DE4202805A1 - Stromversorgungseinrichtung fuer die gesteuerte zufuehrung eines gleichstroms zur erregerwicklung eines betaetigungsmagneten, insbesondere eines magnetventils - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung für die gesteuerte Zuführung eines Gleichstroms zur Erreger­ wicklung eines Betätigungsmagneten, insbesondere eines Magnetventils mit einem Anker, der bei eingeschalteter Erregerwicklung in einer Hubendlage gehalten wird.

Betätigungsmagnete werden in Verbindung mit Magnetventilen, insbesondere pneumatischen oder hydraulischen Ventilen, ver­ wendet. Der Anker des Betätigungsmagneten wird bei einge­ schalteter Erregerwicklung in eine Hubendlage gebracht und dort gehalten. Der Gleichstrom wird der Erregerwicklung so lange zugeführt, wie der Anker des Betätigungsmagneten in der Hubendlage gehalten werden soll. Bei einem pneuma­ tischen Ventil ist der Anker mit einem Ventilkücken ver­ bunden und wird aus der Hubendlage, gegebenenfalls mit Hilfe einer Feder, nach dem Abschalten der Erregerwicklung wieder in seine Ausgangslage zurückgebracht. Aus der stän­ digen Stromzufuhr während des Haltens des Ankers in seiner Hubendlage resultiert eine hohe Wärmebelastung der Erreger­ spule. Diese Wärmebelastung steigt infolge erhöhter Strom­ zufuhr dann noch an, wenn in der Erregerwicklung zwischen den Windungen Kurzschlüsse auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stromversorgungseinrich­ tung für einen Betätigungsmagneten der eingangs genannten Art zu schaffen, durch die eine reduzierte Wärmebelastung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gleichstrom Impulsform mit einer solchen Taktfrequenz auf­ weist, daß bei zwischen den Gleichstromimpulsen ausgeschal­ teter Erregerwicklung der Anker des Betätigungsmagneten aufgrund magnetischer Remanenz in der Hubendlage verbleibt.

Aufgrund der intermittierenden Gleichstromzufuhr zur Erreger­ wicklung des Betätigungsmagneten wird eine Energieeinsparung von bis zu 50% erzielt. Hieraus resultiert eine verringerte Wärmebelastung des Betätigungsmagneten und damit eine Lebens­ dauererhöhung aufgrund der reduzierten Halteleistung nach dem Anzugsmoment, mit welchem der Anker in die Hubendlage gebracht wird. Dabei kommt das volle Anzugsmoment der Spule zur Auswirkung. In den Zeiträumen, in denen die Erreger­ wicklung zwischen den Gleichstromimpulsen ausgeschaltet ist, verbleibt der Anker aufgrund magnetischer Remanenz, die ein ausreichendes Anzugsmoment gewährleistet, in der Hubendlage. Da aufgrund der verringerten Energiezufuhr eine geringere thermische Belastung im eingeschalteten Zustand erreicht wird, können die Gehäuseabmessungen des Betätigungsmagneten bzw. des Magnetventils, bei welchem dieser zum Einsatz kommt, verringert werden.

Um die gewünschte intermittierende Stromzufuhr zu erreichen, kann die Erregerwicklung des Betätigungsmagneten über einen Schalter mit dem Gleichstrom versorgt werden, wobei der Schalter von einem Taktgenerator angesteuert wird. Die Takt­ frequenz kann dabei abhängig sein von einem Abtastsignal, mit welchem die Betriebsspannung an der Erregerspule abge­ tastet wird.

Durch die Abtastung der Ausgangsspannung läßt sich auch eine Lastkontrolle erreichen. Insbesondere kann hierdurch bei Einsatz des Betätigungsmagneten in einem Magnetventil ein Ventilabfall erkannt werden, der beispielsweise durch mechanische Beeinflussung, wie Erschütterungen und dergl., veranlaßt ist. Es kann dann ein Wiedereinschaltvorgang mit einem kurzzeitigen maximalen Strom und gegebenenfalls ein ständiger Wiedereinschaltvorgang in bestimmten Zeit­ intervallen veranlaßt werden.

Die Abtastung der Versorgungsspannung der Erregerwicklung kann auch als Überspannungsschutz der Magnetspule ausge­ nützt werden. Auf diese Weise erübrigt sich dann ein Ent­ störglied oder Überspannungsschutz im Magnetventil. Ferner gewährleistet man eine ausreichende Festigkeit der Magnet­ spule (load dump). Außerdem läßt sich durch Auswerten des Abtastsignales, das aus der Versorgungsspannungsüberwachung der Erregerspule abgeleitet wird, eine Kontrolle auf Über­ lastung der Erregerspule, beispielsweise durch Windungs­ schluß in der Magnetspule sowie eine Kontrolle auf Unter­ brechung der Magnetspule und unter Zuhilfenahme einer Diagnoseeinrichtung eine Fehlererkennung sowie die Mög­ lichkeit einer Statusanzeige erreichen.

Das Abtastsignal kann mit einem bestimmten Schwellenwert verknüpft werden, so daß immer dann, wenn dieser Schwellen­ wert unterschritten wird, der Gleichstrom eingeschaltet wird, falls sich die Erregerspule gerade im ausgeschalteten Zustand zwischen zwei Erregerimpulsen befindet.

Die Stromversorgungseinrichtung eignet sich vor allem für die Betätigung von pneumatischen Magnetventilen in Kraft­ fahrzeugen, z. B. Bussen, Lastkraftwagen, Arbeitsmaschinen und dergl.

Anhand der Figur, welche ein Schaltbild eines Ausführungs­ beispiels einer Stromversorgungseinrichtung zeigt, wird die Erfindung noch näher erläutert:

In der Figur ist schematisch eine Erregerwicklung 1 eines Betätigungsmagneten, der insbesondere im Zusammenhang mit einem pneumatischen Ventil zum Einsatz kommt, dargestellt. Der Betätigungsmagnet besitzt ferner einen nicht näher dar­ gestellten Anker, welcher bei eingeschalteter Erregerwick­ lung 1 aus einer Ruhestellung in eine gewünschte Hubendlage gebracht werden kann. Die Erregerwicklung 1 ist an eine in der Figur dargestellte Stromversorgungseinrichtung, welche im folgenden noch näher erläutert wird, angeschlossen. Diese Stromversorgungseinrichtung liefert über einen Schal­ ter 2 an die Erregerwicklung 1 einen intermittierenden Gleichstrom. Dieser intermittierende Gleichstrom bewirkt für die Erregerwicklung Einschaltphasen, durch welche eine bestimmte Halteleistung für den Anker in der gewünschten Hubendlage erbracht wird. Ferner sind zwischen den Einschalt­ phasen Ausschaltphasen vorgesehen, während welcher kein Gleichstrom, der Erregerwicklung zugeführt wird. Diese Aus­ schaltphasen sind so bemessen, daß aufgrund magnetischer Remanenz ein solches Anzugsmoment noch erzeugt wird, daß der Anker in seiner Hubendlage gehalten wird. Bevor das durch die Remanenz vermittelte Anzugsmoment unter einen bestimmten Wert abfällt, wird der Gleichstrom wieder einge­ schaltet. Auf diese Weise erreicht man unter verringerter Energiezufuhr eine reduzierte Halteleistung, die jedoch ausreicht, um den Anker in der gewünschten Hubendlage zu halten.

Damit der impulsförmige Gleichstrom bzw. der intermittierende Gleichstrom in der gewünschten Weise erzeugt wird, ist der angesteuerte Schalter 2, z. B. ein Transistor, vorgesehen. Dieser Schalter 2 ist in Durchlaßrichtung mit der Erreger­ wicklung 1 in Reihe geschaltet. Ein Steuerteil des Schalters 2, z. B. die Basis des Transistors, wird bei geschlossenem Schalter 8 von einem Taktgenerator 4 angesteuert. Der Takt­ generator 4 liefert ein impulsförmiges (z. B. Rechteckimpulse) Steuersignal. Zur Bereitstellung einer stabilen Betriebs­ spannung ist ein Betriebsspannungsgenerator 3 vorgesehen. Die Betriebsgleichspannung beträgt beim dargestellten Aus­ führungsbeispiel 24 Volt. Eine derartige Betriebsspannung ist geeignet zur Betätigung von pneumatischen Magnetventilen in Kraftfahrzeugen.

Wenn der Schalter 2 auf Durchlaß geschaltet ist, wird an die Erregerwicklung ein Gleichstromsignal in Impulsform geliefert. Die dabei vom Taktgenerator 4 vermittelte Schalt­ funktion schaltet den Schalter 2 so, daß das Magnetventil mit der Erregerwicklung 1 sicher anzieht, wobei die Leistung am Magnetventil bis auf ca. 50% reduziert werden kann. Bei einem ungewollten Spannungsabfall an der Erregerwicklung 1 wird das Magnetventil wieder angezogen.

Mit Hilfe einer Spannungsüberwachungseinrichtung 5 wird die Betriebsspannung an der Erregerwicklung 1 abgegriffen. Dabei kann unter Zuhilfenahme eines Schwellenwerts die Betriebs­ spannung auf Über- oder Unterspannungen überwacht werden. Ferner kann der Ausgang im Hinblick auf Überspannung, Lastunterbrechung und Kurzschluß gesteuert werden. In einer an die Spannungsüberwachungseinrichtung 5 angeschlossenen Diagnoseeinrichtung 7 kann das Ergebnis der Spannungsüber­ wachungseinrichtung 5 ausgewertet werden und an eine über­ geordnete nicht näher dargestellte Auswerteelektronik oder einen Bordcomputer des Kraftfahrzeugs weitergegeben werden.

Die Information der Spannungsüberwachungseinrichtung 5 wird ferner an eine interne Logikschaltung 6, insbesondere Ab­ schaltlogik, weitergegeben. Je nach dem Ergebnis der Diag­ nose- bzw. Spannungsüberwachung wird von der Logikschaltung 6 der Schalter 8 in der Weise betätigt, daß der Schalter 2 voll eingeschaltet oder voll abgeschaltet oder im getakteten Zustand belassen wird.

Dadurch, daß das Abtastsignal, welches aus der Überwachung der Betriebsspannung der Erregerspule 1 gewonnen wird, an eine Diagnoseeinrichtung 7 weitergegeben wird, können ver­ schiedene Diagnosefunktionen und Fehlererkennungen sowie Statusanzeigen für den Betätigungsmagneten durchgeführt werden. Durch entsprechende Ansteuerung des Schalters 2 in Abhängigkeit von der internen Logikschaltung 6 über den Schalter 8 kann bis zur Fehlerkorrektur ein weiterer Betrieb mit dem Magnetventil aufrecht erhalten werden.

Die in der Figur dargestellte Stromversorgungseinrichtung, welche ferner auch eine Überwachung der Erregerwicklung 1 und des Betriebs des Betätigungsmagneten erlaubt, kann zur Ansteuerung und Überwachung auch mehrerer parallel betrie­ bener Betätigungsmagnete, insbesondere für mehrere Magnet­ ventile, zum Einsatz kommen.

Claims (6)

1. Stromversorgungseinrichtung für die gesteuerte Zuführung eines Gleichstroms zur Erregerwicklung eines Betätigungs­ magneten, insbesondere eines Magnetventils mit einem Anker, der bei eingeschalteter Erregerwicklung in einer Hubendlage gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrom Impulsform mit einer solchen Taktfrequenz aufweist, daß bei zwischen den Gleichstromimpulsen ausgeschalteter Erreger­ wicklung (1) der Anker aufgrund magnetischer Remanenz in der Hubendlage verbleibt.

2. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (1) über einen Schal­ ter (2) mit dem Gleichstrom versorgt wird und daß der Schal­ ter (2) von einem Taktgenerator (4) angesteuert ist.

3. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz abhängt von einem Abtastsignal, mit welchem die Betriebsspannung an der Erregerspule abgetastet wird.

4. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastsignal ferner einer Diagnoseeinrichtung (7) zugeführt ist.

5. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die abgetastete Betriebsspannung der Erregerwicklung (1) mit einem Schwel­ lenwert in Bezug gesetzt ist (Spannungsüberwachung (5)).

6. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Betätigungsmagnete im Parallelbetrieb versorgt sind.