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WO2015161910A1 - Schaltung zur temperaturkompensation - Google Patents

Schaltung zur temperaturkompensation Download PDF

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WO2015161910A1
WO2015161910A1 PCT/EP2015/000627 EP2015000627W WO2015161910A1 WO 2015161910 A1 WO2015161910 A1 WO 2015161910A1 EP 2015000627 W EP2015000627 W EP 2015000627W WO 2015161910 A1 WO2015161910 A1 WO 2015161910A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coil
resistor
electrical
wire
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2015/000627
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Heinrich
Daniel Koch
Diether Hoppner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eagle Actuator Components GmbH and Co KG
Original Assignee
Eagle Actuator Components GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eagle Actuator Components GmbH and Co KG filed Critical Eagle Actuator Components GmbH and Co KG
Priority to DE112015001965.0T priority Critical patent/DE112015001965B4/de
Priority to US15/300,814 priority patent/US20180094591A1/en
Publication of WO2015161910A1 publication Critical patent/WO2015161910A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Priority to US16/736,700 priority patent/US11365823B2/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/064—Circuit arrangements for actuating electromagnets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/08—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits
    • F02D9/10—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having pivotally-mounted flaps
    • F02D9/1065—Mechanical control linkage between an actuator and the flap, e.g. including levers, gears, springs, clutches, limit stops of the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • G01F1/6888—Thermoelectric elements, e.g. thermocouples, thermopiles
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1805—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current
    • H01F7/1838—Circuit arrangements for holding the operation of electromagnets or for holding the armature in attracted position with reduced energising current by switching-in or -out impedance
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1844—Monitoring or fail-safe circuits

Definitions

  • the invention relates to a circuit for use in actuators
  • Electromotive drives or valves according to the preamble of claim 1.
  • valves described therein are preferably used in motor vehicles
  • Such coils actuate metallic anchors by magnetic forces.
  • the metallic anchors seal or release seal seats to allow or inhibit material flow through a conduit.
  • the magnetic force of a coil depends on the electrical current.
  • the current depends on the electrical Resistance of their wound wire. As the temperature increases, the electrical resistance increases, so that the current decreases and the
  • a temperature-dependent NTC resistor is connected in series, whose electrical resistance decreases with increasing temperature. As a result, the voltage is increased at the secondary coil and increased their magnetic force.
  • the secondary coil With its increasing magnetic force, the secondary coil can compensate for the magnetic force of the main coil, which decreases with increasing temperature.
  • valve is provided with two coils that must be wound and installed properly. This is accompanied by a complex apparatus design. From FR 2 893 756 A1 an arrangement is known in which a
  • temperature-independent resistor is connected in parallel with an NTC resistor and both resistors form a series resistor.
  • Resistors are housed in a device that has a base body made of plastic and a cover with contact wings. To this institution a coil can be connected to be connected in series with the series resistor.
  • the bulbous, temperature-independent resistor is inserted in a recess of the base body.
  • This device takes up a relatively large amount of space and is structurally also relatively expensive. Therefore, it is suitable for use in valves, especially in compact valves, only conditionally.
  • the invention is therefore based on the object to provide a circuit with which the influence of temperature on an electrical conductor with a simple structure can be minimized.
  • the ohmic resistance is formed only or predominantly by a wire.
  • the resistance of a wire can be easily adjusted over its length.
  • a wire is also a cost-effective, lightweight and space-saving resistor.
  • a wire can be extreme
  • Resistor and an NTC resistor includes. It has been recognized that a compensation of a temperature-induced change in resistance of a conductor can be achieved structurally simply by a parallel connection of a purely ohmic resistor, which is formed by a wire, and an NTC resistor. The increase in the electrical resistance of the conductor is due to the decrease in the electrical resistance of the
  • Pre-resistor compensated This ensures that the Total resistance of electrical conductor and series resistor over a certain temperature range can be kept approximately constant. This results in voltage-controlled components, a temperature-independent operating current. In that regard, a compact circuit is provided with which the influence of temperature on an electrical conductor can be minimized with a simple structure.
  • the wire could have a specific electrical resistance whose value at 600 ° C. is at most 20%, preferably at most 10%, particularly preferably at most 5%, above its value at 20 ° C. As a result, the electrical resistance of the ohmic resistance is almost
  • the wire could be made of Konstantan or have Konstantan.
  • Konstantan is an alloy whose electrical resistivity is highly temperature independent.
  • Konstantan is a brand name. It refers to an alloy which usually has about 53-57% copper, about 43-45% nickel and about 0.5-1.2% manganese. This alloy exhibits an approximately constant specific over large temperature intervals
  • the wire could additionally be wound onto a coil which, as an electrical conductor, shows the temperature-dependent electrical resistance.
  • the wire can be arranged in a particularly space-saving manner in the circuit.
  • the wire contributes to the magnetic field of the coil and can reinforce this.
  • the wire can be wound under, over or next to a copper wire of the coil, provided that it is only electrically isolated from the coil on the coil.
  • the wire could additionally be wound onto a coil carrier of the coil, which serves as the electrical conductor
  • the wire shows temperature-dependent electrical resistance, wherein the wire is in its own winding area.
  • the wire preferably a
  • Copper wire windings of the coil applied, but receives its own winding area on the bobbin.
  • the electrical conductor could comprise a copper wire.
  • electromotive drives that are voltage controlled, so not current controlled, operated. Specifically, it is conceivable to equip and operate not only valves but also other linear drives, motors and other actuators with the circuit described here. Against this background, the one described here could
  • Circuit therefore be used in an actuator, an electric motor drive or in a valve.
  • a valve may comprise a circuit of the type described above.
  • the valve may comprise as an electrical conductor, an electromagnetic coil and an armature, wherein the armature is energized upon energization of the coil by the magnetic force of the coil and wherein the coil is connected in series with an electrical resistor.
  • the electrical series resistor comprises a parallel connection of an ohmic resistor and an NTC resistor.
  • a resistance change of the coil can be compensated very well, wherein the temperature range can be changed by a suitable choice of the components of the series resistor.
  • the electrical resistance of the coil rises almost linearly in this temperature range, whereas the total resistance of the series connection of coil and series resistor remains almost constant in this temperature range.
  • the increase in the electrical resistance of the coil is compensated by the decrease in the electrical resistance of the series resistor. In sum, the total resistance remains approximately the same, so the resulting
  • Coil current remains constant and no significant loss of the magnetic force of the coil occurs.
  • a valve is realized in which the influence of the temperature on the magnetic force of the coil is as low as possible, wherein the valve has as few electrical components.
  • the valve could serve as an ACF regeneration valve for dosing
  • Fuel vapors are used.
  • valves which are used as AKF valves in motor vehicles. Such valves are intended to control the gasoline vapors coming from the tank or an activated carbon filter of the tank vent.
  • Hydrocarbons evaporate in the tank of a motor vehicle, which is operated by a gasoline engine. To prevent a pressure increase in the fuel tank, excess air and fuel vapors must be released into the environment be derived. Here, the fuel vapors in a
  • Activated charcoal canisters are cached where the
  • Hydrocarbons are absorbed.
  • the hydrocarbons can be periodically sucked out of the activated carbon container by setting suitable pressure ratios and fed to the engine together with the intake air for combustion.
  • a valve of the type described here can be used, since this operates relatively independent of temperature and therefore very accurate and reproducible.
  • linear drives are preferably used.
  • Fig. 3 is a diagram in which the temperature dependence of
  • Fig. 4 is a schematic view of a coil, on which in addition to
  • a copper wire is wound from a constantan wire, wherein the copper wire and the wire of constants on the coil are electrically insulated from each other, and
  • Fig. 5 is a schematic view of a coil on which in addition to a copper wire, a wire of constants is wound, wherein the copper wire and the wire of constantan in
  • Fig. 1 shows a circuit for use in an actuator, electric motor drive or valve, comprising an electrical conductor 1a with a
  • electrical series resistor 3 is connected in series.
  • the electrical series resistor 3 comprises a parallel connection of an ohmic resistor 4 and an NTC resistor. 5
  • the ohmic resistor 4 is formed only or predominantly by a wire 4a, which is shown in Fig. 4.
  • the electrical conductor 1a has a copper wire 1b.
  • the copper wire 1b is wound and part of an electromagnetic coil.
  • Fig. 1 shows an equivalent circuit diagram of a circuit for use in actuators, electric motor drives or valves, which is used in a valve according to Fig. 2.
  • the valve according to FIG. 2 comprises as electrical conductor 1a a
  • Electromagnetic coil 1 The valve further comprises an armature 2, wherein the armature 2 upon energization of the coil 1 by the magnetic force of the coil. 1 is operable and wherein the coil 1 is connected in series with an electrical series resistor 3 as shown in FIG.
  • Series resistor 3 is a parallel circuit of an ohmic resistor 4, namely a passive electrical resistance, and an NTC resistor 5.
  • the passive, ohmic resistor 4 is formed only or predominantly by a wire 4a, which is shown in Fig. 4.
  • the wire 4a has a
  • the wire 4a is made of constantan
  • the series resistor 3 is formed by the parallel connection of the ohmic resistor 4 and the NTC resistor 5. The electric
  • NTC resistor 5 decreases with increasing temperature.
  • a single coil 1 is provided. But it could also be provided several series-connected coils.
  • the single coil 1 is connected in series with the series resistor 3.
  • the coil 1 by its electrical resistance 6 ; namely, the electrical resistance 6 of an electrical conductor 1a, representatively represented.
  • Fig. 2 is shown only schematically that the armature 2 closes a sealing seat 7 or releases, to a flow of material through a line. 8
  • the armature 2 can perform an up and down movement. This is indicated by the double arrow. Usually, the armature 2 by a spring the sealing seat 7 pressed. By the magnetic force of the energized coil 1, the armature 2 is lifted against the force of the spring from the sealing seat 7. As soon as no current flows through the coil 1, the armature 2 is pressed by the spring back to the sealing seat 7. This process is also conceivable vice versa, then the valve would be a closer than an opener.
  • Fig. 3 shows a diagram in which the temperature dependence of the electrical resistance 6 of the coil 1 and the electrical conductor 1a is represented by circular symbols. With increasing temperature of the uncompensated electrical resistance 6 of the coil 1 and the electrical conductor 1a increases.
  • the electrical resistance 6 increases by approximately 50% of its initial value.
  • the electrical resistance 6 of the coil 1 increases from about 20 ohms to about 30 ohms.
  • the temperature-compensated electrical total resistance which results from the sum of the electrical resistances of the coil 1 and the series resistor 3 of the parallel circuit of ohmic resistor 4 and NTC resistor 5, is approximately constant in the abovementioned temperature range.
  • Temperature-compensated total resistance varies only by a few percent, preferably a maximum of 2%, by an average value.
  • the mean value here is about 30 ohms. This is represented by triangle symbols. This value depends very much on the temperature range for which the series resistor 3 is designed.
  • the series resistor of the parallel circuit is calculated according to the following
  • R stands for the pure ohmic resistor 4 and - ⁇ - NTC for the NTC resistor 5.
  • R coil for the electrical resistance 6 of the coil 1 and the electrical conductor 1a is.
  • Fig. 4 shows a schematic view of an electrical conductor 1a a
  • electromagnetic coil 1 which has a wound copper wire 1 b.
  • a wire 4a is wound, which has a specific electrical resistance whose value at 600 ° C is at most 5% above its value at 20 ° C.
  • the wire 4a is made of Konstantan.
  • the wire 4a is additionally wound on the electromagnetic coil 1, which forms the electrical resistance 6 as an electrical conductor 1a.
  • Fig. 5 shows a schematic view of an electrical conductor 1a a
  • electromagnetic coil 1 ' which has a wound copper wire 1 b'.
  • the wire 4a ' here additionally wound on a bobbin 9' of the coil V, which as the electrical conductor 1a shows the temperature-dependent electrical resistance 6, wherein the wire 4a 'is in its own winding region 10'.
  • the coil 1 'described with reference to FIG. 5 can of course also be used in a valve according to FIG. 2 and the circuit described here.

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Abstract

Eine Schaltung zur Verwendung in Aktoren, elektromotorischen Antrieben oder Ventilen, umfassend einen elektrischen Leiter (1a) mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand (6), welcher mit einem elektrischen Vorwiderstand (3) in Reihe geschaltet ist, wobei der elektrische Vorwiderstand (3) eine Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand (4) und einem NTC-Widerstand (5) umfasst, ist im Hinblick auf die Aufgabe, eine Schaltung anzugeben, mit welcher der Einfluss der Temperatur auf einen elektrischen Leiter bei einfachem Aufbau minimiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der ohmsche Widerstand (4) nur oder überwiegend durch einen Draht (4a, 4a') gebildet ist.

Description

Schaltung zur Temperaturkompensation
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Verwendung in Aktoren,
elektromotorischen Antrieben oder Ventilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 100 17 661 C2 ist bereits eine Schaltung bekannt, bei welcher eine Spule mit einem temperaturabhängigen NTC-Widerstand in Reihe geschaltet ist. Hierdurch kann einer Änderung des elektrischen Widerstands der Spule aufgrund von Temperatureinflüssen entgegengewirkt werden.
Es ist auch bereits bekannt, zur Kompensierung von Temperatureinflüssen elektrische Schaltungen in Ventilen zu verwenden.
Eine solche Schaltung ist in der DE 196 46 986 A1 offenbart.
Die dort beschriebenen Ventile finden bevorzugt in Kraftfahrzeugen
Verwendung und weisen elektromagnetische Spulen auf, die getaktet betrieben werden können. Solche Spulen betätigen durch Magnetkräfte metallische Anker. Die metallischen Anker verschließen Dichtsitze oder geben diese frei, um einen Materialfluss durch eine Leitung zuzulassen oder zu unterbinden.
Die Magnetkraft einer Spule hängt vom elektrischen Strom ab. Bei
spannungsgesteuertem Betrieb der Spule hängt der Strom vom elektrischen Widerstand ihres gewickelten Drahtes ab. Mit zunehmender Temperatur steigt der elektrische Widerstand an, so dass sich der Strom verringert und die
Magnetkraft der Spule geschwächt wird. Da diese Ventile oft in Motorräumen von Kraftfahrzeugen verbaut werden, herrschen je nach Umgebungs- und Betriebsbedingung sehr unterschiedliche Umgebungstemperaturen, welche den elektrischen Widerstand des Drahtes der Spule beeinflussen. Um dem zu begegnen, wird in der DE 196 46 986 A1 vorgeschlagen, eine Hauptspule und eine Nebenspule zu betreiben.
Mit der Nebenspule ist ein temperaturabhängiger NTC-Widerstand in Reihe geschaltet, dessen elektrischer Widerstand mit zunehmender Temperatur abnimmt. Hierdurch wird die Spannung an der Nebenspule erhöht und deren Magnetkraft gesteigert.
Die Nebenspule kann mit ihrer zunehmenden Magnetkraft die mit steigender Temperatur schwindende Magnetkraft der Hauptspule kompensieren.
Hierbei ist nachteilig, dass das Ventil mit zwei Spulen versehen wird, die gewickelt und geeignet verbaut werden müssen. Hiermit geht ein aufwendiger apparativer Aufbau einher. Aus der FR 2 893 756 A1 ist eine Anordnung bekannt, bei welcher ein
temperaturunabhängiger Widerstand mit einem NTC-Widerstand parallel geschaltet ist und beide Widerstände einen Vorwiderstand bilden. Beide
Widerstände sind in einer Einrichtung aufgenommen, die einen Basiskörper aus Plastik und eine Abdeckung mit Kontaktflügeln aufweist. An diese Einrichtung kann eine Spule angeschlossen werden, um mit dem Vorwiderstand in Reihe geschaltet zu werden.
Der bauchige, temperaturunabhängige Widerstand ist in einer Ausnehmung des Basiskörpers eingelegt. Diese Einrichtung nimmt relativ viel Bauraum ein und ist konstruktiv ebenfalls relativ aufwendig. Daher ist sie für den Einsatz in Ventilen, insbesondere in kompakten Ventilen, nur bedingt geeignet.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltung anzugeben, mit welcher der Einfluss der Temperatur auf einen elektrischen Leiter bei einfachem Aufbau minimiert werden kann.
Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist der ohmsche Widerstand nur oder überwiegend durch einen Draht gebildet. Der Widerstand eines Drahtes kann problemlos über dessen Länge eingestellt werden. Ein Draht ist überdies ein kostengünstiger, leichter und bauraumsparender Widerstand. Ein Draht kann äußerst
bauraumsparend in eine Schaltung integriert werden, welche einen elektrischen Leiter mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand umfasst, welcher mit einem elektrischen Vorwiderstand in Reihe geschaltet ist, wobei der elektrische Vorwiderstand eine Parallelschaltung aus einem ohmschen
Widerstand und einem NTC-Widerstand (Heißleiter) umfasst. Es ist erkannt worden, dass durch eine Parallelschaltung eines rein ohmschen Widerstands, der durch einen Draht gebildet ist, und eines NTC-Widerstands konstruktiv einfach eine Kompensation einer temperaturbedingten Widerstandsänderung eines Leiters erzielt werden kann. Die Zunahme des elektrischen Widerstands des Leiters wird durch die Abnahme des elektrischen Widerstands des
Vorwiderstands kompensiert. Hierdurch wird erreicht, dass der Gesamtwiderstand aus elektrischem Leiter und Vorwiderstand über einen bestimmten Temperaturbereich näherungsweise konstant gehalten werden kann. Dadurch ergibt sich bei spannungsgesteuerten Bauelementen ein temperaturunabhängiger Betriebsstrom. Insoweit ist eine kompakte Schaltung angegeben, mit welcher der Einfluss der Temperatur auf einen elektrischen Leiter bei einfachem Aufbau minimiert werden kann.
Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst. Der Draht könnte einen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen, dessen Wert bei 600 °C höchstens 20%, bevorzugt höchstens 10%, besonders bevorzugt höchstens 5% über dessen Wert bei 20 °C liegt. Hierdurch ist der elektrische Widerstand des ohmschen Widerstands nahezu
temperaturunabhängig.
Der Draht könnte aus Konstantan gefertigt sein oder Konstantan aufweisen. Konstantan ist eine Legierung, deren spezifischer elektrischer Widerstand in höchstem Maße temperaturunabhängig ist. Konstantan ist ein Markenname. Er bezeichnet eine Legierung, die üblicherweise ca. 53 - 57% Kupfer, ca. 43-45% Nickel und ca. 0,5-1 ,2% Mangan aufweist. Diese Legierung zeigt einen über große Temperaturintervalle näherungsweise konstanten spezifischen
elektrischen Widerstand.
Der Draht könnte zusätzlich auf eine Spule aufgewickelt sein, welche als elektrischer Leiter den temperaturabhängigen elektrischen Widerstand zeigt. Hierdurch kann der Draht besonders platzsparend in der Schaltung angeordnet werden. Außerdem trägt der Draht zum Magnetfeld der Spule bei und kann dieses verstärken. Der Draht kann unter, über oder neben einem Kupferdraht der Spule aufgewickelt sein, sofern dieser auf der Spule nur elektrisch von diesem isoliert ist. Vor diesem Hintergrund könnte der Draht zusätzlich auf einen Spulenträger der Spule aufgewickelt sein, welche als elektrischer Leiter den
temperaturabhängigen elektrischen Widerstand zeigt, wobei der Draht sich in einem eigenen Wickelbereich befindet. Der Draht, bevorzugt ein
Konstantandraht, wird nicht als zusätzliche Lage auf beispielsweise
Kupferdrahtwindungen der Spule aufgebracht, sondern erhält seinen eigenen Wickelbereich auf dem Spulenträger.
Der elektrische Leiter könnte einen Kupferdraht aufweisen. Durch den
Vorwiderstand lässt sich die temperaturbedingte Widerstandsänderung von Kupfer sehr gut kompensieren. Dieser Effekt lässt sich bei allen
elektromotorischen Antrieben nutzen, die spannungsgesteuert, also nicht stromgeregelt, betrieben werden. Konkret ist denkbar, mit der hier beschriebenen Schaltung nicht nur Ventile sondern auch andere Linearantriebe, Motoren und andere Aktoren auszurüsten und zu betätigen. Vor diesem Hintergrund könnte die hier beschriebene
Schaltung daher in einem Aktor, einem elektromotorischen Antrieb oder in einem Ventil verwendet werden.
Besonders bevorzugt kann ein Ventil eine Schaltung der zuvor beschriebenen Art umfassen. Das Ventil kann als elektrischen Leiter eine elektromagnetische Spule und einen Anker umfassen, wobei der Anker bei Bestromung der Spule durch die Magnetkraft der Spule betätigbar ist und wobei die Spule mit einem elektrischen Vorwiderstand in Reihe geschaltet ist. Es könnte vorgesehen sein, dass der elektrische Vorwiderstand eine Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand und einem NTC-Widerstand umfasst. Durch eine Parallelschaltung eines rein ohmschen Widerstands und eines NTC-Widerstands kann eine Kompensation einer temperaturbedingten Widerstandsänderung der Spule erzielt werden. Vorteilhaft kann z.B. im Bereich 0 - 140 °C eine Widerstandsänderung der Spule sehr gut kompensiert werden, wobei sich der Temperaturbereich durch geeignete Wahl der Bauelemente des Vorwiderstands verändern lässt. Der elektrische Widerstand der Spule steigt in diesem Temperaturbereich nahezu linear an, wohingegen der Gesamtwiderstand der Reihenschaltung aus Spule und Vorwiderstand in diesem Temperaturbereich nahezu konstant bleibt. Die Zunahme des elektrischen Widerstands der Spule wird durch die Abnahme des elektrischen Widerstands des Vorwiderstands kompensiert. In der Summe bleibt der Gesamtwiderstand in etwa gleich, so dass der resultierende
Spulenstrom konstant bleibt und kein wesentlicher Verlust der Magnetkraft der Spule auftritt. Durch die Verwendung nur zweier elektrischer Bauteile für den Vorwiderstand ist ein Ventil realisiert, bei welchem der Einfluss der Temperatur auf die Magnetkraft der Spule möglichst gering ist, wobei das Ventil möglichst wenig elektrische Bauelemente aufweist.
Es könnte nur eine Spule vorgesehen sein. Hierdurch ist ein teilearmer Aufbau des Ventils sicher gestellt. Aufwendige Wicklungsarbeiten an mehreren Spulen entfallen.
Das Ventil könnte als AKF-Regenerierventil zur Dosierung von
Kraftstoffdämpfen verwendet werden.
Aus der EP 0 754 269 B1 sind ähnliche Ventile bekannt, die als AKF-Ventile in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Solche Ventile sollen die vom Tank bzw. einem Aktivkohlefilter der Tankentlüftung kommenden Benzindämpfe steuern.
Kohlenwasserstoffe verdampfen im Tank eines Kraftfahrzeugs, welches mit einem Ottomotor betrieben wird. Um einen Druckanstieg im Kraftstofftank zu verhindern, müssen überschüssige Luft und Kraftstoffdämpfe in die Umgebung abgeleitet werden. Hierbei können die Kraftstoffdämpfe in einem
Aktivkohlebehälter (AKF) zwischengespeichert werden, wo die
Kohlenwasserstoffe absorbiert werden. Zur Reinigung des Aktivkohlebehälters können die Kohlenwasserstoffe periodisch durch Einstellung geeigneter Druckverhältnisse wieder aus dem Aktivkohlebehälter abgesaugt und dem Motor gemeinsam mit der Ansaugluft zur Verbrennung zugeführt werden. Zur Dosierung der Kohlenwasserstoffe in der Ansaugluft kann ein Ventil der hier beschriebenen Art verwendet werden, da dieses relativ temperaturunabhängig und daher sehr genau und reproduzierbar arbeitet.
Bei Ventilen werden bevorzugt Linearantriebe eingesetzt.
In der Zeichnung zeigen eine Schaltung, bei welcher eine Spule mit einer Parallelschaltung aus ohmschem Widerstand und NTC-Widerstand in Reihe geschaltet ist, eine schematische Darstellung eines Ventils, in welchem die Schaltung gemäß Fig. 1 realisiert ist,
Fig. 3 ein Diagramm, in welchem die Temperaturabhängigkeit des
elektrischen Widerstands der Spule und des elektrischen
Gesamtwiderstands aus Spule und Parallelschaltung dargestellt sind,
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Spule, auf welcher zusätzlich zu
einem Kupferdraht ein Draht aus Konstantan aufgewickelt ist, wobei der Kupferdraht und der Draht aus Konstanten auf der Spule voneinander elektrisch isoliert sind, und
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Spule, auf welcher zusätzlich zu einem Kupferdraht ein Draht aus Konstanten aufgewickelt ist, wobei sich der Kupferdraht und der Draht aus Konstantan in
unterschiedlichen Wickelbereichen befinden.
Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur Verwendung in einem Aktor, elektromotorischen Antrieb oder Ventil, umfassend einen elektrischen Leiter 1a mit einem
temperaturabhängigen elektrischen Widerstand 6, welcher mit einem
elektrischen Vorwiderstand 3 in Reihe geschaltet ist.
Der elektrische Vorwiderstand 3 umfasst eine Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand 4 und einem NTC-Widerstand 5.
Der ohmsche Widerstand 4 ist nur oder überwiegend durch einen Draht 4a gebildet, der in Fig. 4 gezeigt ist. Der elektrische Leiter 1a weist einen Kupferdraht 1b auf. Der Kupferdraht 1b ist gewickelt und Teil einer elektromagnetischen Spule .
Fig. 1 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Schaltung zur Verwendung in Aktoren, elektromotorischen Antrieben oder Ventilen, welche in einem Ventil gemäß Fig. 2 verwendet wird.
Das Ventil gemäß Fig. 2 umfasst als elektrischen Leiter 1a eine
elektromagnetische Spule 1. Das Ventil umfasst weiter einen Anker 2, wobei der Anker 2 bei Bestromung der Spule 1 durch die Magnetkraft der Spule 1 betätigbar ist und wobei die Spule 1 mit einem elektrischen Vorwiderstand 3 gemäß Fig. 1 in Reihe geschaltet ist.
Im Ersatzschaltbild gemäß Fig. 1 ist dargestellt, dass der elektrische
Vorwiderstand 3 eine Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand 4, nämlich einem passiven elektrischen Widerstand, und einem NTC-Widerstand 5 ist.
Der passive, ohmsche Widerstand 4 ist nur oder überwiegend durch einen Draht 4a gebildet, der in Fig. 4 gezeigt ist. Der Draht 4a weist einen
spezifischen elektrischen Widerstand auf, dessen Wert bei 600 °C höchstens 5% über dessen Wert bei 20 °C liegt. Der Draht 4a ist aus Konstantan
(Markenname) gefertigt. Konkret wird der Vorwiderstand 3 durch die Parallelschaltung des ohmschen Widerstands 4 und des NTC-Widerstands 5 gebildet. Der elektrische
Widerstand des NTC-Widerstands 5 nimmt mit steigender Temperatur ab.
Es ist nur eine einzige Spule 1 vorgesehen. Es könnten aber auch mehrere in Reihe geschaltete Spulen vorgesehen sein. Die einzige Spule 1 ist mit dem Vorwiderstand 3 in Reihe geschaltet. Im Ersatzschaltbild ist die Spule 1 durch ihren elektrischen Widerstand 6; nämlich den elektrischen Widerstand 6 eines elektrischen Leiters 1a, stellvertretend dargestellt. In Fig. 2 ist lediglich schematisch dargestellt, dass der Anker 2 einen Dichtsitz 7 verschließt oder frei gibt, um einen Materialfluss durch eine Leitung 8
zuzulassen oder zu unterbinden.
Der Anker 2 kann eine Auf- und Abbewegung durchführen. Dies ist durch den Doppelpfeil angedeutet. Üblicherweise wird der Anker 2 durch eine Feder auf den Dichtsitz 7 gepresst. Durch die Magnetkraft der bestromten Spule 1 wird der Anker 2 gegen die Kraft der Feder vom Dichtsitz 7 abgehoben. Sobald kein Strom mehr durch die Spule 1 fließt, wird der Anker 2 durch die Feder wieder auf den Dichtsitz 7 gepresst. Dieser Ablauf ist auch umgekehrt denkbar, dann wäre das Ventil ein Schließer statt ein Öffner.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in welchem die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands 6 der Spule 1 bzw. des elektrischen Leiters 1a durch kreisförmige Symbole dargestellt ist. Mit steigender Temperatur nimmt der unkompensierte elektrische Widerstand 6 der Spule 1 bzw. des elektrischen Leiters 1a zu.
In diesem Beispiel erhöht sich der elektrische Widerstand 6 bei einer Zunahme der Temperatur von 20 °C auf 140 °C um ca. 50 % seines Ausgangswertes. Der elektrische Widerstand 6 der Spule 1 steigt von etwa 20 Ohm auf etwa 30 Ohm an.
Der temperaturkompensierte elektrische Gesamtwiderstand, der sich aus der Summe der elektrischen Widerstände der Spule 1 und des Vorwiderstands 3 der Parallelschaltung aus ohmschem Widerstand 4 und NTC-Widerstand 5 ergibt, ist im oben genannten Temperaturbereich etwa konstant. Der
temperaturkompensierte Gesamtwiderstand schwankt nur um wenige Prozent, vorzugsweise maximal um 2 %, um einen mittleren Wert. Der mittlere Wert beträgt hier in etwa 30 Ohm. Dies ist durch Dreieckssymbole dargestellt. Dieser Wert hängt sehr stark vom Temperaturbereich ab, für den der Vorwiderstand 3 ausgelegt wird. Der Vorwiderstand der Parallelschaltung berechnet sich nach folgender
Formel, wobei R für den rein ohmschen Widerstand 4 und -^-NTC für den NTC-Widerstand 5 steht.
Figure imgf000012_0001
Der temperaturkompensierte Gesamtwiderstand -^-Gesamt aus
Parallelschaltung und Spule 1 berechnet sich nach der folgenden Formel, wobei
R-Spule für den elektrischen Widerstand 6 der Spule 1 bzw. des elektrischen Leiters 1a steht.
Figure imgf000012_0002
Fig. 4 zeigt in schematischer Ansicht als elektrischen Leiter 1a eine
elektromagnetische Spule 1 , welche einen gewickelten Kupferdraht 1 b aufweist.
Neben dem Kupferdraht 1b ist ein Draht 4a aufgewickelt, der einen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, dessen Wert bei 600 °C höchstens 5% über dessen Wert bei 20 °C liegt. Der Draht 4a ist aus Konstantan gefertigt. Der Draht 4a ist zusätzlich auf die elektromagnetische Spule 1 aufgewickelt, welche als elektrischer Leiter 1a den temperaturabhängigen elektrischen Widerstand 6 bildet. Fig. 5 zeigt in schematischer Ansicht als elektrischen Leiter 1a eine
elektromagnetische Spule 1', welche einen gewickelten Kupferdraht 1 b' aufweist.
Neben dem Kupferdraht 1 b' ist ein Draht 4a' aufgewickelt, der einen
spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, dessen Wert bei 600 °C höchstens 5% über dessen Wert bei 20 °C liegt. Der Draht 4a' ist aus
Konstantan gefertigt.
Konkret ist der Draht 4a' hier zusätzlich auf einen Spulenträger 9' der Spule V aufgewickelt, welche als elektrischer Leiter 1a den temperaturabhängigen elektrischen Widerstand 6 zeigt, wobei der Draht 4a' sich in einem eigenen Wickelbereich 10' befindet.
Die mit Bezug auf Fig. 5 beschriebene Spule 1' kann selbstverständlich auch in einem Ventil gemäß Fig. 2 und der hier beschriebenen Schaltung verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltung zur Verwendung in Aktoren, elektromotorischen Antrieben
oder Ventilen, umfassend einen elektrischen Leiter (1a) mit einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand (6), welcher mit einem elektrischen Vorwiderstand (3) in Reihe geschaltet ist, wobei der elektrische Vorwiderstand (3) eine Parallelschaltung aus einem
ohmschen Widerstand (4) und einem NTC-Widerstand (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der ohmsche Widerstand (4) nur oder überwiegend durch einen Draht (4a, 4a') gebildet ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (4a, 4a') einen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, dessen Wert bei 600 °C höchstens 20%, bevorzugt höchstens 10%, besonders bevorzugt höchstens 5% über dessen Wert bei 20 °C liegt.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (4a, 4a') aus Konstanten gefertigt ist oder Konstantan aufweist. 4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (4a, 4a') zusätzlich auf eine Spule (1 , 1 ') aufgewickelt ist, welche als elektrischer Leiter (1a) den temperaturabhängigen
elektrischen Widerstand (6) zeigt. 5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht
(4a') zusätzlich auf einen Spulenträger (9') der Spule (1 ') aufgewickelt ist, welche als elektrischer Leiter (1a) den temperaturabhängigen
elektrischen Widerstand (6) zeigt, wobei der Draht (4a1) sich in einem eigenen Wickelbereich (10') befindet. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (1a) einen Kupferdraht (1 b, 1 b') aufweist.
Ventil, umfassend eine Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter (1a) als elektromagnetische Spule (1 , 1 ') ausgestaltet ist, wobei ein Anker (2) vorgesehen ist, wobei der Anker (2) bei Bestromung der Spule (1 , 1') durch die Magnetkraft der Spule (1 , 1 ') betätigbar ist, wobei die Spule (1 , 1 ') mit einem elektrischen Vorwiderstand (3) in Reihe
geschaltet ist und wobei der elektrische Vorwiderstand (3) eine
Parallelschaltung aus einem ohmschen Widerstand (4) und einem NTC- Widerstand (5) ist.
Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine einzige Spule (1 , 1 ') vorgesehen ist.
10. Ventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung als AKF-Regenerierventil zur Dosierung von
Kraftstoffdämpfen.
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