DE102018213998A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromagnetventils und Druckluftanlage mit einem Elektromagnetventil - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Ansteuerung eines mit einem pneumatischen Druckmittel belasteten Elektromagnetventils (20) um einen am Elektromagnetventil (20) anliegenden Druck (psys) abzubauen, wobei das Elektromagnetventil (20) stromlos eine geschlossene Schaltstellung und bei einer Bestromung mit einer von dem anliegenden Druck (psys) abhängigen Schaltstromstärke (I) eine vollständig offene Schaltstellung einnimmt, wobei ein erster Anstiegsstromendwert (I) vorbestimmt wird, welcher kleiner als die Schaltstromstärke (I) ist, wobei das Elektromagnetventil (20) mit einem Ansteuerstrom, welcher einem Ansteuerstromverlauf (SV1, SV2) folgt, bestromt wird, und dass der Ansteuerstromverlauf (SV1, SV2) eine erste Anstiegsphase (TA1), in welcher der Ansteuerstrom auf den vorbestimmten ersten Anstiegsstromendwert (I) erhöht wird, und darauf folgend eine erste Haltephase (TH1) umfasst, in welcher der Ansteuerstrom konstant auf dem ersten Anstiegsstromendwert (I) gehalten wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromagnetventils gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie eine Druckluftanlage mit einem Elektromagnetventil und einer Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens.
• Zwecks Niveauregulierung eines Kraftfahrzeuges und für ein komfortableres Fahrverhalten werden heutzutage Luftfedersysteme verwendet. Diese Druckluftanlagen verfügen im Wesentlichen über einen Verdichter/Kompressor, welcher Luft aus der Umgebung über eine pneumatische Saugleitung ansaugt, komprimiert und über weitere pneumatische Leitungen in die jeweiligen Luftfedern überführt. Des Weiteren ist in der Leitung zwischen dem Verdichter und den Luftfedern ein Trockner vorgesehen, welcher der angesaugten Luft Feuchtigkeit entzieht. Solch eine Anlage ist bzw. aus der EP 1 243 447 A2 bekannt.
• Hin und wieder wird Druckluft aus dem System in die Umgebung abgeführt, sei es um ein Absenken des Fahrzeugniveaus vorzunehmen oder einfach um den Verdichter und andere Komponenten nicht ständig unter Druck zu setzen, damit deren Lebensdauerbeständigkeit nicht unnötig strapaziert wird. Aber auch zum Regenerieren des Trockners oder zum vollständigen Entleeren, wird Systemluft aus der Druckluftanlage entlassen. Hierzu ist eine pneumatische Ablassleitung mit einem Ablassventil vorgesehen, welche mit der Leitung zwischen dem Verdichter und dem Trockner verbunden ist bzw. von dieser abzweigt und in die Umgebung des Fahrzeuges führt. Anderseits kann die Ablassleitung mit dem Ablassventil auch mit dem Trockner und einem in die Umgebung führendem Luftfilter verbunden sein.
• Da die Volumina der Druckluftanlage unter einem hohen Systemdruck stehen (bis zu 20 bar), entweicht beim Öffnen des Ablassventils ein erster Ablassstoß in die Umgebung. Bei diesem entsteh ein Knall von ca. 90 dB (A) . Um die akustische Lautstärke des ersten Ablassstoßes zu reduzieren bzw. zu dämpfen werden Sekundärmaßnahmen getroffen.
• Bei der DE 100 34 243 B4 wird bspw. als zusätzliches Bauteil ein Schalldämpfer an die Ablassleitung hin zur Atmosphäre angefügt, damit die Geräuschentwicklung reduziert wird. Allerdings bedeuten solche Maßnahmen, dass zusätzlicher Bauraum vorgesehen werden muss und entsprechend höhere Kosten nach sich ziehen.
• Als Ablassventil wird in der Regel ein elektromagnetisches Schaltventil verwendet, welches die Schaltstellungen „geschlossen“ oder „vollständig offen“ besitzt. Das stromlos geschlossene Elektromagnetventil umfasst einen Anker, welcher durch eine Feder gegen einen Ventilsitz gedrückt wird. Beim Bestromen wird der Anker angehoben und gibt die Öffnung des Ventilsitzes frei, sodass ein Durchfluss entsteht und das Druckmittel entweichen kann. Normalerweise liegt am Ventilsitz der Systemdruck der Druckluftanlage an und beim Anheben des Ankers entsteht über eine weitere Öffnung eine Druckmittelüberströmung in die Umgebung. Im geschlossenen Zustand liegt an der weiteren Öffnung daher der Atmosphärendruck an.
• In den Luftfedersystemen werden solche Ventile standardmäßig verwendet, da diese günstig herstellbar sind und am wenigsten Bauraum beanspruchen. Solch ein druckbelastetes Ventil ist bspw. aus der 4 der DE 10 2010 054 702 A1 bekannt. Diese Schaltventile können allerdings keine Zwischenstellungen des Ankerhubs einnehmen.
• Eine Erweiterung dieser Ventilart stellen druckentlastete Schaltventile dar, bei welchen der Systemdruck zum einen am Ventilsitz und zum anderen auch an einer gegenüberliegenden Seite des Ventilankers in einem weiterem Druckraum anliegt. Der weitere Druckraum ist über einen Druckentlastungskanal mit dem Ventilsitz verbunden. Dadurch wirkt von beiden Seiten auf den Ventilanker der gleiche Druck, wodurch sich ein Druckausgleich einstellt. In dem weiteren Druckraum ist auch die Feder vorgesehen, welche den Ventilanker gegen den Ventilsitz zurückdrückt.
• Zur Abdichtung ist am Ventilanker eine umlaufende Elastomerdichtung vorgesehen, welche mit der Führungshülse in dynamischen Kontakt steht. Daher liegt hier eine Reibdichtung vor, welche eine zusätzliche Reibkraft erzeugt, die bei der Kraftauslegung für den Ankerhub zu berücksichtigten ist. Zugleich muss dann auch die elektrische Spule größer bemessen werden. Demzufolge stellt diese Ventilart eine teurere Erweiterung der erst genannten Ventilart dar. Solch ein Druckentlastetes Ventil ist bspw. aus den 5 und 6 der DE 10 2010 054 702 A1 bekannt.
• Eine weitere Ventilart stellen Proportionalventile dar. Mit Proportionalventilen lässt sich die Durchlassöffnung verhältnismäßig freigeben und damit die Durchflussmenge regulieren. Als Druckregelventil ist diese Ventilart bspw. aus der DE 198 12 804 C2 bekannt. Proportionalventile bedürfen allerdings einer aufwendigen Ansteuerung und sind aufgrund ihres systembedingten Aufbaus technisch viel aufwendiger und folglich kostenintensiver.
• Die DE 10 2010 054 702 A1 widmet sich zudem der Aufgabe den Luftablassknall bzw. die Geräuschbelästigung beim Entlüften einer Druckluftanlage zu verringern. Dazu wird vorgeschlagen, die Schaltgeschwindigkeit eines druckentlasteten Ventils derart einzuschränken, damit das Ablassgeräusch reduziert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass zu Beginn eines Entlüftungsvorgangs das Elektromagnetventil mit kurzen Impulsen angesteuert wird, sodass das Ventil nur kurzzeitig schaltet und dabei ein begrenztes Öffnen des Querschnitts bewirkt. Demzufolge kann nur ein kleiner Volumenstrom der zu entlüftenden Luft überströmen. Dadurch, dass nur eine geringe Luftmenge in kurzen Zeitintervallen überströmt, wird der Luftablassknall hörbar reduziert.
• Die Ansteuerung dieses Elektromagnetventils erfolgt anhand eines PWM-Signals. Das Ventil wird mit kurzen Impulsen angesteuert, bei welchen die Impulslänge so gewählt ist, dass der Magnetstrom die Schaltschwelle erreicht und damit das Ventil kurz schaltet. Da es sich um ein druckentlastetes Ventil handelt, ist der Strom der Schaltschwelle stets gleich. Die kurzen Pulse bewirken ein leichtes Öffnen des Ventils, sodass eine kleine Luftmenge überströmt. Durch solch eine Ansteuerung wird der Systemdruck leicht abgebaut, sodass der Luftablassknall bei hohem Systemdruck vermieden wird.
• Nachteilig an dieser Ansteuerung eines druckentlasteten Elektromagnetventils ist aber, dass durch jeden Schaltimpuls der Magnetanker vollständig angehoben wird und aufgrund der häufigen Schaltfrequenz die am Magnetanker vorgesehene umlaufende Elastomerdichtung dynamisch sehr belastet wird. Durch die sich ständig wiederholende Reibung mit der Führungshülse wird der Verschleiß der Dichtung ungünstig erhöht.
• Die Einsatztemperatur der Ventile in Druckluftanlagen liegt standardmäßig bei -40° bis 100°C. Da das Dichtungsmaterial über den Temperaturbereich seine Härte und damit die Reibungskraft verändert, muss dies in der Ansteuerung des Elektromagnetventils berücksichtigt werden, ansonsten tritt der gewünschte akustische Effekt nicht mehr auf. Bei tiefen Temperaturen zieht sich der Dichtelastomer stärker zusammen als der umgebende Stahl der Hülse. Eine geringere Reibung und zusätzliche Leckagen wären die Folge. Bei gleichbleibender Ansteuerung macht der Magnetanker daher einen größeren Hub und es entweicht mehr Druckluft aus dem System. Der akustische Effekt bei dem druckentlasteten Ventil wäre hinfällig.
• Zudem verschleißt die Elastomerdichtung über die Lebensdauer, wodurch die Reibkräfte geringer ausfallen und bei gleichem Strom der Ankerhub vergrößert wird. Demzufolge wird mehr Systemluft entlüftet und der akustische Effekt ist nicht mehr vorhanden.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ansteuerung eines druckbelasteten Elektromagnetventils bereitzustellen, welche die Druckmittelablassakustik hörbar reduziert und zugleich die im Elektromagnetventil verwendeten Bauteile vor einer unnötigen Belastung zu schützt und deren Lebensdauerbeständigkeit erhöht.
• Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines mit einem pneumatischen Druckmittel belasteten Elektromagnetventils bereitgestellt, um einen am Elektromagnetventil anliegenden Druck abzubauen, wobei das Elektromagnetventil stromlos eine geschlossene Schaltstellung und bei einer Bestromung mit einer von dem anliegenden Druck abhängigen Schaltstromstärke eine vollständig offene Schaltstellung einnimmt, wobei ein erster Anstiegsstromendwert vorbestimmt wird, welcher kleiner als die Schaltstromstärke ist, wobei das Elektromagnetventil mit einem Ansteuerstrom, welcher einem Ansteuerstromverlauf folgt, bestromt wird, und dass der Ansteuerstromverlauf eine erste Anstiegsphase, in welcher der Ansteuerstrom auf den vorbestimmten ersten Anstiegsstromendwert erhöht wird, und darauf folgend eine erste Haltephase umfasst, in welcher der Ansteuerstrom konstant auf dem ersten Anstiegsstromendwert gehalten wird. Vorzugweise folgt die Haltephase unmittelbar auf die erste Anstiegsphase.
• Um das Elektromagnetventil zu öffnen, muss dessen Magnetanker entgegen der Federkraft seiner Rückstellfeder bewegt werden. Dazu wird die Spule des Elektromagnetventils bestromt, wodurch eine Magnetkraft erzeugt wird, welche den Magnetanker anzieht. Zusätzlich wirkt unterstützend eine Druckkraft des an der Eingangsseite des Elektromagnetventils anliegenden Druckes auf den Magnetanker ein, welcher ebenfalls entgegen der Federkraft wirksam ist.
• Ziel der Ansteuerung ist es, ein Kräftegleichgewicht aus Magnet-, Feder-, und Druckkraft am Magnetanker einzustellen, sodass dieser den Ventilsitz zumindest insoweit freigibt, dass eine Druckmittelüberströmung erfolgen kann. Dies wird durch die stetige Ansteuerung mit einem Ansteuerstrom erreicht, welcher unterhalb der für ein vollständiges Öffnen des Elektromagnetventils benötigten Schaltstromstärke liegt.
• Vorteilhafterweise wird das Elektromagnetventil daher mit einem Ansteuerstrom bestromt, welcher einem sich an die Schaltstromstärke herantastenden Ansteuerstromverlauf folgt. Der Ansteuerstromverlauf umfasst zunächst eine Anstiegsphase, in welcher der Ansteuerstrom auf einen ersten Anstiegsstromendwert ansteigt, welcher in einem bestimmbaren Wertebereich unterhalb der Schaltstromstärke liegt. Diese Anstiegsphase dient dazu, die Magnetkraft gerade soweit an die Schaltstromstärke anzunähern, dass sich ein Kräftegleichgewicht am Magnetanker einstellt. Während das Kräftegleichgewicht wirksam ist, wird keine Dichtwirkung durch den Ventilschließkörper des Magnetankers am Ventilsitz bewirkt, wodurch das Druckmittel überströmen kann. Dieses Kräftegleichgewicht lässt sich zuverlässig unterhalb der Schaltstromstärke einstellen, sodass der Magnetanker nur insoweit angehoben wird bzw. sein Ventilschließkörper sich leicht vom Ventilsitz löst, dass hierbei die Druckmittelüberströmung erfolgt. Da der Magnetanker nicht vollständig offen ist, wird diese geringfügige Druckmittelüberströmung als Leckage verstanden.
• Aufgrund der Druckmittelüberströmung nimmt der am Elektromagnetventil anliegende Druck ab. Daher wird die unterstützende Druckkraft kleiner, wodurch die zu erzeugende Magnetkraft proportional erhöht werden muss. Folglich erhöht sich während der gesamten Funktionszeit des Ansteuerstromverlaufs die Schaltstromstärke kontinuierlich bei abnehmenden Vordruck. Deshalb ist die Schaltstromstärke von dem am Elektromagnetventil anliegenden Druck abhängig.
• Damit die gewollte Leckage über einen längeren Zeitraum erfolgen kann, ist eine an die Anstiegsphase anknüpfende Haltephase vorgesehen. Während dieser Haltphase verbleibt der Ansteuerstrom konstant auf dem ersten Anstiegsstromendwert. Eine geringfügige Abweichung des Ansteuerstroms während dieser Haltphase um 1% bis 2% des ersten Anstiegsstromendwerts, wird im Wesentlichen als konstant erachtet. Aufgrund des dabei abfallenden Drucks sinkt der Magnetanker auf den Ventilsitz ab und die Dichtwirkung ist wieder gegeben. Gegenüber dem Stand der Technik erfolgt dies mit einer geringeren Geschwindigkeit, sodass der Verschleiß an der Elastomerdichtung des Ventilschließkörpers sehr gering ist.
• Das erfindungsmäße Verfahren ermöglicht es weiterhin die kostengünstigen pneumatisch druckbelasteten Elektromagnetventile zu verwenden und dabei eine definierte Druckmittelüberströmung zu ermöglichen. Auf diese Weise kann auf teurere Lösungen, wie druckentlastete Ventile oder Proportionalventile, verzichtet werden.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der erste Anstiegsstromendwert in Abhängigkeit des am Elektromagnetventil anliegenden Drucks bestimmt. Durch einen vorgesehenen Drucksensor kann im Betrieb des Elektromagnetventils eine Druckmessung erfolgen. Durch die Druckmessung des momentan am Elektromagnetventil anliegenden Druckes, kann anhand einer hinterlegten Druck-Ansteuerstrom-Wertetabelle, der zu diesem Zeitpunkt benötigte erste Anstiegsendwert ermittelt werden, um das erforderliche Kräftegleichgewicht zu bewirken.
• Vorab der Inbetriebnahme einer Ventilserie wird in mehreren Testreihen das Elektromagnetventil mit einem Vordruck beaufschlagt. Durch eine steigende Bestromung der Spule mit einem Ansteuerstrom bewegt sich der Magnetanker irgendwann in seine vollständig offene Position. Zu diesem Zeitpunkt fällt der am Elektromagnetventil anliegende Vordruck abrupt ab, was durch eine Druckmessung überwacht wird. Dieses Vorgehen wird für unterschiedliche Vordrücke durchgeführt. Folglich lässt sich für einzelne Vordruckwerte die dabei gültige Schaltstromstärke bestimmen. Anhand dieser Schaltstromstärke werden Anstiegsendwerte bestimmt, welche unterhalb dieser Schaltstromstärke liegen. Der Anstiegsendwert ist derart zu wählen, dass dieser nicht zu einem Schalten des Elektromagnetventils kommt, denn ansonsten würde der Magnetanker vollständig angehoben werden und der Ablassstoß setzt frühzeitig ein. Die Höhe dieser Anstiegsendwerte beträgt typischerweise 80% bis 98% der Schaltstromstärke. Die genaue Höhe der Anstiegsendwerte ist auch von der jeweiligen Ventilkonstruktion abhängig, da Reibung, bewegte Massen und die Dichtgummiqualität das Kräftegleichgewicht beeinflussen und folglich die gewollte Dichtmittelüberströmung.
• Bevorzugt erfolgt zu Beginn des Ansteuerstromverlaufs und/oder während der Haltephase eine Druckmessung des am Elektromagnetventil anliegenden Drucks. Vorteilhafterweise kann durch die Druckmessung zu Beginn des Ansteuerstromverlaufs der momentan benötigte erste Anstiegsendwert anhand der Tabelle bestimmt werden und somit eine zielsichere Ansteuerung des Elektromagnetventils erfolgen. Die Kenntnis über den zum Beginn des Ansteuerstromverlaufs am Elektromagnetventil wirksamen Drucks, erlaubt es den Ansteuerstrom genauso so zu erhöhen, dass kein vollständiges Öffnen des Elektromagnetventils erfolgt, sich aber das Kräftegleichgewicht am Magnetanker einstellt und die gewollte Druckmittelüberströmung direkt erfolgen kann.
• Die Druckmessung während der Haltephase gibt Aufschluss darüber, inwiefern der momentan am Elektromagnetventil anliegende Druck bereits abgefallen bzw. abgebaut wurde. Vorzugsweise erfolgt die Druckmessung kurz vor Ende der Haltephase.
• Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird der erste Anstiegsstromendwert vorgegeben. Sofern im Betrieb keine Druckmessung vorgesehen ist und damit der am Elektromagnetventil anliegende Druck unbekannt ist, wird der erste Anstiegsstromendwert vorab festgelegt. Dieser Anstiegsstromendwert liegt signifikant unterhalb der Schaltstromstärke, welche bei einem maximalen Systemdruck (und damit einer maximalen Druckkraft) benötigt wird. Die Vorgabe für den Anstiegsstromendwert liegt bspw. in einem Wertebereich zwischen 80% und 95% der Schaltstromstärke. Die Stromstärke für diesen anfänglichen Anstiegsstromendwert, welcher für das Kräftegleichgewicht benötigt wird, liegt beispielhaft bei 0,8A. Für einen minimalen Systemdruck liegt dieser Wert beispielhaft bei 1,9A. Diese Werte gelten für eine bestimmte Ventilserie. Andere Ventilserien mit anderen Spulenauslegungen bedürfen anderer Stromstärken.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Ansteuerstrom während der ersten Anstiegsphase linear oder sprunghaft erhöht. Der lineare Anstieg des Ansteuerstroms in der ersten Anstiegsphase nährt sich über eine gewisse Zeitdauer dem ersten Anstiegsendwert an. Damit soll bezweckt werden, dass der erste Anstiegsendwert auch zielgenau erreicht und es nicht zu einem Übersteuern kommt.
• Andererseits kann die gesamte Funktionszeit des Ansteuerstromverlaufs verkürzt werden, indem der Ansteuerstrom der ersten Anstiegsphase sprunghaft auf den ersten Anstiegsendwert ansteigt. Der Ansteuerstrom wird derart schnell erhöht, dass sich dieser sprungartig verhält. Dabei besteht allerdings die Gefahr, dass der Ansteuerstrom über den ersten Anstiegsendwert hinaus schwingt. Daher ist darauf zu achten, dass der erste Anstiegsendwert derart signifikant unterhalb der Schaltstromstärke liegt, damit es nicht zu einem ungewollten Öffnen des Elektromagnetventils kommt. Der sprunghafte Anstieg des Ansteuerstroms findet bspw. Verwendung, wenn anhand einer erfolgten Druckmessung des momentan anliegenden Druckes die gültige Schaltstromstärke bekannt ist, und somit ein sicherer erster Anstiegsstromendwert gewählt werden kann.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zeitliche Dauer der ersten Anstiegsphase und der ersten Haltephase vorbestimmt. Die zeitliche Länge der Anstiegs- und Haltephase ist an die jeweilige Ventilkonstruktion anzupassen. Beispielhaft liegt die Dauer für die Anstiegsphase zwischen 1ms und 100ms und die Dauer für die Haltephase zwischen 100ms und 5000ms. Insbesondere die zeitliche Dauer der Haltephase bestimmt wieviel Druckmittel überströmen kann. Die Dauer, in welcher die Druckmittelüberströmung in der Anstiegs- und Haltephase erfolgt, ist abhängig von der Ventilnennweite und dem sich daraus ergebenen Umfang des Ventilsitzes. Bei einem größerem Umfang erfolgt eine größere Druckmittelüberströmung pro Zeiteinheit bei gleichem Druck. Auch die verwendete Gummidichtung des Ventilschließkörper beeinflusst die Druckmittelüberströmung. Ein weiches Gummi dichtet bei gleicher Kraft besser ab als ein hartes Gummi. Deshalb werden die zeitlichen Parameter der Phasen jeweils an das verwendete Ventil durch vorherige Testreihen angepasst.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Ansteuerstromverlauf eine auf die erste Haltephase folgende zweite Anstiegsphase. Um eine weitere Druckmittelüberströmung zu bewirken und damit den am Elektromagnetventil anliegenden weiter abzubauen, erfolgt eine zweite Anstiegsphase. Die zweite Anstiegsphase wird bspw. auch benötigt, wenn während der ersten Anstiegsphase keine Druckmittelüberströmung erfolgte, weil der erste Anstiegsstromendwert derart niedrig gewählt wurde, dass sich kein Kräftegleichgewicht eingestellt hat und damit auch keine Druckmittelüberströmung erfolgte.
• Bevorzugt wird während der zweiten Anstiegsphase der Ansteuerstrom auf einen bestimmbaren zweiten Anstiegsstromendwert erhöht. Damit eine Druckmittelüberströmung sichergestellt wird, erhöht sich der Ansteuerstrom in der zweiten Anstiegsphase auf einen zweiten Anstiegsstromendwert. Dieser ist größer als der erste Anstiegsstromendwert und kleiner als die Schaltstromstärke. Damit der zweite Anstiegsstromendwert definitiv kleiner als die Schaltstromstärke bestimmt wird, ist bspw. die Druckmessung während bzw. zum Ende der ersten Haltephase hilfreich. Bevor in der zweiten Anstiegsphase der Ansteuerstrom erhöht wird, gibt die Druckmessung über den am Elektromagnetventil anliegenden Druck Aufschluss. Infolgedessen kann anhand der Druck-Ansteuerstrom-Wertetabelle ein Wert für den zweiten Anstiegsstromendwert ermittelt werden.
• Sofern eine Druckmessung nicht vorgesehen ist, wird der zweite Anstiegsstromendwert ebenfalls vorgegeben. Dieser wird anhand von Erfahrungswerten für die eingesetzte Ventilserie bestimmt, bei welchem sichergestellt werden kann, dass nach der zeitlichen Dauer der ersten Anstiegs- und Haltephase der anliegende Druck nur insoweit abgebaut wurde, dass der Wert des zweiten Anstiegsstromendwert nicht zu einem Schalten des Elektromagnetventils führt.
• Besonders bevorzugt umfasst der Ansteuerstromverlauf eine auf die zweite Anstiegsphase folgende zweite Haltephase, in welcher der Ansteuerstrom konstant auf dem zweiten Anstiegsstromendwert gehalten wird, wobei der zweite Anstiegsstromendwert kleiner als die Schaltstromstärke ist.
• Durch solch ein Ansteuerverfahren mit abwechselnden Anstiegs- und Haltephasen erfolgt ein gewisses Herantasten an die stetig steigende Schaltstromstärke. Durch die dabei auftretende Leckage baut sich der Druck am Elektromagnetventil allmählich ab. Vorteilhafterweise baut sich damit der am Elektromagnetventil anliegende Druck nicht schlagartig ab, sondern senkt sich fortwährend in den Ansteuerphasen ab. Dadurch ist die Akustik des ersten Druckmittelablassstoßes bei vollständigem Öffnen des Elektromagnetventils nicht mehr kritisch.
• Alternativ wird besonders bevorzugt der Ansteuerstrom während der zweiten Anstiegsphase linear oder sprungartig auf die Schaltstromstärke erhöht. Durch den ansteigenden Ansteuerstrom auf die Schaltstromstärke wird der Magnetanker vollständig angehoben und das Elektromagnetventil öffnet sich, sodass der am Elektromagnetventil anliegende Druck vollständig abgebaut werden kann. Der Dabei entstehende Luftablassknall ist derart leise, dass dessen Akustik nicht weiter als störend empfunden wird, bspw. 65db (A). Der Anstieg auf die Schaltstromstärke wird auch als Reststromanstieg bezeichnet und erfolgt dann, wenn der anliegende Druck bereits soweit abgebaut wurde, dass das Elektromagnetventil vollständig geöffnet werden kann. Dies erfolgt bspw. durch eine lineare Ansteigung des Ansteuerstroms oder durch einen sprunghaften Anstieg, wenn bspw. die gesamte Funktionszeit des Ansteuerstromverlaufs kurz gehalten werden soll.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Ansteuerstromverlauf mit einem zusätzlichen Signalverlauf (Dither) überlagert. Vorzugweise ist dieser Signalverlauf sinusförmig. Durch das zusätzliche Signal kann der Magnetanker in einen dauererregten Zustand versetzt werden, um Kleinstbewegungen (Zittern) zu erzeugen und somit eine Haftreibung zu vermeiden. Damit soll sich der Magnetanker einfacher von dem Ventilsitz lösen.
• Das erfindungsmäße Verfahren wird in einer Druckluftanlage umfassend ein Elektromagnetventil und eine Steuereinheit durchgeführt. Vorzugsweise arbeitet die Druckluftanlage im geschlossenen Luftversorgungsbetrieb.
• Das Verfahren eignet sich besonders um den Druck der Druckluftanlage über ein Ablassventil abzulassen, sodass die Luftablassaktustik keinen akustischen Grenzwert überschreitet und als nicht störend empfunden wird.
• Daher umfasst die Druckluftanlage nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einen Luftverdichter und mindestens eine Druckmittelkammer, wobei die Druckmittelkammer über eine pneumatischen Hauptleitung mit dem Luftverdichter verbunden ist, wobei die Hauptleitung mit einer ein Ablassventil umfassenden Luftablassleitung verbunden ist, wobei das Elektromagnetventil als das Ablassventil ausgeführt ist.
• Bevorzugt liegt an einer Eingangsseite des Elektromagnetventils der Systemdruck der Druckluftanlage an.
• Besonders bevorzugt ist kein Schalldämpfer vorhanden. Aufgrund dessen, dass das erfindungsgemäße Verfahren die Luftablassaktustik der Druckluftanlage begünstigt, kann auf einen teuren und Bauraum beanspruchenden Schalldämpfer verzichtet werden.
• Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Figuren.
• Es zeigen
• 1 ein Pneumatikschaltbild einer offenen Druckluftanlage,
• 2 ein Pneumatikschaltbild einer geschlossenen Druckluftanlage,
• 3 ein druckbelastetes Elektromagnetventil,
• 4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ansteuerstromverlaufs,
• 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ansteuerstromverlaufs, und
• 6 ein Systemdruck-Reststrom Diagramm.
• Die 1 zeigt ein erstes Pneumatikschaltbild einer Druckluftanlage 1 in Form eines Luftfedersystems. Druckluftanlage 1 umfasst einen Luftverdichter 2, welcher durch einen Motor M angetrieben wird. Schematisch sind als Druckmittelkammern vier Luftfedern 4 dargestellt, welche als pneumatische Regeleinheiten jeweils einem Fahrzeugrad des Kraftfahrzeuges zugeordnet sind. Luftfedern 4 sind über jeweilige Ventile und einer pneumatischen Hauptleitung 8 mit der Druckseite des Luftverdichters 2 verbunden. Die Saugseite des Luftverdichters 2 steht über eine Leitung mit der Atmosphäre A bzw. der Umgebung des Fahrzeuges in Verbindung, sodass Luftverdichter 2 auf diese Weise Luft aus der Umgebung ansaugen kann. Diese angesaugte Luft wird durch einen in der Hauptleitung 8 vorgesehenen Lufttrockner 5 getrocknet, d.h. es wird die in der Luft befindliche Feuchtigkeit adsorbiert. Die getrocknete Luft wird durch den Verdichterlauf, zwecks einer Niveauregulierung des Fahrzeuges, in die Luftfedern 4 überführt. Solch eine Betriebsart wird als offene Luftversorgung (OLV) verstanden.
• Gelegentlich muss der gesättigte Lufttrockner 5 regeneriert werden, hierzu wird dieser mit Druckluft im Gegenstrom aus Luftfedern 4 über Hauptleitung 8 durchströmt, damit die durchströmende Druckluft Feuchtigkeit aus Lufttrockner 5 aufnehmen kann. Diese Druckluft wird über eine Ablassleitung 9 in die Atmosphäre A bzw. Umgebung abgelassen, wobei Ablassleitung 9 mit Hauptleitung 8 zwischen Luftverdichter 2 und Lufttrockner 5 verbunden ist bzw. von dieser abzweigt. Damit über Ablassleitung 9 nicht Druckluft aus dem System entweichen kann, ist in dieser ein stromlos geschlossenes Ablassventil 3 vorgesehen. Damit Druckluft bzw. Systemluft kontrolliert aus der Anlage abgelassen werden kann, wird Ablassventil 3 von einer Steuereinheit S über eine Signalleitung SL angesteuert, sodass bei Bestromung Ablassventil 3 sich öffnet und Ablassleitung 9 freigibt. Auch zum Zwecke einer vollständigen Systementleerung wird Ablassleitung 9 durch Ablassventil 3 freigegeben.
• Beim Ablassen oder Entlüften von Systemluft entsteht in der Regel ein akustisches Geräusch bzw. ein Knall, welcher allgemein als unangenehm empfunden wird. Daher gilt es diese akustische Störung möglichst gering zu halten.
• In der 2 ist eine Abwandlung der Druckluftanlage 1 durch ein zweites Pneumatikschaltbild gezeigt. Druckluftanlage 1 umfasst zusätzliche Elemente wie Druckspeicher 6 und Umschaltventileinrichtung 7. Druckspeicher 6 ist als eine weitere Druckmittelkammer ausgebildet, um hochkomprimierte Druckluft zu Bevorraten und bei Regelbedarf freizugeben. Dazu wird Umschaltventileinrichtung 7 benötigt, welche vier 2/2-Wegeventile umfasst, um unterschiedliche pneumatische Verbindungen zwischen Luftverdichter 2, Luftfedern 4 und Druckspeicher 6 zu ermöglichen bzw. zu schalten Des Weiteren ist noch ein Drucksensor vorgesehen, um den an Luftfedern 4 anliegenden Systemdruck bestimmen zu können.
• Der zusätzliche Druckspeicher 6 und die Umschaltventileinrichtung 7 ermöglichen es, z.B. Regelvorgänge in den Luftfedern 4 vorzunehmen, ohne dass Luftverdichter 2 Luft aus der Umgebung ansaugen muss. Zum Anheben des Fahrzeuge ist es einerseits möglich, unter Zuhilfenahme des Verdichters 2, Druckluft aus Luftfedern 4 über Verdichter 2 in Druckspeicher 6 zu überführen bzw. zu komprimieren. Bei entsprechender Druckdifferenz der Druckluft von Druckspeicher 6 gegenüber Luftfedern 4, d.h. mit einem hohen Druckniveau in Druckspeicher 6 zu einem niedrigen Druckniveau in Luftfedern 4, ist es auch möglich Druckluft aus Druckspeicher 6 über Umschaltventileinrichtung 7 in Luftfedern 4 zu überströmen, ohne Verdichter 2 laufen zu lassen, um bspw. den Fahrzeugaufbau anzuheben. Diese Betriebsart wird auch als geschlossene Luftversorgung (GLV) bezeichnet.
• Äquivalent zu der offenen Druckluftanlage der 1 verfügt die geschlossene Druckluftanlage 1 über eine Ablassleitung 9 mit einem Ablassventil 3 zum Entlüften, wobei Ablassventil 3 durch eine Steuereinheit S mit Signalleitung SL schaltbar ist. Auch hierbei gilt es den Ablassknall beim Entlüften möglichst gering zu halten. Dies ist z.B. nötig, wenn sich die Luftmenge im geschlossenen System durch Erwärmung zu stark vergrößert hat.
• Das in den Druckluftanlagen der 1 und 2 verwendete Ablassventil wird gemäß der 3 als pneumatisch druckbelastetes Elektromagnetventil 20 verwirklicht.
• Der prinzipielle Aufbau des Elektromagnetventils 20 ist dergestalt, dass dieses als Gehäuse einen Jochkörper 25 umfasst, welcher über einen Jochring 28 mit einer Ventilaufnahmevorrichtung 33 verbunden ist. Im Inneren des Jochkörpers 25 ist am Jochring 28 eine zylindrische Magnethülse 26 aufgeschoben, an welcher ein stopfenförmiger Magnetkern 21 eingefasst ist. Innerhalb Magnethülse 26 und Jochring 28 ist ein mit einer Rückstellfeder 24 belasteter kolbenförmiger Magnetanker 22 beweglich angeordnet. Rückstellfeder 24 ist in einer zentrischen Bohrung des Magnetankers 22 angeordnet und stützt sich als Druckfeder an der dem Magnetanker 22 zugewandten Fläche des Magnetkerns 21 ab. Zur Anschlagsdämpfung ist am Magnetanker 22 ein Dämpfungselement 27 hin zum Magnetkern 21 vorgesehen. Um Magnethülse 26 herum ist innerhalb des Jochkörpers 25 eine Spule 23 vorgesehen, welche über eine Signalleitung SL bestromt werden kann.
• Magnetanker 22 erstreckt sich weiter in eine Ventilhülse 32, welche mit einem oberen Ende mit dem Jochring 28 verbunden ist. Jochring 28 mit Ventilhülse 32 sind dafür in einer Aufnahmebohrung der Ventilaufnahmevorrichtung 33 eingebracht. Innerhalb dieser Bohrung ist auch ein Ventilsitz 29 eingefasst, welcher mit dem unteren Ende der Ventilhülse 32 verbunden ist. Ventilhülse 32 weist in Umfangrichtung mehrere Öffnungen auf, welche der Druckmittelüberströmung dienen. Ventilsitz 29 weist eine Durchgangsbohrung 30 auf, welche von dem Magnetanker 22 mit einem aufliegenden Dichtelement als Ventilschließkörper 31 verschlossen wird. Das Dichtelement stellt eine statische Dichtung auf dem Ventilsitz 29 dar und ist in einer dafür vorgesehenen Ausnehmung des Magnetankers 22 eingebracht.
• Elektromagnetventil 20 dient dazu, in der Ventilaufnahmevorrichtung 33 eine Eingangsseite 34 mit einer Ausgangseite 35 zu verbinden bzw. abzutrennen. Eingang 34 ist als Bohrung in der Ventilaufnahmevorrichtung 33 ausgestaltet und mündet in der Durchgangsbohrung 30 des Ventilsitzes 29. Durch Eingang 34 werden der nicht dargestellte Verdichter bzw. die Druckmittelkammern mit der Ablassleitung einer Druckluftanlage verbunden. Ausgang 35 führt als Bohrung aus der Ventilaufnahmevorrichtung 33 heraus in die Umgebung. Daher liegen an der Eingangsseite 34 der Systemdruck psys und an der Ausgangsseite 35 der Atmosphärendruck p_A am Elektromagnetventil 20 an. Da nur an der Eingangsseite 34 der Systemdruck auf den Magnetanker 22 einwirkt, gilt das Elektromagnetventil 20 als druckbelastetes Ventil.
• In der dargestellten Form, befindet sich Magnetanker 22 des Elektromagnetventils 20 in der stromlos geschlossenen Position bzw. in Grundstellung und verschließt somit den Öffnungsquerschnitt des Ventilsitz 29. Beim Bestromen der Spule 23 mit einem Schaltstrom erfährt Magnetanker 22 einen Ankerhub in Richtung Magnetkern 21, sodass der Öffnungsquerschnitt des Ventilsitz 29 freigegeben wird. Damit befindet sich Elektromagnetventil 20 in der vollständig geöffneten Position. Hierbei erfolgt eine Druckmittelüberströmung von der Eingangsseite 34 zu der Ausgangsseite 35. Die Durchflussmenge wird durch die Schaltdauer des Ankerhubs bestimmt. Wird die Bestromung angehoben, senkt sich Magnetanker 22 aufgrund der Rückstellkraft der Feder 24 ab und presst diesen auf Ventilsitz 29. Die Federkraft muss hierbei dem maximalen Systemdruck psys entsprechen, damit Magnetanker 22 nicht ungewollt durch den Systemdruck psys angehoben wird. Anderseits muss die Magnetkraft der Spule 23 derart bemessen sein, dass die Federkraft der Rückstellfeder 24 überwunden werden kann und der Magnetanker 22 in die geöffnete Stellung gehoben wird.
• Ventilaufnahmevorrichtung 33 kann bspw. ein Block aus Aluminium sein, welcher das Gehäuse eines Luftverdichters darstellt und zugleich gebohrte Kanäle als pneumatische Verbindungsleitung zu mehreren Druckmittelkammern aufweist.
• 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ansteuerstromverlaufs SV1 zum Ansteuern eines Elektromagnetventils. Entlang der Abszisse ist die Zeit t aufgetragen und die Ordinate gibt den Stromwert I, sowie den am Elektromagnetventil anliegenden Druck p wieder. Die durchgezogene Linie zeigt den Verlauf des Ansteuerstroms SV1 und die gestrichelte Linie gibt den am Elektromagnetventil anliegenden Systemdruck psys wieder.
• Das stromlos geschlossene Elektromagnetventil gibt bei einer Bestromung seiner Spule mit einem Schaltstrom I_S den Öffnungsquerschnitt des Ventilsitzes frei, aufgrund dessen dass der Magnetanker durch die entstehende Magnetkraft angehoben wird. Die Druckkraft des auf den Magnetanker einwirkenden Systemdrucks unterstützt die Magnetkraft zum Anheben desjenigen. Mit am Elektromagnetventil abfallendem Druck sinkt die unterstützende Druckkraft, wodurch die zum vollständigen Öffnen des Magnetankers benötigte Magnetkraft erhöht werden muss. Daher bedarf es bei einem niedrigerem Systemdruck einer größeren Schaltstromstärke I_S als bei einem hohem Systemdruck. Deswegen ist bei druckbelasteten Ventilen die zum vollständigen Öffnen benötigte Schaltstromstärke I_S stets von dem zu einem bestimmten Zeitpunkt am Elektromagnetventil anliegenden Druck abhängig. Daher das Bezugszeichen I_S(p) für die druckabhängige Schaltstromstärke I_S , welche sich im zeitlichen Verlauf des Ansteuerstroms SV1 verändert, insbesondere bei abfallendem Systemdruck psys erhöht.
• Beispielsgemäß wird ein Ansteuerstromverlauf SV1 vorgeschlagen, welcher sich an die Schaltstromstärke I_S(p) herantasten soll, während ein Druckabfall des am Elektromagnetventil anliegenden Systemdrucks psys erreicht werden soll. Der Ansteuerstromverlauf SV1 umfasst mehrere Ansteuerphasen, welche jeweils eine Anstiegsphase mit einer darauf folgenden Haltephase umfassen. Während einer Anstiegsphase wird der Ansteuerstrom auf einen Anstiegsstromendwert erhöht, welcher stets unterhalb der Schaltstromstärke I_S(p) liegt. Dieses Ansteuern des Elektromagnetventils soll zu einem leichten Anheben des Magnetankers führen, wodurch eine gewisse Druckmittelüberströmung erfolgen kann, sodass Druckmittel abgebaut wird.
• Um die Druckmittelüberströmung in gewollter Menge erfolgen zu lassen, ist im Anschluss an die Anstiegsphase eine Haltephase vorgesehen. In dieser Haltephase wird der Anstiegsstromendwert über eine gewisse Zeitdauer konstant gehalten, sodass während der Haltephase weitere Druckmittelmengen überströmen. Aufgrund des dabei abfallenden Systemdrucks p_sys , nimmt auch die auf den Magnetanker unterstützend wirkende Druckkraft ab, wodurch der Magnetanker langsam wieder auf den Ventilsitz absinkt und die Druckmittelüberströmung unterbindet.
• Zwecks weiterer Absenkung des Systemruckes psys werden die Ansteuerphasen wiederholt, wobei der Ansteuerstrom ständig weiter erhöht wird. Es wird ein Zeitpunkt eintreffen, ab welchem das Elektromagnetventil vollständig geöffnet werden kann. Dieser Zeitpunkt liegt dann vor, wenn der Systemdruck psys einen gewissen Druckwert erreicht hat, ab welchem das vollständige Öffnen des Elektromagnetventils zu keinem Ablassknall führt, welcher allgemeinhin als störend empfunden wird. Der Systemdruck psys ist zu diesem Zeitpunkt bereits soweit abgesunken, dass das Elektromagnetventil ohne weiteres vollständig geöffnet werden kann und die durch den Luftablass entstehende Akustik nicht weiter störend ist.
• Daher wird zum Abschluss des Ansteuerstromverlauf SV1 der Ansteuerstrom durch einen Reststromanstieg auf die momentanen gültige Schaltstromstärke I_S(p) erhöht, welche von dem zu diesem Zeitpunkt anliegenden Systemdruck psys abhängt und zu einem vollständigen Öffnen des Magnetankers führt.
• Im Detail stellt sich der beispielsgemäße Verlauf SV1 wie folgt dar. Zu Beginn des Ansteuerstromverlaufs SV1 ab einem Startzeitpunkt t₀ erfolgt eine erste Anstiegsphase TA1. In dieser ersten Anstiegsphase TA1 steigt der Ansteuerstrom linear von 0A bis zu einem ersten Zeitpunkt t₁ auf einen bestimmbaren ersten Anstiegsstromendwert I₁ an. Dieser erste Anstiegsstromendwert I₁ wird ab dem ersten Zeitpunkt t₁ während einer ersten Haltephase TH1 bis zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ konstant gehalten. Bereits in dieser ersten Ansteuerphase kann ein leichter Abfall des Systemdrucks psys erfolgen.
• Im weiteren Verlauf folgt nach der ersten Haltephase TH1 ab dem zweiten Zeitpunkt t₂ eine zweite Anstiegsphase TA2 bis zu einem dritten Zeitpunkt t₃ . In der zweiten Anstiegsphase TA2 steigt der Ansteuerstrom von dem ersten Anstiegsstromendwert I₁ linear auf einen zweiten Anstiegsstromendwert I₂ weiter an. Nachfolgend bis zu einem vierten Zeitpunkt t₄ wird der zweite Anstiegsstromendwert I₂ in einer zweiten Haltephase TH2 bis einem vierten Zeitpunkt t₄ konstant gehalten. In dieser zweiten Ansteuerphase erfolgt ein signifikanter Druckabfall des Systemdrucks p_sys .
• Nun folgt erneut eine weitere Ansteuerphase mit einer dritten Anstiegsphase TA3, in welcher der Ansteuerstrom von dem zweiten Anstiegsstromendwert I₂ bis zu einem fünften Zeitpunkt t₅ auf einen dritten Anstiegsstromendwert I₃ erhöht wird. Während einer anschließenden dritten Haltephase TH3 wird der dritte Anstiegsstromendwert I₃ bis zu einem sechsten Zeitpunkt t₆ konstant gehalten. Auch hierbei erfolgt ein weiterer Druckabfall des Systemdrucks p_sys .
• Beispielsweise ist der Systemdruck psys in der dritten Ansteuerphase derart weit abgesunken, dass ein vollständiges Öffnen des Elektromagnetventils zu keinem unangenehmen Ablassknall führen wird. Daher kann als letzte Ansteuerphase der Ansteuerstrom in einer vierten Anstiegsphase TA4 auf die Schaltstromstärke I_S(p) erhöht werden, welche zu einem siebten Zeitpunkt t₇ erreicht wird. Erst bei Erreichen oder Überschreiten dieser Schaltstromstärke I_S(p) , wird der Magnetanker in seine vollständig offene Position angehoben.
• Das Ansteuern des Elektromagnetventils mit gewissen Ansteuerstromwerten unterhalb der Schaltstromstärke I_S(p) bewirkt, dass der Magnetanker nur insoweit angehoben wird, dass eine Leckage an dem Ventilsitz erfolgt. Dieses leichte Anheben des Magnetankers führt zu einer gewollten Leckage an der Dichtstelle des Ventilsitzes, aber nicht zu einem vollständigen Schalten des Ventils. D.h. es wird durch den steigenden Ansteuerstrom während der Anstiegsphasen ein gezieltes Lösen des Ventilschließkörpers von dem Ventilsitz erwirkt, sodass der Öffnungsquerschnitt des Ventilsitzes geringfügig freigegeben wird.
• In der darauffolgenden Haltephase wird der Magnetanker in dieser Position gehalten, sodass die Leckage weiterhin erfolgt. So kann während einer Haltphase eine Druckmittelüberströmung erfolgen, wodurch der Systemdruck psys abgebaut wird und damit der Luftablassknall bei vollständigem Öffnen des Magnetanker reduziert ist.
• Der Ansteuerstromverlauf SV1 findet bspw. Anwendung, wenn ein maximaler Systemdruck p_max vorliegt. Der Ansteuerstrom beginnt bei 0A und durchläuft den Ansteuerstromverlauf SV1 mit mehreren Anstiegs- und Haltephasen, in welchen die Anstiegsstromendwerte kleiner sind als die vom Systemdruck psys abhängige Schaltstromstärke I_S(p) . Als Randbedingung gilt es stets eine Überschreitung der Schaltstromstärke I_S(p) zu vermeiden und dennoch einen Ansteuerstrom anzulegen, welcher zu einer Bewegung des Magnetankers führt, sodass eine Druckmittelüberströmung als Leckage erfolgt.
• Die 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Ansteuerstromverlaufs SV2 zum Ansteuern eines Elektromagnetventils. Auch hier sind Stromwerte I und Druckwerte p über die Zeit t abgetragen. Zu sehen ist wie in 4 als durchgezogene Linie der Ansteuerstromverlauf SV2 und als gestrichelte Linie der am Elektromagnetventil anliegende Systemdruck psys.
• Der Ansteuerstromverlauf SV2 umfasst ebenfalls mehrere Ansteuerphasen, welche jeweils eine Anstiegs- und eine Haltphase umfassen, während welchen der Ansteuerstrom auf einen bestimmbaren Anstiegsstromendwert ansteigt und gehalten wird.
• Um die Gesamtzeit des Ansteuerstromverlauf SV2 zu verkürzen erfolgt ab einem Startzeitpunkt t₀ als eine erste Anstiegsphase TA1 ein sprungartiger Anstieg auf einen ersten Anstiegsstromendwert I₁ . Da dieser erste Anstiegsstromendwert I₁ ohne nennenswerte Zeitdauer direkt erreicht wird, ist der Anstieg des Ansteuerstroms sprungartig dargestellt. Folglich kann der erste Zeitpunkt t₁ , bei welchem der erste Anstiegsstromendwert I₁ auch als der Startzeitpunkt angesehen werden. Durch das Bestromen mit dem ersten Anstiegsstromendwert I₁ wird der Magnetanker geringfügig angehoben, sodass zwecks Leckage eine Druckmittelüberströmung erfolgen kann. Diese Druckmittelüberströmung erfolgt auch in der anschließenden ersten Haltephase, während welcher der erste Anstiegsstromendwert I₁ bis zu einem zweiten Zeitpunkt t₂ konstant gehalten wird.
• Ab dem zweiten Zeitpunkt t₂ erfolgt in einer zweiten Anstiegsphase TA2 ein linearer Anstieg des Ansteuerstroms auf einen zweiten Anstiegsstromendwert I₂ bis zum Erreichen eines dritten Zeitpunkt t₃ . Bereits während der zweiten Anstiegsphase TA2 erfolgt ein signifikanter Druckabfall des Systemdrucks p_sys . Damit dieser weiter Erfolgen kann, schließt sich eine zweite Haltephase TH2 bis zu einem vierten Zeitpunkt t4 an, während welcher der zweite Anstiegsstromendwert I₂ konstant gehalten wird.
• Zwecks weiter Druckabsenkung folgt eine dritte Ansteuerphase mit einer dritten Anstiegsphase TA3 ab dem vierten Zeitpunkt t₄ mit einem linearen Anstieg des Ansteuerstroms auf einen dritten Anstiegsstromendwert I₃ und ab einem fünften Zeitpunkt t₅ eine dritte Haltephase TH3 bis zu einem sechsten Zeitpunkt t₆ , wobei der dritte Anstiegsstromendwert I₃ konstant bleibt.
• Sofern bspw. während dieser dritten Ansteuerphase der Systemdruck psys einen kritischen Druckwert unterschritten hat, kann das Elektromagnetventil vollständig geöffnet werden. Daher folgt zum sechsten Zeitpunkt t₆ als letzte und vierte Anstiegsphase TA4 ein Reststromsprung auf die Schaltstromstärke I_S(p) . Auch die zeitliche Dauer dieses Ansteuerstromanstiegs ist derart kurz, dass sich die vierte Anstiegsphase TA4 sprungartig darstellt. Der Reststromsprung auf die Schaltstromstärke I_S(p) führt zu einem vollständigen Öffnen des Elektromagnetventils und schließt damit den zweiten Ansteuerstromverlauf SV2 ab.
• Der Ansteuerstromverlauf SV2 findet bspw. Verwendung, wenn der Systemdruck psys bereits derart verringert ist, dass die gesamte Funktionszeit verkürzt werden kann.
• Vorzugsweise dienen die beispielsgemäßen Ansteuerverläufe der 4 und 5 zur Steuerung eines als Ablassventil verwendeten Elektromagnetventils in einer Druckluftanlage um Druckluft derart abzulassen und den Systemdruck zu verringern, dass dabei eine Reduzierung der Luftablassaktustik erfolgt. Die Ansteuerverläufe werden hierfür in einer Steuereinheit der Druckluftanlage hinterlegt.
• Die 6 zeigt ein Systemdruck-Reststrom-Diagramm, bei welchem Grenzwerte eingezeichnet sind, welche einen Systemdruck wiedergeben sollen, bei welchem ein Luftablass als zu laut oder ab welchem der Luftablass als nicht weiter störend empfunden wird.
• Das Diagramm zeigt einen minimalen Systemdruck Pmin, einen maximalen Systemdruck p_max und dazwischen liegend einen akustischen Grenzdruck p_grenz , wobei rechts davon ein als laut eingestufter Druck p_laut liegt.
• Wenn nach einer Anstiegs- oder Haltephase die restliche Schaltstromstärke zum vollständigen Öffnen des Elektromagnetventils erreicht werden soll, ist der vorherrschende Systemdruck von kritischer Natur. Bei Erreichen der Schaltstromstärke öffnet der Magnetanker vollständig. So kann es bei noch zu zu hohem Systemdruck zu einem Luftablassstoß kommen, welcher als zu laut empfunden wird. Aufgrund von Ventiltoleranzen kann sich ein vollständiges Öffnen bei unterschiedlichen Reststromwerten I_R1 /I_R2 ergeben.
• Ein erster Reststromanstieg I_A1 zeigt den Reststromanstieg ab dem maximalen Systemdruck p_max auf einen ersten Reststromwert I_R1 . Bei I_R1 ist der vorliegende Systemdruck p_laut noch so hoch, dass der Luftablass bei vollständig geöffnetem Elektromagnetventil als zu laut empfunden wird. Nur wenn ab dem maximalen Systemdruck p_max der Reststromanstieg noch so groß ist, dass dieser auf einen zweiten Reststrom I_R2 gehen kann, welcher größer ist als der erste Reststrom I_R1 , dann kann ein Systemdruck pgrenz erreicht werden, welcher einen akustischen Grenzwert darstellt, unterhalb welchem der Luftablass bei vollständig geöffnetem Elektromagnetventil als nicht zu laut empfunden wird.
• Bei einer falschen Definition des Reststromanstiegs kann der akustische Ablassgrenzwert ja nach Ventiltoleranzlage überschritten werden. Um dies zu vermeiden müssen die Anstiegs- und Haltezeiten derart bemessen sein, dass auch bei einem Ventil mit einem kleinen Restschaltstrom der Systemdruck bereits insoweit verringert wurde, dass der akustische Ablassgrenzwert eingehalten wird.
• Dies ist bspw. durch den zweiten Reststromanstieg I_A2 visualisiert. Zwar bedingt der langsame Reststromanstieg I_A2 auf den ersten Reststromwert I_R1 eine lange Funktionszeit allerdings entweicht ausgehend von dem maximalen Systemdruck p_max ausreichend Druckmittel als Leckage, wodurch die gewünschte Luftablassakustik eingehalten wird. Bei einem Ventil mit hohem Reststromwert I_R2 ist dieser langsame Ansteueranstieg I_A2 für den akustischen Ablassgrenzwert unkritisch, da dieser bereits eingehalten worden ist, bis der Reststromanstieg bei einem minimalen Restsystemdruck p_min erreicht ist.
• Die gesamte Funktionszeit kann dadurch verringert werden, das eine Kalibrierung des Reststromwertes in Abhängigkeit der Funktion I_R = f(p) für jedes Ventil erfolgt und damit die Anstiegs- und Haltezeiten auf kurze Funktionszeiten optimiert werden können. Diese Kalibrierung kann einmalig während des Herstellprozesses der Druckluftanlage erfolgen. Änderungen der Toleranzen über die Lebensdauer werden damit aber nicht ausgeglichen. Daher kann die Kalibrierung auch laufend im Betrieb der Druckluftanlage erfolgen, wenn eine Druckmessung im System vorgesehen ist, wodurch Änderungen über die Lebensdauer erkannt und ausgeglichen werden können.
• Bezugszeichenliste

1

Druckluftanlage

2

Luftverdichter

3

Ablassventil

4

Luftfedern

5

Lufttrockner

6

Druckspeicher

7

Umschaltventileinrichtung

8

Hauptleitung

9

Ablassleitung

20

Elektromagnetventil

21

Magnetkern

22

Magnetanker

23

Spule

24

Rückstellfeder

25

Jochkörper

26

Magnethülse

27

Dämpfungselement

28

Jochring

29

Ventilsitz

30

Durchgangsbohrung

31

Ventilschließkörper

32

Ventilhülse

33

Ventilaufnahmevorrichtung

34

Eingangsseite

35

Ausgangsseite

A

Atmosphäre

I

Ansteuerstrom

I₁

erster Anstiegsstromendwert

I₂

zweiter Anstiegsstromendwert

I₃

dritter Anstiegsstromendwert

I_A1

erster Reststromanstieg

I_A2

zweiter Reststromanstieg

I_R1

erster Reststromwert

I_R2

zweiter Reststromwert

I_S(p)

Schaltstrom

M

Motor

p_A

Atmosphärendruck

P_grenz

akustischer Grenzdruck

P_laut

lauter Systemdruck

p_min

minimaler Systemdruck

p_max

maximaler Systemdruck

S

Steuereinheit

SL

Signalleitung

SV1

Ansteuerstromverlauf 1

SV2

Ansteuerstromverlauf 2

t₀

Startzeitpunkt

t₁

erster Zeitpunkt

t₂

zweiter Zeitpunkt

t₃

dritter Zeitpunkt

t₄

vierter Zeitpunkt

t₅

fünfter Zeitpunkt

t₆

sechster Zeitpunkt

t₇

siebter Zeitpunkt

TA1

erste Anstiegsphase

TA2

zweite Anstiegsphase

TA3

dritte Anstiegsphase

TA4

vierte Anstiegsphase

TH1

erste Haltephase

TH2

zweite Haltephase

TH3

dritte Haltephase

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• 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.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 1243447 A2 [0002]
• DE 10034243 B4 [0005]
• DE 102010054702 A1 [0007, 0009, 0011]
• DE 19812804 C2 [0010]

Claims (15)

1. Verfahren zur Ansteuerung eines mit einem pneumatischen Druckmittel belasteten Elektromagnetventils (20) um einen am Elektromagnetventil (20) anliegenden Druck (psys) abzubauen, wobei das Elektromagnetventil (20) stromlos eine geschlossene Schaltstellung und bei einer Bestromung mit einer von dem anliegenden Druck (psys) abhängigen Schaltstromstärke (I_S(p) eine vollständig offene Schaltstellung einnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Anstiegsstromendwert (I₁) vorbestimmt wird, welcher kleiner als die Schaltstromstärke (I_S(p)) ist, wobei das Elektromagnetventil (20) mit einem Ansteuerstrom, welcher einem Ansteuerstromverlauf (SV1, SV2) folgt, bestromt wird, und dass der Ansteuerstromverlauf (SV1, SV2) eine erste Anstiegsphase (TA1), in welcher der Ansteuerstrom auf den vorbestimmten ersten Anstiegsstromendwert (I₁) erhöht wird, und darauf folgend eine erste Haltephase (TH1) umfasst, in welcher der Ansteuerstrom konstant auf dem ersten Anstiegsstromendwert (I₁) gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anstiegsstromendwert (I₁) in Abhängigkeit des am Elektromagnetventil (20) anliegenden Drucks (psys) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Ansteuerstromverlaufs (SV1, SV2) und/oder während der Haltephase (TH1) eine Druckmessung des am Elektromagnetventil (20) anliegenden Drucks (psys) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anstiegsstromendwert (I₁) vorgegeben ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerstrom während der ersten Anstiegsphase (TA1) linear oder sprunghaft erhöht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Dauer der ersten Anstiegsphase (TA1) und der ersten Haltephase (TH1) vorbestimmt ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerstromverlauf (SV1, SV2) eine auf die erste Haltephase (TH1) folgende zweite Anstiegsphase (TA2) umfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während der zweiten Anstiegsphase (TA2) der Ansteuerstrom auf einen bestimmbaren zweiten Anstiegsstromendwert (I₂) erhöht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerstromverlauf (SV1, SV2) eine auf die zweite Anstiegsphase (TA2) folgende zweite Haltephase (TH2) umfasst, in welcher der Ansteuerstrom konstant auf dem zweiten Anstiegsstromendwert (I₂) gehalten wird, wobei der zweite Anstiegsstromendwert (I₂) kleiner als die Schaltstromstärke (I_S(p)) ist.
10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerstrom während der zweiten Anstiegsphase (TA4) linear oder sprungartig auf die Schaltstromstärke (I_S(p)) erhöht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerstromverlauf (SV1, SV2) mit einem zusätzlichen, insbesondere sinusförmigen, Signalverlauf (Dither) überlagert wird.
12. Druckluftanlage (1) umfassend ein Elektromagnetventil (20) und eine Steuereinheit (S), dadurch gekennzeichnet, dass in dieser ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 urchgeführt wird.
13. Druckluftanlage (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet dass die Druckluftanlage (1) einen Luftverdichter (2) und mindestens eine Druckmittelkammer (4, 6) umfasst, wobei die Druckmittelkammer (4, 6) über eine pneumatischen Hauptleitung (8) mit dem Luftverdichter (2) verbunden ist, wobei die Hauptleitung (8) mit einer ein Ablassventil (3) umfassenden Luftablassleitung (9) verbunden ist, wobei das das Elektromagnetventil (20) als das Ablassventil (3) als ausgeführt ist.
14. Druckluftanlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Eingangsseite (34) des Elektromagnetventils (20) der Systemdruck (psys) der Druckluftanlage (1) anliegt.
15. Druckluftanlage (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass kein Schalldämpfer vorhanden ist.

Images