DE19742038A1 - Verfahren zur Zustandserkennung bei einem Magnetventil - Google Patents

Verfahren zur Zustandserkennung bei einem Magnetventil

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Zu­ standserkennung bei einem Magnetventil gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.
Bei Magnetventilen ist es bekannt, die Magnetwicklung entweder mit einem Längsregler oder mit einem Schaltregler mit Strom zu versorgen. Der Regler hat da­ bei die Aufgabe, die zu hohe Batteriespannung auf den für die Magnetspule benötigten Wert herabzusetzen.
Da ein Schaltregler bedeutend geringere Verluste er­ zeugt, wird dieser für die Versorgung von Magnetventi­ len bevorzugt angewendet. Der Schaltregler schaltet da­ bei die Versorgungsspannung auf die Magnetspule. Hier­ durch entsteht ein e-funktionsförmig ansteigender Strom. Sobald dieser Strom einen oberen Grenzwert er­ reicht hat, schaltet der Regler die Versorgung ab. Hierdurch senkt sich der Strom wieder, ebenfalls nach einer e-Funktion. Sobald der Strom auf einen unteren Grenzwert abgesunken ist, wird die Versorgungsspannung wieder eingeschaltet. Hierdurch ergibt sich eine mitt­ lere, für die Magnetspule geeignete Versorgungs­ spannung.
Das gattungsgemäße Verfahren ist aus der DE 38 17 770 bekannt.
Um das Magnetventil schnell und sicher einschalten zu können, wird für die erste Periode ein relativ hoher Strom zugelassen. Nachdem hierdurch der Anker des Magnetventils gegen die Kraft einer Rückholfeder ange­ zogen hat, wird der Strom auf einen niedrigen mittleren Haltestrom abgesenkt. Zur Energieeinsparung im Dauerbe­ trieb wird dieser Haltestrom möglichst niedrig einge­ stellt. Es besteht hierfür jedoch eine untere Strom­ grenze, um mit Sicherheit ein Abfallen des Ankers im Dauerbetrieb bzw. Haltebetrieb zu verhindern. Diese un­ tere Stromgrenze muß höher angesetzt werden, wenn sich das Magnetventil in einem Bereich mit mechanischen Er­ schütterungen befindet. Ein solcher Bereich liegt z. B. immer vor, wenn das Ventil in einem Kraftfahrzeug, be­ sonders in der Nähe des Motors, angeordnet ist. Solche Erschütterungen können dazu führen, daß der Anker des Magnetventils ungewollt abfällt und das Ventil dadurch ein Druckmittel ungewollt zu- oder abschaltet. Eine solche Fehlschaltung muß aber unter allen Umständen vermieden werden, insbesondere, wenn das Ventil in ei­ nem sicherheitsrelevanten Bereich, beispielsweise in einem Antiblockiersystem eines Fahrzeugs, eingesetzt ist.
Es sind bereits Anordnungen bekannt (DE 27 28 666, DE 38 17 770), welche ein Nichteinschalten eines Magnetventils infolge eines festgeklemmten Ankers er­ kennen können. Dabei wird der Verlauf des Einschalt­ stromes überwacht, welcher zum Zeitpunkt der Ankerbewe­ gung einen typischen Knick aufweist. Fehlt dieser Knick, ist dies ein Anzeichen dafür, daß sich der Anker nicht bewegt hat, also verklemmt ist.
Die vorliegende Erfindung zielt jedoch in eine andere Richtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch welches ohne Verwendung von besonde­ ren Sensoren erkannt werden, daß der Anker eines Magnetventiles, welches sich im oben beschriebenen Hal­ tebetrieb befindet, durch äußere mechanische Erschütte­ rungen ungewollt abfällt.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 ent­ haltene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt neben der sicheren Erkennung des Fehlerzustandes "abgefallener Anker" darin, daß der Sicherheitszuschlag für den Haltestrom erheblich verkleinert werden kann, und zwar so weit, daß sich die Verlustleistung des Ven­ tils im Dauerbetrieb etwa halbiert. Hierdurch kann auch das Bauvolumen des Ventils verkleinert werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines von ei­ nem Schaltregler versorgten Magnetven­ tils.
Die Fig. 2 zeigt die Ansteuerung des Magnetventils mit einem Mikrocontroller.
Die Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm des Spulenstromes (i) des Magnetventils über der Zeit (t).
Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild mit einem Magnetventil (MV), welches von einem Schaltregler (SR) im Zwei-Punkt-Betrieb geregelt wird. Der Schaltregler (SR) sendet einen alternierenden Spulen­ strom (i) durch die Wicklung des Magnetventils. Der Strom wird von einer Versorgungsspannung UB des Schaltreglers erzeugt. Zur Steuerung des Schaltreglers dient eine Elektronik (E). Diese kann auch vom Schaltregler (SR) Signale, wie z. B. die Regelfrequenz, empfangen.
Die Fig. 2 zeigt eine Variante für die Ansteuerung des Magnetventils (MV). Von einem Mikrocontroller (µC) wird über einen Verstärker (V) mit einer Versorgungsspannung (UB) die Wicklung des Magnetventils (MV) alternierend angesteuert. Der jeweilige Strom (i) wird an einem Meß­ widerstand (RM) von etwa 0,1 Ohm, der in der Reihe mit der Wicklung des Magnetventils (MV) geschaltet ist, sensiert und dem Mikrocontroller (µC) zurückgemeldet. Zur Erleichterung der Abschaltung des Spulenstromes ist eine Freilaufdiode (D) vorgesehen, die parallel zur Wicklung des Magnetventils (MV) geschaltet ist.
In der Fig. 3 ist ein Diagramin des Spulenstromes (i) über der Zeit t dargestellt. Zum Zeitpunkt t0 soll das Magnetventil (MV) eingeschaltet werden. Hierzu legt der Schaltregler (SR) bzw. der Mikrocontroller (µC) die volle Batteriespannung (UB) an die Wicklung des Magnet­ ventils (MV). Der Strom (i) steigt steil an, bis er im Zeitpunkt t1 einen oberen Grenzwert (i3) erreicht hat. Dieser wird vom Schaltregler (SR) bzw. Mikrocontroller (µC) sensiert, und daraufhin die Batteriespannung (UB) abgeschaltet.
Durch die anfängliche hohe Spannungsbeaufschlagung mit der vollen Batteriespannung (UB), die erheblich größer ist als die Nennspannung des Magnetventils (MV), wird ein schnelles Einschalten des Magnetventils (NV) er­ reicht. Der bei t1 erreichte Grenzstrom (i3) ist jedoch keinesfalls für den Dauerbetrieb des Magnetventils ge­ eignet. Im Zeitpunkt t1 bei Erreichen des Grenzwertes (i3) schaltet der Schaltregler (SR) bzw. Mikrocon­ troller (µC) deshalb die Batteriespannung (UB) wieder ab, und der Strom (i) wird daraufhin über einen im Schaltregler (SR) befindlichen Freilauf bzw. die Frei­ laufdiode (D) wieder abgesenkt. Sobald der Strom einen unteren Grenzwert (i1) im Zeitpunkt t2 erreicht hat, beginnt eine 2-Punkt-Regelung. Das heißt, daß die Batteriespannung (UB) wieder angeschaltet wird, bis der Strom einen Grenzwert (i2) erreicht hat. Dies ist im Zeitpunkt t3 der Fall. Daraufhin wird die Batteriespan­ nung wieder abgeschaltet. Im folgenden bewegt sich also der Spulenstrom (i) immer in den Grenzen zwischen (i1) und (i2). Dieser Zustand wird als Haltebetrieb bezeich­ net. Der jetzt fließende mittlere Strom ist so bemes­ sen, daß der Anker des Magnetventils (MV) sicher im eingeschalteten Zustand gehalten wird. Der genannte mittlere Strom würde aber für eine Einschaltung nicht ausreichen.
Im Zeitpunkt t4 wirkt nun eine stärkere Erschütterung auf das Magnetventil (MV) ein, wodurch dessen Anker ge­ gen die Wirkung des Haltestroms losgerissen wird und abfällt. Durch den so erhöhten Luftspalt im magneti­ schen Kreis des Magnetventils (NV) verringert sich des­ sen Induktivität. Hierdurch kommt es zu schnelleren Stromanstiegen und -abfällen des Schaltreglers (SR).
Zur Erkennung dieses fehlerhaften Zustandes wird nun im Schaltregler (SR), in der Elektronik (E), oder im Mi­ krocontroller (µC) die erhöhte Frequenz erkannt und mit einem festgelegten Schwellwert verglichen. Sollte die Frequenz über dem genannten Schwellwert liegen, wird ein unzulässig im Haltebetrieb abgefallenes Magnetven­ til erkannt. Der Schaltregler (SR), die Elektronik (E), oder der Mikrocontroller (µC) kann daraufhin eine Feh­ lermeldung abgeben.
Als Mikrocontroller (µC) kann vorteilhaft der Typ C167 der Fa. Siemens verwendet werden. Als Schaltregler (SR) kann der Typ TCA965B der Fa. Siemens verwendet werden.
Es ist besonders vorteilhaft, nach einem erkannten An­ kerabfall sofort automatisch einen neuen Einschaltim­ puls, wie zwischen t0 und t2 dargestellt, zu erzeugen, und hierdurch das Magnetventil (MV) umgehend wieder einzuschalten.
Der Schaltregler, die Elektronik, oder der Mikrocon­ troller (µC) haben zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens vorteilhaft eine Vorrichtung zur Er­ fassung der gerade herrschenden Regelfrequenz.
Die erhöhte Regelfrequenz im Fehlerfall ab dem Zeit­ punkt t4 kann vorteilhaft durch Messung bzw. Auszählung der Periodenlängen des Spulenstroms (i) festgestellt werden. In diesem Fall kann die erhöhte Frequenz be­ reits am Ende der auf t4 folgenden Periode zum Zeit­ punkt t5 erkannt werden und der oben erwähnte Impuls zum Wiedereinschalten erzeugt werden.
Vorteilhaft können der Mikrocontroller (µC), Verstärker (V), Ereilaufdiode (D), und der Meßwiderstand (RM) im Magnetventil (MV) integriert sein, bzw. mit diesem eine bauliche Einheit bilden. Hierdurch wird die Einrichtung besonders kompakt. Durch eine entsprechende Auswahl des Mikrocontrollers (µC) kann die Einrichtung dann auch busfähig, d. h. geeignet zum direkten Anschluß an ein Bus-System, gemacht werden.
Außer bei Magnetventilen kann das erfindungsgemäße Ver­ fahren auch bei elektrischen Betätigungsmagneten ange­ wendet werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Zustandserkennung bei einem Magnet­ ventil (MV), wobei die Wicklung des Magnetventils durch einen Schaltregler (SR) im Zwei-Punkt-Betrieb oder durch einen Mikrocontroller (µC) mit Verstär­ ker (V) mit einem Strom (i) versorgt wird, und wo­ bei zum Einschalten ein hoher Strom, und im Halte­ betrieb ein verminderter Strom durch die Wicklung des Magnetventils geleitet wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach einem Abfall des Ankers des Magnetventils (MV) während des Haltebetriebs die sich ergebende Erhöhung der Regelfrequenz des Schaltreglers (SR) zur Fehlererkennung ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltregler (SR) oder der Mikrocontroller (µC) eine Fehlermeldung abgibt, wenn die Regelfre­ quenz einen festgesetzten Grenzwert überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach einem erkannten Ankerabfall im Haltebetrieb automatisch ein neuer Einschaltimpuls abgegeben wird.
4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltregler (SR) oder der Mikrocontroller (µC) eine Vorrichtung zur Erfassung der Regelfrequenz aufweist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Regelfrequenz durch Auszählung der Pe­ riodenlängen bestimmt wird.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile (µC, V, D und RM) mit dem Magnetventil (MV) eine bauliche Einheit bilden.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die bauliche Einheit busfähig ist.
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