
Die Kraftkennlinie kann jedoch auch dazu verwendet werden, eine andere Charakteristik als diejenige einer mechanischen Feder vorzusehen. Es kann beispielsweise auf beliebige Funktionen, Algorithmen oder Tabellen aufgebaut werden, um die Kennlinie an eine bestimmte Anwendung anzupassen.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verfahren ferner zur Bewegung des Ankers in eine zweite Richtung ausgeführt wird, welche der ersten Richtung entgegengesetzt ist, wobei hierbei vorzugsweise die Beaufschlagungen der ersten Spule und der zweiten Spule vertauscht werden. Damit kann der Anker auch in entgegengesetzter Richtung bewegt werden, wobei auf die gleichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zurückgegriffen werden kann, wie andernorts erläutert. Im Fall der Vertauschung können insbesondere alle für die erste Spule getroffenen Aussagen für die zweite Spule entsprechend angewendet werden, und alle für die zweite Spule getroffenen Aussagen können für die erste Spule entsprechend angewendet werden. Die zweite Spule kann in diesem Fall insbesondere den Anker beschleunigen und die erste Spule kann ihn abbremsen, ähnlich wie eine mechanische Feder.
Vorteilhafterweise erzeugt die erste Spule bei Beaufschlagung mit Strom ein erstes Magnetfeld und die zweite Spule erzeugt bei Beaufschlagung mit Strom ein zweites Magnetfeld, wobei das erste Magnetfeld ein erstes betragsmäßiges Maximum hat und das zweite Magnetfeld ein zweites betragsmäßiges Maximum hat, und wobei das erste Maximum und das zweite Maximum entlang der Ankerbewegungslinie voneinander beabstandet sind. Damit kann erreicht werden, dass entlang der Ankerbewegungslinie unterschiedliche Abschnitte ausgebildet werden, in welchen die erste bzw. die zweite Spule schon aufgrund der Konzeption unterschiedlich stark wirken. Typischerweise wird ein Maximum des ersten Magnetfelds in einem Bereich liegen, in welchem der Anker beschleunigt werden soll, wohingegen das Maximum des zweiten Magnetfelds in einem Bereich liegen wird, in welchem der Anker abgebremst werden soll. Dies erleichtert den Betrieb des Elektromagneten.
Der Anker kann insbesondere bei Beaufschlagung der ersten Spule und der zweiten Spule zum Stillstand abgebremst und anschließend in einer vorgegebenen Position gehalten werden. Damit kann beispielsweise ein an den Anker angeschlossenes Element, beispielsweise ein Ventil, in einer bestimmten Stellung gehalten werden. Die vorgegebene Position ist dabei bevorzugt verschieden von jeweiligen Endpositionen des Ankers.
Die Erfindung betrifft des Weiteren gemäß einem zweiten Verfahrensaspekt ein Verfahren zur Einstellung einer Rückstellkraft auf einen Anker eines Elektromagneten. Der Elektromagnet weist zumindest den Anker sowie eine Spule auf, welche zum Ausüben einer Kraft auf den Anker zur Bewegung entlang einer Ankerbewegungslinie ausgebildet ist.
Das Verfahren weist folgende Schritte, insbesondere folgende Abfolge von Schritten, auf:

– Bestimmen der Position des Ankers entlang der Ankerbewegungslinie,
– Ermitteln eines Stroms, mit welchem die Spule zu beaufschlagen ist, in Abhängigkeit von der Position mittels einer Kraftkennlinie, insbesondere einer Federkennlinie, und
– Beaufschlagen der Spule mit dem ermittelten Strom.

Dies entspricht einer Verallgemeinerung des gemäß dem ersten Verfahrensaspekt vorgeschlagenen Konzepts, eine mechanische Feder in einem Elektromagneten durch eine in geeigneter Weise stromdurchflossene Spule nachzubilden bzw. zu ersetzen.
Es wurde erkannt, dass sich dieses Konzept nicht nur in dem Fall anwenden lässt, in welchem die abzubremsende Bewegung des Ankers durch eine andere Spule des Elektromagneten induziert wird. Vielmehr kann das Konzept auch in Fällen angewendet werden, in welchen diese Bewegung durch von außerhalb des Elektromagneten herrührende Einflüsse induziert wird. Beispielsweise kann der Anker über eine angeschlossene Ankerstange mit einem sich bewegenden Teil verbunden werden, welches abgebremst werden soll. So kann ein Elektromagnet, welcher das Verfahren gemäß dem zweiten Verfahrensaspekt implementiert, beispielsweise als Federung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Dabei profitiert das System vom Fehlen des Verschleißteils einer mechanischen Feder sowie von der Veränderbarkeit und der freien Vorgebbarkeit der Kraftkennlinie.
Bevorzugt wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Position des Ankers entlang der Ankerbewegungslinie mittels eines Positionssensors überwacht. Dies ermöglicht die genaue Erfassung der Position des Ankers. Der Positionssensor kann beispielsweise optisch, mechanisch, magnetisch, induktiv, resistiv oder auf andere Arten ausgeführt sein. Es kann sich beispielsweise um einen optischen Sensor, einen Wirbelstromsensor, einen Hall-Sensor, einen magnetoresistiven Sensor oder um einen resistiven Sensor handeln. Der Positionssensor kann insbesondre mit einer Steuerungsvorrichtung verbunden sein, welche die Beaufschlagung der zweiten Spule und ggf. auch der ersten Spule steuert.
Es sei erwähnt, dass das Konzept des Positionssensors bei beiden hierin offenbarten Verfahrensaspekten anwendbar ist. Insbesondere ist es vorteilhaft anwendbar in Verbindung mit einer positionsabhängigen Steuerung der Beaufschlagung einer Spule, beispielswiese mittels einer Kraftkennlinie.
Es sei jedoch auch erwähnt, dass grundsätzlich auch die Verwendung eines zum Elektromagneten externen Positionssensors denkbar ist. Auch sei darauf hingewiesen, dass grundsätzlich beide Spulen unter Verwendung des Positionssensors gesteuert werden können.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Elektromagneten. Dieser weist einen Anker sowie eine erste Spule und eine zweite Spule auf. Die Spulen sind zum Antrieb des Ankers entlang einer Ankerbewegungslinie ausgebildet.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Elektromagnet ferner eine Steuerungsvorrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß dem ersten Verfahrensaspekt auszuführen.
Damit können die erwähnten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem ersten Verfahrensaspekt für einen Elektromagneten nutzbar gemacht werden. Hinsichtlich des Verfahrens kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
Ein solcher erfindungsgemäßer Elektromagnet kann beispielsweise zum Antrieb eines Ventils in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
Die Erfindung betrifft gemäß einem weiteren Aspekt einen Elektromagneten, welcher einen Anker sowie eine Spule aufweist, welche zum Ausüben einer Kraft auf den Anker zur Bewegung entlang einer Ankerbewegungslinie ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Elektromagnet ferner eine Steuerungsvorrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß dem zweiten Verfahrensaspekt auszuführen.
Damit können die erwähnten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem zweiten Verfahrensaspekt für einen Elektromagneten nutzbar gemacht werden. Hinsichtlich des Verfahrens kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
Ein solcher erfindungsgemäßer Elektromagnet kann beispielsweise als Federung in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist der Elektromagnet einen Positionssensor zur Erfassung der Position des Ankers auf. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Erfassung der Position des Ankers, insbesondere für die hierin beschriebenen positionsabhängigen Funktionalitäten wie beispielsweise einer Kraftkennlinie.
Vorzugsweise ist der Anker dabei mit einer Sensorstange verbunden, welche in den Positionssensor hineinragt. Dies erlaubt eine direkte und störungssichere Übertragung der Positionsinformation vom Anker auf den Positionssensor. Es sind jedoch auch andere Ausführungen denkbar, beispielsweise kann ein Getriebe oder ein Seilzug zwischen Positionssensor und Anker geschaltet sein.
Bevorzugt weist der Elektromagnet keine auf den Anker wirkende mechanische Feder auf. Es kann auch davon gesprochen werden, dass der Elektromagnet federfrei ausgebildet ist. Dies erlaubt die bereits weiter oben erwähnten Vorteile des Verzichts auf eine Feder.
Es sei jedoch erwähnt, dass es grundsätzlich auch möglich ist, in einem erfindungsgemäßen Elektromagneten oder bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine mechanische Feder im Elektromagneten vorzusehen. Dies kann die Wirkungen einer mechanischen Feder mit denjenigen einer simulierten bzw. nachgebildeten Feder kombinieren.
In der Steuerungsvorrichtung kann insbesondere eine zur Ausführung des Verfahrens verwendete Kraftkennlinie, insbesondere eine Federkennlinie gespeichert sein. Die Kraftkennlinie kann insbesondere einen Strom, mit welchem die Spule, die zweite Spule oder die erste Spule zu beaufschlagen ist, oder eine auf den Anker auszuübende Kraft in Abhängigkeit von der Position des Ankers vorgeben.
Dies erlaubt die bereits weiter oben beschrieben Vorteile in Zusammenhang mit einer Kraftkennlinie.
Es sei erwähnt, dass die Kraftkennlinie beispielsweise als mathematische Funktion, als Tabelle, als Datenbank, als Zugriffsregel auf eine Datenbank, als Algorithmus oder in anderer geeigneter Weise angegeben werden kann.
Die Kraftkennlinie kann beispielsweise derart ausgeführt sein, dass für jede in Frage kommende Position des Ankers ein Strom angegeben wird, welcher durch die Spule, die erste Spule oder die zweite Spule fließen soll. Dies erlaubt die direkte Verwendung dieses Stroms als Vorgabe für eine Stromsteuerung der Spulen. Auf laufende Berechnungen kann verzichtet werden.
Die Kraftkennlinie kann jedoch beispielsweise auch derart ausgeführt sein, dass für jede in Frage kommende Position des Ankers eine Kraft angegeben wird, welche auf den Anker ausgeübt werden soll. In diesem Fall kann die Steuerungsvorrichtung aus der vorgegebenen Kraft den Strom berechnen, mit welchem die Spule, die erste Spule oder die zweite Spule beaufschlagt werden soll. Dies erfordert zwar eine umfangreichere Berechnung, ermöglicht jedoch auch die Berücksichtigung weiterer Parameter. Beispielsweise kann eine aktuelle Temperatur der jeweiligen Spule berücksichtigt werden, so dass die durch die Kraftkennlinie vorgegebene Kraft unabhängig von einer Temperatur der Spule ausgeübt wird.
Die Steuerungsvorrichtung ist bevorzugt dazu konfiguriert, die Kraftkennlinie ansprechend auf ein empfangenes Signal zu ändern. Insbesondere kann sie aus einer Mehrzahl gespeicherter Kraftkennlinien auswählen oder die Kraftkennlinie durch eine empfangene Kraftkennlinie ersetzen. Die Steuerungsvorrichtung kann hierzu beispielsweise eine Schnittstelle aufweisen.
Eine solche Ausführung ermöglicht eine einfache situative Anpassung der Kraftkennlinie. Damit kann beispielsweise auf unterschiedliche Betriebssituationen, Belastungssituationen, Parameter, Temperatur oder andere Merkmale einer durch den Elektromagneten betätigten oder damit verbundenen Einrichtung reagiert werden.
Bei Verwendung des Elektromagneten zum Antrieb eines Ventils kann beispielsweise die Kraftkennlinie abhängig von einem an das Ventil anliegenden Druck verändert werden, um unterschiedlichen Erfordernissen an die Dämpfung Rechnung zu tragen.
Bei Verwendung des Elektromagneten als Federung kann beispielsweise die Härte der Federung eingestellt werden. Damit kann sich die Federung insbesondere unterschiedlichen Beladungszuständen oder Geschwindigkeiten eines Fahrzeugs, unterschiedlichen Fahrbahnbeschaffenheiten oder unterschiedlichen gewünschten Fahrmodi anpassen.
Eine Änderung einer Kraftkennlinie kann auf unterschiedliche Arten erfolgen. So ist es möglich, dass die Steuerungsvorrichtung eine Information empfängt, welche eine spezifische Veränderung angibt, beispielsweise dass die derzeit verwendete Kraftkennlinie mit einem Faktor multipliziert oder um einen bestimmten Wert erhöht oder vermindert werden soll. Die Steuerungsvorrichtung kann auch mehrere unterschiedliche Kraftkennlinien gespeichert haben, und kann eine Information empfangen, welche der gespeicherten Kraftkennlinien zukünftig verwendet werden soll. Beispielsweise können die Kraftkennlinien hierzu durchnummeriert sein. Außerdem ist es beispielsweise möglich, dass die Steuerungsvorrichtung eine Information empfängt, welche eine vollständige neue Kraftkennlinie oder Beschreibung einer Kraftkennlinie enthält.
Grundsätzlich wird beim Ändern der Kraftkennlinie eine derzeit verwendete Kraftkennlinie durch eine andere Kraftkennlinie ersetzt. Letztere kann auch als zweite Kraftkennlinie oder neue Kraftkennlinie bezeichnet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Implementierung weist die Steuerungsvorrichtung folgendes auf:

– einen Lageregler,
– ein elektronisches Kraftkennlinienmodul,
– einen ersten Stromregler,
– einen zweiten Stromregler,
– einen Sollwertgeber,
– einen Subtrahierer,
– einen Sensoreingang,
– einen ersten Ausgang, und
– einen zweiten Ausgang.

Der Sensoreingang ist dabei mit einem negativen Eingang des Subtrahierers sowie mit dem elektronischen Kraftkennlinienmodul verbunden. Der Sollwertgeber ist mit einem positiven Eingang des Subtrahierers verbunden.
Ein Ausgang des Subtrahierers ist mit dem Lageregler verbunden. Der Lageregler ist wiederum mit dem ersten Stromregler und vorzugsweise auch mit dem zweiten Stromregler verbunden.
Das elektronische Kraftkennlinienmodul ist mit dem zweiten Stromregler und vorzugsweise auch mit dem ersten Stromregler verbunden.
Der erste Stromregler ist mit dem ersten Ausgang verbunden. Der zweite Stromregler ist mit dem zweiten Ausgang verbunden.
Der erste Ausgang ist mit der ersten Spule verbunden. Der zweite Ausgang ist mit der zweiten Spule verbunden. Der Sensoreingang ist mit dem Positionssensor verbunden.
Eine solche Ausführung einer Steuerungsvorrichtung hat sich für typische Anwendungen als vorteilhaft erwiesen.
Der Lageregler dient dabei insbesondere zur Steuerung der ersten Spule wie weiter oben beschrieben, also zum Antreiben bzw. Beschleunigen des Magneten. Er ist vorzugsweise dazu ausgebildet, abhängig von einem durch den Sollwertgeber vorgegebenen Sollwert die Lage bzw. Position des Ankers einzustellen.
Das elektronische Kraftkennlinienmodul hat bevorzugt eine Kraftkennlinie gespeichert, insbesondere gemäß einer hierin beschriebenen Ausführung. Es dient insbesondere zur Steuerung der zweiten Spule wie weiter oben beschrieben, also zum Vorsehen einer bremsenden bzw. eine mechanische Feder imitierenden Kraft.
Der Sollwertgeber gibt insbesondere einen Sollwert für die Lage bzw. Position des Ankers vor. Abhängig davon können dann der Lageregler und/oder das elektronische Kraftkennlinienmodul entsprechende Berechnungen hinsichtlich anzuwendender Kräfte und/oder hinsichtlich Ströme, mit welchen die Spulen zu beaufschlagen sind, anstellen.
Der Sollwertgeber kann dazu ausgebildet sein, einen Sollwert von außerhalb der Steuerungsvorrichtung bzw. von außerhalb des Elektromagneten zu empfangen. Damit kann der Sollwert situativ angepasst werden. Die Steuerungsvorrichtung kann jedoch beispielsweise auch Mittel zur selbständigen Neuberechnung eines Sollwerts, beispielsweise abhängig von gemessenen oder empfangenen Parametern, aufweisen.
Die Stromregler dienen insbesondere der unmittelbaren Steuerung eines durch eine jeweilige Spule fließenden Stroms. Dabei kann der erste Stromregler der ersten Spule zugeordnet sein und der zweite Stromregler kann der zweiten Spule zugeordnet sein. Die Stromregler können beispielsweise dazu ausgebildet sein, von dem Lageregler und/oder von dem elektronischen Kraftkennlinienmodul einen jeweiligen Sollwert für den Strom durch die jeweilige Spule zu erhalten und den Strom entsprechend einregeln. Dabei können beispielsweise auch Parameter wie die Temperatur der Spule berücksichtig werden. Dies kann auch indirekt erfolgen, wenn beispielsweise die Regelung des Stroms durch einen üblichen Regler, beispielsweise einen PID-Regler, erfolgt.
Die elektronische Steuerungsvorrichtung kann beispielsweise als Mikrocontroller, Mikroprozessor, ASIC, als frei programmierbarer Computer oder als andere programmierbare oder fest verdrahtete Einrichtung ausgeführt sein. Sie kann insbesondere Speichermittel und Prozessormittel aufweisen, wobei in den Speichermitteln Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung sich die Prozessormittel in definierter Art und Weise verhalten, beispielsweise ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine elektronische Steuerungsvorrichtung, welche dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Damit können die weiter oben erwähnten Vorteile eines erfindungsgemäßen Verfahrens nutzbar gemacht werden. Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung kann insbesondere in Verbindung mit einem Elektromagneten verwendet werden, welcher eine oder zwei Spulen sowie einen Anker aufweist, und welcher insbesondere wie weiter oben beschrieben ausgeführt ist.
Mit Bezug auf die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung sei darauf hingewiesen, dass alle hierin mit Bezug auf eine Steuerungsvorrichtung als Bestandteil eines Elektromagneten offenbarten Ausführungen und Varianten entsprechend angewendet werden können. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend.
Insbesondere ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung die elektronische Steuerungsvorrichtung dazu konfiguriert, die Kraftkennlinie ansprechend auf ein empfangenes Signal zu ändern, insbesondere aus einer Mehrzahl gespeicherter Kraftkennlinien auszuwählen oder durch eine empfangene Kraftkennlinie zu ersetzen.
Damit können die weiter oben bereits beschriebenen Vorteile erreicht werden. Bezüglich weiterer Details sei auf die obige Beschreibung bezüglich der Änderung von Kraftkennlinien verwiesen.
In diesem Zusammenhang wird insbesondere darauf hingewiesen, dass alle im Bezug auf die Vorrichtung beschriebenen Merkmale und Eigenschaften aber auch Verfahrensweisen sinngemäß auch bezüglich der Formulierung des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragbar und im Sinne der Erfindung einsetzbar und als mitoffenbart gelten. Gleiches gilt auch in umgekehrter Richtung, das bedeutet, nur im Bezug auf das Verfahren genannte, bauliche also vorrichtungsgemäße Merkmale können auch im Rahmen der Vorrichtungsansprüche berücksichtigt und beansprucht werden und zählen ebenfalls zur Offenbarung.
Des Weiteren umfasst die Erfindung auch die Verwendung einer Spule, welche dazu ausgebildet ist eine magnetische Kraft auf einen Anker eines Elektromagneten auszuüben, zum Zweck der Simulation bzw. Nachbildung einer mechanischen Feder oder zum Abbremsen eines Ankers.
In der Zeichnung ist die Erfindung insbesondere in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 einen Elektromagneten mit Steuerungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung des Aufbaus der Steuerungsvorrichtung von 1.
In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu über/tragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
1 zeigt einen Elektromagneten 10.
Der Elektromagnet 10 weist ein Gehäuse 13 auf. Dieses umschließt einen ersten Kern 11 und einen zweiten Kern 12, einen darin befindlichen Anker 20 sowie eine erste Spule 30 und eine zweite Spule 40. Der Anker 20 ist entlang einer Ankerbewegungslinie 21 bewegbar. An dem Anker 20 sind eine erste Ankerstange 22 und eine zweite Ankerstange 23 angebracht, welche sich parallel zur Ankerbewegungslinie 21 erstrecken.
Die erste Ankerstange 22 reicht aus dem Gehäuse 13 heraus und kann dazu verwendet werden, ein externes, nicht dargestelltes Element wie beispielsweise ein Ventil anzutreiben. Die Bewegung des Ankers 20, welche wie weiter unten näher beschrieben gesteuert werden kann, wird mittels der ersten Ankerstange 22 für solche oder andere Zwecke nutzbar gemacht.
Die Spulen 30, 40 sind um den Anker 20 herum angeordnet und sind jeweils im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Ankerbewegungslinie 21 ausgebildet.
Des Weiteren weist der Elektromagnet 10 eine elektronische Steuerungsvorrichtung 60 auf. Deren Funktionalität wird weiter unten detaillierter beschrieben werden, insbesondere mit Bezug auf 2.
Die erste Spule 30 weist einen ersten elektrischen Anschluss 31 auf. Die zweite Spule 40 weist einen zweiten elektrischen Anschluss 41 auf. Der erste elektrische Anschluss 31 ist mittels einer ersten Verbindungsleitung 32 mit einem ersten Ausgang 62 der Steuerungsvorrichtung 60 verbunden. Der zweite elektrische Anschluss 41 ist mittels einer zweiten Verbindungsleitung 42 mit einem zweiten Ausgang 63 der Steuerungsvorrichtung 60 verbunden. Damit kann die Steuerungsvorrichtung 60 die Spulen 30, 40 mit Strom beaufschlagen.
Es sei verstanden, dass die Verbindungsleitungen 32, 42 hier lediglich schematisch gezeigt sind und typischerweise jeweils zwei Phasen zur Bestromung der Spulen 30, 40 aufweisen. Alternativ können die Spulen 30, 40 jedoch auch nur mit jeweils einem Pol mit der Steuerungsvorrichtung verbunden sein, während sie mit dem jeweiligen anderen Pol mit einem Masseanschluss verbunden sind. In diesem Fall ist eine einphasige Ausführung der Verbindungsleitungen 32, 42 typischerweise ausreichend.
Bei Beaufschlagung mit Strom erzeugt jede der Spulen 30, 40 ein jeweiliges Magnetfeld. Die erste Spule 30 erzeugt dabei ein erstes Magnetfeld und die zweite Spule 40 erzeugt ein zweites Magnetfeld.
Jeweilige Maxima der Magnetfelder sind auf der Ankerbewegungslinie 21 angeordnet, sind jedoch nicht zueinander identisch, sondern sind vielmehr entlang der Ankerbewegungslinie voneinander beabstandet. Konkret ist ein Maximum 33 des ersten Magnetfelds in 1 weiter rechts angeordnet als ein Maximum 43 des zweiten Magnetfelds. Unabhängig von der tatsächlichen Beaufschlagung mit einem jeweiligen Strom sorgt die beschriebene Anordnung der Maxima 33, 43 dafür, dass auf den Anker 20 eher die erste Spule 30 wirkt, wenn sich der Anker 20 rechts von der Mitte befindet, und dass auf den Anker 20 eher die zweite Spule 40 wirkt, wenn sich der Anker 20 links von der Mitte befindet.
Mittels der Magnetfelder kann eine resultierende Kraft auf den Anker 20 ausgeübt werden, welche den Anker 20 entlang der Ankerbewegungslinie 21 bewegt. Aufgrund der Ausführung mit zwei Spulen 30, 40 kann der Anker in beiden Richtungen aktiv bewegt werden.
Der Elektromagnet 10 weist ferner einen Positionssensor 50 auf. In diesen reicht die zweite Ankerstange 23 hinein. Die zweite Ankerstange 23 kann deshalb auch als Sensorstange bezeichnet werden. Der Positionssensor 50 ist hier nicht näher spezifiziert, es kann sich beispielsweise um einen optischen Sensor, einen Wirbelstromsensor, einen Hall-Sensor, einen magnetoresistiven Sensor oder um einen resistiven Sensor handeln. Ein solcher Positionssensor 50 kann die Lage des Ankers 20 entlang der Ankerbewegungslinie 21 bestimmen.
Der Positionssensor 50 ist über eine Sensorverbindungsleitung 51 mit einem Eingang 61 der Steuerungsvorrichtung 60 verbunden, welcher als Sensoreingang ausgebildet ist. Hierdurch wird die Steuerungsvorrichtung 60 immer darüber informiert, in welcher Lage sich der Anker 20 gerade befindet.
Zum Bewegen des Ankers 20 nach links wird grundsätzlich die erste Spule 30 verwendet. Damit kann beispielsweise ein mit der ersten Ankerstange 22 verbundenes Ventil geöffnet werden.
In der elektronischen Steuerungsvorrichtung 60 ist eine Kraftkennlinie hinterlegt. Vorliegend handelt es sich dabei um eine Federkennlinie. Eine solche Kraftkennlinie weist vorliegend eine Vielzahl von Wertepaaren auf, wobei jeder Position des Ankers 20 eine Kraft zugeordnet ist, welche über die zweite Spule 40 als nach rechts gerichtete Kraft auf den Anker 20 auszuüben ist. Mittels dieser Kraft kann der Anker 20 bei einer Bewegung nach links abgebremst werden. Auf diese Weise kann eine Kraft einer tatsächlich nicht vorhandenen mechanischen Feder simuliert werden, welche bei Ausführungen gemäß dem Stand der Technik typischerweise vorhanden wäre und welche den Anker 20 nach rechts drücken würde.
In der gezeigten Ausführung kann also die erste Spule 30 dazu verwendet werden, um den Anker 20 nach links zu bewegen, und die zweite Spule 40 kann dazu verwendet werden, um den Anker 20 dabei so abzubremsen, als wäre eine nach rechts wirkende Feder vorhanden. Auf das tatsächliche Vorsehen einer mechanischen Feder kann verzichtet werden. Dies spart Kosten, Bauraum und Wartungsaufwand und ermöglicht darüber hinaus ein von mechanischen Gegebenheiten unabhängiges Einstellen der Kraftkennlinie.
In der umgekehrten Bewegungsrichtung können die Funktionalitäten von ersten Spule 30 und zweiter Spule 40 vertauscht werden. Damit lässt sich der Elektromagnet 10 in beiden Richtungen gleichermaßen betreiben.
Die Steuerungsvorrichtung 60 ist dazu ausgebildet, eine Kraftkennlinie aus einer Mehrzahl von gespeicherten Kraftkennlinien auszuwählen. Hierzu weist sie nicht näher dargestellte Eingabemittel zum Empfang eines Signals zum Auswählen einer der Kraftkennlinien auf. Damit können unterschiedliche Wirkungsweisen der zweiten Spule 40 auf den Anker 20 verwirklicht werden. Beispielsweise können unterschiedliche Härtegrade realisiert werden, wie sie beispielsweise bei Federungen von Automobilen zum Einstellen der Fahrcharakteristik verwendet werden. Im Falle der Verwendung mit einem Ventil können beispielsweise unterschiedliche Öffnungs- und Schließcharakteristika vorgesehen werden.
2 zeigt den Aufbau der Steuerungsvorrichtung 60.
Die Steuerungsvorrichtung 60 weist einen Lageregler 64, ein elektronisches Kraftkennlinienmodul 65, einen ersten Stromregler 66, einen zweiten Stromregler 67, einen Sollwertgeber 68 sowie einen Subtrahierer 69 auf. Des Weiteren sind in 2 auch der Eingang 61, der erste Ausgang 62 und der zweite Ausgang 63 dargestellt.
Der Sollwertgeber 68 ist mit einem positiven Eingang des Lagereglers 64 verbunden. Der Eingang 61 ist mit einem negativen Eingang des Subtrahierers 69 verbunden. Ein Ausgang des Subtrahierers 69 ist mit dem Lageregler 64 verbunden.
Der Sollwertgeber 68 gibt einen Sollwert an, welcher zu einer gewünschten Position des Ankers 20 korrespondiert. Somit erhält der Lageregler 64 vom Subtrahierer 69 eine Abweichung der Position des Ankers 20 vom Sollwert.
Der Eingang 61 ist nicht nur mit dem negativen Eingang des Subtrahierers 69 verbunden, sondern gleichzeitig auch mit dem elektronischen Kraftkennlinienmodul 65. Somit erhält auch das elektronische Kraftkennlinienmodul 65 die Information über die aktuelle Position des Ankers 20, welche von dem Positionssensor 50 aufgenommen wird.
Auch der Lageregler 64 ist mit dem elektronischen Kraftkennlinienmodul 65 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Lageregler 64 und dem elektronischen Kraftkennlinienmodul 65 ist dabei bidirektional.
In dem elektronischen Kraftkennlinienmodul 65 ist eine elektronische Kraftkennlinie gespeichert. Diese gibt anhand der Position des Ankers 20 bzw. der Abweichung zwischen der Position und dem Sollwert vor, welche Kraft auf den Anker 20 nach rechts auszuüben ist, um eine ähnliche Wirkung wie eine tatsächlich nicht vorhandene mechanische Feder zu erreichen.
Der Lageregler 64 ist insbesondere dazu ausgebildet, die erste Spule 30 zu steuern, um den Anker 20 nach links in eine gewünschte Position zu bewegen. Das elektronische Kraftkennlinienmodul 65 ist demgegenüber dazu ausgebildet, die zweite Spule 40 so zu steuern, dass eine definierte nach rechts gerichtete Kraft auf den Anker 20 ausgeübt wird.
Sowohl der Lageregler 64 wie auch das elektronische Kraftkennlinienmodul 65 sind jeweils mit den beiden Stromreglern 66, 67 verbunden. Damit können sie gewünschte Kraftwerte, welche die Spulen 30, 40 auf den Anker 20 ausüben sollen, anzeigen.
Die Stromregler 66, 67 berechnen anhand der von dem Lageregler 64 sowie dem elektronischen Kraftkennlinienmodul 65 erhaltenen vorgegebenen Kraftwerte jeweilige Ströme, welche durch die Spulen 30, 40 fließen sollen. Dabei ist der erste Stromregler 66 der ersten Spule 30 zugeordnet und der zweite Stromregler 67 ist der zweiten Spule 40 zugeordnet.
Der erste Stromregler 66 ist mit dem ersten Ausgang 62 verbunden und legt einen zur gewünschten Kraft entsprechenden Strom an die erste Spule 30 an. Der zweite Stromregler 67 ist mit dem zweiten Ausgang 63 verbunden und legt einen zur gewünschten Kraft entsprechenden Strom an die zweite Spule 40 an.
Somit steuert die Steuerungsvorrichtung 60 die Ströme durch die beiden Spulen 30, 40 derart, dass sich der Anker 20 in gewünschter Weise verhält, d.h. insbesondere dass er durch die erste Spule 30 in gewöhnlicher Weise nach links bewegt wird und durch die zweite Spule 40 ähnlich einer mechanischen Feder abgebremst wird.
Zur Umkehrung der Bewegung können die Funktionalitäten der Stromregler 66, 67 vertauscht werden, wozu insbesondere die in 2 eingezeichneten Verbindungen zwischen dem elektronischen Kraftkennlinienmodul 65 und dem ersten Stromregler 66 sowie zwischen dem Lageregler 64 und dem zweiten Stromregler 67 verwendet werden können. Die hierin für eine Richtung beschriebene Funktionalität kann ohne Einschränkung auch in der entgegengesetzten Richtung genutzt werden.
In dem elektronischen Kraftkennlinienmodul 65 sind eine Mehrzahl von Kraftkennlinien gespeichert. Jeder Kraftkennlinie ist eine jeweilige Nummer zugeordnet. Die Steuerungsvorrichtung 60 kann über eine nicht dargestellte Schnittstelle eine Anweisung empfangen, welche der Kraftkennlinien verwendet werden soll. Eine solche Anweisung enthält auch die Nummer der ab sofort zu verwendenden Kraftkennlinie. Somit kann ohne weiteren Aufwand die Charakteristik der von der zweiten Spule 40 auf den Anker 20 auszuübenden Kraft geändert werden.
Die gezeigten Module der Steuerungsvorrichtung 60 können beispielsweise als Softwaremodule oder auch als hardwaremäßig abgrenzbare Module ausgeführt werden.
Nachfolgend werden mögliche Merkmale des Vorschlages strukturiert wiedergegeben. Die nachfolgenden strukturiert wiedergegebenen Merkmale können beliebig untereinander kombiniert werden und können in beliebiger Kombination in die Ansprüche der Anmeldung aufgenommen werden. Dem Fachmann ist klar, dass sich die Erfindung bereits aus dem Gegenstand mit den wenigsten Merkmalen ergibt. Insbesondere sind nachfolgend vorteilhafte oder mögliche Ausgestaltungen, nicht jedoch die einzig möglichen Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.
Die Erfindung umfasst:
Ein Verfahren zur Lageregelung eines Ankers eines Elektromagneten, wobei der Elektromagnet zumindest den Anker sowie eine erste Spule und eine zweite Spule aufweist, welche zum Antrieb des Ankers entlang einer Ankerbewegungslinie ausgebildet sind und das Verfahren folgende Schritte, insbesondere Abfolge von Schritten, zur Bewegung des Ankers in einer ersten Richtung aufweist:

Das zuvor genannte Verfahren, wobei die zweite Spule erst nach der ersten Spule mit Strom beaufschlagt wird.
Das zuvor genannte Verfahren, wobei die erste Spule und die zweite Spule zumindest für einen gewissen Zeitraum gleichzeitig mit Strom beaufschlagt werden.
Das zuvor genannte Verfahren, wobei die zweite Spule abhängig von der Position des Ankers entlang der Ankerbewegungslinie mit Strom beaufschlagt wird.
Das zuvor genannte Verfahren, wobei die zweite Spule entsprechend einer Kraftkennlinie, insbesondere einer Federkennlinie, mit Strom beaufschlagt wird, wobei die Kraftkennlinie einen Strom, mit welchem die zweite Spule zu beaufschlagen ist, oder eine auf den Anker auszuübende Kraft in Abhängigkeit von der Position des Ankers vorgibt.
Das zuvor genannte Verfahren, wobei das Verfahren ferner zur Bewegung des Ankers in eine zweite Richtung ausgeführt wird, welche der ersten Richtung entgegengesetzt ist, wobei hierbei die Beaufschlagungen der ersten Spule und der zweiten Spule vertauscht werden.
Das zuvor genannte Verfahren, wobei die erste Spule bei Beaufschlagung mit Strom ein erstes Magnetfeld erzeugt und die zweite Spule bei Beaufschlagung mit Strom ein zweites Magnetfeld erzeugt, wobei das erste Magnetfeld ein erstes betragsmäßiges Maximum hat und das zweite Magnetfeld ein zweites betragsmäßiges Maximum hat, und wobei das erste Maximum und das zweite Maximum entlang der Ankerbewegungslinie voneinander beabstandet sind.
Das zuvor genannte Verfahren, wobei der Anker bei Beaufschlagung der ersten Spule und der zweiten Spule zum Stillstand abgebremst und anschließend in einer vorgegebenen Position gehalten wird.
Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Verfahren zur Einstellung einer Rückstellkraft auf einen Anker eines Elektromagneten, wobei der Elektromagnet zumindest den Anker sowie eine Spule aufweist, welche zum Ausüben einer Kraft auf den Anker zur Bewegung entlang einer Ankerbewegungslinie ausgebildet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte, insbesondere folgende Abfolge von Schritten, aufweist:

Das zuvor genannte Verfahren, wobei die Position des Ankers entlang der Ankerbewegungslinie mittels eines Positionssensors überwacht wird.
Die Erfindung umfasst des Weiteren einen Elektromagneten, aufweisend einen Anker sowie eine erste Spule und eine zweite Spule, welche zum Antrieb des Ankers entlang einer Ankerbewegungslinie ausgebildet sind, wobei der Elektromagnet ferner eine Steuerungsvorrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, ein Verfahren wie weiter oben genannt auszuführen.
Die Erfindung umfasst des Weiteren einen Elektromagneten, aufweisend einen Anker sowie eine Spule, welche zum Ausüben einer Kraft auf den Anker zur Bewegung entlang einer Ankerbewegungslinie ausgebildet ist, wobei der Elektromagnet ferner eine Steuerungsvorrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, ein Verfahren wie weiter oben genannt auszuführen.
Der zuvor genannte Elektromagnet, wobei der Elektromagnet einen Positionssensor zur Erfassung der Position des Ankers aufweist, wobei vorzugsweise der Anker mit einer Sensorstange verbunden ist, welche in den Positionssensor hineinragt.
Der zuvor genannte Elektromagnet, wobei der Elektromagnet keine auf den Anker wirkende mechanische Feder aufweist.
Der zuvor genannte Elektromagnet, wobei in der Steuerungsvorrichtung eine zur Ausführung des Verfahrens verwendete Kraftkennlinie, insbesondere eine Federkennlinie, gespeichert ist, wobei die Kraftkennlinie einen Strom, mit welchem die Spule, die zweite Spule oder die erste Spule zu beaufschlagen ist, oder eine auf den Anker auszuübende Kraft in Abhängigkeit von der Position des Ankers vorgibt.
Der zuvor genannte Elektromagnet, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu konfiguriert ist, die Kraftkennlinie ansprechend auf ein empfangenes Signal zu ändern, insbesondere aus einer Mehrzahl gespeicherter Kraftkennlinien auszuwählen oder durch eine empfangene Kraftkennlinie zu ersetzen.
Der zuvor genannte Elektromagnet, wobei die Steuerungsvorrichtung folgendes aufweist:

– einen Lageregler,
– ein elektronisches Kraftkennlinienmodul,
– einen ersten Stromregler,
– einen zweiten Stromregler,
– einen Sollwertgeber,
– einen Subtrahierer,
– einen Sensoreingang,
– einen ersten Ausgang, und
– einen zweiten Ausgang,
– wobei der Sensoreingang mit einem negativen Eingang des Subtrahierers sowie mit dem elektronischen Kraftkennlinienmodul verbunden ist und der Sollwertgeber mit einem positiven Eingang des Subtrahierers verbunden ist,
– wobei ein Ausgang des Subtrahierers mit dem Lageregler verbunden ist,
– wobei der Lageregler mit dem ersten Stromregler und vorzugsweise auch mit dem zweiten Stromregler verbunden ist,
– wobei das elektronische Kraftkennlinienmodul mit dem zweiten Stromregler und vorzugsweise auch mit dem ersten Stromregler verbunden ist,
– wobei der erste Stromregler mit dem ersten Ausgang verbunden ist,
– wobei der zweite Stromregler mit dem zweiten Ausgang verbunden ist,
– wobei der erste Ausgang mit der ersten Spule verbunden ist,
– wobei der zweite Ausgang mit der zweiten Spule verbunden ist, und
– wobei der Sensoreingang mit dem Positionssensor verbunden ist.

Die Erfindung umfasst des Weiteren eine elektronische Steuerungsvorrichtung zur Verwendung mit einem Elektromagneten, wobei die elektronische Steuerungsvorrichtung dazu konfiguriert ist, ein Verfahren wie weiter oben genannt auszuführen.
Die zuvor genannte elektronische Steuerungsvorrichtung wobei die elektronische Steuerungsvorrichtung dazu konfiguriert ist, die Kraftkennlinie ansprechend auf ein empfangenes Signal zu ändern, insbesondere aus einer Mehrzahl gespeicherter Kraftkennlinien auszuwählen oder durch eine empfangene Kraftkennlinie zu ersetzen.
Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, dass das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist. Auch eine solche Unterkombination ist von der Offenbarung dieser Anmeldung abgedeckt.
Es ist weiter zu beachten, dass die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar. Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.
Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit als von erfindungswesentlicher Bedeutung zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den oder die unabhängigen Anspruch/Ansprüche übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.

Claims

Verfahren zur Lageregelung eines Ankers eines Elektromagneten, wobei der Elektromagnet zumindest den Anker sowie eine erste Spule und eine zweite Spule aufweist, welche zum Antrieb des Ankers entlang einer Ankerbewegungslinie ausgebildet sind und das Verfahren folgende Schritte, insbesondere Abfolge von Schritten, zur Bewegung des Ankers in einer ersten Richtung aufweist: – Beaufschlagen der ersten Spule mit Strom zum Antrieb des Ankers in die erste Richtung, und – Beaufschlagen der zweiten Spule mit Strom zum Abbremsen des Ankers bei seiner Bewegung in der ersten Richtung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spule erst nach der ersten Spule mit Strom beaufschlagt wird, und/oder die erste Spule und die zweite Spule zumindest für einen gewissen Zeitraum gleichzeitig mit Strom beaufschlagt werden, und/oder die zweite Spule abhängig von der Position des Ankers entlang der Ankerbewegungslinie mit Strom beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spule entsprechend einer Kraftkennlinie, insbesondere einer Federkennlinie, mit Strom beaufschlagt wird, wobei die Kraftkennlinie einen Strom, mit welchem die zweite Spule zu beaufschlagen ist, oder eine auf den Anker auszuübende Kraft in Abhängigkeit von der Position des Ankers vorgibt, und/oder das Verfahren ferner zur Bewegung des Ankers in eine zweite Richtung ausgeführt wird, welche der ersten Richtung entgegengesetzt ist, wobei hierbei die Beaufschlagungen der ersten Spule und der zweiten Spule vertauscht werden, und/oder die erste Spule bei Beaufschlagung mit Strom ein erstes Magnetfeld erzeugt und die zweite Spule bei Beaufschlagung mit Strom ein zweites Magnetfeld erzeugt, wobei das erste Magnetfeld ein erstes betragsmäßiges Maximum hat und das zweite Magnetfeld ein zweites betragsmäßiges Maximum hat, und wobei das erste Maximum und das zweite Maximum entlang der Ankerbewegungslinie voneinander beabstandet sind, und/oder der Anker bei Beaufschlagung der ersten Spule und der zweiten Spule zum Stillstand abgebremst und anschließend in einer vorgegebenen Position gehalten wird.
Verfahren zur Einstellung einer Rückstellkraft auf einen Anker eines Elektromagneten, wobei der Elektromagnet zumindest den Anker sowie eine Spule aufweist, welche zum Ausüben einer Kraft auf den Anker zur Bewegung entlang einer Ankerbewegungslinie ausgebildet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte, insbesondere folgende Abfolge von Schritten, aufweist: – Bestimmen der Position des Ankers entlang der Ankerbewegungslinie, – Ermitteln eines Stroms, mit welchem die Spule zu beaufschlagen ist, in Abhängigkeit von der Position mittels einer Kraftkennlinie, insbesondere einer Federkennlinie, und – Beaufschlagen der Spule mit dem ermittelten Strom.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Ankers entlang der Ankerbewegungslinie mittels eines Positionssensors überwacht wird.
Elektromagnet, aufweisend einen Anker (20) sowie eine erste Spule (30) und eine zweite Spule (40), welche zum Antrieb des Ankers (20) entlang einer Ankerbewegungslinie (21) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (10) ferner eine Steuerungsvorrichtung (60) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach Anspruch 1 oder einem davon abhängigen Anspruch auszuführen.
Elektromagnet, aufweisend einen Anker (20) sowie eine Spule (30, 40), welche zum Ausüben einer Kraft auf den Anker (20) zur Bewegung entlang einer Ankerbewegungslinie (21) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (10) ferner eine Steuerungsvorrichtung (60) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch auszuführen.
Elektromagnet nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (10) einen Positionssensor (50) zur Erfassung der Position des Ankers (20) aufweist, wobei vorzugsweise der Anker (20) mit einer Sensorstange (23) verbunden ist, welche in den Positionssensor (50) hineinragt, und/oder der Elektromagnet (10) keine auf den Anker (20) wirkende mechanische Feder aufweist, und/oder in der Steuerungsvorrichtung (60) eine zur Ausführung des Verfahrens verwendete Kraftkennlinie, insbesondere eine Federkennlinie, gespeichert ist, wobei die Kraftkennlinie einen Strom, mit welchem die Spule (30, 40), die zweite Spule (40) oder die erste Spule (30) zu beaufschlagen ist, oder eine auf den Anker (20) auszuübende Kraft in Abhängigkeit von der Position des Ankers (20) vorgibt, und/oder die Steuerungsvorrichtung (60) dazu konfiguriert ist, die Kraftkennlinie ansprechend auf ein empfangenes Signal zu ändern, insbesondere aus einer Mehrzahl gespeicherter Kraftkennlinien auszuwählen oder durch eine empfangene Kraftkennlinie zu ersetzen.
Elektromagnet nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (60) folgendes aufweist: – einen Lageregler (64), – ein elektronisches Kraftkennlinienmodul (65), – einen ersten Stromregler (66), – einen zweiten Stromregler (67), – einen Sollwertgeber (68), – einen Subtrahierer (69), – einen Sensoreingang (61), – einen ersten Ausgang (62), und – einen zweiten Ausgang (63), – wobei der Sensoreingang (61) mit einem negativen Eingang des Subtrahierers (69) sowie mit dem elektronischen Kraftkennlinienmodul (65) verbunden ist und der Sollwertgeber (68) mit einem positiven Eingang des Subtrahierers (69) verbunden ist, – wobei ein Ausgang des Subtrahierers (69) mit dem Lageregler (64) verbunden ist, – wobei der Lageregler (64) mit dem ersten Stromregler (66) und vorzugsweise auch mit dem zweiten Stromregler (67) verbunden ist, – wobei das elektronische Kraftkennlinienmodul (65) mit dem zweiten Stromregler (67) und vorzugsweise auch mit dem ersten Stromregler (66) verbunden ist, – wobei der erste Stromregler (66) mit dem ersten Ausgang (62) verbunden ist, – wobei der zweite Stromregler (67) mit dem zweiten Ausgang (63) verbunden ist, – wobei der erste Ausgang (62) mit der ersten Spule (30) verbunden ist, – wobei der zweite Ausgang (63) mit der zweiten Spule (40) verbunden ist, und – wobei der Sensoreingang (61) mit dem Positionssensor (50) verbunden ist.
Elektronische Steuerungsvorrichtung zur Verwendung mit einem Elektromagneten (10), dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerungsvorrichtung (60) dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen, wobei die elektronische Steuerungsvorrichtung (60) bevorzugt dazu konfiguriert ist, die Kraftkennlinie ansprechend auf ein empfangenes Signal zu ändern, insbesondere aus einer Mehrzahl gespeicherter Kraftkennlinien auszuwählen oder durch eine empfangene Kraftkennlinie zu ersetzen.