EP1446560B1 - Sensoranordnung zur erfassung der bewegung eines ankers mit unterdrückung von störspannungen - Google Patents

Sensoranordnung zur erfassung der bewegung eines ankers mit unterdrückung von störspannungen Download PDF

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EP1446560B1
EP1446560B1 EP02803393A EP02803393A EP1446560B1 EP 1446560 B1 EP1446560 B1 EP 1446560B1 EP 02803393 A EP02803393 A EP 02803393A EP 02803393 A EP02803393 A EP 02803393A EP 1446560 B1 EP1446560 B1 EP 1446560B1
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EP
European Patent Office
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rod
arrangement
shaped sensor
sensor piece
sensor part
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EP02803393A
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EP1446560A1 (de
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Christian Boie
Lutz Kather
Hans Kemper
Günther ASMUS
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FEV Europe GmbH
Original Assignee
FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M65/00—Testing fuel-injection apparatus, e.g. testing injection timing ; Cleaning of fuel-injection apparatus
    • F02M65/005—Measuring or detecting injection-valve lift, e.g. to determine injection timing

Definitions

  • Electromagnets for control purposes influence the movement of the anchor and thus on the movement of the actuated Actuator can be taken (see DE-A-19 918 993).
  • an electro-inductive sensor used, consisting essentially of a fixed Coil arrangement and a rod-shaped, this relatively movable, connected to the actuator sensor part, the is provided with a so-called eddy current ring. From at least two axially successively arranged coils existing Coil arrangement is made with a high frequency alternating current acted upon, so that relative movements of the short-circuit ring on the rod-shaped sensor part opposite the coils due to the magnetic opposing field generated in the short-circuit ring change the electrical quality of the coils. From this movement-dependent change of the coil quality is the movement as a signal derivable (see EP-A-0 170 723).
  • the anchor In an electromagnetic actuator for actuating a Gas exchange valve on a reciprocating internal combustion engine, in the the anchor between the facing, with distance to each other arranged pole faces of a normally closed and a Closing magnet against the force of return springs and is moved, the anchor comes in its respective bottleneck at the pole face to the plant.
  • the arrangement is here made so that the anchor on the side of its closing magnet a cooperating with the opening spring separate Federbolzen is assigned, which is loose, but non-positively supported on the anchor.
  • the invention is based on the object, a sensor arrangement to create a significant reduction of the Interference voltage leads.
  • the Reduction of interference voltage Means of damping in the rod-shaped sensor part propagating structure-borne sound waves are provided. Already by a damping of structure-borne sound waves a significant reduction of interference voltages is achieved.
  • the free end of the rod-shaped sensor part at least an inclined to the longitudinal axis of the rod-shaped sensor part extending Endface has.
  • inclined running Enfiguration becomes the reflection of itself in the rod-shaped Sensor part resulting from impact stresses Structure-borne sound waves significantly reduced.
  • the length of the inclined End surface is suitably about six times the diameter of the sensor part.
  • the resulting suppressed acute angle with respect to the longitudinal axis of the sensor part a reflection of structure-borne sound waves towards the other end of the sensor part.
  • a conical leaking end piece on the sensor part is advantageously.
  • an axial recess is provided on the rod-shaped sensor part.
  • This recess can be cylindrical, d. H. as a simple longitudinal bore be executed, so that the rod-shaped sensor part at least is tubular in the coil-near area. Especially it is expedient if the axial recess tapered is trained. Again, the length of the recess in particular, the length of the conical recess appropriate be about six times the diameter of the rod part.
  • the advantage of this embodiment is a clear Length reduction.
  • the recess with a magnetically permeable material is filled, the another, preferably lower E-module has as the material of the rod-shaped sensor part.
  • the rod-shaped Sensor part due to the desired magnetic properties made of a soft magnetic material, in particular a Consist iron material.
  • a soft magnetic material in particular a Consist iron material.
  • Such a material has a with respect to the signal to noise ratio large magnetorestrictive Effect on.
  • By hardening the material used is on.
  • By hardening the material used becomes the magnetorestrictive Effect greatly reduced, so no significant Disturbances can occur more.
  • the remaining magnetic Properties are only slightly affected, in particular in that by hardening the eddy current losses smaller and the re-magnetization losses are greater. Thereby the overall effect is pretty neutral.
  • An impact on the relative magnetic permeability is not or is within the tolerance of the starting material. The sensitivity a hardened rod-shaped sensor part is thus not negatively affected, but the damping effect significantly improved.
  • the illustrated in Fig. 1 electromagnetic actuator is essentially formed by two electromagnets 1 and 2, which are enclosed by two housing parts 3.1 and 3.2, the in turn via a trained as a spacer housing part 3.3 spaced apart and with their pole faces 4 are aligned with each other. In the of the spacer 3.3 enclosed movement space between the two pole faces. 4 An armature 5 is arranged, which via a guide pin 6.1 guided in a guide 7 back and forth.
  • the armature 5 is connected via a spring pin 6.2, which rises the guide pin 6.1 is supported in the region of the armature 5 on this with a return spring 8 in connection.
  • the other lower free end 9 of the guide pin 6.1 is supported here on an actuator, for example the free end of the Shank 11 of a gas exchange valve in the here only indicated cylinder head 12 of a reciprocating internal combustion engine is guided.
  • a return spring 13 the gas exchange valve in the closing direction (arrow 11.1) acted upon, wherein the return spring 13 and the return spring 8 in their Force direction are directed against each other, so that when de-energized electromagnets set the anchor 5 according to his Rest position between the two pole faces 4 of the two Electromagnet 1 and 2 occupies, as shown in Fig. 1 is.
  • the housing parts enclose 3.1 and 3.2 of the two electromagnets in each case a preferably cuboid yoke body 14, which are provided with recesses into which a ring-shaped trained coil 15 is inserted, each over a control device not shown here for opening and closing the gas exchange valve alternately energized are.
  • a sensor arrangement 16 is provided which essentially is formed from a rod-shaped sensor part 17, which with This is firmly connected and practically an extension of the Spring bolt 6.2 represents.
  • the rod-shaped sensor part 17 is surrounded by a coil assembly 18 which is connected to a power supply and signal detection 19 is connected. Operational becomes by the float of the rod-shaped Sensor part 17, the electrical quality of the coil assembly 18th changed. This change is proportional to the way the Sensor part and thus proportional to the path of the armature 5 or of the actuator 11. The operation will be described below explained in more detail.
  • Fig. 2 is an embodiment for a sensor arrangement represented in which the rod-shaped sensor part 17 of a two-part coil assembly 18 is included, which via corresponding Leads 20, 21 and 22 with the power supply and evaluation device 19 is connected.
  • the illustrated rod-shaped sensor 17 is provided with a ring 23 made of an electrically conductive material with low ohmic Resistance, provided a so-called short-circuit ring.
  • a Such sensor arrangement operates on the eddy current principle. If the coil assembly 18 with a high-frequency AC applied, so that through the coil assembly a high frequency magnetic field is generated, then in the Short circuit ring due to the resulting eddy currents a magnetic Generated opposing field. Will now be the rod-shaped sensor part 17 with its shorting ring 23 relative to the coils 18.1 and 18.2 moved, then the magnetic opposing field works the causing high-frequency magnetic field of the coil arrangement 18 in the form of field displacement and field weakening.
  • the characteristic of the two coils 18.1 and 18.2 is in each case by their inductance and their electrical quality given the electrical quality by the ratio of Reactive power to active power is specified.
  • Fig. 1 is the Meßstelze in Fig. 2 shown in the open position of the gas exchange valve.
  • the rod-shaped sensor part 17 is provided with a conically tapering end face 24 in the embodiment shown in FIG.
  • the cone angle is as slim as possible in order to prevent a reflection of structure-borne sound waves in the longitudinal direction in that they are reflected substantially against the peripheral wall. It is expedient in this case if the length of the conical end surface 24 corresponds approximately to six times the diameter of the rod-shaped sensor part 17.
  • the end surface need not necessarily correspond to a cone in the geometric sense, but may also be formed as an ellipsoid or the like.
  • a recess 25 is provided instead of a tip.
  • the recess may be cylindrical, but it is expedient to have a conical recess which extends at least into the area of the short-circuit ring 23.
  • Fig. 5 shows another modification.
  • this modification is the spring bolt 6.2 over a large part of its length provided with an axial bore or tubular, wherein the interior is filled with a material 26 is that has a different, preferably lower modulus of elasticity as the material of the spring bolt 6.2.
  • the short-circuit ring 23 can by a copper ring with discrete Wall thickness can be formed or even by a thin electroplated copper layer or a layer from another electrically well conductive material.
  • Fig. 6 is a circuit for the measured value detection schematically represented in the form of a Murphyfrequenzmeßmaschine.
  • the two coils 18.1 and 18.2 of the coil assembly 18 are with two other components, preferably resistors or Coils 18.3 and 18.4 interconnected to a Susunsky Republic 27.
  • the bridge 27 will have at least one Frequency generator 28 with a high-frequency alternating current fed. The feed is expedient over two antiphase working frequency generators 28.1 and 28.2.

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Description

Bei elektromagnetischen Aktuatoren zur Betätigung eines Stellgliedes, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechselventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine können über die Erfassung der Bewegung des Ankers zum einen Rückschlüsse über die tatsächlichen Bewegungsverhältnisse getroffen werden und zum anderen, hieraus abgeleitet, über die Bestromung der Elektromagneten zu Zwecken der Regelung Einfluß auf die Bewegung des Ankers und damit auf die Bewegung des zu betätigenden Stellgliedes genommen werden (siehe DE-A-19 918 993).
Zur Erfassung der Bewegung wird eine elektroinduktive Sensorik eingesetzt, die im wesentlichen aus einer feststehenden Spulenanordnung und einem stabförmigen, hierzu relativ bewegbaren, mit dem Stellglied verbundenen Sensorteil besteht, der mit einem sogenannten Wirbelstromring versehen ist. Die aus wenigstens zwei axial hintereinander angeordneten Spulen bestehende Spulenanordnung wird mit einem hochfrequenten Wechselstrom beaufschlagt, so daß Relativbewegungen des Kurzschlußringes am stabförmigen Sensorteil gegenüber den Spulen infolge des im Kurzschlußring erzeugten magnetischen Gegenfeldes die elektrische Güte der Spulen verändern. Aus dieser bewegungsabhängigen Veränderung der Spulengüte ist die Bewegung als Signal ableitbar (siehe EP-A-0 170 723).
Entscheidend für die Genauigkeit dieser Sensorik ist es, daß im System vorhandene oder durch das System selbst erzeugte Störspannungen vermieden, zumindest jedoch soweit vermindert werden, daß eine störende Beeinflussung des erzeugten Signals bewirkt wird.
Bei einem elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine, bei der der Anker zwischen den einander zugekehrten, mit Abstand zueinander angeordneten Polflächen eines Öffner- und eines Schließmagnetes gegen die Kraft von Rückstellfedern hin und her bewegt wird, kommt der Anker in seiner jeweiligen Engstellung an der Polfläche zur Anlage. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß dem Anker auf der Seite seines Schließmagneten ein mit der Öffnerfeder zusammenwirkender gesonderter Federbolzen zugeordnet ist, der sich lose, aber kraftschlüssig auf dem Anker abstützt.
Bei der Einleitung der Öffnungsbewegung findet aufgrund des vorhandenen Ventilspiels zwischen dem in Schließrichtung befindlichen Gaswechselventil und dem am Schließmagneten anliegenden Anker eine mechanische Anregung des stabförmigen Sensorteils, auch Meßstelze genannt, statt, die mit dem Federbolzen fest verbunden ist. Diese mechanische Stoßbeanspruchung verursacht hochfrequente Körperschallwellen innerhalb des Materials des Federbolzens und der damit verbundenen Meßstelze, die zwischen den Enden reflektiert werden und demzufolge hin- und herlaufen und Längsschwingungen verursachen. Diese Längsschwingungen werden der Bewegung der Meßstelze mit ihrem Kurzschlußring überlagert, so daß auch eine entsprechende Überlagerung in der Veränderung der Spulengüte stattfindet, die zu einer hochfrequenten Störspannung führt, die durch die überlicherweise verwendete Auswerteeinrichtung in Form einer Trägerfrequenzmeßbrücke nicht unterdrückt werden kann, da die Arbeitsfrequenzen der Frequenzmeßbrücke einerseits und die Frequenzen der Störspannung nah beieinander liegen. Ein verwertbares Signal kann nicht erzielt werden.
Eine Führung der Speisespannung mit einer Erhöhung der Leistungsaufnahme um den Faktor 100 würde in bezug auf den Signalrauschabstand lediglich einen Gewinn von 20dB ergeben.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Sensoranordnung zu schaffen, die zu einer deutlichen Verminderung der Störspannung führt.
Für eine Sensoranordnung zur Erfassung der Bewegung eines Ankers an einem elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Stellgliedes, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechselventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit einem aus einem weichmagnetischen Material bestehenden axial bewegten stabförmigen Sensorteil, das mit einem Ring aus elektrischleitendem Material mit geringem ohmschen Widerstand (Kurzschlußring) versehen ist und das mit dem Stellelement verbunden ist, sowie mit einer feststehenden, den stabförmigen Sensorteil zumindest über eine Teillänge umfassende Spulenanordnung, die wenigstens zwei hintereinander angeordnete Spulen aufweist, und die mit einer Spannungsversorgung und einer Signalerfassung in Form einer Trägerfrequenzbrücke in Verbindung steht, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der stabförmige Sensorteil Mittel zur Verminderung von Störspannungen aufweist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Verminderung von Störspannungen Mittel zur Dämpfung von im stabförmigen Sensorteil sich ausbreitenden Körperschallwellen vorgesehen sind. Schon durch eine Dämpfung der Körperschallwellen wird eine deutliche Reduzierung von Störspannungen erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß als Mittel zur Dämpfung von Körperschallwellen das freie Ende des stabförmigen Sensorteils wenigstens eine zur Längsachse des stabförmigen Sensorteils geneigt verlaufende Endfläche aufweist. Durch eine derartige geneigt verlaufende Enfläche wird die Reflektion der sich im stabförmigen Sensorteil aufgrund von Stoßbeanspruchungen entstehenden Körperschallwellen deutlich vermindert. Die Länge der geneigten Endfläche entspricht zweckmäßig etwa dem Sechsfachen des Durchmessers des Sensorteils. Der sich hieraus ergebende spitze Winkel gegenüber der Längsachse des Sensorteils unterdrückt eine Reflektion der Körperschallwellen in Richtung auf das andere Ende des Sensorteils. Zweckmäßig ist ein konisch auslaufendes Endstück am Sensorteil.
In einer Abwandlung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Mittel zur Dämpfung von Körperschallwellen eine axiale Ausnehmung am stabförmigen Sensorteil vorgesehen ist. Diese Ausnehmung kann zylindrisch, d. h. als einfache Längsbohrung ausgeführt sein, so daß der stabförmige Sensorteil zumindest im spulennahen Bereich rohrförmig ausgebildet ist. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die axiale Ausnehmung konisch zulaufend ausgebildet ist. Auch hier kann die Länge der Ausnehmung insbesondere die Länge der konischen Ausnehmung zweckmäßig etwa das Sechsfache des Durchmessers des Stabteils betragen. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht in einer deutlichen Längenreduzierung.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ausnehmung mit einem magnetisch durchlässigen Material ausgefüllt ist, das einen anderen, vorzugsweise niedrigeren E-Modul aufweist als das Material des stabförmigen Sensorteils. Hierdurch wird die Schwingwilligkeit des stabförmigen Sensorteils deutlich reduziert, so daß die bei einer Stoßbeanspruchung verursachten Körperschallwellen sich innerhalb des stabförmigen Sensorteils nur noch eingeschränkt ausbreiten können.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der aus einem weichmagnetischen Material bestehende stabförmige Sensorteil als Mittel zur Unterdrückung von Störspannungen gehärtet ist. Grundsätzlich soll der stabförmige Sensorteil aufgrund der gewünschten magnetischen Eigenschaften aus einem weichmagnetischen Material, insbesondere einem Eisenwerkstoff bestehen. Ein derartiges Material weist einen in bezug auf den Störabstand großen magnetorestriktiven Effekt auf. Durch ein Härten des verwendeten Materials wird auf. Durch ein Härten des verwendeten Materials wird der magnetorestriktive Effekt stark reduziert, so daß keine signifikanten Störungen mehr auftreten können. Die übrigen magnetischen Eigenschaften werden nur geringfügig beeinflußt, insbesondere dadurch, daß durch Härten die Wirbelstromverluste kleiner und die Ummagnetisierungsverluste größer werden. Dadurch ist die Gesamtwirkung ziemlich neutral. Eine Auswirkung auf die relative magnetische Permeabilität besteht nicht bzw. ist innerhalb der Toleranz des Ausgangsmaterials. Die Sensibilität eines gehärteten stabförmigen Sensorteils wird somit nicht negativ beeinflußt, aber die Dämpfungswirkung deutlich verbessert.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
einen elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils,
Fig. 2
einen stabförmigen Sensorteil mit Spulenanordnung,
Fig. 3
eine Ausführungsform des stabförmigen Sensorteils mit konischer Spitze,
Fig. 4
einen stabförmigen Sensorteil mit konischer Ausnehmung,
Fig. 5
einen stabförmigen Sensorteil mit einer gefüllten Ausnehmung,
Fig. 6
eine Schaltungsanordnung.
Der in Fig. 1 dargestellte elektromagnetische Aktuator wird im wesentlichen gebildet durch zwei Elektromagneten 1 und 2, die von zwei Gehäuseteilen 3.1 und 3.2 umschlossen sind, die ihrerseits über ein als Distanzteil ausgebildetes Gehäuseteil 3.3 im Abstand zueinander angeordnet und mit ihren Polflächen 4 gegeneinander ausgerichtet sind. In dem vom Distanzteil 3.3 umschlossenen Bewegungsraum zwischen den beiden Polflächen 4 ist ein Anker 5 angeordnet, der über einen Führungsbolzen 6.1 in einer Führung 7 hin- und herbewegbar geführt ist.
Der Anker 5 steht über einen Federbolzen 6.2, der sich auf dem Führungsbolzen 6.1 im Bereich des Ankers 5 auf diesem abstützt, mit einer Rückstellfeder 8 in Verbindung. Das andere untere freie Ende 9 des Führungsbolzens 6.1 stützt sich hierbei auf einem Stellglied, beispielsweise dem freien Ende des Schaftes 11 eines Gaswechselventils ab, das in dem hier nur angedeuteten Zylinderkopf 12 einer Kolbenbrennkraftmaschine geführt ist. Durch eine Rückstellfeder 13 wird das Gaswechselventil in Schließrichtung (Pfeil 11.1) beaufschlagt, wobei die Rückstellfeder 13 und die Rückstellfeder 8 in ihrer Kraftrichtung gegeneinander gerichtet sind, so daß bei stromlos gesetzten Elektromagneten der Anker 5 entsprechend seine Ruheposition zwischen den beiden Polflächen 4 der beiden Elektromagneten 1 und 2 einnimmt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Befindet sich das Gaswechselventil in seiner Schließstellung, dann liegt der Anker 5 an der Polfläche 4 des Schließmagneten 1 an. Dabei hebt das freie Ende 9 des Führungsbolzens 6.1 geringfügig, d. h. um das Maß des Ventilspiels vom freien Ende des Schaftes 11 ab.
Die Gehäuseteile 3.1 und 3.2 der beiden Elektromagneten umschließen jeweils einen vorzugsweise quaderförmigen Jochkörper 14, die mit Ausnehmungen versehen sind, in die eine ringförmig ausgebildete Spule 15 eingelegt ist, die jeweils über eine hier nicht näher dargestellte Steuereinrichtung zum Öffnen und Schließen des Gaswechselventils abwechselnd bestrombar sind.
An dem dem Gaswechselventil abgekehrten Ende des Aktuators ist eine Sensoranordnung 16 vorgesehen, die im wesentlichen aus einem stabförmigen Sensorteil 17 gebildet wird, der mit diesem fest verbunden ist und praktisch eine Verlängerung des Federbolzens 6.2 darstellt. Der stabförmige Sensorteil 17 ist von einer Spulenanordnung 18 umschlossen, die mit einer Spannungsversorgung und Signalerfassung 19 verbunden ist. Im Betrieb wird durch die Hin- und Herbewegung des stabförmigen Sensorteils 17 die elektrische Güte der Spulenanordnung 18 verändert. Diese Veränderung ist proportional zum Weg des Sensorteils und damit proportional zum Weg des Ankers 5 bzw. des Stellelementes 11. Die Wirkungsweise wird nachstehend noch näher erläutert.
Trifft nun der Führungsbolzen 6.1 nach der Freigabe durch den Schließmagneten nach Durchlaufen des Ventilspiels auf den Schaft 11 auf, dann wird durch diese Stoßbeanspruchung der Federbolzen 6.2 und damit das mit ihm verbundene stabförmige Sensorteil 17 mechanisch zu Körperschallwellen angeregt, die zwischen den beiden Entflächen reflektiert werden und die die Bewegung des stabförmigen Sensorteils überlagern und damit ein Störsignal erzeugen.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform für eine Sensoranordnung dargestellt, bei der der stabförmige Sensorteil 17 von einer zweiteiligen Spulenanordnung 18 umfaßt ist, die über entsprechende Zuleitungen 20, 21 und 22 mit der Spannungsversorgungs- und Auswerteeinrichtung 19 verbunden ist.
Der dargestellte stabförmige Sensor 17 ist mit einem Ring 23 aus einem elektrisch leitendem Material mit geringem ohmschen Widerstand, einem sogenannten Kurzschlußring versehen. Eine derartige Sensoranordnung arbeitet nach dem Wirbelstromprinzip. Wird die Spulenanordnung 18 mit einem hochfrequenten Wechselstrom beaufschlagt, so daß durch die Spulenanordnung ein hochfrequentes Magnetfeld erzeugt wird, dann wird im Kurzschlußring infolge der entstehenden Wirbelströme ein magnetisches Gegenfeld erzeugt. Wird nun der stabförmige Sensorteil 17 mit seinem Kurzschlußring 23 relativ zu den Spulen 18.1 und 18.2 bewegt, dann wirkt das magnetische Gegenfeld dem verursachenden hochfrequenten Magnetfeld der Spulenanordnung 18 in Form einer Feldverdrängung und Feldschwächung entgegen. Dies macht sich nach außen durch eine Änderung der Spulencharakteristiken bemerkbar, die von der relativen Bewegung des Kurzschlußringes 23 am stabförmigen Sensorteils 17 abhängig ist, so daß hierdurch die Position und damit der Weg des Sensorteils 17 über ein entsprechendes Signal erfaßt werden kann. Die Charakteristik der beiden Spulen 18.1 und 18.2 ist jeweils durch ihre Induktivität und ihre elektrische Güte gegeben, wobei die elektrische Güte durch das Verhältnis von Blindleistung zu Wirkleistung angegeben wird.
Besonders effektiv arbeitet eine derartige Sensoranordnung, wenn der stabförmige Sensorteil 17 aus einem ferritischen Material besteht, auf dem der Kurzschlußring 23 aus Kupfer angeordnet ist.
Bezogen auf die Anordnung gem. Fig. 1 ist in Fig. 2 die Meßstelze in Öffnungsstellung des Gaswechselventils dargestellt.
Bewegt sich die Meßstelze mit dem Kurzschlußring 23 in die Schließstellung (Pfeil 11.1), dann bewirkt das von den Wirbelströmen im Kurzschlußring 23 erzeugte magnetische Gegenfeld die vorbeschriebene bewegungsabhängige Veränderung der Güte der Spule 18.1 einerseits und der Spule 18.2 andererseits.
Um die nun zuvor beschriebene Reflektion von Körperschallwellen im Federbolzen 6.2 und damit auch im stabförmigen Sensorteil 17 an dessen ebener Endfläche 24 zu vermindern oder zu unterdrücken, ist bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der stabförmige Sensorteil 17 mit einer konisch zulaufenden Endfläche 24 versehen. Der Konuswinkel ist möglichst schlank ausgebildet, um eine Reflektion von Körperschallwellen in Längsrichtung dadurch zu unterbinden, daß diese im wesentlichen gegen die Umfangswandung reflektiert werden. Zweckmäßig ist hierbei, wenn die Länge der konischen Endfläche 24 etwa dem sechsfachen des Durchmessers des stabförmigen Sensorteils 17 entspricht. Die Endfläche muß nicht zwangsläufig einem Konus im geometrischen Sinne entsprechen, sondern kann auch als Ellipsoid oder dergleichen ausgebildet sein. Ganz allgemein ist es zweckmäßig, wenigstens eine zur Längsachse des Sensorteils 17 geneigt verlaufende Endfläche vorzusehen, beispielsweise durch mehrere Einkerbungen oder auch durch einen einfachen Schrägabschnitt.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der statt einer Spitze eine Ausnehmung 25 vorgesehen ist. Die Ausnehmung kann zylindrisch ausgebildet sein, zweckmäßig ist jedoch eine konische Ausnehmung, die sich mindestens bis in den Bereich des Kurzschlußringes 23 erstreckt.
Fig. 5 zeigt eine weitere Abwandlung. Bei dieser Abwandlung ist der Federbolzen 6.2 über einen großen Teil seiner Länge mit einer axialen Bohrung versehen bzw. rohrförmig ausgebildet, wobei der Innenraum mit einem Material 26 ausgefüllt ist, das einen anderen, vorzugsweise niedrigeren E-Modul aufweist als das Material des Federbolzens 6.2.
Neben diesen rein "geometrischen" Mitteln zur Verminderung bzw. Unterdrückung von Körperschallwellen besteht in weiterer Ausgestaltung die Möglichkeit, daß als stabförmigen Sensorteil dienende Ende des Federbolzens 6.2, das aus einem Eisenwerkstoff besteht, durch Härten in seinen magnetischen Eigenschaften zu verändern.
Der Kurzschlußring 23 kann durch einen Kupferring mit diskreter Wandstärke gebildet werden oder aber auch durch eine dünne galvanisch aufgebrachte Kupferschicht oder eine Schicht aus einem anderen elektrisch gut leitendem Material.
In Fig. 6 ist schematisch eine Schaltung für die Meßwerterfassung in Form einer Trägerfrequenzmeßbrücke dargestellt. Die beiden Spulen 18.1 und 18.2 der Spulenanordnung 18 sind mit zwei weiteren Bauteile, vorzugsweise Widerstände oder Spulen 18.3 und 18.4 zu einer Trägerfrequenzmeßbrücke 27 zusammengeschaltet. Die Brücke 27 wird über wenigstens einen Frequenzgenerator 28 mit einem hochfrequenten Wechselstrom gespeist. Zweckmäßig ist die Speisung über zwei gegenphasig arbeitende Frequenzgeneratoren 28.1 und 28.2.
Wird nun der hier nur schematisch dargestellt stabförmige Sensorteil 17 mit seinem Kurzschlußring 23 relativ zu den beiden Spulen 18.1 und 18.2 der Frequenzbrücke 27 bewegt, dann erfolgt eine Beeinflussung der Induktivität und der Güte der Spulen 18.1 und 18.2 durch das Gegenfeld des Wirbelstromrings. Hierdurch wird durch eine von der Position des Kurzschlußringes 23 gegenüber den beiden Spulen 18.1 und 18.2 abhängige "Verstimmung" der Frequenzbrücke 27 bewirkt, die über einen Differenzialverstärker und Bandpaßfilter 29 erfaßt werden kann. Mittels Demodulator 30 und Tiefpaßfilter 31 kann dann ein wegproportionales Signal erzeugt werden, das für die Zwecke einer Steuerung, beispielsweise der Ansteuerung der Gaswechselventile verarbeitet werden kann. Der Vorteil besteht darin, daß das Signal während des ganzen Ankerweges ansteht, so daß noch während der Ankerbewegung durch eine Ansteuerung der Bestromung des jeweils fangenden Magneten, aber auch des freigebenden Magneten auf die Ankerbewegung Einfluß genommen werden kann. Durch die erfindungsgemäße Dämpfung der negativen Einflüsse von Körperschall infolge Stoßbeanspruchung kann ein praktisch "rauschfreies" Signal erzeugt werden, das auch hohe Genauigkeitsanforderungen erfüllt.

Claims (8)

  1. Sensoranordnung zur Erfassung der Bewegung eines Ankers (5) an einem elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Stellgliedes, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechselventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit einem aus einem weichmagnetischen Material bestehenden, axial bewegten stabförmigen Sensorteil (17), das mit einem Ring (23) aus elektrisch leitendem Material mit geringem ohmschen Widerstand versehen ist und das mit dem Stellelement in Verbindung steht, sowie mit einer feststehenden, den stabförmigen Sensorteil (17) zumindest über eine Teillänge umfassenden Spulenanordnung (18), die wenigstens zwei hintereinander angeordnete Spulen (18.1, 18.2) aufweist und die mit einer Spannungsversorgung und einer Signalerfassung (19) in Form einer Trägerfrequenzmeßbrücke in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der stabförmige Sensorteil (17) Mittel zur Verminderung von Störspannungen aufweist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verminderung von Störspannungen Mittel zur Dämpfung von im stabförmigen Sensorteil (17) sich ausbreitenden Körperschallwellen vorgesehen sind.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Dämpfung von Körperschallwellen das freie Ende des stabförmigen Sensorteils wenigstens eine zur Längsachse des stabförmigen Sensorteils geneigt verlaufende Endfläche aufweist.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche durch ein konisch auslaufendes Endstück (24) gebildet wird.
  5. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Dämpfung von Körperschallwellen ein konisch auslaufendes Ende (24) am stabförmigen Sensorteil (17) vorgesehen ist.
  6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Ausnehmung (25) konisch zulaufend ausgebildet ist.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung mit einem magnetisch durchlässigen Material (26) ausgefüllt ist, das einen anderen, vorzugsweise niedrigeren E-Modul aufweist, als das Material des ersten Sensorteils (17).
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einem weichmagnetischen Material, insbesondere einem Eisenwerkstoff bestehende stabförmige Sensorteil (17) als Mittel zur Unterdrückung von Störspannungen gehärtet ist.
EP02803393A 2001-11-21 2002-11-20 Sensoranordnung zur erfassung der bewegung eines ankers mit unterdrückung von störspannungen Expired - Lifetime EP1446560B1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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