-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Größe eines Arbeitsluftspalts eines elektrisch betätigbaren Magnetkreisbauteils, insbesondere eines Magnetventils, wobei der Arbeitsluftspalt zwischen einem Magnetanker und eifern Ankergegenelement des Magnetkreisbauteils vorliegt und zumindest der Magnetanker im Bereich mindestens einer Spule des Magnetkreisbauteils angeordnet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bestimmen der Größe des Arbeitsluftspalts des Magnetkreisbauteils sowie eine entsprechende Einrichtung zum Bestimmen und/oder Einstellen der Größe des Arbeitsluftspalts.
-
Stand der Technik
-
Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Um ein zuverlässiges Schaltverhalten des Magnetkreisbauteils, welches beispielsweise als Magnetventil ausgebildet ist, zu erreichen, ist es notwendig, den Arbeitsluftspalt mit hoher Genauigkeit einzustellen. Dabei tritt häufig das Problem auf, dass eine optische Messung der Größe des Arbeitsluftspalts nicht möglich ist, da dieser von außen nicht frei zugänglich, sondern beispielsweise von einem Gehäuse des Magnetkreisbauteils verdeckt ist. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Größe des Arbeitsluftspalts beziehungsweise die Position des Magnetankers beziehungsweise des Ankergegenelements taktil, also unter Verwendung beispielsweise eines Messtasters, zu ermitteln. Eine solche Vorgehensweise bedingt jedoch das Aufprägen beziehungsweise Aufbringen einer gewissen Kraft auf den Magnetanker oder das Ankergegenelement durch den Messtaster, sodass sich Ungenauigkeiten ergeben können. Dies ist insbesondere bei Magnetventilen der Fall, welche ein den Magnetanker beaufschlagendes Federelement aufweisen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Demgegenüber weist das Verfahren mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen den Vorteil auf, dass ein berührungsloses Bestimmen der Größe des Arbeitsluftspalts beziehungsweise deren präzises Einstellen möglich ist, ohne eine verfälschende Kraft auf den Magnetanker beziehungsweise das Ankergegenelement aufzubringen und ohne dass der Arbeitsluftspalt für optische Messverfahren zugänglich sein muss. Dies wird erreicht durch die Durchführung der Schritte: Elektrisches Anschließen der Spule des Magnetkreisbauteils als Bauelement einer Brückenschaltung, die ein elektrisches Referenzbauteil aufweist, Starten einer Bewegung des Magnetankers relativ zu dem Ankergegenelement, Festlegen einer vorläufigen Startposition des Magnetankers bei einer kennzeichnenden, durch die Bewegung bewirkte Änderung einer elektrischen charakteristischen Größe der Brückenschaltung, Bestimmen eines Gradienten der elektrischen charakteristischen Größe, Bestimmen einer endgültigen Startposition des Magnetankers anhand des Gradienten und Beenden der Bewegung des Magnetankers bei Erreichen einer Magnetankerposition, die relativ zu der endgültigen Startposition bestimmt wird. Durch das Bewegen des Magnetankers ändert sich die Größe des Arbeitsluftspalts. Die Bewegung des Magnetankers erfolgt relativ zu dem Ankergegenelement, es ist also unerheblich, ob der Magnetanker oder das Ankergegenelement bewegt wird. Gleichzeitig mit der Bewegung des Magnetankers wird die Größe des Arbeitsluftspalts überwacht, indem die elektrische charakteristische Größe der Brückenschaltung ausgewertet wird.
-
Bei der Durchführung des Verfahrens ist es vorgesehen, zunächst die Spule des Magnetkreisbauteils an die Brückenschaltung anzuschließen. Diese weist ein elektrisches Referenzbauteil auf, welches definierte Eigenschaften aufweist. Vorzugsweise entsprechen diese Eigenschaften den Eigenschaften des Magnetkreisbauteils. Das Referenzbauteil kann demnach als Referenzmagnetkreisbauteil vorliegen. Es kann jedoch auch lediglich ein Referenzbauteil gewählt werden, dessen elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften mit denen des Magnetkreisbauteils im Wesentlichen übereinstimmen. Das Referenzbauteil ist dabei vorzugsweise permanenter Bestandteil der Brückenschaltung. Es wird also lediglich das Magnetkreisbauteil an die Brückenschaltung angeschlossen, das Einstellen der Größe des Arbeitsluftspalts durchgeführt, und das Magnetkreisbauteil wieder von der Brückenschaltung entfernt. Nachfolgend kann ein weiteres Magnetkreisbauteil mit Hilfe der Brückenschaltung und des erfindungsgemäßen Verfahrens eingestellt werden.
-
Mit Hilfe der Brückenschaltung kann eine elektrische charakteristische Größe bestimmt werden, welche von der Größe des Arbeitsluftspalts abhängig ist. Zum Einstellen der Größe des Arbeitsluftspalts ist es vorgesehen, nachfolgend des elektrischen Anschließens des Magnetkreisbauteils an die Brückenschaltung, die Bewegung des Magnetankers relativ zu dem Ankergegenelement zu starten. Während der Bewegung des Magnetankers wird die charakteristische Größe der Brückenschaltung überwacht. Tritt dabei eine bestimmte Änderung der Größe auf, welche bestimmte Eigenschaften aufweist, also kennzeichnend ist, so wird die vorläufige Startposition des Magnetankers festgelegt. Die Änderung der charakteristischen Größe der Brückenschaltung wird dabei durch die Bewegung des Magnetankers bewirkt, da sie von der Größe des Arbeitsluftspalts abhängig ist. Ausgehend von der vorläufigen Startposition wird eine vorläufige Endposition des Magnetankers bestimmt und als Endposition der Bewegung festgelegt. Das bedeutet, dass die Bewegung des Magnetankers beendet wird, sobald diese relative Endposition erreicht ist.
-
Vorzugsweise nachfolgend dem Festlegen der vorläufigen Startposition wird der Gradient der elektrischen charakteristischen Größe bestimmt. Der Gradient entspricht dabei beispielsweise der Veränderung der charakteristischen Größe über die Größe des Arbeitsluftspalts, welcher zumindest näherungsweise aus der charakteristischen Größe bestimmt werden kann beziehungsweise eines Verstellwegs des Magnetankers. Das Bestimmen des Gradienten erfolgt vorteilhafterweise in einem Bereich, in welchem die charakteristische Größe ein lineares Verhalten aufweist. Anhand des Gradients wird die endgültige Startposition des Magnetankers bestimmt. Ausgehend von der endgültigen Startposition wird eine endgültige Endposition errechnet. Anschließend wird der Magnetanker weiter bewegt, insbesondere bis der Verstellweg einen Wert erreicht hat, der der Differenz zwischen endgültiger Endposition und endgültiger Startposition entspricht. Das bedeutet, dass die Bewegung des Magnetankers beendet wird, sobald dieser eine Magnetankerposition erreicht hat, die relativ zu der endgültigen Startposition bestimmt wird.
-
Durch das Korrigieren der vorläufigen Startposition auf die endgültige Startposition wird die Genauigkeit des Einstellens der Größe des Arbeitsluftspalts verbessert. Es wird also nicht ausgehend von einer einmalig zu Beginn der Bewegung des Magnetankers bestimmten Startposition ausgegangen, sondern von einer während der Bewegung ermittelten. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Bewegung des Magnetankers über ein Federelement bewirkt wird. In diesem Fall ist der Verstellweg unabhängig von der Bewegung des Magnetankers. Vielmehr wird eine Vergrößerung des Verstellwegs zunächst keine Bewegung des Magnetankers bewirken. Diese setzt erst bei Erreichen eines bestimmten Verstellwegs schlagartig ein, worauf aufgrund des Federelements ein Schwingen der Größe des Arbeitsluftspalts auftritt. Insbesondere bei der Bewegung des Magnetankers über das Federelement wird also das erste Auftreten einer Änderung der elektrischen charakteristischen Größe der Brückenschaltung nicht die tatsächliche Startposition des Magnetankers anzeigen, die für die eingestellte Größe des Arbeitsluftspalts entscheidend ist. Dies kann durch das Bestimmen des Gradienten und das Korrigieren der Startposition mit diesem vermieden werden.
-
Weil die Größe des Arbeitsluftspalts berührungslos bestimmt wird, muss auf den Magnetanker beziehungsweise das Ankergegenelement keine das Einstellen beeinflussende Kraft zur taktilen Messung der Größe des Arbeitsluftspalts aufgebracht werden. Auch ist keine optische Sichtverbindung zu dem Arbeitsluftspalt notwendig. Vielmehr kann das Magnetkreisbauteil gekapselt sein, also beispielsweise ein Gehäuse aufweisen. Vorteilhafterweise weist die Brückenschaltung zum berührungslosen Bestimmen der Größe des Arbeitsluftspalts beziehungsweise der charakteristischen Größe einen Trägerfrequenzmessverstärker auf. Eine Messbrücke der Brückenschaltung besteht dabei aus der mindestens einen Spule des Magnetkreisbauteils. Auf diese Weise lassen sich kurze Einstellzeiten und ein präzises Einstellen des Arbeitsluftspalts erzielen.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Gradient in mindestens einem Messbereich, der relativ zu der vorläufigen Startposition gewählt wird, bestimmt wird. Der Messbereich ist dabei vorzugsweise derart gewählt, dass in ihm die charakteristische Größe ein lineares Verhalten über die Größe des Arbeitsluftspalts beziehungsweise den Verstellweg aufweist. Auf diese Weise wird eine genaue Bestimmung des Gradienten möglich. Die Bestimmung des Gradienten kann beispielsweise erfolgen, indem innerhalb des Messbereichs die charakteristische Größe an mindestens zwei Messpunkten aufgezeichnet wird. Aus der Differenz der charakteristischen Größe in diesen Messpunkten kann anschließend der Gradient berechnet werden, beispielsweise indem die Differenz der charakteristischen Größe zwischen den Messpunkten mit der Differenz der Größe des Arbeitsluftspalts beziehungsweise des Verstellwegs dividiert wird. Selbstverständlich sind auch Ansätze höherer Ordnung verwendbar.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Bewegung des Magnetankers über ein Federelement bewirkt wird, welches insbesondere mit einer Seite auf dem Magnetanker und mit einer gegenüberliegenden Seite auf einer Federauflage aufliegt, wobei die Federauflage in dem Ankergegenelement beweglich gehalten ist. Die Bewegung des Magnetankers ist also nicht von einem unmittelbaren Aufbringen einer Kraft auf den Magnetanker bewirkt, sondern von einer auf das Federelement wirkenden Kraft. Beispielsweise bedingt durch Restmagnetismus oder ähnliche Effekte kann es daher dazu kommen, dass der Magnetanker zunächst an dem Ankergegenelement „anhaftet”. Um dieses Anhaften zu überwinden, muss zunächst über das Federelement eine ausreichend große Kraft auf den Magnetanker übertragen werden. Erst bei Vorliegen dieser bestimmten Kraft beginnt die Bewegung des Magnetankers. An diesem Punkt tritt üblicherweise die Änderung der charakteristischen Größe der Brückenschaltung auf, mittels welcher die vorläufige Startposition des Magnetankers festgelegt wird.
-
Das Federelement kann beispielsweise derart angeordnet sein, dass es mit seiner ersten Seite an dem Magnetanker und mit seiner dieser Seite gegenüberliegenden Seite an der Federauflage anliegt. Das Federelement ist also zwischen Magnetanker und Federauflage gehalten. Beim Einstellen der Größe des Arbeitsluftspalts wird vorzugsweise die Federauflage verstellt und auf diese Weise die Bewegung des Magnetankers erreicht. Die Federauflage ist zu diesem Zweck üblicherweise beweglich in dem Ankergegenelement gehalten. Beispielsweise kann dabei ein kraftschlüssiges Halten der Federauflage in dem Ankergegenelement vorgesehen sein. Die Federauflage ist also derart in das Ankergegenelement eingepresst, dass eine bestimmte Kraft notwendig ist, um sie in dem Ankergegenelement zu bewegen. Dabei ist es vorgesehen, dass sich die Federauflage nach dem Einstellen der Größe des Arbeitsluftspalts nicht ohne äußeren beziehungsweise manuellen Einfluss bewegen und damit den Arbeitsluftspalt verstellen kann.
-
Das Federelement wird in Magnetkreisbauteilen und insbesondere in Magnetventilen üblicherweise zum Entlüften benötigt. Bisher war die von dem Federelement bewirkte Federkraft beziehungsweise die Federkonstante des Federelements vergleichsweise groß. So liegt der Druckeinsprung bei bekannten Magnetventilen bei etwa 13 bar. An neue Magnetventile, welche beispielsweise Bestandteil eines Bremssystems sind, werden höhere Anforderungen gestellt, sodass es notwendig ist, den Druckeinsprung von 13 bar auf 0,5 bar abzusenken, wozu eine kleinere Federkonstante gewählt wird. Somit wird ein Einstellverfahren benötigt, welches das exakte Einstellen des Arbeitsluftspalts beziehungsweise des Ankerspalts bei minimaler Federvorspannkraft zulässt. Die Federvorspannkraft entspricht dabei der Summe aus der Gewichtskraft des Magnetankers sowie der Gewichtskraft von diesem zugeordneten Elementen, beispielsweise einem Ventilstößel.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Bewegung mit einer Einstellvorrichtung, insbesondere einer Spindelpresse, bewirkt wird, die an der Federauflage angreift. Bei dem Einstellen der Größe des Arbeitsluftspalts wird demnach die Federauflage in das Ankergegenelement hinein und auf den Magnetanker zu verlagert. Dabei wird das Federelement komprimiert und bewirkt seinerseits eine Kraft auf den Magnetanker. Ist diese Kraft ausreichend groß, so startet die Bewegung des Magnetankers relativ zu dem Ankergegenelement. Die Einstellvorrichtung kann beispielsweise als Spindelpresse ausgebildet sein, weil mit einer solchen der Verstellweg äußerst genau abfahrbar ist.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mittels der Einstellvorrichtung eine Kraft auf die Federauflage aufgebracht wird, die größer als eine Mindestkraft ist. Zunächst muss mittels der Einstellvorrichtung die Kraft auf die Federauflage aufzubringen, welche notwendig ist, um diese in dem Ankergegenelement zu verlagern. Diese Kraft ist insbesondere durch die kraftschlüssige Verbindung zwischen Federauflage und Ankergegenelement bedingt. Auch während der Bewegung des Magnetankers und insbesondere in einem bestimmten Bereich um die endgültige Endposition des Magnetankers ist es notwendig, dass die aufgebrachte Kraft die Mindestkraft nicht unterschreitet. Ein solches Unterschreiten könnte ein Stocken der Bewegung des Magnetankers bewirken und somit Fehler bei dem Einstellen der Größe des Arbeitsluftspalts verursachen.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die charakteristische Größe aus einer in der Spule induzierten Spannung bestimmt wird. In Abhängigkeit von der Stellung des Magnetankers zu dem Ankergegenelement, also der Größe des Arbeitsluftspalts, ändert sich die induzierte Spannung. Diese wird mittels der Brückenschaltung bestimmt. Aus der induzierten Spannung kann nun die charakteristische Größe berechnet werden. Alternativ kann die induzierte Spannung auch die charakteristische Größe darstellen.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mittels einer mathematischen Beziehung die charakteristische Größe in die Größe des Arbeitsluftspalts umgerechnet und/oder, insbesondere bezüglich der Größe des Arbeitsluftspalts, linearisiert wird. Die mathematische Beziehung ist beispielsweise ein Polynom n-ten Grades. Das heißt, sie kann Glieder bis hin zu einer beliebigen Ordnung aufweisen. Die mathematische Beziehung kann beispielsweise dazu verwendet werden, aus der charakteristischen Größe die Größe des Arbeitsluftspalts zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann mittels der mathematischen Beziehung die charakteristische Größe auch linearisiert werden. Dies erfolgt insbesondere bezüglich der Größe des Arbeitsluftspalts beziehungsweise des zurückgelegten Verstellwegs.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass vor dem Anschließen der Spule des Magnetkreisbauteils als Bauelement der Brückenschaltung mindestens ein Parameter der mathematischen Beziehung anhand von Messwerten bestimmt wird. Die Messwerte werden beispielsweise anhand eines Referenzmagnetkreisbauteils bestimmt. Der Parameter wird dabei derart gewählt, dass – wie vorstehend erläutert – die Umrechnung der charakteristischen Größe in die Größe des Arbeitsluftspalts und/oder das Linearisieren der charakteristischen Größe möglich ist. Das Bestimmen des mindestens einen Parameters wird als Kalibrieren bezeichnet.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bestimmen der Größe eines Arbeitsluftspalts eines elektrisch betätigbaren Magnetkreisbauteils, insbesondere eines Magnetventils, wobei der Arbeitsluftspalt zwischen einem Magnetanker und einem Ankergegenelement des Magnetkreisbauteils vorliegt und zumindest der Magnetanker im Bereich mindestens einer Spule des Magnetkreisbauteils angeordnet wird. Dabei ist es vorgesehen, die folgenden Schritte durchzuführen: Elektrisches Anschließen der Spule des Magnetkreisbauteils als Bauelement einer Brückenschaltung, die ein elektrisches Referenzbauteil aufweist, Bestimmen einer von der Größe des Arbeitsluftspalts abhängigen elektrischen charakteristischen Größe der Brückenschaltung, und Bestimmen der Größe des Arbeitsluftspalts aus der charakteristischen Größe. Weitere Merkmale können entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Einstellen der Größe des Arbeitsluftspalts entsprechen.
-
Insbesondere ist es vorgesehen, vor dem Bestimmen der Größe eine Kalibrierung durchzuführen, um den Parameter der mathematischen Beziehung anhand von Messwerten zu bestimmen. Das Bestimmen der Größe des Arbeitsluftspalts aus der charakteristischen Größe kann anschließend anhand der mathematischen Beziehung, welche prinzipiell beliebig gewählt sein kann, aber vorzugsweise ein Polynom n-ten Grades ist, erfolgen. Auf diese Weise kann bei einem beliebigen Magnetkreisbauteil berührungslos und ohne optischen Zugang die Größe des Arbeitsluftspalts bestimmt werden, indem einfach die Spule des Magnetkreisbauteils als Bauelement der Brückenschaltung verwendet wird.
-
Die Erfindung betrifft zudem eine Einrichtung zum Bestimmen und/oder Einstellen der Größe eines Arbeitsluftspalts eines elektrisch betätigbaren Magnetkreisbauteils, insbesondere eines Magnetventils, wobei der Arbeitsluftspalt zwischen einem Magnetanker und einem Ankergegenelement des Magnetkreisbauteils vorliegt und zumindest der Magnetanker im Bereich mindestens einer Spule des Magnetkreisbauteils angeordnet ist. Dabei soll die Einrichtung zur Durchführung zumindest eines der Verfahren gemäß den vorstehenden Ausführungen ausgebildet sein.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Bestimmen und/oder Einstellen der Größe eines Arbeitsluftspalts eines Magnetkreisbauteils,
-
2 das Magnetkreisbauteil und ein Referenzbauteil,
-
3 das Magnetkreisbauteil mit eingestellter Größe des Arbeitsluftspalts,
-
4 ein Diagramm, in welchem ein erster Kalibrierungsschritt dargestellt ist,
-
5 ein Diagramm, in welchem ein zweiter Kalibrierungsschritt dargestellt ist,
-
6 ein Diagramm, in welchem eine charakteristische Größe über einen Verstellweg aufgetragen ist, in einem ersten Schritt während des Einstellens der Größe des Arbeitsluftspalts,
-
7 das aus der 6 bekannte Diagramm während eines zweiten Schritts beim Einstellen,
-
8 das aus den 6 und 7 bekannte Diagramm während eines dritten Schritts beim Einstellen, wobei eine endgültige Startposition eines Magnetankers des Magnetkreisbauteils bestimmt wird, und
-
9 das aus den 6 bis 8 bekannte Diagramm während eines vierten Schritts beim Einstellen, wobei eine endgültige Endposition des Magnetankers dargestellt ist.
-
Die 1 zeigt eine Einrichtung 1 zum Bestimmen und/oder Einstellen der Größe eines Arbeitsluftspalts 2 (hier nicht dargestellt) eines elektrisch betätigbaren Magnetkreisbauteils 3 (ebenfalls nicht dargestellt). Letzteres kann beispielsweise als Magnetventil 4 ausgebildet sein. Das Magnetkreisbauteil 3 weist eine Spule 5 auf, welche als Bauelement einer Brückenschaltung 6 dient. Die Brückenschaltung 6 verfügt weiterhin über ein elektrisches Referenzbauteil 7, welches beispielsweise eine Spule 8 eines Referenzmagnetkreisbauteils ist. Die Einrichtung 1 besitzt weiterhin eine Wechselspannungsquelle 9, welche eine Wechselspannung mit beispielsweise einer Frequenz von etwa 2 bis 8 kHz, vorzugsweise 5 kHz liefert. Ebenso ist ein Trägerfrequenzmessverstärker 10 der Einrichtung 1 zugeordnet. Dieser verfügt über einen einstellbaren ersten Widerstand 11 und einem konstanten zweiten Widerstand 12. Die Spule 5 und die Spule 8 sind ebenso wie die Widerstände 11 und 12 jeweils zueinander in Reihe geschaltet. Dabei ist die Reihenschaltung der Spulen 5 und 8 der Reihenschaltung der Widerstände 11 und 12 parallel geschaltet. Beide Reihenschaltungen sind mit der Wechselspannungsquelle 9 verbunden. Der Trägerfrequenzmessverstärker 10 weist neben den Widerständen 11 und 12 einen Differenzverstärker 13 auf, dessen erster Eingang 14 zwischen den Spulen 5 und 8 und dessen zweiter Eingang 15 zwischen den Widerständen 11 und 12 angeschlossen sind. Über den einstellbaren Widerstand 11 lässt sich der Nullpunkt der Einrichtung 1 einstellen. An einem Ausgang 16 des Differenzverstärkers 13 liegt die Spannungsdifferenz zwischen den an den Eingängen 14 und 15 anliegenden Spannungen an. Sobald sich also die magnetischen oder elektrischen Eigenschaften in der Spule 5 ändern, wird dies über eine sich ändernde Spannungsdifferenz an dem Ausgang 16 angezeigt, sofern die Eigenschaften des Referenzbauteils 7 konstant bleiben.
-
Die 2 zeigt das Magnetkreisbauteil 3 sowie das Referenzbauteil 7, welches hier als Referenzmagnetkreisbauteil ausgebildet ist. Das Magnetkreisbauteil 3 liegt als Magnetventil 4 vor und weist einen Magnetanker 17 und ein Ankergegenelement 18 auf. Der Magnetanker 17 liegt in der in der 2 dargestellten Ausgangsstellung mit einer seiner Stirnseiten auf einer der Stirnseiten des Ankergegenelements 18 auf. Das Ankergegenelement 18 ist hohlzylindrisch, wobei in einer zentralen Ausnehmung 19 ein Ankerbolzen 20, ein Federelement 21 und eine Federauflage 22 vorgesehen sind. Sowohl der Ankerbolzen 20 als auch das Federelement 21 können lediglich teilweise in der Ausnehmung 19 angeordnet sein. Der Ankerbolzen 20 kann als Bestandteil des Magnetankers 17 angesehen werden. Er ist zumindest mit diesem wirkverbunden. Der Ankerbolzen 20 besteht üblicherweise aus nicht-magnetischem Material. Das Federelement 21 liegt mit einer Seite auf einem Vorsprung 23 des Ankerbolzens 20 und damit auf dem Magnetanker 17 auf. Mit seiner gegenüberliegenden Seite stützt es sich auf der Federauflage 22 ab. die Federauflage 22 ist dazu als Ringelement ausgebildet, welches kraftschlüssig in der Ausnehmung 19 gehalten ist. Das Federelement 21 ist vorzugsweise eine Spiralfeder. Das Magnetventil 4 weist zudem die Spule 5 auf. Im Bereich dieser Spule 5 ist der Magnetanker 17 angeordnet. Der Magnetanker 17 sowie das Ankergegenelement 18 sind zumindest bereichsweise von einem Gehäuse 24 des Magnetventils 4 umschlossen. Der Arbeitsluftspalt 2 liegt zwischen den einander zugewandten Stirnseiten des Magnetankers 17 sowie des Ankergegenelements 18 vor. Das Referenzbauteil 7 ist prinzipiell genauso aufgebaut wie das Magnetkreisbauteil 3. Es weist die Spule 8 auf, welche ebenso wie die Spule 5 des Magnetkreisbauteils 3 der Brückenschaltung 6 zugeordnet ist.
-
Vor einer Verwendung des Magnetkreisbauteils 3 muss zunächst der Arbeitsluftspalt 2 eingestellt werden, wie dies in der 3 dargestellt ist. Zu diesem Zweck wird mit einer Einstellvorrichtung eine Kraft auf die Federauflage 22 aufgebracht, sodass sich diese in das Ankergegenelement 18 hinein und auf den Magnetanker 17 zu bewegt. Das Ankergegenelement 18 ist dabei ebenso wie die Spule 5 ortsfest angeordnet. Die einzustellende Größe des Arbeitsluftspalts 2 ist in der 3 durch das Formelzeichen a gekennzeichnet. Weil eine zum Einstellen der Größe des Arbeitsluftspalts 2 verwendete Einstellvorrichtung lediglich an der Federauflage 22 angreift, wird eine Bewegung des Magnetankers 17 relativ zu dem Ankergegenelement 18 über das Federelement 21 bewirkt. Bedingt durch Restmagnetismus von Magnetanker 17 beziehungsweise Ankergegenelement 18 kann es daher vorkommen, dass der Magnetanker 17 sich nicht sofort in Bewegung setzt, sobald die Federauflage 22 bewegt wird. Somit legt die Einstellvorrichtung bereits einen Verstellweg zurück beziehungsweise verlagert die Federauflage 22 um diesen, ohne dass der Arbeitsluftspalt 2 vergrößert wird. Erst bei Erreichen einer gewissen Federvorspannkraft wird über den Ankerbolzen 20 eine ausreichend große Kraft übertragen, um dass sich der Magnetanker 17 von dem Ankergegenelement 18 löst. Bedingt durch das Federelement 21 kommt es damit zu einem Einschwingen des Magnetankers 17, welches das Einstellen der Größe des Arbeitsluftspalts 2 beeinflusst.
-
Auf die Vorgehensweise während des Einstellens der Größe des Arbeitsluftspalts 2 soll anhand der 4 bis 9 eingegangen werden. Dabei zeigt die 4 ein Diagramm, in welchem eine induzierte Spannung UInd über dem Verstellweg SHub der Einstellvorrichtung aufgetragen ist. Die induzierte Spannung ist die Spannung, welche an dem Ausgang 16 des Differenzverstärkers 13 anliegt. In den Diagrammen der 5 bis 9 ist dagegen jeweils eine charakteristische Größe über dem Verstellweg aufgetragen. Die 4 und 5 verdeutlichen eine Kalibrierung der Einrichtung 1, während in den 6 bis 9 der tatsächliche Einstellvorgang der Größe des Arbeitsluftspalts 2 des Magnetkreisbauteils 3 dargestellt ist.
-
Die 4 zeigt einen ersten Schritt einer Kalibrierung der Einrichtung 1. Dabei wird die an dem Ausgang 16 des Differenzverstärkers 13 anliegende induzierte Spannung UInd mehrfach über dem Verstellweg SHub aufgezeichnet. Daraus ergibt sich eine Vielzahl von Verläufen 25, deren Werte gemittelt werden, um einen gemittelten Verlauf 26 zu erhalten. Dieser gemittelte Verlauf 26 kann auch als Masterkurve bezeichnet werden.
-
Die Verläufe 25 beziehungsweise 26 werden mittels einer geeigneten mathematischen Beziehung linearisiert, sodass sich das Diagramm der 5 ergibt. In diesem ist die charakteristische Größe y der Brückenschaltung 6 über dem Verstellweg SHub aufgetragen. Die charakteristische Größe ergibt sich dabei aus der mathematischen Beziehung, welche als einzige Eingangsgröße die induzierte Spannung aufweist. Die mathematische Beziehung kann dabei ein Polynom n-ten Grades mit n Parametern sein, die beispielsweise anhand der Verläufe 25 beziehungsweise 26 gewählt werden, um einen linearen Verlauf der charakteristischen Größe über den Verstellweg zu erzielen. Dieser Vorgang wird als Kalibrierung der Einrichtung 1 bezeichnet. Diese muss lediglich einmalig beziehungsweise in bestimmten Intervallen erfolgen, also nicht vor jedem Einstellen der Größe des Arbeitsluftspalts 2.
-
Während des Einstellens der Größe des Arbeitsluftspalts 2 wird zunächst die Spule 8 des Magnetkreisbauteils 3 an die Brückenschaltung 6 als Bauelement angeschlossen. Anschließend wird eine Bewegung des Magnetankers 17 relativ zu dem Ankergegenelement 18 gestartet, indem die Federauflage 22 bewegt wird und dabei den Verstellweg zurücklegt. Wie bereits vorstehend ausgeführt, setzt sich der Magnetanker 17 nicht sofort in Bewegung, sobald die Federauflage 22 verlagert wird. Vielmehr wird er zunächst an dem Ankergegenelement 18 anhaften und sich erst bei einer ausreichend großen Kraft von diesem entfernen. Dies ist in dem Diagramm der 6 festgehalten. Ein Verlauf 27 zeigt die charakteristische Größe über dem Verstellweg. Es ist zu erkennen, dass bereits bei einem Verstellweg von SHub gleich Null die charakteristische Größe einen Wert von größer Null aufweist. Dies kann beispielsweise durch die Linearisierung mittels der mathematischen Beziehung bedingt sein. Erst bei einem Verstellweg von SHub größer Null tritt eine kennzeichnende Änderung 28 der charakteristischen Größe auf. Ab diesem Punkt beginnt der Magnetanker 17 sich von dem Ankergegenelement 18 zu entfernen. Die kennzeichnende Änderung 28, welche hier einer ersten Änderung der charakteristischen Größe entspricht, wird festgestellt und eine vorläufige Startposition gleich dem Verstellweg festgelegt, welcher bei der Änderung 28 vorliegt. Nachfolgend des Lösens des Magnetankers 17 von. dem Ankergegenelement 18 tritt eine Schwingung 29 auf, welche durch das Federelement 21 bedingt ist. Erst nachfolgend der Schwingung 29 stellt sich ein linearer Verlauf 30 der charakteristischen Größe über dem Verstellweg ein. Die Federauflage 22 wird dabei mit einer konstanten Geschwindigkeit verlagert, sodass der Gradient des Verstellwegs im Wesentlichen gleich Null ist. Aus der nun festgelegten vorläufigen Startposition wird eine vorläufige Endposition bestimmt. Die Bewegung des Magnetankers 17 beziehungsweise der Federauflage 22 wird gestoppt, sobald diese vorläufige Endposition erreicht ist.
-
Die 7 zeigt eine Bestimmung einer endgültigen Startposition des Magnetankers 17. Zu diesem Zweck wird im Bereich des linearen Verlaufs 30 der Gradient des Verlaufs 27 gebildet. Dies erfolgt in einem Messbereich, der relativ zu der vorläufigen Startposition gewählt wird. In diesem Fall ist der Messbereich derart gewählt, dass er sicher innerhalb des linearen Verlaufs 30 liegt. Mittels des Gradienten wird nun ein Schnittpunkt 31 des linearen Verlaufs 30 mit dem Ausgangswert der charakteristischen Größe bestimmt, also dem Wert der charakteristischen Größe, welchen dieser bei einem Verstellweg von Null aufwies. Dieser Schnittpunkt 31 wird als endgültige Startposition des Magnetankers 17 beziehungsweise der Federauflage 22 festgelegt.
-
Wie anhand der 8 gezeigt, wird nachfolgend der Bestimmung des Schnittpunkts 31 beziehungsweise des Gradienten des linearen Verlaufs 30 der Schnittpunkt 31 derart verschoben, dass er in einem Nullpunkt des Diagramms sowohl hinsichtlich der charakteristischen Größe als auch des Verstellwegs liegt. Ausgehend von dieser endgültigen Startposition wird nun eine endgültige Endposition festgelegt.
-
Wie in der 9 gezeigt, wird die Bewegung des Magnetankers 17 beziehungsweise der Federauflage 22 solange durchgeführt, bis eine Magnetankerposition erreicht ist, welche der endgültigen Endposition entspricht. Diese ist beispielsweise bei einem Verstellweg von 475 μm erreicht. Der gesamte Verstellweg entspricht dabei der Differenz zwischen der endgültigen Endposition und der endgültigen Startposition. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass tatsächlich eine bestimmte Größe des Arbeitsluftspalts 2 vorliegt.
-
Während des gesamten anhand der 6 bis 9 erläuterten Vorgangs wird die Federauflage 22 mittels der Einstellvorrichtung, welche beispielsweise als Spindelpresse vorliegt, mit konstanter Geschwindigkeit bewegt. Die Bewegung wird erst beendet, wenn der Verstellweg derart ist, dass die Größe des Arbeitsluftspalts 2 den gewünschten Wert erreicht hat. Auf diese Weise ist es möglich, die Größe des Arbeitsluftspalts 2 zuverlässig einzustellen, ohne einen optischen Zugang zur Messung der Größe des Arbeitsluftspalts 2 zu benötigen. Auch muss kein taktiles Messverfahren eingesetzt werden, welches das Einstellen beeinträchtigen könnte.
-
Alternativ kann die in der 1 gezeigte Einrichtung 1 auch zum unmittelbaren Bestimmen der Größe des Arbeitsluftspalts 2 verwendet werden. Zu diesem Zweck wird die charakteristische Größe der Brückenschaltung 6 ausgewertet, beispielsweise mittels der anhand der 4 und 5 beschriebenen mathematischen Beziehung. Mit dieser kann die charakteristische Größe in die Größe des Arbeitsluftspalts 2 umgerechnet werden.
