DE19736773A1

DE19736773A1 - Sensoranordnung zur Erfassung der Lage eines elektromagnetisch bewegten Ankers

Info

Publication number: DE19736773A1
Application number: DE1997136773
Authority: DE
Inventors: Roland Schempp; Joachim Dr Zumbraegel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-08-23
Filing date: 1997-08-23
Publication date: 1999-02-25
Also published as: EP0899755A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Erfassung der Lage eines elektromagnetisch bewegten Ankers nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist beispielsweise aus der DE 41 42 996 A1 bekannt, daß bei einem Verfahren zur Messung der mechanischen Be wegung eines Magnetventilankers bei elektrisch gesteuer ten Einspritzanlagen in Kraftfahrzeugen mit einer Sekun därspule die in der Erregerspule entstehende Induktion erfaßt wird. Hiermit können insbesondere die Richtungs umkehrungen des Magnetventilankers durch Änderungen der Induktion in der außen am Gehäuse des Einspritzventils angebrachten Sensoranordnung detektiert werden.

Aus der DE-OS 26 43 038 ist bekannt, daß ein Näherungs schalter außen am Gehäuse eines Wegeventils angebracht werden kann, der kapazitiv oder induktiv die Bewegung des Magnetankers auswertet. Wenn sich der Magnetanker oder der durch diesen betätigte Ventilkolben dem Schalter nä hert, so gibt dieser ein entsprechendes Schaltsignal ab. Eine genauere Information über die Lage der bewegten Tei le in den bekannten Anordnungen sind hierdurch jedoch nicht zu erfassen.

Vorteile der Erfindung

Die Sensoranordnung zur Erfassung der Lage eines elektro magnetisch bewegten Ankers, bei der nach der eingangs er wähnten Gattung mit einer Erregerspule zur Erzeugung ei nes Magnetfeldes ein Anker bewegbar ist und bei der min destens ein Sensorelement zur Erfassung magnetischer Grö ßen in Abhängigkeit von der Ankerstellung außen an einem Gehäuse angebracht ist, ist mit den Merkmalen des Kenn zeichens des Hauptanspruchs erfindungsgemäß weitergebil det.

In vorteilhafter Weise ist das mindestens eine Sensorele ment eine Feldsonde, die in einem Bereich außerhalb am Gehäuse angebracht ist in dem ein magnetischer Streufluß auftritt, der von der Ankerstellung und vom Erregerstrom abhängig ist. Bei elektromagnetisch bewegten Ankern wer den die Erregerspule und die Eisenteile, insbesondere der bewegte Anker und das Gehäuse, in der Regel so aufgebaut, daß ein größtmöglichster Nutzfluß durch den Anker fließt. Der Teil des magnetischen Flusses der durch die Luft neben dem beabsichtigten Weg auftritt, ist der Streufluß, der je nach Aufbau und Material der Anordnung einen Anteil von ca. 10 bis 30% des Gesamtflusses auf weist.

Erfindungsgemäß wird ausgenutzt, daß der Streufluß auch abhängig von der Erregung, der Ankerstellung und der Stellung weiterer magnetisch leitender Teile in der An ordnung ist. Ob beispielsweise ein Ventilschieber dem elektrischen Schaltbefehl in der Anordnung gefolgt ist oder nicht, läßt sich somit über die Größe des magneti schen Streuflusses an einer bestimmten Stelle des Gehäu ses des Elektromagneten leicht feststellen. Die jeweilige Ankerstellung kann bei bestimmten Anordnungen den Streu fluß beispielsweise um den Faktor 6 zwischen der akti vierten Schaltstellung und der Nullstellung verändern.

Eine gute Detektion dieses Änderungssignals wird aufein fache Weise dann erreicht, wenn das Sensorelement an ei nem Ende der Erregerspule, beispielsweise an der Verbin dungsstelle zwischen dem Gehäuse für die Erregerspule und einem weiteren Gehäuse für das vom beweglichen Anker an getriebene Bauteil angebracht ist. Als besonders empfind liches Sensorelement wird in vorteilhafter Weise eine Feldsonde mit einem Hallelement aufgebaut.

Bei der erfindungsgemäßen Sensoranordnung reicht auch im ausgeschalteten Zustand der Erregerspule der Restmagne tismus aus, um einen noch detektierbaren Streufluß zu erhalten. Um jedoch ein gut auswertbares Detektionssignal in jeder Ankerstellung gewinnen zu können, fließt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in der Erregerspule auch in der Ruhelage ein Reststrom, der einen vorgegebe nen, einfach meßbaren Streufluß ohne Betätigung des An kers erzeugt. Dieser Reststrom muß daher so gering blei ben, daß der Anker im abgeschalteten Zustand sich solcher die Nullage bewegt und dort verharrt; er sollte ca. 1/10 des Nennwertes des Stromes nicht überschreiten.

Die Meßstellen, an denen die Sensorelemente am Gehäuse zur Gewinnung eines ausreichend großen Signalhubes ange bracht werden, können jeweils für unterschiedliche Anker stellungen optimiert werden. Um einen ausreichend großen Signalhub sowohl für die Einschaltstellung als auch für die Abschaltstellung des Ankers zu gewinnen, sind in vor teilhafter Weise zwei Sensorelemente an unterschiedlichen Stellen, jeweils für die verschiedenen Schaltstellungen optimiert, am Gehäuse des Elektromagneten angeordnet.

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung kann sowohl in der Kraftfahrzeugtechnik als auch im industriellen Maschinen bau angewandt werden, wobei das vom beweglichen Anker an getriebene Bauteil beispielsweise ein Ventilschieber ei nes Ventils für eine hydraulische oder pneumatische An ordnung ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensoran ordnung wird anhand der Figur erläutert, die eine Prin zipdarstellung eines elektromagnetisch betätigten Ventil schiebers zeigt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur ist ein Ventil 1 für ein Hydrauliksystem, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, gezeigt, bei dem ein Ventilschieber 2 mit einem Anker 3 eines Elektroma gneten 4 betätigbar, bzw. in unterschiedliche Ventilstel lungen bewegbar ist. Der Anker 3 und der Ventilschieber 2 sind hier über eine mechanische Anordnung mit einer Feder 5 gekoppelt.

Der Elektromagnet 4 weist eine, hier nicht erkennbare Er regerspule im Inneren des Gehäuses auf, die über einen Kabelanschluß 6 mit einem Erregerstrom versorgt wird.

Die Erregerspule betätigt den Anker 3 mit ihrem Nutz fluß, der die Eisenteile des Ankers 3 und des Gehäuses durchströmt. Außerhalb des Gehäuses tritt rotationssymme trisch zwischen den Enden der Erregerspule außerdem ein Streufluß 7 auf, dessen Feldlinien an den Enden der Er regerspule, insbesondere an der Verbindungsstelle zwi schen dem Elektromagnetengehäuse und dem Ventilgehäuse aus- oder eintreten.

An der Verbindungsstelle zwischen dem Elektromagneten 4 und dem Ventil 1 ist hier eine Feldsonde 8, mit einem Hallelement 9 vorhanden, die ein durch die Größe des Streuflusses bedingtes Meßsignal erzeugt, das ausgewer tet werden kann und damit eine Detektion der Stellung des Ankers 3 und damit auch des Ventilschiebers 2 ermöglicht.

Zur Detektion unterschiedlicher Stellungen des Ankers 3 können dabei auch andere Anbauorte der Feldsonde 8 vorge sehen, beziehungsweise auch weitere Feldsonden an anderen Orten am Gehäuse des Elektromagneten 4 angebracht werden. Insbesondere zur Erfassung der Endstellungen des Ankers 3 können hier zwei Feldsonden optimiert angebracht werden.

Claims

1. Sensoranordnung zur Erfassung der Lage eines elektro magnetisch bewegten Ankers (3), mit

- einer Erregerspule eines Elektromagneten (4) zur Erzeu gung eines Magnetfeldes mit dem der Anker (3) bewegbar ist und mindestens einem Sensorelement (8) zur Erfassung magnetischer Größen in Abhängigkeit von der Ankerstel lung, das außen an einem Gehäuse für die Erregerspule an gebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- das mindestens eine Sensorelement (8) eine Feldsonde ist, die in einem Bereich am Gehäuse des Elektromagneten (4) angebracht ist in dem ein magnetischer Streufluß auftritt, der von der Ankerstellung und vom Erregerstrom abhängig ist.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß

- das Sensorelement (8) an der Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse des Elektromagneten (4) und einem weiteren Gehäuse für das vom beweglichen Anker (3) angetriebene Bauteil (1) angebracht ist.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß

- die Feldsonde (8) ein Hallelement (9) enthält.

4. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß

- in der Erregerspule auch in der Ruhelage des Ankers (3) ein Reststrom fließt, der einen vorgegebenen Streufluß erzeugt.

5. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß

- zwei Sensorelemente (8) an unterschiedlichen Stellen am Gehäuse des Elektromagneten (4) angeordnet sind.

6. Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß

- das vom beweglichen Anker (3) angetriebene Bauteil ein Ventilschieber (2) eines Ventils (1) für eine hydrauli sche oder pneumatische Anordnung ist.

7. Anwendung der Sensoranordnung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Sensoranordnung nachträglich an eine fertig mon tierte und betriebsfähige Anordnung anbringbar ist.