DE102006040877A1

DE102006040877A1 - Aktuator

Info

Publication number: DE102006040877A1
Application number: DE102006040877A
Authority: DE
Inventors: Dieter Jud
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-03-06

Abstract

Aktuator, mit einer Schraubenfeder, wobei zwischen einer momentanen Stellung des Aktuators und der momentanen Länge (X) der Schraubenfeder ein eindeutiger funktionaler Zusammenhang besteht. Die Schraubenfeder ist elektrisch leitend und weist zwei Stellen auf, die elektrische Anschlüsse bilden, die an eine Auswerteschaltung angeschlossen sind. Bei einem Stromfluss durch die Schraubenfeder misst die Auswerteschaltung mindestens eine physikalische Größe, die in eindeutigem Zusammenhang mit der momentanen Länge der Schraubenfeder steht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bei einer Vielzahl von Aktuatoranwendungen ist es erforderlich, die momentane Stellung des Aktuators zu erfassen. Für Stellungs- bzw. Positionsmessungen gibt es eine Vielzahl von Sensierungsmethoden, z. B. durch Messung eines elektrischen Widerstands, eines elektrischen Stroms, einer elektrischen Spannung, wie dies z. B. bei Hallsensoren geschieht, eines mechanischen Drucks etc.
Manche Sensoren weisen eine Schraubenfeder auf, die z. B. dazu vorgesehen ist, den Sensor im passiven Zustand in eine definierte Stellung zu bringen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aktuator, der eine Schraubenfeder aufweist, so fortzuentwickeln, dass in konstruktiv einfacher und kostengünstiger Weise eine Messung der momentanen Stellung des Aktuators ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Aktuator, der eine Schraubenfeder aufweist, wobei zunächst unerheblich ist, welchen Zweck die Schraubenfeder erfüllt. Wesentlich ist, dass zwischen der Stellung des Aktuators und der momentanen Lage der Schraubenfeder ein eindeutiger funktionaler Zusammenhang besteht. Ausdrücklich sei erwähnt, dass der in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendete Begriff „Schraubenfeder" nicht auf kreiszylinderartig gewickelte Schraubenfedern beschränkt ist, sondern auch Schraubenfedern mit anderen Querschnittsformen umfasst.
Der Kern der Erfindung besteht darin, den funktionalen Zusammenhang zwischen der momentanen Länge der Schraubenfeder und der momentanen Stellung des Aktuators als Basis für eine Stellungssensorik zu nutzen. Gemäß der Erfindung ist die Schraubenfeder elektrisch leitend und weist zwei Stellen auf, die elektrische Anschlüsse bilden, an die eine Auswerteschaltung angeschlossen ist. Bei einem Stromfluss durch die Schraubenfeder misst die Auswerteschaltung eine physikalische Größe, die in eindeutigem Zusammenhang mit der momentanen Länge der Schraubenfeder steht.
Gemäß dem Induktionsgesetz kann beispielsweise aus der an der Schraubenfeder bzw. „Spule" abfallenden elektrischen Spannung und des durch die Schraubenfeder fließenden sich zeitlich ändernden Stroms, oder genauer gesagt, der zeitlichen Ableitung des Stroms, die Induktivität der Schraubenfeder bzw. Spule ermittelt werden. Sofern die Anzahl der Windungen sowie der Durchmesser der Schraubenfeder bekannt ist, kann aus der ermittelten Induktivität die momentane Länge der Schraubenfeder und somit die momentane Stellung des Aktuators errechnet werden. Im Falle einer Schraubenfeder mit kreiszylindrischem Querschnitt kann hierfür die allgemein bekannte Formel für „zylindrische Spulen" verwendet werden:
wobei gilt:

C₁:: konstant;
n:: Windungszahl der Schraubenfeder bzw. Spule
A:: Querschnitt der zylindrischen Spule
L:: Länge der Spule.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die einzige 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.
1 zeigt eine Schraubenfeder 1 eines hier nicht näher dargestellten Aktuators. Die momentane Länge X der Schraubenfeder 1 steht in einem eindeutigen Zusammenhang mit der momentanen Stellung des hier nicht näher dargestellten Aktuators. Die Schraubenfeder 1 ist aus einem elektrisch leitenden Federdraht gewickelt.
Die Schraubenfeder 1 ist in einem Gehäuse 2 angeordnet, dessen Innenseite mit einer elektrisch nicht leitenden Beschichtung 3 versehen ist. Die die Enden der Schraubenfeder bildenden Windungen 4, 5 liegen jeweils an einer zugeordneten Federbasis 6, 7 an, wobei die Federbasis 6 verschieblich in Bezug auf das Gehäuse 2 und die Federbasis 7 fest in Bezug auf das Gehäuse 2 angeordnet ist. Über die beiden Federbasen 6, 7 stehen die Enden der Schraubenfeder 1 in elektrischer Verbindung mit Messanschlüssen 8, 9, die an eine hier nicht näher dargestellte Auswerteschaltung angeschlossen sind.
Bei einem Stromfluss durch die Schraubenfeder misst die Auswerteschaltung mindestens eine physikalische Größe, die in eindeutigem Zusammenhang mit der momentanen Länge der Schraubenfeder steht bzw. stehen. Hieraus und aus allgemein bekannten Formeln zur Errechnung der Induktivität bzw. der Länge einer Spule kann die momentane Länge X der als Spule fungierenden Schraubenfeder 1 und somit die momentane Stellung des hier nicht näher dargestellten Aktuators nach aus der Elektrotechnik bekannten Formeln bzw. Näherungen errechnet werden.

Claims

Aktuator, mit einer Schraubenfeder (1), wobei zwischen einer momentanen Stellung des Aktuators und der momentanen Länge (X) der Schraubenfeder (1) ein eindeutiger funktionaler Zusammenhang besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (1) elektrisch leitend ist und zwei Stellen (4, 5) aufweist, die elektrische Anschlüsse bilden, die an eine Auswerteschaltung angeschlossen sind, wobei die Auswerteschaltung bei einem Stromfluss durch die Schraubenfeder (1) mindestens eine physikalische Größe misst, die in eindeutigem Zusammenhang mit der momentanen Länge der Schraubenfeder (1) steht und anhand der mindestens einen gemessenen Größe die momentane Stellung des Aktuators ermittelt.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die beiden elektrischen Anschlüsse der Schraubenfeder (1) bildenden Stellen (4, 5) Enden bzw. Endwindungen der Schraubenfeder sind.
Aktuator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Endwindungen (4, 5) der Schraubenfeder (1) an elektrisch leitenden Federbasiselementen (6, 7) anliegen, die jeweils elektrisch mit der Auswerteschaltung verbunden sind.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eines die Schraubenfeder (1) bildenden Federdrahts elektrisch nichtleitend ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche eines die Schraubenfeder (1) bildenden Federdrahts elektrisch leitend ist und die Schraubenfeder (1) in einem Gehäuse (2) angeordnet ist, dessen Innenseite (3) elektrisch nichtleitend ist.