WO2004013874A1 - Verfahren zum ermitteln der position eines stellelements eines elektrisch antreibbaren aktuators, zugehörige schaltungsanordnung und vorrichtung - Google Patents

Verfahren zum ermitteln der position eines stellelements eines elektrisch antreibbaren aktuators, zugehörige schaltungsanordnung und vorrichtung Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Ermitteln der Position (x) eines Steilelements eines elektrisch antreibbaren Aktuators, der mittels eines gesteuerten Schalters (18) bei Erreichen eines unteren Schwellenwertes (i,) eingeschaltet wird und bei Erreichen eines oberen Schwellenwertes (i2) ausgeschaltet wird, wobei sich in Abhängigkeit des unteren Schwellenwertes (i1), des oberen Schwellenwertes (i2) und des von der Position (x) des Steilelements abhängigen elektrischen Schaltverhaltens des Aktuators eine Einschaltdauer (tein) und eine Ausschaltdauer (taus) ergibt, und wobei die Position (x) des Steilelements aus einem Vergleich des Quotienten aus Einschaltdauer (tein) oder Ausschaltdauer (taus) und der Summe (tein + taus) von Einschaltdauer (tein) und Ausschaltdauer (taus), sowie aus einem Vergleich der Summe (tein + taus) von Einschaltdauer (tein) und Ausschaltdauer (taus) mit jeweils abgespeicherten Referenzdaten ermittelt wird, sowie eine zugehörige Schaltungsanordnung (24) zur Ausführung des Verfahrens und eine zugehörige Vorrichtung (12), insbesondere ein Hydraulikventil 42.

Description

Verfahren zum Ermitteln der Position eines Stellelements eines elektrisch antreibbaren Aktuators, zugehörige Schaltungsanordnung und Vorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Position eines Stellelements eines elektrisch antreibbaren Aktuators sowie eine zugehörige Schaltungsanordnung und Vorrichtung, insbesondere ein Hydraulikventil.
Typische Anwendungsgebiete derartiger Verfahren sind beispielsweise elektromagnetisch betätigte Ventile oder Schalter. Die Induktivität des Elektromagneten ist dabei abhängig von der jeweiligen Position des Ankers. Eine Messung der Induktivität ermöglicht daher grundsätzlich die Ermittlung der Position des Ankers.
Aus der DE 43 41 797 A 1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines elektromagnetischen Verbrauchers bekannt, insbesondere zur Anwendung auf dem Gebiet der Zumessung von Kraftstoff bei Brennkraftmaschinen. Durch die Ansteuerung eines Magnetventils wird der Einspritzbeginn, das Einspritzende und damit die eingespritzte Kraftstoff menge festgelegt. Dabei ist es erforderlich, daß der Zeitpunkt bekannt ist, zu dem der Anker des Magnetventils seine Endlage erreicht. Dieser Schaltzeitpunkt kann durch die Auswertung des zeitlichen Verlaufs des Magnetventilstroms gewonnen werden. Zur Reduktion der Verlustleistung ist aus der DE 44 20 282 A1 bekannt, daß während des Zeitfensters, in dem der Schaltzeitpunkt ermittelbar ist, eine getaktete Spannungssteuerung erfolgt.
Aus der DE 33 26 605 A1 ist ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Überwachung der Hublage bzw. Position des Ankers eines Ventil magneten bekannt. Die Wicklung wird mit einem Gleichstrom gespeist, der einen Wechselstromanteil aufweist. Der Wechselstromanteil hängt von der Position des Ankers und mithin von der Ventilstellung ab und wird an einem Meßwiderstand mittels eines Hochpaßfilters abgegriffen.
Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß die sich einstellende Schaltfrequenz auch von dem ohmschen Widerstand der Spule abhängig ist, der wiederum verhältnismäßig stark von der Temperatur abhängig ist, die demzufolge als Störgröße im Ausgangssignal betreffend die Position des Ankers auftritt. Dieser Störeinfluß soll durch schaltungstechnische Maßnahmen anhand des gemessenen Gleichstromanteils kompensiert werden.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren sowie eine zugehörige Schaltungsanordnung und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwinden. Insbesondere soll die Position des Stellelements mit großer Genauigkeit und insbesondere unter ausreichender Kompensation des Temperatureinflusses ermittelbar sein. Das Verfahren bzw. die zugehörige Schaltungsanordnung und
Vorrichtung soll kostengünstig in der Herstellung und Wartung sein und darüber hinaus einen dauerhaft zuverlässigen Betrieb gewährleisten. Das Problem ist durch das im Anspruch 1 bestimmte Verfahren sowie durch die in den nebengeordneten Ansprüchen bestimmte Schaltungsanordnung und Vorrichtung gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
Erfindungsgemäß ist das Problem bei einem Verfahren zum Ermitteln der Position x eines Stellelements eines elektrisch antreibbaren Aktuators, der mittels eines gesteuerten Schalters bei Erreichen eines unteren Schwellenwertes eingeschaltet wird und bei Erreichen eines oberen Schwellenwertes ausgeschaltet wird, wobei sich in Abhängigkeit des unteren Schwellenwertes, des oberen Schwellenwertes und des von der Position x des Stellelements abhängigen elektrischen Schaltverhaltens des Aktuators eine Einschaltdauer tein und eine Ausschaltdauer taus ergibt, dadurch gelöst, daß die Position x des Stellelements aus einem Vergleich des Quotienten aus Einschaltdauer tein oder Ausschaltdauer taus und der
Summe tejn + taus von Einschaltdauer tein und Ausschaltdauer taus, sowie aus einem Vergleich der Summe tein + taus von Einschaltdauer tein und Ausschaltdauer taus mit jeweils abgespeicherten Referenzdaten ermittelt wird.
Der elektrisch antreibbare Aktuator kann beispielsweise ein elektromagnetisch antreibbarer Aktuator, ein piezoelektrisch antreibbarer Aktuator, oder jede Art von Aktuator sein, der aufgrund eines elektrischen Steuersignals eine mechanische Bewegung ausführt, und dadurch beispielsweise als Stell- oder Schaltglied in einem Regelkreis wirkt. In einer . besonderen Ausführungsart der Erfindung handelt es sich bei dem Stellelement des Aktuators um den Anker eines Elektromagneten. Die Bewegung des Ankers kann translatorisch und/oder rotatorisch erfolgen. Bei einer translatorischen Bewegung kann der Stellweg des Stellelements zwischen einigen Bruchteilen eines Millimeters bis zu einigen Zentimetern oder mehr betragen.
Die Bildung des Quotienten aus Einschaltdauer bzw. Ausschaltdauer und der Summe von Einschalt- und Ausschaltdauer kann grundsätzlich auch mittels eines Analogrechners erfolgen, wird aber beispielsweise aus Gründen der Störsicherheit oder aus Kostengründen vorzugsweise durch eine digitale elektronische Recheneinheit durchgeführt. Die Einschalt- und Ausschaltdauer können beispielsweise durch das Zählen der Impulse eines entsprechend hochfrequenten und ggf. zentralen Taktes bestimmt werden, wobei das Einschalt- bzw. Ausschaltsignal als Durchschaltesignal für den hochfrequenten Takt dient. Der Vergleich mit den abgespeicherten Referenzdaten, die üblicherweise empirisch gewonnen werden, beispielsweise anhand eines für die jeweilige Bauart typischen Aktuators, erfolgt ebenfalls vorzugsweise durch die elektronische Recheneinheit.
Der Quotient aus Einschaltdauer bzw. Ausschaltdauer und der Summe von Einschalt- und Ausschaltdauer kann als Pulsweitenverhältnis oder auch Tastverhältnis bezeichnet werden, das sowohl von der Position x des Stellelements des Aktuators abhängig ist, als in der Regel auch von der Temperatur der Anordnung. Typische Temperaturwerte während des Betriebs entsprechender Vorrichtungen betragen zwischen 50 und 100° C, und können in Abhängigkeit des Anwendungsfalles und der Umgebungstemperaturen auch darüber oder darunter liegen.
In der Regel wird der Vergleich eines ermittelten Quotienten mit den abgespeicherten Referenzdaten noch keine ausreichende Genauigkeit hinsichtlich der Bestimmung der Position x des Stellelements gewährleisten. Der in diesem Quotienten enthaltene Beitrag der Temperatur könnte beispielsweise über einen nahe der Anordnung angebrachten Temperatursensor herausgerechnet werden. Vorzugsweise erfolgt die Kompensation des Temperatureinflußes allerdings über den Vergleich der Summe der Einschalt- und Ausschaltdauer mit entsprechenden Referenzdaten.
Beispielsweise wird von den abgespeicherten Referenzdatenpaaren „Position x" und „Temperatur T", die aufgrund des ermittelten Quotienten in Frage kommen, aufgrund der ebenfalls ermittelten Summe von Einschalt- und Ausschaltdauer dasjenige Wertepaar als gültig identifiziert, für das entsprechende Referenzdaten betreffend das ermittelte Summensignal hinterlegt sind. Hierbei kann erforderlichenfalls auch eine Interpolation durchgeführt werden, um einen Zwischenwert zwischen zwei ermittelten oder zwei abgespeicherten Werten zu berechnen.
Alternativ oder ergänzend ist ein Vergleich dahingehend möglich, daß parametrisierte und für die jeweilige Bauart des Aktuators repräsentative Gleichungen hinterlegt sind, in welche die gemessenen Quotienten und Summenwerte als Variable eingesetzt werden. Wesentlich ist, daß sowohl der Quotient als auch die Summe zur Ermittlung der Position des Stellelementes herangezogen werden.
In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung betätigt das Stellelement ein Ventil, beispielsweise ein hydraulisches oder pneumatisches Ventil. Bei dem Ventil kann es sich um ein Schaltventil oder einer
Proportional ventil handeln, beispielsweise ein Regelventil zum stufenlosen Einstellen eines vorgebbaren Durchflusses oder Druckes. Bei dem gesteuerten Schalter kann es sich um einen kontaktlosen elektronisch gesteuerten Schalter wie beispielsweise einen Transistor handeln, insbesondere einen MOS-Transistor. Neben einer ersten und zweiten Schaltelektrode weisen derartige Schalter üblicherweise einen dritten Steueranschluß auf, über den mittels einer geringen Steuer! ei stung auch hohe Schaltleistungen verschleißfrei und mit geringer Verlustleistung schaltbar sind.
Im Falle eines Elektromagneten wird der Spulenstrom der Wicklung des Elektromagneten geregelt. Für diesen Spulenstrom können untere und obere Schwellenwerte vorgegeben werden, die insbesondere einstellbar und/oder speicherprogrammierbar sein können. Diese Schwellenwerte bestimmen den Arbeitspunkt des Elektromagneten. Die Wahl dieses Arbeitspunktes und der Differenz der Schwellenwerte bestimmen das sich einstellende oszillierende Schaltverhalten. Zum Überwachen des Erreichens der Schwellenwerte wird ein Spannungssigna! an einem Widerstand ausgewertet, über den der Spulenstrom fließt. Grundsätzlich käme hierfür auch der ohmsche Widerstand der Spulenwicklung in Frage. Vorzugsweise wird allerdings ein elektrisch in Serie zu dem Aktuator und insbesondere zur Spulenwicklung geschalteter ohmscher Widerstand verwendet, der weiter vorzugsweise mit einer Elektrode auf einem Bezugspotential der auswertenden Steuereinrichtung liegt, insbesondere auf Massepotential.
I n einer besonderen Ausführungsart der Erfindung wird das Überwachen des Erreichens der Schwellenwerte, und/oder das Ansteuern des Schalters, und/oder das Vergleichen mit den Referenzdaten von einem Mikrocontroller ausgeführt. Dabei kann es sich insbesondere um wenige oder sogar einen einzigen integrierten Schaltkreis handeln, durch den auch eine Analog/Digital-Wandlung der Eingangssignale und die elektronische Recheneinheit zum Berechnen des Quotienten und der Summe aus Einschalt- und Ausschaltdauer sowie des nachfolgenden Vergleichs mit abgespeicherten Referenzdaten ausgeführt werden. Das Ausgangssignal des MikroControllers kann analog und/oder in vorgebbarer Weise digital kodiert sein, einschließlich der Ausgabe eines frequenzanalogen Signals. Darüber hinaus kann der Mikrocontroller auch alle entsprechend den gültigen Standards erforderlichen Selbstdiagnosesignale und Fehlersignale generieren und über vorgebbare Schnittstellen ausgeben.
In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung wird bei durchgeschaltetem Aktuator der Haltestrom herabgesetzt. Dadurch ergibt sich nicht nur eine Energieeinsparung, sondern auch eine Herabsetzung der mechanischen und thermischen Belastung, und zwar nicht nur der jeweiligen Vorrichtung, sondern insbesondere auch der gesamten apparativen Umgebung. Die Herabsetzung des Haltestromes kann beispielsweise durch eine Herabsetzung des Spulennennstromes, durch Einstellen eines vorgebbaren Pulsweitenverhältnisses oder dgl. ausgeführt werden.
In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung wird beim Schalten des Aktuators der Schaltstrom gegenüber dem Nennstrom erhöht. Dadurch läßt sich im Bedarfsfall ein schnelleres Schaltverhalten erreichen. Die Erhöhung des Schaltstromes kann beispielsweise durch einen temporären Kurzschluß von Widerständen erfolgen, die in Serie zu der Spulenwicklung geschaltet sind, durch Anschließen einer Überspannung oder dergleichen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Schaltungsanordnung zum schaltungstechnischen Realisieren des vorstehend beschriebenen Verfahrens sowie eine Vorrichtung, insbesondere ein Hydraulikventil, mit einer solchen Schaltungsanordnung.
In einer besonderen Ausführungsart der Erfindung ist die Recheneinheit als integrierter Schaltkreis ausgeführt,, wobei die Signalverarbeitung überwiegend oder ausschließlich digital durchgeführt wird. Durch die mit der Ausführung als integrierter Schaltkreis einhergehende Miniaturisierung besteht die Möglichkeit, die Schaltungsanordnung in Baueinheit mit der Vorrichtung auszuführen. Neben einer entsprechenden Störsicherheit und Verarbeitungsgeschwindigkeit besteht insbesondere die Möglichkeit, die Elektronik auch baulich sehr nahe an dem Aktuator anzuordnen.
Wie sich aus dem vorstehend beschriebenen Verfahren ergibt, kann nicht nur die Position x des Stellelements ermittelt werden, sondern auch die Temperatur T des Aktuators, insbesondere der Spulenwicklung. Die
Temperaturermittlung ist daher ohne einen separaten Temperatursensor möglich. In einigen Anwendungsfällen wird die Temperatur der Spulenwicklung im wesentlichen gleich der Temperatur des Mediums in der Vorrichtung sein, beispielsweise die Temperatur des Fluids in dem Hydraulikventil, oder jedenfalls ein aussagekräftiges Maß dafür sein. Außerdem kann die so ermittelte Temperatur für die Realisierung eines Übertemperaturschutzes für die Spulenwicklung des Elektromagneten eingesetzt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Fig. 1 zeigt den Verlauf i(t) des Spulenstromes i eines Elektromagneten über der Zeit t bei einer ersten Position x, des An kers,
Fig. 2 zeigt den Verlauf i(t) bei einer zweiten Position x2 des Ankers, Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Stromverlaufes i(t) der Fig. 2 im Bereich des unteren und oberen Schwellenwertes i, bzw. i2, Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und
Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die Fig. 1 zeigt den Verlauf des Spulenstromes i über der Zeit t der Spulenwicklung 10 eines Elektromagneten einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 12 (Fig. 5). Während des Einschaltvorganges O < t < t, liegt an dem Elektromagneten die Nennspannung U0 an, aus der sich zusammen mit dem ohmschen Widerstand R der Spulenwicklung der Endwert des Stromes i0 gemäß i0 = UQ/R ergibt. Während des Ausschaltvorganges t, < t < t2 wird die Nennspannung U0 von den Anschlüssen der Spulenwicklung 10 abgeschaltet und es ergibt sich ein exponentiell abfallender Strom i (t). Die zugehörige Zeitkonstante τ ist bestimmt durch den Quotienten aus der Spuleninduktivität L und dem ohmschen Widerstand R der Spulenwicklung. Die Temperatur T der Anordnung betrage für den in der Fig. 1 dargestellten Verlauf von i(t) einen ersten Wert T,.
Die Induktivität L eine Elektromagneten, der gemäß dem in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 12 als ein hydraulisches Proportionalventil 42 einen axial beweglichen Anker 14 aufweist, ist abhängig von der Position x des Ankers M in Bezug auf die Spulenwicklung 10. Für die erste Position x, ergibt sich somit eine Spuleninduktivität L,, von der bei dem Stromverlauf i(t) in der Fig. 1 ausgegangen werden soll.
Mit der in der Fig. 4 dargestellten Schaltungsanordnung kann ein elektrischer Arbeitspunkt der Spulenwicklung 0 eingestellt werden, indem der durch den Spulenstrom i an dem Messwiderstand R, hervorgerufene Spannungsabfall dahingehend ausgewertet wird, daß bei Erreichen eines unteren Schwellenwertes i-, von der Steuereinrichtung 16 der Schalter 18 durchgeschaltet wird. Bei Erreichen des oberen Schwellenwertes i2 wird der Schalter 18 ausgeschaltet. Dadurch ergibt sich der in der Fig. 1 dargestellte zeitliche Verlauf des Spulenstromes i(t). Die Einschaltdauer tein und die Ausschaltdauer taussind abhängig von der Wahl des unteren
Schwellenwertes i„ des oberen Schwellenwertes i2 sowie der Induktivität L der Spulenwicklung und mithin abhängig von der Position x des Ankers 14 und des ohmschen Widerstandes R der Spulenwicklung, der wiederum abhängig von der Temperatur T der Spulenwicklung 10 ist.
In der Fig. 2 ist der Verlauf i(t) derselben Spulenwicklung 10 für eine zweite Position x2 des Ankers 14, aber bei unveränderter Temperatur 1] dargestellt. In dieser Position x2 ist der Anker 14 weiter in die Spulenwicklung 10 eingetreten, so daß die Induktivität L => L2(x2) größer ist als die Induktivität L^x,), die sich bei einer Position x = x^ des Ankers 14 ergibt.
Der in der Fig. 2 dargestellte Stromverlauf i(t) mit dem zugehörigen Quotienten aus teιn bzw. taus und der Summe aus tein + taus (siehe Fig. 3) kann sich auch im Falle einer unveränderten Position x = , des Ankers 14, aber bei einer entsprechend erhöhten Temperatur T2 > T, ergeben. Mithin läßt sich aus dem veränderten Stromverlauf i(t) noch nicht eindeutig schließen, ob sich dieser aufgrund einer veränderten Position x des Ankers 14 und/oder einer veränderten Temperatur T eingestellt hat.
Die Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Stromverlaufes i(t) der Fig. 2 im Bereich des unteren bzw. des oberen Schwellenwertes i-, bzw. i2. In dem dargestellten Arbeitspunkt ergibt sich eine Einschaltdauer tein und eine Ausschaltdauer taus. Diese werden von einer elektronischen Recheneinheit 20 der Steuereinrichtung 16 (Fig. 4) erfaßt und dahingehend ausgewertet, daß zunächst der Quotient aus Einschaltdauer tein und der Summe tein + taus von Eirischaltdauer tein und Ausschaltdauer taus gebildet wird. Dieser Quotient wird mit Referenzdaten verglichen, die in einem elektronischen Speichermittel 22 in der Steuereinrichtung 16 abgespeichert sind. Die abgespeicherten Referenzdaten sind empirisch an einem oder mehreren für die Bauart der jeweiligen Vorrichtung 12 typischen Exemplar ermittelt. Die Referenzdaten können fest eingestellt vorgegeben oder programmierbar veränderbar sein. Beispielsweise kann in die Steuereinrichtung 16 ein Nur-Lese-Speicher (ROM) oder ein programmierbarer Nur-Lese-Speicher (PROM, EPROM, EEPROM) eingebaut sein oder austauschbar einsteckbar sein.
Weiterhin wird von der Steuereinrichtung 16 die Summe (tein + taus) gebildet und mit entsprechenden und ebenfalls in den elektronischen Speichermitteln 22 abgespeicherten Referenzdaten verglichen. Aus diesem Vergleich, der vorzugsweise programmgesteuert unter automatischer Abarbeitung eines entsprechenden Steuerprogramms erfolgt, das ebenfalls in den elektronischen Speichermitteln 22 abgespeichert sein kann, läßt sich sowohl die Position x des Ankers 14 der Vorrichtung 12 ermitteln, als auch die Temperatur T der Spulenwicklung 10.
In dem in der Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 24 ist der Schalter 18 als MOS- Transistor ausgeführt, der mit vernachläßigbar kleinen Steuerleistungen auch hohe Lasten mit geringem Durchgangswiderstand schalten kann. Der Serienschaltung aus Spulenwicklung 10 und Meßwiderstand R, ist eine Freilaufdiode D parallel geschaltet. Nach Erreichen eines stationären Zustandes, beispielsweise durchgeschaltet, kann die Steuereinrichtung 1 6 den Hältestrom herabsetzen, beispielsweise durch ein vorgegebenes Pulsweitenverhältnis. Für einen schnellen Schaltvorgang kann die Steuereinrichtung 16 den Schaltstrom kurzzeitig erhöhen, beispielsweise unter Kurzschluß des Meßwiderstandes R, oder durch eine kurzzeitige Überspannung. Die vorzugsweise unter Verwendung oder als
Mikrocontroller realisierte Steuereinrichtung 16 kann neben dem Signal 44 für die Position x des Ankers 14 auch ein den gegebenenfalls bestehenden Standards genügendes Selbstdiagnose- und/oder Störsignal 46 ausgeben.
Die Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 12. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich unrein elektromagnetisch betätigbares hydraulisches Proportional ventil 42. Der vorzugsweise para- oder diamagnetische Anker 14 weist im Bereich der Spulenwicklung 10 eine beispielsweise hülsenförmige Ummantelung 26 auf, die vorzugsweise ferri- oder ferromagnetisch ist. Bei einer Strombeaufschlagung der Spulenwicklung 10 erfährt der Anker 14 eine Kraft gegen die Wirkung des in dem Ventil 42 angeordneten Kraftspeichers 28, der beispielsweise durch eine Schraubendruckfeder gebildet sein kann. Der Anker 14 weist eine Bohrung 30 auf, die mit Eintritts- und Austrittskanälen 32, 34 des Ventils 42 korrespondiert und im Ausführungsbeispiel mit diesem gleichgerichtet ist. Die Position x des Ankers 14 bestimmt den wirksamen Querschnitt der Bohrung 30 und mithin den Durchfluß 36 eines Fluids durch das Ventil 42. Im spannungsfreien Zustand der Spulenwicklung 10 nimmt der Anker 14 eine durch die Anlage des endseitig ausgebildeten und vorzugsweise ringförmigen Flansches 38 an einer vorzugsweise ebenfalls ringförmig ausgebildeten Anlagefläche 40 eine das Ventil 42 verschließende Endposition ein.

Claims

1.4
P a t e n t a n s p r ü c h e
. Verfahren zum Ermitteln der Position (x) eines Stellelements eines . elektrisch antreibbaren Aktuators, der mittels eines gesteuerten
Schalters (18) bei Erreichen eines unteren Schwellenwertes (i,) eingeschaltet wird und bei Erreichen eines oberen Schwellenwertes
(i2) ausgeschaltet wird, wobei sich in Abhängigkeit des unteren Schwellenwertes (i-,), des oberen Schwellenwertes (i2) und des von der Position (x) des Stellelements abhängigen elektrischen Schaltverhaltens des Aktuators eine Einschaltdauer (tein) und eine Ausschaltdauer (taus) ergibt, und wobei die Position (x) des
Stellelements aus einem Vergleich des Quotienten aus Einschaltdauer (tein) oder Ausschaltdauer (t-us) und der Summe (tein + talls) von Einschaltdauer (tein) und Ausschaltdauer (taus), sowie aus einem Vergleich der Summe (teιn + taus) von Einschaltdauer (tein) und Ausschaltdauer (taus) mit jeweils abgespeicherten Referenzdaten ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement des Aktuators ein Anker (14) eines Elektromagneten ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement ein Ventil (42) betätigt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenwerte (i i2) vorgebbar sind, insbesondere einstellbar und/oder speicherprogrammierbar sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachen des Erreichens der Schwellenwerte (i,, i2), das Ansteuern des Schalters (18) und das Vergleichen mit den Referenzdaten von einem Mikrocontroller ausgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Überwachen des Erreichens der Schwellenwerte (i,, i2) ein Spannungssignal an einem elektrisch in Serie zu dem Aktuator geschalteten Widerstand R ausgewertet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei durchgeschaltetem Aktuator der Haltestrom herabgesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schalten des Aktuators der Schaltstrom gegenüber einem Nennwert erhöht wird.
9. Schaltungsanordnung (24) zum Ermitteln der Position (x) eines
Stellelements eines elektrisch antreibbaren Aktuators, der mittels eines gesteuerten Schalters (18) bei Erreichen eines unteren Schwellenwertes (i,) einschaltbar ist und bei Erreichen eines oberen Schwellenwertes (i2) ausschaltbar ist, wobei sich in Abhängigkeit des unteren Schwellenwertes (i,), des oberen Schwellenwertes (i2) und des von der Position (x) des Stellelements abhängigen elektrischen" Schaltverhaltens des Aktuators eine Einschaltdauer (tein) und eine Ausschaltdauer (taus) ergibt, und wobei mittels einer elektronischen Recheneinheit (20) die Einschaltdauer (teIn) und die Ausschaltdauer (taus) meßtechnisch erfaßbar ist, und daß mittels der elektronischen Recheneinheit (20) die Position (x) des Stellelements aus einem Vergleich des Quotienten aus Einschaltdauer (tem) oder Ausschaltdauer (taus) und der Summe (teln -+- taus) von Einschaltdauer (tein) und Ausschaltdauer (taus), sowie aus einem Vergleich der Summe (tein + taus) von Einschaltdauer (teiπ) und Ausschaltdauer (taus) mit jeweils abgespeicherten Referenzdaten ermittelbar ist.
10. Vorrichtung (12), insbesondere Hydraulikventil, mit einer Schaltungsanordnung (24) nach Anspruch 9 zum Ausführen des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (20) als integrierter Schaltkreis ausgeführt ist und in Baueinheit mit der Vorrichtung (12) ausgeführt ist.
PCT/EP2003/007630 2002-07-26 2003-07-15 Verfahren zum ermitteln der position eines stellelements eines elektrisch antreibbaren aktuators, zugehörige schaltungsanordnung und vorrichtung WO2004013874A1 (de)

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