DE102013218304A1 - Verfahren zum Ermitteln der Absolutposition eines Linearaktuators - Google Patents

Verfahren zum Ermitteln der Absolutposition eines Linearaktuators Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Ermitteln der Absolutposition eines Linearaktuators, umfassend einen Elektromotor mit einem Stator mit wenigstens einer einem Strang mit einer Erregerspule und einem Rotor, dessen Rotation über ein Rotations-Translationsgetriebe in eine lineare Bewegung eines Aktuatorelementes umgewandelt wird, soll dahingehend verbessert werden, dass auf eine Referenzfahrt des Kolbens bei Verlust der Spannungsversorgung verzichtet werden kann und nur ein Sensor benötigt wird. Dazu sind folgende Schritte vorgesehen: • definiertes Ausrichten des Rotors, • Ermitteln der Drehwinkellage eines mit dem Rotor (84) über ein Getriebe (100) mit einem Übersetzungsverhältnis gekoppelten Sensors (108), wobei das Übersetzungsverhältnis des Getriebes (108) zwischen Rotor (84) und Sensor (108) derart gewählt ist, dass sich bei einer vollständigen Umdrehung des Rotors (84) um 360° die Drehwinkellage des Sensors (108) um einen Winkel ändert, der geringfügig größer oder kleiner als 360° oder ein Vielfaches davon ist, • Ableiten der Absolutposition mittels der ermittelten Drehwinkellage.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Absolutposition eines Linearaktuators, umfassend einen Elektromotor mit einem Stator mit wenigstens einer einem Strang mit einer Erregerspule und einem Rotor, dessen Rotation über ein Rotations-Translationsgetriebe in eine lineare Bewegung eines Aktuatorelementes umgewandelt wird. Sie betrifft weiterhin einen Linearaktuator und eine Vorrichtung zum Ermitteln bzw. zum Bestimmen der Absolutposition eines Linearaktuators.
  • Linearaktuatoren werden verwendet, wenn in einem System eine gezielt steuerbare Linearbewegung eines Aktuatorelementes benötigt wird. Sie finden beispielsweise in elektrohydraulischen Bremssystemen Verwendung, wenn in einer „Brake-by-Wire“-Betriebsart aktiv Druck in den Bremskreisen aufgebaut wird. Der Fahrer ist in dieser Betriebsart von dem direkten Zugriff auf die Bremsen entkoppelt. Die Erfassung seines Bremswunsches führt zur Ermittlung seines Bremswunsches, aufgrund dessen dann der Bremsdruck aktiv eingestellt wird. Ein Linearaktuator verfährt dabei zum Druckaufbau einen Druckkolben bzw. Plungerkolben in einem hydraulischen Druckraum, der mit den Bremskreisen verbindbar ist.
  • Derartige Linearaktuatoren weisen üblicherweise einen Elektromotor mit einem nachgeschalteten Rotations-Translationsgetriebe auf. Die Rotation des Rotors bzw. der Motorwelle wird dabei in eine lineare Bewegung des Druckkolbens umgewandelt. Als Rotations-Translationsgetriebe wird dabei gewöhnlich ein Kugelgewindetrieb (KGT) mit einer Spindel und einer darauf drehbar gelagerten Mutter eingesetzt. Eine Drehung der Spindel/Mutter führt dann bei verdrehgesicherter Lagerung der jeweils anderen Komponente zu einer linearen Bewegung der Mutter/Spindel. Der Kolben ist dabei an den sich linear bewegenden Komponenten befestigt, so dass er in dem Druckraum hin- und her gefahren bzw. verfahren werden kann.
  • In derartigen Bremssystemen ist es notwendig, zu jedem Zeitpunkt die Absolutposition des Linearaktuators zu kennen, womit der linear zurückgelegte Weg der sich linear bewegenden Komponenten und damit auch des Kolbens gemeint ist. Beispielsweise ist es aus Sicherheitsgründen wichtig zu wissen, wie weit der Druckkolben in dem Druckraum verfahren ist. Befindet er sich nämlich in Druckaufbaurichtung sehr nahe am Endanschlag bedeutet das, dass im Fall einer Vollbremsung eventuell nicht mehr Verfahrweg und Druckmittel für den notwendigen Bremsdruckaufbau zur Verfügung stehen. Der Kolben sollte dann in einer fahrdynamischen Situation, in der ein weiterer Druckaufbau nicht erfolgen muss, unter gleichseitigem Nachsaugen von Bremsmittel wieder zurückgefahren werden.
  • Zur Bestimmung der Kolbenposition kann ein Rotorlagesensor eingesetzt werden, wobei sich beispielsweise ein Magnet oder ein magnetischer Ringencoder über ein Getriebe mit dem Rotor mit dreht, und ein gegenüber am Gehäuse des Linearaktuators angebrachter Sensor eine Winkelinformation über die Rotorlage liefert. Der Sensor kann auch an dem Rotor direkt oder über ein Getriebe angebracht sein. Dabei wird gewöhnlich ein Übersetzungsverhältnis von 1 verwendet, so dass auf das Getriebe verzichtet werden kann. Durch Differentiation und Aufintegration des Signals des Sensors kann ein Ersatzsignal für die Kolbenposition gebildet werden. Ein derartiges Verfahren liefert aber keine zuverlässigen Informationen mehr, wenn die Strom- bzw. Spannungsversorgung – auch nur kurzzeitig – unterbrochen wird. Ein unbeabsichtigtes Verfahren des Kolbens während dieses Zeitraumes bleibt unentdeckt. Dies erfordert dann eine so genannte Referenzfahrt des Kolbens an einen Endanschlag, so dass die absolute Position wieder bekannt ist und das Ersatzsignal wieder genutzt werden kann.
  • Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Referenzfahrt eine gewisse Zeit beansprucht, in der dann ein aktiver Druckaufbau nicht möglich ist. Aufgrund der limitierten Stabilität der Endanschläge darf sie nämlich nicht mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.
  • Zur Bestimmung der Absolutposition können auch zwei separate Sensoren verwendet werden, wobei der zweite Sensor über ein Übersetzungs- oder Untersetzungsgetriebe an den Rotor angekoppelt ist. Nach dem Noniusprinzip ist dann eine eindeutige Bestimmung der Multiturn-Motorposition bzw. Rotorlage und damit auch der Kolbenposition möglich.
  • Ein Verfahren zur Bestimmung der Kolbenposition mit Hilfe von zwei Sensoren ist in der WO 2013/092147 A1 beschrieben. Nachteilig bei einem derartigen Verfahren ist, dass zwei separate Sensoren eingesetzt werden müssen, womit baulicher und kostenmäßiger Aufwand verbunden ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein derartiges Verfahren dahingehend zu verbessern, dass auf eine Referenzfahrt des Kolbens bei Verlust der Spannungsversorgung verzichtet werden kann und nur ein Sensor benötigt wird.
  • Weiterhin sollen eine Linearaktuator, der sich zur Anwendung des Verfahrens eignet und eine Vorrichtung zur Ermittlung der Absolutposition eines derartigen Linearaktuators bereitgestellt werden.
  • In Bezug auf das Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit folgenden Schritten:
    • • definiertes Ausrichten des Rotors,
    • • Ermitteln der Drehwinkellage eines mit dem Rotor über ein Getriebe mit einem Übersetzungsverhältnis gekoppelten Sensors, wobei das Übersetzungsverhältnis zwischen Rotor und Sensor derart gewählt ist, dass sich bei einer vollständigen Umdrehung des Rotors um 360° die Drehwinkellage des Sensors um einen Winkel ändert, der geringfügig größer oder kleiner als 360° oder ein Vielfaches davon ist,
    • • Ableiten der Absolutposition mittels der ermittelten Drehwinkellage.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es vorteilhaft wäre, sowohl auf die Referenzfahrt verzichten zu können als auch auf einen zweiten Sensor, der zu einer aufwändigeren Ausgestaltung des Linearaktuators führt. In einem solchen Fall müsste dann unter gewissen Voraussetzungen das Signal des einzigen Sensors ausreichen, um die Absolutposition des Linearaktuators bzw. eines Aktuatorelementes, welches linear von ihm verschoben wird, zu bestimmen.
  • Wie nunmehr erkannt wurde, lässt sich dies dadurch erreichen, dass der Sensor über ein Getriebe angekoppelt wird, dessen Übersetzung zu einer mit der Anzahl der Rotorumdrehungen zunehmenden Diskrepanz zwischen der tatsächlichen Rotorlage und der Drehwinkelinformation des Sensors führt. Da diese Diskrepanz mit jeder weiteren Umdrehung in der gleichen Richtung stetig wächst und sich mit jeder Umdrehung auch die Kolbenposition stetig verändert, kann diese Abweichung zur Bestimmung der Absolutposition herangezogen werden.
  • Die Ermittlung dieser Diskrepanz ist aber nur dann möglich, wenn die Rotorlage auch bekannt ist bzw. wenn der Rotor beim „Ablesen“ der Drehwinkellage des Sensors eine definierte Lage angenommen hat. Aus diesem Grund ist dieser Vorgang ein wesentlicher Verfahrensschritt, der gewissermaßen als „Start-up“-Vorgang durchgeführt werden muss.
  • Vorteilhafterweise ist die Übersetzung des Getriebes derart auf die Steigung des Rotations-Translationsgetriebes abgestimmt, dass der gesamte lineare Weg, beispielsweise der Kolbenweg, auf einen von dem Sensor abzulesenden Winkelbereich von 360° abgebildet werden kann. Dadurch wird eine eindeutige Zuordnung von abgelesenem Winkel am Sensor und zurückgelegtem Kolben ermöglicht. Eine eineindeutige Zuordnung zwischen der Absolutposition und dem abgelesenen Winkel ist zwingend notwendig, damit auf einen korrekten Positionswert geschlossen werden kann. Hat der Motor beispielsweise 4 Polpaare, können pro Umdrehung der Spindel 4 verschiedene (Motor-)Positionen nach dem Ausrichtpuls vorliegen. Wenn die Spindel eine Gesamtanzahl von 20 Umdrehungen gedreht bzw. bewegt werden kann, ergeben sich somit 80 verschiedene mögliche Positionen des Kolbens nach dem Ausrichtpuls.
  • Eine günstige Auswahl der Übersetzung ist durch einen möglichst großen Abstand der Messwerte charakterisiert, ohne dass mehrdeutige Messwerte auftreten. Im vorliegenden Fall ist der Abstand der Winkelwerte, die zu verschiedenen Motorstellungen gehören, 4,5°. Aufgrund eventuell vorhandener Reibung könnte der Motor durch einen Ausrichtimpuls nicht ganz bis zur erwarteten Stellung gedreht worden sein, ebenso kommen noch Messfehler im Sensorsystem in Betracht. In jedem Fall muss sichergestellt werden, dass der richtige Sektor erkannt wurde.
  • Eine alternative Auslegung des Getriebes weist beispielhaft eine Steigung von 13,5° pro Ausrichtposition auf, die korrespondierenden Winkelwerte sind in diesem Fall 0°, 13.5°, 27°, ..., 337.5°, 351°, 4.5°, 18° ... Bei einer Fehlmessung, wenn z. B. der tatsächliche Winkel 4,5° und der gemessener Winkel 0° beträgt wäre die Abweichung des Kolbenwegs enorm groß. Eine derartige Auslegung ist sinnvoll, wenn eine hohe Genauigkeit von Messung und Ausrichtung zuverlässig gegeben ist.
  • Vorteilhafterweise ist das Übersetzungsverhältnis eine rationale Zahl, die geringfügig von 2 abweicht. Das heißt, bei einer vollen Umdrehungen des Rotors ist der Drehwinkels des Sensor nicht 2 × 360° = 720°, sondern ein geringfügig davon abweichender Wert, wobei als geringfügige Abweichung ein Winkel, der den oben beschriebenen Bedingungen genügt, verstanden wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens beträgt das Übersetzungsverhältnis 80:41. Ein derartiges Übersetzungsverhältnis lässt sich erzielen über zwei ineinander greifende bzw. miteinander kämmende Zahnräder mit 80 bzw. 41 Zähnen.
  • Zum definierten Ausrichten des Rotors wird vorzugsweise die wenigstens eine Erregerspule bestromt.
  • Bevorzugt weist der Stator drei Stränge auf, wobei wenigstens zweimal unterschiedliche Kombinationen der Stränge bestromt werden, und wobei anhand des Sensors die Ausrichtung des Rotors beobachtet wird. Wird nur eine Strangkombination (beispielsweise U -> VW) bestromt kann es sein, dass sich der Rotor gerade an einem instabilen Gleichgewichtspunkt befand und sich nicht bewegt. Ein sequentielles Bestromen zweier verschiedener Kombinationen stellt sicher, dass sich in diesem Fall der Rotor nach rechts oder links bzw. im oder gegen den Uhrzeigersinn aus dieser instabilen Gleichgewichtslage herausbewegt.
  • Für eine besonders zuverlässige Ausrichtung des Rotors werden vorteilhafterweise zeitlich nacheinander drei unterschiedliche Kombinationen der Stränge bestromt.
  • Die ermittelte Drehwinkellage wird vorteilhafterweise mit einem abgelegten Kalibrierwert verrechnet.
  • Dabei wird zur Bestimmung des Kalibierwertes das Aktuatorelement vorzugsweise an einen Endanschlag gefahren.
  • In Bezug auf den Linearaktuator wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einem Elektromotor mit einem Stator und Rotor und einem Rotations-Translations-Getriebe, welches die rotatorische Bewegung der Motorwelle in eine Translationsbewegung eines Aktuatorelementes, insbesondere eines Kolbens, umwandelt, wobei ein Sensor über ein Getriebe mit dem Rotor gekoppelt ist, und wobei das Übersetzungsverhältnis des Getriebes derart gewählt ist, dass sich bei einer vollständigen Umdrehung des Rotors um 360° die Drehwinkellage des Sensors um geringfügig mehr oder weniger als 360° oder ein Vielfaches davon verändert.
  • In Bezug auf die Vorrichtung zur Bestimmung der Absolutposition eines Linearaktuators wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einer elektronischen Kontrolleinheit zur Durchführung des oben dargestellten Verfahrens.
  • Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch einen möglich gewordenen Verzicht auf eine Referenzfahrt des Kolbens die Zeit bis zur Einsatzbereitschaft des Aktuators gegenüber bekannten Lösungen deutlich reduziert wird. Durch die Bestimmung der Absolutposition mittels einer Motorausrichtung, die nur wenige Millisekunden benötigt und das Auslesen des Drehwinkels des Sensors ist eine Positionsbestimmung nach einem notwendigen Neustart schnell möglich. Durch die Verwendung nur eines Sensors werden Kosten gespart und mögliche Fehlerquellen, die durch die Verwendung eines zweiten Sensors entstehen könnten, vermieden. Zudem ist der konstruktive Aufwand vergleichsweise gering.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark vereinfachter und schematischer Darstellung:
  • 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen der Absolutposition eines Linearaktuators in einer bevorzugten Ausführungsform,
  • 2 einen Linearaktuator in einer bevorzugten Ausführungsform, und
  • 3 eine Vorrichtung zum Ermitteln bzw. Bestimmen der Absolutposition eines Linearaktuators in einer bevorzugten Ausführungsform.
  • Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Ein Verfahren zur Bestimmung der Absolutposition eines Linearaktuators in einer bevorzugten Ausführungsform ist in 1 in einem Ablaufdiagramm für einen Linearaktuator mit einem Elektromotor mit einem Stator mit drei Strängen U, V, W dargestellt. Der Linearaktuator bewegt über einen Kugelgewindetrieb einen Kolben in einem Druckraum. Ein Sensor ist mit dem Rotor des Elektromotors über ein Getriebe gekoppelt, wobei das Getriebe über zwei Zahnräder verfügt mit jeweils einer Zähnezahl von 81 bzw. 40. Das direkt mit dem Rotor gekoppelte Zahnrad weist dabei 81, das mit dem Sensor gekoppelte Zahnrad 40 Zähne auf. Diese Ausgestaltung führt zu einer zunehmenden Abweichung des Winkels des Sensors verglichen mit dem doppelten Motorwinkel.
  • Der Elektromotor hat vorliegend vier Polpaare. Wie anhand des Ablaufdiagramms der 1 nachfolgend erläutert wird, wird die Motorlage bzw. die lineare Absolutposition nach erfolgtem Start-up durch Umrechnung aus dem gemessenen Winkels des Sensors – dies entspricht seinem Drehlagenwinkel – zurückgerechnet.
  • In einem Block 2 wird der Kolben an einen Endanschlag gefahren. Dies kann in Vorwärtsrichtung geschehen (dies entspricht der Richtung zum Druckaufbau in den Bremsen). Dabei wird vorzugsweise eine Ventilstellung benutzt, die diese Bewegung ohne Gegendruck erlaubt, das heißt, bei der entsprechenden Bewegung kann der Kolben das im Druckraum befindliche Druckmittel ohne großen Widerstand hinausschieben. Dies kann realisiert werden, indem der Druckraum hydraulisch von den Bremskreisen abgetrennt und eine hydraulische Verbindung zu einem Bremsmittelvorratsbehälter hergestellt wird. Weiterhin alternativ dazu kann bei einer Verbindung des Druckraumes mit den Bremskreisen das jeweilige Auslassventil der Bremsen geöffnet werden. Wiederrum alternativ dazu und bevorzugt kann auch an den Endanschlag in rückwärtiger Bewegung des Kolbens und der zugeordneten Drehrichtung des Rotors erfolgen, da bei dieser Bewegung kein Druckaufbau stattfindet (Nachsaugvorgang).
  • In Block 6 wird dann an dem Endanschlag der Wert der Drehwinkellage des Sensors bestimmt. In Block 10 erfolgt dann als Start-up- bzw. Initialisierungsvorgang die Ausrichtung des Motors. Zuerst wird die Motorphase U -> VW bestromt, d. h., der Strang U wird mit positiver Polarität, die Stränge VW werden mit negativer Polarität verbunden oder umgekehrt. Das Bestromen erfolgt dabei vorzugsweise für eine Zeitdauer zwischen 50 bis 200 ms. Anschließend wird die Motorphase V -> UW für 50 bis 200 ms bestromt, wobei dabei die Drehbewegung durch den Sensor beobachtet wird. Dabei wird überprüft, ob der Motor sich tatsächlich um eine 24tel Motorumdrehung (bei einem 4polpaarigen Motor) weitergedreht hat, um Festklemmen, Reibung usw. zu erkennen. Der Sensor als Motorlagegeber funktioniert zu diesem Zeitpunkt bereits präzise, besitzt aber einen Offsetfehler, der nach dem Startup korrigiert wird. Bei der Nutzung von Differenzwinkeln fällt der Offset aus der Rechnung heraus.
  • Danach wird noch optional die Motorphase W -> UV für 50 bis 200 ms bestromt, wobei wieder der Sensor beobachtet wird.
  • Der Motor kann besonders präzise positioniert werden, wenn die ausgerichtete Stellung einmal von rechts und einmal von links bzw. einmal gegen und einmal im Uhrzeigersinn angefahren wird und die Differenz des Sensorsignals der beiden Endlagen in die nachfolgende Auswertung einbezogen wird. Wenn beispielsweise das System so kalt ist, dass die Reibung stark erhöht ist, wird der Motor seinen idealen Ausrichtpunkt nicht erreichen sondern vorher stehen bleiben, da im Ausrichtpunkt naturgemäß das Drehmoment Null ist. Wenn man aus 2 Richtungen an den Ausrichtpunkt heranfährt, bleibt der Motor gegebenenfalls einmal 1° vorher stehen und einmal 1° später als die optimale Stelle bzw. die optimale Ausrichtung. Wenn die gemessene Differenz dann 2° ist, kann man das gemessene Sensorsignal in einer der beiden Stellungen korrigieren und damit ein genaueres Messergebnis erhalten.
  • In einer Entscheidung 14 wird nun überprüft, ob die Bewegung des Motors bzw. des Rotors zu einer definierten Ausrichtung geführt hat. Ist dies nicht der Fall, verzweigt das Verfahren über eine Verzweigung 18 wieder zu Block 10, und die Ausrichtung des Motors wird erneut durchgeführt. Andernfalls folgt das Verfahren einer Verzweigung 22 zu Block 26, in dem die Drehlage bzw. Drehwinkellage des Sensors bestimmt wird. Der Rotor befindet sich nun in einer von vier möglichen Lagen bzw. Ausrichtungen aufgrund der vier Polpaare des Motors.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Gesamtkolbenweg, also der Weg, den der Kolben zwischen seinen beiden Endanschlägen zurücklegt, 60 mm. Die Kugelgewindetriebssteigung beträgt 3 mm, d. h. bei einer vollen Umdrehung des Rotors legt der Kolben linear 3 mm zurück. Die Zurücklegung des Gesamtkolbenweges korrespondiert dabei zu 20 Umdrehungen des Rotors. Aufgrund der vier Poolpaare ergeben sich dadurch 80 mögliche Motorpositionen.
  • In Block 26 wird nun der Drehlagenwinkel des Sensors bestimmt und in Block 30 mit dem in Block 6 bestimmten Kalibrierwert verrechnet. Bei der genannten Auslegung des Getriebes resultiert bei einem – wie in Block 10 beschrieben ausgerichteten – Motor ein Abstand der Winkelwerte, die zu jeweils ausgerichteten Motorpositionen korrespondieren, von 4,5°, d. h., ein Winkelumfang von 360° korrespondiert zu den 80 möglichen ausgerichteten Positionen. Der Sensor ist hierbei ein MR-Sensor, bei dem 360° Sensorwinkel zu 180° mechanischem Drehwinkel korrespondieren.
  • In einem Block 34 wird schließlich die Absolutposition des Linearaktuators, also der Kolbenweg, bestimmt. Da die Abweichung des Drehwinkels des Sensors mit jeder Umdrehung des Rotors immer weiter von dessen Ausrichtung abweicht, lässt sich nun die Motorposition (welche eine der 80 möglichen ausgerichteten Motorpositionen ist), eindeutig ermitteln. Dies kann geschehen, indem sie direkt, ausgehend von der ausgerichteten Stellung mit Hilfe des Sensorwinkels bestimmt wird. Sie kann auch mittels Motorkalibrierwerten, die beispielsweise an einem Endanschlag ermittelt wurden als Offset des Motors zum Sensorwinkel in den ausgerichteten Stellen, korrigiert werden.
  • In 2 wird diese Bestimmung der Absolutposition illustriert. Auf einer x-Achse 40 ist der mechanische Motorwinkel, also der Winkel bzw. Drehwinkel des Rotors, in der Einheit Grad (°) aufgetragen, wobei der Winkel mit jeder weiteren Umdrehung aufintegriert wird. Die innerhalb des Gesamtkolbenweges resultierenden 20 Umdrehungen korrespondieren dabei zu 20 × 360° = 7200°. Auf einer y-Achse 46 ist der gemessene Sensorwinkel aufgetragen. Jedem möglichen Messwert entspricht dabei ein Rechteck. Die Werte sind diskret, da sie jeweils den ausgerichteten Motorpositionen entsprechen. Aus der 2 ist ersichtlich, dass die Bestimmung des Sensorwinkels zu einer eindeutigen Bestimmung der Kolbenposition führt, die gegebenenfalls noch aufgrund bestimmter Kalibrierwerte korrigiert werden muss. Der gesamte Kolbenweg von 60 mm wird somit auf einen Wertebereich des Sensorwinkels von 360° abgebildet.
  • Ein in 3 dargestellter Linearaktuator 70 umfasst einen Elektromotor 76 mit einem Stator 82 und einer starr mit einem Rotor 84 verbundenen Motorwelle 86. Über einen Kugelgewindetrieb 92 wird die Rotation der Motorwelle 86 in eine lineare Bewegung eines Kolbens 98 umgewandelt, wobei noch optional ein Zwischengetriebe dazwischen geschaltet sein kann. Über ein Getriebe 100 ist ein Sensor 108 an den Rotor 84 bzw. die Motorwelle 86 angekoppelt. Das Getriebe 100 ist hinsichtlich seiner Übersetzung derart ausgeführt, dass eine volle Umdrehung der Motorwelle 86 bzw. des Rotors 84 zu einem von 360° oder einem Vielfachen davon abweichenden Winkel des Sensors 108 führt.
  • Eine Vorrichtung 120 zur Ermittlung der Absolutposition eines Linearaktuators 70, der der in 3 dargestellten Ausführung entspricht, ist in 4 dargestellt. Sie umfasst eine elektronische Kontrolleinheit 126, in der software- und/oder hardwaremäßig ein oben beschriebenes Verfahren implementiert ist. Dazu ist eine Datenverbindung 132 vorgesehen, über die die Kontrolleinheit 126 einerseits den Elektromotor 76 zur Ausrichtung und/oder zur Fahrt des Kolbens 98 zur Kalibrierung ansteuern kann. Andererseits ist sie dateneingangsseitig mit dem Sensor 108 verbunden, um mit Hilfe dessen Signals den Kolbenweg bzw. die Kolbenposition zu bestimmen.
  • Bezugszeichenliste
  • 2
    Block
    6
    Block
    10
    Block
    14
    Entscheidung
    18
    Verzweigung
    22
    Verzweigung
    26
    Block
    30
    Block
    34
    Block
    40
    x-Achse
    46
    y-Achse
    50
    Sensorwinkel
    70
    Linearaktuator
    76
    Elektromotor
    82
    Stator
    84
    Rotor
    86
    Motorwelle
    92
    Kugelgewindetrieb
    98
    Kolben
    100
    Getriebe
    108
    Sensor
    120
    Vorrichtung
    126
    Kontrolleinheit
    132
    Datenverbindung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2013/092147 A1 [0008]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Ermitteln der Absolutposition eines Linearaktuators (70), umfassend einen Elektromotor (76) mit einem Stator (82) mit wenigstens einer einem Strang mit einer Erregerspule, und einem Rotor (84), dessen Rotation über ein Rotations-Translationsgetriebe (92) in eine lineare Bewegung eines Aktuatorelementes umgewandelt wird, mit folgenden Schritten: • definiertes Ausrichten des Rotors (84), • Ermitteln der Drehwinkellage eines mit dem Rotor (84) über ein Getriebe (100) mit einem Übersetzungsverhältnis gekoppelten Sensors (108), wobei das Übersetzungsverhältnis des Getriebes (108) zwischen Rotor (84) und Sensor (108) derart gewählt ist, dass sich bei einer vollständigen Umdrehung des Rotors (84) um 360° die Drehwinkellage des Sensors (108) um einen Winkel ändert, der geringfügig größer oder kleiner als 360° oder ein Vielfaches davon ist, • Ableiten der Absolutposition mittels der ermittelten Drehwinkellage.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Übersetzungsverhältnis eine rationale Zahl ist, die geringfügig von 2 abweicht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Übersetzungsverhältnis 80:41 beträgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zum definierten des Ausrichtens des Rotors (84) die wenigstens eine Erregerspule bestromt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Stator (82) drei Stränge aufweist, wobei wenigstens zweimal unterschiedliche Kombinationen der Stränge bestromt werden, und wobei anhand des Sensors (108) die Ausrichtung des Rotors (84) beobachtet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zeitlich nacheinander drei unterschiedliche Kombinationen der Stränge bestromt werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die ermittelte Drehwinkellage mit einem abgelegten Kalibrierwert verrechnet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zur Bestimmung des Kalibierwertes das Aktuatorelement an einen Endanschlag gefahren wird.
  9. Linearaktuator (70) mit einem Elektromotor (76) mit einem Stator (82) und einem Rotor (84) und einem Rotations-Translations-Getriebe (92), welches die rotatorische Bewegung der Motorwelle (86) in eine Translationsbewegung eines Aktuatorelementes, insbesondere eines Kolbens (98), umwandelt, wobei ein Sensor (108) über ein Getriebe (100) mit dem Rotor (84) gekoppelt ist, und wobei das Übersetzungsverhältnis des Getriebes (100) derart gewählt ist, dass sich bei einer vollständigen Umdrehung des Rotors (84) um 360° die Drehwinkellage des Sensors (108) um einen Winkel ändert, der geringfügig größer oder kleiner als 360° oder ein Vielfaches davon ist.
  10. Vorrichtung zur Ermittlung der Absolutposition eines Linearaktuators (70) nach Anspruch 9 mit einer elektronischen Kontrolleinheit (126) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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