DE102008023372B4

DE102008023372B4 - Method and device for operating an adjusting device

Info

Publication number: DE102008023372B4
Application number: DE102008023372.2A
Authority: DE
Inventors: Dr. Denzler Michael; Dr. Hopp Martin; Harald Johannes Kastl; Dr. Schuh Carsten; Dr. Weiße Manfred
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2015-07-16
Anticipated expiration: 2028-05-14
Also published as: WO2009138422A1; DE102008023372A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Stellvorrichtung (SV) mit einem Stellglied (SG) und einem als Festkörperaktuator ausgebildeten Stellantrieb (SA), der zum Einwirken auf das Stellglied ausgebildet ist und in einem Ruhezustand durch einen Leerhub (LH) abtriebsseitig von dem Stellglied (SG) beabstandet ist, bei dem – dem Stellantrieb (SA) sukzessive vorgegebene Mengen an elektrischer Energie zugeführt werden zum Verändern einer Längung (LG) des Stellantriebs (SA), – ein Impedanzverlauf (Zf) mittels Variation der Frequenz eines Wechselspannungssignals (UW), mit dem der Stellantrieb (SA) beaufschlagt wird, ermittelt wird, – abhängig von dem jeweiligen Impedanzverlauf (Zf) ermittelt wird, ob der Stellantrieb (SA) den Leerhub (LH) überwunden hat, und – im Falle des Feststellens, dass der Leerhub (LH) überwunden wurde, abhängig von einer zugeordneten charakteristischen Größe, die charakteristisch ist für die im Vergleich zu dem Ruhezustand zugeführte Menge an elektrischer Energie, der Leerhub (LH) ermittelt wird.Method for operating an adjusting device (SV) with an actuator (SG) and an actuator (SA) designed as a solid-state actuator, which is designed to act on the actuator and spaced in a rest state by an idle stroke (LH) on the output side of the actuator (SG) is, in which - the actuator (SA) successively predetermined amounts of electrical energy are supplied to change a lengthening (LG) of the actuator (SA), - an impedance curve (Zf) by means of variation of the frequency of an AC signal (UW), with the Actuator (SA) is applied, is determined, - is determined depending on the respective impedance curve (Zf), whether the actuator (SA) has overcome the idle stroke (LH), and - in the case of determining that the idle stroke (LH) overcome depending on an associated characteristic quantity which is characteristic of the amount of electrical energy supplied compared to the quiescent state Gie, the idle stroke (LH) is determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Stellvorrichtung mit einem Stellglied und einem als Festkörperaktuator ausgebildeten Stellantrieb.The invention relates to a method and a device for operating an adjusting device with an actuator and an actuator designed as a solid-state actuator.

Immer strengere gesetzliche Vorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemission und des Kraftstoffverbrauchs von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemission und der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden. Sowohl die Höhe der erzeugten Schadstoffemission als auch der Kraftstoffverbrauch einer Brennkraftmaschine ist stark abhängig von einem jeweils erzeugten Luft-/Kraftstoff-Gemisch in einem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Die Ausbildung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches hängt ab von der Dosierung des Kraftstoffs, der dem jeweiligen Zylinder für jeden Brennvorgang mittels eines Einspritzventils zugefügt wird.Increasingly stringent legislation on permissible pollutant emissions and fuel consumption of internal combustion engines, which are arranged in motor vehicles, make it necessary to take various measures by which the pollutant emissions and fuel consumption are reduced. Both the amount of pollutant emissions generated and the fuel consumption of an internal combustion engine is highly dependent on a respectively produced air / fuel mixture in a respective cylinder of the internal combustion engine. The formation of the air / fuel mixture depends on the metering of the fuel, which is added to the respective cylinder for each firing process by means of an injection valve.

Einspritzventile verfügen über eine Stellvorrichtung mit einem Stellglied und einem Stellantrieb. Zur Dosierung einer Kraftstoffzufuhr in den Zylinder kann das Einspritzventil durch eine Ansteuerung des Stellglieds über den Stellantrieb geöffnet oder geschlossen werden. Im Ruhezustand der Stellvorrichtung ist zwischen dem Stellantrieb und dem Stellglied eine Beabstandung ausgebildet, die als Leerhub bezeichnet wird. Eine Voraussetzung für eine genaue Dosierbarkeit des Kraftstoffs in den jeweiligen Zylinder mittels des Einspritzventils ist eine genaue Kenntnis über die Größe des Leerhubs.Injectors have an actuator with an actuator and an actuator. For metering a fuel supply into the cylinder, the injection valve can be opened or closed by actuating the actuator via the actuator. In the resting state of the adjusting device, a spacing is formed between the actuator and the actuator, which is referred to as idle stroke. A prerequisite for accurate metering of the fuel in the respective cylinder by means of the injection valve is an accurate knowledge of the size of the idle stroke.

DE 100 12 607 A1 offenbart ein Kraftstoffeinspritzventil mit einem kapazitiven Stellglied und einem Ventilstoßel. Ein Leerhub zwischen dem Stellglied und dem Ventilstößel wird anhand einer plotzlichen Kapazitätsverringerung des Stellgliedes erkannt. DE 100 12 607 A1 discloses a fuel injector with a capacitive actuator and a valve pusher. An idle stroke between the actuator and the valve stem is detected by a sudden capacity reduction of the actuator.

DE 103 49 307 B3 offenbart einen Injektor mit einem Piezoaktuator, dessen Impedanz oder dessen ohmscher Widerstand anhand unterschiedlicher Werte eines Steuersignals, das jeweils eine entsprechende Stellbewegung des Aktuators erzeugt, ermittelt wird. DE 103 49 307 B3 discloses an injector with a piezo actuator whose impedance or its ohmic resistance is determined on the basis of different values of a control signal, which respectively generates a corresponding actuating movement of the actuator.

DE 198 45 037 A1 offenbart eine Ansteueranordnung eines kapazitiven Aktuators, die einen Messzweig umfasst. Der Messzweig ist mit dem Aktuator gekoppelt. Die Ansteueranordnung ist ausgebildet, während einer Umladung des Messzweigs eine Spannungs- und Strommessung durchzuführen und anhand dieser Kapazitats- und Induktivitätswerte aufzunehmen. Abhangig von den aufgenommenen Kapazitäts- und Induktivitätswerten erfolgt eine nachfolgende Ansteuerung des Aktuators. DE 198 45 037 A1 discloses a drive arrangement of a capacitive actuator comprising a measuring branch. The measuring branch is coupled to the actuator. The drive arrangement is designed to carry out a voltage and current measurement during a transhipment of the measuring branch and to record it on the basis of these capacitance and inductance values. Depending on the recorded capacitance and inductance values, a subsequent actuation of the actuator takes place.

DE 103 31 057 A1 offenbart eine Einstellung eines Leerhubs eines piezoelektrischen Aktuators, wobei zunächst eine Abweichung des Leerhubs von einem Soll-Leerhub ermittelt wird. Fr eine vorgegebene Zeitdauer wird der piezoelektrische Aktuator mit einem konstanten Strom angesteuert, wobei die Zeitdauer abhängig von der ermittelten Abweichung vorgegeben wird. Der aktuelle Leerhub wird anhand einer Temperatur des piezoelektrischen Aktuators und/oder anhand der auf den piezoelektrischen Aktuator wirkenden Kraft ermittelt. DE 103 31 057 A1 discloses an adjustment of an idle stroke of a piezoelectric actuator, wherein initially a deviation of the idle stroke is determined by a desired idle stroke. For a predetermined period of time, the piezoelectric actuator is driven with a constant current, wherein the time duration is predetermined depending on the determined deviation. The current idle stroke is determined on the basis of a temperature of the piezoelectric actuator and / or on the basis of the force acting on the piezoelectric actuator.

DE 103 19 530 A1 offenbart eine Uberwachung eines elektromechanischen Aktuators, der im Rahmen der Uberwachung mit einem Prufsignal, welches beispielsweise als Wechselspannungssignalmit einer vorgegebenen Frequenz ausgebildet ist, angesteuert wird. Abhängig von der Ansteuerung mittels des Prüfsignals wird eine Impedanz des elektromechanischen Aktuators ermittelt und anhand einer plötzlichen Änderung der Impedanz ein Leerhub des elektromechanischen Aktuators ermittelt. DE 103 19 530 A1 discloses a monitoring of an electromechanical actuator, which is controlled in the context of monitoring with a Prufsignal, which is formed for example as an alternating voltage signal with a predetermined frequency. Depending on the control by means of the test signal, an impedance of the electromechanical actuator is determined and determined based on a sudden change in impedance, a no-lift of the electromechanical actuator.

DE 10 2005 025 415 A1 offenbart eine Ansteuerung eines Piezoaktuators, bei der ein Verlauf einer elektrischen Kapazitat über einer Spannung des Piezoaktuators ermittelt wird. Die elektrische Kapazität wird abhängig von einer Wechselspannung mit einer vorgegebenen Frequenz, die an den Piezoaktuator angelegt wird, ermittelt. Anhand des Verlaufs der elektrischen Kapazität wird beispielsweise ein Kontakt zwischen dem Piezoaktuator und einem Ventilkolben erkannt. DE 10 2005 025 415 A1 discloses a control of a piezo actuator, in which a profile of an electrical capacitance over a voltage of the piezo actuator is determined. The electrical capacitance is determined as a function of an alternating voltage having a predetermined frequency, which is applied to the piezoactuator. On the basis of the profile of the electrical capacitance, a contact between the piezoactuator and a valve piston is detected, for example.

DE 10 2004 009 614 A1 offenbart ein Einspritzventil mit einem piezoelektrischen Aktuator, der durch Vorgabe einer Steuerkurve, die repräsentativ ist für maximale Amplituden eines den piezoelektrischen Aktuator ansteuernden Stroms, angesteuert wird. Dabei wird zu Beginn oder am Ende einer Lade- oder Entladephase ein langsam ansteigender bzw. abfallender Ladungsverlauf vorgegeben, um ein Überschwingen des Aktuators zu verhindern. DE 10 2004 009 614 A1 discloses an injector having a piezoelectric actuator driven by presetting a control cam representative of maximum amplitudes of a current driving the piezoelectric actuator. In this case, at the beginning or at the end of a charging or discharging phase, a slowly rising or falling charge profile is predetermined in order to prevent overshooting of the actuator.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, mit dem beziehungsweise mit der der Leerhub zuverlässig ermittelt werden kann.It is an object of the invention to provide a method and a corresponding device with which the idle stroke can be reliably determined.

Gemäß eines ersten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Stellvorrichtung mit einem Stellglied und einem als Festkörperaktuator ausgebildeten Stellantrieb. Der Stellantrieb ist ausgebildet zum Einwirken auf das Stellglied und ist in einem Ruhezustand beabstandet durch einen Leerhub abtriebsseitig von dem Stellglied. Dem Stellantrieb werden sukzessive vorgegebene Mengen an elektrischer Energie zugefuhrt zum Verandern einer Längung des Stellantriebs. According to a first aspect, the invention is characterized by a method and a device for operating an adjusting device with an actuator and an actuator designed as a solid-state actuator. The actuator is designed to act on the actuator and is in a resting state spaced by an idle stroke on the output side of the actuator. The actuator is successively supplied predetermined amounts of electrical energy to change a lengthening of the actuator.

Ein Impedanzverlauf wird ermittelt mittels Variation der Frequenz eines Wechselspannungssignals, mit dem der Stellantrieb beaufschlagt wird. Abhängig von dem jeweiligen Impedanzverlauf wird ermittelt, ob der Stellantrieb den Leerhub uberwunden hat. Im Falle des Feststellens, dass der Leerhub uberwunden wurde, abhängig von einer zugeordneten charakteristischen Größe, die charakteristisch ist für die im Vergleich zu dem Ruhezustand zugeführte Menge an elektrischer Energie, wird der Leerhub ermittelt. Dies ermoglicht eine sehr genaue Ermittlung des Leerhubs. Ferner kann die Ermittlung des Leerhubs direkt an einem Motorprüfstand oder in einem Fahrzeug erfolgen, ohne dass ein Ausbau und/oder ein Transport der Stellvorrichtung notwendig sind. Insbesondere müssen an der Stellvorrichtung zur Ermittlung des Leerhubs keine Veranderungen vorgenommen werden.An impedance curve is determined by varying the frequency of an AC signal applied to the actuator. Depending on the respective impedance curve, it is determined whether the actuator has overcome the idle stroke. In the case of determining that the idle stroke has been overcome, depending on an associated characteristic quantity which is characteristic of the amount of electrical energy supplied in comparison to the idle state, the idle stroke is determined. This allows a very accurate determination of the idle stroke. Furthermore, the determination of the idle stroke can be carried out directly on an engine test bench or in a vehicle, without the need for removal and / or transport of the adjusting device. In particular, no changes must be made to the adjusting device for determining the idle stroke.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden dem Stellantrieb sukzessive vorgegebene Mengen an elektrischer Energie zugeführt mittels einer jeweiligen vorgegebenen Erhöhung einer Gleichspannung, mit der der Stellantrieb beaufschlagt wird.In an advantageous embodiment, the actuator is supplied successively predetermined amounts of electrical energy by means of a respective predetermined increase in a DC voltage, with which the actuator is acted upon.

Dies ermöglicht es, dem Stellantrieb die vorgegebenen Mengen an elektrischer Energie sehr genau zuzuführen.This makes it possible to supply the actuator with the predetermined amounts of electrical energy very accurately.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Größe, die charakteristisch ist für die im Vergleich zu dem Ruhezustand zugeführte Menge an elektrischer Energie, eine Gleichspannung. Dies ermöglicht eine einfache Zuordnung der charakteristischen Größe zu der Gleichspannung.According to a further advantageous embodiment, the variable which is characteristic of the amount of electrical energy supplied in comparison with the rest state is a DC voltage. This allows easy assignment of the characteristic quantity to the DC voltage.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird abhängig von einem Kopplungsfaktor ermittelt, ob der Stellantrieb den Leerhub überwunden hat, wobei der Kopplungsfaktor abhängig von dem jeweiligen Impedanzverlauf ermittelt wird. Dies ermöglicht eine sehr genaue Feststellung, ob der Stellantrieb den Leerhub überwunden hat, dadurch, dass der Impedanzverlauf sehr genau ermittelt werden kann.In a further advantageous embodiment, it is determined depending on a coupling factor, whether the actuator has overcome the idle stroke, wherein the coupling factor is determined depending on the respective impedance curve. This allows a very accurate determination of whether the actuator has overcome the idle stroke, characterized in that the impedance curve can be determined very accurately.

Gemäß eines zweiten Aspekts zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Stellvorrichtung mit einem Stellglied und einem als Festkörperaktuator ausgebildeten Stellantrieb. Der Stellantrieb ist ausgebildet zum Einwirken auf das Stellglied. Dem Stellantrieb wird eine vorgegebene Menge an elektrischer Energie zugeführt, ausgehend von einem Ruhezustand des Stellantriebs zum Verändern einer Längung des Stellantriebs entsprechend eines vorgegebenen Leerhubs. Die Position des Stellantriebs relativ zu dem Stellglied wird jeweils sukzessive mechanisch verändert. Ein Impedanzverlauf wird ermittelt mittels Variation der Frequenz eines Wechselspannungssignals, mit dem der Stellantrieb beaufschlagt wird. Abhängig von dem jeweiligen Impedanzverlauf wird ermittelt, ob der Stellantrieb die Beabstandung zu dem Stellglied überwunden hat. Im Falle des Feststellens, dass die Beabstandung zwischen dem Stellantrieb und dem Stellglied überwunden wurde, wird das sukzessive mechanische Verändern der Position des Stellantriebs relativ zu dem Stellglied beendet. Dies ermöglicht die einfache Vorgabe des Leerhubs abhängig von der vorgegebenen Menge an elektrischer Energie.According to a second aspect, the invention is characterized by a method and a device for operating an adjusting device with an actuator and an actuator designed as a solid-state actuator. The actuator is designed to act on the actuator. The actuator is supplied with a predetermined amount of electric power, starting from an idle state of the actuator for varying an elongation of the actuator according to a predetermined idle stroke. The position of the actuator relative to the actuator is each successively changed mechanically. An impedance curve is determined by varying the frequency of an AC signal applied to the actuator. Depending on the respective impedance curve, it is determined whether the actuator has overcome the spacing to the actuator. In the case of determining that the spacing between the actuator and the actuator has been overcome, the successive mechanical variation of the position of the actuator relative to the actuator is terminated. This allows the simple specification of the idle stroke depending on the predetermined amount of electrical energy.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird dem Stellantrieb die vorgegebene Menge an elektrischer Energie zugeführt mittels einer vorgegebenen Gleichspannung, mit der der Stellantrieb beaufschlagt wird. Dies ermöglicht es, dem Stellantrieb die vorgegebene Menge an elektrischer Energie sehr genau zuzuführen.In a further advantageous embodiment, the actuator is the predetermined amount of electrical energy supplied by means of a predetermined DC voltage, with which the actuator is acted upon. This makes it possible to supply the actuator with the predetermined amount of electrical energy very accurately.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird abhängig von einem Kopplungsfaktor ermittelt, ob die Beabstandung zwischen dem Stellantrieb und dem Stellglied überwunden wurde, wobei der Kopplungsfaktor abhängig von dem jeweiligen Impedanzverlauf ermittelt wird. Dies ermöglicht eine sehr genaue Feststellung, ob die Beabstandung zwischen dem Stellantrieb und dem Stellglied überwunden wurde, dadurch, dass der Impedanzverlauf sehr genau ermittelt werden kann.According to a further advantageous embodiment is determined depending on a coupling factor, whether the spacing between the actuator and the actuator has been overcome, wherein the coupling factor is determined depending on the respective impedance curve. This allows a very accurate determination of whether the spacing between the actuator and the actuator has been overcome, in that the impedance curve can be determined very accurately.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Kopplungsfaktor jeweils ermittelt abhängig von mindestens einem Impedanzminimum und mindestens einem Impedanzmaximum, die jeweils mittels des Impedanzverlaufs ermittelt werden. Dies ermöglicht eine einfache Ermittlung des Kopplungsfaktors jeweils abhängig von mindestens einem Impedanzmaximum und mindestens einem Impedanzminimum des Impedanzverlaufs.In a further advantageous embodiment, the coupling factor is determined in each case depending on at least one impedance minimum and at least one impedance maximum, which are respectively determined by means of the impedance curve. This allows a simple determination of the coupling factor respectively depending on at least one impedance maximum and at least one impedance minimum of the impedance curve.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Kopplungsfaktor ermittelt mittels einer Serienresonanzfrequenz und einer Parallelresonanzfrequenz, die jeweils Ersatzschwingkreisen zugeordnet sind, wobei die Serienresonanzfrequenz und die Parallelresonanzfrequenz jeweils abhängig von dem Impedanzmaximum und dem Impedanzminimum ermittelt werden. Dies ermöglicht eine sehr genaue Ermittlung des Kopplungsfaktors abhängig von der Serienresonanzfrequenz und der Parallelresonanzfrequenz.According to a further advantageous embodiment, the coupling factor is determined by means of a series resonant frequency and a parallel resonant frequency, which are each associated with equivalent resonant circuits, wherein the series resonant frequency and the parallel resonant frequency are respectively determined as a function of the impedance maximum and the impedance minimum. This allows a very accurate determination of the coupling factor as a function of the series resonant frequency and the parallel resonant frequency.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Stellantrieb angesteuert in einem Kleinsignalbereich. Dies ermöglicht ein wirksames Verhindern von Domänenverschiebungen in dem Festkörperaktuator.In a further advantageous embodiment, the actuator is driven in a small signal range. This enables effective prevention of domain shifts in the solid state actuator.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert:Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the schematic drawings:

Es zeigen:Show it:

1 ein Einspritzventil im Längsschnitt, 1 an injection valve in longitudinal section,

2 eine schematische Darstellung einer Stellvorrichtung mit einem Stellantrieb und einem Stellglied, 2 a schematic representation of an adjusting device with an actuator and an actuator,

3 ein elektrisches Ersatzschaltbild eines Stellantriebs, 3 an electrical equivalent circuit of an actuator,

4 einen Impedanzverlauf und eine zugehörige Phase über der Frequenz eines Stellantriebs bei einem beaufschlagten Wechselspannungssignal, 4 an impedance curve and an associated phase above the frequency of an actuator with an applied AC signal,

5a ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Ermittlung eines Leerhubs, 5a a flowchart of a method for determining a Leerhubs,

5b ein weiteres Ablaufdiagramm für eine Ausgestaltung eines Verfahrens zur Ermittlung eines Leerhubs, 5b a further flow chart for an embodiment of a method for determining an idle stroke,

6 ein weiteres Ablaufdiagramm für eine Ausgestaltung eines Verfahrens zur Vorgabe eines Leerhubs. 6 a further flowchart for an embodiment of a method for specifying a Leerhubs.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements of the same construction or function are provided across the figures with the same reference numerals.

1 zeigt ein Einspritzventil 10 mit einem Stellantrieb SA (2), der als Festkörperaktuator 12 ausgebildet ist, und einem Stellglied SG (2), das eine Düsennadel 14 umfasst. Der als Festkörperaktuator 12 ausgebildete Stellantrieb SA basiert beispielsweise auf dem Piezo-Prinzip, kann jedoch beispielsweise auch auf dem Prinzip der Magnetostriktion basieren oder auf einem weiteren Prinzip, das dem zuständigen Fachmann für den Einsatz als Festkörperaktuator 12 bekannt ist. 1 shows an injection valve 10 with an actuator SA ( 2 ), which acts as a solid-state actuator 12 is formed, and an actuator SG ( 2 ), which is a nozzle needle 14 includes. The as a solid state actuator 12 trained actuator SA is based for example on the piezoelectric principle, but for example, based on the principle of magnetostriction or on a further principle, the competent person skilled in the use of a solid state actuator 12 is known.

Das Einspritzventil 10 umfasst ferner einen Gehäusekörper 16 mit einer Gehäusekörperausnehmung 18, in der der Festkörperaktuator 12 angeordnet ist, sowie einen Düsenkörper 20, in dem die Düsennadel 14 angeordnet ist. Das Einspritzventil 10 wird vorzugsweise genutzt zum Einsatz als Kraftstoffeinspritzventil für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs.The injection valve 10 further comprises a housing body 16 with a housing body recess 18 in which the solid state actuator 12 is arranged, and a nozzle body 20 in which the nozzle needle 14 is arranged. The injection valve 10 is preferably used for use as a fuel injection valve for an internal combustion engine of a vehicle.

Der Festkörperaktuator 12 umfasst mindestens ein Piezoelement 22, eine Kopfplatte 24, eine Bodenplatte 26 und eine Rohrfeder 28. Seitlich ist das Piezoelement 22 von der Rohrfeder 28 umschlossen, an der der Düsennadel 14 zugewandten Seite ist das Piezoelement 22 mit der Bodenplatte 26 kraftschlüssig gekoppelt und an der der Düsennadel 14 abgewandten Seite ist das Piezoelement 22 mit der Kopfplatte 24 kraftschlüssig gekoppelt. Abhängig von einem Stellsignal, das an den Festkörperaktuator 12 angelegt wird, verändert der Festkörperaktuator 12 in axialer Richtung einer Längsachse L seine Länge um eine Längung LG (2). Der Festkörperaktuator 12 kann ferner entlang der Längsachse L hinsichtlich seiner Position POS (2) verändert werden.The solid state actuator 12 includes at least one piezoelectric element 22 , a headstock 24 , a floor plate 26 and a bourdon tube 28 , On the side is the piezo element 22 from the Bourdon tube 28 enclosed, at the nozzle needle 14 facing side is the piezoelectric element 22 with the bottom plate 26 positively coupled and at the nozzle needle 14 opposite side is the piezoelectric element 22 with the head plate 24 positively coupled. Depending on a control signal applied to the solid state actuator 12 is applied, the solid state actuator changes 12 in the axial direction of a longitudinal axis L its length by an elongation LG ( 2 ). The solid state actuator 12 can also be measured along the longitudinal axis L with respect to its position POS (FIG. 2 ) to be changed.

Eine Düsenbaugruppe 30 umfasst den Düsenkörper 20 und eine Düsenkörperausnehmung 32, die sich in axialer Richtung entlang der Längsachse L in dem Düsenkörper 20 erstreckt. An einem freien Ende der Düsenkörperausnehmung 32 ist ein Fluidaustritt 34 ausgebildet, der das Einspritzventil 10 öffnet oder schließt, abhängig von der Position der Düsennadel 14 entlang der Langsachse L.A nozzle assembly 30 includes the nozzle body 20 and a nozzle body recess 32 extending in the axial direction along the longitudinal axis L in the nozzle body 20 extends. At a free end of the nozzle body recess 32 is a fluid outlet 34 formed, which the injection valve 10 opens or closes, depending on the position of the nozzle needle 14 along the Langsachse L.

Das Einspritzventil 10 ist ein nach außen öffnendes Ventil. In einer alternativen Ausführungsform kann das Einspritzventil 10 auch von einem nach innen öffnenden Typ sein.The injection valve 10 is an outward-opening valve. In an alternative embodiment, the injection valve 10 also be of an inward-opening type.

2 zeigt eine Steuervorrichtung ST zum Betreiben einer Stellvorrichtung SV. Die Steuervorrichtung ST umfasst eine Schnittstelle IO, einen Programmspeicher ROM zur Speicherung eines Programms, einen Datenspeicher RAM zur Speicherung von Daten und einen Prozessor CPU. Die Stellvorrichtung SV umfasst ein Stellglied SG und einen Stellantrieb SA, der zum Einwirken auf das Stellglied SG ausgebildet ist. 2 shows a control device ST for operating an adjusting device SV. The control device ST comprises an interface IO, a program memory ROM for storing a program, a data memory RAM for storing data and a processor CPU. The adjusting device SV comprises an actuator SG and an actuator SA, which is designed to act on the actuator SG.

Die Steuervorrichtung ST ist gekoppelt über die Schnittstelle IO mit einem Spannungsgenerator US und einem Impedanzmessgerät ZM. Der Spannungsgenerator US und das Impedanzmessgerät ZM sind gekoppelt mit dem Stellantrieb SA der Stellvorrichtung SV.The control device ST is coupled via the interface IO with a voltage generator US and an impedance measuring device ZM. The voltage generator US and the impedance measuring device ZM are coupled to the actuator SA of the adjusting device SV.

Das von der Steuervorrichtung ST ausgeführte Programm gibt dem Stellantrieb SA über die Schnittstelle IO und den Spannungsgenerator US ein Stellsignal vor und ermittelt einen Impedanzverlauf Zf des Stellantriebs SA über die Schnittstelle IO. Bei dem vorgegebenen Stellsignal handelt es sich beispielsweise um eine Gleichspannung UG, mit der der Stellantrieb SA beaufschlagt wird. Mittels des Spannungsgenerators US kann der Stellantrieb SA ferner mit einem Wechselspannungssignal UW beaufschlagt werden.The program executed by the control device ST provides the actuator SA with an actuating signal via the interface IO and the voltage generator US and determines an impedance curve Zf of the actuator SA via the interface IO. The predetermined actuating signal is, for example, a DC voltage UG, with which the actuator SA is acted upon. By means of the voltage generator US, the actuator SA can also be acted upon by an AC voltage signal UW.

Der Stellantrieb SA ist beabstandet von dem Stellglied SG durch eine Beabstandung BA abhängig von der Position POS und der Längung LG des Stellantriebs SA. Die Position POS ist ein Maß für eine Verschiebung des Stellantriebs SA entlang der Längsachse L relativ zu dem Stellglied SG. Die Längung LG ist eine Auslenkung des Stellantriebs SA entlang der Längsachse L aus einem Ruhezustand. Im Ruhezustand ist die dem Stellantrieb SA zugeführte Menge an elektrischer Energie gleich Null. Bei konstanter Position POS und für den Fall, dass sich der Stellantrieb SA in dem Ruhezustand befindet, ist die Beabstandung BA dem Leerhub LH zugeordnet.The actuator SA is spaced from the actuator SG by a spacing BA depending on the position POS and the elongation LG of the actuator SA. The position POS is a measure of a displacement of the actuator SA along the longitudinal axis L relative to the actuator SG. The elongation LG is a deflection of the actuator SA along the longitudinal axis L from a rest state. At rest, the actuator SA supplied amount of electrical energy is zero. In a constant position POS and in the event that the actuator SA is in the idle state, the spacing BA is assigned to the idle stroke LH.

Die Längung LG des Stellantriebs SA ist abhängig von einer Menge an elektrischer Energie, die dem Stellantrieb SA mittels des Stellsignals zugeführt wird. Je größer die zugeführte Menge an elektrischer Energie ist, desto größer ist die Längung LG. Für den Fall, dass die Beabstandung BA gleich Null ist, kann abhängig von einer der Längung LG zugeordneten charakteristischen Größe, die charakteristisch ist für die im Vergleich zu dem Ruhezustand zugeführte Menge an elektrischer Energie, der Leerhub LH ermittelt werden.The elongation LG of the actuator SA is dependent on an amount of electrical energy which is supplied to the actuator SA by means of the control signal. The larger the amount of electrical energy supplied, the greater the elongation LG. In the event that the spacing BA is equal to zero, the idle stroke LH can be determined as a function of a characteristic variable associated with the elongation LG which is characteristic of the amount of electrical energy supplied in comparison to the quiescent state.

Bei der charakteristischen Größe, die charakteristisch ist für die im Vergleich zu dem Ruhezustand zugeführte Menge an elektrischer Energie, kann es sich beispielsweise um die Gleichspannung UG handeln, mit der der Stellantrieb SA mittels des Spannungsgenerators US beaufschlagt werden kann. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass dem Stellantrieb SA die Menge an zugeführter elektrischer Energie mittels der Gleichspannung UG zugeführt wird. Zum Verändern der dem Stellantrieb SA zugeführten elektrischen Energie kann beispielsweise einfach die Gleichspannung UG verändert werden. Beispielsweise kann die Gleichspannung UG sukzessive erhöht werden, um dem Stellantrieb SA sukzessive Mengen an elektrischer Energie zuzuführen.The characteristic quantity which is characteristic of the quantity of electrical energy supplied in comparison to the quiescent state can be, for example, the DC voltage UG with which the actuator SA can be acted upon by the voltage generator US. In the following, it is assumed that the actuator SA is supplied with the amount of supplied electrical energy by means of the DC voltage UG. To change the electric power supplied to the actuator SA, for example, simply the DC voltage UG can be changed. For example, the DC voltage UG can be successively increased to supply the actuator SA successively amounts of electrical energy.

Der Arbeitsbereich zum Beaufschlagen des Stellantriebs SA mit der Gleichspannung UG kann beispielsweise zwischen 0 Volt und 150 Volt liegen. Er kann jedoch auch anders ausgebildet sein. Im Ruhezustand des Stellantriebs SA beträgt die Gleichspannung UG 0 Volt. Das Verhalten des Stellantriebs SA bezüglich der Längung LG über der Gleichspannung UG kann beispielsweise einen Mikrometer pro 5 Volt betragen. Es kann jedoch auch anders ausgebildet sein.The working range for applying the actuator SA with the DC voltage UG may be, for example, between 0 volts and 150 volts. However, he can also be trained differently. In the idle state of the actuator SA, the DC voltage UG is 0 volts. The behavior of the actuator SA with respect to the elongation LG over the DC voltage UG may be, for example, one micron per 5 volts. However, it can also be designed differently.

Der Leerhub LH kann beispielsweise 5 Mikrometer betragen. Er kann jedoch von diesem Wert abweichen. Insbesondere kann der Leerhub LH bei Betrieb der Stellvorrichtung SV in einer Brennkraftmaschine im Laufe der Zeit absinken. Der Leerhub kann beispielsweise im Laufe der Zeit bis auf Null absinken, was den Betrieb der Stellvorrichtung SV gefährdet. Eine genaue und reproduzierbare Ermittlung des Leerhubs LH ist deshalb für den Betrieb der Brennkraftmaschine sehr wichtig.The idle stroke LH may be, for example, 5 microns. However, it may differ from this value. In particular, the idle stroke LH may decrease during operation of the adjusting device SV in an internal combustion engine over time. For example, the idle stroke may drop to zero over time, jeopardizing the operation of the actuator SV. An accurate and reproducible determination of the idle stroke LH is therefore very important for the operation of the internal combustion engine.

Der Stellantrieb SA ändert sein mechanisches Schwingungsverhalten entsprechend der Frequenz und der Amplitude des Wechselspannungssignals UW um einen mittels der jeweiligen Höhe der Gleichspannung UG vorgegebenen Arbeitspunkt. Durch eine Auswertung seines Schwingungsverhaltens kann zuverlässig ermittelt werden, ob der Stellantrieb SA mit dem Stellglied SG mechanisch gekoppelt ist. Zur Auswertung des Schwingungsverhaltens des Stellantriebs SA wird der aus dem Wechselspannungssignal UW resultierende Impedanzverlauf Zf des Stellantriebs SA ermittelt, woraus anschließend ein Kopplungsfaktor K ermittelt wird.The actuator SA changes its mechanical vibration behavior according to the frequency and the amplitude of the AC voltage signal UW by a predetermined by means of the respective level of the DC voltage UG operating point. By evaluating its vibration behavior can be reliably determined whether the actuator SA is mechanically coupled to the actuator SG. For evaluation of the Vibration behavior of the actuator SA is determined from the AC signal UW resulting impedance curve Zf of the actuator SA, from which then a coupling factor K is determined.

Der Kopplungsfaktor K ist eine piezoelektrische Größe, die ein Maß für die Umsetzung von elektrischer in mechanische Energie und umgekehrt darstellt. Bezieht sich der Kopplungsfaktor K ganz allgemein auf ein piezoelektrisches Element mit beliebigen Abmessungen, so wird er als effektiver Kopplungsfaktor Keff bezeichnet und berücksichtigt dann die in allen Richtungen auftretenden Energien. Das Quadrat des effektiven Kopplungsfaktors, Keff², ist definiert als das Verhältnis der maximal umgewandelten, gespeicherten Energie zur gesamten gespeicherten Energie. Im Folgenden kann der effektive Kopplungsfaktor Keff durch den Kopplungsfaktor K repräsentiert sein.The coupling factor K is a piezoelectric quantity which represents a measure for the conversion of electrical energy into mechanical energy and vice versa. If the coupling factor K generally refers to a piezoelectric element of arbitrary dimensions, it is referred to as the effective coupling factor Keff and then takes into account the energies occurring in all directions. The square of the effective coupling factor, Keff ² , is defined as the ratio of the maximum converted stored energy to the total stored energy. In the following, the effective coupling factor Keff can be represented by the coupling factor K.

Der Kopplungsfaktor K wird ermittelt abhängig von einer Auswertung des Impedanzverlaufs Zf des Stellantriebs SA. Ein Zusammenhang zwischen dem Kopplungsfaktor K und dem Impedanzverlauf Zf ergibt sich mittels einer Modellierung des Stellantriebs SA durch elektrische Größen, mit deren Hilfe das Schwingverhalten des Stellantriebs SA abgebildet werden kann und aus denen der Kopplungsfaktor K errechnet wird. Ein sich änderndes Schwingverhalten des Stellantriebs SA wird auf diese Weise von dem Kopplungsfaktor K widergespiegelt.The coupling factor K is determined as a function of an evaluation of the impedance curve Zf of the actuator SA. A relationship between the coupling factor K and the impedance curve Zf is obtained by means of a modeling of the actuator SA by electrical variables, with the aid of which the vibration behavior of the actuator SA can be mapped and from which the coupling factor K is calculated. A changing oscillation behavior of the actuator SA is thus reflected by the coupling factor K.

3 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild ELS des Stellantriebs SA, welches das dynamische Verhalten des Stellantriebs SA unter Einwirkung des Wechselspannungssignals UW modelliert. Es werden mechanische Größen des Stellantriebs SA abgebildet auf elektrische Größen eines elektrischen Schwingungskreises. Das elektrische Ersatzschaltbild ELS in 3 umfasst eine Kapazität C0, die als Kapazität eines Plattenkondensators ausgebildet ist, den der beispielsweise als Piezoelement 10 eines Piezoaktuators 8 ausgebildete Stellantrieb SA mit seinem Dielektrikum und seinen metallbeschichteten Flächen ausbildet, die hier nicht dargestellt sind. Parallel zur ersten Kapazität C0 sind geschaltet eine weitere Kapazität C1, eine Induktivität L1, ein erster ohmscher Widerstand R1 und ein weiterer ohmscher Widerstand RL. Durch die erste Kapazität C0 fließt ein Strom I0. Durch die weitere Kapazität C1, die Induktivität L1, den ersten ohmschen Widerstand R1 und den weiteren ohmschen Widerstand RL fließt ein Strom I1. Die weitere Kapazität C1 repräsentiert einen Reziprokwert einer Federsteifigkeit. Die erste Induktivität L1 repräsentiert eine träge Masse. Der erste ohmsche Widerstand R1 repräsentiert interne Verluste, beispielsweise eine Reibung im mechanischen System. Der weitere ohmsche Widerstand RL repräsentiert äußere Verluste, beispielsweise eine mechanische Belastung. 3 shows an electrical equivalent circuit diagram ELS of the actuator SA, which models the dynamic behavior of the actuator SA under the action of the AC voltage signal UW. Mechanical variables of the actuator SA are mapped to electrical variables of an electrical oscillation circuit. The electrical equivalent circuit ELS in 3 comprises a capacitance C0, which is formed as a capacitance of a plate capacitor, the example of a piezoelectric element 10 a piezo actuator 8th trained actuator SA forms with its dielectric and its metal-coated surfaces, which are not shown here. Connected in parallel with the first capacitor C0 are a further capacitor C1, an inductance L1, a first ohmic resistance R1 and a further ohmic resistance RL. A current I0 flows through the first capacitance C0. A further current I1 flows through the further capacitance C1, the inductance L1, the first ohmic resistance R1 and the further ohmic resistance RL. The additional capacitance C1 represents a reciprocal of a spring stiffness. The first inductance L1 represents an inertial mass. The first ohmic resistance R1 represents internal losses, for example a friction in the mechanical system. The further ohmic resistance RL represents external losses, for example a mechanical load.

In Folge des elektrischen Ersatzschaltbildes ELS kann eine mechanische Resonanz wie im elektrischen Fall beschrieben werden. Kommt es beispielsweise zu einer Veränderung der Längung LG des Stellantriebs SA, so ändert sich der Impedanzverlauf Zf und mit ihm ändern sich andere elektrische Größen, aus denen der Kopplungsfaktor K ermittelt wird. Daraus lässt sich sehr leicht ableiten, ob der Leerhub LH überwunden wurde, oder nicht.As a result of the electrical equivalent circuit diagram ELS, a mechanical resonance can be described as in the electrical case. If, for example, there is a change in the elongation LG of the actuator SA, then the impedance curve Zf changes and with it change other electrical variables from which the coupling factor K is determined. From this it is very easy to deduce whether the idle stroke LH has been overcome or not.

Mittels des Wechselspannungssignals UW wird der Stellantrieb SA mit Frequenzen beaufschlagt. Es wird angenommen, dass sich eine Frequenz, bei der der Impedanzverlauf Zf minimal wird, im folgenden Minimalimpedanzfrequenz fm genannt, in unmittelbarer Nähe einer dem elektrischen Ersatzschaltbild ELS zugeordneten Serienresonanzfrequenz fs befindet. Die Serienresonanzfrequenz fs ist gegeben durch die folgende Gleichung:

By means of the AC voltage signal UW, the actuator SA is acted upon by frequencies. It is assumed that a frequency at which the impedance curve Zf becomes minimal, referred to below as the minimum impedance frequency fm, is in the immediate vicinity of a series resonant frequency fs assigned to the equivalent electrical circuit diagram ELS. The series resonance frequency fs is given by the following equation:

Ferner wird angenommen, dass sich eine weitere Frequenz, bei der der Impedanzverlauf Zf maximal wird, im folgenden Maximalimpedanzfrequenz fn genannt, in unmittelbarer Nähe einer dem elektrischen Ersatzschaltbild ELS zugeordneten Parallelresonanzfrequenz fp befindet. Die Parallelresonanzfrequenz fp wird wiedergegeben durch die folgende Gleichung:

Furthermore, it is assumed that a further frequency at which the impedance profile Zf becomes maximum, referred to below in the following maximum impedance frequency fn, is in the immediate vicinity of a parallel resonance frequency fp assigned to the electrical equivalent circuit diagram ELS. The parallel resonance frequency fp is represented by the following equation:

Das Quadrat des Kopplungsfaktors K wird ermittelt in Abhängigkeit von der Serienresonanzfrequenz fs und der Parallelresonanzfrequenz fp wie folgt: K = 1 – ( fs / fp)² (3) The square of the coupling factor K is determined as a function of the series resonant frequency fs and the parallel resonant frequency fp as follows: K = 1 - (fs / fp) ² (3)

Durch diese diese Gleichung ist es möglich, den Kopplungsfaktor K leicht zu ermitteln mittels der Serienresonanzfrequenz fs und der Parallelresonanzfrequenz fp, die mittels jeweils eines Impedanzmaximums Zfmax und eines Impedanzminimums Zfmin des Impedanzverlaufs Zf ermittelt werden. By this this equation, it is possible to easily determine the coupling factor K by means of the series resonance frequency fs and the parallel resonance frequency fp, which are determined by means of an impedance maximum Zfmax and an impedance minimum Zfmin of the impedance curve Zf.

Ein beispielhafter Impedanzverlauf Zf eines Stellantriebs SA und ein zugeordneter Phasenverlauf Ph sind in 4 über der Frequenz aufgetragen. Die Serienresonanzfrequenz fs und die Parallelresonanzfrequenz fp sind in dem Impedanzverlauf Zf markiert. Die Serienresonanzfrequenz fs kann beispielsweise 14,600 kHz betragen. Die Parallelresonanzfrequenz fp kann beispielsweise 16,000 kHz betragen. Die Werte der Serienresonanzfrequenz fs und der Parallelresonanzfrequenz fp ändern sich, wenn sich das Schwingungsverhalten des Stellantriebs SA ändert. Der Kopplungsfaktor K reagiert damit sehr sensitiv auf Änderungen des Schwingungsverhaltens. Wenn der Stellantrieb SA mit dem Stellglied SG koppelt, ändert sich der Kopplungsfaktor K typischerweise um 5 bis 50%.An exemplary impedance curve Zf of an actuator SA and an associated phase curve Ph are in 4 applied over the frequency. The series resonance frequency fs and the parallel resonance frequency fp are marked in the impedance curve Zf. The series resonance frequency fs may be, for example, 14.600 kHz. The parallel resonance frequency fp may be 16,000 kHz, for example. The values of the series resonance frequency fs and the parallel resonance frequency fp change as the vibration behavior of the actuator SA changes. The coupling factor K thus reacts very sensitively to changes in the vibration behavior. When the actuator SA couples to the actuator SG, the coupling factor K typically varies by 5 to 50%.

Der Kopplungsfaktor K lässt sich abhängig vom Impedanzverlauf Zf leicht ermitteln, ohne dass für alle elektrischen Größen des elektrischen Ersatzschaltbildes ELS Werte ermittelt werden müssen. Zur Ermittlung des Kopplungsfaktors K ist eine Ermittlung der Serienresonanzfrequenz fs und der Parallelresonanzfrequenz fp ausreichend.The coupling factor K can easily be determined as a function of the impedance curve Zf, without it being necessary to determine values for all electrical variables of the electrical equivalent circuit diagram ELS. To determine the coupling factor K, a determination of the series resonance frequency fs and the parallel resonance frequency fp is sufficient.

5a zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens, mit dem der Leerhub LH ermittelt werden kann. 5a shows a flowchart of an embodiment of a method with which the idle stroke LH can be determined.

5a zeigt ein Ablaufdiagramm eines Programms, wie es beispielsweise von der Steuervorrichtung ST ausgeführt werden kann. Das Programm wird gestartet in einem ersten Programmschritt S1. In einem zweiten Programmschritt S2 wird der Stellantrieb SA beaufschlagt mit der Gleichspannung UG und dem Wechselspannungssignal UW. Bevorzugt ist der Anfangswert der Gleichspannung UG klein und mit negativem Vorzeichen ausgebildet. Das stellt sicher, dass der Stellantrieb SA zu Beginn des dritten Programmschritts S3 nicht mit dem Stellglied SG mechanisch gekoppelt ist. Das Wechselspannungssignal UW variiert in seiner Frequenz und weist bevorzugt Frequenzen aus einem Frequenzbereich zwischen 10 kHz und 100 kHz auf. Die Amplitude des Wechselspannungssignals UW ist bevorzugt klein gegenüber der Höhe der Gleichspannung UG. Beispielsweise beträgt die Amplitude des Wechselspannungssignals UW 1 Volt. 5a shows a flowchart of a program, as it can be performed for example by the control device ST. The program is started in a first program step S1. In a second program step S2, the actuator SA is acted upon by the DC voltage UG and the AC voltage signal UW. Preferably, the initial value of the DC voltage UG is small and formed with a negative sign. This ensures that the actuator SA is not mechanically coupled to the actuator SG at the beginning of the third program step S3. The alternating voltage signal UW varies in frequency and preferably has frequencies from a frequency range between 10 kHz and 100 kHz. The amplitude of the AC voltage signal UW is preferably small compared to the level of the DC voltage UG. For example, the amplitude of the alternating voltage signal UW is 1 volt.

In Abhängigkeit von dem Wechselspannungssignal UW wird in einem dritten Programmschritt S3 der Impedanzverlauf Zf ermittelt. In einem vierten Programmschritt S4 wird der Kopplungsfaktor K ermittelt, abhängig von dem Impedanzverlauf Zf. Beispielsweise kann der Kopplungsfaktor K ermittelt werden abhängig von der Serienresonanzfrequenz fs und der Parallelresonanzfrequenz fs, die mittels des Impedanzverlaufs Zf ermittelt werden. Unterschreitet der Kopplungsfaktor K einen vorgegebenen absoluten Schwellwert K_TH, was in einem fünften Programmschritt S5 abgeprüft wird, so wird davon ausgegangen, dass der Stellantrieb SA den Leerhub LH überwunden hat.As a function of the alternating voltage signal UW, the impedance curve Zf is determined in a third program step S3. In a fourth program step S4, the coupling factor K is determined, depending on the impedance curve Zf. For example, the coupling factor K can be determined depending on the series resonance frequency fs and the parallel resonance frequency fs, which are determined by means of the impedance curve Zf. If the coupling factor K falls below a predetermined absolute threshold K_TH, which is checked in a fifth program step S5, it is assumed that the actuator SA has overcome the idle stroke LH.

Ist dies der Fall, dann springt das Programm in einen siebten Programmschritt S7. In dem siebten Programmschritt S7 kann der Leerhub LH in Abhängigkeit von der Gleichspannung UG ermittelt werden. Der Programmablauf endet in diesem Fall in einem achten Programmschritt S8.If this is the case, then the program jumps to a seventh program step S7. In the seventh program step S7, the idle stroke LH can be determined as a function of the DC voltage UG. The program sequence ends in this case in an eighth program step S8.

Wird der absolute Schwellwert K_TH in dem fünften Programmschritt S5 nicht unterschritten, so wird davon ausgegangen, dass der Stellantrieb den Leerhub LH nicht überwunden hat. Infolgedessen wird dem Stellantrieb SA in einem sechsten Programmschritt S6 eine vorgegebene Menge an elektrischer Energie zugeführt zum Verändern der Längung LG des Stellantriebs SA. Das Zuführen der vorgegebenen Menge an elektrischer Energie wird beispielsweise durchgeführt mittels der Erhöhung der Gleichspannung UG um eine vorgegebenen Spannungswert dU. Anschließend fährt das Programm mit dem dritten Programmschritt S3 fort, womit ein neuer Zyklus beginnt.If the absolute threshold K_TH is not undershot in the fifth program step S5, then it is assumed that the actuator has not overcome the idle stroke LH. As a result, the actuator SA is supplied in a sixth program step S6 a predetermined amount of electrical energy for varying the elongation LG of the actuator SA. The supply of the predetermined amount of electrical energy is for example carried out by means of the increase of the DC voltage UG by a predetermined voltage value dU. Subsequently, the program continues with the third program step S3, whereby a new cycle begins.

5b zeigt eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens zur Ermittlung des Leerhubs LH mit den Programmschritten K1 bis K9. Die in 5b gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 5a gezeigten Ausführungsform dadurch, dass anstelle eines Absolutwertes des Kopplungsfaktors K eine Änderung des Kopplungsfaktors dK ermittelt und ausgewertet wird. Das Programm wird gestartet in einem ersten Programmschritt K1. Ein zweiter und ein dritter Programmschritt K2 und K3 korrespondieren zu den Programmschritten S2 und S3 des in 5a gezeigten Ablaufdiagramms. Nachdem in einem vierten Programmschritt K4 der Kopplungsfaktor K mittels des Impedanzverlaufs Zf analog zu dem in 5a gezeigten Programm ermittelt wurde, wird in einem fünften Programmschritt K5 zunächst die Änderung des Kopplungsfaktors dK ermittelt. In einem sechsten Programmschritt K6 wird ermittelt, ob die Änderung des Kopplungsfaktors dK eine Änderungsschwelle dK_TH überschreitet. 5b shows a further embodiment of a method for determining the Leerhubs LH with the program steps K1 to K9. In the 5b The embodiment shown differs from that in FIG 5a shown embodiment in that instead of an absolute value of the coupling factor K, a change in the coupling factor dK is determined and evaluated. The program is started in a first program step K1. A second and a third program step K2 and K3 correspond to the program steps S2 and S3 of the in 5a shown flow chart. After in a fourth program step K4 the coupling factor K by means of the impedance curve Zf analogous to that in 5a has been determined, the change in the coupling factor dK is first determined in a fifth program step K5. In a sixth program step K6, it is determined whether the change in the coupling factor dK exceeds a change threshold dK_TH.

Ist dies der Fall, dann wird davon ausgegangen, dass der Stellantrieb SA den Leerhub LH überwunden hat, und der Leerhub LH wird mittels der Gleichspannung UG in einem achten Programmschritt K8 ermittelt. Das Programm endet anschließend in einem neunten Programmschritt K9.If this is the case, then it is assumed that the actuator SA has overcome the idle stroke LH, and the idle stroke LH is determined by means of the DC voltage UG in an eighth program step K8. The program then ends in a ninth program step K9.

Wird die Änderungsschwelle dK_TH hingegen nicht überschritten, dann springt das Programm in einen siebten Programmschritt K7, bei dem die Gleichspannung UG um einen vorgegebenen Spannungswert dU erhöht wird. Anschließend springt das Programm analog zu dem in 5a gezeigten Programm in den dritten Programmschritt K3 und beginnt mit einem neuen Zyklus.If, on the other hand, the change threshold dK_TH is not exceeded, the program jumps to a seventh program step K7, in which the DC voltage UG is increased by a predetermined voltage value dU. Then the program jumps in the same way as in 5a program shown in the third program step K3 and starts with a new cycle.

6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Programms, wie es beispielsweise von der Steuervorrichtung ST ausgeführt werden kann. Das Programm wird gestartet in einem ersten Programmschritt Q1. 6 shows a flowchart of a program, as it can be performed for example by the control device ST. The program is started in a first program step Q1.

In einem zweiten Programmschritt Q2 wird die Position POS des Stellantriebs SA vorgegeben. Bevorzugt ist die Position POS dabei so vorzugeben, dass die Beabstandung BA zwischen dem Stellantrieb SA und dem Stellglied SG sicher größer Null ist. Ferner wird die Längung LG des Stellantriebs SA vorgegeben entsprechend eines vorgegebenen Leerhubs LH. Zum Vorgeben der Längung LG wird dem Stellantrieb SA ausgehend von dem Ruhezustand eine vorgegebene Menge an elektrischer Energie zugeführt. Beispielsweise kann der Stellantrieb SA mittels einer konstanten Gleichspannung UG beaufschlagt werden. Der Wert der konstanten vorgegebenen Gleichspannung UG kann beispielsweise 20 Volt betragen. Er kann jedoch auch anders ausgebildet sein. Ferner wird der Stellantrieb SA mit dem Wechselspannungssignal UW beaufschlagt. Das Wechselspannungssignal UW weist bevorzugt Frequenzen aus einem Frequenzbereich zwischen 10 kHz und 100 kHz auf. Die Amplitude des Wechselspannungssignals UW ist bevorzugt klein gegenüber der Höhe der Gleichspannung UG. Beispielsweise beträgt die Amplitude des Wechselspannungssignals UW 1 Volt.In a second program step Q2, the position POS of the actuator SA is specified. Preferably, the position POS is to be specified so that the spacing BA between the actuator SA and the actuator SG is certainly greater than zero. Furthermore, the elongation LG of the actuator SA is predetermined according to a predetermined idle stroke LH. To specify the elongation LG, the actuator SA is supplied from the idle state, a predetermined amount of electrical energy. For example, the actuator SA can be acted upon by means of a constant DC voltage UG. The value of the constant predetermined DC voltage UG can be, for example, 20 volts. However, he can also be trained differently. Furthermore, the actuator SA is supplied with the AC voltage signal UW. The alternating voltage signal UW preferably has frequencies from a frequency range between 10 kHz and 100 kHz. The amplitude of the AC voltage signal UW is preferably small compared to the level of the DC voltage UG. For example, the amplitude of the alternating voltage signal UW is 1 volt.

In Abhängigkeit von dem Wechselspannungssignal UW und der Position POS wird in einem dritten Programmschritt Q3 der Impedanzverlauf Zf ermittelt. In einem vierten Programmschritt Q4 wird der Kopplungsfaktor K ermittelt, abhängig von dem Impedanzverlauf Zf. Beispielsweise kann der Kopplungsfaktor K ermittelt werden abhängig von der Serienresonanzfrequenz fs und der Parallelresonanzfrequenz fs, die mittels des Impedanzverlaufs Zf ermittelt werden. Unterschreitet der Kopplungsfaktor K einen vorgegebenen absoluten Schwellwert K_TH, was in einem fünften Programmschritt Q5 abgeprüft wird, so wird davon ausgegangen, dass der Stellantrieb SA die Beabstandung BA überwunden hat. Bei einer im Folgenden nicht mehr veränderten Position POS und den beispielsweise in den Ruhezustand versetzten Stellantrieb SA, ist die Beabstandung BA gleich dem Leerhub LH. Ist dies der Fall, dann endet der Programmablauf in einem siebten Programmschritt Q7.In dependence on the alternating voltage signal UW and the position POS, the impedance curve Zf is determined in a third program step Q3. In a fourth program step Q4, the coupling factor K is determined, depending on the impedance curve Zf. For example, the coupling factor K can be determined depending on the series resonance frequency fs and the parallel resonance frequency fs, which are determined by means of the impedance curve Zf. If the coupling factor K falls below a predetermined absolute threshold K_TH, which is checked in a fifth program step Q5, then it is assumed that the actuator SA has overcome the spacing BA. In the case of a position POS that is no longer changed below and the actuator SA, which is offset, for example, to the idle state, the spacing BA is equal to the idle stroke LH. If this is the case, then the program sequence ends in a seventh program step Q7.

Wird der absolute Schwellwert K_TH in dem fünften Programmschritt Q5 nicht unterschritten, so wird davon ausgegangen, dass der Stellantrieb die Beabstandung BA nicht überwunden hat. Infolgedessen wird in einem sechsten Programmschritt Q6 die Position POS des Stellantriebs SA verändert, wodurch sich die vorgegebene Beabstandung BA verändert. Bevorzugt wird die Position POS so verändert, dass sich die vorgegebene Beabstandung BA bei mehrmaliger Ausführung von Q6 im Laufe des Programms sukzessive verringert. Anschließend fährt das Programm mit dem dritten Programmschritt Q3 fort.If the absolute threshold K_TH is not undershot in the fifth program step Q5, then it is assumed that the actuator has not overcome the spacing BA. As a result, in a sixth program step Q6, the position POS of the actuator SA is changed, thereby changing the predetermined spacing BA. Preferably, the position POS is changed so that the predetermined spacing BA is reduced successively during the execution of Q6 during the course of the program. Then the program continues with the third program step Q3.

Claims

Method for operating an adjusting device (SV) with an actuator (SG) and an actuator (SA) designed as a solid-state actuator, which is designed to act on the actuator and spaced in a rest state by an idle stroke (LH) on the output side of the actuator (SG) is at the - the actuator (SA) successively predetermined amounts of electrical energy are supplied to change a lengthening (LG) of the actuator (SA), An impedance characteristic (Zf) is determined by means of variation of the frequency of an alternating voltage signal (UW) with which the actuator (SA) is acted upon, - Is determined depending on the respective impedance curve (Zf), whether the actuator (SA) has overcome the idle stroke (LH), and In the case of determining that the idle stroke (LH) has been overcome, depending on an associated characteristic quantity which is characteristic of the amount of electrical energy supplied compared to the rest state, the idle stroke (LH) is determined.

A method according to claim 1, wherein the actuator (SA) successively predetermined amounts of electrical energy are supplied by means of a respective predetermined increase in a DC voltage (UG), with which the actuator (SA) is acted upon.

Method according to one of the preceding claims, in which the variable which is characteristic of the quantity of electrical energy supplied in comparison to the quiescent state is a DC voltage (UG).

Method according to one of the preceding claims, wherein it is determined depending on a coupling factor (K), whether the actuator (SA) has overcome the idle stroke (LH), wherein the coupling factor (K) is determined depending on the respective impedance curve (Zf).

Method for operating an adjusting device (SV) with an actuator (SG) and an actuator (SA) designed as a solid-state actuator, which is designed to act on the actuator (SG), in which - the actuator (SA) a predetermined amount of electrical energy is supplied starting from a rest state of the actuator (SA) for changing an elongation (LG) of the actuator (SA) according to a predetermined idle stroke (LH), - The position of the actuator (SA) relative to the actuator (SG) is in each case successively changed mechanically, An impedance characteristic (Zf) is determined by means of variation of the frequency of an alternating voltage signal (UW) with which the actuator (SA) is acted upon, - Is determined depending on the respective impedance curve (Zf), whether the actuator (SA) has overcome the spacing (BA) to the actuator (SG), and In the case of determining that the spacing (BA) between the actuator (SA) and the actuator (SG) has been overcome, the successive mechanical variation of the position of the actuator (SA) relative to the actuator (SG) is terminated.

A method according to claim 5, wherein the actuator (SA), the predetermined amount of electrical energy is supplied by means of a predetermined DC voltage (UG), with which the actuator (SA) is acted upon.

Method according to one of Claims 5 or 6, in which, depending on a coupling factor (K), it is determined whether the spacing (BA) between the actuator (SA) and the actuator (SG) has been overcome, the coupling factor (K) being dependent on the respective impedance curve (Zf) is determined.

Method according to one of Claims 4 or 7, in which the coupling factor (K) is respectively determined as a function of at least one impedance minimum (Zf_min) and at least one impedance maximum (Zf_max), which are respectively determined by means of the impedance characteristic (Zf).

Method according to Claim 8, in which the coupling factor (K) is determined by means of a series resonant frequency (fs) and a parallel resonant frequency (fp) which are each assigned to equivalent resonant circuits, wherein the series resonant frequency (fs) and the parallel resonant frequency (fp) depend in each case on the impedance maximum (Zf_max) and the impedance minimum (Zf_min) are determined.

Method according to one of the preceding claims, wherein the actuator (SA) is driven in a small signal range (KB).

Device for operating an adjusting device (SV) with an actuator (SG) and an actuator designed as a solid actuator (SA), which is designed to act on the actuator and spaced in a rest state by a no-lift (LH) on the output side of the actuator (SG) wherein the device is designed to supply successively predetermined quantities of electrical energy to the actuator (SA) for varying a lengthening (LG) of the actuator (SA), an impedance curve (Zf) by varying the frequency of an alternating voltage signal (UW) to detect the actuator (SA), to determine, - whether the actuator (SA) has overcome the idle stroke (LH), depending on the impedance curve (Zf), and - if the idle stroke is detected (LH) was overcome, depending on an associated characteristic size, which is characteristic for compared to the hibernation effected The amount of electrical energy used to determine the idle stroke (LH).

Device for operating an adjusting device (SV) with an actuator (SG) and an actuator (SA) designed as a solid-state actuator, which is designed to act on the actuator (SG), the device being designed to To supply to the actuator (SA) a predetermined amount of electrical energy from an idle state of the actuator (SA) for varying an elongation (LG) of the actuator (SA) corresponding to a given idle stroke (LH), To successively mechanically change the position of the actuator (SA) relative to the actuator (SG), An impedance characteristic (Zf) is determined by means of variation of the frequency of an alternating voltage signal (UW) applied to the actuator (SA), - to determine whether the actuator (SA) has overcome the spacing (BA) to the actuator (SG), depending on the respective impedance curve (Zf), and In the case of determining that the spacing (BA) between the actuator (SA) and the actuator (SG) has been overcome, to terminate successively mechanically varying the position of the actuator (SA) relative to the actuator (SG).