[go: up one dir, main page]

EP1668242A1 - Sensoranordnung zur erfassung der bewegung eines durch einen aktuator hin und her bewegten stellgliedes - Google Patents

Sensoranordnung zur erfassung der bewegung eines durch einen aktuator hin und her bewegten stellgliedes

Info

Publication number
EP1668242A1
EP1668242A1 EP03818926A EP03818926A EP1668242A1 EP 1668242 A1 EP1668242 A1 EP 1668242A1 EP 03818926 A EP03818926 A EP 03818926A EP 03818926 A EP03818926 A EP 03818926A EP 1668242 A1 EP1668242 A1 EP 1668242A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
short
coil
passive
active coil
sensor arrangement
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.)
Withdrawn
Application number
EP03818926A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gunter GÜRICH
Hermann-Josef Laumen
Ralf Weber
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.)
FEV Europe GmbH
Original Assignee
FEV Motorentechnik 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 FEV Motorentechnik GmbH and Co KG filed Critical FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Publication of EP1668242A1 publication Critical patent/EP1668242A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M65/00—Testing fuel-injection apparatus, e.g. testing injection timing ; Cleaning of fuel-injection apparatus
    • F02M65/005—Measuring or detecting injection-valve lift, e.g. to determine injection timing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/22—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils
    • G01D5/2208—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils by influencing the self-induction of the coils
    • G01D5/2225—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils by influencing the self-induction of the coils by a movable non-ferromagnetic conductive element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00—Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16—Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14

Definitions

  • the movement of the armature of the actuator is generally identical to the movement of the actuator to be actuated in an actuator for the back and forth movement of an actuator, in particular in the case of an electromagnetic actuator, there is the possibility of the armature movement and thus the movement of the actuator in To capture the area of the actuator.
  • Such an electromagnetic actuator is used, for example, as a fully variable valve train for actuating a gas exchange valve on a piston internal combustion engine.
  • the increased demands on the accuracy of the control in particular with regard to influencing the impact speed of the armature on the pole face of the respective catching magnet, and thus also the placement speed of the gas exchange valve on the valve seat, allow movement to be recorded by derivation from the current and voltage profiles on the coils of the electromagnets no longer seem sufficient, since the signals obtained from them can only be converted for the next following stroke cycle.
  • a sensor of this type is known in principle from DE 101 57 119 A, which, however, requires a relatively large overall length if precise measurement signals are desired.
  • the invention has for its object to provide a sensor arrangement which is equivalent to the previously known sensor arrangement, but requires a significantly shorter overall length and generates an essentially linear path signal.
  • a sensor arrangement with the features of claim 1 is proposed according to the invention, namely a sensor arrangement for detecting a stroke of a movable member, in particular an actuator movable by an actuator, with a fixed, an active one Coil and at a distance from this at least one passive coil coil arrangement, which is connected to a power supply and a signal detection, and with an axially movable rod-shaped sensor part made of a preferably magnetizable material, which is connected to the axially reciprocable actuator and which is provided with at least one short-circuit element made of an electrically conductive material with low ohmic resistance, each delimited in the longitudinal direction by an end edge, the extent of which in the direction of movement is dimensioned such that an end edge is defined in at least one end position I, II defined by the predetermined lifting height h of the at least one short-circuit element is enclosed by the active coil and another end edge of the at least one short-circuit element is at least partially surrounded by one of the at least one passive coils.
  • the signal generation which will be explained in more detail below, is effected in each case by a field change in at least two coils over the immersion length, which changes with the stroke, of at least one short-circuit element arranged on the rod-shaped sensor part in the active coil.
  • the particular advantage of the solution according to the invention is that when the end position defined by the predetermined lifting height is reached, the at least one short-circuit element is covered with its end region by one of the two coils. The otherwise passive second coil is then activated in this area.
  • the "geometry" of the active coil and the at least one passive coil, ie their length and their distance from one another on the one hand and the length of the short-circuit element on the other hand are dimensioned such that there is always a transition from the material of the short-circuit element to the preferably ferromagnetic material of the rod-shaped sensor part , ie one end edge of a short-circuit element, is immersed in at least one of the otherwise passive coils if the material transition defined by the other end edge of a short-circuit element approaches one end of the active coils. hert. This already makes it possible to linearize the measurement signal generated.
  • this interconnection can take place in such a way that, according to the firing sequence, a non-actuated and an actuated gas exchange valve are connected in the half-bridge.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention results when two short-circuit elements, each delimited by end edges, are arranged at a distance from one another on the rod-shaped sensor part and that the distance between the mutually facing ends of the at least two coils on the one hand and the distance between the mutually facing end edges) of the short-circuit elements on the other hand, it is dimensioned such that in at least one end position I, II of the sensor element defined by the predetermined lifting height h, one of the end edges of the short-circuit element is enclosed by the active coil and at least one further end edge of one of the two short-circuit elements is surrounded by at least one passive coil partially u - is grasped.
  • the linearity can still be improved by winding measures, for example by specifically uneven winding, additional compensation winding or similar measures.
  • winding measures for example by specifically uneven winding, additional compensation winding or similar measures.
  • two passive coils one of which is assigned to the active coils at each end, these are expediently wound in the same direction and connected in series and interconnected as quarter bridge elements with the active coil in a half bridge.
  • a high-frequency alternating current is applied to the coil arrangement of such a sensor arrangement, a high-frequency magnetic field is generated which acts on the short-circuit element connected to the rod-shaped sensor part and generates eddy currents in the short-circuit element.
  • the eddy currents in turn generate an opposing magnetic field, which counteracts the causing high-frequency magnetic field in the form of a field displacement.
  • the change in field of the coil caused thereby is noticeable to the outside through a change in the inductance. If the rod-shaped sensor part with its opposing field is now moved relative to the coil arrangement, then the path of the sensor part and thus the path of the actuator can be detected contact-free via a corresponding evaluation circuit via the inductance in the coil arrangement changed by the field change.
  • the rod-shaped sensor part expediently consists of a magnetically permeable or a magnetically conductive material.
  • the short-circuit element can be formed by a short-circuit ring placed on the rod-shaped sensor part.
  • the rod-shaped sensor part made of magnetizable material can also be subdivided and a rod-shaped, firmly connected intermediate piece made of electrically conductive material can be provided.
  • a housing that encloses the coil arrangement as far as possible is made of a magnetically conductive, but electrical poorly conductive material provided. This is particularly important if the sensor arrangement is connected directly to the actuator and the actuator is designed as an electromagnetic actuator, so that corresponding interference fields occur when the electromagnets of the actuator are actuated. The coil arrangement is shielded from this interference spring by the housing.
  • the short-circuit element in the form of a short-circuit ring has a clear wall thickness, which is preferably between 0. 1 and 0.5 mm can be. This can be achieved, for example, by screwing into the ferromagnetic sensor part a groove that is correspondingly deep and wide according to the intended length of the short-circuit element, which groove is then, for example, galvanically filled with copper. A certain temperature dependency of the sensor arrangement can thus be compensated for by correspondingly adapting the wall thickness of the short-circuit element.
  • the high-frequency magnetic field acting on the short-circuit element from the coil arrangement the electrical currents induced in the short-circuit element have a skin effect, ie the eddy currents only flow in a thin layer in the outer wall area of the short-circuit ring.
  • the specific electrical resistance of the short-circuit ring increases with increasing temperature; on the other hand, however, the eddy currents then penetrate a little deeper into the material of the short-circuit ring, so that the temperature-related increase in the specific electrical resistance is largely compensated for by a correspondingly larger conductor cross section.
  • the penetration of the eddy currents is limited with increasing temperature, so that the eddy currents decrease above a certain temperature.
  • the temperature response of the sensor can thus be influenced using the thickness of the short-circuit ring.
  • the wall thickness it is possible to partially compensate for other thermally induced influences, for example the temperature dependence of the permeability of the magnetic core and cladding material.
  • a carrier frequency measuring bridge is provided for the power supply and signal detection, which has a frequency generator, the two coils of the coil arrangement forming part of the measuring bridge. It is useful if the frequency generator generates a high carrier frequency, for example in the size of 100 kHz.
  • 1 shows an electromagnetic actuator for actuating a gas exchange valve, 2a), b), c) a basic form of a sensor arrangement on a larger scale in section with a short-circuit ring and two coils, in different operating positions,
  • Fig. 4 shows a circuit arrangement for the embodiment according to. Fig. 3
  • Fig. 6 shows a circuit arrangement according to the embodiment.
  • Fig. 5 shows a circuit arrangement according to the embodiment.
  • Fig. 5 shows a circuit arrangement according to the embodiment.
  • Fig. 7 is a diagram with a curve of the voltage depending on the path and a reproduction of the error deviations.
  • the electromagnetic actuator shown in Fig. 1 is essentially formed by two electromagnets 1 and 2, which are enclosed by two housing parts 3.1 and 3.2, which in turn are arranged at a distance from each other via a housing part 3.3 designed as a spacer and are aligned with one another with their pole faces 4 ,
  • a housing part 3.3 designed as a spacer and are aligned with one another with their pole faces 4
  • an armature 5 is arranged, which is guided in a guide 7 so that it can be moved back and forth via a guide pin 6.1.
  • the armature 5 is connected to a return spring 8 via a guide pin 6.2, which is supported on the guide pin 6.1 in the area of the armature 5 thereon.
  • the other lower free end 9 of the guide pin 6.1 is supported on an actuator, for example the free end of the shaft 11 of a gas exchange valve, which is guided in the cylinder head 12 of an internal combustion engine, which is only indicated here.
  • a return spring 13 acts on the gas exchange valve in the closing direction (arrow 11.1), the return spring 13 and the return spring 8 in their
  • the housing parts 3.1 and 3.2 of the two electromagnets each enclose a preferably cuboid yoke body 14, which are provided with recesses into which an annular coil 15 is inserted, each alternately via a control device (not shown here) for opening and closing the gas exchange valve can be energized.
  • a sensor arrangement 16 is provided, which is essentially formed from a rod-shaped sensor part 17, for example a so-called measuring stick, which practically represents an extension of the spring bolt 6.2.
  • the rod-shaped sensor part 17 is enclosed by a coil arrangement 18 which is connected to a voltage supply and signal detection 19.
  • the reciprocating movement of the rod-shaped sensor part 17 in the coil arrangement 18 generates an alternating current or an alternating voltage depending on the circuit arrangement and design of the sensor arrangement, which is proportional to the path of the sensor part and thus proportional to the path of the armature 5 and thus proportional to Path of the actuator is.
  • the anchor path can be detected as a signal by a direct tap, and a signal proportional to the speed can be generated by differentiating the path signal.
  • FIG. 2a shows the structure of the sensor
  • FIGS. 2b and 2c show the possible end positions of the rod-shaped sensor part for the stroke h.
  • the sensor arrangement essentially consists of the rod-shaped sensor part 17, which is encompassed by the coil arrangement 18, which is connected to the voltage supply and evaluation device 19 via corresponding supply lines 20, 21, 22 (FIG. 1 ).
  • the coil arrangement has a long active coil 18.1 and a short passive coil 26.1, which are wound on a coil carrier 27.
  • the rod-shaped sensor part 17 shown, connected to the actuator, is provided with a short-circuit element 23 in the form of a ring or sleeve made of an electrically conductive material with low ohmic resistance, a so-called short-circuit ring.
  • the short-circuit ring 23 has two end edges 23.1 and 23.2. Its longitudinal extent in the direction of movement is dimensioned such that, in the central position M of the stroke h shown in FIG. 2a), the end region delimited by an end edge, here the end edge 23.1, is enclosed by the middle region MS of the active coil 18.1, while the passive one Coil 26.1 is fully penetrated by the short-circuit ring.
  • the active coil 18.1 is almost completely penetrated by the short-circuit ring 23, while the passive coil 26.1 is surrounded by the adjacent ferromagnetic material. al is partially enforced. Characterized in that the circuitry passive coil 26.1 in the vicinity of the end position I encloses the end edge 23.2 of the short-circuit element 23, the coil 26.1 is also active near the end position and carries in the bridge circuit acc. Fig. 4 for linearization of the display signal.
  • the coil arrangement 18 can be enclosed on all sides by a housing 24 except for corresponding through openings for the rod-shaped sensor part 17.
  • the housing 24 here consists of a magnetically highly conductive material which, however, has poor electrical conductivity properties and serves as a shield for the coil arrangement 18 against the action of external magnetic fields.
  • the coils can, for example, be fixed in the housing 24 with casting compound. This also applies to the exemplary embodiments shown and described below.
  • the short-circuit ring 23 which is made of an electrically highly conductive material, expediently made of copper or aluminum, has a thickness which is, for example, in the range between 0.1 and 0.5 mm.
  • the short-circuit ring 23 is inserted in a groove 23.3 in the rod-shaped sensor part 17.
  • the rod-shaped sensor part 17 can be formed directly by the actuator to be actuated, for example a nozzle needle on an injection nozzle or also by the stem of a gas exchange valve, so that the rod-shaped sensor Sorteil 17 passes through the coil assembly with its entire length, or by a corresponding bolt of the actuator anchor or a measuring stick connected to it.
  • Such a sensor arrangement works on the eddy current principle. If a high-frequency alternating current is applied to the coil arrangement 18, so that a high-frequency magnetic field is generated, then electrical voltages are induced in the short-circuit ring 23 and are converted into active currents by the short circuit. These eddy currents in turn generate an opposing magnetic field which counteracts the causing high-frequency magnetic field of the coil arrangement 18 in the form of a field change.
  • the rod-shaped sensor part 17 moves, the direction and the path of the field change relative to the coil arrangement to the outside is noticeable by a change in the inductance, which depends on the movement of the rod-shaped sensor part 17, so that the position and thus the path of the sensor part 17 can be detected via a corresponding signal.
  • FIG. 3 shows a preferred embodiment of the sensor arrangement in different operating positions in the same representation as in FIG. 2.
  • the coil arrangement 18 has a long active coil 18.1 and a short passive coil 26.1.
  • the difference according to the embodiment. 2 consists, however, in that the rod-shaped sensor part 17 is provided with two short-circuit rings, namely a first short-circuit ring 23 and a second short-circuit ring 23.0.
  • the two short-circuit rings 23 and 23.0 are arranged at a distance from one another on the rod-shaped sensor part 17.
  • the active coil 18.1 is practically almost completely penetrated by the short-circuit ring 23, while the passive coil 26.1 is still only penetrated by the ferromagnetic material of the sensor part 17.
  • the active coil 18.1 is practically almost completely penetrated by the ferromagnetic material of the sensor part 17, while the end region delimited by the end edge 23.3 of the second short-circuit ring 23.0 passes through the previously passive coil 26.1 and is thus activated ,
  • FIG. 4 is for the embodiments according to Fig. 2 or Fig. 3 schematically shows a circuit for the measurement value acquisition in the form of a carrier frequency measuring bridge.
  • the coil 18.1 and the coil 26.1 of the coil arrangements 18 of the sensor arrangement are connected together with two further impedances, for example coils 18.3 and 18.4, to form a carrier frequency measuring bridge 29.
  • a high-frequency alternating current is applied to the bridge 29 via a frequency generator 30.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the embodiment according to FIG. 3, in which two short passive coils 26.1 and 26.2 are arranged on either side of the long active coil 18.1.
  • the associated circuit arrangement is shown in Fig. 6, which essentially according to the circuit.
  • Fig. 4 corresponds, so that reference is made to the description of Fig. 4.
  • the two coils 26.1 and 26.2 are connected in series.
  • the inductance of the active coil 18.1 corresponds approximately to the sum of the two passive coils 26.1 and 26.2.
  • the two passive coils 26.1 and 26.2 are electrically connected in series and together form a quarter of the carrier frequency bridge 29.
  • End position I of the short-circuit ring 23 is almost completely enclosed by the coil 18.1, while the passive coil 26.1 is partially penetrated by the subsequent ferromagnetic material of the sensor part 17 and the passive coil 26.2 is completely penetrated. If the sensor part 17 is moved into the end position II shown in FIG. 5c), the short-circuit ring 23.0 reaches with its end edge 23.3 in the overlap area of the coil 26.2, while the short-circuit ring 23 covers the area of influence of the coil 26.1. In this position, the coil 18.1 is practically almost completely penetrated by the ferromagnetic material of the sensor part 17.
  • Fig. 7 the voltage curve V is plotted over the stroke h in a diagram. Also shown here are the measurement error curves resulting from the actual displacement in the different systems.
  • Line V shows the voltage curve for a stroke of 8 mm.
  • the dashed line 1R shows the absolute measurement error in millimeters for an embodiment according to Fig. 2 with only one short-circuit ring, while the solid line 2R the error deviation for an embodiment acc.
  • Fig. 5 shows with two short-circuit rings, a long active coil 18.1 and two short passive coils 26.1 and 26.2. From this it can be seen that the embodiment according to. 5 shows a significant improvement in the linearity of the measurement signal.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eineSensoranordnung zur Erfassung eines Hubes eines bewegbaren Baugliedes, insbesondere eines durch einen Aktuator bewegbaren Stellgliedes, mit einer feststehenden, eine aktive Spule (18.1) und mit Abstand hierzu wenigstens eine passive Spule (26.1, 26.2) aufweisenden Spulenanordnung (18), die mit einer Stromversorgung (30) und ei ner Signalerfassung (29) in Verbindung steht, und mit einem axial bewegbaren stabförmigen Sensorteil (17) aus einem vor zugsweise magnetisierbaren Material, das mit dem axial hin und her bewegbaren Stellglied in Verbindung steht und das mit wenigstens einem in Längsrichtung jeweils durch eine Endkante (23.1, 23.2) begrenzten Kurzschlusselement (23, 23.0) aus einem elektrischleitenden Material mit geringem Ohmschen Wider stand versehen ist, dessen Erstreckung in Bewegungsrichtung so bemessen ist, dass in wenigstens einer durch die vorgegebene Hubhöhe (h) definierten Endstellung (I, II) eine Endkante (23.1, 23.2, 23.3) des wenigstens einen Kurzschlusselementes (23) von der aktiven Spule (18.1) umschlossen ist und eine andere Endkante (23.1, 23.2, 23.3) des wenigstens einen Kurz schlusselementes (23, 23.0) von einer der wenigstens einen passiven Spulen (26.1, 26.2) zumindest teilweise umfasst wird.

Description

Bezeichnung: Sensoranordnung zur Erfassung der Bewegung eines durch einen Aktuator hin und her bewegten Stellgliedes
Beschreibung
Da bei einem Aktuator zur Hin- und Herbewegung eines Stellgliedes, insbesondere bei einem elektromagnetischen Aktuator, die Bewegung des Ankers des Aktuators in der Regel identisch ist mit der Bewegung des zu betätigenden Stellgliedes, besteht die Möglichkeit, die Ankerbewegung und damit die Bewegung des Stellgliedes im Bereich des Aktuators zu erfassen.
Bei einem elektromagnetischen Aktuator mit zwei mit Abstand zueinander angeordneten Elektromagneten, deren Polflächen ge- geneinandergerichtet sind und zwischen denen bei abwechselnder Bestromung ein Anker gegen die Kraft von Rückstellfedern hin und her bewegbar geführt ist, können über eine Erfassung von Strom und/oder Spannung an dem jeweils fangenden Magneten bzw. bei der Freigabe des haltenden Magneten Rückschlüsse auf die Ankerbewegung gezogen werden, die bei entsprechender Signalverarbeitung zu Zwecken der Ansteuerung verwertbar sind.
Ein derartiger elektromagnetischer Aktuator wird beispiels- weise als vollvariabler Ventiltrieb zur Betätigung eines Gaswechselventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine eingesetzt. Die gestiegenen Anforderungen an die Genauigkeit der Ansteuerung insbesondere in bezug auf die Beeinflussung der Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf der Polfläche des jeweils fangenden Magneten, und damit auch der AufSetzgeschwindigkeit des Gaswechselventils auf dem Ventilsitz, lassen eine Bewegungserfassung durch Ableitung aus den Strom- und Spannungs- verläufen an den Spulen der Elektromagneten nicht mehr ausreichend erscheinen, da die hieraus gewonnenen Signale erst für den nächstfolgenden Hubtakt umgesetzt werden können. Es besteht daher die Notwendigkeit, mit Hilfe einer entsprechenden Sensorik die Bewegung des Ankers und damit die Bewegung des Stellgliedes "online" über den gesamten Hubweg zu erfassen, so daß aufgrund entsprechender Signale während der Bewegung des Stellgliedes durch den Aktuator über eine entsprechende Ansteuerung des Aktuators, beispielsweise eines elektromagnetischen Aktuators, auf die Bestromung der Elek- tromagnete Einfluß genommen werden kann und die Ankerbewegung noch im laufenden Hubtakt geführt werden kann.
Diese Vorgabe kann mit nur einem wegfühlenden Sensor mit geringer Fehlerabweichung erfüllt werden, der während der gesamten Hubbewegung ein entsprechendes Signal erzeugt, d. h. den Hubweg "abbildet". Wegen der Anforderungen an die Auflö- sung und Genauigkeit bei Gaswechselventilen, aber auch an Einspritzdüsen und Nadelventilen wegen der relativ kleinen Hübe müssen Störungen möglichst vollständig von der Sensorik ferngehalten werden. Dies gilt auch für andere Einsatzfälle, bei denen die Bewegung eines hin und bewegten Bauteils, bei- spielsweise eines Steuerkolbens oder dergl. mit hohen Anforderungen an die Genauigkeit erfaßt werden muß. Hierbei sollte das erzeugte Wegsignal möglichst linear sein.
Ein Sensor dieser Art ist aus DE 101 57 119 A im Prinzip vor- bekannt, der jedoch eine relativ große Baulänge erfordert, wenn genaue Meßsignale gewünscht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung zu schaffen, die der vorbekannten Sensoranordnung gleichwertig ist, jedoch eine deutlich geringere Baulänge erfordert und ein im wesentlichen lineares Wegsignal erzeugt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen, und zwar eine Sensoranordnung zur Erfassung eines Hubes eines bewegbaren Baugliedes, insbesondere eines durch einen Aktuator bewegbaren Stellgliedes, mit einer feststehenden, eine aktive Spule und mit Abstand hierzu wenigstens eine passive Spule aufweisenden Spulenanordnung, die mit einer Stromversorgung und einer Signalerfassung in Verbindung steht, und mit einem axial bewegbaren stabförmigen Sensorteil aus einem vorzugs- weise magnetisierbaren Material, das mit dem axial hin und her bewegbaren Stellglied in Verbindung steht und das mit wenigstens einem in Längsrichtung jeweils durch eine Endkante begrenzten KurzSchlußelement aus einem elektrischleitenden Material mit geringem Ohmschen Widerstand versehen ist, des- sen Erstreckung in Bewegungsrichtung so bemessen ist, daß in wenigstens einer durch die vorgegebene Hubhöhe h definierten Endstellung I, II eine Endkante des wenigstens einen Kurzschlußelementes von der aktiven Spule umschlossen ist und eine andere Endkante des wenigstens einen Kurzschlußelementes von einer der wenigstens einen passiven Spulen zumindest teilweise umfaßt wird.
Die nachstehend noch näher erläuterte Signalerzeugung wird hierbei jeweils durch eine Feldveränderung in wenigstens zwei Spulen über die sich mit dem Hub ändernde Eintauchlänge wenigstens eines am stabförmigen Sensorteil angeordneten Kurzschlußelementes in die aktive Spule bewirkt. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß bei Erreichen der durch die vorgegebene Hubhöhe definierten End- Stellung das wenigstens eine Kurzschlußelement mit seinem Endbereich noch von einer der beiden Spulen überdeckt wird. Die ansonsten passive zweite Spule wird in diesem Bereich dann aktiviert. Die "Geometrie" der aktiven Spule und der wenigstens einen passiven Spule, d. h. ihre Länge und ihr Ab- stand zueinander einerseits und die Länge des Kurzschlußelementes andererseits werden so bemessen, daß stets ein Übergang des Materials des Kurzschlußelementes auf das vorzugsweise ferromagnetische Material des stabförmigen Sensorteils, d. h. eine Endkante eines Kurzschlußelementes, in wenigstens eine der ansonsten passiven Spulen eintaucht, wenn sich der durch die eine andere Endkante eines KurzSchlußelementes definierte Materialübergang einem Ende der aktiven Spulen nä- hert. Schon hierdurch gelingt es, das erzeugte Meßsignal zu linearisieren. Die Anordnung eines zusätzlichen dritten Materialübergangs zwischen den unterschiedlichen Materialien, insbesondere eines zusätzlichen KurzSchlußelementes, ergibt bei entsprechender Abstimmung der Längen der durch die Länge der Kurzschlußelemente definierte elektrisch gut leitenden Zonen und des Abstandes der beiden Kurzschlußelemente zueinander und der damit definierten Länge der Zone aus ferroma- gnetischem Material in bezug auf die Länge der Spulen die Möglichkeit einer Linearisierung des Anzeigesignals praktisch über den gesamten Hubbereich.
Zweckmäßig ist es, wenn die Länge der aktiven Spule größer ist als die zu messende Hubhöhe h.
Bei der Anwendung für elektromagnetische Aktuatoren zur Betätigung von Gaswechselventilen an einer Kolbenbrennkraftmaschine kann diese Zusammenschaltung in der Weise erfolgen, daß entsprechend der Zündfolge jeweils ein nicht betätigtes und ein betätigtes Gaswechselventil in der Halbbrücke verschaltet wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn auf dem stabförmigen Sensorteil zwei jeweils durch Endkanten begrenzte Kurzschlußelemente mit Abstand zueinander angeordnet sind und daß der Abstand der einander zugekehrten Enden der wenigstens zwei Spulen einerseits und der Abstand der einander zugekehrten Endkanten) der Kurzschluß- elemente andererseits so bemessen ist, daß in wenigstens ei- ner durch die vorgegebene Hubhöhe h definierten Endstellung I, II des Sensorelementes eine der Endkanten des Kurzschlußelementes von der aktiven Spule umschlossen ist und eine weitere Endkante eines der beiden Kurzschlußelemente von einer der wenigstens einen passiven Spulen zumindest teilweise u - faßt wird. Die Linearität kann noch durch wickeltechnische Maßnahmen verbessert werden, beispielsweise durch gezielt ungleichmäßiges Wickeln, zusätzliches Kompensationswickeln oder ähnliche Maßnahmen. Bei der Anordnung von zwei passiven Spulen, von denen jeweils eine an jedem Ende der aktiven Spulen zugeordnet ist, sind diese zweckmäßig gleichsinnig gewickelt und in Reihenschaltung miteinander verbunden und als Viertelbrückenelemente mit der aktiven Spule in einer Halbbrücke zusammengeschaltet.
Wird die Spulenanordnung einer derartigen Sensoranordnung mit einem hochfrequentem Wechselstrom beaufschlagt, so wird ein hochfrequentes Magnetfeld erzeugt, das auf das mit dem stabförmigen Sensorteil verbundene Kurzschlußelement einwirkt und im KurzSchlußelement Wirbelströme erzeugt. Die Wirbelströme erzeugen ihrerseits ein magnetisches Gegenfeld, das dem verursachenden hochfrequenten Magnetfeld in Form einer Feldverdrängung entgegenwirkt. Die hierdurch bewirkte Feldveränderung der Spule macht sich nach außen durch eine Änderung der Induktivität bemerkbar. Wird nun der stabförmige Sensorteil mit seinem Gegenfeld relativ zur Spulenanordnung bewegt, dann kann über die durch die Feldveränderung veränderte Induktivität in der Spulenanordnung der Weg des Sensorteils und damit der Weg des Stellgliedes über eine entsprechende Auswerte- Schaltung berührungslos erfaßt werden. Der stabförmige Sensorteil besteht zweckmäßig aus einem magnetisch durchlässigen oder einem magnetisch leitenden Material. Das Kurzschlußelement kann durch einen auf den stabförmigen Sensorteil aufgesetzten Kurzschlußring gebildet werden. Statt eines Kurz- schlußringes kann der stabförmige Sensorteil aus magnetisier- bare Material auch unterteilt werden und ein stabförmiges, festverbundenes Zwischenstück aus elektrisch leitendem Material vorgesehen sein.
Zur Verminderung der Auswirkung von äußeren Störeinflüssen ist ein die Spulenanordnung möglichst weitgehend umschließendes Gehäuse aus einem magnetisch leitenden, aber elektrisch schlecht leitenden Material vorgesehen. Dies ist insbesondere dann bedeutsam, wenn die Sensoranordnung unmittelbar mit dem Aktuator verbunden ist und der Aktuator als elektromagnetischer Aktuator ausgebildet ist, so daß bei der Betätigung der Elektromagneten des Aktuators entsprechende Störfelder auftreten. Durch das Gehäuse wird die Spulenanordnung gegen diese Störfeder abgeschirmt.
Während es grundsätzlich möglich ist, das Material des Kurz- Schlußelementes in Form eines Ringes durch Aufdampfen oder dergleichen als dünne Schicht auf den stabförmigen Sensorteil aufzubringen, ist es zweckmäßig, wenn das KurzSchlußelement in Form eines Kurzschlußringes eine deutliche Wanddicke aufweist, die vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,5 mm liegen kann. Dies kann beispielsweise durch das Eindrehen einer entsprechend tiefen und entsprechend der vorgesehenen Länge des KurzSchlußelementes breiten Nut in den ferromagnetischen Sensorteil erreicht werden, die dann beispielsweise galvanisch mit Kupfer ausgefüllt wird. Damit kann über eine entsprechen- de Anpassung der Wanddicke des Kurzschlußelementes eine gewisse Temperaturabhängigkeit der Sensoranordnung kompensiert werden.
Dies ist insbesondere wichtig bei Sensoranordnungen, die in Verbindung mit Aktuatoren eingesetzt werden, die wechselnden Betriebstemperaturen ausgesetzt sind, beispielsweise Aktuatoren zur Betätigung von Gaswechselventilen an Kolbenbrenn- kraftmaschinen. Bei der bevorzugten Verwendung von Kupfer oder auch Aluminium als Material für das KurzSchlußelement ergibt sich, daß bei gegebener Spannung mit zunehmender Temperatur der spezifische Widerstand des Materials des Kurzschlußelementes ansteigt und dementsprechend die Stärke des magnetischen Gegenfeldes absinkt, bzw. des resultierenden Magnetfeldes ansteigt.
Andererseits wird über das von der Spulenanordnung auf das KurzSchlußelement einwirkende hochfrequente Magnetfeld für die im KurzSchlußelement induzierten elektrischen Ströme ein Skin-Effekt wirksam, d.h. die Wirbelströme fließen nur in einer dünnen Schicht im äußeren Wandbereich des Kurzschlußringes. Mit steigender Temperatur nimmt zwar der spezifische elektrische Widerstand des Kurzschlußringes zu; andererseits aber dringen die Wirbelströme dann etwas tiefer in das Material des Kurzschlußringes ein, so daß hierdurch der temperaturbedingte Anstieg des spezifischen elektrischen Widerstandes durch einen entsprechend größeren Leiterquerschnitt größ- tenteils kompensiert wird. Bei begrenzter Dicke des Kurzschlußelementes, insbesondere bei begrenzter Wanddicke des Kurzschlußringes, ist das Eindringen der Wirbelströme mit steigender Temperatur begrenzt, so daß die Wirbelströme oberhalb einer gewissen Temperatur abnehmen. Somit kann man mit Hilfe der Dicke des Kurzschlußringes den Temperaturgang des Sensors beeinflussen. Bei geeigneter Wahl der Wanddicke kann man hiermit weitere thermisch bedingte Einflüsse teilweise kompensieren, beispielsweise die Temperaturabhängigkeit der Permeabilität des magnetischen Kern- und Mantelmaterials .
Für die Stromversorgung und Signalerfassung ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Trägerfrequenzmeßbrücke vorgesehen, die einen Frequenzgenerator aufweist, wobei die beiden Spulen der Spulenanordnung einen Teil der Meßbrücke bil- den. Zweckmäßig ist hierbei, wenn der Frequenzgenerator eine hohe Trägerfrequenz beispielsweise in der Größe von 100 kHz erzeugt.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen von Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils, Fig. 2a), b), c) eine Grundform einer Sensoranordnung in größerem Maßstab im Schnitt mit einem Kurzschlußring und zwei Spulen, in unter- schiedlichen Betriebsstellungen,
Fig. 3a), b), c) eine Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 2 mit zwei Kurzschlußringen und zwei Spulen, in unterschiedlichen Betriebs- Stellungen,
Fig. 4 eine Schaltungsanordnung für die Ausführungsform gem. Fig. 3,
Fig. 5a), b), c) eine Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 3 mit zwei KurzSchlußelementen und drei Spulen, in unterschiedlichen Betriebsstellungen,
Fig. 6 eine Schaltungsanordnung zur Ausführungsform gem. Fig. 5,
Fig. 7 ein Diagramm mit einem Verlauf der Spannung in Abhängigkeit vom Weg und einer Wiedergabe der Fehlerabweichungen.
Der in Fig. 1 dargestellte elektromagnetische Aktuator wird im wesentlichen gebildet durch zwei Elektromagneten 1 und 2, die von zwei Gehäuseteilen 3.1 und 3.2 umschlossen sind, die ihrerseits über ein als Distanzteil ausgebildetes Gehäuseteil 3.3 im Abstand zueinander angeordnet und mit ihren Polflächen 4 gegeneinander ausgerichtet sind. In dem vom Distanzteil 3.3 umschlossenen Bewegungsraum zwischen den beiden Polflächen 4 ist ein Anker 5 angeordnet, der über einen Führungsbolzen 6.1 in einer Führung 7 hin- und herbewegbar geführt ist. Der Anker 5 steht über einen Führungsbolzen 6.2, der sich auf dem Führungsbolzen 6.1 im Bereich des Ankers 5 auf diesem abstützt, mit einer Rückstellfeder 8 in Verbindung. Das andere untere freie Ende 9 des Führungsbolzens 6.1 stützt sich hier- bei auf einem Stellglied, beispielsweise dem freien Ende des Schaftes 11 eines Gaswechselventils ab, das in dem hier nur angedeuteten Zylinderkopf 12 einer Kolbenbrennkraftmaschine geführt ist. Durch eine Rückstellfeder 13 wird das Gaswechselventil in Schließrichtung (Pfeil 11.1) beaufschlagt, wobei die Rückstellfeder 13 und die Rückstellfeder 8 in ihrer
Kraftrichtung gegeneinander gerichtet sind, so daß bei stromlos gesetzten Elektromagneten der Anker 5 entsprechend seine Ruheposition zwischen den beiden Polflächen 4 der beiden Elektromagneten 1 und 2 einnimmt, wie dies in Fig. 1 darge- stellt ist.
Die Gehäuseteile 3.1 und 3.2 der beiden Elektromagneten umschließen jeweils einen vorzugsweise quaderförmigen Jochkörper 14, die mit Ausnehmungen versehen sind, in die eine ring- förmig ausgebildete Spule 15 eingelegt ist, die jeweils über eine hier nicht näher dargestellte Steuereinrichtung zum Öffnen und Schließen des Gaswechselventils abwechselnd bestrom- bar sind.
An dem dem Gaswechselventil abgekehrten Ende des Aktuators ist eine Sensoranordnung 16 vorgesehen, die im wesentlichen aus einem stabförmigen Sensorteil 17, beispielsweise eine sogenannte Meßstelze gebildet wird, die praktisch eine Verlängerung des Federbolzens 6.2 darstellt. Der stabförmige Sen- sorteil 17 ist von einer Spulenanordnung 18 umschlossen, die mit einer Spannungsversorgung und Signalerfassung 19 verbunden ist. Im Betrieb wird durch die Hin- und Herbewegung des stabförmigen Sensorteils 17 in der Spulenanordnung 18 je nach Schaltungsanordnung und Ausgestaltung der Sensoranordnung ein Wechselstrom bzw. eine Wechselspannung erzeugt, die proportional zum Weg des Sensorteils und damit proportional zum Weg des Ankers 5 und damit proportional zum Weg des Stellgliedes ist. Durch einen direkten Abgriff kann hier der Ankerweg als Signal erfaßt werden und durch eine Differenzierung des Wegsignals kann ein geschwindigkeitsproportionales Signal erzeugt werden.
In Fig. 2 ist schematisch eine Grundausführung für die Sensoranordnung dargestellt. Fig. 2a zeigt hierbei den Aufbau des Sensors, während Fig. 2b und Fig. 2c die möglichen Endstellungen des stabförmigen Sensorteils für den Hubweg h zei- gen.
Wie Fig. 2a) erkennen läßt, besteht die Sensoranordnung im wesentlichen aus dem stabförmigen Sensorteil 17, der von der Spulenanordnung 18 umfaßt ist, die über entsprechende Zulei- tungen 20, 21, 22 mit der Spannungsversorgung und Auswerteeinrichtung 19 verbunden ist (Fig. 1). Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Spulenanordnung eine lange aktive Spule 18.1 und eine kurze passive Spule 26.1 auf, die auf einen Spulenträger 27 gewickelt sind.
Der dargestellte, mit dem Stellglied in Verbindung stehende stabförmige Sensorteil 17 ist mit einem Kurzschlußelement 23 in Form eines Ringes bzw. einer Hülse aus einem elektrisch leitendem Material mit geringem Ohmschen Widerstand, einem sogenannten Kurzschlußring versehen. Der Kurzschlußring 23 weist zwei Endkanten 23.1 und 23.2 auf. Seine Längserstrek- kung in Bewegungsrichtung ist so bemessen, daß in der in Fig. 2a) dargestellten Mittelstellung M des Hubweges h der durch eine Endkante, hier die Endkante 23.1 begrenzte Endbe- reich vom Mittelbereich MS der aktiven Spule 18.1 umschlossen ist, während die passive Spule 26.1 vom Kurzschlußring voll durchsetzt ist.
Gelangt das Sensorteil 17 in die in Fig. 2b) dargestellte Endstellung I, dann ist die aktive Spule 18.1 praktisch fast vollständig vom Kurzschlußring 23 durchsetzt, während die passive Spule 26.1 vom angrenzenden ferromagnetischen Materi- al teilweise durchsetzt ist. Dadurch, daß die schaltungstechnisch passive Spule 26.1 in der Nähe der Endstellung I die Endkante 23.2 des Kurzschlußelementes 23 umschließt, wird die Spule 26.1 nahe der Endstellung ebenfalls aktiv und trägt in der Brückenschaltung gem. Fig. 4 zur Linearisierung des Anzeigesignals bei.
Gelangt bei der Rückbewegung der stabförmige Sensorteil 17 in die Endstellung II gem. Fig. 2c), dann nähert sich die End- kante 23.1 dem Ende der aktiven Spule 18.1, der Kurzschlußring 23 wird aber weiterhin noch von der passiven Spule 26.1 umgeben, während die aktive Spule 18.1 praktisch fast vollständig vom magnetisch leitenden Material des stabförmigen Sensorteils ausgefüllt ist. In dieser Endstellung findet kei- ne Linearisierung des Anzeigesignals statt.
Die Spulenanordnung 18 kann von einem Gehäuse 24 bis auf entsprechende Durchtrittsöffnungen für den stabförmigen Sensorteil 17 allseitig umschlossen sein. Das Gehäuse 24 besteht hierbei aus einem magnetisch gut leitendem Material, das jedoch schlechte elektrische Leiteigenschaften aufweist und dient als Abschirmung für die Spulenanordnung 18 gegenüber der Einwirkung von äußeren Magnetfeldern. Die Spulen können beispielsweise im Gehäuse 24 mit Vergußmasse festgelegt sein. Dies gilt auch für die nachfolgend dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Der Kurzschlußring 23, der aus einem elektrisch gut leitendem Material hergestellt ist, zweckmäßigerweise aus Kupfer oder aus Aluminium, weist eine Dicke auf, die beispielsweise im Bereich zwischen 0,1 und 0,5 mm liegt. Bei der hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kurzschlußring 23 in einer Nut 23.3 im stabförmigen Sensorteil 17 eingesetzt. Der stabförmige Sensorteil 17 kann hierbei unmittelbar durch das zu betätigende Stellglied gebildet werden, beispielsweise eine Düsennadel an einer Einspritzdüse oder aber auch durch den Schaft eines Gaswechselventils, so daß der stabförmige Sen- sorteil 17 die Spulenanordnung mit seiner ganzen Länge durchsetzt, oder durch einen entsprechenden Bolzen des Aktuatoran- kers oder einer mit diesem verbundenen Meßstelze.
Eine derartige Sensoranordnung arbeitet nach dem Wirbelstromprinzip. Wird die Spulenanordnung 18 mit einem hochfrequentem Wechselstrom beaufschlagt, so daß ein hochfrequentes Magnetfeld erzeugt wird, dann werden im Kurzschlußring 23 elektrische Spannungen induziert, die durch den Kurzschluß in Wir- beiströme umgewandelt werden. Diese Wirbelströme erzeugen ihrerseits ein magnetisches Gegenfeld, das dem verursachenden hochfrequenten Magnetfeld der Spulenanordnung 18 in Form einer Feldveränderung entgegenwirkt. Bei einer Bewegung des stabförmigen Sensorteils 17 macht sich die Richtung und der Weg der Feldveränderung relativ zur Spulenanordnung nach außen durch eine Änderung der Induktivität bemerkbar, die von der Bewegung des stabförmigen Sensorteils 17 abhängig ist, so daß hierdurch die Position und damit der Weg des Sensorteils 17 über ein entsprechendes Signal erfaßt werden kann.
In Fig. 3 ist in der gleichen Darstellungsweise wie in Fig. 2 eine bevorzugte Ausgestaltung der Sensoranordnung in unterschiedlichen Betriebsstellungen dargestellt. Gleiche Bauelemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß auf die voraufgegangene Beschreibung verwiesen werden kann. Auch bei dieser Ausführungsform weist die Spulenanordnung 18 eine lange aktive Spule 18.1 sowie eine kurze passive Spule 26.1 auf. Der Unterschied zur Ausführungsform gem. Fig. 2 besteht jedoch darin, daß der stabförmige Sensorteil 17 mit zwei Kurzschlußringen versehen ist, nämlich einem ersten Kurzschlußring 23 und einem zweiten Kurzschlußring 23.0. Die beiden Kurzschlußringe 23 und 23.0 sind mit Abstand zueinander auf dem stabförmigen Sensorteil 17 angeordnet. Der Abstand zwischen der Endkante 23.1 des Kurzschlußringes 23 und der Endkante 23.3 des Kurzschlußringes 23.0 ist nun wieder auf die Abmessungen der Spulenanordnung 18 abgestimmt. Ausgehend von der in Fig. 3a) dargestellten Mittellage M ist die End- kante 23.1 des Kurzschlußringes 23 vom Mittelbereich MS der aktiven Spule 18.1 umschlossen, während die passive Spule 26.1 noch vom ferromagnetischen Material des Sensorteils 17 durchsetzt ist.
Erreicht der Sensorteil 17 die in Fig. 3b) dargestellte Endstellung I, dann ist die aktive Spule 18.1 praktisch fast vollständig vom Kurzschlußring 23 durchsetzt, während die passive Spule 26.1 weiterhin nur vom ferromagnetischen Mate- rial des Sensorteils 17 durchsetzt ist.
Erreicht der Sensorteil 17 die in Fig. 3c dargestellte Endstellung II, dann wird die aktive Spule 18.1 praktisch fast vollständig vom ferromagnetischen Material des Sensorteils 17 durchsetzt, während der der Endkante 23.3 des zweiten Kurzschlußringes 23.0 begrenzte Endbereich die bisher passive Spule 26.1 durchsetzt und so aktiviert.
In Fig. 4 ist für die Ausführungsformen gem. Fig. 2 oder Fig. 3 schematisch eine Schaltung für die Meßwerterfassung in Form einer Trägerfrequenzmeßbrücke dargestellt. Die Spule 18.1 und die Spule 26.1 der Spulenanordnungen 18 der Sensoranordnung sind mit zwei weiteren Impedanzen, beispielsweise Spulen 18.3 und 18.4 zu einer Trägerfrequenzmeßbrücke 29 zusammengeschal- tet. Die Brücke 29 wird über einen Frequenzgenerator 30 mit einem hochfrequenten Wechselstrom beaufschlagt.
Wird nun der jeweils aktive stabförmige Sensorteil 17 mit seinen Kurzschlußringen 23 und 23.0 relativ zu den Spulen 18.1 und 26.1 der Brücke 29 in Richtung auf die Endstellung I bewegt, dann erfolgt eine Feldveränderung. Hierdurch wird eine "Verstimmung" der Brücke 29 bewirkt, die über einen Verstärker 31 und Bandpaßfilter 32 erfaßt werden kann. Mittels Gleichrichter 33, der phasenselektiv sein kann, und Tiefpaß- filter 34 kann dann ein hubabhängiges Signal erzeugt werden, das für die Zwecke einer Steuerung, beispielsweise der Ansteuerung der Gaswechselventile verarbeitet werden kann. Die passive Spule 26.1 wirkt hierbei als Kompensationsspule. Bewegt sich der Sensorteil 17 in Richtung auf die Endstellung II, dann wird die Spule 18.1 in der Endstellung II passiv, während die passive Spule 26.1 aktiv wird und so der nicht linearen Signalanhebung entgegenwirkt.
In Fig. 5 ist eine Ausgestaltung der Ausführungsform gem. Fig. 3 dargestellt, bei der jeweils zu beiden Seiten der langen aktiven Spule 18.1 zwei kurze passive Spulen 26.1 und 26.2 angeordnet sind. Die zugehörige Schaltungsanordnung ist in Fig. 6 dargestellt, die im wesentlichen der Schaltung gem. Fig. 4 entspricht, so daß auf die Beschreibung zu Fig. 4 verwiesen wird. Die beiden Spulen 26.1 und 26.2 sind hierbei in Reihe geschaltet. Die Induktivität der aktiven Spule 18.1 entspricht in etwa der Summe der beiden passiven Spulen 26.1 und 26.2. Die beiden passiven Spulen 26.1 und 26.2 sind elektrisch hintereinander geschaltet und bilden zusammen ein Viertel der Trägerfrequenzbrücke 29.
Der Abstand der beiden Kurzschlußringe 23 und 23.0 zueinander sowie die Länge der beiden Kurzschlußringe 23 und 23.0 in be- zug auf die dargestellte Spulenanordnung ist nun so bemessen, daß in der Mittelstellung die Endkante 23.1 des Kurzschlußringes 23 im Mittenbereich MS der Spule 18.1 liegt und die Spule 26.1 den Kurzschlußring 23 noch vollständig umschließt, während die Spule 26.2 voll vom ferromagnetischen Material des Sensorteils 17 durchsetzt ist und somit der Kurzschlußring 23.0 außerhalb des Einflußbereichs der Spule 26.2 liegt.
Wie aus der Darstellung 5b) zu entnehmen ist, wird in der
Endstellung I der Kurzschlußring 23 praktisch fast vollständig von der Spule 18.1 umschlossen, während die passive Spule 26.1 vom anschließenden ferromagnetischen Material des Sensorteils 17 teilweise durchsetzt ist und die passive Spule 26.2 vollständig durchsetzt ist.. Wird das Sensorteil 17 in die in Fig. 5c) dargestellte Endposition II verschoben, dann gelangt der Kurzschlußring 23.0 mit seiner Endkante 23.3 in den Überdeckungsbereich der Spule 26.2, während der Kurzschlußring 23 den Einflußbereich der Spule 26.1 überdeckt. Die Spule 18.1 ist in dieser Position praktisch fast vollständig vom ferromagnetischen Material des Sensorteils 17 durchsetzt.
In Fig. 7 ist in einem Diagramm der Spannungsverlauf V über den Hubweg h aufgetragen. Hierbei zusätzlich dargestellt sind die sich gegenüber der tatsächlichen Verschiebung bei den unterschiedlichen Systemen ergebenden Meßfehlerverläufe.
Die Linie V zeigt den Spannungsverlauf für einen Hubweg von 8 mm. Die gestrichelte Linie 1R zeigt den absoluten Meßfehler in Millimetern für eine Ausführungsform gem. Fig. 2 mit nur einem Kurzschlußring, während die durchgehend ausgezogene Linie 2R die Fehlerabweichung für eine Ausführungsform gem. Fig. 5 mit zwei Kurzschlußringen, einer langen aktiven Spule 18.1 und zwei kurzen passiven Spulen 26.1 und 26.2 erkennen läßt. Daraus ist ablesbar, daß die Ausführungsform gem. Fig. 5 eine erhebliche Verbesserung in der Linearität des Meßsignals ergibt.

Claims

Ansprüche
1. Sensoranordnung zur Erfassung eines Hubes eines bewegbaren Baugliedes, insbesondere eines durch einen Aktuator bewegbaren Stellgliedes, mit einer feststehenden, eine aktive Spule (18.1) und mit Abstand hierzu wenigstens eine passive Spule (26.1, 26.2) aufweisenden Spulenanordnung (18), die mit einer Stromversorgung (30) und einer Signalerfassung (29) in Ver- bindung steht, und mit einem axial bewegbaren stabförmigen
Sensorteil (17) aus einem vorzugsweise magnetisierbaren Material, das mit dem axial hin und her bewegbaren Stellglied in Verbindung steht und das mit wenigstens einem in Längsrichtung jeweils durch eine Endkante (23.1, 23.2) begrenzten Kurzschlußelement (23, 23.0) aus einem elektrischleitenden
Material mit geringem Ohmschen Widerstand versehen ist, dessen Erstreckung in Bewegungsrichtung so bemessen ist, daß in wenigstens einer durch die vorgegebene Hubhöhe (h) definierten Endstellung (I, II) eine Endkante (23.1, 23.2, 23.3) des wenigstens einen Kurzschlußelementes (23) von der aktiven
Spule (18.1) umschlossen ist und eine andere Endkante (23.1, 23.2, 23.3) des wenigstens einen Kurzschlußelementes (23, 23.0) von einer der wenigstens einen passiven Spulen (26.1,
26.2) zumindest teilweise umfaßt wird.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem stabförmigen Sensorteil (17) zwei jeweils durch Endkanten (23.1, 23.2) begrenzte Kurzschlußelemente (23, 23.0) mit Abstand zueinander angeordnet sind und daß der Ab- stand der einander zugekehrten Enden der wenigstens zwei Spulen (18.1, 26.1) einerseits und der Abstand der einander zugekehrten Endkanten (23.1, 23.2) der Kurzschlußelemente (23, 23.0) andererseits so bemessen ist, daß in wenigstens einer durch die vorgegebene Hubhöhe (h) definierten Endstellung (I, II) des Sensorelementes (17) eine der Endkanten (23.1, 23.2,
23.3) des Kurzschlußelementes (23, 23.0) von der aktiven Spule (18.1) umschlossen ist und eine weitere Endkante (23.1,
23.2) eines der beiden Kurzschlußelemente (23, 23.0) von einer der wenigstens einen passiven Spulen (26.1, 26.2) zumindest teilweise umfaßt wird.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Spule (18.1) eine größere Länge aufweist als die — bezogen auf die Bewegungsrichtung des Sensorteils (17) — mit Abstand zur aktiven Spule (18.1) angeordneten wenigstens eine passive Spule (26.1, 26.2).
4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung von je einer passiven Spule (26.1, 26.2) an jeweils einer Endseite der aktiven Spule (18.1) und zwei Kurzschlußelementen (23, 23.0) der Abstand der einander zugekehrten Endkanten (23.1, 23.2) der Kurzschlußelemente (23, 23.0) einerseits und die Längserstreckung beider KurzSchlußelemente (23, 23.0) andererseits so bemessen ist, daß in jeder durch die vorgegebene Hubhöhe (h) definierten Endstellung (I, II) eine Endkante eines der Kurzschluß- elemente (23, 23.0) von der aktiven Spule (18.1) umschlossen ist und eine weitere Endkante (23.1, 23.2) eines der beiden KurzSchlußelemente (23, 23.0) von einer der passiven Spulen (26.1, 26.2) zumindest teilweise umfaßt ist.
5. Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden passiven Spulen (26.1, 26.2) elektrisch hintereinander geschaltet sind und zusammen ein Viertel einer Trägerfrequenzbrücke (29) bilden.
6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die aktive Spule (18.1) gezielt ungleichmäßig bewickelt ist.
7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß die Länge zumindest des der aktiven Spule (18.1) zugeordneten Kurzschlußelementes (23) größer ist als die Länge der aktiven Spule (18.1).
8. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der aktiven Spule (18.1) größer ist als die zu messende Hubhöhe (h) .
9. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität der aktiven Spule (18.1) in etwa der Summe der Induktivität der passiven Spulen (26.1, 26.2) entspricht.
10. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Kurzschlußelementes (23, 23.0) so bemessen ist, daß Temperatureinflüsse auf die Sensoranordnung weitgehend kompensiert werden.
11. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Spule (18.1) und die wenigstens eine passive Spule (26.1, 26.2) in einer Halbbrücke zusammengeschaltet sind und dem Einwirkungsbereich des Sensor- teils (17) zugeordnet sind, so daß sie in wenigstens einer der den Hubweg (h) begrenzenden Endstellung (I, II) die Funktion einer aktiven Spule übernehmen.
12. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da- durch gekennzeichnet, daß für die Stromversorgung und Signalerfassung eine Trägerfrequenzmeßbrücke (29) vorgesehen ist, wobei die aktive Spule (18.1) und die passiven Spulen (26.1, 26.2) der Spulenanordnung (18) einen Teil der Meßbrücke (29) bilden.
EP03818926A 2003-09-30 2003-09-30 Sensoranordnung zur erfassung der bewegung eines durch einen aktuator hin und her bewegten stellgliedes Withdrawn EP1668242A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2003/010823 WO2005042969A1 (de) 2003-09-30 2003-09-30 Sensoranordnung zur erfassung der bewegung eines durch einen aktuator hin und her bewegten stellgliedes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1668242A1 true EP1668242A1 (de) 2006-06-14

Family

ID=34530618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP03818926A Withdrawn EP1668242A1 (de) 2003-09-30 2003-09-30 Sensoranordnung zur erfassung der bewegung eines durch einen aktuator hin und her bewegten stellgliedes

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7420362B2 (de)
EP (1) EP1668242A1 (de)
JP (1) JP2007515618A (de)
AU (1) AU2003276007A1 (de)
WO (1) WO2005042969A1 (de)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006051206A1 (de) * 2006-10-30 2008-05-08 Robert Bosch Gmbh Kraftstoffinjektor mit einer Messeinrichtung
US7605585B2 (en) * 2007-05-08 2009-10-20 Honeywell International Inc. Air-core transformer position sensor
US8258778B2 (en) * 2010-06-19 2012-09-04 Lustone Technology, Inc. Simplified micro-magnetic sensor for acceleration, position, tilt, and vibration
CN102052222B (zh) * 2011-01-14 2012-10-17 浙江新柴股份有限公司 柴油机供油正时的检测装置
DE102013215947A1 (de) * 2013-08-13 2015-02-19 Zf Friedrichshafen Ag Sensor und Verfahren zum Erfassen einer Position in zwei Raumrichtungen
DE202014102940U1 (de) * 2014-06-27 2014-07-23 Bürkert Werke GmbH Ventil mit einem Stößel und einem Sensor
FR3024183B1 (fr) * 2014-07-22 2019-07-26 Delphi Technologies Ip Limited Injecteur de carburant
DE102014110664A1 (de) * 2014-07-29 2016-02-04 Hella Kgaa Hueck & Co. Stellvorrichtung für die Bewegung eines Stellgliedes
JP6293036B2 (ja) * 2014-09-11 2018-03-14 メソッド・エレクトロニクス・マルタ・リミテッド 磁気センサのための距離測定方法及びセンサ
JP6458742B2 (ja) * 2016-01-20 2019-01-30 オムロン株式会社 近接センサ
DE102016203822B4 (de) * 2016-03-09 2017-12-07 Robert Bosch Gmbh Kraftstoffeinspritzventil
US10060378B2 (en) * 2016-05-20 2018-08-28 Denso International America, Inc. Inductive positive crankcase ventilation valve position sensor
DE202018100337U1 (de) * 2018-01-22 2019-04-24 Liebherr-Components Deggendorf Gmbh Injektor und Vorrichtung zur Zustandserfassung eines solchen Injektors
DE102018125803A1 (de) * 2018-10-17 2020-04-23 Liebherr-Components Deggendorf Gmbh Injektor
DE102020111787A1 (de) * 2020-04-30 2021-11-04 Liebherr-Components Deggendorf Gmbh Vorrichtung zur Zustandserfassung eines Kraftstoffinjektors

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB754917A (en) * 1953-11-04 1956-08-15 Daimler Benz Ag Apparatus for measuring the movement of valve needles, particularly for fuel injection nozzles of internal combustion engines
DE3127164A1 (de) * 1975-05-09 1982-04-29 Ohashi, Takeo, Tokyo Differentialtransformatoren
DE3347052A1 (de) * 1983-12-24 1985-07-04 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Verfahren und vorrichtung zur messempfindlichkeitserhoehung von beruehrungsfrei arbeitenden wegmesssensoren
US4717874A (en) * 1984-02-10 1988-01-05 Kabushiki Kaisha Sg Reluctance type linear position detection device
DE10154383A1 (de) * 2000-11-28 2002-05-29 Fev Motorentech Gmbh Hochdruckeinspritzeinrichtung mit berührungsloser Stellwegsensoranordnung für den Ventilkörper
EP1532350A1 (de) * 2002-08-30 2005-05-25 FEV Motorentechnik GmbH Sensoranordnung zur erfassung der bewegung eines durch einen aktuator hin und her bewegten stellgliedes mit kurzer baulänge

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2005042969A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
AU2003276007A1 (en) 2005-05-19
US7420362B2 (en) 2008-09-02
WO2005042969A1 (de) 2005-05-12
US20070152659A1 (en) 2007-07-05
JP2007515618A (ja) 2007-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1668242A1 (de) Sensoranordnung zur erfassung der bewegung eines durch einen aktuator hin und her bewegten stellgliedes
EP1082586B1 (de) Verfahren zur erfassung der position und der bewegungsgeschwindigkeit eines zwischen zwei schaltstellungen hin und her bewegbaren stellelements
DE19739840C2 (de) Verfahren zur Steuerung einer elektromagnetisch betätigbaren Stellvorrichtung, insbesondere eines Ventils für Brennkraftmaschinen
DE19751661C2 (de) Kapazitive Meßeinrichtung
WO1998038656A1 (de) Verfahren zur bewegungserkennung, insbesondere zur regelung der ankerauftreffgeschwindigkeit an einem elektromagnetischen aktuator sowie aktuator zur durchführung des verfahrens
DE3525199C2 (de)
DE10157119A1 (de) Sensoranordnung zur Erfassung der Bewegung eines Ankers an einem elektromagnetischen Aktuator
DE102005049250A1 (de) Ventilhubsensor
WO2020178155A1 (de) Elektromagnetische antriebseinrichtung und damit ausgestattetes proportional-magnetventil
EP2946174A1 (de) Spulenanordnung mit zwei spulen
DE19500982C2 (de) Weggeber
EP1095215B1 (de) Brennstoffeinspritzventil
EP1532350A1 (de) Sensoranordnung zur erfassung der bewegung eines durch einen aktuator hin und her bewegten stellgliedes mit kurzer baulänge
CH666745A5 (de) Vorrichtung zum indirekten beruehrungslosen elektrischen messen kleiner wege.
DE3730926C2 (de)
EP1446560B1 (de) Sensoranordnung zur erfassung der bewegung eines ankers mit unterdrückung von störspannungen
EP1651928B1 (de) Messvorrichtung und verfahren zur erfassung der position eines elektrisch leitfähigen messobjekts
DE10031237C2 (de) Elektromagnetischer Aktuator, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine
WO2004042318A1 (de) Vorrichtung zum messen des hubweges von hubventilen
EP1925813A1 (de) Kraftstoffinjektor mit einer Messeinrichtung
DE4020369A1 (de) Weggeber
DE19729892C1 (de) Elektromagnetisch gesteuerte Meßvorrichtung zur volumetrischen Messung von Einspritzmengen einer Kraftstoffeinspritzpumpe
DE3722702A1 (de) Induktiver wegaufnehmer
WO2005017462A1 (de) Vollwellenleiter
DE3302292A1 (de) Elektromagnetisch betaetigbares steuerventil fuer kraftstoffeinspritzvorrichtungen

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20050924

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20090717

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20100216