DE3633113A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatischen erfassung der ansprechspannung eines elektromagnetischen bauteils, insbesondere eines magnetventils - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur automatischen erfassung der ansprechspannung eines elektromagnetischen bauteils, insbesondere eines magnetventils

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrich­ tung zur automatischen Erfassung der Ansprechspannung eines elektromagnetischen Bauteils, insbesondere eines Magnetventils. Die Funktion elektromagnetischer Bau­ teile, insbesondere von Magnetventilen, beispielswei­ se in Einspritzanlagen und Blockierschutzsystemen von Bremsanlagen muß beispielsweise bei Kraftfahrzeugen häufig geprüft werden. Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen, die hierfür Verwendung finden (DE-OS 23 52 493; DE-OS 22 51 472), wird die Tatsache ausgewer­ tet, daß die Bewegung eines Magnetankers in der Spule eines Magnetventils eine Induktivitätsänderung bewirkt. Diese hat zur Folge, daß die Stromstärke des durch die Spule des Magnetventils fließenden Stromes während der Bewegung des Magnetankers sinkt. Diese Änderung der Stromstärke wird mittels eines Differenzierglieds festgestellt und zur Funktionsprüfung des Magnetventils herangezogen. Wird mit Hilfe des Differenzierglieds ein bestimmter Abfall der Stromstärke erfaßt, so bedeu­ tet dies, daß sich der Magnetanker des Ventils bewegt hat; ansonsten liegt ein Fehler vor. Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen beschränkt sich die Funk­ tionsprüfung jedoch darauf, ob sich der Magnetanker des Magnetventils überhaupt bewegt oder nicht.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 11 haben demgegenüber den Vorteil, daß das Betriebsverhalten eines elektromagnetischen Bauteils, insbesondere eines Magnetventils, exakt ermittelt werden kann. Dazu wird die minimale Ansprechspannung des Bauteils automatisch erfaßt, indem eine ansteigende Prüfspannung an das elektromagnetische Bauteil angelegt und die Prüfspan­ nung festgehalten und angezeigt wird, bei der das elek­ tromagnetische Bauteil anspricht, indem die beim Anspre­ chen des Bauteils auftretende Änderung des durch das Bauteil fließenden Stromes erfaßt und zur Fixierung und Anzeige des momentanen Werts der Prüfspannung herangezo­ gen wird. Auf diese Weise läßt sich nicht nur feststel­ len, ob das elektromagnetische Bauteil überhaupt re­ agiert, d.h., ob das Magnetventil anzieht, sondern auch bei welcher minimalen Spannung es anspricht.
Dadurch können nicht nur festsitzende, sondern auch schwergän­ gige Magnetventile erfaßt werden.
Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung ermögli­ chen eine einfache und exakte Ermittlung der Ansprech­ spannung, ohne daß dazu das elektromagnetische Bauteil ausgebaut werden muß. Fehler durch Bedienungspersonen sind ausgeschlossen.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildun­ gen der Erfindung gekennzeichnet.
Zeichnung
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Ausführungs­ beispiele darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Ein Schaltbild der Vorrichtung, das deren prin­ zipielle Funktion wiedergibt;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrich­ tung gemäß Fig. 1.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist eine Prinzipschaltung dargestellt, an­ hand derer die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung sowie das erfindungsgemäße Verfahren verdeutlicht werden.
Von einer Spannungsquelle, hier einem Sägezahngenera­ tor 2, wird eine Prüfspannung erzeugt, die von einem Verstärker 4 auf eine für ein zu prüfendes elektromagne­ tisches Bauteil, von dem hier nur die Betätigungsein­ richtung oder Spule 6 dargestellt ist, geeignete Span­ nung verstärkt wird. Diese Spannung wird an die Spule 6 gelegt, die andererseits mit Masse verbunden ist. Die an der Spule 6 anliegende Prüfspannung kann von einer Anzeigevorrichtung 8 angezeigt werden. In der Zuleitung zur Anzeigevorrichtung 8 ist eine Schaltein­ richtung 10 vorgesehen.
Der zur Spule 6 des Prüflings fließende Strom wird durch einen Meßwiderstand 12 geleitet. Die dort abfal­ lende Spannung wird von einer Differenzier-Anordnung 14 gemessen, die einen Operationsverstärker 141 umfaßt. Dabei ist die eine Seite des Meßwiderstands 12 über einen ersten Differenzierkondensator 142 und einen ersten Widerstand 143 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 141 verbunden. Die andere Seite des Meßwiderstands 12 ist über einen zweiten Differenzierkondensator 144 sowie einen zweiten Wider­ stand 145 mit dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 141 verbunden, der über einen dritten Widerstand 146 gegengekoppelt ist. Der nicht- invertierende Eingang des Operationsverstärkers 141 liegt über einem vierten Widerstand 147 an Masse. Der Ausgang der Differenzier-Anordnung 14 bzw. des Opera­ tionsverstärkers 141 ist mit der Schalteinrichtung 10 verbunden.
Die Funktion der Schaltung gemäß Fig. 1 ist die folgen­ de: Die Spule 6 des zu prüfenden elektromagnetischen Bauteils, z.B. eines Einspritzventils, wird, ohne daß ein Ausbau des Ventils erforderlich ist, mit der von dem Sägezahngenerator 2 erzeugten und von dem Verstär­ ker 4 verstärkten Prüfspannung beaufschlagt. Der minima­ le Wert der Prüfspannung ist dabei z.B. Null, jeden­ falls muß er kleiner sein als die erwartete minimale Ansprechspannung des zu prüfenden elektromagnetischen Bauteils. Die maximale Prüfspannung entspricht z.B. der maximalen Betriebsspannung des Prüflings. Der durch die Spule 6 und damit durch den Meßwiderstand 12 fließende Strom bewirkt einen Spannungsabfall am Meßwiderstand 12, welcher von der Differenzier-Anordnung 14 gemessen wird. Aufgrund der ansteigenden Spannung bewegt sich schließlich bei einem intakten Magnetventil, dessen Eisenkern bzw. Magnetanker. Durch diese Bewegung ändert sich die Induktivität der Spule 6, in der außerdem eine Spannung induziert wird. Dadurch vermindert sich der Stromfluß durch Spule 6 und Meßwiderstand 12. Die in der Differenzier-Anordnung 14 vorgenommene zeitliche Ableitung des Stromes bzw. der Spannung ändert darauf­ hin für kurze Zeit das Vorzeichen. Diese Änderung wird von der Schalteinrichtung 10 erfaßt.
Während die Anzeigevorrichtung 8 bei einer ersten Aus­ führung der Schaltung bisher kontinuierlich die an der Spule 6 anliegende Prüfspannung anzeigte, unter­ bricht nun die Schalteinrichtung 10 die Verbindung zwischen der Spule 6 und der Anzeigeanordnung 8 auf­ grund des von der Differenzier-Anordnung 14 an die als Öffner wirkende Schalteinrichtung 10 abgegebenen Steuersignals. Die Anzeigeanordnung gibt nun den zu­ letzt angezeigten Wert der an der Spule 6 anliegenden Prüfspannung wieder, da ein weiterer Anstieg der Prüf­ spannung aufgrund der von der Schaltungseinrichtung 10 vorgenommenen Unterbrechung der Zuleitung zur Anzeigean­ ordnung 8 nicht angezeigt werden kann. Die Anzeigeanord­ nung 8 ist dabei so ausgelegt, daß der letzte momentane Wert der Prüfspannung vor Unterbrechung der Zuleitung angezeigt bleibt und die Anzeige nicht auf Null zurück­ geht.
Die Änderung des Stromflusses aufgrund des Ansprechens des Magnetventils kann bei einer zweiten Ausführung der Schaltung auch so zur Ansteuerung der Schalteinrich­ tung 10 ausgewertet werden, daß die Anzeigevorrichtung 8 die am Prüfling anliegende Prüfspannung nur dann anzeigt, wenn der Prüfling anspricht. Die Schalteinrich­ tung 10 ist dabei so ausgebildet, daß sie im Moment des Ansprechens des Prüflings kurz eine Verbindung zur Anzeigevorrichtung 8 herstellt; ein weiteres Anstei­ gen der Prüfspannung wird jedoch nicht mehr angezeigt. Die Bedienungsperson kann dann von der Anzeigevorrich­ tung 8 keine Anzeige ablesen, während die Prüfspannung noch ansteigt, ohne daß der Prüfling angesprochen hat. Dadurch wird die Möglichkeit von Ablesefehlern redu­ ziert.
Das Verfahren kann aber auch so durchgeführt werden, daß die Bedienungsperson, die ein elektromagnetisches Bauteil prüft, zwischen den beiden Ansteuerungsmöglich­ keiten der Anzeigevorrichtung 8 frei wählen kann.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Ein Rechteck- oder Taktgenerator 20 steuert einen Zäh­ ler 22 an, dessen Ausgangssignal einerseits an einen Digital/Analog-Wandler 24 (im folgenden D/A-Wandler) und andererseits an ein als Speicher dienendes Register 26 weitergeleitet werden. Mit dem Register 26 ist eine Anzeigevorrichtung 8 verbunden. In dem D/A-Wandler 24 werden die Signale des Zählers 22 umgesetzt und eine Spannung erzeugt, die von einem Verstärker 4 auf einen für ein zu prüfendes elektromagnetisches Bauteil geeigneten Wert verstärkt wird. Auch hier ist nur die Spule 6 des Prüflings dargestellt.
Wie in Fig. 1 wird der durch die Spule fließende Strom durch einen Meßwiderstand 12 geleitet und die an diesem abfallende Spannung von einer anhand von Fig. 1 genau dargestellten Differenzier-Anordnung 14 verstärkt, deren Ausgang mit dem Register 26 verbunden ist.
Die Ansprechspannung des elektromagnetischen Bauteils wird mit dem Ausführungsbeispiel der Schaltung gemäß Fig. 2 folgendermaßen ermittelt:
Zu Beginn der Messung werden der Zähler 22 und das Register 26 zurückgesetzt, so daß die Anzeigevorrich­ tung 8 keine Spannung anzeigt und die Spule 6 des Prüf­ lings ohne Spannung ist.
Als Prüfspannung dient hier eine durch eine Treppenspan­ nung angenäherte Sägezahnspannung, die mit Hilfe des den Zähler 22 ansteuernden Taktgenerators 20 erzeugt wird. Der Zählerstand des Zählers 22, der beispielswei­ se als Binärzähler ausgebildet ist, wird durch die eingehenden Takte des Taktgenerators 20 erhöht. Dadurch wird auch das Ausgangssignal des von dem Zähler 22 angesteuerten D/A-Wandlers 24 schrittweise erhöht. Der D/A-Wandler 24 und der nachgeschaltete Verstärker 4 sind beispielsweise so ausgelegt, daß die an der Spule 6 des Prüflings anliegende Spannung bei jedem Taktim­ puls des Taktgenerators 22 um 0,1 V erhöht wird. Die Schaltung kann aber auch so ausgelegt werden, daß die Bedienungsperson die pro Taktimpuls eintretende Span­ nungserhöhung stufenweise oder frei einstellen kann.
Wegen der Spannungserhöhung bewegt sich schließlich der Magnetanker der Spule 6, wodurch die oben anhand von Fig. 1 erläuterte Induktivitätsänderung eintritt, die von der Differenzier-Anordnung 14 als Änderung des Stromflusses durch den Meßwiderstand 12 bzw. als Spannungsänderung erfaßt wird.
Aufgrund der von der Differenzier-Anordnung 14 festge­ stellten Spannungsänderung wird ein Steuersignal er­ zeugt, das dem Register 26 zugeleitet wird. Das als Speicher ausgebildete Register 26 wertet den Zähler­ stand des Zählers 22 aus und bestimmt daraus die an der Spule 6 des elektromagnetischen Bauteils anliegende Prüfspannung. Diese Spannung kann mittels der mit dem Register 26 verbundenen Anzeigevorrichtung 8 angezeigt werden.
Wenn ein Steuersignal der Differenzier-Anordnung 14 zu dem Register 26 gelangt, wird die beim Ansprechen des elektromagnetischen Bauteils anliegende Prüfspan­ nung auf der Anzeigevorrichtung 8 angezeigt und festge­ halten.
Die Schaltung kann auch so ausgebildet sein, daß die Bedienungsperson die Prüfspannung auch schon während des Anstiegs auf der Anzeigevorrichtung 8 ablesen kann.
Nach dem Erreichen der maximalen Prüfspannung wird die Schaltung zurückgesetzt, d.h. die Anzeige der An­ sprechspannung wird gelöscht, die Prüfspannung geht auf den Anfangswert zurück. Danach wiederholt sich der Vorgang. Dadurch wird das Ansprechverhalten des Prüflings mehrfach geprüft und Zufallsergebnisse durch den Vergleich mehrerer Anzeigewerte, bei denen der Prüfling anspricht, vermieden.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der in Fig. 1 dargestellten Schaltung, wobei wiederum gleiche Teile gleiche Bezugszeichen aufweisen.
Ein Rechteck- oder Taktgenerator 20 versorgt einen mit einem Digital/Analog-Wandler 24 (im folgenden D/A- Wandler) verbundenen ersten Zähler 22 sowie einen mit einer Anzeigevorrichtung 8 verbundenen zweiten Zähler 322 mit Zählimpulsen. Aus dem Ausgangssignal des als Binärzähler ausgebildeten ersten Zählers 22 wird mit­ tels des D/A-Wandlers 24 und eines Verstärkers 4 eine für ein elektromagnetisches Bauteil geeignete Prüfspan­ nung erzeugt. Auch hier ist nur eine Spule 6 des zu prüfenden Bauteils dargestellt. Wie schon anhand der Fig. 1 und 2 erläutert, fließt der durch die Spule 6 geleitete Strom durch einen Meßwiderstand. Die dort abfallende Spannung wird von einer in Fig. 1 genau erläuterten Differenzier-Anordnung 14 erfaßt und ausge­ wertet. Das Ausgangssignal der Differenzier-Anordnung 14 wird an den zweiten Zähler 32 weitergeleitet.
Zu Beginn der Messung werden beide Zähler 22 und 32 zurückgesetzt, so daß die Anzeige auf Null steht und der Prüfling spannungslos ist. Die Erzeugung der Prüf­ spannung für die Spule 6 des elektromagnetischen Bau­ teils ist identisch wie bei der anhand von Fig. 2 erläuterten Schaltung. Der zweite Zähler 32 ist als mehrstufiger Dezimalzähler ausgebildet und steuert die Ziffernanzeige der Anzeigevorrichtung 8 an.
Da beide Zähler von demselben Taktgenerator 20 ange­ steuert werden, laufen sie synchron. Wenn mit Hilfe der Differenzier-Anordnung 14 auf die oben beschriebene Weise festgestellt wird, daß das elektromagnetische Bauteil anspricht, wird der zweite Zähler 32 von dem Ausgangssignal der Differenzier-Anordnung 14 angesteu­ ert. Dieser Zähler wird beispielsweise durch das Setzen eines in der Verbindungsleitung zwischen Taktgenerator 20 und zweitem Zähler 32 angeordneten Flip-Flops, wel­ ches in Fig. 3 nicht dargestellt ist, von weiteren Taktimpulsen getrennt und hält die beim Ansprechen des Magnetventils anliegende Prüfspannung fest. Dieser Wert wird, von der Anzeigevorrichtung 8 angezeigt. Auch wenn die Prüfspannung weiter erhöht wird, bleibt die Anzeige unverändert.
Die Schaltung kann so ausgebildet sein, daß nur die Prüfspannung angezeigt wird, bei der das Magnetventil angezogen hat, oder so, daß auch schon die ansteigende Prüfspannung ablesbar ist. Die Bedienungsperson kann dann den Prüfvorgang, also die ansteigende Spannung überwachen.
Nach Erreichen der maximalen Prüfspannung werden beide Zähler 22 und 32 zurückgesetzt, d.h. die Anzeige wird gelöscht und die Prüfspannung auf den Anfangswert zu­ rückgeführt. Danach wird das beschriebene Verfahren wiederholt.
Die anhand der Figur genannten Bauteile wie Zähler, Register und Differenzier-Anordnung können in eine Schaltung, beispielsweise in eine Kraftfahrzeug-Diagno­ seeinrichtung oder in einen Einspritzpumpen-Prüfstand integriert werden und das Verfahren Teil eines Rechner­ programms zur Prüfung der Funktion eines Kraftfahrzeugs bzw. einer Einspritzpumpe sein.
Es ist auch festzuhalten, daß Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Prüfung diverser elektromagne­ tischer Bauteile, beispielsweise auch von elektromag­ netischen Relais, herangezogen werden können, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen würde.

Claims (12)

1. Verfahren zur automatischen Erfassung der Ansprech­ spannung eines elektromagnetischen Bauteils, insbe­ sondere eines Magnetventils, gekennzeichnet durch fol­ gende Schritte:
  • - Anlegen einer ansteigenden Prüfspannung an das elek­ tromagnetische Bauteil und
  • - Festhalten und Anzeigen der Prüfspannung, bei der das elektromagnetische Bauteil anspricht,
  • - wobei die beim Ansprechen des Bauteils auftretende Änderung des durch das Bauteil fließenden Stromes erfaßt und zum Festhalten und zur Anzeige des Werts der Prüfspannung herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Prüfspannung eine Spannung mit sägezahn- oder dreiecksförmigen Verlauf gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ansteigende Sägezahnspannung durch eine Treppenspannung angenähert wird, die durch An­ steuerung eines Digital/Analog-Wandlers von einem frei­ laufenden ersten Zähler erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Zähler ein Binärzähler verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der momentane Wert der Prüfspan­ nung dadurch ermittelt wird, daß die Signale des ersten Zählers auch einem eine Anzeigevorrichtung ansteuernden Register zugeleitet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die momentane Spannung mit Hilfe einer Anzeigevorrichtung angezeigt wird, die durch einen zweiten Zähler angesteuert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als zweiter Zähler ein mehrstufiger Dezimalzäh­ ler verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des durch die Spule des elektromagnetischen Bauteils fließenden Stromes mittels mindestens einer Differenzier-Anordnung erfaßt wird, deren Ausgangssignal der Erzeugung eines Schalt­ signals dient, durch welches der momentane Wert der Prüfspannung festgehalten und angezeigt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Differenzier-Anordnung ein differenzierender Operationsverstärker verwendet wird, der die an einem Meßwiderstand abfallende Spannung mißt, durch den der durch die Spule des elektromagnetischen Bauteils flie­ ßende Strom geleitet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß aus dem Ausgangssignal der Differenzier- Anordnung beim Ansprechen des elektromagnetischen Bau­ teils und der Änderung des Stromflusses auf bekannte Weise als Schaltsignal ein Impuls erzeugt wird, der zur Ansteuerung des Registers oder des zweiten Zählers herangezogen wird, so daß der beim Anziehen des Magnet­ ventils momentan anliegende Wert der Prüfspannung unab­ hängig von dem Ausgangssignal des Digital/Analog-Wand­ lers angezeigt und festgehalten wird.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Anzeigevorrichtung (8), die so ansteuerbar ist, daß sie den am elektromagnetischen Bauteil (6) anliegenden Wert der Prüfspannung anzeigt und festhält, bei dem das Bauteil anspricht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anzeigevorrichtung (8) von einer Vorrich­ tung (12, 14) zur Auswertung der beim Ansprechen des elektromagnetischen Bauteils (6) auftretenden Änderung des durch das elektromagnetische Bauteil (6) fließenden Stromes angesteuert wird.
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