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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Bewegung eines
Ankers eines elektromagnetischen Aktuators, insbesondere zur Betätigung eines
Gaswechsel-Hubventiles einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, wobei der
Anker oszillierend zwischen Polflächen zweier Elektromagnet-Spulen jeweils gegen
die Kraft zumindest einer Rückstellfeder durch alternierende Bestromung der
Elektromagnet-Spulen bewegt wird.
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Ein bevorzugter Anwendungsfall für einen elektromagnetischen Aktuator mit den
Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist der elektromagnetisch betätigte
Ventiltrieb von Brennkraftmaschinen. Die Gaswechsel-Hubventile einer Hubkolben-
Brennkraftmaschine werden von derartigen Aktuatoren in gewünschter Weise
betätigt, d. h. oszillierend geöffnet und geschlossen. Bei einem derartigen
elektromechanischen Ventiltrieb werden die Hubventile einzeln oder auch in Gruppen über
elektromechanische Stellglieder, die sog. Aktuatoren bewegt, wobei der Zeitpunkt für
das Öffnen und das Schließen jedes Hubventiles im Wesentlichen frei gewählt
werden kann. Hierdurch können die Ventilsteuerzeiten der Brennkraftmaschine optimal
an einen jeweils durch Drehzahl und Last definierten aktuellen Betriebszustand
sowie an die jeweiligen Anforderungen hinsichtlich Verbrauch, Drehmoment,
Emissionen, Komfort und Ansprechverhalten eines von der Brennkraftmaschine
angetriebenen Fahrzeuges angepasst werden.
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Die wesentlichen Bestandteile eines bekannten Aktuators zur Betätigung der
Hubventile einer Brennkraftmaschine sind ein Anker sowie zwei Elektromagnete für das
Halten des Ankers in der Position "Hubventil offen", bzw. "Hubventil geschlossen"
mit den zugehörigen Elektomagnet-Spulen, und ferner Rückstellfedern für die
Bewegung des Ankers zwischen den Positionen "Hubventil offen" und "Hubventil
geschlossen". Im Bezug auf einen prinzipiellen Aufbau eines elektromagnetischen
Aktuators wird auch auf die Abbildung von Fig. 1 der beigefügten Zeichnung
verwiesen, die einen derartigen Aktuator mit zugeordnetem Hubventil in einer der
beiden möglichen Endlagen des Hubventiles und Aktuator-Ankers zeigt.
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Ein elektromagnetischer Aktuator kann in bekannter Weise in zwei Modi betrieben
werden, dem s. g. "Vollhub" und dem s. g. "Freiflug". In dem Betriebsmodus
"Vollhub" wird der Anker in beiden Totpunkts- oder Endlagen in Anschlag mit Polflächen
der jeweilig zugehörigen Elektomagnet-Spule gebracht. Dieser Bewegungsablauf
zwischen den beiden Endlagenpositionen "Hubventil offen" und "Hubventil
geschlossen" wird nach dem Stand der Technik zeitlich in die kontinuierlich
aufeinander folgenden Phasen Fangvorgang, Verweilphase mit einer zusätzlichen Klebzeit
und Ablösen bzw. Ablösephase unterteilt. Beim Fangvorgang nähert sich der Anker
einem der beiden Elektromagneten. Die zu diesem Elektromagneten gehörende
Spule wird derart bestromt, dass der Anker das Joch erreicht, aufsetzt und dort
verweilt. Der Verweilvorgang dauert so lange, bis ein Ablösen des Ankers vom Joch
durch ein geeignetes Bestromen der entsprechenden Spule eingeleitet wird,
beispielsweise durch Unterbrechung des Stromes oder Stromumkehr. Das Ablösen
des Ankers geschieht in der Regel zeitlich verzögert zur veränderten Bestromung
der Spule. Diese Zeitverzögerung wird Klebzeit genannt.
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Nach dem Stand der Technik werden Regelverfahren für elektromagnetische
Aktuatoren bei Betrieb im Vollhub beispielsweise in der DE 195 30 121 A1 offenbart,
die jedoch nur zu einer Verbesserungen insbesondere im Hinblick auf die
Geräuschentwicklung sowie den Akluatorverschleiß Verfahren zur Reduzierung der
Auftreffgeschwindigkeit eines Ankers an einem elektromagnetischen Aktuator
vorschlägt, wobei mit einer Annäherung des Ankers an die Polfläche der den Anker
einfangenden Spule die an dieser anliegende Spannung auf einen vorgebbaren
Maximalwert begrenzt und im wesentlichen reduziert wird, so dass der durch die
Spule fließende Strom während eines Teils der Zeit der Spannungsbegrenzung
abfällt. Auch werden konstruktive Maßnahmen zur Reduzierung der Klebzeit
vorgeschlagen, wobei die Klebzeit als Größe jedoch stets vorhanden bleibt.
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Als bisherige Vorgehensweise ist bekannt, dass bei einer Trajektorien-basierten
Regelung eines elektromagnetischen Aktuators Sollwerte für Hub, Geschwindigkeit
und Beschleunigung eines Ankers des Aktuators vorgesehen sind. Die wesentlichen
Elemente einer derartigen Regelung sind eine vorgegebene Solltrajektorie und ein
Regler. Der Begriff "Trajektorie" ist dem Fachmann aus der Regelungstechnik
bekannt und beschreibt eine Bahnkurve eines mittels eines Reglers gesteuert zu
bewegenden Objektes in einem Zustandsraum, im vorliegenden Fall eines Aktuators
also die Bahnkurve des Ankers zwischen den Polflächen der beiden
Elektromagnetspulen.
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Eine Verbesserung der Steuerung der sogenannten Endphasenbewegung kurz vor
dem Aufsetzen des Ankers auf der Polfläche der den Anker einfangenden Spule
durch zwischenzeitliches Abschalten der Magnetspulen und nachfolgendes
geregeltes Einschalten bis zum Aufsetzen des Ankers auf dem Pol ist in der EP 0 973 177 A2
offenbart. Als Alternative zu dieser letztgenannten Lösung schlägt die EP 0 973 178 A2
das Anlegen einer getakteten Spulenspannung mit Regelung vor.
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Alle die vorstehend genannten Regelungsmaßnahmen beziehen sich jedoch nur auf
die Endphasenbewegung in dem Betriebsmodus "Vollhub". Von dem
Betriebsmodus "Vollhub" ist ein Betrieb des elektromagnetischen Aktuators im s. g. "Freiflug" zu
unterscheiden. Beim Freiflug wird beispielsweise auf eine Bestromung der
fangenden Elektromagnet-Spule verzichtet, wenn sich der Anker dem Joch nähert. Der
Anker setzt daher im Gegensatz zum "Vollhub" im "Freiflug"-Betrieb nicht auf,
sondern er ändert seine Richtung und fliegt zurück noch bevor er das Joch erreicht. Mit
dem Freiflug lässt sich eine sehr kurze Abfolge aus Hin- und Rückflug des Ankers
erzielen, da keine Klebzeit auftritt.
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Die Dauer einer Abfolge aus Hin- und Rückflug des Ankers besteht beim Freiflug
lediglich aus der Zeit, die der Anker benötigt, die Strecke von einem Joch zum
gegenüberliegenden und wieder zurück zu durchfliegen. Bei einer Abfolge von zwei
Fangvorgängen kommt jedoch mindestens noch die Klebzeit hinzu.
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Der Nachteil des Standes der Technik besteht darin, dass in den beiden vorstehend
nur exemplarisch genannten Betriebsfällen, also "Freiflug" und "Vollhub", für eine
Regelung auf der Grundlage einer Trajektorie neben einem Wert der
Geschwindigkeit auch der aktuelle Ist-Wert der Beschleunigung des Ankers benötigt wird. Dieser
Wert ist unter den drei zur Regelung benötigten Werten der am schwierigsten zu
bestimmende Größe. Ein eigener Beschleunigungssensor oder ein
Geschwindigkeitssensor zur Bestimmung der Beschleunigung sind zu teuer. Eine Auswertung
des Hubsignals mit zweimaligem Differenzieren ist u. a. deswegen sehr ungenau,
weil die Differenzierung nur in Form einer Differenzenbildung auf der Grundlage des
Geschwindigkeitssignals durchgeführt werden kann. Aber schon dem
Geschwindigkeitssignal ist stets ein relativ hoher Rauschpegel überlagert, der die Zuverlässigkeit
des so gewonnenen Beschleunigungssignals zusätzlich verschlechtert.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Bewegungssteuerung und eine dementsprechende Vorrichtung zur verbesserten
Einstellung einer Periodendauer auf der Basis einer Trajektorie zu schaffen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der jeweiligen
unabhängigen Ansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen
Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zeichnet sich demnach dadurch aus, dass als
Sollwerte für eine Trajektorie Hub und Geschwindigkeit des Ankers sowie der
Stromfluß durch eine jeweils fangende Spule gewählt werden. Der Regler wird an
diese Sollwerte angepasst. Aus einem erfindungsgemäßen Ansatz ergeben sich als
Vorteile unmittelbar, dass eine relativ einfache Bestimmung der Ist-Werte für Hub,
Geschwindigkeit und Strom durchgeführt werden kann: Der Hub wird in bekannter
Weise durch einen Hubsensor ermittelt, und der Storm kann als Reaktion auf eine
eingeprägte Spannung und einen aktuellen Zustand des Ankers in dem Aktuator
einfach durch Messen ermittelt werden. Eine Messung anstelle einer zweimaligen
Differenziation macht das Verfahren zuverlässiger und vereinfacht zudem auch eine
entsprechende Vorrichtung gegenüber solchen nach dem Stand der Technik.
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Ein Aktuator lässt sich als gekoppeltes System bestehend aus einem
mechanischen System zweiter und einem elektrischen System erster Ordnung in einem
Modell abbilden. Es ergibt sich also insgesamt ein System dritter Ordnung, für dessen
Bestimmung nach den Grundsätzen der Mathematik drei voneinander linear
unabhängige Regelgrößen erforderlich sind. Es ist ein nur einmaliges Differenzieren des
Hubsignalverlaufs zur Erzeugung eines Geschwindigkeitssignals notwendig, und die
erforderliche Anzahl von drei Regelgrößen zur Bestimmung des Systems sind durch
Hub und Geschwindigkeit des Ankers sowie den Strom mithin gegeben.
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Der gemessene Stromverlauf bildet eine Information, die eine Aussage über einen
jeweiligen Kraftverlauf enthält. Erst in einem erfindungsgemäßen Verfahren wird
diese Information gewinnbringend als dritte Regelgröße verwendet. Eine
entsprechende Sollkurve für einen Stromverlauf kann ebenfalls durch eine einfache
Messung unter standardisierten Bedingungen für den Aktuator einmalig gemessen und
dann fest zur Ermittlung von Soll-Werten abgelegt werden.
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Damit werden als Sollwerte für eine Trajektorie Hub, Geschwindigkeit und Strom
gewählt. Der Regler wird an diese Sollwert angepasst. Diese Anpassung wird in
einer Ausführungsform der Erfindung durch den Einsatz eines Reglers variabler
Struktur in der sogenannten "reduzierten Form" einreicht, vergleiche hierzu J. Y.
Hung, W. Gao, J. C. Hung, "Variable Structure Control: A Survey", IEEE
Transactions on Industrial Electronics, vol. 40, No. 1, Feb. 1993. Es kann auf einer
erfindungsgemäßen Basis auch ein anderes Reglerentwurfsverfahren zur Sicherstellung
eines Ausgleichs zwischen Ist- und Sollwert frei nach Auswahl des Fachmanns
verwendet werden.
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Bevorzugt enthält dabei diese Soll-Trajektorie über die Zeit gesehen bzw. in
Abhängigkeit von der Zeit Werte für die Position des Ankers, die auch als Wegkoordinaten
bezeichnet werden, sowie für die Geschwindigkeit des Ankers. Gleiches ist auch für
den Strom vorgesehen. Es handelt sich in einem Fall bei der Trajektorie für eine
Regelgröße also quasi um eine einfache Wertetabelle, die in einer Ausführungsform
der Erfindung fest vorgegeben in einem geeigneten Steuergerät abgelegt ist. Eine
rechnerische Anpassung an einen individuellen Fall ist in einer Weiterbildung der
Erfindung vorgesehen. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die
Trajektorie einer Regelgröße in Abhängigkeit von aktuellen Randbedingungen
jeweils individuell berechnet.
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In einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Regelung unter Verwendung
eines Zustandsschätzers oder Beobachters an der Stelle eines Differenzierers zur
Bestimmung des Geschwindigkeitssignals.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Soll-Trajektorie in Form einer
Wertetabelle fest vorgegeben in einem geeigneten Steuergerät abgelegt. Das Steuergerät
ist dabei zur individuellen Anpassung der Wertetabelle an aktuelle
Randbedingungen des Aktuators ausgebildet.
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Es ist erfindungsgemäß also mit vermindertem Aufwand auf der Seite der Sensorik
und bei erhöhter Genauigkeit möglich, einen Aktuator einer elektrischen
Ventilsteuerung in einem Kraftfahrzeugmotor in jedem der bekannten Betriebsfälle zu regeln.
Auf der Basis eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine trajektorienbasierte
Regelung eines elektromagnetischen Aktuators in einer elektrischen
Ventilsteuerung in einem Kraftfahrzeugmotor mit Sollwerten für die Regelgrößen Hub und
Geschwindigkeit des Ankers sowie Stromfluß durch eine Spule eines jeweils
fangenden Elektromagneten des Aktuators unter Verwendung von bekannten Verfahren
durchgeführt.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher
beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten elektromagnetischen
Aktuators in einer geöffneten Endlage;
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Fig. 2 stellt ein Regelungskonzept als Blockschaltbild dar und
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Fig. 3a bis 3d zeigen einzelne Phasen einer erfindungsgemäßen Regelung während
eines Fangvorganges.
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In der Abbildung von Fig. 1 ist ein Aktuator 1 bekannter Bauart dargestellt, der
über einen Ventilschaft 2 ein zugeordnetes Hubventil 3 antreibt. Fig. 1 zeigt mit
der geöffneten Endlage eine der beiden möglichen Endlagen des Hubventiles 3 und
des Aktuators 1. In dieser Position ist ein Ventilteller 5 von einem Ventilsitz 6
abgehoben, das Hubventil 3 ist also maximal geöffnet. Zum Überführen des Hubventils 3
in eine geschlossene Stellung wird der Ventilteller 5 in Richtung auf seinen
Ventilsitz 6 bewegt.
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Wie üblich greift an diesem Hubventil 3 eine Ventilschließfeder 7 an. Die
Ventilschließfeder 7 ist jedoch so dimensioniert, dass sie das Hubventil 3 und mit ihm
auch den Aktuator 1 nur in eine Neutrallage zurückbewegen kann. Für die weitere
Bewegung des Ventiltellers 5 auf den Ventilsitz 6 zu wird der Antrieb durch den
Aktuator 1 benötigt. Der Aktuator 1 umfasst dazu neben zwei Elektromagnet-Spulen 8,
9 einen auf den Ventilschaft 2 des Hubventiles 3 einwirkenden Stößel 10, der den
Anker 4 trägt und zwischen den Elektromagnet-Spulen 8, 9 oszillierend
längsverschiebbar geführt ist. Zum Antreiben des Hubventils 3 drückt der Stößel 10 des
Aktuators 1 über den Ventilschaft 2 auf den Ventilschaft 2 des Hubventils 3. An dem
Ventilschaft 2 des Hubventiles 3 abgewandten Ende des Stößels 10 greift ferner
eine Ventil-Öffnungsfeder 11 an, die in der dargestellten geöffneten Endstellung
entspannt ist.
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Bei der dargestellten Anordnung handelt es sich somit um ein schwingungsfähiges
System, für welches die Ventilschließfeder 7 und die Ventilöffnungsfeder 11 eine
erste sowie eine zweite Rückstellfeder bilden. Je nach Federkraft kann eine
Feineinstellung über eine Länge Δl im Bereich der Ventilöffnungsfeder 11 vorgenommen
werden. In der dargestellten Endposition dieses schwingungsfähigen Systems ist
das Hubventil 3 vollständig geöffnet, und der Anker 4 liegt an der unteren
Elektromagnet-Spule 8 an, die im folgenden auch als Öffner-Spule 8 bezeichnet wird,
nachdem diese Spule 8 das Hubventil 3 in seiner geöffneten Position hält.
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In einer hier nicht weiter dargestellten zweiten Endposition des schwingungsfähigen
Systems ist das Hubventil 3 vollständig geschlossen, und der Anker 4 des Aktuators
1 liegt an einem Pol 13 der oberen Elektromagnet-Spule 9 an, die im folgenden
auch als Schließer-Spule 9 bezeichnet wird, nachdem diese Spule 9 das Hubventil
3 in seiner geschlossenen Position hält.
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Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf den Betriebszustand "Vollhub", in
dem der Anker 4 des Aktuators 1 in jeder der Endlagen an den Polflächen 12, 13
der Elektromagnet-Spulen 8, 9 anliegt. Beim Durchlaufen einer halben Periode
einer Oszillationsbewegung des Ankers 4 im Betriebsmodus "Vollhub" nähert sich der
Anker 4 im s. g. Fangvorgang einem der beiden Elektromagneten 8, 9 auf einer
Bewegungskurve, die durch anfängliche Beschleunigung und Abbremsung ungefähr
S-förmig ist.
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Beim Betriebsmodus "Freiflug" wird auf eine Bestromung der jeweils fangenden
Elektromagnet-Spule 8, 9 verzichtet, wenn sich der Anker 4 dem Joch nähert. Der
Anker 4 setzt daher nicht auf, sondern er ändert seine Richtung in einem Abstand
von einer Endlage entfernt und fliegt zurück noch bevor er das Joch erreicht. Mit
dem "Freiflug" lässt sich eine sehr kurze Abfolge aus Hin- und Rückflug des Ankers
4 erzielen, da keine Klebzeit auftritt. Die Dauer einer Abfolge aus Hin- und Rückflug
des Ankers 4 besteht also beim "Freiflug" lediglich aus der Zeit, die der Anker 4
benötigt, eine um Δz verminderte Strecke von einem Joch zum gegenüberliegenden
und wieder zurück zu durchfliegen. Bei einer Abfolge von zwei Fangvorgängen
kommt bei der Betrachtung eines geschlossenen Zyklus jedoch mindestens noch
die Klebzeit tK hinzu, wenn der Anker 4 schließlich wieder auf einer Polfläche
aufsetzt.
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Ein Aktuator 1 stellt ein Regelungssystem dritter Ordnung dar, für dessen Regelung
dementsprechend drei Regelgrößen benötigt werden. Die Einstellung einer
Periodendauer setzt nach bekannten Regelungskonzepten in beiden dargestellten
Betriebsarten eine möglichst genaue Kenntnis der Größen Hub z, Geschwindigkeit ≙
bzw. v und Beschleunigung a als zweite zeitliche Ableitung des Hubes z in einem
Endphasenbereich einer Bewegung während des Fangvorgangs und vor dem
Aufsetzen des Ankers 4 auf einer jeweiligen Polfläche 13, 14 voraus. Dabei ist jedoch
bereits die Bestimmung der Geschwindigkeit ≙ durch Ableitung der Größe Hub z
relativ ungenau. Ein alternativ einzusetzender Geschwindigkeitssensor ist teuer,
aber auch hier würde sich eine große Unsicherheit hinsichtlich der Zuverlässigkeit
eines jeweiligen Wertes für die Beschleunigung a ergeben.
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Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch behoben, dass zur Regelung nur
die Größen Hub z, Geschwindigkeit ≙ bzw. v und ein Stromfluss I durch eine Spule
8, 9 eines jeweils fangenden Elektromagneten als Regelgrößen genutzt werden, um
eine Regelung der Bewegung des Ankers 4 in dem Endphasenbereich
durchzuführen. Ein entsprechendes Regelungskonzept ist in der Abbildung von Fig. 2 als
Blockschaltbild dargestellt. Zur Regelung einer Sollbewegung des Ankers 4 ist eine
Regler 14 vorgesehen, dem zu jeweils aktuellen Ist-Werten der Regelgrößen z, ≙
bzw. v und I aus Solltrajektorien dieser Regelgrößen abgeleitete Soll-Werte aus
einer Wertetabelle 15 vorgegeben werden. Ein Beobachter 16 mit den
Eingangswerten z und I dient neben einer Glättung der angelegten Ist-Werte einer Schätzung
der Werte für die Geschwindigkeit ≙ bzw. v. Als Ausgangssignal 17 des
Beobachters 16 werden die überarbeiteten Ist-Werte von z und I zusammen mit
Schätzwerten für die Geschwindigkeit v in den Regler 14 eingegeben. Eine nach diesem
Reglerkonzept von dem Regler 14 ausgegebene Spannung U liegt dann zur
Beeinflussung des Zustandes des Ankers 4 an einer Spule des jeweils fangenden
Elektromagneten des Aktuators 1 an.
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Die Abbildungen der Fig. 3a bis 3d zeigen einzelne Phasen einer
erfindungsgemäßen Regelung während eines Fangvorganges. Als Diagramm ist in der
Abbildung von Fig. 3a eine an die Spule des fangenden Elektromagneten angelegte
Spannung U über der Zeit t dargestellt. Ein dementsprechender Abschnitt für den
zeitlichen Verlauf des Hubes z, der Geschwindigkeit ≙ bzw. v und des
Stromverlaufes I(t) wird jeweils in den Abbildungen der Fig. 3b bis 3d skizziert
wiedergegeben.
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Beim Durchlaufen verschiedener Phasen in einem Endbereich der Bewegung des
Ankers 4 wird jeweils zwischen zwei betragsgleichen Spannungswerten durch den
Regler in Abhängigkeit der Regelgrößen hin und her geschaltet, wie in Fig. 3a
dargestellt. Der Endbereich der Bewegung des Ankers 4 wird durch eine
Fangphase FP zu einem Zeitpunkt t1 eingeleitet, an die sich zu einem Zeitpunkt t2 eine
Bremsphase BP anschließt. In Fangphase FP werden durch Eingriffe der Regelung
Übergabeparameter der Ankerbewegung eingerichtet, aber im Wesentlichen greift
die Regelung nach Fig. 2 in der Bremsphase BP maßgeblich zur Beeinflussung
der Bewegungszustände des Ankers 4 ein. Der Einfluss der Regelung zeigt sich in
den Verläufen von Hub z und Geschwindigkeit ≙ bzw. v dadurch, dass der
Hubverlauf stetig fortgesetzt wird und tangential in eine Endlage zmax einmündet. Ebenso
wird der Verlauf der Geschwindigkeit ≙ bzw. v beim Übergang von Fangphase FP
hin zur Bremsphase BP stetig fortgesetzt und weist ungefähr in diesem
Übergangspunkt einen Wendepunkt auf, wobei der Verlauf der Geschwindigkeit mit dem
Erreichen der Endlage zmax zu einem Zeitpunkt t4 hin tangential auf den Wert Null
absinkt. Im Betriebsmodus "Vollhub" setzt der Anker 4 also ungefähr mit der
Geschwindigkeit 0 sanft und ohne Schlagen oder Prellen etc. auf der Polfläche des
fangenden Elektromagneten auf.
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Ein zugehöriger Stromverlauf I(t) ist als Kurve in der Abbildung von Fig. 3d
wiedergegeben, wobei der Stromfluss in der fangenden Spule mit der Annäherung des
Ankers 4 auch in die Bremsphase BP hinein erst noch in charakteristischer Weise
ansteigt, bevor er zu einem Übergang der Bremsphase BP in eine Haltephase HP
hin auf einen vorbestimmten Wert eines Haltestroms Ih absinkt.
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In der Haltephase HP wird der Anker 4 sicher auf der Hub-Position zmax der Endlage
gehalten. Hierzu wird über die Spannung U in der Spule ein Haltestrom Ih
eingerichtet. Um sicherzustellen, dass sich der Anker 4 nach dem Aufsetzen auf der
Polfläche nicht doch wieder von dem Elektromagneten abhebt und sich beispielsweise in
der Haltephase HP ein Prellvorgang ausbildet, wird in einer Ausführungsform der
Erfindung direkt mit Beginn der Haltephase HP ein Stromrampe 18 mit ungefähr
exponential abklingender Flanke vorgesehen, wie in der Abbildung von Fig. 3d in
gestrichelter Form angedeutet.
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In einer alternativen und hier nicht weiter dargestellten Ausführungsform der
Erfindung wird kein Beobachter 16 verwendet, das Signal der Hubverlaufes z wird zur
Erzeugung eines Geschwindigkeitssignals ≙ (t) einfach unter Hinzunahme
bekannter Maßnahmen zur Fehlerreduktion differenziert.
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Der Regler 14 der vorstehenden Ausführungsformen ist jedoch stets komplexer als
ein aus dem Stand der Technik bekannter Regler, die Messungen zu Ermittlung der
Ist-Werte der Regelgrößen ist jedoch bei gestiegener Zuverlässigkeit durch die
Verwendung der Stromverlaufs I(t) wesentlich vereinfacht worden. Auf die in der
Beschreibungseinleitung zitierte Literatur zum Reglereinwurf wird als eine hier
eingesetzte Möglichkeit zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Konzeptes
ausdrücklich verwiesen.
Bezugszeichenliste
1 Aktuator
2 Ventilschaft
3 Hubventil
4 Anker
5 Ventilteller
6 Ventilsitz
7 Ventilschließfeder
8 Elektromagnet-Spule
9 Elektromagnet-Spule
10 Stößel
11 Ventil-Öffnungsfeder
12 Polfläche
13 Polfläche
14 Regler
15 Wertetabelle
16 Beobachter
17 Ausgangssignal des Beobachters (16)
18 Stromrampe
a Beschleunigung
BP Bremsphase
FP Fangphase
HP Haltephase
I Stromfluss
Ih Haltestrom
Δl Längenänderung zur Federeinstellung
t Zeit
tK Klebzeit
Δt Schaltzeitspanne
U Spannung
v Geschwindigkeit
Δz Differenzwert zu einer maximalen Öffnung
z Wegkoordinate des Ankers 4/Hub
zmax Endlage
≙ Geschwindigkeit als Ableitung des Hubverlaufes z