DE102018215687A1

DE102018215687A1 - Aktoreinrichtung, Ventileinrichtung und Verfahren zur Erfassung einer Stellung eines Stellglieds

Info

Publication number: DE102018215687A1
Application number: DE102018215687.5A
Authority: DE
Inventors: Matthias Wagner; Jörg Bochterle
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2038-09-15
Also published as: DE102018215687B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aktoreinrichtung (10) für die Industrieautomatisierung, umfassend: einen elektromagnetischen Aktor (1) mit einer Spule (2) und einem Stellglied (3) und eine Stellungserfassungseinheit (4) zur Erfassung einer Stellung des Stellglieds (3) basierend auf einer mit der Spule (2) im Zusammenhang stehenden ersten elektrischen Größe, insbesondere einem Spulenstrom, einer Spannung, einer Induktivität und/oder einem verketteten Fluss. Die Stellungserfassungseinheit (4) ist ausgebildet, bei der Stellungserfassung des Stellglieds (3) sowohl eine erste Detektion einer während eines Stellungswechsels des Stellglieds (3) auftretenden ersten Signalcharakteristik der ersten elektrischen Größe als auch eine zweite Detektion einer in einem stationären Zustand des Stellglieds (3) auftretenden zweiten Signalcharakteristik der ersten elektrischen Größe und/oder einer mit der Spule im Zusammenhang stehenden zweiten elektrischen Größe zu berücksichtigen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aktoreinrichtung für die Industrieautomatisierung, umfassend einen elektromagnetischen Aktor mit einer Spule und einem Stellglied sowie eine Stellungserfassungseinheit zur Erfassung einer Stellung des Stellglieds basierend auf einer mit der Spule im Zusammenhang stehenden ersten elektrischen Größe, insbesondere einem Spulenstrom, einer Spannung, einer Induktivität und/oder einem verketteten Fluss.
Der elektromagnetische Aktor umfasst zweckmäßigerweise einen Magnetanker. Das Stellglied ist vorzugsweise mit dem Magnetanker gekoppelt oder stellt den Magnetanker dar. Durch Bestromung der Spule kann der Magnetanker in Bewegung versetzt werden. Abhängig von der Position und/oder der Bewegung des Magnetankers relativ zur Spule kann eine bestimmten Signalcharakteristik im zeitlichen Verlauf der elektrischen Größe, insbesondere des Spulenstrom, auftreten. Aus dieser Signalcharakteristik der ersten elektrischen Größe kann auf die Stellung des Stellglieds geschlossen werden. Auf diese Weise ist es insbesondere möglich, die Stellung des Stellglieds ohne Positionssensorik - also „sensorlos“ - zu erfassen.
Die DE 10 2007 045 028 B3 beschreibt ein Magnetventil mit einer Spulenstrom-Überwachungseinrichtung. Auf Basis des überwachten Spulenstroms wird bestimmt, ob sich ein Magnetanker in einer Arbeitsstellung befindet. Insbesondere wird überwacht, ob nach dem Einschalten ein Stromeinbruch erfolgt. Bleibt der Stromeinbruch aus, so wird darauf geschlossen, dass sich der Magnetanker schon vor dem Schaltvorgang in der Arbeitsstellung befunden hat.
Die US 6,300,733 B1 beschreibt ein System zum Messen und Steuern einer Stellung einer Solenoidarmatur. Eine hochfrequente Komponente einer Antriebsspannung (z.B. von einer Pulsweitenmodulation) und eine Messung eines hochfrequenten Stroms stellen eine Messung einer Stellung bereit.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die eingangs genannte Aktoreinrichtung so zu modifizieren, dass die Zuverlässigkeit der Stellungserfassung erhöht werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Aktoreinrichtung gemäß Anspruch 1. Erfindungsgemäß ist die Stellungserfassungseinheit ausgebildet, bei der Stellungserfassung des Stellglieds sowohl eine erste Detektion einer während eines Stellungswechsels des Stellglieds auftretenden ersten Signalcharakteristik der ersten elektrischen Größe als auch eine zweite Detektion einer in einem stationären Zustand des Stellglieds auftretenden zweiten Signalcharakteristik der ersten elektrischen Grö-ße und/oder einer im Zusammenhang mit der Spule stehenden zweiten elektrischen Größe zu berücksichtigen.
Die zweite elektrische Größe ist beispielhaft ein Spulenstrom, eine Spannung, eine Induktivität und/oder ein verketteten Fluss. Zweckmäßigerweise sind die erste elektrische Größe und die zweite elektrische Größe verschiedene elektrische Größen.
Die Stellungserfassung wird auf Basis von zwei verschiedenen Signalcharakteristiken der ersten und/oder zweiten elektrischen Größe durchgeführt: zum einen auf Basis der ersten Signalcharakteristik, die beim Stellungswechsel des Stellglieds auftritt, und zum anderen auf Basis der zweiten Signalcharakteristik, die dann auftritt, wenn sich das Stellglied in einem stationären Zustand befindet.
Wird, beispielweise aufgrund einer Störung, eine der beiden Signalcharakteristiken nicht oder falsch erfasst, so ist es möglich, auf Basis der anderen Signalcharakteristik zu erkennen, dass eine Störung vorliegt. Somit kann die Zuverlässigkeit der Stellungserfassung erhöht werden.
Bei der ersten Signalcharakteristik und/oder der zweiten Signalcharakteristik handelt es sich jeweils insbesondere um eine Änderung des zeitlichen Verlaufs der ersten und/oder zweiten elektrischen Größe gegenüber einem Zustand, in dem kein Stellungswechsel erfolgt. Die erste Signalcharakteristik kann vorzugsweise als erste Änderung, insbesondere temporäre Änderung, auftreten und die zweite Signalcharakteristik kann als zweite Änderung, insbesondere während des stationären Zustands des Stellglieds andauernde Änderung auftreten.
Erfindungsgemäß werden insbesondere zwei verschiedene Methoden der Stellungserfassung vereinigt und damit Redundanz und insbesondere eine höhere Aussagesicherheit bei der vorzugsweise sensorlosen Bestimmung der Stellung des Stellglieds erreicht. Zweckmäßigerweise wird als die erste Signalcharakteristik eine Stromsignaländerung detektiert, die als induzierter (positiver oder negativer) Stromimpuls auftreten kann. Der Stromimpuls wird durch eine Bewegung des Magnetankers in der Spule verursacht.
Als die zweite Signalcharakteristik wird insbesondere eine Änderung der ersten und/oder zweiten elektrischen Größe aufgrund einer Induktivitätsänderung der Spule detektiert. Die Induktivitätsänderung ergibt sich insbesondere dadurch, dass die Induktivität der Spule von der Stellung des Magnetankers abhängt. Die Induktivität kann insbesondere über aktive Änderungen der Spulenbestromung gemessen werden.
Von Vorteil ist insbesondere, dass die erste Detektion während der Bewegung des Magnetankers und die zweite Detektion während des Stillstands, also des stationären Zustands, des Magnetankers erfolgt. Da die erste Detektion - z.B. die Erfassung der induzierten Stromänderung - während der Ankerbewegung erfolgt und die zweite Detektion - z.B. die Erfassung der Induktivität der Spule - bei Stillstand erfolgt, können die beiden Detektionen zu unterschiedlichen Zeitpunkten und/oder Phasen in einem Schaltzyklus gemessen werden. Ferner beruhen die beiden Signalcharakteristiken zweckmäßigerweise auf unterschiedlichen physikalischen Effekten. Sofern beide Detektionen zum gleichen Stellungserfassungsergebnis führen, können die Detektionen unabhängige, redundante Rückmeldungen über die Stellung und/oder einen Stellungswechsel des Stellglieds liefern.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung betrifft ferner eine Ventileinrichtung, umfassend die vorstehend genannte Aktoreinrichtung sowie ein Ventilglied, wobei das Stellglied als das Ventilglied oder zur Betätigung des Ventilglieds dient.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Erfassung einer Stellung eines Stellglieds eines elektromagnetischen Aktors, umfassend die Schritte: Durchführen einer ersten Detektion einer während eines Stellungswechsels des Stellglieds auftretenden ersten Signalcharakteristik einer ersten elektrischen Größe, die im Zusammenhang mit einer Spule des elektromagnetischen Aktors steht, Durchführen einer zweiten Detektion einer in einem stationären Zustand des Stellglieds auftretenden zweiten Signalcharakteristik der ersten elektrischen Größe und/oder einer mit der Spule in Verbindung stehenden zweiten elektrischen Größe, und Erfassen der Stellung des Stellglieds unter Berücksichtigung der ersten Detektion und der zweiten Detektion.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Figuren exemplarische Details sowie eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben. Dabei zeigt

1 eine exemplarisch als Ventileinrichtung ausgebildete Aktoreinrichtung,
2 einen Schaltplan der Aktoreinrichtung,
3 ein Schaubild, das einen zeitlichen Stellungsverlauf eines Stellglieds der Aktoreinrichtung zeigt,
4 ein Schaubild mit einem ersten Signalverlauf, der bei einem Stellungswechsel auftritt, und einem zweiten Signalverlauf, der auftritt, wenn kein Stellungswechsel erfolgt, und
5 ein Schaubild, das einen Übergang von einem aktivierten zu einem nicht-aktivierten Zustand zeigt.

Die 1 zeigt eine Ventileinrichtung 20, die eine exemplarische Ausgestaltung einer Aktoreinrichtung 10 darstellt.
Alternativ zu der gezeigten Ausgestaltung als Ventileinrichtung 20 kann die Aktoreinrichtung auch anders ausgestaltet sein, z.B. als Antriebseinrichtung, elektromagnetischer Zuganker oder elektromagnetische Bremse. Die Aktoreinrichtung 10 ist vorzugsweise für den Einsatz in der Industrieautomatisierung, insbesondere für die Prozessautomatisierung und/oder Fabrikautomatisierung ausgebildet.
Die Aktoreinrichtung 10 umfasst einen elektromagnetischen Aktor 1 mit einer Spule 2 und einem Stellglied 3. Die Aktoreinrichtung 10 umfasst ferner eine (in der 1 nicht gezeigte) Stellungserfassungseinheit 4 zur Erfassung einer Stellung des Stellglieds 3 basierend auf einer mit der Spule 2 im Zusammenhang stehenden ersten elektrischen Größe, insbesondere einem Spulenstrom, einer Spannung, einer Induktivität und/oder einem verketteten Fluss.
Die Stellungserfassungseinheit 4 ist ausgebildet, bei der Stellungserfassung des Stellglieds 3 sowohl eine erste Detektion als auch eine zweite Detektion zu berücksichtigen. Mit der ersten Detektion wird eine erste Signalcharakteristik 25 der ersten elektrischen Größe detektiert. Die erste Signalcharakteristik der elektrischen Größe tritt bei einem Stellungswechsel des Stellglieds 3 auf. Mit der zweiten Detektion 26 wird eine in einem stationären Zustand gegebene zweite Signalcharakteristik der ersten elektrischen Größe detektiert.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann mit der zweiten Detektion 26 zweckmäßigerweise auch ein in einem stationären Zustand gegebene zweite Signalcharakteristik einer zweiten elektrischen Größe detektiert werden. Die zweite elektrische Größe unterscheidet sich zweckmäßigerweise von der ersten elektrischen Größe und ist exemplarisch ein Spulenstrom, eine Spannung, eine Induktivität und/oder ein verketteter Fluss.
Nachfolgend werden weitere exemplarische Details erläutert.
Der elektromagnetische Aktor 1 umfasst - zusätzlich zu der Spule 2 - exemplarisch einen Magnetkern 5, ein Joch 6 und zweckmäßigerweise ein Federelement 7. Der Magnetkern 5 stellt exemplarisch das Stellglied 3 dar. Zwischen dem Magnetkern 5 und dem Stellglied 3 ist ein Luftspalt 8 vorhanden.
Der elektromagnetische Aktor 1 funktioniert auf die bekannte Art und Weise: durch Bestromen der Spule 2 wird ein magnetischer Fluss erzeugt, der durch den aus Magnetkern 5, Luftspalt 8, Magnetanker und Joch 6 gebildeten Magnetkreis geführt wird. Der Magnetkreis ist bestrebt, seinen magnetischen Widerstand zu verringern; folglich entsteht bei Bestromung der Spule 2 eine Kraft, die den Magnetanker hin zu dem Magnetkern 5 drängt, so dass der Luftspalt 8 verkleinert oder komplett geschlossen wird.
Das Stellglied 3 ist ein bewegliches Teil und zweckmäßigerweise beweglich gegenüber dem Magnetkern 5, Joch 6, und Spule 2 gelagert, die vorzugsweise als feststehende Teile ausgebildet sind.
Das Stellglied 3 lässt sich durch Bestromung der Spule 2 wahlweise in eine erste oder eine zweite Stellung versetzen. In der zweiten Stellung befindet sich das Stellglied 3 näher an dem Magnetkern 5 als in der ersten Stellung. Exemplarisch liegt das Stellglied 3 in der zweiten Stellung an dem Magnetkern 5 an, so dass der Luftspalt 8 minimal oder geschlossen ist. In der ersten Stellung ist der Luftspalt 8 zweckmäßigerweise maximal. Die beiden Stellungen sind zweckmäßigerweise Endlagen des Stellglieds 3. Die beiden Stellungen können auch als Schaltzustände bezeichnet werden. Exemplarisch ist das Stellglied 3 entlang eines Bewegungswegs in eine Richtung - in der 1 exemplarisch die x-Richtung - bewegbar. Zweckmäßigerweise stellen die beiden Stellungen die Endlagen in diese Richtung dar.
Exemplarisch dient das Federelement 7 dazu, das Stellglied 3 in die erste Stellung - also in Richtung weg von dem Magnetkern - zu drängen. Das Federelement 7 ist exemplarisch zwischen dem Magnetkern 5 und dem Stellglied 3 angeordnet.
Wie eingangs erwähnt, zeigt die 1 eine exemplarische Ausgestaltung der Aktoreinrichtung 10 als Ventileinrichtung 20. Das Stellglied 3 dient hier exemplarisch als Ventilglied, um eine fluidische Leitung 28 wahlweise zu unterbrechen/zu schließen oder zu öffnen. Zweckmäßigerweise unterbricht/schließt das Stellglied 3 die fluidische Leitung 28 in der ersten Stellung und öffnet die fluidische Leitung 28 in der zweiten Stellung.
Die 2 zeigt die Aktoreinrichtung 10 als Schaltbild. Der elektromagentische Aktor 1 wird durch die Induktivität der Spule 2 und eine optionale, parallel zur Spule 2 geschaltete Freilaufdiode 9 repräsentiert. Die Freilaufdiode 9 ist in Sperrrichtung geschaltet.
Die Stellungserfassungseinheit 4 umfasst exemplarisch eine Steuereinheit 11, beispielsweise einen Mikrocontroller, die ausgebildet ist, die mit der Spule 2 im Zusammenhang stehende erste und/oder zweite elektrische Größe zu erfassen. Zweckmäßigerweise werden sowohl Strom als auch Spannung gemessen und von der Steuereinheit 11 ausgewertet. Vorzugsweise wird als die erste oder zweite elektrische Größe ein Spulenstrom erfasst. Alternativ oder zusätzlich dazu kann als die erste und/oder zweite elektrische Größe auch eine Spannung, eine Induktivität und/oder ein verketteter Fluss erfasst werden.
Die erfasste erste und/oder zweite elektrische Größe hängt zweckmäßigerweise von der Induktivität der Spule 2 und/oder dem Spulenstrom ab.
Exemplarisch umfasst die Stellungserfassungseinheit 4 eine Strommesseinheit 15, die mit einem ersten Eingang 17 der Steuereinheit 11 verbunden ist. Die Strommesseinheit 15 ist derart geschaltet, dass ein durch die Strommesseinheit 15 fließender Strom, insbesondere ein Wechselstrom, von der Induktivität der Spule 2 abhängt. Exemplarisch ist die Strommesseinheit 15 in einen Strompfad geschaltet, der von der Spannungsversorgung zu der Spule 2 führt. Exemplarisch ist die Strommmesseinheit 15 zwischen die Spannungsversorgung und den Schalter 12 geschaltet. Der Schalter 12 liegt folglich auf dem Strompfad zwischen der Strommesseinheit 15 und der Spule 2. Alternativ dazu kann die Strommesseinheit 15 auf dem Strompfad zwischen dem Schalter 12 und der Spule 2 liegen. Ferner kann die Strommesseinheit 15 auch zwischen der Spule 2 und der Masse liegen. Bei der Strommesseinheit 15 kann es sich exemplarisch um einen ohmschen Widerstand handeln; die Stellungserfassungseinheit 4 ist in diesem Fall zweckmäßigerweise ausgebildet, die über dem Widerstand abfallende Spannung und/oder eine davon abhängende Spannung als die erste oder zweite elektrische Größe zu erfassen. Die Strommessung kann beispielsweise über einen Shuntwiderstand geschehen und vorzugsweise temperaturkompensiert sein.
Die Steuereinheit 11 verfügt exemplarisch über einen zweiten Eingang 18, der zweckmäßigerweise mit dem Strompfad verbunden ist. Die Steuereinheit 11 ist exemplarisch ausgebildet, über den zweiten Eingang 18 eine Spannung zu erfassen. Vorzugsweise wird eine Spannung erfasst, die von der Induktivität der Spule 2 und/oder dem Spulenstrom abhängen kann. Insbesondere wird die über der Strommesseinheit 15, dem Schalter 12 und der Spule 2 abfallende Spannung erfasst. Exemplarisch findet die Strom- und/oder Spannungserfassung auf der Spannungsversorgungsseite des Aktors 1 statt. Alternativ dazu kann die Stromerfassung auch auf der Masseseite vorgenommen werden.
Zweckmäßigerweise ist die Stellungerfassungseinheit 4 ausgebildet, den Aktor 1 anzusteuern, um das Stellglied 3 in eine vorgegebene Stellung, insbesondere die erste Stellung oder die zweite Stellung, zu versetzen. Die Ansteuerung des Aktors 1 erfolgt durch Bestromung der Spule 2. Die Stellungserfassungseinheit 4 umfasst vorzugsweise einen Schalter 12, exemplarisch einen Transistor, über den die Spule 2 bestromt werden kann. Die Steuereinheit 11 ist zweckmäßigerweise mit einem Steuereingang 14, exemplarisch einem Gate-Anschluss, des Schalters 12 verbunden, über den der Schalter 12 wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann. Exemplarisch weist die Steuereinheit 11 einen Ausgang 16 auf, an den der Steuereingang 14 angeschlossen ist. Zwischen dem Ausgang 16 und dem Schalter 12 kann zweckmäßigerweise eine (nicht gezeigte) Treiberstufe geschaltet sein.
Im geschlossenen Zustand des Schalters 12 ist die Spule 2 mit einer (nicht gezeigten) Spannungsversorgung verbunden und wird bestromt. Im offenen Zustand des Schalters 12 ist die Spule 2 von der Spannungsversorgung getrennt und wird nicht bestromt.
Bei der gezeigten Ausgestaltung sind der Schalter 12 und die Strommesseinheit 15 zusätzlich zu der Steuereinheit 11 vorgesehen. Alternativ dazu können der Schalter 12 und/oder die Strommesseinheit 15 auch in der Steuereinheit 11 integriert sein. Zwischen der Stellungserfassungseinheit 4 und dem Aktor 1 kann zweckmäßigerweise eine (nicht gezeigte) Kabelstrecke verbaut sein.
Zweckmäßigerweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 als zentrale Steuerung ausgeführt, in der die zur Stellungserfassung benötigte Elektronik integriert ist. Die Stellungserfassungseinheit 4 ist in bevorzugter Weise dazu ausgebildet, mehrere Aktoren anzusteuern und/oder die Stellungen von Stellgliedern mehrerer Aktoren zu erfassen. In diesem Fall kann die Stellungserfassungseinheit 4 zweckmäßigerweise eine Mehrzahl an Schaltern 12, Strommesseinheiten 15, Ausgängen 16, ersten Eingängen 17 und/oder zweiten Eingängen 18 umfassen. Die Stellungserfassungseinheit 4 kann insbesondere eine Mehrzahl an Steuereinheiten 11 umfassen.
Nachstehend soll näher auf die Ansteuerung des Aktors 1 eingegangen werden.
Wie vorstehend bereits erwähnt, erfolgt die Ansteuerung des Aktors 1 durch Bestromung der Spule 2. Ein Bestromungszustand der Spule 2, bei der das Stellglied 3 in der zweiten Stellung gehalten wird und/oder sich hin zu der zweiten Stellung bewegt, soll nachstehend auch als „aktivierter Zustand“ der Aktoreinrichtung 10 bezeichnet werden. Ein Bestromungszustand der Spule 2, bei dem das Stellglied 3 die erste Stellung einnimmt und/oder sich hin zu der ersten Stellung bewegt, soll nachstehend auch als „nicht-aktivierter“ Zustand bezeichnet werden. Im aktivierten Zustand wird die Spule 2 zweckmäßigerweise stärker bestromt als in dem nicht-aktivierten Zustand.
Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung des Aktors 1 anhand eines Steuersignals, das eine Stellung des Stellglieds 3, beispielsweise die erste Stellung oder die zweite Stellung, vorgibt. Bei dem Steuersignal handelt es sich insbesondere um ein Stromsignal oder ein Spannungssignal, mit dem der Aktor 1 angesteuert wird, beispielsweise mittels der Stellungserfassungseinheit 4. Ferner kann es sich bei dem Steuersignal auch um einen Steuerbefehl handeln, gemäß dem die Ansteuerung des Aktors 1 erfolgt. Beispielsweise stellt das Steuersignal einen Steuerbefehl dar, der z.B. eine Stellung des Stellglieds 3 vorgibt. Das Steuersignal wird als Steuerbefehl beispielsweise in der Stellungserfassungseinheit 4 bereitgestellt oder von der Stellungserfassungseinheit 4 empfangen und die Stellungserfassungseinheit 4 steuert den Aktor 1 dann gemäß dem Steuersignal an, um das Stellglied 3 in die vorgegebene Stellung zu versetzen. Das Steuersignal ist insbesondere ein analoges oder ein digitales Signal.
Die Stellungserfassungseinheit 4 ist insbesondere ausgebildet, die Spule 2 mit einem Wechselsignal, vorzugweise einem Pulsweitenmodulationssignal (nachstehend auch als PWM-Signal bezeichnet) anzusteuern. Mit dem Begriff Wechselsignal soll insbesondere ein Signal mit Wechselanteil gemeint sein. Das mit Wechselsignal bezeichnet Signal kann zudem auch einen Gleichanteil oder keinen Gleichanteil aufweisen. Die Ansteuerung mit dem Wechselsignal, insbesondere dem PWM-Signal, kann in dem aktivierten und/oder nicht-aktivierten Zustand erfolgen. Bei einer Ansteuerung per PWM-Signal wird die Stärke der Bestromung zweckmäßigerweise über das Tastverhältnis des PWM-Signals und/oder die Amplitude des PWM-Signals eingestellt.
Die 3 zeigt einen exemplarischen zeitlichen Stellungsverlauf des Stellglieds 3. Der Stellungsverlauf umfasst exemplarisch vier verschiedene Phasen 21, 22, 23, 24. Die vier Phasen bilden zusammen einen Schaltzyklus. Auf die vierte Phase 24 folgt zweckmäßigerweise die erste Phase 21. Die nachfolgend erläuterten Bestromungen der Spule 2 werden zweckmäßigerweise durch die Stellungserfassungseinheit 4 bewirkt oder bereitgestellt.
In der ersten Phase 21 befindet sich die Aktoreinrichtung 10 in dem nicht-aktivierten Zustand, vorzugsweise in einem ersten nicht-aktivierten Zustand. Das Stellglied 3 ist in der ersten Stellung und befindet sich in einem stationären Zustand. In der ersten Phase 21 wird die Spule 2 exemplarisch nicht bestromt. Alternativ dazu wird die Spule 2 mit einem Strom bestromt, der so gering ist, dass das Stellglied 3 nicht in die zweite Stellung versetzt wird. Vorzugsweise wird die Spule 2 mit einem Wechselsignal, insbesondere einem PWM-Signal, bestromt.
In einer zweiten Phase 22 befindet sich die Aktoreinrichtung 10 in dem aktivierten Zustand, insbesondere einem ersten aktivierten Zustand. Das Stellglied 3 befindet sich in Bewegung, d.h. in einem Stellungswechsel. Die Bestromung der Spule 2 ist (gegenüber der Bestromung in der ersten Phase 21) erhöht. Die Bestromung in der zweiten Phase 22 ist insbesondere so hoch, dass sich das Stellglied 3 von der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegt. Die Bestromung der Spule 2 erfolgt vorzugsweise mit einem Gleichstromsignal, oder, alternativ dazu, mit einem Wechselsignal, insbesondere einem PWM-Signal.
In der dritten Phase 23 befindet sich der Aktor 1 in dem aktivierten Zustand, insbesondere einem zweiten aktivierten Zustand; das Stellglied 3 ist in der zweiten Stellung und befindet sich in einem stationären Zustand. Die Bestromung der Spule 2 kann zweckmäßigerweise gleich groß wie in der zweiten Phase oder kleiner sein. Zweckmäßigerweise ist die Bestromung größer als in der ersten Phase. Vorzugsweise wird die Spule 2 mit einem Wechselsignal, insbesondere einem PWM-Signal bestromt.
In einer vierten Phase 24 befindet sich der Aktor 1 in dem nicht-aktivierten Zustand, insbesondere einem zweiten nicht-aktivierten Zustand. Das Stellglied 3 befindet sich in Bewegung von der zweiten Stellung in die erste Stellung, d.h. in einem Stellungswechsel. Die Bestromung der Spule 2 ist zweckmäßigerweise kleiner als in der dritten Phase. Vorzugsweise ist die Bestromung der Spule 2 gleich oder größer als die Bestromung in der ersten Phase 21. Die Bestromung der Spule 2 erfolgt insbesondere mit einem Wechselsignal, vorzugsweise einem PWM-Signal. Alternativ kann die Bestromung auch gleich null sein.
Die 4 zeigt zwei exemplarische Signalverläufe der von der Stellungserfassungseinheit 4 erfassten ersten elektrischen Größe. Exemplarisch ist als erste elektrische Größe ein Strom, insbesondere der Spulenstrom, gezeigt. Ein erster Signalverlauf, bei dem ein Stellungswechsel des Stellglieds 3 erfolgt, ist als durchgängige Kurve gezeigt. Ein zweiter Signalverlauf, bei dem (z.B. fehlerhafterweise) kein Stellungswechsel des Stellglieds 3 erfolgt, ist als gestrichelte Kurve gezeigt. Die beiden Signalverläufe sind für den ersten nicht-aktivierten Zustand 31, ersten aktivierten Zustand 32 und zweiten aktivierten Zustand 33 gezeigt.
Zunächst befindet sich die Aktoreinrichtung 10 in dem ersten nicht-aktivierten Zustand 31; die Spule 2 wird exemplarisch überhaupt nicht bestromt. Der Spulenstrom ist dementsprechend gleich null. Zweckmäßigerweise ist der Schalter 12 geöffnet, so dass der Strompfad zu der Spannungsversorgung unterbrochen ist.
Die Aktoreinrichtung 10 wird dann in den ersten aktivierten Zustand 32 versetzt. Exemplarisch wird die Spule 2 mit einem Gleichstromsignal angesteuert. Zweckmäßigerweise ist der Schalter 12 geschlossen, so dass der Strompfad zu der Spannungsversorgung hergestellt ist. Aufgrund der Induktivität der Spule 2 hat der Signalverlauf in dem ersten aktivierten Zustand 32 einen exponentiellen Grundverlauf, insbesondere den Verlauf von beschränktem Wachstum; d.h., der Strom steigt zunächst stark an und nähert sich dann immer langsamer einem Maximalstrom an.
Sofern die Aktoreinrichtung 10 normal funktioniert, wird durch die Bestromung der Spule 2 ein Stellungswechsel des Stellglieds 3 bewirkt. Dieser Stellungswechsel verursacht eine erste Signalcharakteristik 25 der ersten elektrischen Grö-ße, wie dies in der 4 durch die durchgehende Kurve gezeigt ist. Die erste Signalcharakteristik 25 ist hier exemplarisch ein negativer Signalimpuls, insbesondere ein Signaleinbruch, vorzugsweise ein temporärer Signaleinbruch, der exemplarisch während des exponentiellen Grundverlaufs - also des von null ausgehenden Anstiegs der ersten elektrischen Größe - auftritt. Der Signaleinbruch wird durch eine (durch die Bewegung des Stellglieds 3) induzierte Gegenspannung verursacht. Zweckmäßigerweise ist die erste Signalcharakteristik 25 nur während des Stellungswechsels vorhanden. Vor und nach dem Stellungswechsel (oder vor und nach dem ersten aktivierten Zustand) ist die erste Signalcharakteristik 25 in dem Signalverlauf der ersten elektrischen Größe nicht vorhanden. Die erste Signalcharakteristik 25 tritt abhängig davon auf, ob ein Stellungswechsel erfolgt. Wenn (z.B. fehlerhafterweise) kein Stellungswechsel erfolgt, tritt die erste Signalcharakteristik 25 auch nicht auf, wie dies exemplarisch in der 4 durch die gestrichelte Kurve gezeigt ist.
Die Stellungserfassungseinheit 4 ist ausgebildet, die Aktoreinrichtung 10 anschließend in den zweiten aktivierten Zustand zu versetzen, beispielsweise auf Basis eines abgelaufenen Zeitgebers und/oder auf Basis der erkannten temporären Änderung 25. Die Spule 2 wird exemplarisch mit einem Wechselsignal, insbesondere einem PWM-Signal, angesteuert. Das Stellglied 3 befindet sich während dem zweiten aktivierten Zustand zweckmäßigerweise dauerhaft in der zweiten Stellung - dies soll insbesondere auch als stationärer Zustand des Stellglieds 3 bezeichnet werden. Solange sich das Stellglied 3 in der zweiten Stellung befindet, ist die zweite Signalcharakteristik 26 der ersten und/oder zweiten elektrischen Größe vorhanden. Zweckmäßigerweise ist die zweite Signalcharakteristik 26 nur vorhanden, während sich das Stellglied 3 in der zweiten Stellung befindet.
Die zweite Signalcharakteristik 26 der ersten und/oder zweiten elektrischen Größe wird durch eine Induktivitätsänderung der Spule 2 bewirkt. Die Induktivitätsänderung der Spule 2 wird wiederum durch den Stellungswechsel des Stellglieds 3 bewirkt - in der ersten Stellung des Stellglieds 3 hat die Spule 2 eine andere Induktivität als in der zweiten Stellung des Stellglieds 3.
In der 4 ist die zweite Signalcharakteristik 26 an der Abweichung der durchgehenden Kurve im Vergleich zu der gestrichelten Kurve sichtbar. Die gestrichelte Kurve zeigt den Fall, in dem sich das Stellglied 3 (z.B. fehlerhafterweise) nicht in der zweiten Stellung befindet.
Im Folgenden soll auf die Stellungserfassung näher eingegangen werden.
Wie vorstehend bereits erwähnt, ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, bei der Stellungserfassung sowohl die erste Signalcharakteristik 25 wie auch die zweite Signalcharakteristik 26 zu berücksichtigen. Die erste Signalcharakteristik 25 wird von der Stellungserfassungseinheit 4 im Rahmen einer ersten Detektion erfasst und die zweite Signalcharakteristik 26 im Rahmen einer zweiten Detektion.
Vorzugsweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, die Spule 2 für die erste Detektion anders zu bestromen als für die zweite Detektion. Beispielsweise wird die Spule 2 für die erste Detektion mit einem Gleichsignal bestromt und für die zweite Detektion mit einem Wechselsignal. Zweckmäßigerweise hat das Wechselsignal eine Frequenz von weniger als 1kHz.
Die Stellungserfassungseinheit 4 ist beispielsweise ausgebildet, einen zeitlichen Verlauf der ersten und/oder zweiten elektrischen Größe aufzuzeichnen und die erste Detektion und/oder die zweite Detektion auf Basis des aufgezeichneten zeitlichen Verlaufs durchzuführen, wie beispielsweise auf Basis des vorstehend erläuterten, in der 4 gezeigten Signalverlaufs.
Vorzugsweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, im Rahmen der ersten Detektion den zeitlichen Verlauf der ersten elektrischen Größe zu analysieren, um festzustellen, ob die erste Signalcharakteristik 25 vorhanden ist oder nicht vorhanden ist. Zweckmäßigerweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, zu diesem Zweck den zeitlichen Verlauf der ersten elektrischen Größe mit einem Referenzverlauf zu vergleichen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Stellungserfassungseinheit 4 auch ausgebildet sein, zum Zweck der Erfassung der temporären Änderung einen oder mehrere aus dem zeitlichen Verlauf der ersten elektrischen Größe gewonnene Werte mit einem oder mehreren Referenzwerten zu vergleichen. Die Erkennung, ob die erste Signalcharakteristik 25 vorhanden ist, kann auch insbesondere auf Basis der Verlaufsform des zeitlichen Verlaufs erfolgen - z.B. basierend darauf, ob die erste Signalcharakteristik 25, beispielsweise ein Stromimpuls, insbesondere ein Signaleinbruch, vorhanden ist oder nicht. Ferner kann die Erkennung der ersten Signalcharakteristik 25 auch auf Basis der Steigung des zeitlichen Verlaufs, insbesondere der Steigung des erfassten Stroms durchgeführt werden.
Zweckmäßigerweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ferner ausgebildet, im Rahmen der zweiten Detektion den zeitlichen Verlauf der ersten und/oder zweiten elektrischen Größe zu analysieren, um festzustellen, ob die zweite Signalcharakteristik 26 vorhanden ist oder nicht vorhanden ist. Zweckmäßigerweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, zu diesem Zweck den zeitlichen Verlauf der ersten und/oder zweiten elektrischen Größe mit einem Referenzverlauf zu vergleichen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Stellungserfassungseinheit 4 auch ausgebildet sein, zum Zweck der Erfassung der andauernden Änderung einen oder mehrere aus dem zeitlichen Verlauf der ersten und/oder zweiten elektrischen Größe gewonnene Werte mit einem oder mehreren Referenzwerten zu vergleichen.
Vorzugsweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, die Spule 2 bei der zweiten Detektion mit einem PWM-Signal anzusteuern, bei dem zweckmäßigerweise der Durchschnittsstrom konstant gehalten wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet sein, die Spule 2 für die zweite Detektion mit einem speziellen Messimpuls anzusteuern. Aus dem Stromverlauf des Messimpulses oder dem Stromverlauf eines Impulses des PWM-Signals kann die Stellungserfassungseinheit 4 auf die Induktivität der Spule 2 und/oder die Stellung des Stellglieds 3 schließen.
Zweckmäßigerweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, die zweite Signalcharakteristik 26 beispielsweise anhand der Amplitude des zeitlichen Verlaufs der ersten und/oder zweiten elektrischen Größe zu detektieren. Ferner kann die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet sein, die zweite Signalcharakteristik 26 anhand einer Zeitkonstante einer exponentiellen Signalform des zeitlichen Verlaufs zu detektieren.
Die Stellungserfassungseinheit 4 ist insbesondere ausgebildet, die erste Detektion auf Basis eines ersten zeitlichen Abschnitts des zeitlichen Verlaufs und die zweite Detektion auf Basis eines zweiten zeitlichen Abschnitts des zeitlichen Verlaufs durchzuführen, wobei sich der erste zeitliche Abschnitt und der zweite zeitliche Abschnitt unterscheiden und zweckmäßigerweise zeitlich nicht überlappen. Insbesondere erfolgt die erste Detektion nicht auf Basis des zweiten Abschnitts und/oder die zweite Detektion nicht auf Basis des ersten Abschnitts.
Zweckmäßigerweise sind der erste und zweite zeitliche Abschnitt durch unterschiedliche Ansteuerungen des Aktors 1, insbesondere unterschiedliche Bestromungen der Spule 2, voneinander abgegrenzt. Beispielsweise ist der erste zeitliche Abschnitt derjenige Abschnitt, in dem sich die Aktoreinrichtung 10 in dem ersten aktivierten Zustand 32 oder dem zweiten nicht-aktivierten Zustand 34 befindet. Ferner ist der zweite zeitliche Abschnitt vorzugsweise derjenige Abschnitt, in dem sich die Aktoreinrichtung 10 in dem zweiten aktivierten Zustand 33 oder in dem ersten nicht-aktivierten Zustand 31 befindet.
Wie bereits erwähnt, führt die Stellungserfassungseinheit 4 für die Stellungserfassung zwei Detektionen durch - die erste Detektion während des Stellungswechsels und die zweite Detektion während eines stationären Zustands des Stellungsglieds 3.
Um zu erfassen, dass sich das Stellglied in der zweiten Stellung befindet, wird die erste Detektion zweckmäßigerweise während des Stellungswechsels von der ersten Stellung in die zweite Stellung, also insbesondere während des erste aktivierten Zustands 32 und/oder der zweiten Phase 22, durchgeführt. Die zweite Detektion wird in diesem Fall zweckmäßigerweise während des stationären Zustands des Stellglieds 3 in der zweiten Stellung, also insbesondere während des zweiten aktivierten Zustands 33 und/oder der dritten Phase 23 durchgeführt.
Um zu erfassen, dass sich das Stellglied in der ersten Stellung befindet, wird die erste Detektion zweckmäßigerweise während des Stellungswechsels von der zweiten Stellung in die erste Stellung, also insbesondere während des zweiten nicht-aktivierten Zustands und/oder der vierten Phase 24, durchgeführt. Die zweite Detektion wird in diesem Fall zweckmäßigerweise während des stationären Zustands des Stellglieds 3 in der ersten Stellung, also insbesondere während des ersten nicht-aktivierten Zustands 31 und/oder der ersten Phase 21 durchgeführt.
Zweckmäßigerweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, im Rahmen der Stellungserfassung eine erste Stellungserfassung auf Basis der ersten Detektion und eine zweite Stellungserfassung auf Basis der zweiten Detektion durchzuführen. Vorzugsweise stellt die Stellungserfassungseinheit 4 auf Basis der ersten Detektion ein erstes Ergebnis bereit und auf Basis der zweiten Detektion ein zweites Ergebnis bereit. Die Ergebnisse zeigen jeweils die Stellung des Stellglieds 3 an, also insbesondere, ob sich das Stellglied 3 in der ersten Stellung oder der zweiten Stellung befindet.
Zweckmäßigerweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, auf Basis der beiden Ergebnisse ein Endergebnis bereitzustellen, beispielsweise durch logische Verknüpfung, insbesondere eine ODER-Verknüpfung, der beiden Ergebnisse. Soll beispielsweise erkannt werden, dass das Stellglied 3 in die zweite Stellung versetzt wird, und zeigt die erste Positionserfassung die zweite Stellung an (aufgrund einer vorhandenen ersten Signalcharakteristik 25), während die zweite Positionserfassung nicht die zweite Stellung anzeigt (aufgrund einer nicht vorhandenen zweiten Signalcharakteristik 26), so ist die Stellungserfassungseinheit 4 vorzugsweise ausgebildet, darauf zu schließen, dass die zweite Stellung gegeben ist.
Alternativ dazu kann die Stellungserfassungseinheit 4 auch ausgebildet sein, die beiden Ergebnisse durch eine UND-Verknüpfung logisch zu verknüpfen. In dem vorstehend diskutierten Fall, in dem die beiden Ergebnisse „zweite Stellung“ und „nicht die zweite Stellung“ lauten, würde die UND-Verknüpfung zu einem Endergebnis „nicht die zweite Stellung“ führen.
Die Stellungserfassungseinheit 4 ist zweckmäßigerweise ferner ausgebildet, unter Berücksichtigung der ersten Detektion und der zweiten Detektion, insbesondere der ersten Stellungserfassung und der zweiten Stellungserfassung, eine Diagnose der Stellungserfassung durchzuführen. Insbesondere ist die Stellungserfassungseinheit ausgebildet, bei einer Abweichung des Ergebnisses der ersten Stellungserfassung von dem Ergebnis der zweiten Stellungserfassung einen Fehler zu diagnostizieren und zweckmäßigerweise ein entsprechendes Fehlersignal bereitzustellen. Das Fehlersignal zeigt insbesondere an, dass bei der Stellungserfassung eine Störung vorliegt. Ferner kann das Fehlersignal ein Hinweis an einen Benutzer sein, dass eine Wartung vorgenommen werden müsste.
Die Stellungserfassungseinheit 4 ist insbesondere ausgebildet, bei der Diagnose zusätzlich das Steuersignal zu berücksichtigen. Bei dem Steuersignal handelt es sich vorzugsweise um das der Spule 2 bereitgestellte Signal. Alternativ dazu kann es sich bei dem Steuersignal auch um ein in der Stellungserfassungseinheit 4 bereitgestelltes Signal handeln, auf dessen Basis dann die Stellungserfassungseinheit 4 die Ansteuerung der Spule 2 durchführt.
Das Steuersignal zeigt jedenfalls zweckmäßigerweise eine vorgegebene Stellung an - also in welcher Stellung sich das Stellglied 3 befinden sollte.
Die Stellungserfassungseinheit 4 ist ausgebildet, die Ergebnisse der ersten Stellungserfassung und der zweiten Stellungserfassung mit der durch das Steuersignal vorgegebenen Stellung zu vergleichen und bei einer Abweichung eines oder beider Ergebnisse von der vorgegebenen Stellung einen Fehler zu diagnostizieren und zweckmäßigerweise ein entsprechendes Fehlersignal bereitzustellen.
Zweckmäßigerweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, dann, wenn eine Abweichung zwischen den Ergebnissen der ersten Stellungserfassung und der zweiten Stellungserfassung vorliegt, diejenige Stellungserfassung auszuwählen, bei der eine Signalcharakteristik detektiert wurde, und das entsprechende Ergebnis als das Endergebnis bereitzustellen. Beispielsweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, in dem Fall, in dem bei der ersten Detektion detektiert wird, dass die erste Signalcharakteristik vorhanden ist, und bei der zweiten Detektion detektiert wird, dass die zweite Signalcharakteristik nicht vorhanden ist, als Endergebnis das Ergebnis der ersten Stellungserfassung bereitzustellen. Ferner ist die Stellungserfassungseinheit 4 vorzugsweise ausgebildet, in dem Fall, in dem bei der ersten Detektion detektiert wird, dass die erste Signalcharakteristik nicht vorhanden ist, und bei der zweiten Detektion detektiert wird, dass die zweite Signalcharakteristik vorhanden ist, als Endergebnis das Ergebnis der zweiten Stellungserfassung bereitzustellen.
Im Folgenden soll unter Bezugnahme auf die 5 insbesondere der Fall diskutiert werden, in dem erkannt werden soll, dass sich das Stellglied 3 von der zweiten Stellung in die erste Stellung bewegt hat.
In diesem Fall wird zweckmäßigerweise wenigstens eine Detektion in einem nicht-aktivierten Zustand der Aktoreinrichtung 10 durchgeführt.
Zweckmäßigerweise wird zur Erfassung der ersten Stellung bei wenigstens einer der beiden Detektionen, vorzugsweise bei beiden Detektionen, die Spule mit einem Wechselsignal, insbesondere einem PWM-Signal, angesteuert. Durch die Verwendung eines Wechselsignals ist es auch im nicht-aktivierten Zustand möglich, die (auf einer Induktivitätsänderung) basierende zweite Signalcharakteristik 26 zu erkennen.
Die erste Detektion findet insbesondere dann statt, wenn der Spulenstrom insgesamt sinkt. Dies kann insbesondere dann problematisch sein, wenn ein sinkender Spulenstrom von der Stellungserfassungseinheit 4 nicht detektiert werden kann, beispielsweise aufgrund der in der 2 gezeigten Freilaufdiode 9.
Durch die Verwendung des Wechselsignals, insbesondere des PWM-Signals, kann auch bei sinkendem Spulenstrom die erste Signalcharakteristik 25 erkannt werden. Wie in der 5 zu sehen, wird durch die Ansteuerung mit einem PWM-Signal die erste Signalcharakteristik 25 - die hier exemplarisch als positiver Stromimpuls innerhalb eines abfallenden Stromverlaufs vorhanden ist - abgetastet und wird dadurch sichtbar. Zweckmäßigerweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, jeweils während der Impulse des PWM-Signals erfasste Werte aufzuzeichnen, und auf Basis des Verlaufs dieser Werte die erste Signalcharakteristik 25 zu detektieren.
Die Stellungserfassungseinheit 4 ist vorzugsweise ausgebildet, im Rahmen einer Einlern-Prozedur die erste Detektion und/oder die zweite Detektion durchzuführen und die Stellungserfassung gemäß einem Ergebnis der ersten Detektion und/oder der zweiten Detektion zu konfigurieren. Insbesondere wird dabei die Detektion der ersten und/oder zweiten Signalcharakteristik konfiguriert. Zweckmäßigerweise ist die Stellungserfassungseinheit 4 ausgebildet, einen die erste Signalcharakteristik und/oder die zweite Signalcharakteristik darstellenden Referenzverlauf und/oder Referenzwert im Rahmen der Einlern-Prozedur zu erfassen und bei einer späteren Stellungserfassung zur Detektion der ersten Signalcharakteristik und/oder der zweiten Signalcharakteristik zu verwenden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch ein Referenzverlauf und/oder ein Referenzwert erfasst und verwendet werden, der ein Nicht-Vorhandensein der ersten Signalcharakteristik und/oder der zweiten Signalcharakteristik repräsentiert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Stellglied in einer Stellung fixiert wird, so dass es sich nicht in eine durch ein Stellungssignal vorgegeben andere Stellung versetzen lässt.
Die Aktoreinrichtung 10 kann insbesondere gemäß einem Verfahren mit den folgenden Schritten betrieben werden: Durchführen einer ersten Detektion einer während eines Stellungswechsels des Stellglieds 3 erfolgten ersten Signalcharakteristik 25 einer ersten elektrischen Größe, die im Zusammenhang mit einer Spule 2 des elektromagnetischen Aktors 1 steht, Durchführen einer zweiten Detektion einer in einem stationären Zustand gegebenen zweiten Signalcharakteristik 26 der ersten elektrischen Größe und/oder einer im Zusammenhang mit der Spule 2 stehenden zweiten elektrischen Größe, und Erfassen der Stellung des Stellglieds 3 unter Berücksichtigung der ersten Detektion und der zweiten Detektion.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007045028 B3 [0003]
US 6300733 B1 [0004]

Claims

Aktoreinrichtung (10) für die Industrieautomatisierung, umfassend: einen elektromagnetischen Aktor (1) mit einer Spule (2) und einem Stellglied (3), eine Stellungserfassungseinheit (4) zur Erfassung einer Stellung des Stellglieds (3) basierend auf einer mit der Spule (2) im Zusammenhang stehenden ersten elektrischen Größe, insbesondere einem Spulenstrom, einer Spannung, einer Induktivität und/oder einem verketteten Fluss, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellungserfassungseinheit (4) ausgebildet ist, bei der Stellungserfassung des Stellglieds (3) sowohl eine erste Detektion einer während eines Stellungswechsels des Stellglieds (3) auftretenden ersten Signalcharakteristik der ersten elektrischen Größe als auch eine zweite Detektion einer in einem stationären Zustand des Stellglieds (3) auftretenden zweiten Signalcharakteristik der ersten elektrischen Größe und/oder eine mit der Spule (2) im Zusammenhang stehenden zweiten elektrischen Größe zu berücksichtigen.
Aktoreinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellungserfassungseinheit (4) ausgebildet ist, als die erste Signalcharakteristik eine durch eine induzierte Gegenspannung verursachte Signalcharakteristik zu detektieren und/oder als die zweite Signalcharakteristik eine durch eine Induktivitätsänderung verursachte Signalcharakteristik zu detektieren.
Aktoreinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellungserfassungseinheit (4) ausgebildet ist, unter Berücksichtigung der ersten Detektion und der zweiten Detektion eine Selbstdiagnose der Stellungserfassung durchzuführen.
Aktoreinrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellungserfassungseinheit (4) ausgebildet ist, auf Basis der ersten Detektion eine erste Stellungserfassung und auf Basis der zweiten Detektion eine zweite Stellungserfassung durchzuführen und bei einer Abweichung eines Ergebnisses der ersten Stellungserfassung von einem Ergebnis der zweiten Stellungserfassung einen Fehler zu diagnostizieren.
Aktoreinrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung (10) ausgebildet ist, den elektromagnetischen Aktor (1) unter Verwendung eines Steuersignals anzusteuern, um das Stellglied (3) in eine durch das Stellungssignal vorgegebene Stellung zu versetzen, und die Stellungserfassungseinheit (4) ausgebildet ist, die Diagnose ferner unter Berücksichtigung des Steuersignals durchzuführen.
Aktoreinrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellungserfassungseinheit (4) ausgebildet ist, die Ergebnisse der ersten Stellungserfassung und der zweiten Stellungserfassung mit der durch das Stellungssignal vorgegebenen Stellung zu vergleichen und bei einer Abweichung eines oder beider Ergebnisse von der vorgegebenen Stellung einen Fehler zu diagnostizieren.
Aktoreinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoreinrichtung (10) ausgebildet ist, die Spule (2) für die erste Detektion und/oder die zweite Detektion mit einem Wechselsignal, insbesondere einem PWM-Signal, anzusteuern.
Aktoreinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellungserfassungseinheit (4) ausgebildet ist, die erste Detektion und/oder die zweite Detektion auf Basis eines aufgezeichneten zeitlichen Verlaufs der ersten elektrischen Größe und/oder der zweiten elektrischen Größe durchzuführen.
Aktoreinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellungserfassungseinheit (4) ausgebildet ist, im Rahmen einer Einlern-Prozedur die erste Detektion und/oder die zweite Detektion durchzuführen und die Stellungserfassung gemäß einem Ergebnis der ersten Detektion und/oder der zweiten Detektion zu konfigurieren.
Ventileinrichtung (20), umfassend eine Aktoreinrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche sowie ein Ventilglied, wobei das Stellglied (3) als das Ventilglied oder zur Betätigung des Ventilglieds dient.
Verfahren zur Erfassung einer Stellung eines Stellglieds (3) eines elektromagnetischen Aktors (10), umfassend die Schritte: Durchführen einer ersten Detektion einer während eines Stellungswechsels des Stellglieds (3) auftretenden ersten Signalcharakteristik einer ersten elektrischen Größe, die im Zusammenhang mit einer Spule des elektromagnetischen Aktors (10) steht, Durchführen einer zweiten Detektion einer in einem stationären Zustand auftretenden zweiten Signalcharakteristik der ersten elektrischen Größe und/oder einer mit der Spule im Zusammenhang stehenden zweiten elektrischen Größe, und Erfassen der Stellung des Stellglieds (3) unter Berücksichtigung der ersten Detektion und der zweiten Detektion.