DE10212092A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Elektromagneten an einem eigensicheren Gleichstromkreis - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Elektromagneten an einem eigensicheren Gleichstromkreis

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines an einen eigensicheren Gleichstromkreis angeschlossenen, gesteuert zwischen zwei Schaltstellungen hin- und herschaltbaren Elektromagneten zum Betätigen des Schließkörpers eines Hydraulikventils, wobei mittels einer elektronischen Steuereinrichtung der Spulenwicklung des Elektromagneten in der Anzugsphase des Ankers des Elektromagneten ein Erregerstrom und in der Haltephase des Ankers ein gegenüber dem Erregerstrom niedrigerer Haltestrom zugeführt wird, sowie eine Vorrichtung, mit der die Haltestromabsenkung realisiert wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Ist-Strom in der Spulenwicklung nach dem Ansteuern des Elektromagneten kontinuierlich gemessen und zum Erkennen der Bewegung des Ankers ausgewertet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht hierbei einerseits darauf, daß sich die Kraft des elektro-magnetischen Aktors proportional zum Stromfluß verhält und andererseits darauf, daß die Bewegung des Aktors eine Gegeninduktion in der Magnetwicklung auslöst, die sich im gemessenen Ist-Strom in der Spulenwicklung niederschlägt. Die unmittelbare Erkennung der Bewegung des Ankers bei bzw. zeitnah zum Einsetzen der Bewegung des Ankers ermöglicht hinsichtlich der Energieregelung eine optimierte Verfahrensführung. Das Absenken des Stroms auf das Haltestromniveau wird vorzugsweise durch Pulsweitenmodulation bewirkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines an einen eigensicheren Gleichstromkreis angeschlossenen, gesteuert zwischen zwei Schaltstellungen hin- und herschaltbaren Elektromagneten zum Betätigen des Schließkörpers eines Hydraulikventils, wobei mittels einer elektronischen Steuereinrichtung der Spulenwicklung des Elektromagneten in der Anzugsphase des Ankers des Elektromagneten ein Erregerstrom und in der Haltephase des Ankers ein gegenüber dem Erregerstrom niedrigerer Haltestrom zugeführt wird. Die Erfindung betrifft desweiteren eine Vorrichtung zum Betrieb eines an einen eigensicheren Gleichstromkreis anschließbaren, gesteuert zwischen zwei Schaltstellungen hin- und herschaltbaren Elektromagneten zum Betätigen des Schließkörpers eines Hydraulikventils, mit einem eine Spulenwicklung und einen Anker aufweisenden Elektromagneten und mit einer elektronischen Steuereinrichtung, mittels der der zugeführte Strom in der Anzugsphase des Ankers auf einen Erregerstrom und in der Haltephase auf einen niedrigeren Haltestrom einstellbar ist.
  • Beim Betrieb untertägiger elektrohydraulischer Anlagen, wie z. B. Ausbaueinheiten zum Abstützen des untertägigen Abbauraums hinter der Abbaufront, ist aufgrund von Explosions- und Schlagwettergefahr für die elektrische Versorgung der zu schalten Elektromagneten ein eigensicherer Gleichstromkreis vorgesehen. Hierbei ist es bekannt, mit einer den Elektromagneten zugeordneten elektronischen Steuereinrichtung den Haltestrom in der Haltephase auf ein gegenüber dem Erregerstrom niedrigeres Stromniveau abzusenken (DE 32 29 835 C2). Im untertägigen Bergbau wird bei Elektromagneten mit entsprechenden Steuerungseinrichtungen auch von Elektromagneten mit Haltestromabsenkung gesprochen. Bei der Absenkung des Haltestroms auf das niedrigere Haltestromniveau wird die Remanenzkraft, die während des Schaltvorgangs des Elektromagneten erzeugt wird, zum Halten des Ankers und mithin auch zum Halten des Schließkörpers des Hydraulikventils in einer der beiden Schaltstellungen benutzt. Der Anker des Elektromagneten und der Schließkörper des Hydraulikventils werden in der Regel nach Abschalten des Elektromagneten durch die Rückstellkraft einer Feder in die Ausgangsschaltstellung zurückbewegt.
  • Im untertägigen Einsatz von Elektromagneten als Aktoren für Hydraulikventile an eigensicheren Stromkreisen müssen hierbei mehrere Probleme berücksichtigt werden. Der Erregerstrom in der Anzugsphase muß ausreichend hoch bemessen sein, um selbst bei Spannungsspitzen oder erhöhtem Betriebsdruck auf der Hydraulikseite das Schalten des Hydraulikventils zu gewährleisten. In der Haltephase muß das Haltestromniveau und die mit dem Elektromagneten aufgebrachte Haltekraft ausreichend bemessen sein, um den Schaltzustand selbst bei den vorgenannten Spannungsspitzen bzw. Betriebsdruckerhöhungen sicher aufrechthalten zu können. Andererseits sollen mit einem einzigen eigensicheren Gleichstromkreis möglichst viele elektrohydraulische Ventile der Ausbaueinheiten ansteuerbar und schaltbar sein, um den apparativen Aufwand für untertägig verlegte, eigensichere Stromkreise gering zu halten. Diese grundlegende Problematik bei eigensicheren, untertägigen Stromkreisen ist aus der gattungsbildenden DE 32 29 835 C2 bekannt, auf die hierzu ausdrücklich Bezug genommen wird.
  • Neben der gattungsbildenden DE 32 29 835 C2 ist bekannt, zwischen dem Anker des Elektromagneten und dem Schließkörper des Hydraulikventils ein Übertragungsglied wie z. B. einen Hebel vorzusehen (DE 37 17 403; DE 38 23 681 A1), um die Schaltstellungen möglichst exakt justieren zu können und unter Ausnutzung der Hebelverhältnisse die mit dem Elektromagneten aufzubringende Schaltkraft gegebenenfalls reduzieren zu können. Bei einem weiteren System für elektrohydraulische Ventile mit Haltestromabsenkung setzt die Stromabsenkung nach einer festgelegten, mit Ansteuern des Elektromagneten beginnenden Zeitspanne ein (EP 00 06 843 A1).
  • Sämtliche bisher realisierten Verfahren und Vorrichtungen zum Betrieb des Elektromagneten eines elektrohydraulischen Ventils haben den Nachteil, daß sie mit einer festen, versorgungsspannungsabhängigen Stromabsenkung arbeiten. Unter Berücksichtigung der in untertägigen, eigensicheren Stromkreisen grundsätzlich vorhandenen Betriebsspannungsreserven führt dies dazu, daß in der Haltephase ein höherer Strom als notwendig fließt und bis zum Umschalten von der Anzugsphase in die Haltephase mehr Energie als notwendig verbraucht wird. Dieser für einen einzelnen Elektromagneten marginal überhöhte Verbrauch potenziert sich in untertägigen Abbauanlagen, da in einem untertägigen Streb über zweihundert Ausbaueinheiten mit zugehörigen elektrohydraulischen Ventilen geschaltet werden müssen. Die bisher eingesetzte Technik zur Haltestromabsenkung setzt der zu erreichenden Wirtschaftlichkeit untertägiger Abbauanlagen Grenzen. Um die Wirtschaftlichkeit untertägiger Abbauanlagen zu erhalten, muß mit den elektrohydraulischen Ventilen ein signifikant höherer Hydraulikdruck beherrschbar sein, ohne daß der Energieverbrauch der einzelnen Ventile und der gesamten Abbauanlage zunimmt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb elektrohydraulischer Ventile vorzuschlagen, die eine Reduzierung des Energieverbrauchs des einzelnen Elektromagneten ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird in ihrem verfahrensmäßigen Aspekt durch die in Anspruch 1 und in ihrem vorrichtungsmäßigen Aspekt durch die in Anspruch 9 angegebene Erfindung gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens ist vorgesehen, daß der Ist-Strom in der Spulenwicklung nach dem Ansteuern des Elektromagneten kontinuierlich gemessen und zum Erkennen der Bewegung des Ankers ausgewertet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht hierbei einerseits auf der Erkenntnis, daß sich die Kraft des elektromagnetischen Aktors proportional zum Stromfluß verhält und andererseits auf der Erkenntnis, daß die Bewegung des Aktors eine Gegeninduktion in der Magnetwicklung auslöst, die sich im Ist-Strom in der Spulenwicklung niederschlägt. Die unmittelbare Erkennung der Bewegung des Ankers bei bzw. zeitnah zum Einsetzen der Bewegung des Ankers ermöglicht hinsichtlich der Energieregelung eine optimierte Verfahrensführung.
  • In bevorzugter Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bewegung des Ankers anhand wenigstens einer Steigungsänderung in der gemessenen Ist-Stromkurve dedektiert. Im allgemeinen sind nach dem Ansteuern des Elektromagneten in der an der Spulenwicklung meßbaren Ist-Stromkurve zwei Steigungsänderungen dedektierbar, wobei die erste Steigungsänderung bei Einsetzen der Bewegung des Ankers und die zweite Steigungsänderung mit Beendigung der Bewegung des Ankers erfolgt. Um mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Energieaufnahme des Elektromagneten zu regeln, wird vorzugsweise der Ist-Strom als Regelgröße für das Absenken des zugeführten Stroms auf den Haltestrom verwendet. Da mit Einsetzen und mit Beendigen der Bewegung des Ankers eine Veränderung im gemessenen Ist-Strom, insbesondere eine Steigungsänderung auftritt, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund der kontinuierlichen Überwachung des Ist-Stroms der Spulenwicklung der optimale Zeitpunkt zum Absenken des zugeführten Stroms auf den Haltestrom gefunden und zur Haltestromabsenkung herangezogen werden. In bevorzugter Ausführungsform wird hierzu der gemessene Ist-Strom einer Regeleinrichtung zugeführt, die zeitnah nach dem Auftreten der zweiten Steigungsänderung in der gemessenen Ist-Stromkurve den zugeführten Strom auf den niedrigeren Haltestrom absenkt. In bevorzugter Ausgestaltung wird die Regeleinrichtung von einem Proportionalregler gebildet, der den zugeführten Strom einem Soll-Strom nachregelt. Der Proportionalregler kann hierbei mittels eines Mikroprozessors realisiert werden, wobei besonders vorteilhaft ist, wenn der Soll- Strom über eine Steuerungssoftware parametrierbar ist.
  • Eine weitere Verbesserung des Verfahrens wird erreicht, wenn in der Haltephase der zugeführte Strom durch gepulste Ansteuerung, insbesondere durch Pulsweitenmodulation, auf dem niedrigeren Haltestromniveau gehalten wird. Durch Pulsweitenmodulation kann die Verlustleistung in der Haltephase im Vergleich zu konventionellen Regelungen der an der Spulenwicklung angelegten Ansteuerspannung minimiert werden.
  • Die erfindungsgemäß vorgesehene kontinuierliche Messung des Ist-Stroms in der Spulenwicklung kann nicht nur zur Optimierung der Haltestromabsenkung, sondern auch zur Feststellung von Betriebsstörungen und Verschleiß an den elektrohydraulischen Schaltvorrichtungen herangezogen werden. Um dies zu realisieren, weist vorzugsweise die elektronische Steuerung einen Mikroprozessor auf, der das Auftreten von Steigerungsänderungen in der gemessenen Ist-Stromkurve dedektiert und durch Vergleich mit Referenzwerten zur Fehlerdiagnose von Betriebsstörungen und/oder von Verschleiß des Elektromagneten auswertet.
  • Durch die kontinuierliche Strommessung und einen Vergleich des tatsächlichen Bewegungsverhaltens des Magnetankers mit dem optimalen, als Referenzwert gespeicherten Bewegungsverhaltens können betriebswichtige Informationen abgeleitet werden. So ist beispielsweise die Stromstärke bei Beginn der Bewegung des Ankers ein Kriterium für dessen Leichtgängigkeit. Ein zu hoher, zur Initiierung der Ankerbewegung erforderlicher Strom deutet auf beginnende Korrosion, Beschädigungen oder zu hohe Schaltdrücke hin. Auch die Zeitdauer, die zwischen den beiden Steigungsänderungen vergeht, kann als Kriterium für die Fehlerdiagnose herangezogen werden. Außerdem können Kurzschlüsse in der Magnetspule bei zu hohem Ist-Strom, Signalunterbrechungen im Arbeitskreis bei fehlendem oder zu geringem Strom, sowie Erdschlußprobleme bei Unterschreiten des erforderlichen Haltestromniveaus trotz vollständig geöffneter Regeleinrichtung erkannt werden.
  • Die vorgenannte Aufgabe wird auch durch die in Anspruch 9 angegebene Vorrichtung gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Vorrichtung eine Meßeinrichtung zum Messen des Ist- Stroms in der Spulenwicklung und eine Auswerteinrichtung zum Erkennen einer Bewegung des Ankers anhand des gemessenen Ist- Stroms umfaßt. Erfindungswesentlich ist mithin auch bei der Vorrichtung das kontinuierliche Messen des Ist-Stroms in der Spulenwicklung und das Erkennen der Bewegung des Ankers, um mit Hilfe der Meßeinrichtung und der Auswerteeinrichtung u. a. den optimalen Zeitpunkt, zu dem die Haltestromabsenkung einsetzen soll, feststellen zu können. Zweckmäßigerweise ist der Spulenwicklung des Elektromagneten ein Meßwiderstand zum Messen des Ist-Stroms vorgeschaltet. Ferner ist vorteilhaft, wenn die Auswerteeinrichtung aus einem die elektronische Steuereinrichtung bildenden Mikroprozessor besteht. Derartige Mikroprozessoren wie z. B. PIC-Prozessoren oder DSP-Prozessoren können in das Gehäuse der Vorrichtung integriert und fester Bestandteil der Elektromagneten werden. Mit dem Mikroprozessor kann dann mittels geeigneter Steuerungssoftware eine Regeleinrichtung, insbesondere ein Proportionalregler, gebildet und aus dem Bewegungsverhalten des Magnetankers auf mechanisches, elektronisches oder magnetisches Fehlverhalten des Elektromagneten geschlossen werden. In bevorzugter Ausgestaltung ist hierbei dem Mikroprozessor der gemessene Ist-Strom als Regelgröße zum Absenken des zugeführten Stroms auf den Haltestrom zuführbar. Um Energieverluste bei der Haltestromabsenkung zu minimieren, kann die elektronische Steuereinrichtung eine Pulsweitenmodulations-Einheit zum Einstellen und Halten des zugeführten Stroms auf dem niedrigeren Haltestromniveau aufweisen.
  • Ferner trägt zur weiteren Absenkung des Strombedarfs einer einzelnen Vorrichtung bei, wenn der Elektromagnet ein Gehäuse aus ferromagnetischem Material mit zwei Aufnahmebohrungen für zwei Elektromagneteneinsätze mit zugehöriger Spulenwicklung und Anker aufweist, die vorzugsweise über eine gemeinsame elektronische Steuereinrichtung ansteuerbar sind. Derartige Doppel-Elektromagneten sind insbesondere im untertägigen Einsatz weit verbreitet und durch ein Gehäuse aus ferromagnetischem Material läßt sich aufgrund der höheren Eisenmenge bei gleichem Spulenstrom eine Erhöhung der Magnetkraft erzielen.
  • Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
  • Fig. 1 symbolisch ein elektrohydraulisches Steuerventil mit zwei Einzelmagneten und zwei Mehrwegeventilen sowie zugeordneter Steuereinrichtung; und
  • Fig. 2 in einem Kurvendiagramm den erfindungsgemäß gemessenen Stromverlauf bei einem Elektromagneten mit Haltestromabsenkung.
  • Das in Fig. 1 insgesamt mit 10 bezeichnete elektrohydraulische Steuerventil ist modular aufgebaut und umfaßt ein Elektromagnetengehäuse 1 aus ferromagnetischem Material mit zwei Elektromagneteneinsätzen 2, 3, die jeweils, wie bekannt, einen nicht dargestellten Anker aufweisen, der durch Bestromung einer zugehörigen, ebenfalls nicht dargestellten Spulenwicklung zwischen einer Ausgangsstellung und einer Schaltstellung hin- und herbewegbar ist. An dem Elektromagnetengehäuse 1 ist ein Ventilblock 4 angeflanscht, welcher zwei Mehrwege-Hydraulikventile 5, 6 aufnimmt, die mittels der Elektromagneten 2, 3 unabhängig voneinander geschaltet werden können. Fig. 1 zeigt hierbei das Hydraulikventil 5 in der Schaltstellung, in welcher der Verbraucheranschluß A1 an die Hochdruckleitung P angeschlossen ist, während das Hydraulikventil 6 in der Ausgangsstellung gezeigt ist, in der der Verbraucheranschluß A2 an die Rücklaufleitung T angeschlossen ist. Das elektrohydraulische Ventil 10 umfaßt desweiteren ein am Elektromagnetengehäuse 1 befestigtes Elektronikgehäuse 7 zur Aufnahme einer insgesamt mit 20 bezeichneten elektronischen Steuereinrichtung, mit der u. a. eine Haltestromabsenkung in der Haltephase der Elektromagneten 2, 3 bewirkt wird, wie noch erläutert werden wird.
  • Die Elektromagneten 2, 3 sind über die elektronische Steuereinrichtung 20 an eine übergeordnete Strebsteuerung angeschlossen und werden über die Leitungen 8, 9 oder einen Bus mit Gleichstrom aus einem eigensicheren Gleichstromkreis versorgt. Die elektronische Steuereinrichtung 20 umfaßt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einen Mikroprozessor 21 als Regeleinrichtung für die Haltestromabsenkung sowie eine Pulsweitenmodulations-Einheit 22 zum verlust- und erwärmungsfreien Absenken des zugeführten Stroms auf das niedrigere Haltestromniveau. Nach Unterbrechen der Stromzufuhr zu den Spulenwicklungen der Elektromagneten 2, 3 werden deren Anker und die Schließkörper der Hydraulikventile 5, 6 durch die Rückstellfedern 11, 12 in die Ausgangsstellung zurückbewegt.
  • Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert. Das Kurvendiagramm in Fig. 2 zeigt schematisch drei Kurven 30, 40, 50, wobei die Kurve 30 den sich erfindungsgemäß einstellenden und meßbaren Stromverlauf des Ist-Stroms an der Spulenwicklung eines der Elektromagneten 2, 3 nach Ansteuern und Bestromen des Elektromagneten zeigt. Die Kurve 40 zeigt den meßbaren Stromverlauf in einer Spule 40 bei Ausbleiben einer Ankerbewegung und die Kurve 50 zeigt den meßbaren Stromverlauf bei einem Elektromagneten mit Ankerbewegung, jedoch ohne Haltestromabsenkung.
  • Der Stromanstieg in der Spulenwicklung eines Elektromagneten läßt sich bei einer Spule mit der Induktivität L und dem Verlustwiderstand R bei Anlegen einer konstanten Spannung U durch die Gleichung


    beschreiben.
  • Bei einem Elektromagneten mit Spulenwicklung und Anker tritt aufgrund der Bewegung des Ankers während der Anzugphase des Ankers eine Gegeninduktion in der Spulenwicklung ein, die sich in der Stromkurve 30 in einem kurzseitigen Absinken des von der Spulenwicklung aufgenommenen Stroms I zwischen dem Zeitpunkt T1, der mit dem Beginn der Ankerbewegung zusammenfällt, und dem Zeitpunkt T2, zu welchem die Ankerbewegung beendet und der Anker die Schaltstellung erreicht hat, zusammenfällt. Der Zeitpunkt T0 in Fig. 2 entspricht dem Ansteuern bzw. Einschalten z. B. des Elektromagneten 2. Von der Steuereinrichtung 20 wird hierbei ein vergleichsweise hoher Stromfluß zugelassen, damit der Anker des Elektromagneten 2 die Rückstellkraft der Rückstellfeder 11 des Hydraulikventils 5 und die Schließkraft des Schließkörper des Hydraulikventils 5 überwinden kann. Zwischen den Zeitpunkten T0 und T1 fließt, gegebenenfalls unbeeinflußt von der elektronischen Steuereinrichtung 20, ein Erregerstrom in der Spulenwicklung des Elektromagneten 2 unter Ausnutzung der vollen zur Verfügung stehenden Betriebsspannung im Gleichstromkreis. Zum Zeitpunkt T1 setzt die Bewegung des Ankers des Elektromagneten 2 ein. Diese Bewegung erzeugt eine Gegeninduktion in der Spulenwicklung des Elektromagneten 2, die erfindungsgemäß an einem der Spulenwicklung vorgeschalteten Meßwiderstand R1 für den Elektromagneten 2 bzw. R2 für den Elektromagneten 3 gemessen und aufgezeichnet wird. Dem Elektromagneten kann während der Bewegungsphase des Ankers weiterhin Strom auf dem hohen Erregerstromniveau zugeführt werden oder das zugeführte Stromniveau wird zu diesem Zeitpunkt T1 bereits geregelt. Die tatsächliche Stromaufnahme der Spulenwicklung, die sich am zugehörigen Meßwiderstand R1 bzw. R2 der Elektromagneten 2, 3 einstellt, fällt kurzfristig ab und die Steigung der gemessenen Stromkurve 30 hat zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 einen negativen Verlauf. Zum Zeitpunkt T2 ändert sich das Vorzeichen der Steigung des gemessenen Ist- Stroms erneut und wird wieder positiv. Dieser Zeitpunkt T2 der zweiten Vorzeichenänderung im gemessenen Ist-Strom bildet mithin den optimalen Zeitpunkt zum Einsetzen der Haltestromabsenkung, da zu diesem Zeitpunkt der Anker und damit auch der Schließkörper des Hydraulikventils seine Schaltstellung (Öffnungsstellung) erreicht hat und die Haltephase für den Elektromagneten beginnt.
  • Mit dem Mikroprozessor 21 wird nun erfindungsgemäß eine Regeleinrichtung realisiert, die z. B. softwaremäßig als Proportionalregler ausgelegt ist und basierend auf dem am Meßwiderstand R1 bzw. R2 gemessenen Ist-Strom den der Spulenwicklungen des Elektromagneten 2 zugeführten Strom auf ein niedrigeres Haltestromniveau absenkt. Das Haltestromniveau, bei welchem der Öffnungszustand des Schließkörpers des Hydraulikventils 5 selbst bei Druckschwankungen am Verbraucher gewährleistet ist, kann dem Mikroprozessor 21 als Soll-Wert softwareparametriert zugeführt werden und der mit dem Mikroprozessor 21 bewirkte Proportionalregler regelt den zugeführten Strom derart, daß der gemessene Ist-Strom dem Soll-Wert nachgeführt wird. Da als Regelgröße weiterhin der gemessene Ist-Strom dient, führen selbst Unterspannungen oder Schwankungen in der Versorgungsspannung nicht zu einem unbeabsichtigten Schalten des Elektromagneten, sondern das zum Halten erforderliche Haltestromniveau wird aufrechterhalten. Das Ausgangssignal des mit dem Mikroprozessor 21 bewirkten Proportionalreglers wird einer Pulsweitenmodulation-Stelleinheit 22 zugeführt, die durch gepulste Ansteuerung den Haltestrom auf dem niedrigeren Haltestromniveau hält.
  • Im realen Betrieb wird die Haltestromabsenkung nicht zum Zeitpunkt T2, sondern erst nach einer bestimmten Vorlaufzeit zum Zeitpunkt T3 einsetzen. Am Zeitpunkt T3 hat die Steuereinrichtung ein spannungsschwankungsbereinigtes Ansteigen der Stromaufnahme der Spulenwicklung des angesteuerten Elektromagneten dedektiert und verifiziert. Die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt T2, der der tatsächlichen Vorzeichenänderung in der gemessenen Ist-Stromkurve entspricht, und dem Zeitpunkt T3, zu dem die Haltestromabsenkung einsetzt, bildet eine Sicherheitszeitspanne, die vorzugsweise ebenfalls über die Software für den Mikroprozessor 21 einstellbar ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der neuartigen Haltestromabsenkung kann ein Schaltstrom von 160 mA erreicht werden, wobei der Zeitpunkt T3 etwa 100 ms nach dem Ansteuern des zugehörigen Elektromagneten liegt. Das Haltestromniveau kann bei etwa 35 mA liegen.
  • Die kontinuierliche Strommessung des Ist-Stroms in den Spulenwicklungen der Elektromagneten 2 bzw. 3 läßt sich desweiteren auch für die Feststellung elektrischer, elektronischer, mechanischer oder magnetischer Betriebsstörungen im elektrohydraulischen Ventil 10 verwenden. So kann bei Ausbleiben einer Gegeninduktion ein Warnsignal ausgegeben werden, das der zugehörige Elektromagnet nicht geschaltet hat. Verlängert sich die Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 überproportional, kann auf Verschleiß am Elektromagneten geschlossen werden. Auch der Zeitpunkt T1 und die zu diesem Zeitpunkt gemessene Stromstärke kann hinsichtlich des Auftretens von Verschleiß ausgewertet werden. Sofern die Elektromagneten an einen Bus angeschlossen sind, kann der Schaltzustand des Ankers zurückgelesen und die Rückstellung des Ankers in die Ausgangsstellung nach dem Abschalten des Elektromagneten überwacht werden.

Claims (14)

1. Verfahren zum Betrieb eines an einen eigensicheren Gleichstromkreis angeschlossenen, gesteuert zwischen zwei Schaltstellungen hin- und herschaltbaren Elektromagneten zum Betätigen des Schließkörpers eines Hydraulikventils, wobei mittels einer elektronischen Steuereinrichtung der Spulenwicklung des Elektromagneten in der Anzugsphase des Ankers des Elektromagneten ein Erregerstrom und in der Haltephase des Ankers ein gegenüber dem Erregerstrom niedrigerer Haltestrom zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Strom in der Spulenwicklung nach dem Ansteuern des Elektromagneten kontinuierlich gemessen und zum Erkennen der Bewegung des Ankers ausgewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Ankers anhand wenigstens einer Steigungsänderung in der gemessenen Ist-Stromkurve dedektiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Strom als Regelgröße für das Absenken des zugeführten Stroms auf das Haltestromniveau verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gemessene Ist-Strom einer Regeleinrichtung zugeführt wird, die zeitnah nach dem Auftreten einer zweiten Steigungsänderung in der gemessenen Ist- Stromkurve den zugeführten Strom auf das niedrigere Haltestromniveau absenkt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung von einem Proportionalregler gebildet wird, der den zugeführten Strom einem Soll-Strom nachregelt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Strom über eine Steuerungssoftware parametrierbar ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Haltephase der zugeführte Strom durch gepulste Ansteuerung, insbesondere durch Pulsweitenmodulation, auf dem niedrigeren Haltestromniveau gehalten wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung einen Mikroprozessor aufweist, der das Auftreten von Steigungsänderungen in der gemessenen Ist-Stromkurve dedektiert und durch Vergleich mit Referenzwerten zur Fehlerdiagnose von Betriebsstörungen und/oder von Verschleiß des Elektromagneten auswertet.
9. Vorrichtung zum Betrieb eines an einen eigensicheren Gleichstromkreis anschließbaren, gesteuert zwischen zwei Schaltstellungen hin- und herschaltbaren Elektromagneten (2, 3) zum Betätigen des Schließkörpers eines Hydraulikventils (5, 6), mit einem eine Spulenwicklung und einen Anker aufweisenden Elektromagneten (2, 3) und mit einer elektronischen Steuereinrichtung (20), mittels der der zugeführte Strom in der Anzugsphase des Ankers auf einen Erregerstrom und in der Haltephase auf einen niedrigeren Haltestrom einstellbar ist, gekennzeichnet durch, eine Meßeinrichtung (R1, R2, 21) zum Messen des Ist-Stroms in der Spulenwicklung und eine Auswerteeinrichtung (21) zum Erkennen einer Bewegung des Ankers anhand des gemessenen Ist-Stroms.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenwicklung ein Meßwiderstand (R1; R2) zum Messen des Ist-Stroms vorgeschaltet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung aus einem die elektronische Steuereinrichtung bildenden Mikroprozessor (21) besteht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mikroprozessor der gemessene Ist-Strom als Regelgröße zum Absenken des zugeführten Stroms auf das Haltestromniveau zuführbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinrichtung (20) eine Pulsweitenmodulations-Einheit (22) zum Einstellen und Halten des zugeführten Stroms auf dem niedrigeren Haltestromniveau aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet ein Elektromagnetengehäuse (1) aus ferromagnetischem Material mit zwei Aufnahmebohrungen für zwei Elektromagneteneinsätze (2, 3) mit zugehöriger Spulenwicklung und Anker aufweist, die vorzugsweise über eine gemeinsame elektronische Steuereinrichtung (20) ansteuerbar sind.
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