DE10020896A1

DE10020896A1 - Position detection method for armature of electromagnetic setting device e..g. for gas changing valve of IC engine

Info

Publication number: DE10020896A1
Application number: DE10020896A
Authority: DE
Inventors: Thomas Leiber; Matthias Kallenbach
Original assignee: LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Current assignee: LSP Innovative Automotive Systems GmbH
Priority date: 2000-04-29
Filing date: 2000-04-29
Publication date: 2001-10-31
Also published as: EP1164602A2; EP1164602A3

Abstract

The position detection method determines the current through the energizing coil (12a,12b) of the electromagnetic setting device, used for operation of the armature (6), together with voltage across the energizing coil, with calculation of the energizing coil magnetic flux by integration of the induced voltage. The actual position of the armature is provided by a characteristic field or a calculation function indicating the relationship between the magnetic flux, the current and the armature position.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Ankers, der einem elektromagnetischen Stellgerät zugeordnet ist, gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Der Stellantrieb ist einem elektromechanischen Stellgerät zugeordnet, das beispielsweise ein als Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine ausgebildetes Stellglied hat. Ein derartiges Stellgerät hat ein Gaswechselventil und einen Stellantrieb. Der Stellantrieb weist zwei Elektromagnete auf, zwischen denen jeweils gegen die Kraft eines Rückstellmittels eine Ankerplatte durch Abschalten des Erregerspulenstroms an haltenden Elektromagneten und Einschalten des Erregerspulenstroms am fangenden Elektromagneten bewegt werden kann.The invention relates to a method for determining the position of an anchor that a is assigned to an electromagnetic actuator, according to the preamble of patent claim 1. The actuator is assigned to an electromechanical actuator which, for example, is a Has gas exchange valve of an internal combustion engine designed actuator. Such a thing Actuator has a gas exchange valve and an actuator. The actuator has two Electromagnets, between which one against the force of a restoring means Armature plate by switching off the excitation coil current on holding electromagnets and Switching on the excitation coil current can be moved on the catching electromagnet.

Stand der TechnikState of the art

Ein Verfahren zur Bestimmung der Position des Ankers ist aus DE 198 36 769 bekannt. In diesem Verfahren wird die Wegposition aus der zeitlichen Ableitung der Ströme durch die Erregerspule und der Spannungsabfälle an der Erregerspule an jeweils 2 Zeitpunkten ermittelt. Das Verfahren hat den Nachteil, dass für die genaue Ermittlung der Wegposition zeitlich stark veränderliche Spannungsabfälle erforderlich sind. Zusätzlich basiert die Auswertemethode auf einer Näherungsformel, die nur im Bereich großer Luftspalte (< 500 µm) genau ist und in dem für eine Regelung des Aktuators mit geringen Auftreffgeschwindigkeiten wichtigen Bereich kleiner Luftspalte große Ungenauigkeiten aufweist. Das Verfahren ist daher nur adaptiv regelbar und nicht in einem geschlossenen Regelkreis ohne Adaption nur schwer realisierbar. Zusätzlich ist für eine zufriedenstellende Auswertung eine sehr frühe Bestromung der Erregerspule auf ein hohes Stromniveau erforderlich, die zu hohen elektrischen Verlusten führen.A method for determining the position of the armature is known from DE 198 36 769. In This method determines the path position from the time derivative of the currents through the Excitation coil and the voltage drops at the excitation coil are determined at 2 times each. The method has the disadvantage that it takes a long time for the exact determination of the path position variable voltage drops are required. In addition, the evaluation method is based on an approximation formula that is only accurate in the area of large air gaps (<500 µm) and in which important area for controlling the actuator with low impact speeds small air gap has large inaccuracies. The process is therefore only adaptive controllable and difficult to implement in a closed control loop without adaptation. In addition, a very early energization of the is necessary for a satisfactory evaluation Excitation coil required to a high current level, leading to high electrical losses to lead.

Ein weiteres Auswerteverfahren benötigt eine Messspule, wie in JP 7224624A bekannt, in welcher die Messspule zur Auswertung der Wegposition angewandt wird. Dieses Verfahren führt zu einem erhöhten Aufwand für Verkabelung und Kontaktierungstechnik und reduziert zusätzlich den zur Verfügung stehenden Wickelraum für die Haupterregerspule.Another evaluation method requires a measuring coil, as known in JP 7224624A, in which the measuring coil is used to evaluate the path position. This method leads to an increased effort for cabling and contacting technology and reduces in addition the available winding space for the main excitation coil.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das vorgestellte Verfahren hat den Vorteil, dass nur mit einer Erregerspule je Elektromagnet eine im Vergleich zu DE 198 36 769 genauere Auswertung der Wegposition realisiert werden kann. Im Gegensatz zu obigen Verfahren ist nur die Auswertung des Absolutstromes erforderlich und auf eine Erfassung der Spannungsabfälle an der Erregerspule kann gegebenenfalls verzichtet werden. Zusätzlich kann mit dem Verfahren kontinuierlich die Position ausgewertet werden, d. h. der Auswertezeitpunkt ist nicht so zu wählen, dass hohe veränderliche Spannungsabfälle an der Erregerspule anliegen müssen. Zusätzlich ist bei dem Verfahren ein niedriges Messstromniveau ausreichend, um eine genaue Wegposition zu bestimmen. Dies wirkt sich insbesondere vorteilhaft auf den elektrischen Energiebedarf während der Bewegungsphase des Ankers von einer Anlagefläche des Elektromagneten zur anderen Anlagefläche aus. Eine wesentliche Verbesserung kann das Verfahren im Bereich kleiner Luftspalte erzielen, da die Wegposition in Gegensatz zu der in DE 198 36 769 beschriebenen Näherungsfunktion bei dem in der Erfindung vorgestellten Verfahren durch Interpolation eines für den Magneten genau ermittelten Kennfeldes bzw. einer funktionalen Abbildung des Kennfeldes ermittelt wird. Durch die höhere Genauigkeit vor allem im Bereich kleiner Luftspalte ist eine Regelung, die die Aufprallgeschwindigkeit des Ankers auf die Anlagefläche des Elektromagneten minimieren muss, leichter zu realisieren. Eine adaptive Regelung ist im Gegensatz zum in DE 198 36 769 beschriebenen Verfahren nicht erforderlich.The method presented has the advantage that only one excitation coil per electromagnet a more precise evaluation of the path position can be realized compared to DE 198 36 769 can. In contrast to the above method, only the absolute current is evaluated required and can be based on a detection of the voltage drops at the excitation coil may be waived. In addition, the process can continuously Position are evaluated, d. H. the time of evaluation should not be chosen so that high variable voltage drops must be present at the excitation coil. In addition, the A low measuring current level is sufficient to ensure an exact path position determine. This has a particularly advantageous effect on the electrical energy requirement during the movement phase of the armature from a contact surface of the electromagnet to other contact area. The process can be a significant improvement in the area achieve smaller air gaps, since the path position is in contrast to that in DE 198 36 769 approximation function described in the method presented in the invention by Interpolation of a map or a functional map precisely determined for the magnet Mapping of the map is determined. Due to the higher accuracy especially in the area Smaller air gap is a regulation that determines the impact speed of the anchor on the Minimize contact area of the electromagnet must be easier to implement. An adaptive In contrast to the method described in DE 198 36 769, regulation is not necessary.

Beschreibung des VerfahrensDescription of the procedure

Für ein gegebenes Magnetsystem kann ein Kennlinienfeld mittels einer FEM-Methode ermittelt werden, bei dem der Zusammenhang zwischen Strom durch die Erregerspule, magnetischer Fluss der Erregerspule sowie dem Luftspalt zwischen Anker und der Anlagefläche am Magneten ermittelt werden kann. Aus dem Kennfeld kann bei bekannten magnetischen Fluss und Strom eindeutig die Position des Ankers festgestellt werden. Der Strom wird gemessen und der magnetische Fluss der Erregerspule wird, wie im weiteren beschrieben, berechnet.A characteristic field can be determined for a given magnet system using an FEM method be in which the relationship between current through the excitation coil, magnetic Flow of the excitation coil and the air gap between the armature and the contact surface on Magnet can be determined. Known magnetic flux can be used from the map and current can be clearly determined the position of the armature. The current is measured and the magnetic flux of the excitation coil is calculated as described below.

Bekanntlich lässt sich der magnetische Fluss der Erregerspule wie folgt ermitteln:
As is known, the magnetic flux of the excitation coil can be determined as follows:

wobei:
Φ: Magnetischer Fluss durch die Erregerspule,
N: Anzahl der Windungen der Erregerspule,
U_ind: Induktionsspannung der Erregerspule.in which:
Φ: magnetic flux through the excitation coil,
N: number of turns of the excitation coil,
U _ind : induction voltage of the excitation coil.

Die Induktionsspannung ergibt sich bekannterweise aus
U_ind = U_Spule - U_RCU
oder
The induction voltage is known to result from
U _ind = U _coil - U _RCU
or

U_ind = U_Spule - I_Spule.R_Spule (G2)
U _ind = U _coil - I _coil .R _coil (G2)

Mit:
U_ind: Induktionsspannung der Erregerspule,
U_RCU: Spannungsabfall am Widerstand der Erregerspule,
U_Spule: Spannung an der Erregerspule,
I_Spule: Strom durch die Erregerspule,
R_Spule: Widerstand der Erregerspule.With:
U _ind : induction voltage of the excitation coil,
U _RCU : voltage drop across the resistance of the excitation coil,
U _coil : voltage at the excitation coil,
I _coil : current through the excitation coil,
R _coil : resistance of the excitation coil.

Der magnetische Fluss ist somit darstellbar als folgende Funktion:
The magnetic flux can thus be represented as the following function:

Der magnetische Fluss durch die Erregerspule kann somit durch Strommessung des Erregerspulenstroms sowie Messung des Spannungsabfalls an der Erregerspule ermittelt werden.The magnetic flux through the excitation coil can thus be measured by measuring the current Excitation coil current and measurement of the voltage drop across the excitation coil determined become.

Eine weitere Vereinfachung der Erfassung des magnetischen Flusses ist möglich durch Berechnung der Erregerspulenspannung in Abhängigkeit des Betriebszustandes einer Leistungsendstufenschaltung. In einer bekannten Leistungsendstufe, der halben H-Brücke, sind 4 verschiedene Betriebszustände möglich. Diese sind Ruhezustand (RZ), Aufmagnetisierungszustand (AMZ), Freilauf (FL) sowie schelle Stromrückführung (SSR) mit Energierückführung (SSR).A further simplification of the detection of the magnetic flux is possible through Calculation of the excitation coil voltage depending on the operating state of a Power amplifier circuit. In a known power amplifier, the half H-bridge 4 different operating states possible. These are idle state (RZ), Magnetization state (AMZ), freewheeling (FL) and fast current feedback (SSR) with Energy recovery (SSR).

In dem Betriebszustand des Aufmagnetisierens (AMZ) kann der Spannungsabfall an der Erregerspule wie folgt ermittelt werden:
In the operating state of magnetization (AMZ), the voltage drop at the excitation coil can be determined as follows:

mit:
R_i: Widerstände beim Aufmagnetisieren (z. B. Widerstände der MOS-Transistoren, Widerstände Verkabelung und Kontaktierung, Messwiderstände),
U_V: Versorgungsspannung.With:
R _i : resistances during magnetization (e.g. resistors of the MOS transistors, resistors cabling and contacting, measuring resistors),
U _V : supply voltage.

Im Betriebszustand der Schnellen Energierückführung (SSR) entspricht die Erregerspulenspannung der negativen Versorgerspannung, den Spannungsabfällen an beiden Dioden, die sich im Stromkreis befinden sowie der Verlusten an Messwiderstand und Kontaktierungs- und Verkabelungswiderständen:
In the operating state of the fast energy return (SSR), the excitation coil voltage corresponds to the negative supply voltage, the voltage drops at both diodes that are in the circuit and the losses in measuring resistance and contacting and wiring resistances:

mit:
R_i: Widerstände der in Schaltzustand des harten Abschaltens mit Energierückführung (Messwiderstände, Kontaktierungs- und Leitungswiderstände),
2*U_D: Spannungsabfall an den beiden Dioden beim harten Abschalten.With:
R _i : resistors in the switching state of hard shutdown with energy recovery (measuring resistors, contact and line resistances),
2 * U _D : voltage drop across the two diodes during hard shutdown.

Im Betriebszustand des Freilaufs wird die Erregerspulenspannung durch den Spannungsabfall an der Freilaufdiode sowie den Verlusten am Messwiderstand und MOS-Transistor sowie der Widerstände bestimmt. Die Erregerspulenspannung ist dann näherungsweise
In the operating state of the freewheel, the excitation coil voltage is determined by the voltage drop across the freewheeling diode and the losses at the measuring resistor and MOS transistor and the resistors. The excitation coil voltage is then approximate

mit:
R_i: Widerstände im Schaltzustand des Freilaufs (Messwiderstände, Widerstand der MOS- Transistoren),
U_D: Spannungsabfall an der Diode im Freilaufkreis.With:
R _i : resistances in the switching state of the freewheel (measuring resistors, resistance of the MOS transistors),
U _D : voltage drop across the diode in the freewheeling circuit.

In jedem Betriebszustand kann die Erregerspulenspannung und somit der magnetische Fluss rechnerisch bestimmt werden. Zur Ermittlung der Wegposition ist somit lediglich eine Erfassung des Stroms erforderlich.In every operating state, the excitation coil voltage and thus the magnetic flux can be determined by calculation. There is therefore only one for determining the path position Current detection required.

Berücksichtigung des Einflusses von WirbelströmenTaking into account the influence of eddy currents

Bei einer Anwendung des Verfahren bei Elektromagneten mit Wirbelströmen wird der magnetische Fluß durch die Erregerspule aufgrund von Wirbelströmen reduziert. Die Induktionsspannung, die den magnetischen Fluss erzeugt, muss daher um den Einfluss der Wirbelströme korrigiert werden, damit eine genaue Berechnung des magnetischen Flusses möglich ist. Bei Elektromagneten mit sehr geringen Wirbelstromverlusten kann der Einfluss der Wirbelströme durch einen Faktor berücksichtigt werden.
When the method is applied to electromagnets with eddy currents, the magnetic flux through the excitation coil is reduced due to eddy currents. The induction voltage that generates the magnetic flux must therefore be corrected for the influence of the eddy currents so that an accurate calculation of the magnetic flux is possible. In the case of electromagnets with very low eddy current losses, the influence of the eddy currents can be taken into account by a factor.

mit:
R_W: Wirbelstromwiderstand,
R_Erregerspule: Erregerspulenwiderstand,
U_{ind,korrigiert}: Induktionsspannung nach Berücksichtigung von Wirbelstromeinflüssen,
U_ind: Induktionsspannung der Erregerspule.With:
R _W : eddy current resistance,
R _{excitation coil} : excitation coil resistance,
U _{ind, corrected} : induction voltage after consideration of eddy current influences,
U _ind : induction voltage of the excitation coil.

Für eine genaue Wirbelstromerfassung ist eine genaue Modellierung des zeitlich veränderlichen Wirbelstromwiderstandes erforderlich. Dies ist bei Elektromagneten mit geringen Wirbelstromverlusten vorteilhaft, bei Elektromagneten mit signifikanten Wirbelstromverlusten unbedingt erforderlich. Bei Elektromagneten mit geringen Wirbelstromverlusten kann der Wirbelstromwiderstand näherungsweise als konstant angesetzt werden.For an accurate eddy current detection, an exact modeling of the time-varying Eddy current resistance required. This is low with electromagnets Eddy current losses advantageous, for electromagnets with significant eddy current losses absolutely necessary. With electromagnets with low eddy current losses, the Eddy current resistance can be approximated as constant.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are shown in greater detail on the basis of the schematic drawings explained.

Fig. 1 ist die Anordnung des Stehgerätes und einer Steuereinrichtung in einer Verbrennungskraftmaschine. Fig. 1 is the arrangement of the standing device and a control device in an internal combustion engine.

Fig. 2a und Fig. 2b zeigen verschiedene Ausführungsformen eines elektromagnetischen Stellgerätes, bei denen das Verfahren zur Positionsbestimmung angewandt werden kann. Fig. 2a and Fig. 2b show different embodiments of an electromagnetic actuator, in which the method can be used for position determination.

Fig. 3a zeigt eine mögliche Ausführung einer Leistungsendstufe, die in einer Steuereinrichtung Verwendung finden kann. Fig. 3a shows a possible embodiment of a power output stage, which may be used in a control device.

Fig. 3b beschreibt eine mögliche Anordnung von Strom- und Spannungsmessern innerhalb der Leistungsendstufe, die für das Verfahren notwendigen Größen liefern. FIG. 3b describes one possible arrangement of current and voltage diameters within the power output stage, provide the necessary for the process variables.

Fig. 3c beschreibt eine alternative Ausführung einer Leistungsstufe mit Anordnung der Strom- und Spannungsmesser, für die das Verfahren eingesetzt werden kann. FIG. 3c describes an alternative embodiment of a power stage with arrangement of the current and voltage meter for which the method can be used.

Fig. 4 zeigt ein beispielhaftes Kennfeld, das den Zusammenhang zwischen Strom, magnetischen Fluss durch die Erregerspule und Luftspalt bzw. Position des Ankers relativ zur Anlagefläche der Elektromagneten beschreibt. Fig. 4 illustrates an exemplary performance graph that describes the relationship between current, magnetic flux by the excitation coil and air gap or position of the armature relative to the contact surface of the electromagnet.

Fig. 5a-5d zeigen den zeitlich veränderlichen Stromverlauf der Erregerspulen und die Position des Ankers. FIGS. 5a-5d show the time-varying current waveform of the exciting coils and the position of the armature.

Fig. 6a und Fig. 6b zeigen Ablaufdiagramme zum Bestimmen der Position X der Ankerplatte. Fig. 6a and Fig. 6b show flowcharts for determining the position X of the armature plate.

Ein elektromechanisches Stellgerät 1 (Fig. 1) umfasst ein Stellglied 9, das beispielsweise als Gaswechselventil ausgebildet ist. Der Stellantrieb besteht aus zwei Elektromagneten 5a und 5b. An beiden Elektromagneten sind jeweils mindestens eine Erregerspule 12a, 12b angeordnet. Ein Anker 6 ist vorgesehen, der in einer Schwenkbewegung zwischen der Anlagefläche des oberen Elektromagneten und der Anlagefläche des unteren Elektromagneten bewegt. Bei einer Bewegung des Ankers hin zur unteren Anlagefläche dient eine Feder 8 als Rückstellmittel, während bei einer Bewegung hin zur oberen Anlagefläche ein Drehstab 7 als Rückstellmittel dient. Der Anker ist in seiner Ruheposition in der Mittelstellung zwischen oberer und unterer Anlagefläche positioniert. Die Ansteuerung des Stellgerätes erfolgt über eine Steuereinrichtung, die aus Steuereinheit 3 und den Leistungsendstufen 2, 4 besteht. Die Erregerspulen des Stellgerätes sind mit den Leistungsendstufen über ein Kabel 10 leitend verbunden. In der Steuereinrichtung werden Messstellen von Strom und Spannungsabfällen erfasst und/oder Signale von einer nicht, dargestellten übergeordneten Steuereinrichtung für Motorbetriebsfunktionen erfasst und Stellsignale erzeugt, in deren Abhängigkeit die beiden Erregerspulen des Stellgeräts gesteuert werden. Die Steuereinheit hat einen Regler, dessen Regelgrößen der Strom durch die Erregerspulen I₁, I₂ sowie der Spannungsabfall U_1,Spule, U_2,Spule an den Erregerspulen der beiden Elektromagnete sind. Der Regler liefert die Steuersignale für die Steuerleitungen L₁, L₂ feit die obere Leistungsendstufe 2 sowie die Steuersignale L₁', L₂' für die untere Leistungsendstufe 4, mit der die Steuereinheit mit den Leistungsendstufen leitend verbunden sind. Da in der Erfindung ein Verfahren zur Positionsbestimmung erläutert, wird auf die Ausgestaltung des Regler und deren Funktionalität nicht näher eingegangen.An electromechanical actuator 1 ( FIG. 1) comprises an actuator 9 , which is designed, for example, as a gas exchange valve. The actuator consists of two electromagnets 5 a and 5 b. At least one excitation coil 12 a, 12 b are arranged on each of the two electromagnets. An armature 6 is provided which moves in a pivoting movement between the contact surface of the upper electromagnet and the contact surface of the lower electromagnet. When the armature moves towards the lower contact surface, a spring 8 serves as a restoring means, while when it moves towards the upper contact surface, a torsion bar 7 serves as a restoring means. In its rest position, the anchor is positioned in the middle position between the upper and lower contact surface. The actuating device is controlled by a control device which consists of control unit 3 and power output stages 2 , 4 . The excitation coils of the actuator are conductively connected to the power output stages via a cable 10 . Measuring points of current and voltage drops are recorded in the control device and / or signals from a higher-level control device (not shown) for engine operating functions are recorded and actuating signals are generated, depending on which the two excitation coils of the actuating device are controlled. The control unit has a controller, the controlled variables of which are the current through the excitation coils I ₁ , I ₂ and the voltage drop U _{1, coil} , U _{2, coil} at the excitation coils of the two electromagnets. The controller supplies the control signals for the control lines L ₁ , L ₂ feit the upper power output stage 2 and the control signals L ₁ ', L ₂ ' for the lower power output stage 4 , with which the control unit is conductively connected to the power output stages. Since a method for determining the position is explained in the invention, the design of the controller and its functionality are not discussed in detail.

In Fig. 2a und Fig. 2b sind mögliche Ausführungen eines elektromechanischen Stellgerätes dargestellt. In Fig. 2a ist ein aus DE 198 25 728 bekanntes elektromechanisches Stellgerät dargestellt, in dem die Betätigung des Stellgliedes durch den Anker direkt erfolgt und eine obere und untere Rückstellfeder die Rückstellkraft des Ankers erzeugen. In Fig. 2b ist aus der Patentanmeldung PCT EP 9908755 bekanntes Stehgerät dargestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, das es einen im Hebel integrierter Anker aufweist. Bei dem Stellgerät erzeugt eine Ventilrückstellfeder die eine Rückstellkraft, während ein im Ankerrohr gelagerter Drehstab die andere Gegenkraft lieft.In Fig. 2a and Fig. 2b possible embodiments are shown of an electromechanical actuating device. In Fig. 2a, a known from DE 198 25 728 electro-mechanical actuator is shown in the right the actuation of the actuator by the armature and an upper and lower return spring generating the restoring force of the armature. In Fig. 2b 9,908,755 standing known apparatus is known from patent application PCT EP represented, which is characterized in that it comprises a built-in lever anchor. In the actuator, a valve return spring generates one return force, while a torsion bar mounted in the anchor tube runs the other counterforce.

Der in Fig. 3a dargestellte Aufbau einer Leistungsendstufe umfasst einen ersten Transistor TR₁ und einen zweiten Transistor TR₂, dessen Gate-Anschlüsse mit den Steuerleitungen L₁ und L₂ elektrisch leitend verbunden sind. Ferner umfasst die Leistungsendstufe eine Diode D1 und eine Freilaufdiode D2 sowie den Messwiderstand R_Mess, der für die Strommessung des Stroms durch die Erregerspule vorgesehen ist. Ein zusätzlicher Widerstand R₁ dient zur Abbildung der Widerstände der Kontaktierung und Stromleitung. Die Leistungsendstufe kann in vier verschiedenen Betriebszuständen gesteuert werden, die jeweils charakterisiert sind durch den jeweiligen Schaltzustand der Transistoren TR₁ und TR₂. Die Betriebszustände sind Ruhezustand (RZ), Aufmagnetisieren (AMZ), Freilauf (FL) sowie hartes Abschalten mit schneller Stromrückführung (SSR). Liegt an den Gate-Anschlüssen der vorzugsweise als MOS-Transistor ausgebildeten Transistoren TR₁ und TR₂ ein hohes Spannungspotential an, so ist der jeweilige Transistor von seinem Drain-Anschluss zur Source-Anschluss leitend. Liegt am Gate-Anschluss ein niedriges Spannungspotential an, so sperrt der Transistor von seinem Drain-Anschluss zu seinem Source-Anschluss.The structure of a power output stage shown in FIG. 3a comprises a first transistor TR ₁ and a second transistor TR ₂ , the gate connections of which are electrically conductively connected to the control lines L ₁ and L ₂ . Furthermore, the power output stage comprises a diode D1 and a freewheeling diode D2 as well as the measuring resistor R _Mess , which is provided for the current measurement of the current through the excitation coil. An additional resistor R ₁ is used to map the resistances of the contact and power line. The power output stage can be controlled in four different operating states, each of which is characterized by the respective switching state of the transistors TR ₁ and TR ₂ . The operating states are idle state (RZ), magnetizing (AMZ), freewheeling (FL) and hard shutdown with fast current feedback (SSR). If a high voltage potential is present at the gate connections of the transistors TR ₁ and TR _2, which are preferably designed as MOS transistors, the respective transistor is conductive from its drain connection to the source connection. If there is a low voltage potential at the gate connection, the transistor blocks from its drain connection to its source connection.

Im Betriebszustand des Ruhezustandes RZ sind die Transistoren TR₁ und TR₂ nicht leitend und der Strom durch die Erregerspule ist ebenfalls Null. Im Betriebszustand des Aufmagnetisierens AMZ werden beide Transistoren leitend betrieben. Strom fließt dann von einer Spannungsquelle mit dem Potential der Vorsorgerspannung durch den Transistor TR₁, die Erregerspule durch den Transistor TR₂ und den Messwiderstand R_mess hin zu einem Masseanschluss, der auf einem Bezugspotential ist. Im Betriebszustand des Freilaufs wird Transistor TR₂ leitend betrieben und Transistor TR₁ nicht leitend. Fließt im Zeitpunkt des Überganges in den Betriebszustand des Freilaufs FL ein Strom durch die Erregerspule, so wird die Freilaufdiode D2 leitend und der Strom durch die erste Erregerspule nimmt abhängig von den Verlusten im Widerstand der Erregerspule, dem Transistor TR₂, dem Messwiderstand R_mess und der Freilaufdiode D2 ab. Im Betriebszustand der schnellen Stromrückführung SSR werden die Transistoren TR₁ und TR₂ nicht leitend betrieben. Fließt beim Übergang in den Betriebszustand der schnellen Stromrückführung SSR ein Strom durch die Erregerspule, so werden die Freilaufdiode D2 und die Diode D1 leitend. Der Strom fließt dann von dem Bezugspotential über die Freilaufdiode D1 hin zur Erregerspule über den Messwiderstand R_mess über die Diode D2 hin zur Spannungsquelle mit dem Spannungspotential der negativen Versorgerspannung U_V. Wird die Erregerspule nicht in Sättigung betrieben, so ist der Spannungsabfall in der Erregerspule gleich der negativen Versorgerspannung U_V zuzüglich der negativen Durchlassspannungen der Freilaufdiode D1 und der Diode D2 und den Verlusten am Messwiderstand.In the operating state of the idle state RZ, the transistors TR ₁ and TR _{2 are} not conductive and the current through the excitation coil is also zero. In the operating state of the magnetization AMZ, both transistors are operated in a conductive manner. Current then flows from a voltage source with the potential of the supply voltage through the transistor TR ₁ , the excitation coil through the transistor TR ₂ and the measuring resistor R _mess to a ground connection which is at a reference potential. In the operating state of the freewheel, transistor TR _{2 is} operated in a conductive manner and transistor TR _{1 is} not conductive. If a current flows through the excitation coil at the time of the transition to the operating state of the freewheel FL, then the freewheeling diode D2 becomes conductive and the current through the first excitation coil increases depending on the losses in the resistance of the excitation coil, the transistor TR ₂ , the measuring resistor R _mess and the freewheeling diode D2. In the operating state of the fast current feedback SSR, the transistors TR ₁ and TR ₂ are operated in a non-conductive manner. If a current flows through the excitation coil during the transition into the operating state of the fast current feedback SSR, the freewheeling diode D2 and the diode D1 become conductive. The current then flows from the reference potential via the freewheeling diode D1 to the excitation coil via the measuring resistor R _mess via the diode D2 to the voltage source with the voltage potential of the negative supply voltage U _V. If the excitation coil is not operated in saturation, the voltage drop in the excitation coil is equal to the negative supply voltage U _V plus the negative forward voltages of the freewheeling diode D1 and the diode D2 and the losses at the measuring resistor.

In Fig. 3b ist die Positionierung der Messstellen zur Erfassung des Stromes durch die Erregerspule sowie des Spannungsabfalls an der Erregerspule in der Leistungsendstufe beschrieben. So wird der Spannungsabfall zwischen der Zuführungsleistung zur Erregerspule und der Rückführungsleistung erfasst. Der Strom wird aus dem Spannungsabfall am Messwiderstand ermittelt. Alternative Positionierungen der Messstellen zur Erfassung des Stromes durch die Erregerspule sind ebenfalls möglich. Außerdem kann statt des Messwiderstandes auch ein Hall-Element zur Strommessung eingesetzt werden.In Fig. 3b, the positioning of the measuring points for detecting the current through the exciting coil and the voltage drop across the exciting coil in the power output stage is described. The voltage drop between the feed power to the excitation coil and the feedback power is recorded in this way. The current is determined from the voltage drop across the measuring resistor. Alternative positioning of the measuring points to record the current through the excitation coil is also possible. In addition, a Hall element can be used for current measurement instead of the measuring resistor.

In Fig. 3c ist eine alternative Endstufenbeschaltung dargestellt. In diesem Verfahren schaltet muss in der Aufmagnetisierungsphase (AMZ) nur der eine MOS-Transistor TR1 geschaltet werden. Der Strom fließt dann über die Erregerspule, den Messwiderstand zur zum Masseanschluss der auf einem Bezugspotential ist. In der Freilaufphase (FL) wird der zweite MOS-Transistor TR2 geschaltet und der erste MOS-Transistor abgeschaltet. Fließt im Zeitpunkt des Überganges in den Betriebszustand des Freilaufs FL ein Strom durch die Erregerspule, so wird die Freilaufdiode D1 leitend und der Strom durch die Erregerspule nimmt abhängig von den Verlusten im Widerstand der Erregerspule, dem Transistor TR₁, dem Messwiderstand R_mess und der Freilaufdiode D1 ab. Im Betriebszustand der schnellen Stromrückführung (SSR) werden beide MOS-Transistoren abgeschaltet. Die Zener-Diode D2 wird dann wirksam. Fließt ein Strom durch die Erregerspule nimmt dieser abhängig von der Zener-Spannung, den Verlusten an der Freilaufdiode D1, dem Widerstand der Erregerspule und dem Messwiderstand R_mess ab. Der Vorteil dieser Endstufenbeschaltung liegt in den geringeren Verlusten beim Einschalten der Erregerspule und der geringeren Belastung der beiden MOS-Transistoren. Dies führt zu geringeren Kosten, ermöglicht jedoch im Gegensatz zur in Fig. 3a und 3b beschriebenen Endstufenbeschaltung keine Rückspeisung der Energie im Betriebszustand der schnellen Stromrückführung. Diese Beschaltung eignet sich besonders für Elektromagnete die geringe mechanische Verluste zu überwinden haben.An alternative output stage circuit is shown in FIG. 3c. In this method, only the one MOS transistor TR1 has to be switched in the magnetization phase (AMZ). The current then flows through the excitation coil, the measuring resistor to the ground connection, which is at a reference potential. In the free-running phase (FL), the second MOS transistor TR2 is switched and the first MOS transistor is switched off. If a current flows through the excitation coil at the time of the transition to the operating state of the freewheeling FL, the freewheeling diode D1 becomes conductive and the current through the excitation coil increases depending on the losses in the resistance of the excitation coil, the transistor TR ₁ , the measuring resistor R _mess and the Free-wheeling diode D1. In the operating state of the fast current feedback (SSR), both MOS transistors are switched off. The Zener diode D2 then takes effect. If a current flows through the excitation coil, this decreases depending on the Zener voltage, the losses at the freewheeling diode D1, the resistance of the excitation coil and the measuring resistor R _mess . The advantage of this power amplifier circuit lies in the lower losses when switching on the excitation coil and the lower load on the two MOS transistors. This leads to lower costs, but, in contrast to the output stage circuit described in FIGS . 3a and 3b, does not enable energy to be fed back in the operating state of the fast current feedback. This circuit is particularly suitable for electromagnets that have to overcome low mechanical losses.

Als Alternative zu der beschriebenen Endstufenbeschaltungen sind auch andere Schaltungsvarianten denkbar wie z. B. die Vollbrücke mit 4 MOS-Transistoren, Alternative Schaltungsvarianten sind geeignet, wenn sie mindestens 3 unterschiedliche Betriebszustände ermöglichen.There are also other alternatives to the described output stage circuits Circuit variants conceivable such. B. the full bridge with 4 MOS transistors, alternative Circuit variants are suitable if they have at least 3 different operating states enable.

In Fig. 4 ist ein Kennlinienfeld eines Elektromagneten aufgezeigt, in dem der Zusammenhang zwischen Strom durch die Erregerspule, magnetischem Fluss der Erregerspule sowie dem Luftspalt zwischen Anker und der Anlagefläche am Magneten ermittelt werden kann. Aus dem Kennlinienfeld kann bei bekannten magnetischen Fluss und Strom duch die Erregerspule der Luftspalt zwischen Anker und der Anlagefläche des Magneten ermittelt werden und somit die Position des Ankers beziehungsweise des Ventils bestimmt werden. Die Ermittlung des Luftspaltes erfolgt durch Interpolation des Kennlinienfeldes bzw. durch Berechnung mittels einer Funktion, die das Kennfeldes in ausreichender Genauigkeit abbildet. Zu möglichst genauen Ermittlung der Wegposition ist es vorteilhaft, die Wegposition in dem Kennlinienbereich zu ermitteln, in dem eine hohe Auflösung zwischen Luftspalt und der Messgrößen magnetischer Fluss und Strom gegeben ist, d. h. vorzugsweise im Bereich kleiner Luftspalte und eines großes magnetischen Flusses durch die Erregerspule.In FIG. 4 is a characteristic diagram is shown of an electromagnet, in which the relationship between the current through the excitation coil, magnetic flux of the exciting coil and the air gap between the armature and the contact surface can be determined on the magnet. In the case of known magnetic flux and current, the field coil can be used to determine the air gap between the armature and the contact surface of the magnet and thus the position of the armature or the valve to be determined. The air gap is determined by interpolation of the characteristic field or by calculation using a function that maps the characteristic field with sufficient accuracy. To determine the path position as precisely as possible, it is advantageous to determine the path position in the range of the characteristic curve in which there is a high resolution between the air gap and the measured variables magnetic flux and current, ie preferably in the region of small air gaps and a large magnetic flux through the excitation coil.

In Fig. 5a-d sind verschiedene Verfahren der Ermittlung des Stromes und des magnetischen Flusses zur Positionsbestimmung während der Bewegungsphase von der Anlagefläche eines Elektromagneten zur Anlagefläche des anderen Elektromagneten dargestellt. In den Fig. 5a-d ist der zeitliche Ablauf der Erregerstromniveaus I₁ und I₂ durch die beiden Erregerspulen der Elektromagnet sowie die Position X des Ankers dargestellt.In Fig. 5a-d, various methods of determining the current and the magnetic flux to determine the position during the movement phase of the contact surface of an electromagnet are presented to the contact surface of the other electromagnet. In FIGS. 5a-d, the timing of the energizing current levels is shown I ₁ and I ₂ by the two exciting coils of the electromagnet and the position X of the armature.

In einem ersten in Fig. 5a dargestelltem Verfahren wird der Anker durch Bestromung der Erregerspule I₁ zunächst beispielweise mittels eines Zweipunktreglers auf einem Haltestromniveau I_H gehalten. In diesem Zustand befindet sich der Anker an der Anlagefläche eines Elektromagneten. Die Position X ist dann s1. Zur Einleitung der Bewegung wird der Strom vom Haltestromniveau I_H auf ein Messstromniveau I_M reduziert und für die Zeit Δt_M auf dem Messstromniveau gehalten. Nachdem der Strom ein Stromniveau I_S erreicht, welches geringfügig unter dem Haltestromniveau und über dem Messstromniveau liegt, setzt die Hubbewegung ein. Mittels der Flussänderung und der Stromänderung kann die Position des Ankers beim Ablösevorgang von der Anlagefläche des Elektromagneten kontinuierlich ermittelt werden. Die Wegposition ist solange ermittelbar, bis der Messstrom nach der Zeit Δt_M abgeschalten wird. Nach Abschalten des Messstroms wird der Fangstrom I₂ der Erregerspule des anderen Elektromagneten aktiviert. Dieser Fangstrom kompensiert die mechanischen Verluste während der Hubbewegung und gewährleistet, dass der Anker sich hin bis zum Anliegen an der Anlagefläche des gegenüberliegenden Elektromagneten bewegt. Nach Einschalten des Fangstromes wird der Strom I₂ der zweiten Erregerspule und der magnetische Fluss ausgewertet. Während des Zeitintervalls Δt_F kann die Position des Ankers kontinuierlich bestimmt werden. Nach Auftreffen des Ankers auf die Anlagefläche des gegenüberliegenden Elektromagneten wird der Anker wieder durch das Haltestromniveau I_H an der Anlagefläche des Elektromagneten gehalten.In a first method shown in FIG. 5a, the armature is initially held at a holding current level I _H by energizing the excitation coil I ₁ , for example by means of a two-point regulator. In this state, the armature is located on the contact surface of an electromagnet. The position X is then s1. To initiate the movement, the current is reduced from the holding current level I _H to a measuring current level I _M and kept at the measuring current level for the time Δt _M. After the current reaches a current level I _S which is slightly below the holding current level and above the measuring current level, the lifting movement begins. The position of the armature during the detachment process from the contact surface of the electromagnet can be determined continuously by means of the change in flow and the change in current. The path position can be determined until the measuring current is switched off after the time Δt _M. After switching off the measuring current, the capture current I _{2 of} the excitation coil of the other electromagnet is activated. This capture current compensates for the mechanical losses during the stroke movement and ensures that the armature moves up to the contact surface of the opposite electromagnet. After switching on the capture current, the current I _{2 of} the second excitation coil and the magnetic flux are evaluated. The position of the armature can be determined continuously during the time interval Δt _F. After the armature strikes the contact surface of the opposite electromagnet, the armature is again held by the holding current level I _H on the contact surface of the electromagnet.

Das in Fig. 5b dargestellt Verfahren unterscheidet sich in dem in Fig. 5a dargestellten Verfahren dadurch, dass der Strom der ersten Erregerspule I₁ nach der Haltephase Δt_H im Anschluss auf Null zurückgeführt wird. Die Bestimmung der Position kann somit nur in einem kurzen Zeitintervall nach Beginn der Ankerbewegung erfolgen. Der Strom I₂ der Erregerspule des Fangmagneten wird dann zuerst auf einem Messstromniveau I_M gesetzt und dann auf das Fangstromniveau I_F erhöht. Die Auswertung der Position erfolgt dann sowohl im Messstrombetrieb als auch im Fangstrombetrieb. Das zweite Verfahren ist vorteilhaft in Hinblick auf den elektrischen Energiebedarf für eine Fangphase, hat jedoch den Nachteil dass die Wegposition durch Auswertung der Fangspule ungenauer erfasst werden kann, da die Auswertung in einem Kennfeldbereich erfolgt, in dem eine geringe Auflösung vorhanden ist.The method shown in FIG. 5b differs from the method shown in FIG. 5a in that the current of the first excitation coil I _{1 is} subsequently reduced to zero after the holding phase Δt _H. The position can thus only be determined a short time interval after the start of the armature movement. The current I _{2 of} the excitation coil of the capture magnet is then first set to a measurement current level I _M and then increased to the capture current level I _F. The position is then evaluated both in measuring current mode and in catching current mode. The second method is advantageous with regard to the electrical energy requirement for a capture phase, but has the disadvantage that the path position can be determined more inaccurately by evaluating the capture coil, since the evaluation takes place in a map area in which there is a low resolution.

In dem in Fig. 5c beschriebenen Verfahren werden beide Erregerspulen für eine bestimmte Zeitdauer auf einem Messstromniveau Δt_M1 und Δt_M2 betrieben. Zeitweise erfolgt, der Betrieb parallel. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass lückenlos die Wegposition ermittelt werden kann und gegebenenfalls Ungenauigkeiten bei der Wegpositionserfassung bedingt durch Schwankungen der Widerstände und Ungenauigkeiten der Strommessung durch redundante Auswertung kompensiert werden.In the method described in FIG. 5c, both excitation coils are operated for a certain period of time at a measuring current level Δt _M1 and Δt _M2 . Occasionally, the operation in parallel. This method has the advantage that the path position can be determined without gaps and, if necessary, inaccuracies in the path position detection due to fluctuations in the resistances and inaccuracies in the current measurement are compensated for by redundant evaluation.

In dem in Fig. 5d beschriebenen vierten Verfahren wird die Wegposition nur beim Abschalten des Stroms I₁ und während des Wirkens des Fangstromes I₂ ermittelt. Die Wegposition kann dann nur zu Beginn des Ablösevorgangs des Ankers von der Anlagefläche am Elektromagneten sowie nach Einsetzen des Fangstromes ermittelt werden. Dieses Verfahren ist vorteilhaft, da die elektrische Leistungsaufnahme während der Fangphase sowie die Bremswirkung, des abschaltenden Elektromagneten minimiert werden kann.In the fourth method described in FIG. 5d, the path position is determined only when the current I _{1 is switched off} and when the capture current I _{2 is active} . The path position can then only be determined at the beginning of the armature's detachment process from the contact surface on the electromagnet and after the catching current has been set. This method is advantageous because the electrical power consumption during the capture phase and the braking effect of the electromagnet that is switched off can be minimized.

In Fig. 6a und Fig. 6b sind Ablaufdiagramme zur Erfassung der Ankerposition dargestellt, das in der Steuereinheit 3 abgearbeitet wird. Das Programm berechnet die Position X der Ankerplatte, wenn sich die Ankerplatte von der Position s1 zur Position s2 bewegt. Ein äquivalentes Programm, das die Position X berechnet, wenn sich die Ankerplatte von der Position s2 zur Position s1 bewegt, ist ebenfalls vorgesehen.In Fig. 6a and Fig. 6b are flow charts are shown for detecting the rotor position, which is processed in the control unit 3. The program calculates the position X of the anchor plate when the anchor plate moves from position s1 to position s2. An equivalent program that calculates position X when the anchor plate moves from position s2 to position s1 is also provided.

In Fig. 6a ist das Ablaufdiagramm zur Erfassung der Ankerposition beim Abschalten der einen Haltespule dargestellt, d. h. beim Beginn der Hubbewegung des Ankers. In einem ersten Schritt S1 wird das Programm gestartet. In einem zweiten Schritt S2 wird dem Strom I₀ der Haltestromwert I_H, dem magnetischen Fluss Φ₀ der Haltfluss Φ_H, sowie der Position X der Anfangswert s1 zugeordnet. Im Schritt S3 wird dem Strom I₁ der Anfangsstromwert I₀, dem magnetischen Fluss Φ₁ der Anfangsfluss Φ₁, sowie der Position X₁ der Anfangswert S1 zugeordnet. In einem vierten Schritt S4 wird geprüft, ob der gemessene Strom das eingestellte Haltestromniveau unterschreitet, d. h. es wird geprüft, ob die Hubbewegung beginnt. Sofern die Bedingung erfüllt ist, wird im Schritt S5 ein neuer Stromwert I₂ ermittelt und die Induktionsspannung U_ind der Erregerspule berechnet. Aus der Induktionsspannung wird in Schritt S6 ein neuer Wert des magnetischen Flusses Φ₂ durch Integration der Induktionsspannung und dem Anfangswert des magnetischen Flusses Φ₁ berechnet. Die Ermittlung der Position X erfolgt in Schritt S7 durch Interpolation des Kennfeldes. In Schritt S8 wird geprüft, ob der gemessene Strom größer ist als ein unterer Grenzwert I_U, der in der Regel sehr klein oder gleich Null ist. Ist die Bedingung nicht erfüllt, wird die Ermittlung der Wegposition fortgesetzt. Ist die Bedingung erfüllt, wird in Schritt S9 der Strom I₃ sowie der magnetische Fluss Φ₃ gleich Null gesetzt. In Schritt S10 wird die Positionsbestimmung abgeschlossen.In Fig. 6A, the flow chart for detection of the rotor position is shown when switching off the one holding coil, ie at the beginning of the stroke movement of the armature. The program is started in a first step S1. In a second step S2, the current I _{0 is assigned} the holding current value I _H , the magnetic flux Φ ₀ the holding flow Φ _H , and the position X the initial value s1. In step S3, the current I ₁ of the initial current value I _0, the magnetic flux Φ ₁ is assigned to the initial flow Φ _1, and the position X _1, the initial value S1. In a fourth step S4 it is checked whether the measured current falls below the set holding current level, ie it is checked whether the lifting movement begins. If the condition is met, a new current value I _{2 is} determined in step S5 and the induction voltage U _{ind of} the excitation coil is calculated. In step S6, a new value of the magnetic flux Φ ₂ is calculated from the induction voltage by integrating the induction voltage and the initial value of the magnetic flux Φ ₁ . Position X is determined in step S7 by interpolation of the characteristic diagram. In step S8 it is checked whether the measured current is greater than a lower limit value I _U , which is generally very small or equal to zero. If the condition is not met, the determination of the path position is continued. If the condition is met, the current I ₃ and the magnetic flux Φ ₃ are set to zero in step S9. The position determination is completed in step S10.

In Fig. 6b ist das Ablaufdiagramm zur Erfassung der Ankerposition beim Einschalten des Fangstromes I₂ dargestellt, d. h. die Bestimmung der Wegposition nach bereits eingesetzter Ankerbewegung. In einem ersten Schritt S1 wird das Programm gestartet. In einem zweiten Schritt S2 wird dem Strom I₀ sowie magnetischer Fluss Φ₀ Null gesetzt. Im Schritt S3 wird dem Strom I₁ der Anfangsstromwert I₀, dem magnetischen Fluss Φ₁ der Anfangsfluss Φ₁, zugeordnet. In einem vierten Schritt S4 wird geprüft, ob der gemessene Strom größer als Null ist, d. h. es wird geprüft, ob der Fangstrom eingeschaltet wurde. Sofern die Bedingung erfüllt ist, wird im Schritt S5 ein neuer Stromwert I₂ ermittelt und die Induktionsspannung U_ind der Erregerspule berechnet. Aus der Induktionsspannung wird in Schritt S6 ein neuer Wert des magnetischen Flusses Φ₂ durch Integration der Induktionsspannung und dem Anfangswert des magnetischen Flusses Φ₁ berechnet. Die Ermittlung der Position X erfolgt in Schritt S7 durch Interpolation des Kennfeldes. In Schritt S8 wird geprüft, ob der Anker die Position s2 erreicht hat, d. h. ob die Ankerbewegung, abgeschlossen ist. Ist die Bedingung nicht erfüllt, so wird die Ermittlung der Wegposition fortgesetzt. Ist die Bedingung erfüllt, wird der Strom I₃ gleich dem Haltestrom I_H gesetzt, dem magnetischen Fluss Φ₃ der Haltefluss Φ_H zugeordnet und der Position X gleich der Endposition s2 gesetzt. In Schritt S10 wird abgefragt, ob die Positionsbestimmung abgebrochen werden soll. Diese Abfrage ermöglicht eine Fortsetzung der Wegbestimmung während der Haltephase, um genauere Anfangsflusswerte sowie Anfangsstromwerte für den Abschaltvorgang der aus der Haltephase zu erhalten, sowie um festzustellen, ob sich der Anker während der Haltephase ablöst.In Fig. 6b, the flow chart is shown for detecting the armature position when turning on the fishing current I _2, the determination of the path position ie after already inserted armature movement. The program is started in a first step S1. In a second step S2, the current I ₀ and the magnetic flux Φ _{0 are} set to zero. In step S3, the current I ₁ of the initial current value I _0, the magnetic flux Φ ₁ is assigned to the initial flow Φ _1,. In a fourth step S4 it is checked whether the measured current is greater than zero, ie it is checked whether the capture current has been switched on. If the condition is met, a new current value I _{2 is} determined in step S5 and the induction voltage U _{ind of} the excitation coil is calculated. In step S6, a new value of the magnetic flux Φ ₂ is calculated from the induction voltage by integrating the induction voltage and the initial value of the magnetic flux Φ ₁ . Position X is determined in step S7 by interpolation of the characteristic diagram. In step S8 it is checked whether the armature has reached position s2, ie whether the armature movement has been completed. If the condition is not met, the determination of the path position is continued. If the condition is met, the current I _{3 is set} equal to the holding current I _H , the holding flux Φ _{H is} assigned to the magnetic flux Φ ₃ and the position X is set to the end position s2. In step S10, a query is made as to whether the position determination should be terminated. This query enables the path determination to be continued during the holding phase in order to obtain more precise initial flow values and initial current values for the switching-off process from the holding phase and to determine whether the armature detaches during the holding phase.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen der Position eines Ankers, der einem Stellantrieb zugeordnet ist, wobei der Stellantrieb mindestens einen Elektromagneten und mindestens eine Erregerspule hat, der Anker beweglich ist zwischen einer ersten Anlagefläche an dem Elektromagneten und einer zweiten Anlagefläche, dadurch gekennzeichnet,

a) dass der Strom in und gegebenenfalls der Spannungsabfall an der Erregerspule ermittelt wird,
b) dass der magnetische Fluss durch die Erregerspule durch Integration der induzierten Spannung ermittelt wird, wobei die induzierte Spannung entweder berechnet wird aus dem Strom durch die Erregerspule unter Berücksichtigung des Betriebszustandes der Leistungsendstufe oder aus dem Strom durch die Erregerspule dem Spannungsabfall an der Erregerspule ermittelt wird,
c) dass die Wegposition durch ein Kennfeld oder eine Funktion, dass den Zusammenhang zwischen magnetischen Fluss, Strom und Position abbildet ermittelt wird.

1. A method for determining the position of an armature which is assigned to an actuator, the actuator having at least one electromagnet and at least one excitation coil, the armature being movable between a first contact surface on the electromagnet and a second contact surface, characterized in that

a) that the current in and, if appropriate, the voltage drop across the excitation coil is determined,
b) that the magnetic flux through the excitation coil is determined by integrating the induced voltage, the induced voltage being calculated either from the current through the excitation coil taking into account the operating state of the power output stage or from the current through the excitation coil the voltage drop across the excitation coil ,
c) that the path position is determined by a map or a function that depicts the relationship between magnetic flux, current and position.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Stromes ein alternierendes Strommessverfahren angewandt wird, bei dem zuerst der Strom der einen Erregerspule ermittelt wird, in dem das Stromniveau variiert zwischen einem Haltestromniveau und einem Messstromniveau und anschließend der Fangstrom der zweiten Erregerspule ausgewertet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that for determining the Current an alternating current measurement method is applied, in which the Current of an excitation coil is determined in which the current level varies between a holding current level and a measuring current level and then the capture current the second excitation coil is evaluated.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Stromes ein alternierendes Strommessverfahren angewandt wird, bei dem zuerst der Strom der einen Erregerspule ermittelt wird, in dem das Stromniveau von einem Haltestromniveau abschaltet wird und anschließend der Fangstrom der zweiten Erregerspule ausgewertet wird, bei dem der Fangstrom zwischen einem konstanten Messstromniveau und variierenden Fangstromniveaus ausgewertet wird.3. The method according to claim 1, characterized in that for determining the Current an alternating current measurement method is applied, in which the Current of a field coil is determined in which the current level of one Holding current level is switched off and then the catching current of the second Excitation coil is evaluated, in which the capture current is between a constant Measuring current level and varying catch current levels is evaluated.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Stromes ein alternierendes Strommessverfahren angewandt wird, bei dem zuerst der Strom der einen Erregerspule ermittelt wird, in dem das Stromniveau variiert zwischen einem Haltestromniveau und einem Messstromniveau und anschließend der Fangstrom der zweiten Erregerspule ausgewertet wird, bei dem der Fangstrom zwischen einem konstanten Messstromniveau und variierenden Fangstromniveaus ausgewertet wird.4. The method according to claim 1, characterized in that for determining the Current an alternating current measurement method is applied, in which the Current of an excitation coil is determined in which the current level varies between a holding current level and a measuring current level and then the capture current the second excitation coil is evaluated, in which the capture current between one constant measuring current level and varying catching current levels is evaluated.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Stromes ein alternierendes Strommessverfahren angewandt wird, bei dem zuerst der Strom der einen Erregerspule ermittelt wird, in dem das Stromniveau von einem Haltestromniveau abschaltet wird und anschließend der Fangstrom der zweiten Erregerspule ausgewertet wird, bei dem der Fangstrom bei variierenden Fangstromniveaus ausgewertet wird.5. The method according to claim 1, characterized in that for determining the Current an alternating current measurement method is applied, in which the Current of a field coil is determined in which the current level of one Holding current level is switched off and then the catching current of the second Excitation coil is evaluated, in which the catching current varies Capture current levels is evaluated.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, das die Wegposition entweder durch Interpolation eines Kennfeldes mittels einer Funktion, die das Kennfeld abbildet, berechnet wird.6. The method according to claim 1-5, characterized in that the path position either by interpolating a map using a function that maps the map maps, is calculated.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer genaueren Berechnung des magnetischen Flusses eine Korrekturfunktion zur Berücksichtigung der Wirbelstromverluste verwendet wird.7. The method according to claim 1-5, characterized in that to a more precise Calculation of the magnetic flux a correction function to take into account the Eddy current loss is used.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedliche Leistungsendstufen eingesetzt werden, die mehrere Betriebszustände wie Aufmagnetisieren (AMZ), Freilauf (FL) und schnelle Stromrückführung (SSR) ermöglichen.8. The method according to claim 1-5, characterized in that different Power amplifiers are used that have multiple operating states such as Magnetizing (AMZ), freewheeling (FL) and fast current feedback (SSR) enable.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegposition bei unterschiedlichen Ausführungen von elektromechanischen Stehgeräten ermittelt werden kann.9. The method according to claim 1-5, characterized in that the path position at different versions of electromechanical standing devices can be determined can.

10. Verfahren gemäß Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommessung alternativ durch einen Messwiderstand oder ein Hall-Element erfolgt.10. The method according to claim 1-5, characterized in that the current measurement alternatively by a measuring resistor or a Hall element.