WO2016012292A1 - Verfahren zur ansteuerung eines elektrischen ventils - Google Patents

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WO2016012292A1
WO2016012292A1 PCT/EP2015/065953 EP2015065953W WO2016012292A1 WO 2016012292 A1 WO2016012292 A1 WO 2016012292A1 EP 2015065953 W EP2015065953 W EP 2015065953W WO 2016012292 A1 WO2016012292 A1 WO 2016012292A1
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armature
controlling
electric valve
valve
current
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Markus HARTINGER
Thomas Mohr
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Robert Bosch Gmbh
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    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
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    • F16K31/0675—Electromagnet aspects, e.g. electric supply therefor
    • F16K31/0679—Electromagnet aspects, e.g. electric supply therefor with more than one energising coil
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    • H01F7/1844—Monitoring or fail-safe circuits
    • H01F2007/1866—Monitoring or fail-safe circuits with regulation loop

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an electric valve.
  • Valves which have a switching means and a conducting means, wherein the switching means cooperates with an actuating element.
  • the inventive method with the features of the main claim has the advantage that it is simple and inexpensive Implemented. Also the
  • an interval corresponds to a period of time over which the measurements of the current consumption are made or a number of measurements.
  • the determination of the current consumption over an interval enables an improved detection of a reduction of the current consumption. For example, fluctuations in the current profile can be easily compensated.
  • the determined current consumption is interpolated. By means of the interpolation, possible fluctuations can be easily compensated and, in particular, a simple prediction of the future current consumption can be made.
  • the drive signal is pulse width modulated.
  • the pulse width modulated control allows a simple change of the voltage and the current of the drive signal, for example by changing the pulse width, preferably by minimizing the pulse width.
  • the pulse-width-modulated drive signal has a frequency which is in particular greater than 200 Hz.
  • the frequency, greater than 200 Hz of the pulse-width-modulated drive signal prevents a pulsating movement of the switching means.
  • the actuating element has a coil.
  • the current consumption of the coil is determined by means of a current measuring means.
  • the current measuring medium is designed as a shunt resistor, which in particular is connected between the actuating element and a control line of the actuating element.
  • the actuating element has a movable armature.
  • the armature cooperates with the switching means.
  • the armature is connected to the switching means.
  • the armature and the switching means are moved by means of the drive signal.
  • Valve with a control means for controlling the valve according to a method according to one or more of the preceding claims.
  • the control means generates a drive signal.
  • FIG. 1 shows an electrical valve
  • FIG. 2 shows an exemplary voltage profile, current profile at the
  • FIG. 1 shows an electrical valve 1, in particular a solenoid valve.
  • the electric valve 1 can be used for controlling fluid flows, in particular gases or liquids.
  • the electric valve 1 has a flow area 10 and a control area 30.
  • the flow area 10 comprises a channel housing 12
  • Channel housing has, according to FIG. 1, by way of example, an inlet channel 14 and an outlet channel 16.
  • the inlet channel 14 is connected to the outlet channel 16 of the
  • the conducting means 18 is in particular designed as a valve seat.
  • the guide means 18 and the channel housing 12 are in particular formed in one piece.
  • the guide means 18 has an opening through which a fluid can flow.
  • the guide means 18 is in particular made of a material which has a very high sealing effect.
  • the guide means 18 is made of a good sealing material and connected by means of joining with the channel housing 12. Further, a switching means 20 is disposed within the channel housing 12.
  • Switching means 20 is disposed opposite to the channel housing 12 and the guide means 18 movable.
  • the switching means 20 has, according to FIG. 1, by way of example the shape of a cone.
  • the switching means 20 acts depending on its position relative to the guide means 18 with this.
  • tapered switching means 20 points in the direction of the guide means 18.
  • the switching means 20 is connected to a valve stem 22.
  • the switching means 20 and the valve stem 22 are integrally formed.
  • the channel housing 12 has a first recess 24.
  • the recess 24 is formed, for example, circular.
  • the movable valve stem 22 is arranged in the recess 24.
  • the valve stem 22 is guided through the recess 24.
  • a seal 26 is arranged in or on the recess. The seal 26 prevents leakage, of the channel housing
  • the shape of the seal 26 is adapted to the shape of the recess 24, so that the best possible sealing takes place.
  • the seal 26 of a circular recess 24 is formed as a ring.
  • the switching means 20 is at a distance from the conducting means 18.
  • the switching means 20 does not close the opening of the guide means 18.
  • the fluid can through the opening of the Conductor 18 pass through and flow past the switching means 20.
  • the electric valve 1 is flowed through. If the switching means 20 is applied to the conducting means 18, then the switching means 20 obstructs the opening of the conducting means 18. The fluid can not flow through the electrical valve 1.
  • the electric valve 1 is locked.
  • the amount of fluid flowing through the electric valve 1 can be defined.
  • the amount of fluid can also be controlled via the cross-section, or the size of the opening in the guide means 18. However, this is a one-time adjustment in the manufacture of the valve. 1
  • the electric valve 1 has any number of inlet channels or drainage channels. Accordingly, the electric valve 1 has any number of switching means and conducting means.
  • the control region 30 of the valve 1 has a control housing 32.
  • the control housing 32 is arranged on the channel housing 12, in particular connected to this, advantageously by means of joining.
  • an actuator 34 is disposed in the control area 30.
  • Actuator 34 acts on the switching means 20.
  • the switching means 20 is moved via the valve stem 22 by the adjusting element 34.
  • the actuator 34 includes an armature 36 and a coil 38.
  • the armature 36 is movable within a guide 40, in particular arranged displaceably. According to Figure 1, the armature 36 can be moved within the guide 40 upwards and downwards.
  • the guide 40 is formed, for example, circular or square.
  • the guide 40 and / or the control housing 32 have stops 48. The stops 48 limit the movement of the armature 36 in the longitudinal direction. An abutment may also be formed by the guide means 18 which cooperates with the switching means 20.
  • the armature 36 has a corresponding shape.
  • the armature 36 has elements 42 which are repelled or attracted by a magnetic field. For example, are on the armature 36 magnets 42 are arranged. In a circular armature 36, the magnets 42 are arranged, for example, encircling the armature 36.
  • the adjusting element 34 has a coil 38.
  • the coil 38 is energized.
  • the energization generates a magnetic flux and a magnetic field.
  • the element 42 of the armature 38 are attracted or repelled.
  • the movably arranged in the guide 40 armature 36 is thus attracted or repelled depending on the energization of the coil 38. Due to the attraction or repulsion due to the magnetic field, a relative movement of the armature 36 relative to the coil 38 is achieved.
  • the coil 38 is fixed to the control housing 32.
  • the switching means 200 and the armature 36 are fixedly connected to each other via the valve stem 22. The movement of the armature 38 results in a movement of the switching means 20.
  • the switching means 20 can be moved depending on the energization of the coil 38 within the guide 40, or moved.
  • the control area 30 additionally has a spring 46, in particular a
  • the spring 46 moves the armature to a defined position.
  • the force of the spring 46 counteracts the force through the magnetic field of the coil 38. If the coil 38 is not energized and thus exerts no magnetic force on the armature 36, the armature 36 is moved by the spring 46 in a defined position.
  • the spring 46 is arranged as an example within the guide 40 according to FIG. Further, it is exemplified as an annular spring which surrounds the valve stem 22. The spring pushes the armature away from the channel housing 12. Also, the spring 46 urges the armature 36 away from the spool 38. A point of application for the spring 46 forms the channel housing 12. Another anchor point forms the armature 36.
  • the spring 46 is guided by the guide 40.
  • the actuating element 34 has a
  • the return ring 44 is on the coils 38
  • the coils 38 can be used for flux guidance elements for amplifying or better guiding the magnetic flux be wound up.
  • the flux guide elements are aligned radially in the direction of the armature and guide the magnetic flux to the elements 42 of the armature 36.
  • the coil is wound around the guide 40.
  • the guide 40 is formed so that an optimal magnetic flux from the coils 38 to the armature 36 is possible. It is also possible that a plurality of coils 38 are wound around the guide 40.
  • coils 38 allow a stepwise movement of the armature 36.
  • a further coil 38a is shown in FIG. Whether the coil 38 or 38a is energized, the armature 36 is moved or moved. Upon activation of the coil 38 with a drive signal, the armature 36 is moved to a first position or downwards. Upon activation of the coil 38 with a drive signal, the armature 36 is moved to a second position or upwards.
  • the inventive method is not limited to the above-described electric valve 1.
  • the method can be used in any combination
  • valves in particular in valves with an actuating element, preferably be used in valves with an actuating element with a coil and an armature.
  • the method 50 according to the invention is used for the advantageous control of an electric valve 1, in particular a solenoid valve 1.
  • the coil 38 of the adjusting element 34 is connected to the
  • Actuator signal 52 applied.
  • the coil 38 converts the electrical
  • Adjusting element 34 in particular the coil 38 shown. Also is the
  • a reduction of the power consumption can be determined by a current measuring medium, in particular by a shunt resistor.
  • FIG. 2 shows, by way of example, a corresponding voltage curve 58 with a lowered voltage 58 of the activation signal 52.
  • the lowered voltage 58 of the drive signal 52 is minimized compared to the regular voltage 56.
  • the reduction of the voltage is up to a defined, in particular constant, value, but can also be adjusted depending on the situation.
  • the armature 36 reaches a stop 48 of the guide 40 or the switching means 20 contacts the guide means 18 of the valve 1.
  • the armature 36 can not be moved further.
  • the magnetic force is used to hold the armature 36 in position.
  • a reduced voltage is sufficient to achieve sufficient force through the magnetic field, for example, counteracts the force of the spring 46 or the force through the fluid and the switching means 20 holds in a defined position. The reduced voltage must therefore not be increased. If the switching means 20 is held in a position, saturation occurs after an initial rise of the current profile 54.
  • the valve 1 is intended to be particularly energy-saving, the voltage on contact of the switching means 20 with the conducting means 18 can be lowered again.
  • the switching means 1 only has to hold in position, so no additional energy is needed for the movement.
  • Such a further reduced voltage profile 62 is shown in FIG.
  • the valve 1 is to operate particularly reliably, the voltage on contact of the switching means 20 with the conducting means 18 can be increased, whereby the force on the switching means 20 is increased.
  • the drive signal 52 is switched off at the time t4.
  • no magnetic force is exerted on the armature 36.
  • the spring force by the spring 46 moves the armature 36 back to the starting position; in particular, according to FIG. 1, the armature is moved upwards.
  • a corresponding movement of the armature 60, or the switching means 20 is shown in Figure 2 from the time t4 by means of the curve 60.
  • the energy supplied to the armature 36 can be lowered.
  • the kinetic energy stored in the armature 36 is reduced.
  • the kinetic energy stored in the armature 36 is abruptly reduced when the armature 38 strikes the stop 48 or when the conductive means 18 is touched by the switching means 20.
  • the Noise can be minimized through the use of the method 50 because the speed at which the impact or contact occurs is minimized.
  • the forces that act on the components of the valve 1 are lower, which in particular can be used more easily processed materials for the components. Further, the energy needed to hold the valve 1 can also be lowered.
  • the actuating element 34 is acted upon by a drive signal 52.
  • the armature 36 of the valve moves 1.
  • the movement of the armature 36 is due to the actuation of the actuating element 34 with a drive signal 52.
  • the armature 36 is held in a defined position.
  • the actuating element 34 is acted upon by a drive signal 52.
  • the adjusting element 34 is no longer supplied with the drive signal 52.
  • the armature 36 is correspondingly by the force of the spring 46 in his
  • FIG. 3 shows the method sequence of the method 50 according to the invention.
  • the control 70 of the control element 34 is effected by means of a drive signal 52.
  • the control signal is applied to the control element 34 by means of a control means, which is electrically connected to the control element 34.
  • the current consumption of the actuating element 34 is detected or determined at the beginning of the application of the Anêtsignais 52.
  • a current measuring means is used.
  • Current measuring medium can be designed in particular as a shunt resistor and voltage meter.
  • the result of the current measuring means is supplied to the control means.
  • the control means determines the drive signal 52 from the signal of the current measuring means.
  • the current consumption is determined continuously or in cyclic repetitions.
  • the current consumption is preferably carried out over an interval.
  • an erroneous assessment for example due to fluctuations in the current profile, is ruled out.
  • the interval is defined according to the invention over a period of time or a number of measurements.
  • an interpolation of the determined current consumption can be carried out in order to prevent a misjudgment.
  • the determination can also be made by detecting the vertex of the current profile by means of the derivative. Also by means of the formation of the derivative can be concluded on reaching the point of failure or on a reduction in power consumption.
  • a change 74 in the activation signal 52 occurs.
  • the voltage of the activation signal 52 is changed, in particular reduced.
  • the valve 1 has a plurality of coils 38, 38a, whose magnetic force counteracts each other.
  • the armature 36 assumes a position.
  • a spring 46 could be omitted here.
  • the frequency of the pulse width modulation is advantageously chosen to be greater than 200 Hz, in particular between 200 Hz and 1 kHz.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (50) zur Regelung eines elektrischen Ventils (1), wobei das Ventil (1) ein Schaltmittel (20) und ein Leitmittel (18) aufweist, wobei das Schaltmittel (20) mit einem Stellelement (34) zusammenwirkt. Erfindungsgemäß weist das Verfahren (50) wenigstens die folgenden Schritte auf: •Ansteuerung (70) des Stellelements (34) mittels eines Ansteuersignals (52), •Ermittlung (72) der Stromaufnahme des Stellelements (34), mittels eines Strommessmittels und •Änderung (74) der Spannung und/oder des Stroms des Ansteuersignals (52) bei der Ermittlung einer Verminderung der Stromaufnahme des Stellelements (34).

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zur Ansteuerung eines elektrischen Ventils Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektrischen Ventils.
Es sind schon Verfahren zur Ansteuerung von elektrischen Ventilen bekannt. Auch sind Ventile bekannt, die ein Schaltmittel und ein Leitmittel aufweisen, wobei das Schaltmittel mit einem Stellelement zusammenwirkt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass es einfach und kostengünstig Umsetzbar ist. Auch die
Nachrüstung bestehender Ventile mit dem Verfahren ist einfach möglich. Ferner wird durch den Einsatz des Verfahrens die Belastung der Bauteile des Ventils, insbesondere bei Schaltvorgängen verringert.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
Besonders vorteilhaft ist, dass die Ermittlung der Stromaufnahme über ein Intervall erfolgt. Vorteilhaft entspricht ein Intervall einem Zeitraum, über das die Messungen der Stromaufnahme durchgeführt werden oder einer Anzahl von Messungen. Die Ermittlung der Stromaufnahme über ein Intervall ermöglicht ein verbessertes Erkennen einer Verminderung der Stromaufnahme. Beispielsweise können Schwankungen im Stromverlauf dadurch einfach kompensiert werden. Ferner ist vorteilhaft, dass die ermittelte Stromaufnahme interpoliert wird. Durch die Interpolation können mögliche Schwankungen einfach kompensiert und insbesondere eine einfache Vorhersage der zukünftigen Stromaufnahme getroffen werden.
Als vorteilhaft ist anzusehen, dass bei der Ermittlung einer Verminderung, der Stromaufnahme des Stellelements, die Spannung und/oder Strom des
Ansteuersignais reduziert wird. Durch die Reduzierung der Spannung und/oder des Stroms kann die Energie, die dem Stellelement zugeführt wird, verkleinert werden. Ferner werden die Kräfte, die beim Schließen oder Öffnen des Ventils auf die Bauteile des Ventils wirken verkleinert.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist, dass das Ansteuersignal pulsweitenmoduliert ist. Die pulsweitenmodulierte Ansteuerung ermöglicht eine einfache Änderung der Spannung und des Stroms des Ansteuersignais, beispielsweise durch Änderung der Pulsweite, vorzugsweise durch Minimierung der Pulsweite.
Besonders vorteilhaft ist, dass das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal eine Frequenz aufweist, die insbesondere größer als 200 Hz. Durch die Frequenz, größer als 200 Hz des pulsweitenmodulierten Ansteuersignais wird eine pulsierende Bewegung des Schaltmittels verhindert.
Vorteilhaft ist, dass das Stellelement eine Spule aufweist. Die Stromaufnahme der Spule wird mittels eines Strommessmittels ermittelt. Beispielsweise ist das Strommess mittel als Shunt Wiederstand, der insbesondere zwischen das Stellelement und eine Ansteuerleitung des Stellelements geschaltet wird, ausgeführt. Durch die Verwendung des Strommessmittels erfolgt eine einfache, kostengünstige sowie zuverlässige Erfassung der Stromaufnahme der Spule.
Ferner ist als vorteilhafte anzusehen, dass das Stellelement einen beweglichen Anker aufweist. Der Anker wirkt mit dem Schaltmittel zusammen. Bevorzugt ist der Anker mit dem Schaltmittel verbunden. Der Anker und das Schaltmittel werden mittels des Ansteuersignais bewegt. Durch die Verbindung des Ankers mit dem Schaltelement, insbesondere über einen Ventilschaft lässt sich das Schaltelement abhängig von dem Ansteuersignal einfach und schnell bewegen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ist, dass die Änderung, insbesondere die
Reduzierung der Spannung und/oder des Stroms des Ansteuersignais sobald sich der Anker bewegt, erfolgt. Durch die Änderung des Ansteuersignais bei Ermittlung einer Änderung des Stromverlaufs kann die Energie, die auf den Anker übertragen wird, angepasst werden. Auch wird verhindert, dass zu viel Bewegungsenergie dem Anker zugeführt wird. Ferner ist vorteilhaft, dass die Kräfte, die auf den Anker, bzw. das Schaltmittel beim Öffnen oder beim
Schließen des Ventils auf das Ventil wirken, entsprechend angepasst sind.
Ventil mit einem Regelmittel zur Regelung des Ventils gemäß einem Verfahren nach einem oder mehrerer der vorherigen Ansprüche. Das Regelmittel generiert ein Ansteuersignal.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein elektrisches Ventil,
Figur 2 einen beispielhaften Spannungsverlauf, Stromverlauf an dem
Stellelement und einen Bewegungsverlauf des Ankers sowie
Figur 3 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens.
In Figur 1 ist ein elektrisches Ventil 1, insbesondere ein Magnetventil dargestellt. Das elektrische Ventil 1 kann zur Regelung von Fluidströmen, insbesondere Gasen oder Flüssigkeiten eingesetzt werden. Das elektrische Ventil 1 weist einen Durchströmungsbereich 10 und einen Steuerbereich 30.
Der Durchströmungsbereich 10 umfasst ein Kanalgehäuse 12. Das
Kanalgehäuse weist gemäß Figur 1 beispielhaft einen Zulaufkanal 14 und einen Ablaufkanal 16 auf. Der Zulaufkanal 14 ist mit dem Ablaufkanal 16 des
Kanalgehäuses 12 durch ein Leitmittel 18 verbunden. Das Leitmittel 18 ist insbesondere als Ventilsitz ausgebildet. Das Leitmittel 18 und das Kanalgehäuse 12 sind insbesondere einteilig ausgebildet. Das Leitmittel 18 weist eine Öffnung, durch die ein Fluid strömen kann auf. Das Leitmittel 18 ist insbesondere aus einem Werkstoff, der eine sehr hohe Dichtwirkung aufweist, gefertigt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Leitmittel 18 aus einem gut abdichtenden Werkstoff gefertigt und mittels Fügen mit dem Kanalgehäuse 12 verbunden. Ferner ist innerhalb des Kanalgehäuses 12 ein Schaltmittel 20 angeordnet. Das
Schaltmittel 20 ist gegenüber dem Kanalgehäuse 12 und dem Leitmittel 18 bewegliche angeordnet. Das Schaltmittel 20 weist gemäß Figur 1 beispielhaft die Form eines Kegels auf. Das Schaltmittel 20 wirkt abhängig von seiner Stellung gegenüber dem Leitmittel 18 mit diesem zusammen. Die Spitze des
kegelförmigen Schaltmittels 20 zeigt in Richtung des Leitmittels 18. Das Leitmittel
18 weist eine entsprechend korrespondierende Form auf.
Das Schaltmittel 20 ist mit einem Ventilschaft 22 verbunden. Insbesondere sind das Schaltmittel 20 und der Ventilschaft 22 einteilig ausgebildet.
Das Kanalgehäuse 12 weist eine erste Ausnehmung 24 auf. Die Ausnehmung 24 ist beispielsweise kreisförmig ausgebildet. In der Ausnehmung 24 ist der bewegliche Ventilschaft 22 angeordnet. Der Ventilschaft 22 wird durch die Ausnehmung 24 geführt. Ferner ist in oder an der Ausnehmung eine Dichtung 26 angeordnet. Die Dichtung 26 verhindert ein Ausströmen, des das Kanalgehäuse
12 durchfließenden Mediums, durch die Ausnehmung 24. Die Form der Dichtung 26 ist an die Form der Ausnehmung 24 angepasst, so dass eine bestmögliche Abdichtung erfolgt. Beispielsweise ist die Dichtung 26 einer kreisförmigen Ausnehmung 24 als Ring ausgebildet.
Abhängig von der Stellung des Schaltmittels 20 zu dem Leitmittel 18 kann das elektrische Ventil 1 von einem Fluid durchströmt werden oder die Durchströmung durch das Fluid wird gesperrt. Gemäß Figur 1 weist das Schaltmittel 20 einen Abstand zu dem Leitmittel 18 auf. Somit verschließt das Schaltmittel 20 nicht die Öffnung des Leitmittels 18. Das Fluid kann kann durch die Öffnung des Leitmittels 18 hindurch strömen und an dem Schaltmittel 20 vorbeiströmen. Das elektrische Ventil 1 wird durchströmt. Liegt das Schaltmittel 20 an dem Leitmittel 18 an, so versperrt das Schaltmittel 20 die Öffnung des Leitmittels 18. Das Fluid kann das elektrische Ventil 1 nicht durchströmen. Das elektrische Ventil 1 ist gesperrt.
Ferner kann abhängig vom Abstand der Schaltmittels 20 zu dem Leitmittel 18, die das elektrische Ventil 1 durchströmende Fluidmenge definiert werden. Die Fluidmenge kann auch über den Querschnitt, bzw. die Größe der Öffnung in dem Leitmittel 18 geregelt werden. Hierbei handelt es sich jedoch um eine einmalige Einstellung bei der Herstellung des Ventils 1.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das elektrische Ventil 1 beliebig viele Zulaufkanäle oder Ablaufkanäle auf. Entsprechend weist das elektrische Ventil 1 beliebig viele Schaltmittel und Leitmittel auf.
Der Steuerbereich 30 des Ventils 1 weist einen Steuergehäuse 32 auf. Das Steuergehäuse 32 ist an dem Kanalgehäuse 12 angeordnet, insbesondere mit diesem verbunden, vorteilhaft mittels Fügen.
Weiter ist in dem Steuerbereich 30 ein Stellelement 34 angeordnet. Das
Stellelement 34 wirkt auf das Schaltmittel 20. Insbesondere wird das Schaltmittel 20 über den Ventilschaft 22 durch das Stellelement 34 bewegt.
Das Stellelement 34 umfasst einen Anker 36 und eine Spule 38. Der Anker 36 ist innerhalb einer Führung 40 beweglich, insbesondere verschiebbar angeordnet. Gemäß Figur 1 kann der Anker 36 innerhalb der Führung 40 nach oben und nach unten verschoben werden. Die Führung 40 ist beispielsweise kreisförmig oder quadratisch ausgebildet. Die Führung 40 und/oder das Steuergehäuse 32 weisen Anschläge 48 auf. Die Anschläge 48 begrenzen die Bewegung des Ankers 36 in Längsrichtung. Ein Anschlag kann auch durch das Leitmittel 18, das mit dem Schaltmittel 20 zusammen wirkt, gebildet werden. Der Anker 36 weist eine entsprechende Form auf. Der Anker 36 weist Elemente 42 auf, die durch ein magnetisches Feld abgestoßen oder angezogen werden. Beispielsweise sind an dem Anker 36 Magnete 42 angeordnet. Bei einem kreisförmigen Anker 36 sind die Magnete 42 beispielsweise umlaufenden um den Anker 36 angeordnet.
Ferner weist das Stelleelement 34 eine Spule 38 auf. Die Spule 38 wird bestromt. Durch die Bestromung werden ein magnetischer Fluss und eine magnetisches Feld erzeugt. Durch das magentische Feld werden die Element 42 des Ankers 38 angezogen oder abgestoßen. Der beweglich in der Führung 40 angeordnete Anker 36 wird somit abhängig von der Bestromung der Spule 38 angezogen oder abgestoßen. Durch die Anziehung oder Abstoßung aufgrund des magnetischen Felds wird eine Relativbewegung des Ankers 36 gegenüber der Spule 38 erreicht. Die Spule 38 ist an dem Steuergehäuse 32 fixiert. Das Schaltmittel 200 und der Anker 36 sind über den Ventilschaft 22 fest miteinander verbunden. Die Bewegung des Ankers 38 hat eine Bewegung des Schaltmittels 20 zur Folge. Somit kann das Schaltmittel 20 abhängig von der Bestromung der Spule 38 innerhalb der Führung 40 bewegt, bzw. verschoben werden.
Der Steuerbereich 30 weist zusätzlich eine Feder 46, insbesondere eine
Rückstellfeder auf. Die Feder 46 bewegt den Anker in eine definierte Stellung. Vorzugsweise wirkt die Kraft der Feder 46 der Kraft durch das magnetische Feld der Spule 38 entgegen. Ist die Spule 38 nicht bestromt und übt somit keine magnetische Kraft auf den Anker 36 aus, so wird der Anker 36 durch die Feder 46 in eine definierte Stellung bewegt. Die Feder 46 ist gemäß Figur 1 beispielhaft innerhalb der Führung 40 angeordnet. Ferner ist sie beispielhaft als Ringfeder ausgeführt, die den Ventilschaft 22 umgibt. Die Feder drückt den Anker von dem Kanalgehäuse 12 weg. Auch drückt die Feder 46 den Anker 36 von der Spule 38 weg. Einen Angriffspunkt für die Feder 46 bildet das Kanalgehäuse 12. Einen weiteren Angriffspunkt bildet der Anker 36. Die Feder 46 wird durch die Führung 40 geführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Stellelement 34 einen
Rückschlussring 44 auf. Der Rückschlussring 44 ist an den Spulen 38
angeordnet und führt den magnetischen Fluss.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann zur Verstärkung, bzw. besseren Führung des magnetischen Flusses die Spulen 38 auf Flussführungselemente aufgewickelt werden. Die Flussführungselemente sind radial in Richtung des Ankers ausgerichtet und führen den magnetischen Fluss zu den Elementen 42 des Ankers 36.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Spule um die Führung 40 herumgewickelt. Beispielsweise ist die Führung 40 so ausgebildet, dass ein optimaler magnetischer Fluss von den Spulen 38 zum Anker 36 möglich ist. Auch ist möglich dass mehrere Spulen 38 um die Führung 40 gewickelt werden.
Mehrere Spulen 38 ermöglichen eine schrittweise Bewegung des Ankers 36. Beispielhaft ist in Figur 1 eine weitere Spule 38a dargestellt. Anhängig ob die Spule 38 oder 38a bestromt wird, wird der Anker 36 bewegt, bzw. verschoben. Bei einer Ansteuerung der Spule 38 mit einem Ansteuersignal wird der Anker 36 in eine erste Stellung, bzw. nach unten bewegt. Bei einer Ansteuerung der Spule 38 mit einem Ansteuersignal wird der Anker 36 in eine zweite Stellung, bzw. nach oben bewegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren beschränkt sich nicht auf das zuvor beschriebene elektrische Ventil 1. Das Verfahren kann bei beliebigen
elektrischen Ventilen, insbesondere bei Ventilen mit einem Stellelement, vorzugsweise bei Ventilen mit einem Stellelement mit einer Spule und einem Anker eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren 50 dient zur vorteilhaften Ansteuerung eines elektrischen Ventils 1, insbesondere eines Magnetventils 1. Die Änderung des Zustands des Ventils 1 bzw. der Stellung des Schaltmittels 20 gegenüber dem Leitmittel 18 erfolgt mittels Beaufschlagung des Stellelements 34 mit einem Ansteuersignal 52. Die Spule 38 des Stellelements 34 wird mit dem
Ansteuersignal 52 beaufschlagt. Die Spule 38 wandelt das elektrische
Ansteuersignal in einen magnetischen Fluss, bzw. ein magnetisches Feld um, der zu einer magnetische Kraft auf den Anker 36 führt. Ist die Kraft des magnetischen Felds durch die Spule 38 größer als beispielsweise die
Trägheitskraft, die Kraft der Feder 46 und die Kraft durch das Fluid zusammen, so beginnt sich der Anker 36 in Richtung der Spule 38 zu bewegen. Bei umgekehrter Polarisation bewegt sich der Anker 36 entsprechend von der Spule 38 weg, der Anker wird abgestoßen. In Figur 2 sind der Stromverlauf 54 und der Spannungsverlauf 56 des
Stellelements 34, insbesondere der Spule 38 dargestellt. Auch ist der
Bewegungsverlauf des Ankers 36 beispielhaft dargestellt. Zum Zeitpunkt tl wird das Ansteuersignal 52 an das Stellelement 34, bzw. die Spule 38 angelegt. Bis zum Zeitpunkt t2 steigt der Strom 54 an. Zum Zeitpunkt t2 ist die Kraft durch das magnetische Feld ausreichend um die Trägheitskraft des Ankers 36 und die Gegenkraft der Feder 46 zu überwinden. Ist die Kraft durch das magnetische Feld ausreichend groß, so beginnt sich der Anker 36 zu bewegen. Der Anker 36 wird gemäß Figur 2 angezogen und bewegt sich nach unten. Das Schaltmittel 20 bewegt sich auf das Leitmittel 18 zu. Das Ventil 1 wird geschlossen. Eine Durchströmung des Ventils 1 wird gesperrt.
In Figur 2 ist der Bewegungsverlauf 60 des Ankers 36 beispielhaft dargestellt. Sobald der Anker 36 sich bewegt, wird eine Spannung in der Spule 38 induziert. Die induzierte Spannung wirkt dem Stromfluss in der Spule 38 entgegen, wodurch die Stromaufnahme durch die Spule 38 vermindert wird. Eine entsprechende Verminderung des Stromverlaufs 54 ist in Figur 2 ab t2 dargestellt.
Eine Verminderung der Stromaufnahme kann durch ein Strommess mittel, insbesondere durch einen Shuntwiderstand, ermittelt werden. Das
Strommessmittel ist vorteilhaft in einer der Ansteuerleitungen, durch die das Ansteuersignal zum Stellelement 34 fließt angeordnet. Der Strommessmittel wird somit von dem Ansteuersignal durchflössen. Wird eine Verminderung erkannt, so wird die Spannung des Ansteuersignais 52 gesenkt. In Figur 2 ist beispielhaft ein entsprechender Spannungsverlauf 58 mit einer gesenkten Spannung 58 des Ansteuersignais 52 dargestellt. Die gesenkte Spannung 58 des Ansteuersignais 52 ist gegenüber der regulären Spannung 56 minimiert. Durch die Minimierung der Spannung wird die der Spule 38 zugeführte Energie gesenkt, wodurch die magnetische Kraft und damit die Kraft auf den Anker 36 gesenkt wird. Die Reduzierung der Spannung erfolgt bis auf einen definierten, insbesondere konstanten, Wert, kann jedoch auch Situationsabhängig angepasst werden. Zum Zeitpunkt t3 erreicht der Anker 36 einen Anschlag 48 der Führung 40 oder das Schaltmittel 20 berührt das Leitmittel 18 des Ventils 1. Der Anker 36 kann nicht weiter bewegt werden. Im Folgenden wird die magnetische Kraft verwendet um den Anker 36 in der Stellung zu halten. Auch hierbei ist eine reduzierte Spannung ausreichend um eine ausreichende Kraft durch das Magnetfeld zu erreichen, die beispielsweise der Kraft der Feder 46 oder der Kraft durch das Fluid entgegenwirkt und das Schaltmittel 20 in einer definierten Stellung hält. Die reduzierte Spannung muss somit nicht erhöht werden. Wird das Schaltmittel 20 in einer Stellung gehalten, stellt sich nach einem anfänglichen Ansteigen der Stromverlaufs 54 eine Sättigung ein.
Soll das Ventil 1 beispielsweise besonders Stromsparend arbeiten, so kann die Spannung bei Berührung des Schaltmittels 20 an dem Leitmittel 18 nochmals gesenkt werden. Das Schaltmittel 1 muss nur noch in der Stellung halten, es wird somit keine zusätzliche Energie für die Bewegung benötigt. Ein solch weiterer reduzierter Spannungsverlauf 62 ist in Figur 2 dargestellt. Soll das Ventil 1 dagegen besonders zuverlässig arbeiten, kann die Spannung bei Berührung des Schaltmittels 20 an dem Leitmittel 18 erhöht werden, wodurch die Kraft auf das Schaltmittel 20 erhöht wird.
Schließlich wird zum Zeitpunkt t4 das Ansteuersignal 52 abgeschaltet. Durch die Abschaltung wird keine magnetische Kraft auf den Anker 36 ausgeübt. Die Federkraft durch die Feder 46 bewegt den Anker 36 in die Ausgangsstellung zurück, insbesondere wird gemäß Figur 1 der Anker nach oben bewegt. Eine entsprechende Bewegung des Ankers 60, bzw. des Schaltmittels 20 ist in Figur 2 ab dem Zeitpunkt t4 mittels der Kurve 60 dargestellt.
Durch die Minimierung der Spannung 56, nach Erkennung einer Bewegung des Ankers 36, kann die dem Anker 36 zugeführte Energie gesenkt werden. Somit wird die im Anker 36 gespeicherte Bewegungsenergie verkleinert. Die im Anker 36 gespeicherte Bewegungsenergie wird beim Auftreffen des Ankers 38 an dem Anschlag 48 oder beim Berühren des Leitmittels 18 durch das Schaltmittel 20 schlagartig abgebaut. Ferner kommt es beim Auftreffen des Ankers 36 an dem Anschlag 48 oder mit berühren des Leitmittels 18 durch das Schaltmittel 20 zu einer Geräuschentwicklung, insbesondere einem Klicken. Die Geräuschentwicklung kann durch den Einsatz des Verfahrens 50 minimiert werden, da die Geschwindigkeit mit der das Auftreffen oder das Berühren erfolgt minimiert ist. Ferner sind die Kräfte, die auf die Bauteile des Ventils 1 wirken geringer, wodurch insbesondere leichter zu verarbeitende Materialien für die Bauteile verwendet werden können. Ferner kann die Energie, die zum Halten des Ventils 1 benötigt wird ebenfalls gesenkt werden.
Ab dem Zeitpunkt tl wird das Stellelement 34 mit einem Ansteuersignal 52 beaufschlagt. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 bewegt sich der Anker 36 des Ventils 1. Die Bewegung des Ankers 36 erfolgt aufgrund der Beaufschlagung des Stellelements 34 mit einem Ansteuersignal 52. Zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 wird der Anker 36 in einer definierten Stellung gehalten. Auch hierbei wird das Stellelement 34 mit einem Ansteuersignal 52 beaufschlagt. Ab dem Zeitpunkt t4 wird das Stellelement 34 nicht mehr mit dem Ansteuersignal 52 beaufschlagt. Der Anker 36 wird entsprechend durch die Kraft der Feder 46 in seine
Ausgangsstellung zurückbewegt.
In Figur 3 ist der Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens 50 dargestellt. In einem ersten Schritt erfolgt die Ansteuerung 70 des Stellelements 34 mittels eines Ansteuersignais 52. Das Ansteuersignal wird mittels eines Regelmittels, das mit dem Stellelement 34 elektrisch verbunden ist, auf das Stellelement 34 beaufschlagt. Bevorzugt wird mit Beginn der Beaufschlagung des Ansteuersignais 52 die Stromaufnahme des Stellelements 34 erfasst, bzw. ermittelt. Hierzu wird insbesondere ein Strommessmittel verwendet. Das
Strommess mittel kann insbesondere als Shuntwiderstand und Spannungsmeter ausgeführt sein. Das Ergebnis des Strommessmittels wird dem Regelmittel zugeführt. Das Regelmittel ermittelt aus dem Signal des Strommessmittels das Ansteuersignal 52. Die Ermittlung der Stromaufnahme erfolgt kontinuierlich oder in zyklischen Wiederholungen. Vorzugsweise wird die Stromaufnahme über ein Intervall durchgeführt. Durch die Ermittlung der Stromaufnahme über ein definiertes Intervall ist eine fehlerhafte Einschätzung beispielsweise auf Grund von Schwankungen im Stromverlauf ausgeschlossen. Das Intervall definiert sich erfindungsgemäß über einen Zeitraum oder ein Anzahl von Messungen. Vorteilhaft kann eine Interpolation der ermittelten Stromaufnahme durchgeführt werden um eine Fehleinschätzung zu verhindert.
Gemäße einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Ermittlung der
Verminderung der Stromaufnahme durch die Änderung des Vorzeichens der Steigung der Stromkurve. Die Ermittlung kann auch durch die Erkennung des Scheitelpunkts des Stromverlaufs mittels der Ableitung erfolgen. Auch mittels der Bildung der Ableitung kann auf das Erreichen des Scheitpunkts bzw. auf eine Verminderung der Stromaufnahme geschlossen werden.
Wird bei der Ermittlung 72 eine Verminderung ermittelt, so erfolgt eine Änderung 74 des Ansteuersignais 52. Die Spannung des Ansteuersignais 52 wird geändert, insbesondere reduziert.
Bei einem kontinuierlichen Ansteuersignal 52 wird die Amplitude der Spannung gesenkt.
Bei einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal 52 wird die Pulsweite verkleinert. Durch die geringer Pulsweite und die Glättung des Ansteuersignais 52 durch die Induktivität der Spule 38 kommt es zu einer Senkung der sich ergebenden Spannung des Ansteuersignais 52 an der Spule 38.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Ventil 1 mehrere Spulen 38, 38a auf, deren magnetische Kraft einander entgegenwirkt. Entsprechend der Beaufschlagung der Spulen 38, 38a mit einem Ansteuersignal 52 nimmt der Anker 36 eine Stellung ein. Insbesondere könnte hier eine Feder 46 entfallen.
Um einen lückenden Ströme an der Spulen 38 zu verhindern wird die Frequenz der Pulsweitenmodulation vorteilhaft größer als 200 Hz, insbesondere zwischen 200 Hz und 1 kHz gewählt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (50) zur Regelung eines elektrischen Ventils (1), wobei das Ventil (1) ein Schaltmittel (20) und ein Leitmittel (18) aufweist, wobei das Schaltmittel (20) mit einem Stellelement (34) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (50) wenigstens die folgenden Schritte aufweist:
• Ansteuerung (70) des Stellelements (34) mittels eines Ansteuersignais (52),
• Ermittlung (72) der Stromaufnahme des Stellelements (34), mittels eines Strommessmittels und
• Änderung (74) der Spannung und/oder des Stroms des Ansteuersignais (52) bei der Ermittlung einer Verminderung der Stromaufnahme des Stellelements (34).
2. Verfahren (50) zur Ansteuerung eines elektrischen Ventils (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung (72) der Stromaufnahme über ein Intervall erfolgt, wobei insbesondere ein Intervall einem Zeitraum oder einer Anzahl von Messungen entspricht.
3. Verfahren (50) zur Ansteuerung eines elektrischen Ventils (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Stromaufnahme interpoliert wird.
4. Verfahren (50) zur Ansteuerung eines elektrischen Ventils (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung (72) einer Verminderung, der Stromaufnahme des Stellelements (34), die Spannung und/oder Strom des Ansteuersignais (52) reduziert wird.
5. Verfahren (50) zur Ansteuerung eines elektrischen Ventils (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal (52) pulsweitenmoduliert ist.
6. Verfahren (50) zur Ansteuerung eines elektrischen Ventils (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des pulsweitenmodulierten Ansteuersignais (52), durch Änderung, insbesondere Minimierung der Pulsweite erfolgt.
7. Verfahren (50) zur Ansteuerung eines elektrischen Ventils (1) gemäß dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das pulsweitenmodulierte Ansteuersignal (52) eine Frequenz aufweist, die größer als 200 Hz und vorzugsweise kleiner als 1 kHz ist.
8. Verfahren (50) zur Ansteuerung eines elektrischen Ventils (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (34) eine Spule (38) aufweist, wobei die Stromaufnahme der Spule (38) von dem Strommessmittel ermittelt wird.
9. Verfahren (50) zur Ansteuerung eines elektrischen Ventils (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (34) einen Anker (36) aufweist und der Anker (36) mit dem Schaltmittel (20) zusammenwirkt, insbesondere mit diesem verbunden ist, wobei der Anker (36) und das Schaltmittel (20) mittels dem Ansteuersignal (52) bewegt wird.
10. Verfahren (50) zur Ansteuerung eines elektrischen Ventils (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung (74), insbesondere die Reduzierung der Spannung und/oder des Stroms des Ansteuersignais (52) sobald sich der Anker (36) bewegt, erfolgt.
11. Ventil (1) mit einem Regelmittel zur Ansteuerung des Ventils (1) gemäß einem Verfahren (50) nach einem oder mehrerer der vorherigen
Ansprüche.
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