Title:
Verfahren zum Öffnen und Schließen eines Schaltventils
Document Type and Number:
Kind Code:
B3

Abstract:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Öffnen und Schließen eines Schaltventils, mit:
– Bereitstellen eines Schaltventils mit einer Wicklung, einer Feder und einem Ventilelement, das zwischen zwei Endpositionen zum Öffnen und Schließen des Schaltventils verschieblich ist, wobei eine auf das Ventilelement übertragene Federkraft der Feder zu der ersten Endposition wirkt, wobei in von Strom durchflossenem Zustand der Wicklung auf das Ventilelement eine zu der zweiten Endposition wirkende Kraft übertragen wird,
– Anschließen einer Spannungsversorgungseinrichtung an die Wicklung zur Erzeugung von pulsweitenmodulierten Spannungssignalen.
Befindet sich das Ventilelement in der ersten Endposition, wird mittels Beaufschlagung der Wicklung mit einem ersten Spannungssignal durch die Wicklung fließender Strom so eingestellt, dass dessen Stromstärke bei Beendigung des ersten Spannungssignals kleiner ist als eine Einschaltstromstärke, bei der die auf das Ventilelement übertragene Kraft eine Verlagerung des Ventilelements in die zweite Endposition bewirkt. Wenn die Wicklung von Strom durchflossen ist und sich das Ventilelement in seiner zweiten Endposition befindet, wird mittels Beaufschlagung der Wicklung mit einem Spannungssignal der Stromfluss durch die Wicklung so beeinflusst, dass dessen Stromstärke die Ausschaltstromstärke erst unterschreitet und sie dann während der Bewegung des Ventilstelleelements übersteigt.





Inventors:
Bleeck, Matthias (93080, Pentling, DE)
Kogan, Dmitriy (93426, Roding, DE)
Chia, Tet Kong Brian (93053, Regensburg, DE)
Application Number:
DE102016207564A
Publication Date:
10/19/2017
Filing Date:
05/03/2016
Assignee:
Continental Automotive GmbH, 30165 (DE)
International Classes:
H01F7/18; F02D41/20; F02M51/06; F16K31/06
Domestic Patent References:
DE102012216611A1N/A2014-04-10
Foreign References:
201401105082014-04-24
Claims:
1. Verfahren zum Öffnen und Schließen eines Schaltventils (1), insbesondere eines hydraulischen Schaltventils (1) für Benzin oder Dieselkraftstoff, umfassend die Verfahrensschritte:
– Bereitstellen eines Schaltventils (1), aufweisend ein Gehäuse (4), eine in dem Gehäuse (4) angeordnete Wicklung (5) und eine vorgespannte Feder (16), einen in dem Gehäuse (4) angebrachten Polkern (6), einen Anker (9) und ein mit dem Anker (9) verbundenes oder daran ausgebildetes Ventilstellelement (12), wobei das Ventilstellelement (12) in dem Gehäuse (4) zwischen einer ersten Endposition und einer zweiten Endposition verschieblich ist und in seiner einen Endposition ein Öffnen und in seiner anderen Endposition ein Schließen des Schaltventils (1) für Fluid bewirkt, wobei die auf das Ventilstellelement (12) übertragene Federkraft der vorgespannten Feder (16) in Richtung zu dessen erster Endposition wirkt und wobei in von elektrischem Strom durchflossenem Zustand der Wicklung (5) auf das Ventilstellelement (12) eine in Richtung zu seiner zweiten Endposition wirkende, mittels Wicklung (5), Polkern (6) und Anker (9) elektromagnetisch erzeugte Kraft (M) übertragen wird, und
– Anschließen einer zur Erzeugung von pulsweitenmodulierten (elektrischen) Spannungssignalen geeigneten Spannungsversorgungseinrichtung an die Wicklung (5), wobei ausgehend von einem Betriebszustand, in dem sich das Ventilstellelement (12) in seiner ersten Endposition befindet, mittels Beaufschlagung der Wicklung (5) mit einem ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignal (31), das mehrere Spannungsimpulse aufweist, durch die Wicklung (5) fließender elektrischer Strom so eingestellt wird, dass dessen Stromstärke bei Beendigung des ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignals (31) kleiner ist als eine Einschaltstromstärke (E), bei der die elektromagnetisch erzeugte, auf das Ventilstellelement (12) übertragene Kraft (M) eine Verlagerung des Ventilstellelements (12) in Richtung zu dessen zweiter Endposition bewirkt,
wobei die Stromstärke des durch die Wicklung (5) fließenden elektrischen Stroms während der Dauer des ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignals (31) einen zeitlich konstanten Wert erreicht oder sich diesem annähert.

2. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke am zeitlichen Ende des ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignals (31) zumindest 50 Prozent, insbesondere zumindest 70 Prozent, insbesondere zumindest 90 Prozent der Einschaltstromstärke (E) beträgt.

3. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach, insbesondere direkt nach, Beendigung des ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignals (31) die Stromstärke des durch die Wicklung (5) fließenden elektrischen Stromes mittels Beaufschlagung der Wicklung (5) mit einem zweiten pulsweitenmodulierten Spannungssignal (32), das mehrere Spannungsimpulse aufweist, zumindest kurzzeitig oder dauerhaft über die Einschaltstromstärke (E) angehoben wird.

4. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass nach, insbesondere direkt nach, Beendigung des zweiten pulsweitenmodulierten Spannungssignals (32) die Stromstärke des durch die Wicklung (5) fließenden elektrischen Stromes mittels Beaufschlagung der Wicklung (5) mit einem dritten pulsweitenmodulierten Spannungssignal (33), das mehrere Spannungsimpulse aufweist, oberhalb einer Ausschaltstromstärke (A), bei der eine Bewegung des Ventilstellelements (12) in Richtung zu seiner ersten Endposition beginnt, gehalten wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Stromstärke mittels des dritten pulsweitenmodulierten Spannungssignals (33) während seines Zeitintervalls verringert wird.

5. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Betriebszustand, in dem die Wicklung (5) von Strom durchflossen ist und sich das Ventilstellelement (12) in seiner zweiten Endposition befindet, mittels Beaufschlagung der Wicklung (5) mit einem vierten pulsweitenmodulierten Spannungssignal (34), das mehrere Spannungsimpulse aufweist, der elektrische Stromfluss durch die Wicklung (5) so beeinflusst wird, dass dessen Stromstärke die Ausschaltstromstärke (A) zuerst unterschreitet und danach noch während der Bewegung des Ventilstellelements (12) von seiner zweiten Endposition in seine erste Endposition übersteigt.

6. Verfahren zum Öffnen und Schließen eines Schaltventils (1), insbesondere eines hydraulischen Schaltventils (1) für Benzin oder Dieselkraftstoff, umfassend die Verfahrensschritte:
– Bereitstellen eines Schaltventils (1), aufweisend ein Gehäuse (4), eine in dem Gehäuse (4) angeordnete Wicklung (5) und eine vorgespannte Feder (16), einen in dem Gehäuse (4) angebrachten Polkern (6), einen Anker (9) und ein mit dem Anker (9) verbundenes oder daran ausgebildetes Ventilstellelement (12), wobei das Ventilstellelement (12) in dem Gehäuse (4) zwischen einer ersten Endposition und einer zweiten Endposition verschieblich ist und in seiner einen Endposition ein Öffnen und in seiner anderen Position ein Schließen des Schaltventils (1) für Fluid bewirkt, wobei die auf das Ventilstellelement (12) übertragene Federkraft der vorgespannten Feder (16) in Richtung zu dessen erster Endposition wirkt und wobei in von elektrischem Strom durchflossenem Zustand der Wicklung (5) auf das Ventilstellelement (12) eine in Richtung zu seiner zweiten Endposition wirkende, mittels Wicklung (5), Polkern (6) und Anker (9) elektromagnetisch erzeugte Kraft (M) übertragen wird, und
– Anschließen einer zur Erzeugung von pulsweitenmodulierten (elektrischen) Spannungssignalen geeigneten Spannungsversorgungseinrichtung an die Wicklung (5), wobei ausgehend von einem Betriebszustand, in dem die Wicklung (5) von Strom durchflossen ist und sich das Ventilstellelement (12) in seiner zweiten Endposition befindet, mittels Beaufschlagung der Wicklung (5) mit einem pulsweitenmodulierten Spannungssignal (30), das mehrere Spannungsimpulse aufweist, der elektrische Stromfluss durch die Wicklung (5) so beeinflusst wird, dass dessen Stromstärke eine Ausschaltstromstärke (A) zunächst unterschreitet und danach noch während der Bewegung des Ventilstellelements (12) von seiner zweiten Endposition in seine erste Endposition übersteigt.

7. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der auf das Ventilstellelement (12) übertragenen elektromagnetischen Kraft (M) während der Bewegung des Ventilstellelements (12) von seiner zweiten Endposition in seine erste Endposition innerhalb des Zeitintervalls (28.3), in dem die Stromstärke größer als die Ausschaltstromstärke (A) ist, mittels des während dieser Bewegung an die Wicklung (5) angelegten pulsweitenmodulierten Spannungssignals (30, 34) so beeinflusst wird, dass er bis zum Ende dieses Zeitintervalls (28.3) mehr als 50 Prozent, insbesondere mehr als 70 Prozent, insbesondere mehr als 90 Prozent des Betrags der auf das Ventilstellelement (12) übertragenen Federkraft der Feder (16) beträgt.

8. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der auf das Ventilstellelement (12) übertragenen elektromagnetisch erzeugten Kraft (M) während der Bewegung des Ventilstellelements (12) von seiner zweiten Endposition in seine erste Endposition innerhalb des Zeitintervalls (28.3), in dem die Stromstärke größer als die Ausschaltstromstärke (A) ist, mittels des pulsweitenmodulierten Spannungssignals (30, 34) an einen Wert angenähert und dann auf diesem Wert gehalten wird, der mehr als 50 Prozent, insbesondere mehr als 70 Prozent, insbesondere mehr als 90 Prozent des Betrags der auf das Ventilstellelement (12) übertragenen Federkraft der Feder (16) beträgt.

9. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste pulsweitenmodulierte Spannungssignal (31) und/oder das zweite pulsweitenmodulierte Spannungssignal (32) und/oder das dritte pulsweitenmodulierte Spannungssignal (33) und/oder das vierte pulsweitenmodulierte Spannungssignal (34) oder das pulsweitenmodulierte Spannungssignal (30) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8 vorbestimmt sind.

10. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PWM-Rate (Pulsweitenmodulations-Rate) innerhalb des ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignals (31) und/oder des zweiten pulsweitenmodulierten Spannungssignals (32) und/oder des dritten pulsweitenmodulierten Spannungssignals (33) und/oder des vierten pulsweitenmodulierten Spannungssignals (34) oder des pulsweitenmodulierten Spannungssignals (30) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9 konstant ist.

11. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgungseinrichtung eine Regelungseinrichtung aufweist, dass die Stromstärke des durch die Wicklung (5) fließenden elektrischen Stroms gemessen, der Regelungseinrichtung als Signal zugeleitet und darin mit einer vorbestimmten, insbesondere zeitlich variablen, Stromstärke verglichen wird und dass zumindest ein pulsweitenmoduliertes Spannungssignal (30, 31, 32, 33, 34) mittels dieses Vergleichs erzeugt wird.

12. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PWM-Rate (Pulsweitenmodulations-Rate) innerhalb des ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignals (31) und/oder des zweiten pulsweitenmodulierten Spannungssignals (32) und/oder des dritten pulsweitenmodulierten Spannungssignals (33) und/oder des vierten pulsweitenmodulierten Spannungssignals (34) oder des pulsweitenmodulierten Spannungssignals (30) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11 veränderlich ist.

13. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilstellelement (12) in seiner ersten Endposition ein Öffnen des Schaltventils (1) für Fluid und in seiner zweiten Endposition ein Schließen des Schaltventils (1) für Fluid bewirkt.

Description:
Gebiet der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Öffnen und Schließen eines Schaltventils, vorzugsweise eines hydraulischen Schaltventils für Benzin oder Dieselkraftstoff, umfassend die Verfahrensschritte:

  • – Bereitstellen eines Schaltventils, aufweisend ein Gehäuse, eine in dem Gehäuse angeordnete Wicklung und eine in dem Gehäuse angeordnete vorgespannte Feder, einen in dem Gehäuse angebrachten Polkern, einen Anker und ein mit dem Anker verbundenes oder daran ausgebildetes Ventilstellelement, wobei das Ventilstelleelement in dem Gehäuse zwischen einer ersten Endposition und einer zweiten Endposition verschieblich ist und in seiner einen Endposition ein Öffnen und in seiner anderen Position ein Schließen des Schaltventils für Fluid bewirkt, wobei die auf das Ventilstellelement übertragene Federkraft der vorgespannten Feder in Richtung zu dessen erster Endposition wirkt und wobei in von elektrischem Strom durchflossenem Zustand der Wicklung auf das Ventilstellelement eine in Richtung zu seiner zweiten Endposition wirkende, mittels Wicklung, Polkern und Anker elektromagnetisch erzeugte Kraft übertragen wird, und
  • – Anschließen einer zur Erzeugung von pulsweitenmodulierten elektrischen Spannungssignalen geeigneten Spannungsversorgungseinrichtung an die Wicklung.

Stand der Technik

Schaltventile sind als Kombination eines Schaltmagneten und einer durch diesen geschalteten Hydraulik bekannt. In der Funktionsweise werden zwei Schaltzustände der Hydraulik, eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung, erreicht.

Der Aufbau eines Schaltventils und ein bekanntes Verfahren zu dessen Betrieb werden mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben, worauf hier Bezug genommen wird. Als nachteilig wird empfunden, dass bei der Ansteuerung solcher Schaltventile Geräusche entstehen. Da immer geringere Schaltzeiten, insbesondere immer geringere Einschaltzeiten, gefordert werden, resultiert bei dem beschriebenen bekannten Verfahren daraus auch eine weiter zunehmende Geräuschentwicklung, da der Anker stärker beschleunigt wird und mit höherer Geschwindigkeit bzw. Aufprallenergie auf den Polkern trifft. Bei dem bekannten Verfahren führt dies auch bei dem Ausschaltvorgang zu einer höheren Geräuschentwicklung, wenn der Anker oder damit verbundene Komponenten mit vergleichsweise höherer Aufprallenergie auf einen Anschlag, wie insbesondere auf eine hydraulische Referenz in der Hydraulik beim Ausschalten treffen.

DE 10 2012 216 611 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetventils, wobei ein Ventilelement des Magnetventils durch eine Vorspannkraft in eine erste Position und durch eine Elektromagnetkraft in eine zweite Position gebracht werden kann. Es wird in mindestens einem ersten Zeitintervall vor oder nach dem Beginn einer Bewegungsansteuerung und vor dem vermuteten Beginn einer Bewegung des Ventilelements von der ersten in die zweite Position eine erste elektrische Zustandsgröße des Magnetventils ermittelt, und in mindestens einem zweiten Zeitintervall vor oder nach dem Ende einer Halteansteuerung und vor dem vermuteten Beginn einer Bewegung des Ventilelements von der zweiten in die erste Position eine zweite elektrische Zustandsgröße des Magnetventils ermittelt. Aus einem Vergleich der ersten mit der zweiten elektrischen Zustandsgröße wird dann auf einen Zustand des Magnetventils geschlossen.

In US 2014/0110508 A1 ist ein Verfahren zum Bilden eines Aktuators mit einer Achse bekannt, bei dem ein Aktuator, ein erstes und zweites Polstück, und eine um die Achse gewickelte Elektromagnetspule bereitgestellt werden, die dazu angeordnet ist, ansprechend auf Erregung den Hub des Ankers zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung entlang einer Hubrichtung entlang der Achse zu bewirken, wobei der Hub des Ankers in der Hubrichtung von dem/den Polstücken) begrenzt wird. Weiter werden ein oder mehrere zum Sperren des Ankers in mindestens der ersten Stellung positionierte und orientierte Permanentmagnete bereitgestellt, wobei die Magnetisierung jedes Permanentmagneten im Wesentlichen radial orientiert ist und Fluss in den oder aus dem mindestens einen Permanentmagneten im Wesentlichen radial in den oder aus dem Anker verläuft. Zusätzlich werden eine oder mehrere zum Vorspannen des Ankers angeordnete Spiralfedern bereitgestellt, wobei die Feder oder Federn dazu konfiguriert ist/sind, ausreichend Kraft bereitzustellen, um zu verhindern, dass der Anker in der zweiten Stellung gesperrt wird, wobei die eine oder die mehreren Federn eine Federkonstante oder Nettofederkonstante in einem Bereich von 5 N/cm2 × A/t und 20 N/cm2 × A/t aufweist/aufweisen, wobei A die aktive Fläche von einem der Polstücke in cm2 und t die Länge des Gesamtspalts in mm zwischen dem Anker und den Polstücken ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund liegt einem ersten Aspekt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorteilhaft weiterzubilden. Insbesondere wird angestrebt, dass sich zur Geräuschoptimierung die Geräuschentwicklung beim Einschalten im Vergleich zu dem bekannten Verfahren verringern lässt. Insbesondere wird auch eine Schaltzeitminimierung beim Einschalten, insbesondere in Verbindung mit einer Geräuschverringerung, angestrebt.

Einem zweiten Aspekt der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorteilhaft weiterzubilden. Insbesondere wird angestrebt, die während des Ausschaltens auftretenden Geräusche im Vergleich zu dem beschriebenen bekannten Verfahren zu reduzieren. Insofern wird eine Geräuschoptimierung für die Ausschaltphase angestrebt.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die ihm zugrunde liegende Aufgabe zunächst und im Wesentlichen in Verbindung mit den Merkmalen gelöst, dass ausgehend von einem Betriebszustand, in dem sich das Ventilstellelement in seiner ersten Endposition befindet und in dem insbesondere kein Strom durch die Wicklung fließt, mittels Beaufschlagung der Wicklung mit einem ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignal, das mehrere Spannungsimpulse aufweist, durch die Wicklung fließender elektrischer Strom bewirkt und so eingestellt wird, dass dessen Stromstärke bei Beendigung des ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignals kleiner ist als eine Einschaltstromstärke, bei der die elektromagnetisch erzeugte, auf das Ventilstellelement übertragene Kraft eine Verlagerung des Ventilstellelements in Richtung zu dessen zweiter Endposition bewirkt. Vorzugsweise kann es sich bei der Feder um eine Zylinderdruckfeder handeln. Die Technik der Pulsweitenmodulation von Spannungssignalen ist einem Fachmann vertraut (Abkürzung PWM). Im Rahmen der Erfindung kann die Einschaltstromstärke bspw. als Stromstärke definiert werden, deren von ihr mittels Wicklung, Polkern und Anker erzeugte, auf das Ventilstellelement übertragene elektromagnetisch erzeugte Kraft (eventuell, d. h. je nach Ausführungsform, in Kombination mit einer weiteren gleichgerichteten auf das Ventilstellelement wirkenden Kraft, wie bspw. einer elastischen Rückstellkraft eines Dichtplättchensoder dergleichen) die Summe der auf den Ventilkörper in entgegengesetzter Richtung einwirkenden Kräfte, umfassend die Federkraft sowie die eine Bewegung erschwerenden Trägheits- und Reibungskräfte, minimal übersteigt. In den 4 und 5 sind die Beträge der elektromagnetisch erzeugten Kraft und der Kraft der Feder in ihrem zeitlichen Verlauf dargestellt. Der Begriff Stromstärke meint jeweils den Betrag des durch die Wicklung fließenden Stromes. Die Begriffe erstes, zweites, drittes usw. Spannungssignal dienen zur Unterscheidung, bedeuten aber nicht, dass alle diese elektrischen Spannungssignale in der Reihenfolge ihrer Nummerierung aufeinander folgen müssen. Der Begriff Einschaltstrom ist nicht notwendig dem Öffnen des Schaltventils für Fluid zugeordnet, sondern er bezieht sich auf ein Schalten des Schaltventils entgegen der Kraft der Feder. Ebenso ist der Begriff Ausschaltstrom nicht notwendig dem Schließen des Schaltventils zugeordnet, sondern er bezieht sich auf ein Schalten des Schaltventils in Richtung der Kraft der Feder. Insofern auf Kräfte, welche auf das Ventilstellelement übertragen werden, Bezug genommen wird, sind damit parallel zu der möglichen Verschiebungsrichtung des Ventilstellelements wirkende Kräfte gemeint, wobei sich der Vergleich auf deren jeweiligen Betrag bezieht.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem bekannten Verfahren durch seine Ansteuerstrategie. Bei dem Einschaltvorgang findet eine Vorbestromung der Wicklung statt, so dass daran anschließend die Bewegungsphase schneller eingeleitet werden kann und sich damit die effektive Schaltzeit verringern lässt. Bei dem Einschaltvorgang lassen sich durch die Vorbestromung der Wicklung die Wirbelstromverluste minimieren. Für den eigentlichen Schaltvorgang wird nur so viel magnetische Kraft erzeugt, wie benötigt wird, so dass die Geschwindigkeit der bewegten Komponenten und dadurch die Geräusche (trotz verringerter effektiver Einschaltdauer) verringert und insofern optimiert werden können.

Es bestehen zahlreiche Möglichkeiten zur bevorzugten Weiterbildung. Bevorzugt ist, dass die Stromstärke am zeitlichen Ende des ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignals zumindest 50 Prozent, insbesondere zumindest 70 Prozent, insbesondere zumindest 90 Prozent der Einschaltstromstärke beträgt. Vorzugsweise beträgt der Betrag der auf das Ventilstellelement übertragenen elektromagnetisch erzeugten Kraft am zeitlichen Ende des ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignals zumindest 50 Prozent, insbesondere zumindest 70 Prozent, insbesondere zumindest 90 Prozent des Betrags der auf das Ventilstellelement übertragenen Federkraft.

Die Stromstärke des durch die Wicklung fließenden elektrischen Stroms erreicht während der Dauer des ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignals einen zeitlich konstanten Wert oder nähert sich diesem an.

Bevorzugt ist, dass nach, insbesondere direkt nach, Beendigung des ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignals die Stromstärke des durch die Wicklung fließenden elektrischen Stromes mittels Beaufschlagung der Wicklung mit einem zweiten pulsweitenmodulierten Spannungssignal, das mehrere Spannungsimpulse aufweist, zumindest kurzzeitig oder dauerhaft über die Einschaltstromstärke angehoben wird. Vorzugsweise wird mittels des zweiten pulsweitenmodulierten Spannungssignals ein Stromstärkenverlauf erzeugt, zufolge dessen der Betrag der auf das Ventilstellelement übertragenen elektromagnetisch erzeugten Kraft während des zweiten pulsweitenmodulierten Spannungssignals stets größer als der Betrag der auf das Ventilstellelement übertragenen Federkraft ist.

Als zweckmäßig wird, je nach Anforderungen an die Schaltdauer, angesehen, dass nach, insbesondere direkt nach, Beendigung des zweiten pulsweitenmodulierten Spannungssignals die Stromstärke des durch die Wicklung fließenden elektrischen Stromes mittels Beaufschlagung der Wicklung mit einem dritten pulsweitenmodulierten Spannungssignal, das mehrere Spannungsimpulse aufweist, oberhalb einer Ausschaltstromstärke, bei der eine Bewegung des Ventilstellelements in Richtung zu seiner ersten Endposition beginnt, gehalten wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Stromstärke mittels des zweiten Spannungssignals während seines Zeitintervalls verringert wird. Als sog. Ausschaltstromstärke kann man bspw. eine Stromstärke definieren, bei welcher der Betrag der auf das Ventilstellelement übertragenen Federkraft minimal größer ist als die Summe der in dazu entgegengesetzter Richtung auf das Ventilstellelement übertragenen Kräfte, welche die auf das Ventilstellelement übertragene elektromagnetisch erzeugte Kraft, die Trägheitskraft und die Reibungskraft und ggf., je nach Ausführungsform, eine Kraft zur elastischen Verformung eines Dichtplättchens oder dergleichen, einschließen. Vorzugsweise wird mittels des dritten pulsweitenmodulierten Spannungssignals ein Stromstärkenverlauf erzeugt, zufolge dessen der Betrag der auf das Ventilstellelement übertragenen elektromagnetisch erzeugten Kraft während des zweiten pulsweitenmodulierten Spannungssignals stets größer als der Betrag der auf das Ventilstellelement übertragenen Federkraft ist. Es besteht die Möglichkeit, dass die Stromstärke des durch die Wicklung fließenden elektrischen Stroms am Ende des dritten pulsweitenmodulierten Spannungssignals, bezogen auf den Ausschaltstrom, maximal 50 Prozent oder maximal 30 Prozent oder maximal 10 Prozent größer ist als der Ausschaltstrom.

Zur Beendigung des Schaltvorganges ist bevorzugt, dass ausgehend von einem Betriebszustand, in dem die Wicklung von Strom durchflossen ist und sich das Ventilstellelement in seiner zweiten Endposition befindet, mittels Beaufschlagung der Wicklung mit einem vierten pulsweitenmodulierten Spannungssignal, das mehrere Spannungsimpulse aufweist, der elektrische Stromfluss durch die Wicklung so beeinflusst wird, dass dessen Stromstärke die Ausschaltstromstärke zuerst unterschreitet und danach während der Bewegung des Ventilstelleelements von seiner zweiten Endposition in seine erste Endposition übersteigt. Diese Merkmale sind im Rahmen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 auch eigenständig von Bedeutung. Mittels der auch während der Rückbewegung des Ankers bzw. den Ventilstellelements aufrecht erhaltenen magnetischen Kraft kann die Beschleunigung und die Endgeschwindigkeit verringert und dadurch die beim Auftreffen auf die Endlage entstehenden Geräusche minimiert werden.

Auch insofern bestehen zahlreiche Möglichkeiten zur bevorzugten Weiterbildung. Bevorzugt ist, dass der Betrag der auf das Ventilstellelement übertragenen elektromagnetischen Kraft während der Bewegung des Ventilstellelements von seiner zweiten Endposition in seiner erste Endposition innerhalb des Zeitintervalls, in dem die Stromstärke größer als die Ausschaltstromstärke ist, mittels des während dieser Bewegung an die Wicklung angelegten pulsweitenmodulierten Spannungssignals so beeinflusst wird, dass er bis zum Ende dieses Zeitintervalls mehr als 50 Prozent, insbesondere mehr als 70 Prozent, insbesondere mehr als 90 Prozent des Betrags der auf das Ventilstellelement übertragenen Federkraft beträgt. Es besteht die Möglichkeit, dass der Betrag der auf das Ventilstellelement übertragenen elektromagnetisch erzeugten Kraft während der Bewegung des Ventilstellelements von seiner zweiten Endposition in seiner erste Endposition innerhalb des Zeitintervalls, in dem die Stromstärke größer als die Ausschaltstromstärke ist, mittels des pulsweitenmodulierten Spannungssignals an einen Wert angenähert und dann auf diesem Wert gehalten wird, der mehr als 50 Prozent, insbesondere mehr als 70 Prozent, insbesondere mehr als 90 Prozent des Betrags der auf das Ventilstellelement übertragenen Federkraft beträgt. Als zweckmäßig wird angesehen, dass das erste pulsweitenmodulierte Spannungssignal und/oder das zweite pulsweitenmodulierte Spannungssignal und/oder das dritte pulsweitenmodulierte Spannungssignal und/oder das vierte pulsweitenmodulierte Spannungssignal oder das pulsweitenmodulierte Spannungssignal gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung vorbestimmt sind. Bevorzugt ist, dass die Spannungsversorgungseinrichtung eine Steuereinrichtung aufweist zur Beaufschlagung der Wicklung mit dem oder den vorbestimmten pulsweitenmodulierten Spannungssignal(en). Ein vorbestimmtes pulsweitenmoduliertes Spannungssignal kann vorzugsweise vor einer Ausübung des Verfahrens für individuelle Betriebsbedingungen wie bspw. für ein Schaltventil einer bestimmten Bauart, insbesondere für eine bestimmte Temperatur usw. in Versuchen ermittelt und abgespeichert werden. Es besteht die Möglichkeit, dass die PWM-Rate (Pulsweitenmodulations-Rate) innerhalb des ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignals und/oder des zweiten pulsweitenmodulierten Spannungssignals und/oder des dritten pulsweitenmodulierten Spannungssignals und/oder des vierten pulsweitenmodulierten Spannungssignals oder des pulsweitenmodulierten Spannungssignals gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung konstant ist.

Es besteht die Möglichkeit, dass die Spannungsversorgungseinrichtung eine Regelungseinrichtung aufweist, dass die Stromstärke des durch die Wicklung fließenden elektrischen Stroms gemessen, der Regelungseinrichtung als Signal zugeleitet und darin mit einer vorbestimmten, insbesondere zeitlich variablen, Stromstärke verglichen wird und dass das pulsweitenmodulierte Spannungssignal mittels dieses Vergleichs erzeugt wird. Es besteht die Möglichkeit, dass die PWM-Rate (Pulsweitenmodulations-Rate) innerhalb des ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignals und/oder des zweiten pulsweitenmodulierten Spannungssignals und/oder des dritten pulsweitenmodulierten Spannungssignals und/oder des vierten pulsweitenmodulierten Spannungssignals oder des pulsweitenmodulierten Spannungssignals gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung veränderlich ist. Vorzugsweise wird bei der Pulsweitenmodulation (PWM) eine konstante Periodendauer verwendet.

Bevorzugt ist, dass das Ventilstellelement in seiner ersten Endposition ein Öffnen des Schaltventils für Fluid und in seiner zweiten Endposition ein Schließen des Schaltventils für Fluid bewirkt. Bevorzugt ist, dass ein Schaltventil in fluidischer Verbindung mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe, insbesondere für Benzin- oder Dieselkraftstoff, verwendet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein bekanntes Verfahren zum Öffnen und Schließen eines Schaltventils und ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Öffnen und Schließen eines Schaltventils werden mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Im Einzelnen zeigt:

11 in einer Schnittansicht ein Schaltventil, das zur Durchführung eines bekannten Verfahrens zum Öffnen und Schließen eines Schaltventils und auch zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Öffnen und Schließen eines Schaltventils geeignet ist, in geöffnetem Zustand mit einer angenommenen ersten Fluidströmungsrichtung;

2 in einer Schnittansicht das Schaltventil gemäß 1 mit einer zu 1 entgegen gesetzten Fluidströmungsrichtung;

3 in einer Schnittansicht das in den 1 und 2 gezeigte Schaltventil, jedoch in geschlossenem Zustand;

4 anhand von schematisch vereinfachten Diagrammen den Ablauf eines bekannten Verfahrens zum Öffnen und Schließen eines Schaltventils und

5 anhand von Diagrammen den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Öffnen und Schließen eines Schaltventils gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsformen

1 zeigt ein hydraulisches Schaltventil 1 für ein Fluid, wie vorzugsweise Benzin oder Dieselkraftstoff, das zum Beispiel in Verbindung mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe an einem Motor Verwendung finden kann. Das Schaltventil 1 weist einen ersten Fluidanschluss 2 und einen zweiten Fluidanschluss 3 auf, von denen der eine einen Fluideinlass und der andere einen Fluidauslass (je nach Betriebsbedingungen) bildet. Das Schaltventil 1 umfasst ein aus mehreren Teilen gebildetes Gehäuse 4. Darin sind eine Wicklung 5 und ein Polkern 6 jeweils ortsfest angeordnet. Die Wicklung 5 ist mittels elektrischer Leitungen 7 mit einem Anschluss 8 verbunden, der zum elektrischen Anschluss einer in den Figuren nicht mit dargestellten Spannungsversorgungseinrichtung dient. Ein in dem Gehäuse 4 angeordneter Anker ist mit 9 bezeichnet. An diesem ist eine Platte 10 und mittels dieser ein Schaft 11 befestigt, an dessen entgegengesetztes Längsende sich ein in dem Beispiel zylindrisches Ventilstellelement 12 anschließt. Dies ist in einer zentralen Bohrung 13 einer Gehäuseplatte 14 längsverschieblich geführt. In dem Gehäuse 4 ist innerhalb eines Hohlraumes 15, der sich anteilig in dem Polkern 6 und dem Anker 9 erstreckt, eine Feder 16 angeordnet. In dem Beispiel handelt es sich um eine Zylinderdruckfeder. Deren Längsenden stützen sich einerseits an dem Polkern 6 und andererseits an der Platte 10 ab. In entspanntem Zustand der Feder 16 ist deren Längserstreckung größer als der in 1 gezeigte Abstand zwischen den Abstützflächen, so dass die Feder 16 unter Druckspannung stehend eingebaut ist.

1 zeigt einen Betriebszustand, bei welchem kein Strom durch die Wicklung 5 fließt, so dass zwischen dem Polkern 6 und dem Anker 9 keine elektromagnetische Anziehungskraft wirkt. Demzufolge drückt die Feder 16 den Schaft 11 in von dem Polkern 6 abgewandter Längsrichtung, bis der Schaft 11 mit seiner ringförmigen Stirnfläche 24 formschlüssig, d. h. wegbegrenzend, gegen die Gehäuseplatte 14 tritt. Dabei befindet sich das mit dem Schaft 11 fest verbundene Ventilstellelement 12 in seiner sog. ersten Endposition und steht mit einem freien Längsende 17 axial über eine Dichtung 18 über, die auf der dem Schaft 11 abgewandten Seite auf der Gehäuseplatte 14 angeordnet ist. Mit 19 ist ein elastisches, an seinem Außenrand in dem Gehäuse 4 angrenzend an die Dichtung 18 gehaltenes, elastisch verformbares Dichtplättchen bezeichnet. In unbelastetem Zustand (vgl. 3) liegt dieses dichtend an der Dichtung 18 an. Andererseits wird das Dichtplättchen 19 in dem in 1 gezeigten Betriebszustand mittels des Ventilstellelements 12 elastisch aus seiner Ruhelage ausgelenkt, so dass es mit der Dichtung 18 einen Spalt 20 berandet. Der Spalt 20 verbindet axial durch die Gehäuseplatte 14 und die Dichtung 18 führende Durchgangsbohrungen 21, 35 mit dazu seitlich versetzten Durchgangsbohrungen 22 in dem Dichtplättchen 19, so dass ein offener Fluidpfad zwischen dem ersten Fluidanschluss 2 und dem zweiten Fluidanschluss 3 gebildet ist, durch den ein Fluid (wie bspw. Benzin oder Dieselkraftstoff) hindurchströmen kann. Bei dem in 1 gezeigten Betriebszustand ist durch Pfeile 23 angedeutet, dass Fluid durch den ersten Fluidanschluss 2 in das Schaltventil und durch den zweiten Fluidanschluss 3 aus dem Schaltventil 1 herausströmt. In dem gezeigten Betriebszustand ist das Schaltventil für Fluid somit offen. Dabei ist zwischen dem Polkern 6 und dem Anker 9 in axialer, d. h. zu einer geometrischen Längsmittelrichtung L paralleler Richtung ein Spalt S gebildet.

Die in 2 gezeigte Situation unterscheidet sich von 1, indem dort bei ebenfalls geöffnetem Schaltventil 1 eine umgekehrte Fluidströmungsrichtung (Pfeile 23') angenommen ist.

Die in 3 gezeigte Situation unterscheidet sich von der in den 1 und 2 gezeigten Situation dadurch, dass sich das Schaltventil 1 in 3 in seiner geschlossenen Position befindet. Dazu wurde die Wicklung 5 mittels eines elektrischen Spannungssignals beaufschlagt, in dessen Folge die Wicklung 5 von einem elektrischen Strom durchflossen wird, dessen Stromstärke so groß ist, dass die mittels Wicklung 5, Polkern 6 und Anker 9 erzeugte elektromagnetische Kraft, die parallel zu der geometrischen Längsmittelachse L auf das Ventilstellelement 12 übertragen wird, in Verbindung mit einer elastischen Rückstellkraft des Dichtplättchens 19 größer ist als die Summe der entgegengerichteten Kräfte, welche die auf das Ventilstellelement 12 übertragene Kraft der Feder 16, die Trägheitskraft und die Reibungskraft einschließt. Das Ventilstellelement ist dadurch aus seiner in den 1 und 2 gezeigten ersten Endposition in seine zweite Endposition in Richtung zu dem Polkern 6 verschoben. Entsprechend zeigt 3, dass der in den 1 und 2 vorhandene Spalt S zwischen dem Polkern 6 und dem Anker 9 nicht mehr besteht. Stattdessen ist nun ein Spalt S von entsprechender Spaltweite zwischen der ringförmigen Stirnfläche 24 des Schaftes 11 und der Gehäuseplatte 14 gebildet. In diesem Gebrauchszustand steht das freie Längsende 17 nicht über die Dichtung 18 über, und das Dichtplättchen 19 liegt dichtend an der Dichtung 18 an. Die Durchgangsbohrungen 21 sind seitlich soweit von den Durchgangsbohrungen 22 beabstandet angeordnet, so dass der in den 1 und 2 gebildete Fluidpfad in 3 geschlossen ist.

Das in den 1 bis 3 gezeigte Schaltventil 1 umfasst somit einen Schaltmagneten, bei dem die durch einen Kraft erzeugenden Luftspalt getrennten Bauteile, der Anker 9 und der Polkern 6, mittels einer Druckfeder auseinander gedrückt werden. Wird die Wicklung 5 mit elektrischem Strom aktiviert, wird in der Wicklung 5 ein Magnetfeld aufgebaut. Dieses wird in die umgebenden Metallbauteile induziert, so dass zwischen dem Anker 9 und dem Polkern 6 eine Magnetkraft aufgebaut wird. Ab einer gewissen Stromstärke wird die Federkraft durch die Magnetkraft überwunden und die mit dem Anker 9 gekoppelte Hydraulik 25 ausgehend von dem in den 1 und 2 gezeigten Betriebszustand gesteuert. Wird der elektrische Stromfluss ausgehend von dem in 3 gezeigten Betriebszustand beendet, sinkt die Magnetkraft, und die Federkraft steuert die Hydraulik 25 in ihre in den 1 und 2 gezeigte Ausgangsstellung.

Mit Bezug auf 4 wird ein bekanntes Verfahren zum Öffnen und Schließen des in den 1 bis 3 gezeigten Schaltventils anhand von zeitlichen Verläufen verschiedener Kenngrößen beschrieben. Mit Bezug auf 5 wird anschließend ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Darin bedeuten U die an der Wicklung 5 anliegende elektrische Spannung, I der durch die Wicklung 5 fließende elektrische Strom, M die mittels Wicklung 5, Polkern 6 und Anker 9 elektromagnetisch erzeugte Kraft, x die Positionsabweichung des Ventilstellelements von seiner ersten Endposition und v die Geschwindigkeit des Ventilstellelements 12. Mit t ist jeweils die Zeit bezeichnet. Die jeweiligen Verläufe sind schematisch vereinfacht dargestellt.

Bei dem mit Bezug auf 4 beschriebenen bekannten Verfahren wird ausgehend von dem in den 1 und 2 gezeigten Betriebszustand, bei welchem sich das Ventilstellelement 12 in seiner ersten Endposition befindet, während des gesamten Einschaltzeitintervalles 26' ein ununterbrochener Spannungsimpuls an die Wicklung 5 angelegt, d. h. der Elektromagnet mit einer dauerhaften elektrischen Spannung beaufschlagt. Der Strom steigt, und das Magnetfeld baut sich auf, so dass auch die Magnetkraft ansteigt. In dem Diagramm der Magnetkraft M ist mit der gestrichelten Linie die Größe der Kraft der Feder 16 eingetragen. Gegebenenfalls zusätzlich wirkende Kräfte, wie bspw. Reibungs- und Trägheitskräfte sowie ggf. eine elastische (Rück-)Verformungskraft eines Dichtplättchens oder dergleichen werden in den Diagrammen vereinfachend nicht berücksichtigt. Erreicht die Stromstärke die Einschaltstromstärke, besteht ein Gleichgewichtszustand zwischen Magnetkraft und Federkraft, und der Anker 9 und die mit ihm gekoppelten Bauteile, d. h. auch das Ventilstellelement 12, werden beschleunigt. Dies ist an den Diagrammen für die Positionsabweichung x und die Geschwindigkeit v erkennbar. Die Geschwindigkeit steigt in Abhängigkeit von der Beschleunigung bis zu einem Punkt, in dem der Anker 9 seine Endgeschwindigkeit erreicht hat und auf den Polkern 6 aufprallt. Innerhalb des Haltezeitintervalles 27' wird diese Position des Ankers 9 und somit die Position des Ventilstellelementes 12 gehalten. Dadurch, dass die Magnetkraft abhängig von der Ankerposition ist und bei einem kleineren bzw. nicht mehr vorhandenen Abstand zwischen dem Polkern 6 und dem Anker 9 in der Endposition eine höhere Magnetkraft erzeugt wird, ist eine geringere Stromstärke zum Halten des Ankers 9 an dem Polkern 6 erforderlich. Die Einschaltstromstärke ist somit aufgrund des vor dem Einschalten größeren Luftspalts zwischen dem Polkern 6 und dem Anker 9 höher als die zum Halten benötigte Stromstärke in der geschalteten Position mit geringem bzw. fehlendem Luftspalt. Bei dem bekannten Verfahren wird daher in dem Haltezeitintervall 27' mittels Pulsweitemodulation des Spannungssignals der effektive Strom von einem Wert über der Einschaltstromstärke abgesenkt bis zu einer Stromstärke, die noch über der Ausschaltstromstärke liegt. In dem sog. Ausschaltzeitintervall 28' wird das Spannungssignal abgeschaltet. Der Anker 9 befindet sich zunächst noch in der geschalteten Position mit geringem bzw. fehlendem Luftspalt zum Polkern 6. Die Stromstärke und damit der Betrag der Magnetkraft bauen sich ab. Ab dem Gleichgewichtspunkt Federkraft zu Magnetkraft, also im Bereich des Ausschaltstroms, beginnt sich der Anker 9 und somit das mit ihm gekoppelten Ventilstellelement 12 aus der in 3 gezeigten Stellung in Richtung zu der in den 1 und 2 gezeigten Stellung zurückzubewegen. Der Elektromagnet schaltet, und die Ausgangsstellung wird erreicht. Am Ende des Einschaltzeitintervalls 26' entsteht durch den Aufprall des Ankers 9 auf den Polkern 6 ein Geräusch; am Ende des Ausschaltzeitintervalls 28' entsteht ein Geräusch, wenn die ringförmige Stirnfläche 24 des Schafts 11 auf die Gehäuseplatte (hydraulische Referenz) aufprallt. Die Geräuschintensität ist von der jeweiligen Geschwindigkeit beim Aufprall bzw. von der jeweiligen Aufprallenergie abhängig. Die Schaltzeit ist von der Induktivität der Wicklung 5 abhängig. Im Einschaltzeitintervall 26' ergibt sich die Dauer der Bewegung durch dauerhafte Spannungsbeaufschlagung der Wicklung 5. Damit ist die Einschaltzeit vorgegeben.

Mit Bezug auf 5 wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Öffnen und Schließen eines Schaltventils, bei welchem es sich zum Beispiel um das in den 1 bis 3 gezeigte Schaltventil 1 handeln kann, vorgestellt. Die Diagramme sind an ihren Achsen wie in 4 bezeichnet. In dem Diagramm für die Stromstärke I sind die Einschaltstromstärke E und die Ausschaltstromstärke A als gestrichelte Linien eingezeichnet. In dem Diagramm für die Magnetkraft M bezeichnet F die Kraft der Feder. Das Einschaltzeitintervall ist insgesamt mit 26, das Haltezeitintervall mit 27 und das Ausschaltintervall insgesamt mit 28 bezeichnet.

Am Beginn des Einschaltzeitintervalls 26 befindet sich das Schaltventil 1 in dem in den 1 und 2 gezeigten Betriebszustand, d. h. das Ventilstellelement befindet sich in seiner sog. ersten Endposition. Innerhalb des Einschaltzeitintervalles 26 wird an die Wicklung 5 zuerst ein erstes pulsweitenmoduliertes Spannungssignal 31 und daran anschließend ein zweites pulsweitenmoduliertes Spannungssignal 32 angelegt. Jedes der beiden Spannungssignale 31, 32 weist jeweils mehrere Spannungsimpulse auf. Mittels des ersten Spannungssignals 31 wird ein durch die Wicklung 5 fließender elektrischer Strom erzeugt und im zeitlichen Verlauf so eingestellt, dass seine Stromstärke bei Beendigung des ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignals 31 kleiner ist als die Einschaltstromstärke E. Folglich ist die mittels Wicklung 5, Polkern 6 und Anker 9 erzeugte Magnetkraft M am Ende des ersten Spannungssignals 31, also am Ende des Zeitintervalls 26.1, geringer als die Kraft F der vorgespannten Feder. Entsprechend verbleibt der Anker 9 und somit auch das Ventilstellelement 12 in der in 1 dargestellten ersten Endposition.

Nach Beendigung des ersten pulsweitenmodulierten Spannungssignals 31 wird an die Wicklung 5 ein zweites pulsweitenmoduliertes Spannungssignal 32, welches ebenfalls mehrere Spannungsimpulse beinhaltet, angelegt. In 5 ist schematisch dargestellt, dass die Pulsweitenmodulations-Rate (sog. PWM-Rate, die auch als Tastgrad bezeichnet wird) in dem zweiten Spannungssignal 32 größer als in dem ersten Spannungssignal 31 ist. Das zweite pulsweitenmodulierte Spannungssignal 32 hat zur Folge, dass die Stromstärke des die Wicklung 5 durchfließenden elektrischen Stromes über die Einschaltstromstärke E angehoben wird. Der Zeitraum, innerhalb dessen das zweite pulsweitenmodulierte Spannungssignal 32 an die Wicklung 5 angelegt ist, ist in 5 mit 26.2 bezeichnet. Mit dem vorzeitig erzeugten pulsweitenmodulierten Spannungssignal 31 wird die Stromstärke so eingestellt, dass sie kurz unterhalb der erforderlichen Einschaltstromstärke liegt. Dadurch liegt die Magnetkraft M kurz unter dem Gleichgewichtspunkt der Magnetkraft zu der Federkraft. Der die Wicklung 5, den Polkern 6 und den Anker 9 umfassende Elektromagnet wird dadurch ”vorgespannt”. Wirbelstromverluste werden minimiert, und ausgehend von dem Ende des Zeitintervalls 26.1 reicht eine nur kleine Erhöhung der Stromstärke in dem Zeitintervall 26.2, um den Startzeitpunkt für die Bewegung des Ankers 5 bzw. des Ventilstellelementes einzuleiten. In dem Beispiel wird in dem Zeitintervall 26.2 zum Start der Bewegung des Ankers 9 bzw. den Ventilstellelementes 12 die Stromstärke durch eine Erhöhung der PWM-Rate so eingestellt, dass sie kurz über der Einschaltstromstärke liegt. Der Anker 9 und die damit verbundenen Komponenten werden nur so viel beschleunigt, wie erforderlich. In der Bewegungsphase nimmt der Luftspalt zwischen dem Polkern 6 und dem Anker 9 ab, bzw. verschwindet praktisch vollständig. Zufolge der in dem Zeitintervall 26.1 erzielten ”Vorspannung” des Magneten kann das für den eigentlichen Schaltvorgang benötigte Zeitintervall 26.2 kleiner als das im Stand der Technik (siehe 4) auftretende Einschaltzeitintervall 26' sein. Hinzu kommt als Vorteil, dass die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren am Ende des Zeitintervalls 26.2 auftretende maximale Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers 9 und der mit ihm verbundenen Komponenten niedriger (siehe den Verlauf mit durchgezogener Linie) als bei dem bekannten Verfahren (siehe den gestrichelten Verlauf) ist. Am Ende des Einschaltzeitintervalls 26 befindet sich das Ventilstellelement 12 gemäß 3 in seiner zweiten Endposition.

Innerhalb des Haltezeitintervalls 27 wird an die Wicklung 5 ein drittes pulsweitenmoduliertes Spannungssignal 33 angelegt, das mehrere Spannungsimpulse umfasst. 5 zeigt schematisch, dass die PWM-Rate innerhalb des Spannungssignals 33 im zeitlichen Verlauf variieren kann. Mittels des Spannungssignals 33 kann der durch die Wicklung fließende Strom in dem Haltezeitintervall 27 so reduziert werden, dass er einen konstanten oder nahezu konstanten Wert zwischen der Einschaltstromstärke E und der Ausschaltstromstärke A, vorzugsweise nur geringfügig oberhalb der Ausschaltstromstärke A, annimmt. Entsprechend kann auch die Magnetkraft M konstant oder nahezu konstant bleiben und vorzugsweise nur geringfügig über dem Gleichgewichtszustand zu der Kraft F der Feder liegen. Am Ende des Haltezeitintervalls 27 liegt die Stromstärke in der Wicklung 5 nur geringfügig oberhalb der Ausschaltstromstärke A, so dass der Anker 9 und das Ventilstellelement 12 in der Schaltposition gehalten werden. Ein kurzzeitiges Absenken der Stromstärke, so dass der Anker 9 und das Ventilstellelement 12 aufgrund der Trägheit in der zweiten Endposition bleiben, ist zulässig. Am Ende des Haltezeitintervalls 27 befindet sich das Ventilstellelement 12, wie 3 zeigt, ebenfalls noch in der zweiten Endposition.

Davon ausgehend wird in dem sich anschließenden Ausschaltzeitintervall 28 an die Wicklung 5 ein viertes pulsweitenmoduliertes Spannungssignal 34, das mehrere Spannungsimpulse aufweist, angelegt. 5 zeigt schematisch, dass die PWM-Rate innerhalb des Spannungssignals 34 zeitlich variieren kann. Mittels des vierten Spannungssignals 34 wird der elektrische Stromfluss durch die Wicklung 5 so beeinflusst, dass dessen Stromstärke die Ausschaltstromstärke A während eines Zeitraumes 28.2 unterschreitet und danach innerhalb eines Zeitraumes 28.3, also noch während der Bewegung des Ventilstellelements 12 von seiner zweiten Endposition in seine erste Endposition, wieder übersteigt. Wie 5 in den beiden unteren Diagrammen veranschaulicht, erfolgt diese Bewegung des Ventilstellelements 12 während der Zeitintervalle 28.2 und 28.3. Wie das Diagramm der magnetischen Kraft M veranschaulicht, wird die Kraft M in den Zeiträumen 28.3 und insbesondere auch bereits 28.2 nahezu konstant etwas unterhalb des Niveaus der Kraft F der Feder gehalten. Dadurch kann die Beschleunigung des Ankers 9 und des damit verbundenen Ventilstellelementes 12 während der Bewegung zurück in die erste Endposition begrenzt bzw. im Vergleich zu dem bekannten Verfahren verringert werden, so dass am Ende des Ausschaltzeitintervalls 28 eine im Vergleich zum Stand der Technik geringere Geschwindigkeit resultiert. Zum Vergleich ist in dem unteren Diagramm für die Geschwindigkeit v mit durchgezogener Linie der Verlauf für das erfindungsgemäße Verfahren und mit gestrichelter Linie der Verlauf für das bekannte Verfahren eingetragen. Zufolge der geringeren Endgeschwindigkeit können die Aufprallgeräusche bei dem erfindungsgemäßen Verfahren minimiert werden. Wie beschrieben, wird zur Einleitung der Ausschaltbewegung der Magnetstrom ein wenig unter die Ausschaltstromstärke A gesteuert, so dass die Bewegungsphase eingeleitet wird. Die Stromstärke wird anschließend wieder vergrößert. Da der Luftspalt zwischen dem Anker 9 und dem Polkern 6 während der Ausschaltbewegungsphase vergrößert wird, steigt der Strombedarf bei einer konstanten Magnetkraft. Da aber bei dieser Ansteuerung die Magnetkraft ein wenig unterhalb des Gleichgewichtspunktes Magnetkraft u Federkraft liegt, und die Magnetkraft konstant gehalten werden kann, wird entgegen der Federbeschleunigung eine optimale Gegenkraft erzeugt, um die Geschwindigkeit und damit die Geräusche zu minimieren.

Es versteht sich, dass die Ansteuerung der Wicklung 5 für die Einschaltphase (Einschaltintervall 26) und für die Ausschaltphase (Ausschaltzeitintervall 28) unabhängig voneinander durchgeführt werden kann.

Im Hinblick auf den beschriebenen zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in 5 das während des Ausschaltzeitintervalles 28 an der Wicklung 5 anliegende pulsweitenmodulierte Spannungssignal 34 auch alternativ mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet.