DE10019131A1

DE10019131A1 - Vorrichtung mit zumindest einem Elektromagneten und Verfahren zur Erfassung eines magnetischen Flusses

Info

Publication number: DE10019131A1
Application number: DE10019131A
Authority: DE
Inventors: Frank Kirschbaum; Werner Koeller; Heiko Moeckel; Guenter Stoehr
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2001-11-08
Anticipated expiration: 2020-04-19
Also published as: DE10019131C2

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung, insbesondere von einem elektromagnetischen Aktuator, mit zumindest einem Elektromagneten, der zumindest eine Spule und zumindest einen Kern aufweist und mit zumindest einer Meßvorrichtung, insbesondere zur Erfassung einer Bewegung eines vom Aktuator betätigten Bauteils. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß die Meßvorrichtung zumindest zwei, am Kern des Elektromagneten angeordnete Kontaktstellen aufweist, die über den Kern elektrisch verbunden sind und über die eine dem magnetischen Fluß äquivalente elektrische Größe erfaßbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit zumindest einem Elektromagneten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Erfassung eines magnetischen Flusses nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Bei einer Regelung von Ankerbewegungen in elektromagnetischen Aktuatoren zur variablen Ventilsteuerung in Verbrennungskraft maschinen werden über Sensoren weg- und geschwindigkeitspro portionale Meßsignale erfaßt. Die Sensoren befinden sich in der Nähe von Gaswechselventilen der Verbrennungskraftmaschine. Aufgrund von dort herrschenden mechanischen Bewegungsabläufen und großen Temperaturschwankungen können nur entsprechend be lastbare, robuste Sensoren eingesetzt werden.

Aus der DE 195 44 207 A1 ist eine gattungsbildende Vorrichtung mit einem Elektromagneten bekannt, der einen Teil eines elek tromagnetischen Aktuators bildet. Zum Zweck einer Aktuatorre gelung und/oder einer Bewegungsmessung eines Ankers des Aktua tors wird vorgeschlagen, mit einer zusätzlichen Induktionsspu le einen magnetischen Fluß zu messen, der eine Magnetkraft auf den Anker erzeugt. Aus dem magnetischen Fluß wird eine magne tische Antriebskraft berechnet und über ein Kräftegleichge wicht zwischen magnetischer Antriebskraft, Lastkraft und Ge wichtskraft eine resultierende Kraft auf den Anker bestimmt.

Daraus kann bei bekannter bewegter Masse eine Beschleunigung des Ankers und gegebenenfalls durch nachfolgende Integration eine Geschwindigkeit und ein zurückgelegter Weg des Ankers er mittelt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsbilden de Vorrichtung mit einem Elektromagneten weiterzuentwickeln und insbesondere mit einer konstruktiv einfachen Lösung Stö rungen von einer Meßvorrichtung auf den Elektromagneten und umgekehrt weitgehend zu vermeiden. Ferner besteht die Aufgabe in der Entwicklung eines vorteilhaften Verfahrens zur Ermitt lung eines magnetischen Flusses in einem Bauteil. Die Aufgaben der Erfindung werden durch die Merkmale der unabhängigen An sprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung, insbesondere von einem elektromagnetischen Aktuator, mit zumindest einem Elek tromagneten, der zumindest eine Spule und zumindest einen Kern aufweist, und mit zumindest einer Meßvorrichtung, insbesondere zur Erfassung einer Bewegung eines vom Aktuator betätigten Bau teils.

Es wird vorgeschlagen, daß die Meßvorrichtung zumindest zwei, am Kern des Elektromagneten angeordnete Kontaktstellen auf weist, die über den Kern elektrisch verbunden sind und über die eine dem magnetischen Fluß äquivalente elektrische Größe erfaß bar ist. Eine zusätzliche, vom Kern des Elektromagneten zu iso lierende Induktionsspule könnte auf den Elektromagneten stören de Einflüsse ausüben und umgekehrt. Durch die Anordnung der Kontaktstellen am Kern des Elektromagneten kann eine einfache und platzsparende Konstruktion mit wenigen Bauteilen erreicht werden. Der Kern des Elektromagneten kann vorteilhaft als Teil einer Halterung genutzt, und zusätzliche Befestigungsteile kön nen im Gegensatz zu einer Vorrichtung mit einer separaten Induktionsspule vermieden werden. Über die Meßvorrichtung kann der magnetische Fluß, die Bewegung eines vom Elektromagneten bzw. vom Aktuator betätigten Bauteils, wie Beschleunigungswer te, Geschwindigkeit, zurückgelegter Weg und/oder eine aktuelle Position des Bauteils erfaßt werden. Von der Meßvorrichtung er faßte Meßsignale können in eine Regeleinrichtung des Aktuators und/oder in eine Überwachungseinrichtung übertragen werden.

Eine mathematisch-physikalische Beschreibung eines magneti schen Wechselfelds und gleichsam eines magnetischen Flusses ist durch die MAXWELLschen Gleichungen, insbesondere durch das Durchflutungsgesetz von OERSTED und das Induktionsgesetz von FARADAY, gegeben. Für in einem Aktuator in der Regel relativ niederfrequente zeitliche Vorgänge ist eine Wellenausbreitung vernachlässigbar, woraus sich eine Vereinfachung für das Durchflutungsgesetz ergibt und die Wirbel einer magnetischen Feldstärke lediglich aus einer Stromdichte hervorgehen. Das Induktionsgesetz bleibt unberührt und beschreibt weiterhin die Wirbel einer elektrischen Feldstärke aus einer zeitlichen Än derung der magnetischen Induktion.

Betrachtet man beispielsweise einen Ringkerntransformator, an dessen Primärwicklung eine Wechselspannung gelegt wird, so fließt ein Wechselstrom, der ein magnetisches Wechselfeld her vorruft. Magnetische Feldstärkelinien durchdringen den Ring kern, dessen Material die magnetische Induktion wunschgemäß verstärkt. Bleibt man bei Berücksichtigung der Magnetisie rungskennlinie unterhalb des Sättigungsflusses, so ist ein sich einstellendes Streufeld vernachlässigbar, und der gesamte magnetische Fluß verläuft im Ringkern. Bestünde eine Sekundär spule aus nur einer Leiterschleife um den Ringkern, so ist dort nach dem Induktionsgesetz die an den Enden der Leiter schleife auftretende Spannung der zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses proportional. Über einen nachgeschalteten elektronischen Integrator könnte als Meßsignal das Zeitverhal ten des magnetischen Flusses zur Verfügung gestellt werden.

Wirbelströme entstehen infolge eines sich zeitlich ändernden magnetischen Flusses und lassen sich über das vereinfachte Durchflutungsgesetz sowie über das Induktionsgesetz aus der Skingleichung bzw. für quasistationäre und damit zeitlich pe riodische Magnetfelder aus der HELMHOLTZ-Gleichung berechnen. Aus deren Lösungsansätzen geht hervor, daß die Amplitude und die Phasenlage der induzierten Wirbelströme bezogen auf das magnetische Erregerfeld und damit auf den Spulenstrom von den Größen Frequenz, elektrische Leitfähigkeit, Permeabilität und dem Ort in der Querschnittsfläche des Ringkerns abhängen. Der mit den induzierten Wirbelströmen unweigerlich einhergehende Skineffekt nimmt in Richtung Kernoberfläche zu und hängt pro portional von den genannten Größen ab. Für einen massiv ausge führten Ringkern bedeutet dies das Auftreten von örtlich ver teilten Wirbelstromdichten, die an der Oberfläche des Ring kerns besonders stark in Erscheinung treten. Nach dem OHMschen Gesetz ist die Stromdichte in einem elektrisch leitfähigen Ma terial der elektrischen Feldstärke proportional. Daraus fol gend kann der magnetische Fluß über die Wirbelstromdichte er faßt werden. Die elektrische Feldstärke bewirkt ihrerseits ei nen Spannungsabfall.

Ausgehend von dieser Erkenntnis wird vorgeschlagen, daß die Kontaktstellen entlang einem Wirbelstrompfad angeordnet sind und über die Kontaktstellen ein dem magnetischen Fluß äquiva lenter Spannungsabfall erfaßbar ist. Es kann indirekt über die Wirbelstromdichte auf den magnetischen Fluß und/oder auf eine Bewegung eines Ankers eines Aktuators geschlossen werden. Stö rungen durch eine zusätzliche induzierte Spannung auf den Elektromagneten bzw. den Aktuator können vermieden und es kann ein konstruktiv besonders einfacher Aufbau der Meßvorrichtung erreicht werden.

Um rechnerisch einfach auf den magnetischen Fluß schließen zu können, bilden vorteilhaft von den Kontaktstellen abzweigende Leitungen und eine direkte elektrische Verbindung über den Kern zwischen den Kontaktstellen in Richtung des magnetischen Flusses betrachtet im Bereich des Kerns eine Linie. Eine von den Leitungen und der direkten elektrischen Verbindung über den Kern aufgespannte, vom magnetischen Fluß durchströmte Flä che wird vermieden, und es kann über den gemessenen Spannungs abfall auf die Wirbelstromdichte geschlossen werden, ohne daß der Meßwert zusätzlich eine gemessene Induktionsspannung ent hält.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschla gen, daß von den Kontaktstellen abzweigende Leitungen und eine direkte elektrische Verbindung über den Kern zwischen den Kon taktstellen eine vom magnetischen Fluß durchflossene Fläche aufspannen und über die Kontaktstellen eine dem magnetischen Fluß äquivalente Induktionsspannung erfaßbar ist. Insbesondere bei Kernen mit gegenseitig isolierten Dynamoblechen zur Ver meidung von Wirbelströmen kann konstruktiv einfach, ohne eine vom Kern isolierte, zusätzliche Spule, eine dem magnetischen Fluß äquivalente Induktionsspannung erfaßt werden.

Um zu Vermeiden, daß die Meßvorrichtung neben einer Indukti onsspannung einen Spannungsabfall entlang eines Wirbel strompfads erfaßt, werden vorteilhaft durch einen Aufbau des Kerns und/oder über eine Leitungsführung auf die Meßvorrich tung wirkende Wirbelströme zumindest weitgehend vermieden. Der Kern kann durch gegeneinander isolierte Bleche bzw. Dynamobleche aufgebaut oder kann aus einem speziellen Material gebildet sein, wie beispielsweise aus Ferrit. Ferner können die Kon taktstellen senkrecht zu auftretenden Wirbelstrompfaden ausge richtet sein, beispielsweise bei einem massiven Eisenkern.

Die Kontaktstellen können im Kern des Elektromagneten angeord net sein, beispielsweise indem diese mit entsprechenden Lei tungen bei der Herstellung des Kerns mit eingegossen oder in einem nachträglichen Verfahren in diesen eingebracht werden. Unterhalb einer Oberfläche des Kerns können die Kontaktstellen und die Leitungen vor äußeren Einflüssen geschützt werden, wie vor Öl, Schmutz und/oder fremden elektrischen und magnetischen Feldern. Besonders konstruktiv einfach können die Kontaktstel len jedoch an einer Oberfläche des Kerns des Elektromagneten angeordnet werden, beispielsweise durch Lötpunkte, kleine Schrauben, Klemmen usw.

Ferner wird vorgeschlagen, daß die Leitungen von den Kontakt stellen zwischen dem Kern und dem Spannungsabgriff an den Lei tungen verdrillt sind, wodurch das Erfassen von ungewünschten Störfeldern über die Leitungen vermieden werden kann.

Ein in der erfindungsgemäßen Vorrichtung angewandtes Meßver fahren kann besonders vorteilhaft bei elektromagnetischen Ak tuatoren eingesetzt werden, ist jedoch auch bei weiteren, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Vorrichtungen anwendbar.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe schreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Er findung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche ent halten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Elektromagneten mit einem Massiveisenkern, der an seinen Enden von dünnen Spulen umschlossen ist,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Ausschnitt einer Variante nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Ansicht in Richtung IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Ausschnitt einer Verbrennungskraftmaschine mit einem elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils im Längsschnitt,

Fig. 6 einen Schließmagneten aus Fig. 5 in einer Seitenan sicht,

Fig. 7 einen Elektromagneten mit einem geblechten Eisenkern,

Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 7 und

Fig. 9 eine Variante nach Fig. 8.

Fig. 1 zeigt einen Elektromagneten 19 mit einem Massiveisenkern 15, an dessen Enden je eine dünne Spule 34, 35 mit einem ge meinsamen Wickelsinn und identischer Anzahl von Windungen N an gebracht ist. Die Spulen 34, 35 können näherungsweise durch gleichartige, örtlich konstante Strombeläge _e nachgebildet werden. Nach Anlegen einer Wechselspannung u_e(t) = _e.sin(ωt) an den Drahtenden der in Reihe geschalteten Spulen 34, 35 fließt ein gemeinsamer Wechselstrom i_e(t), der nach dem Durch flutungsgesetz von OERSTED, der ersten MAXWELLschen Gleichung, für niedrige Frequenzen

: Magnetische Feldstärke
: Wirbelstrom
i: Strom
eine magnetische Feldstärke (, t) hervorruft (mit : Abstands vektor, t: Zeit). Aufgrund der magnetischen Eigenschaften des Massiv-eisenkerns 15 werden Linien der magnetischen Induktion

= µ_FepH

µ_Fe: Permeabilität von Eisen

vorrangig durch eine Querschnittsfläche A des Massiveisenkerns 15 in Fig. 1 geführt und ergeben zusammen einen magnetischen Fluß ψ_m(t). Besäße der Massiveisenkern 15 keine elektrische Leitfähigkeit κ, was durch eine lackisolierte Blechung bzw. durch Dynamobleche parallel zu den Induktionslinien annähernd erreicht wird, so verteilt sich das magnetische Wechselfeld (, t) wie ein stationäres Magnetfeld () bei konstant be stromten Spulen. Bei kurzen Spulenabständen im Vergleich zum Kernumfang ist die Induktionsverteilung nahezu homogen:

() → ₀

Für sich zeitlich ändernde Magnetfelder (, t) entsteht nach dem Induktionsgesetz von FARADAY, der zweiten MAXWELLschen Gleichung,

: Elektrische Feldstärke
ψ_m: Magnetischer Fluß
in dem Massiveisenkern 15 eine ortsabhängige elektrische Feld stärke (, t), die über das OHMsche Gesetz in allgemeiner For mulierung eine völlig identische Stromdichteverteilung _w(, t) bewirkt. Da diese Stromdichteverteilung _w(, t) durch ein zeit veränderliches Magnetfeld ((, t) hervorgerufen und damit indu ziert wird, handelt es sich um eine induzierte Wirbelstrom dichte _w(, t), die grundsätzlich dem Skineffekt unterliegt. Im Falle einer direkten Stromeinspeisung an den Enden des Mas siveisenkerns 15 würde auch ein Gleichstrom eine elektrische Feldstärke hervorrufen. Fig. 2 vermittelt einen Eindruck über einen örtlichen Verlauf von elektrischen Feldlinien und Wirbelstromlinien im Massiveisenkern 15.

Entsteht die magnetische Induktion (, t) aus zwei wechsel stromdurchflossenen Spulen 34, 35 an den Enden des Massivei senkerns 15, so bestimmt die Richtung des um den Umfang C des Massiveisenkerns 15 fließenden Strombelags _e(t) den örtlichen Verlauf der Wirbelstromdichte _w(, t). Eine mathematisch exakte Formulierung der elektrischen Feldstärke (, t) und mit ihr der Wirbelstromdichte _w(, t) wird durch Einsetzen des Durchflu tungsgesetzes in das Induktionsgesetz wie folgt erreicht:

entsteht die Skingleichung für die elektrische Feldstärke

die für zeitlich periodische Felder in die HELMHOLTZ-Gleichung

rotrot + α². = 0 mit der Skinkonstanten α = √j.ω.κ.µ übergeht. Unter Hinzuziehung der dritten MAXWELLschen Glei chung für Raumladungen

div = ρ mit = ε .

: Verschiebungsflußdichte
ρ: Raumladungsdichte
ε: Dielektrizitätskonstante
und der Tatsache, daß sich aufgrund des sehr schnellen La dungsausgleichs in elektrischen Leitern keine stationären La dungen aufhalten ρ = 0, ist das elektrische Feld quellenfrei:

div = 0.

Dies reduziert die Struktur der HELMHOLTZ-Gleichung über

rotrot = grad div - Δ ⇒ rotrot = -Δ

auf den LAPLACE-Operator Δ, und es entsteht die HELMHOLTZ- Gleichung für die Berechnung von Skineffekten

Betrachtet man darin die Skinkonstante α mit

α = √j.ω.κ.µ und ω = 2.π.f

und daraus abgeleitet die Eindringtiefe

so ist festzustellen, daß die skineffektbehaftete Wirbelstrom dichte

von der Frequenz f, der elektrischen Leitfähigkeit κ_Fe und der Permeabilität µ_Fe umgekehrt proportional abhängt.

Demzufolge erhöht sich die Wirbelstromdichte _w(_o, t) an der Oberfläche des Massiveisenkerns 15 mit zunehmender Frequenz der Spannung u_e(t) = .sin(ωt), mit zunehmender elektrischer Leitfä higkeit κ und mit steigender Permeabilität µ.

Ausgehend vom Induktionsgesetz in Integralform

und der daraus folgenden Beziehung zwischen Spannung u(t) und elektrischer Feldstärke (, t) entlang einer offenen Verbin dungslinie kann hergeleitet werden:

Ausgehend von diesen physikalischen Gesetzmäßigkeiten kann er findungsgemäß an der Oberfläche des Massiveisenkerns 15 die Wirbelstromdichte _w(_o, t) mit einer Meßvorrichtung 10 erfaßt werden, und zwar indirekt entlang einem Wirbelstrompfad mit zwei Kontaktstellen 23, 24 über einen Spannungsabfall u_w(t) (Fig. 1 und 2). Vom erfaßten Spannungsabfall u_w(t) kann anschließend über den magnetischen Fluß ψ_m(t) oder direkt auf eine Bewegung eines vom Elektromagneten 19 betätigten, nicht näher dargestellten, Ankers geschlossen werden.

Die Kontaktstellen 23, 24 werden von auf der Oberfläche aufge brachten Lötpunkten gebildet. Der Spannungsabfall u_w(t) wird über Leitungen 27, 28 an den Kontaktstellen 23, 24 abgegrif fen. Um zu vermeiden, daß mit den Leitungen 27, 28 neben dem durch die Wirbelströme hervorgerufenen Spannungsabfall u_w(t) eine Induktionsspannung u_ind(t) erfaßt wird, bilden die Leitun gen und eine direkte elektrische Verbindung 29 über den Mas siveisenkern 15 zwischen den Kontaktstellen 23, 24 in Richtung des magnetischen Flusses ψ_m(t) betrachtet im Bereich des Mas siveisenkern 15 eine Linie. Eine vom magnetischen Fluß ψ_m(t) durchflossene Fläche wird vermieden.

Die Leitungen 27, 28 von den Kontaktstellen 23, 24 sind zwi schen dem Massiveisenkern 15 und einem Spannungsabgriff an den Leitungen 27, 28 verdrillt ausgeführt, wodurch ein Einfluß von äußeren Magnetfeldern auf die Leitungen 27, 28 vermieden wird. Um große, gut erfaßbare Meßwerte zu erreichen, werden die Kon taktstellen 23, 24 vorteilhaft so angeordnet, daß eine lange elektrische Verbindungsstrecke zwischen den Kontaktstellen 23, 24 entsteht, die Anordnung der Kontaktstellen 23, 24 kann je doch variiert werden, wie beispielsweise zwischen den Kontakt stellen 23, 24 und den Kontaktstellen 23', 24' (Fig. 2). In Fig. 3 und 4 ist ein Ausschnitt eines alternativen Elektro magneten 20 mit einem zylinderförmigen Massiveisenkern 16 dar gestellt. Im wesentlichen gleichbleibende Bauteile sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Ferner kann bezüglich gleichbleibender Merkmale und Funktionen bei der in Fig. 3 und 4 dargestellten Variante auf die Beschreibung zum Ausführungs beispiel in Fig. 1 und 2 verwiesen werden.

Mit einer Meßvorrichtung 11 wird über Kontaktstellen 23, 24 und über Leitungen 27, 28 ein von Wirbelströmen hervorgerufe ner Spannungsabfall u_w(t) erfaßt. Um zu vermeiden, daß die Lei tungen 27, 28 und eine direkte elektrische Verbindung 29 zwi schen den Kontaktstellen 23, 24 eine vom magnetischen Fluß ψ_m(t) durchströmte Fläche aufspannen, sind die Leitungen 27, 28 von den Kontaktstellen 23, 24 zu einer Stirnseite 36 achsparallel und über der Stirnseite 36 parallel zur elektri schen Verbindung 29 geführt.

Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem in einem Kurbelgehäuse 37 ge führten Hubkolben 38 und einem am Kurbelgehäuse 37 abschlie ßenden Zylinderkopf 39. Im Zylinderkopf 39 ist in einem Ar beitsraum 40 ein Ventiltrieb mit einem elektromagnetischen Ak tuator zum Betätigen eines Gaswechselventils 41 angeordnet. Bezüglich gleichbleibender Merkmale und Funktionen bei der in Fig. 5 und 6 dargestellten Variante kann auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in Fig. 1 und 2 verwiesen werden.

Der Aktuator besitzt eine elektromagnetische Einheit mit einem ersten, in Öffnungsrichtung 42 wirkenden Elektromagneten 43 und einem zweiten, in Schließrichtung 44 wirkenden Elektroma gneten 21, zwischen denen ein Anker 45 koaxial verschiebbar angeordnet ist. Der Anker 45 wirkt über einen in einer Anker schaftführung 46 geführten Ankerschaft 47 und über ein hydrau lisches Spielausgleichselement 48 auf einen Ventilschaft 49, der in einer Schaftführung 50 im Zylinderkopf 39 geführt ist.

Ferner wirkt auf den Ventilschaft 49 ein Federmechanismus mit einer oberen, in Öffnungsrichtung 42 wirkenden Ventilfeder 51 und einer unteren, in Schließrichtung 44 wirkenden Ventilfeder 52. Die in Öffnungsrichtung 42 wirkende Ventilfeder 51 ist auf der dem Gaswechselventil 41 abgewandten Seite des in Schließ richtung 44 wirkenden Elektromagneten 21 angeordnet, stützt sich an einem Deckel 53 ab und wirkt über eine Federauflage 54 auf einen Federschaft 55, der über eine Schaftführung 56 im Elektromagneten 21 geführt ist und mit einer Stirnseite auf eine Stirnseite des Ankerschafts 47 wirkt. Die in Schließrich tung 44 wirkende Ventilfeder 52 ist in einem Federraum 57 auf der dem Gaswechselventil 41 zugewandten Seite des in Öffnungs richtung 42 wirkenden Elektromagneten 43 angeordnet, stützt sich über einen Ring 58 am Zylinderkopf 39 ab und wirkt über eine Federauflage 59 in Schließrichtung 44 auf den Ventil schaft 49.

Die Elektromagneten 21, 43 besitzen zur Erzeugung eines Ma gnetfelds jeweils eine Spule 60, 61 mit einer elliptischen Querschnittsfläche und zu deren Verstärkung jeweils einen Mas siveisenkern 17, 62. Ein felderregender Spulenstrom i_e(t) ver läuft im aktivierten Zustand eines Elektromagneten 21, 43 in Ellipsenbahnen von einem Spulenanfang bis zu einem Spulenende in axialer Richtung der Spule 60, 61. Der zur Bewegung des An kers 45 notwendigerweise zeitveränderliche Spulenstrom i_e(t) erzeugt eine magnetische Induktion (, t) jeweils im Mas siveisenkern 17, 62 des aktivierten Elektromagneten 21, 43, die einen Wirbelstrom mit der Dichte _w(, t) bewirkt. Dasselbe gilt für elektrisch leitfähige Metallteile ohne permeable Ei genschaften, wie z. B. Kupfer, Aluminium usw. In Abschnitten nichtpermeabler Materialien handelt es sich um Streufelder, die ihrerseits Wirbelströme induzieren, jedoch mit geringer Intensität. Die induzierten Wirbelströme verlaufen in Bahnen, die dem Drahtverlauf der Spulen 60, 61 entsprechen.

An der Oberfläche des Massiveisenkerns 17 des in Schließrich tung 44 wirkenden Elektromagneten 21 greift eine Meßvorrich tung 12 mit zwei Leitungen 27, 28 an Kontaktstellen 23, 24 an, die entlang einem Wirbelstrompfad angeordnet sind und über die ein Spannungsabfall u_w(t) erfaßbar ist (Fig. 6). Vom Spannungs abfall u_w(t) kann über einen magnetischen Fluß ψ_m(t) auf eine Ankerbewegung geschlossen und diese vorteilhaft über eine nicht näher dargestellte Regeleinrichtung geregelt werden. Ei ne um ±90° gedrehte Anordnung der Kontaktstellen 23, 24, also in axialer Richtung des Aktuators, würde keinen Spannungsab fall u_w(t) hervorbringen. Bei einer Anordnung zwischen 0 und 90° ist der Spannungsabfall u_w(t) graduell abgeschwächt.

Fig. 7 und 8 zeigen einen Elektromagneten 22 mit einem aus ge geneinander isolierten Dynamoblechen aufgebauten Eisenkern 18, deren Berührungsflächen parallel zu auftretenden Induktionsli nien (, t) ausgerichtet sind.

Am Elektromagneten 22 ist eine Meßvorrichtung 13 mit zwei über den Eisenkern 18 elektrisch verbundenen Kontaktstellen 25, 26 angeordnet. Von den Kontaktstellen 25, 26 abzweigende Leitun gen 30, 31 und eine direkte elektrische Verbindung 33 zwischen den Kontaktstellen 25, 26 über die Oberfläche des Eisenkerns 18 spannen eine vom magnetischen Fluß ψ_m(t) durchflossene Flä che A_ind (Fig. 7, 8 und 9) auf. Über die Kontaktstellen 25, 26 ist eine dem magnetischen Fluß ψ_m(t) äquivalente Induktions spannung u_ind(t) erfaßbar. Eine leitende Schicht an der Ober fläche wurde durch Anschleifen des Eisenkerns 18 erreicht, wodurch Gradteile der Dynamobleche in Verbindung kommen. Möglich ist jedoch auch eine spezielle Beschichtung.

Anstatt über die Oberfläche kann eine elektrische Verbindung 32 der Kontaktstellen 25, 26 über ein Dynamoblech hergestellt sein, wie dies bei einer in Fig. 9 dargestellten Meßvorrich tung 14 der Fall ist. Um große, gut erfaßbare Meßwerte zu er reichen, werden die Kontaktstellen 25, 26 vorteilhaft so ange ordnet, daß eine große Fläche A_ind entsteht, die Anordnung der Kontaktstellen 25, 26 kann jedoch variiert werden, wie bei spielsweise zwischen Kontaktstellen 25', 26' und Kontaktstel len 25", 26" (Fig. 8 und 9).

Claims

1. Vorrichtung, insbesondere elektromagnetischer Aktuator, mit zumindest einem Elektromagneten, der zumindest eine Spule und zumindest einen Kern aufweist, und mit zumindest einer Meßvor richtung, insbesondere zur Erfassung einer Bewegung eines vom Aktuator betätigten Bauteils, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßvorrichtung (10, 11, 12, 13, 14) zumindest zwei, am Kern (15, 16, 17, 18) des Elektromagneten (19, 20, 21, 22) an geordnete Kontaktstellen (23, 24, 25, 26) aufweist, die über den Kern (15, 16, 17, 18) elektrisch verbunden sind und über die eine dem magnetischen Fluß ψ_m(t) äquivalente elektrische Größe u_w(t) bzw. u_ind(t) erfaßbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstellen (23, 24) entlang einem Wirbelstrompfad angeordnet sind und über die Kontaktstellen (23, 24) ein dem magnetischen Fluß ψ_m(t) äquivalenter Spannungsabfall u_w(t) er faßbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den Kontaktstellen (23, 24) abzweigende Leitungen (27, 28) und eine direkte elektrische Verbindung (29) über den Kern (15, 16, 17) zwischen den Kontaktstellen (23, 24) in Richtung des magnetischen Flusses ψ_m(t) betrachtet im Bereich des Kerns (15, 16, 17) eine Linie bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Kontaktstellen (25, 26) abzweigende Leitungen (30, 31) und eine direkte elektrische Verbindung (32, 33) über den Kern (18) zwischen den Kontaktstellen (25, 26) vom magneti schen Fluß ψ_m(t) durchflossene Flächen A_ind und A_ind' aufspannen und über die Kontaktstellen (25, 26) eine dem magnetischen Fluß ψ_m(t) äquivalente Induktionsspannung u_ind(t) erfaßbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Aufbau des Kerns (18) und/oder über eine Lei tungsführung auf die Meßvorrichtung (13, 14) wirkende Wirbel ströme zumindest weitgehend vermieden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (18) aus gegeneinander isolierten Blechen aufge baut ist, deren Berührungsflächen parallel zu auftretenden In duktionslinien (, t) ausgerichtet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstellen (23, 24, 25, 26) an einer Oberfläche des Kerns (15, 16, 17, 18) des Elektromagneten (19, 20, 21, 22) an geordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Leitungen (27, 28, 30, 31) von den Kontaktstellen (23, 24, 25, 26) zwischen dem Kern (15, 16, 17, 18) und einem Spannungs abgriff an den Leitungen (27, 28, 30, 31) verdrillt sind.

9. Verfahren zur Ermittlung eines magnetischen Flusses in ei nem Bauteil, insbesondere in einem Kern eines Elektromagneten eines Aktuators, dadurch gekennzeichnet, daß über zumindest zwei Kontaktstellen (23, 24, 25, 26) am Bauteil (15, 16, 17, 18), die über das Bauteil (15, 16, 17, 18) elektrisch verbunden sind, eine dem magnetischen Fluß ψ_m(t) äquivalente elektrische Größe u_w(t) bzw. u_ind(t) abge griffen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß über die Kontaktstellen (23, 24) ein Spannungsabfall u_w(t) entlang eines Wirbelstrompfads abgegriffen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß von den Kontaktstellen (25, 26) abzweigende Leitungen (30, 31) und eine direkte elektrische Verbindung (32, 33) zwischen den Kontaktstellen (25, 26) über den Kern (18) eine vom magne tischen Fluß ψ_m(t) durchflossene Flächen A_ind und A_ind' aufspan nen und über die Kontaktstellen (25, 26) eine dem magnetischen Fluß ψ_m(t) äquivalente Induktionsspannung u_ind(t) abgegriffen wird.