Verfahren zum Ansteuern eines Elektromagneten

Abstract

 Es wird ein Verfahren und eine dazugehörige Schaltung beschrie­ben, um zu überwachen, ob der Anker eines Elektromagneten tat­sächlich in die Arbeitsstellung angezogen wurde. Dazu wird die Frequenz des getakteten Haltestromes des Elektromagneten ausge­wertet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Weiterhin wird durch die Erfindung eine Schaltungs­anordnung zur Durchführung des Verfahrens vorgegeben.

[0002] Es ist bekannt, zur Energieeinsparung einen in Haltephase befind­lichen Elektromagneten mit einer getakteten Stromversorgung anzu­steuern, wobei jeweils während des abgeschalteten Stromes eine Freilaufschaltung für den Stromdurchfluß durch den Elektromagne­ten sorgen kann. Eine derartige Schaltung kann beispielsweise der DE-OS 24 25 585 entnommen werden.

[0003] Dabei existiert jedoch das Problem, daß die Haltephase erst dann anlaufen kann, wenn der Anker zuverlässig vom Magneten angezogen wurde, da der Haltestrom zwar ausreichend ist, um einen einmal angezogenen Anker in der Arbeitsstellung zu halten, jedoch nicht, um den Anker anzuziehen.

[0004] Es sind deshalb Schaltungen bekannt, die darauf aufbauen, den Stromanstieg während der Erregung der Spule zu messen und einen eventuell auftretenden negativen Wert der ersten Ableitung des Stromanstiegs erfassen, um daraus eine Auftrefferkennung abzu­leiten. Die Funktionssicherheit derartiger Schaltungen jedoch hat sich nicht bewährt, insbesondere sind sie stark von der Ver­sorgungsspannung abhängig und funktionieren insbesondere bei ei­nem Anstieg der Versorgungsspannung nicht mehr.

[0005] Aus der DE-OS 33 26 605 ist eine Schaltung bekannt, mit der die Hublage des Ankers überwacht wird. Dabei wird ausgegangen von einer Spannungsversorgung für den Elektromagneten, die aus ei­nem Gleichstrom mit einem überlagerten Wechselstromanteil besteht. Durch eine Auswertung der Größe des Wechselstromanteils, der sich durch die unterschiedliche Induktivität des Elektromagneten mit angezogener und beabstandeter Ankerplatte unterscheidet, soll erfaßt werden, ob der Elektromagnet die Ankerplatte angezogen hat.

[0006] Diese Auswertschaltung ist verhältnismäßig kompliziert und bedarf feiner Meßmethoden.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das zuver­lässig ermöglicht festzustellen, ob der Anker eine Elektromagne­ten sich in der Arbeits- oder in der Ruhestellung befindet.

[0008] Die Aufgabe wird gelöst durch den Hauptanspruch.

[0009] Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Schaltungsanordnung zur Durch­führung des Verfahrens angegeben.

[0010] Die Erfindung geht von einer getakteten Stromversorgung in der Haltephase für den Elektromagneten aus, wobei der Versorgungsstrom für den Elektromagneten stets dann abgeschaltet wird, wenn er einen oberen Grenzwert überschreitet, und wiederum eingeschaltet wird, wenn er einen unteren Grenzwert unterschreitet. Während des Einschaltvorganges steigt der Stromfluß aufgrund der Induk­tivität des Magneten nicht schlagartig an, und während des Ab­schaltvorganges fällt er nicht schlagartig ab, wobei eine Frei­laufschaltung für eine längere Aufrechterhaltung eines Stromdurch­flusses durch den Magneten sorgen kann.

[0011] Da die Regelung für die Stromversorgung von einem oberen Grenz­wert und einem unteren Grenzwert abhängig ist, gehen in die sich ausbildende Taktfrequenz verschiedene Faktoren ein.

[0012] So ist die Taktfrequenz abhängig von der Versorgungsspannung, von der Temperatur der Spule und von der Induktivität des Magne­ten.

[0013] Überraschenderweise sind die durch Temperaturänderungen und auch durch die Änderung der Versorgungsspannung hervorgerufenen Abwei­chungen in der Taktfrequenz vernachlässigbar klein gegenüber den Abweichungen, die durch die Induktivitätsänderungen des Magneten hervorgerufen werden aufgrund der Tatsache, daß der Magnet im Arbeitszustand, also mit angezogener Ankerplatte eine deutlich andere Induktivität besitzt als in Ruhestellung, in dem die An­kerplatte von den Polflächen beabstandet ist.

[0014] Erfindungsgemäß wird die dadurch hervorgerufene Änderung der Takt­frequenz ausgewertet, so daß die zuverlässige Erkennung möglich ist, ob der Magnet die Ankerplatte angezogen hat oder nicht.

[0015] Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrie­ben.

[0016] Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des zeitlichen Strom­verlaufes zur Erläuterung der Erfindung; und

Fig. 2 eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens.

[0017] In Fig. 2 ist eine Schaltung dargestellt, in der ein elektromag­netischer Verbraucher 10 eine parallel dazu liegende Freilauf­schaltung 12 besitzt, was durch eine Diode angedeutet ist. Die­ ser elektromagnetische Verbraucher 10 mit seiner Freilaufschal­tung 12 ist an einer Versorgungsspannung 14 mit seiner einen Seite angeschlossen, die andere Seite ist bei 16 mit Masse verbunden.

[0018] Durch das Öffnen einer Endstufe 18, die hier als Transistor an­gedeutet ist, ist es möglich, den Strom vom Pluspol 14 durch den elektromagnetischen Verbraucher 10 zum Masseanschluß 16 fließen zu lassen. Ist die Endstufe 18 gesperrt, fließt der Strom von der Spule 10 über seine Freilaufschaltung 12.

[0019] Im Freilaufkreis 10, 12 ist ein Meßwiderstand 26 vorgesehen, an dem über eine Leitung 24 eine Information über die Stromstärke abgegriffen wird. Diese Information wird einer Regelungsschaltung 22 zugeführt, die außerdem über einen Eingang 20 externe Steuer­signale erhält.

[0020] Zur Diskussion der Beschaltung des elektromagnetischen Verbrau­chers 10 wird auf Fig. 1 zurückgegriffen. Wenn der Anker des Elek­tromagneten 10 sich in seiner angezogenen Stellung befindet, ist es zum Halten des Ankers notwendig, einen gewissen Haltestrom fließen zu lassen, wobei der Haltestrom zwischen einem oberen Stromwert I₁, und einem unteren Stromwert I₂ schwanken kann. Wird also die Endstufe 18 geöffnet, steigt der Strom an, bis er den Wert I₁ erreicht hat. In diesem Fall sperrt die Regelungseinheit 22 die Endstufe 18, so daß der Strom nicht weiter ansteigen kann, sondern durch die Freilaufschaltung 12 abfließt. Dabei fällt jedoch die Stromstärke ab, abhängig von einigen Parametern, wobei die Induktivität des Elektromagneten 10 in einem Maße eingeht, daß die übrigen Parameter vernachlässigbar sind. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß die übrigen Parameter wie Versorgungs­spannung den Stromanstiegsteil der Kurve beeinflussen, dessen Anteil an einer Frequenzperiode in der Regel kleiner als 25 % ist. Die Zeitdauer des wesentlich längeren abfallenden Teils wird im wesentlichen durch die Induktivität bestimmt. Hat der Strom den unteren Wert I₂ erreicht, steuert die Regelung 22 über eine Treiberstufe 28 die Endstufe 18 wiederum an, so daß der Strom wieder auf den Wert I₁ ansteigen kann.

[0021] In Fig. 1 ist die Anstiegsphase mit dem Buchstaben A bezeichnet, die abfallende Phase mit dem Buchstaben B. Die Zeitdauer des In­tervalls A + B bestimmt die Frequenz der Taktung.

[0022] Dieser Frequenzwert ist am Ausgang der Regelschaltung 22, dort sogar als sauberes Rechtecksignal, abgreifbar und wird einem Fre­quenzmeßglied 30 zugeführt. Das Frequenzmeßglied 30 erfaßt diese Frequenz und vergleicht sie mit einem vorgegebenen Referenzwert, und bei einer allzu großen Abweichung des Ist-Wertes vom Soll-­Wert gibt das Frequenzglied 30 ein Fehlersignal an die Regelschal­tung 22 ab.

[0023] In Fig. 1 sind die Kurven für die Frequenz des Taktstromes für den elektromagnetischen Verbrauch 10 für die beiden verschiedenen Stellungen der Ankerplatte dargestellt und mit den Buchstaben K₁ und K₂ bezeichnet. Ein Vergleich läßt unschwer erkennen, daß die Frequenz der Kurven eine deutliche Änderung erfährt, je nach dem, ob die Ankerplatte angezogen ist oder nicht. Die Frequenz­änderung beträgt dabei bis zu 50 %, so daß hier ein signifikanter und leicht auswertbarer Wert vorliegt, um festzustellen, ob die Ankerplatte angezogen wurde oder nicht.

[0024] Ergibt die Auswertung der Frequenz, daß die Ankerplatte nicht angezogen ist, wird in der Regelschaltung 22, die diese Informa­tion von dem Frequenzmeßglied 30 erhalten hat, ein Signal erzeugt, und ein erneuter Einschaltvorgang in Gang gesetzt. Beim Einschalt­vorgang wird ein erster Einschaltstrom mit hoher Amplitude er­zeugt, während die Stromstärke des anschließenden Haltestromes deutlich geringer sein kann und eine Stromstärke hat, die nur etwa 20 % des maximalen Einschaltstromes beträgt.

[0025] Die erfindungsgemäße Schaltung kann verwendet werden, um ein Gas­wechselventil einer Brennkraftmaschine, das in seinen Endlagen durch elektromagnetische Kraft gehalten ist, anzusteuern. Die Arbeitslage des Ankers entspricht einem erregten Magneten, der das Gaswechselventil in Öffnungsstellung hält, die zweite Arbeits­lage entspricht der Erregung eines zweiten Magneten, der das Gas­wechselventil in Schließstellung hält. Da hier eine Fehlfunktion zum Ausfall des Verbrennungsvoganges führen würde, ist die so­fortige und zuverlässige Erkennung wesentlich. Die dabei anfallenden Randbedingungen, wie starke Temperaturschwankungen im praktischen Betrieb eines Kraftfahrzeuges, und schwankende Spannungen der Versorgungsspannung je nach Drehzahl bzw. Ladezustand der Batterie, so daß das erfindungsgemäße Verfahren trotz dieser Probleme zu­verlässige Ergebnisse liefert. Sobald durch die erfindungsgemäße Funktionsüberwachung ein Ausfall des Systems gemeldet wird, wird ein Neustart veranlaßt, um das Gaswechselventil in die beabsichtigte Arbeitsstellung zu bringen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Ansteuern eines einen Anker anziehenden Elektro­magneten, wobei der Elektromagnet in seiner Haltephase mit getakteter Stromversorgung angesteuert wird, die bei Überschrei­ten eines oberen Schwellwertes abgeschaltet und bei Unterschrei­ten eines unteren Schwellwertes eingeschaltet wird, da­durch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Taktung während der Haltephase erfaßt wird und mit einem vorgegebenen Frequenzwert verglichen wird, und bei Überschrei­ten einer Maximalabweichung ein Fehlersignal ausgelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zu Beginn der Ansteuerphase ein größerer Erregungsstrom durch den Elektromagneten fließt und anschließend ein geringerer Haltestrom, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auslösen des Fehler­signals der Ansteuervorgang erneut gestartet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Maximalabweichung ca. 20 % beträgt.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Ansteuerung eines Elektromagneten mit Polflächen und einer im abgeschalteten Zustand des Magne­ten beabstandeten und im erregten Zustand in Richtung zu der Polfläche bewegten Ankerplatte, einer Freilaufschaltung parallel zum Elektromagneten, einem Schaltglied, das die Strom­ versorgung des Elektromagneten steuert, einer Regelschaltung, die während der Haltephase des Elektromagneten das Schaltglied zur getakteten Stromversorgung ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzmeßglied (30) vorgesehen ist, das die Frequenz des getakteten Stromes mißt und die Regelschaltung (22) ansteuert und/oder das Magnetsy­stem neu aktiviert.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gek­kennzeichnet, daß das Frequenzmeßglied (30) die Frequenz am Ausgang der Regelschaltung (22) abgreift.

Zeichnung