EP1014395B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermindern der Geräuschentwicklung bei elektromagnetisch betätigten Vorrichtungen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Vermindern der Geräuschentwicklung bei elektromagnetisch betätigten Vorrichtungen Download PDF

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EP1014395B1
EP1014395B1 EP99123805A EP99123805A EP1014395B1 EP 1014395 B1 EP1014395 B1 EP 1014395B1 EP 99123805 A EP99123805 A EP 99123805A EP 99123805 A EP99123805 A EP 99123805A EP 1014395 B1 EP1014395 B1 EP 1014395B1
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EP
European Patent Office
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current
switching
value
partial range
regulated
Prior art date
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EP99123805A
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English (en)
French (fr)
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EP1014395A3 (de
EP1014395A2 (de
Inventor
Stefan Beck
Martin Ebel
Josef Dr. Pöppel
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Conti Temic Microelectronic GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
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Publication date
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Publication of EP1014395A3 publication Critical patent/EP1014395A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2201/00—Electronic control systems; Apparatus or methods therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F2007/1894—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings minimizing impact energy on closure of magnetic circuit

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the noise in the operation of electromagnetically actuated devices, wherein a switching operation of the device takes place in the region of a transition function with a limited slope of the current-time curve of the electromagnet.
  • a method of the type mentioned is known from the closest prior art DE-C2-3425574. It will go through the entire range between the minimum current (zero amperes) and the maximum current of the solenoid with a gradual increase. In this case, the point at which the plunger of the electromagnet begins with its movement, always in the range of said increase. If the period of time within which the electromagnet is to switch is relatively short, this will cause the current to rise at a relatively steep slope, which may cause the switching of the Electromagnets at a higher current than was absolutely necessary. This would lead to unwanted noise and can increase wear.
  • the invention has for its object to enable an accurate switching of the solenoid at the lowest possible rate of change (slope) of the stream.
  • Another advantage of the invention is that the current can be traversed very rapidly from its lowest value, usually zero amps, to that value at which the slope of the current curve, which is different from a very large slope, can be traversed very rapidly.
  • the range between the current at the end of the gradual slope up to the maximum possible value of the current can also be traversed very quickly (current jump).
  • the semiconductor switch element can hold the solenoid in this state without hesitation for a long time, possibly many hours, without thermally compromising the semiconductor switch element.
  • a control is provided, which ensures that the switching operation is in the range of the gradual slope.
  • the entire current range is passed through once in the form of a gradually rising curve. Thereafter, a region limited in time and current may be extracted around the point of switching of the electromagnet, and the current may increase abruptly from zero to the beginning of this range and may continue to rise abruptly from its maximum to its maximum value.
  • the intermediate region of the curve can be provided with a transition function of the current-time curve with a smaller slope than in the just described overall passage through the current region in the form of a rising curve.
  • This embodiment of the invention is particularly suitable for having devices that contain a circuit according to the invention to be automatically checked after production or even after each longer periods of time to (re) adjust or readjust the optimal switching time of the solenoid (adaptation).
  • the values obtained in such a passage through the entire current range can be stored in a permanent memory which is accommodated in the device which contains the electromagnet are then available even after longer periods in which the electromagnet was not in operation.
  • a device according to the invention which carries out the method according to the invention, has for this purpose a control device which is controllable with regard to its parameters for influencing the course of the current, and advantageously a memory in which parameters for the control device can be stored.
  • the time at which the solenoid switches can be determined. According to one embodiment of the invention, this is done by examining the current or the voltage applied to the coil of the electromagnet. In fact, as the armature or general moving part of the electromagnet starts to move, the inductance of the magnet assembly changes, and this manifests itself in a sudden voltage change and current change, the time of which can be detected metrologically. In addition, according to one embodiment, the amplitude of this current change or voltage change can be detected. The amount or energy content of this change is an indication of the size of the surplus energy and thus the final velocity of the anchor.
  • the switching operation is detected by a pressure sensor.
  • the pressure sensor may be arranged to detect a change in pressure in the fluid caused by movement of the movable valve member.
  • other sensors may be used: eg a microphone mounted so that in this example it will be the magnet and / or valve used in switching (in particular in the case of Striking the armature or a valve disk upon reaching its final state) receives sound generated, or an acceleration sensor that absorbs shocks.
  • the microphone may also be mounted to detect the sound in the fluid. If properly selected, therefore, the pressure sensor may also take over the task of the microphone.
  • FIG. 1 shows schematically an exemplary current profile, in which initially an electromagnet is switched by a rising current and then reversed by lowering the current flowing through its magnetic coil, the switching operation, and
  • Fig. 2 is a schematic representation of the circuit of a device which carries out the inventive method.
  • the current IA5 at the beginning of the falling ramp at time t5 is lower than at t2; in other embodiments, the current IA5 could be equal to or even greater than the current IE2. From time t6 to t7, the current is zero.
  • Fig. 2 shows an arrangement 1 with a solenoid valve 3, which contains an electromagnet with a magnetic coil 4.
  • the solenoid valve 3 is located in a conduit 7 in which there is a fluid (in the example a gas), which is provided by a fluid source 8, which in the example is equipped with an electric compressor for air and can provide air with different pressure, through the conduit 7 is conveyed under pressure to a container 9 when the solenoid valve 3 is open (permeable) and the container 9 is to be filled. If the pressure of the fluid source 8 is brought to a smaller value than in Container 9, the container 9 is emptied with open solenoid valve 3 or the pressure in it is reduced.
  • a pressure sensor 11 is connected, which serves on the one hand to ensure the operation of the arrangement and for any monitoring tasks, on the other hand also serves to detect the switching time of the solenoid valve.
  • the current through the magnetic coil 4 of the solenoid valve 3 is controlled by a current control device which, in conjunction with a controllable semiconductor switching element, namely a transistor 17 in the example, provides a current source.
  • the control electrode (base) of the transistor 17 is connected to the output of an operational amplifier 19.
  • the transistor 17 enables a blocking, a low-impedance switching, or a continuous change in resistance. Its collector is connected via the series-connected solenoid coil 4 with a positive supply voltage UB.
  • the driving of the operational amplifier 19 is changed via a device temperature protection 22, whereby a change in the current waveform in the magnetic coil 4 is effected. If a microcontroller with an analog input is available, the coil temperature can be detected as described without any noticeable additional effort.
  • the pressure sensor 11 upon detecting a pressure change, which is characteristic for the beginning of a change in state of the solenoid valve 3, more precisely for the start of the movement of the armature of the electromagnet, a signal to a block 23 "adaptation", which includes a control device, which with a electronic memory 25 cooperates.
  • the block 23 provides a signal to a state transition controller 27 through which the current in the solenoid 4 is regulated. It is also shown the possibility that the voltage UL is tapped at the solenoid 4 and a block 29 "stop detection" is supplied, which is connected to the block 23. In this case, in addition to the time of a voltage change and their amplitude is detected and concluded therefrom on the final speed of the armature.
  • the state transition controller 27 includes a processor that generates, in accordance with the desired time history of the current-time curve, a pulse width modulated signal PWM signal), which by integration results in an analog signal supplied to the operational amplifier 19.
  • the processor is associated with multiple circuits in accordance with FIG. 2. Overall, the control is performed so that the switching time is as accurate as possible in the middle of the gradually increasing or decreasing part of the current-time curve that this said parts are temporally as short as possible, taking into account the required switching accuracy and the possibility of interference, and that when disturbances occur during operation, a control to achieve the conditions just mentioned as quickly as possible or to prevent a disturbing deviation.
  • the rise (and fall) of the current does not have to be in the form of an approximately linear ramp, but a largely arbitrary waveform (transition function) is possible here. This does not necessarily have to be monotonously increasing or decreasing. It may have bends or kinks. According to the invention, this transition function or the ramp practically at the moment in which the armature of the electromagnet is moving (especially with increasing current), which is detected, obtained by controlling a short-term gradient, so that the anchor is accelerated as little as possible.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern der Geräuschentwicklung bei der Betätigung von elektromagnetisch betätigten Vorrichtungen, wobei ein Schaltvorgang der Vorrichtung im Bereich einer Übergangsfunktion mit begrenzter Steigung der Strom-Zeit-Kurve des Elektromagnets erfolgt.
  • Elektromagnetisch betätigte Vorrichtungen sind unter anderem elektromagnetische Ventile (Magnetventile) und Relais. Sie weisen einen Elektromagnet mit einer Magnetspule auf. Ein Anker (= vom Elektromagnet angetriebenes bewegliches Teil) ändert seine Lage (dies wird hier als der Schaltvorgang des Elektromagnets bezeichnet), wenn ein Strom in der Magnetspule z.B. bei seinem Anstieg einen bestimmten Wert erreicht.
  • Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus nächstliegendem Stand der Technik DE-C2-3425574 bekannt. Es wird der gesamte Bereich zwischen dem minimalen Strom (Null Ampere) und dem maximalen Strom der Magnetspule mit einem allmählichen Anstieg durchlaufen. Dabei liegt der Punkt, an dem der Tauchkern des Elektromagnets mit seiner Bewegung beginnt, immer im Bereich des genannten Anstiegs. Wenn der Zeitraum, innerhalb von dem der Elektromagnet schalten soll, relativ kurz ist, so führt dies dazu, daß der Strom in einer relativ steilen Steigung ansteigen muß, was dazu führen kann, daß das Schalten des Elektromagnets bei einem höheren Strom erfolgt, als unbedingt nötig wäre. Dies würde zu unerwünscht starker Geräuschentwicklung führen und kann den Verschleiß erhöhen.
  • Aus der US 5,645,097 ist ein Verfahren zum Betreiben einer elektromagnetisch betätigten Vorrichtung zu entnehmen, bei dem ein kurzzeitiges Ausschalten bewirkt werden soll. Beim Ausschalten wird der Strom zunächst von 100% voll auf Null abgesenkt und ein anfängliches Beschleunigen mit voller Kraft erzeugt, was vor dem Aufschlag durch bereits wieder ansteigende Bestromung abgefangen wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein genaues Schalten des Elektromagnets bei möglichst geringer Änderungsgeschwindigkeit (Steigung) des Stroms zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, und durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 6 gelöst.
  • Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Elektromagnet mit einer geringstmöglichen Energie geschaltet werden kann; dadurch ist der Energieüberschuß, der auf den Anker (= das bewegliche Teil der Magnetanordnung) des Elektromagnets übertragen wird, gering, und dies führt zu geringen Geräuschen und kann den Verschleiß (z. B. von Relaiskontakten) verringern.
  • Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Strom von seinem geringsten Wert, normalerweise Null Ampere, bis zu demjenigen Wert, an dem die Steigung der Stromkurve, die von einer sehr großen Steigung unterschiedlich ist, beginnt, sehr schnell durchlaufen werden kann. Außerdem kann der Bereich zwischen dem Strom am Ende der allmählichen Steigung bis zum maximal möglichen Wert des Stroms ebenfalls sehr schnell durchlaufen werden (Stromsprung). Vorteile liegen hierbei darin, daß zum Erzeugen des Stroms in der Spule des Elektromagnets verwendete Halbleiter-Schalterelemente nur relativ kurzzeitig in einem Bereich arbeiten, in dem sie einen gesteuerten Widerstand bilden; in diesem Bereich entsteht nämlich merkliche Wärme entsprechend dem Produkt UxI. Dies ist der Bereich, in dem der Strom mit der Zeit allmählich ansteigt (oder abfällt). In den anderen Bereichen dagegen steigt der Strom innerhalb sehr kurzer Zeit an (begrenzt durch die zur Verfügung stehende Spannung und die Induktivität), so daß in diesen Bereichen wenig Wärme im Halbleiter-Schalterelement gebildet wird.
  • Schließlich erreicht der Strom am Ende des soeben geschilderten Vorgangs seinen maximalen Wert, und dies erfolgt dadurch, daß das Halbleiter-Schalterelement in einen möglichst niederohmigen Zustand (Sättigungsbereich, nichtlinear) gebracht wird, in welchem kaum Stromwärmeverluste entstehen. Daher kann das Halbleiter-Schalterelement den Elektromagnet in diesem Zustand ohne Bedenken längere Zeit, möglicherweise viele Stunden, halten, ohne daß das Halbleiter-Schalterelement thermisch gefährdet wird.
  • Weiterhin wird durch die geschilderte Art der Ansteuerung des Elektromagnets in jedem Falle sichergestellt, daß der Elektromagnet schaltet, soweit genügend Spannung zur Verfügung steht.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Zeitpunkt, an dem der Elektromagnet schaltet, meßtechnisch erfaßt wird, und daß eine Regelung vorgesehen ist, die dafür sorgt, daß der Schaltvorgang im Bereich der allmählichen Steigung liegt. Ein Vorteil liegt darin, daß Änderungen der Eigenschaften des Elektromagnets oder der Umgebungsbedingungen, beispielsweise der Temperatur, die zu einem unterschiedlichen Ansprechen des Elektromagnets führen könnten (z.B. wegen der Temperaturabhängigkeit der mechanischen Reibung), wodurch der Schaltvorgang außerhalb des Bereichs der allmählichen Steigung zu liegen kommen könnte, sich nicht auf den Zeitpunkt oder Zeitbereich des Schaltvorgangs auswirken. Weiter ist hierbei von Vorteil, daß der Zeitpunkt, in dem der Schaltvorgang eintritt, relativ eng eingeschränkt werden kann.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zum Feststellen, an welchem Punkt der Strom-Zeit-Kurve der Elektromagnet schaltet, der gesamte Strombereich in Form einer allmählich steigenden Kurve einmalig durchlaufen wird. Anschließend kann dann ein zeitlich und bezüglich des Stroms eingeschränkter Bereich um den Punkt des Schaltens des Elektromagnets herum herausgegriffen werden und der Strom kann vom Wert Null aus zum Beginn dieses Bereichs sprungartig ansteigen und vom Ende dieses Bereichs weiterhin sprungartig zu seinem Maximalwert ansteigen. Der dazwischen liegende Bereich der Kurve kann mit einer Übergangsfunktion der Strom-Zeit-Kurve mit geringerer Steigung versehen werden als bei dem soeben geschilderten gesamten Durchlaufen des Strombereichs in Form einer ansteigenden Kurve. Diese Ausführungsform der Erfindung eignet sich besonders dafür, Geräte, die eine erfindungsgemäße Schaltung enthalten, nach der Fertigung oder auch nach jeweils längeren Zeiträumen sich automatisch überprüfen zu lassen, um den optimalen Schaltzeitpunkt des Elektromagnets (wieder) einzustellen bzw. nachzuregeln (Adaption). Die bei einem derartigen Durchlaufen des gesamten Strombereichs ermittelten Werte können in einem dauerhaften Speicher, der in dem Gerät, das den Elektromagnet enthält, untergebracht ist, gespeichert werden und stehen dann auch nach längeren Zeiten, in denen der Elektromagnet nicht in Betrieb war, zur Verfügung.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, weist hierzu eine hinsichtlich ihrer Parameter steuerbare Steuervorrichtung zum Beeinflussen des Stromverlaufs auf, sowie vorteilhaft einen Speicher, in dem Parameter für die Steuervorrichtung speicherbar sind.
  • Erfindungsgemäß bestehen zahlreiche Möglichkeiten, wie der Zeitpunkt, an dem der Elektromagnet schaltet, festgestellt werden kann. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt dies durch Untersuchung des Stroms oder der Spannung, die an der Spule des Elektromagnets anliegt. In dem Augenblick, in dem sich der Anker oder allgemeinen das bewegliche Teil des Elektromagnets in Bewegung setzt, ändert sich nämlich die Induktivität der Magnetanordnung, und dies macht sich in einer plötzlichen Spannungsänderung und Stromänderung bemerkbar, deren Zeitpunkt meßtechnisch erfaßt werden kann. Zusätzlich kann gemäß einer Ausführungsform die Amplitude dieser Stromänderung oder Spannungsänderung erfaßt werden. Die Höhe bzw. der Energieinhalt dieser Änderung ist ein Hinweis auf die Größe der überschüssigen Energie und somit auf die Endgeschwindigkeit des Anker.
  • Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Schaltvorgang durch einen Drucksensor erkannt. Wenn der Elektromagnet Teil eines Ventils für ein Fluid ist, kann der Drucksensor so angeordnet sein, daß er eine durch die Bewegung des beweglichen Ventilteils verursachte Änderung des Drucks in dem Fluid erkennt. Zusätzlich oder stattdessen können andere Sensoren benutzt werden: z.B. ein Mikrophon, das so montiert ist, daß es in diesem Beispiel den vom Magnet und / oder Ventil beim Schalten (insbesondere beim Anschlagen des Ankers oder eines Ventiltellers beim Erreichen seines Endzustands) erzeugten Schall aufnimmt, oder ein Beschleunigungssensor, der Erschütterungen aufnimmt. Das Mikrophon kann auch so montiert sein, daß es den Schall im Fluid erfaßt. Bei geeigneter Auswahl mag daher der Drucksensor auch die Aufgabe des Mikrophons übernehmen.
  • Weitere Möglichkeiten und Einrichtungen für das Feststellen des Schaltzeitpunkts des Ankers bestehen in einer Lichtschranke, Feststellung der Durchflußänderung des Fluids, Feststellung der Änderung eines Lastkreises, z.B. bei einem Relais.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein. Es zeigen
  • Fig. 1 schematisch einen beispielhaften Stromverlauf, in dem zunächst ein Elektromagnet durch einen ansteigenden Strom geschaltet wird und anschließend durch Absenken des seine Magnetspule durchfließenden Stroms der Schaltvorgang rückgängig gemacht wird, und
  • Fig. 2 eine schematische Darstellung der Schaltung einer Vorrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
  • In Fig. 1 erfolgt das Einschalten zwischen Zeitpunkten t0 und t3, und das Ausschalten zwischen Zeitpunkten t4 und t7, und zwar beim normalen Betrieb in demgegenüber eingeschränkten Bereichen t1 bis t2 (Einschalten) bzw. t5 bis t6 (Ausschalten).
  • Zwischen diesen beiden Schaltvorgängen liegt ein Zeitbereich (t2 bis t5), bei dem der Strom seinen Maximalwert hat.
  • Vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 ist der Strom Null. Bei t1 steigt der Strom sehr rasch auf einen Wert IE1 an, bei dem ein Schaltvorgang des Elektromagnets mit Sicherheit noch nicht stattfindet. Anschließend folgt eine in diesem Beispiel etwa lineare Rampenfunktion oder ein allmählicher Anstieg des Stroms bis zum Zeitpunkt t2, an dem der Strom den Wert IE2 hat. Innerhalb dieser Rampe zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 erfolgt das Einschalten des Elektromagnets. Anschließend wird das Halbleiter-Schalterelement, das als Stellglied für den Strom dient, auf einen weitestgehend niederohmigen Wert geschaltet, was zu dem Maximalstrom Iein in Fig. 1 führt. Beim Ausschalten liegt im Beispiel der Strom IA5 beim Beginn der fallenden Rampe im Zeitpunkt t5 niedriger als bei t2; bei anderen Ausführungsformen könnte der Strom IA5 gleich wie oder sogar größer als der Strom IE2 sein. Vom Zeitpunkt t6 bis t7 ist der Strom Null.
  • Fig. 2 zeigt eine Anordnung 1 mit einem Magnetventil 3, das einen Elektromagnet mit einer Magnetspule 4 enthält. Das Magnetventil 3 liegt in einer Rohrleitung 7, in der sich ein Fluid (im Beispiel ein Gas) befindet, das von einer Fluidquelle 8, die im Beispiel mit einem elektrischen Kompressor für Luft ausgestattet ist und Luft mit unterschiedlichem Druck bereitstellen kann, durch die Rohrleitung 7 unter Druck zu einem Behälter 9 gefördert wird, wenn das Magnetventil 3 offen (durchlässig) ist und der Behälter 9 befüllt werden soll. Wird der Druck der Fluidquelle 8 auf einen kleineren Wert gebracht als im Behälter 9, so wird bei offenem Magnetventil 3 der Behälter 9 entleert bzw. der Druck in ihm vermindert. An die Rohrleitung 7 ist ein Drucksensor 11 angeschlossen, der einerseits zur Sicherstellung des Betriebs der Anordnung und für beliebige Überwachungsaufgaben dient, andererseits auch dazu dient, den Schaltzeitpunkt des Magnetventils zu erkennen.
  • Der Strom durch die Magnetspule 4 des Magnetventils 3 wird durch eine Stromregelvorrichtung geregelt, die in Verbindung mit einem steuerbaren Halbleiter-Schaltelement, nämlich im Beispiel einem Transistor 17, eine Stromquelle bereitstellt. Die Steuerelektrode (Basis) des Transistors 17 ist mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers 19 verbunden. Der Transistor 17 ermöglicht eine Sperrung, eine niederohmige Durchschaltung, oder eine kontinuierliche Widerstandsänderung. Sein Kollektor ist über die in Serie geschaltete Magnetspule 4 mit einer positiven Versorgungsspannung UB verbunden.
  • Eine Temperaturerfassung 21 erfaßt die Versorgungsspannung UB und den durch den Transistor 17 (im niederohmigen Zustand = Sättigungszustand) fließenden Strom unter Berücksichtigung des Spannungsabfalls an einem Widerstand R mit bekanntem Wert, der in die Zuleitung zum Emitter des Transistors 17 geschaltet ist. Bei bekanntem Widerstand des Transistors 17 im Sättigungszustand (bzw. bei bekanntem Spannungsabfall am Transistor) wird der Widerstand der Magnetspule 4 ermittelt, und durch Vergleich mit einem zuvor bei einer bekannten Temperatur gemessenen (und gespeicherten) Spulenwiderstand wird auf die augenblickliche Temperatur der Magnetspule geschlossen. Die Temperaturerfassung 21 leitet dann, wenn die Spulentemperatur eine vorgegebene Grenztemperatur überschreitet, Schutzmaßnahmen oder Gegenmaßnahmen ein. Im Beispiel wird in einem solchen Fall die Ansteuerung des Operationsverstärkers 19 über eine Einrichtung Temperaturschutz 22 geändert, wodurch eine Änderung des Stromverlaufs in der Magnetspule 4 bewirkt wird. Wenn ein Mikrocontroller mit einem Analogeingang zur Verfügung steht, so kann ohne merklichen Mehraufwand die Spulentemperatur, wie geschildert, erfaßt werden.
  • Der Drucksensor 11 liefert beim Erkennen einer Druckänderung, die für den Beginn einer Zustandsänderung des Magnetventils 3, genauer für den Beginn der Bewegung des Ankers des Elektromagnets charakteristisch ist, ein Signal an einen Block 23 "Adaption", der eine Steuereinrichtung enthält, die mit einem elektronischen Speicher 25 zusammenwirkt. Der Block 23 liefert ein Signal an eine Zustandsübergangssteuerung 27, durch die der Strom in der Magnetspule 4 geregelt wird. Es ist außerdem noch die Möglichkeit eingezeichnet, daß die Spannung UL an der Magnetspule 4 abgegriffen wird und einem Block 29 "Anschlagserkennung" zugeführt wird, der mit dem Block 23 verbunden ist. Dabei wird neben dem Zeitpunkt einer Spannungsänderung auch deren Amplitude erfaßt und daraus auf die Endgeschwindigkeit des Ankers geschlossen.
  • Die Zustandsübergangssteuerung 27 enthält einen Prozessor, der entsprechend dem gewünschten zeitlichen Verlauf der Strom-Zeit-Kurve ein Pulsweiten-moduliertes Signal PWM-Signal) erzeugt, das durch Integration ein analoges Signal ergibt, das dem Operationsverstärker 19 zugeführt wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist der Prozessor mehreren Schaltungen gemäß Fig. 2 gemeinsam zugeordnet. Insgesamt erfolgt die Steuerung so, daß der Schaltzeitpunkt möglichst genau in der Mitte des allmählich ansteigenden bzw. abfallenden Teils der Strom-Zeit-Kurve liegt, daß diese genannten Teile unter Berücksichtigung der erforderlichen Schaltgenauigkeit und der Störungsmöglichkeiten zeitlich möglichst kurz sind, und daß bei auftretenden Störungen während des Betriebs eine Regelung erfolgt, um die soeben genannten Bedingungen möglichst schnell wieder zu erreichen bzw. eine störende Abweichung zu verhindern.
  • Es kann durchaus sinnvoll sein, zusätzlich zu der Erkennung des Schaltvorgangs mittels Drucksensor auch eine Erkennung des Beginns der Bewegung des beweglichen Teil des Elektromagnets durch die Erfassung der Spannung (oder des Stroms) vorzusehen, wie dargestellt.
  • Der Anstieg (und Abfall) des Stroms muß nicht in Form einer etwa linearen Rampe erfolgen, sondern es ist hier eine weitgehend beliebige Kurvenform (Übergangsfunktion) möglich. Diese muß nicht notwendigerweise monoton ansteigend bzw. abfallend verlaufen. Sie kann Krümmungen oder Knicke aufweisen. Erfindungsgemäß kann diese Übergangsfunktion oder auch die Rampe praktisch in dem Augenblick, in dem sich der Anker des Elektromagnets in Bewegung setzt (besonders bei steigendem Strom), was erfaßt wird, durch Steuerung einen kurzzeitig abfallenden Verlauf erhalten, damit der Anker möglichst wenig beschleunigt wird.
  • Oben wurde beschrieben, daß zum Feststellen, an welchem Punkt der Strom-Zeit-Kurve der Elektromagnet schaltet, der gesamte Strombereich in Form einer allmählich steigenden Kurve einmalig durchlaufen wird. Dies erfolgt in Fig. 1 vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t3.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betreiben von elektromagnetisch (4) betätigten Vorrichtungen (3),
    a) wobei während eines Ein-Schaltvorgangs der Vorrichtung mittels einer Stromregelung der Strom mit einem begrenzten Anstieg von einem Minimalwert (Iaus) auf einen Maximalwert (Iein) geregelt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    b) die Stromregelung den Strom in drei Teilbereichen regelt,
    b1) wobei in einem ersten Teilbereich (vor t1) der Strom mit einem steilen Anstieg auf einen gegenüber dem Minimalwert (Iaus) höheren ersten Stromwert (IE1) geregelt wird,
    b2) der Strom in einem nachfolgenden zweiten Teilbereich (t1-t2) mit einem gegenüber dem ersten Teilbereich geringeren Anstieg auf einen gegenüber dem ersten Stromwert (IE1) höheren zweiten Stromwert (IE2) kleiner dem Maximalwert (Iein) geregelt wird und
    b3) in einem nachfolgenden dritten Teilbereich (ab t2) der Strom wieder mit einem steilen Anstieg auf den Maximalwert (Iein) geregelt wird,
    c) wobei der erste und zweite Stromwert (IE1,IE2) derart bestimmt werden, dass im zweiten Teilbereich zwischen erstem und zweiten Stromwert (IE1,IE2) der Schaltvorgang der Vorrichtung erfolgt.
  2. Verfahren zum Betreiben von elektromagnetisch (4) betätigten Vorrichtungen (3),
    a) wobei während eines Aus-Schaltvorgangs der Vorrichtung mittels einer Stromregelung der Strom mit einem begrenzten Anstieg von einem Maximalwert (Iein) auf einen Minimalwert (Iaus) geregelt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    b) die Stromregelung den Strom in drei Teilbereichen regelt,
    b1) wobei in einem ersten Teilbereich (vor t5) der Strom mit einem steilen Anstieg vom Maximalwert (Iein) auf einen gegenüber dem Maximalwert (Iein) niedrigeren ersten Stromwert (IA5) geregelt wird,
    b2) der Strom in einem nachfolgenden zweiten Teilbereich (t5-t6) mit einem gegenüber dem ersten Teilbereich geringeren Anstieg vom ersten Stromwert (IA5) auf einen gegenüber dem ersten Stromwert (IA5) niedrigeren zweiten Stromwert (IA6) größer als der Minimalwert (Iaus) geregelt wird und
    b3) in einem nachfolgenden dritten Teilbereich (ab t6) der Strom wieder mit einem steilen Anstieg auf den Minimalwert (Iaus) geregelt wird,
    c) wobei der erste und zweite Stromwert (IA5,IA6) derart bestimmt werden, dass im zweiten Teilbereich zwischen erstem und zweiten Stromwert (IA5, IA6) der Schaltvorgang der Vorrichtung erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Sensors der Zeitpunkt des Beginns des Schaltvorgangs ermittelt und geprüft wird, ob der Schaltvorgang im zweiten Teilbereich (t1-t2, t5-t6) erfolgt, und daß dann, wenn dies nicht der Fall ist, der erste oder zweite Stromwert (IE1, IE2, IA5, IA6) und/oder der Anstieg im zweiten Teilbereich (t1-t2, t5-t6) so verändert werden, daß bei nachfolgenden Schaltvorgängen diese im zweiten Teilbereich (t1-t2, t5-t6) liegen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des Schaltvorgangs elektrisch oder optisch erfasst oder durch Schall- oder Erschütterungssensoren ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromwerte (Iaus, IEI, IE2, Iein, IA5, IA6) und Anstiege in den drei Teilbereichen als eine Strom-Zeit-Kurve einem elektronischen Speicher (25) abgespeichert werden.
  6. Elektromagnetisch (4) betätigte Vorrichtung (3) mit einer Stromregelvorrichtung, die den Strom gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche regelt
    dadurch gekennzeichnet, dass diese Vorrichtung einen Sensor zum Ermitteln des Schaltzeitpunkts eines Elektromagnets (3), eine Einrichtung zum Feststellen, an welcher Stelle der Strom-Zeit-Kurve der Schaltzeitpunkt liegt, und eine Einrichtung zum Verändern der genannten Kurve für zeitlich später liegende Schaltvorgänge in der Weise, daß der Schaltzeitpunkt sich in einem mittleren Bereich der Kurve befindet, aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln des Schaltzeitpunkts ein elektrischer oder optischer Sensor, ein Schall- oder Erschütterungssensor vorgesehen ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, gekennzeichnet durch einen elektronischen Speicher (25) zum Speichern der Daten der genannten Kurve.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein den Strom durch die Magnetspule (4) aufnehmendes Halbleiter-Schaltelement (Transistor 17) bei maximalem Strom durch die Magnetspule (4) sich in einem niederohmigen Betriebszustand (Sättigungsbereich des Halbleiters) befindet.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (Temperaturerfassung 21, Temperaturschutz 22) zum Schutz der Magnetspule (4) vor thermischer Überlastung vorgesehen ist.
  11. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 10 für die Ansteuerung eines Magnetventils.
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