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Die Erfindung betrifft eine Aktoreinrichtung für die Industrieautomatisierung, umfassend einen elektromagnetischen Aktor mit einer Spule und einem Stellglied. Die Aktoreinrichtung ist ausgebildet, den Aktor mit einem Ansteuersignal anzusteuern, um das Stellglied in eine vorgegebene Stellung zu versetzen. Die Aktoreinrichtung ist ferner ausgebildet, im Rahmen einer Stellungserfassungsprozedur eine mit der Spule im Zusammenhang stehende elektrische Größe, insbesondere einen Spulenstrom, eine Spannung eine Induktivität und/oder einen verketteten Fluss, zu detektieren und die Stellung des Stellglieds basierend auf der detektierten elektrischen Größe zu erfassen.
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Mit einer solchen Aktoreinrichtung ist es insbesondere möglich, die Stellung des Stellglieds allein auf Basis der elektrischen Größe - beispielsweise einer elektrischen Ansteuergröße wie dem Spulenstrom - zu erfassen. Die Stellungserfassung kann also insbesondere ohne Positionssensorik - also sensorlos - erfolgen.
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In der
US 6,300,733 B1 wird ein System zur Messung der Stellung einer Solenoidarmatur beschrieben. Eine hochfrequente Komponente einer Antriebsspannung (z.B. von einer Pulsweitenmodulation) und eine Messung eines hochfrequenten Strom stellen die Stellungserfassung bereit.
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Die
DE 10 2007 048 261 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Ankers eines elektrischen Linearstellerglieds, insbesondere eines Linearstellers, das eine Spule aufweist, in der sich der Anker entlang eines Linearwegs bewegen kann, wobei die Spule mit einem elektrischen Pulsweitenmodulations-Signal angesteuert wird und die Position des Ankers aus dem Verlauf des Spulenstroms ermittelt wird.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Ankerlage bei einer Spule mit beweglichen Anker aufweisenden Hubmagnet, der als bistabiler Linearmagnet aufgebaut ist und der getaktet mittels Pulsweiten-Modulation angesteuert wird, wobei die Tiefe der Stromspitzen am Hubmagnet als Mass der Induktivität und der Position des beweglichen Ankers gemessen wird.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die eingangs genannte Aktoreinrichtung so zu modifizieren, dass die Kalibrierung der Stellungserfassungsprozedur vereinfacht werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Aktoreinrichtung gemäß Anspruch 1. Die Aktoreinrichtung ist ausgebildet, im Rahmen der Stellungserfassungsprozedur das Ansteuersignal zu einem Stellungserfassungssignal zu ändern, bei dem das Stellglied in der vorgegebenen Stellung bleibt, die elektrischen Größe zu detektieren, während der Aktor mit dem Stellungserfassungssignal angesteuert wird, und die Stellung des Stellglieds basierend auf der detektierten elektrischen Größe zu erfassen. Die Aktoreinrichtung ist ausgebildet, eine Kalibrierungsprozedur zur Kalibrierung der Stellungserfassungsprozedur durchzuführen, um einen für die Stellungserfassungsprozedur benötigten Betriebsparameter zu bestimmen, insbesondere einen Parameter des Stellungserfassungssignals und/oder einen bei der Stellungserfassungsprozedur verwendeten Stellungserfassungs-Schwellenwert. Die Aktoreinrichtung ist ausgebildet, bei der Kalibrierungsprozedur einen Wert des Parameters (P) des Ansteuersignals, insbesondere die Amplitude, Tastverhältnis, seiner Frequenz und/oder den Durchschnittswert, zu variieren und die elektrische Größe zu erfassen, basierend auf der erfassten elektrischen Größe als einen Stellungserfassungs-Parameterwert einen Wert des Parameters zu bestimmen, bei dem das Stellglied bei dem Variieren des Werts des Parameters (P) zwei verschiedene Stellungen eingenommen hat, und basierend auf dem Stellungserfassungs-Parameterwert das Stellungserfassungssignal und/oder den Stellungserfassungs-Schwellenwert zu bestimmen.
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Erfindungsgemäß wird also das Ansteuersignal, mit dem das Stellglied in die vorgegebene Stellung versetzt wird, für die Detektion der elektrischen Größe zu einem Stellungserfassungssignal geändert. Das Stellungserfassungssignal unterscheidet sich von dem Ansteuersignal, bewirkt jedoch keinen Stellungswechsel des Stellglieds. Es hat sich herausgestellt, dass sich, wie nachstehend noch im Detail erläutert, eine solche Stellungserfassungsprozedur einfacher kalibrieren lässt, insbesondere aus dem Grund, dass die Kalibrierung einer solchen Stellungserfassungsprozedur vollautomatisiert erfolgen kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ferner wird eine Aktoreinrichtung zur Bestimmung eines für eine Stellungserfassungsprozedur zu verwendenden Stellungserfassungssignals und/oder eines Stellungserfassungs-Schwellenwerts bereitgestellt. Die Aktoreinrichtung kann insbesondere für eine Kalibrierung der Stellungserfassungsprozedur der Aktoreinrichtung gemäß Anspruch 1 eingesetzt werden. Die Aktoreinrichtung umfasst einen elektromagnetischen Aktor mit einer Spule und einem Stellglied, wobei die Aktoreinrichtung ausgebildet ist: den elektromagnetischen Aktor mit einem Ansteuersignal anzusteuern, einen Wert eines Parameters des Ansteuersignals zu variieren, eine mit der Spule im Zusammenhang stehende elektrische Größe zu erfassen, basierend auf der erfassten elektrischen Größe, als einen Stellungserfassungs-Parameterwert einen Parameterwert zu bestimmen, bei dem das Stellglied bei dem Variieren des Parameterwerts zwei verschiedene Stellungen eingenommen hat, und basierend auf dem Stellungserfassungs-Parameterwert, das Stellungserfassungssignal und/oder den Stellungserfassungs-Schwellenwert zu bestimmen.
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Wie nachstehend im Detail erläutert, kann mit einer solchen Aktoreinrichtung die Kalibrierung der Stellungserfassungsprozedur auf sehr einfache Weise - insbesondere automatisch und/oder ohne Blockierung oder Fixierung des Stellglieds - erfolgen.
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Ferner wird ein Verfahren zur Bestimmung eines für eine Stellungserfassungsprozedur zu verwendenden Stellungserfassungssignals und/oder eines Stellungserfassungs-Schwellenwerts bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Ansteuern eines elektromagnetischen Aktors mit einem Ansteuersignal, wobei der elektromagnetische Aktor eine Spule und ein Stellglied aufweist, Variieren eines Parameterwerts des Ansteuersignals und Erfassen einer mit der Spule im Zusammenhang stehenden elektrischen Größe, Bestimmen, basierend auf der erfassten elektrischen Größe, als einen Stellungserfassungs-Parameterwert einen Parameterwert, bei dem das Stellglied bei dem Variieren des Parameterwerts zwei verschiedene Stellungen eingenommen hat, Bestimmen, basierend auf dem Stellungserfassungs-Parameterwert, des Stellungserfassungssignals und/oder des Stellungserfassungs-Schwellenwerts.
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Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Figuren exemplarische Details sowie beispielhafte Ausführungsformen beschrieben. Dabei zeigt
- 1 eine exemplarisch als Ventileinrichtung ausgebildete Aktoreinrichtung,
- 2 einen Schaltplan der Aktoreinrichtung,
- 3 ein Schaubild, das zwei Signalverläufe zeigt,
- 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Stellungserfassung, und
- 5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Kalibrierung.
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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.
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Die Aktoreinrichtung 10 ist vorzugsweise für den Einsatz in der Industrieautomatisierung, insbesondere für die Prozessautomatisierung und/oder Fabrikautomatisierung ausgebildet.
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Die Aktoreinrichtung 10 umfasst einen elektromagnetischen Aktor 1 mit einer Spule 2 und einem Stellglied 3. Die Aktoreinrichtung 10 ist ausgebildet, den Aktor 1 mit einem Ansteuersignal anzusteuern, um das Stellglied 3 in eine vorgegebene Stellung zu versetzen.
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Die Aktoreinrichtung 10 ist ferner ausgebildet, eine Stellungserfassungsprozedur auszuführen. Im Rahmen der Stellungserfassungsprozedur ändert die Aktoreinrichtung 10 das Ansteuersignal zu einem Stellungserfassungssignal, bei dem das Stellglied 3 in der vorgegebene Stellung bleibt, und detektiert eine mit der Spule 2 im Zusammenhang stehende elektrischen Größe E, insbesondere einen Spulenstrom, eine Spannung eine Induktivität und/oder einen verketteten Fluss, während der Aktor 1 mit dem Stellungserfassungssignal angesteuert wird. Die Aktoreinrichtung 1 ist ausgebildet, die Stellung des Stellglieds 3 basierend auf der detektierten elektrischen Größe E zu erfassen.
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Nachfolgend werden weitere exemplarische Details erläutert.
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Der elektromagnetische Aktor 1 umfasst 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.
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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.
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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.
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Das Stellglied 3 lässt sich durch Ansteuerung des Aktors 1 - insbesondere durch Bestromung der Spule 2 - wahlweise in eine erste oder eine zweite Stellung versetzen. In der ersten Stellung befindet sich das Stellglied 3 näher an dem Magnetkern 5 als in der zweiten Stellung. Exemplarisch liegt das Stellglied 3 in der ersten Stellung an dem Magnetkern 5 an und/oder der Luftspalt 8 ist minimal oder geschlossen. In der zweiten Stellung ist der Luftspalt 8 zweckmäßigerweise maximal. Die beiden Stellungen sind zweckmäßigerweise Endlagen des Stellglieds 3 oder befinden sich im Bereich der Endlagen. Die beiden Stellungen können auch als Schaltzustände oder Schaltstellungen 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.
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Exemplarisch dient das Federelement 7 dazu, das Stellglied 3 in die zweite Stellung - also in Richtung weg von dem Magnetkern - zu drängen. Das Federelement 7 ist exemplarisch zwischen dem Magnetkern 5 und dem Stellglied 3 angeordnet.
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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 zweiten Stellung und öffnet die fluidische Leitung 28 in der ersten Stellung.
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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.
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Exemplarisch umfasst die Aktoreinrichtung 10 eine Stellungserfassungseinheit 4. Die Stellungserfassungseinheit 4 dient insbesondere dazu, die elektrische Größe zu detektieren und/oder die Stellung des Stellglieds 3 basierend auf der elektrischen Größe zu erfassen und/oder das Ansteuersignal bereitzustellen und/oder das Stellungserfassungssignal bereitzustellen. Die Stellungserfassungseinheit 4 dient ferner insbesondere dazu, die Stellungserfassungsprozedur durchzuführen und/oder die nachstehend erläuterte Kalibrierungsprozedur durchzuführen.
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Die Stellungserfassungseinheit 4 umfasst exemplarisch eine Steuereinheit 11, beispielsweise einen Mikrocontroller, die ausgebildet ist, die mit der Spule 2 im Zusammenhang stehende elektrische Größe zu erfassen. Zweckmäßigerweise werden Strom und/oder Spannung gemessen und von der Steuereinheit 11 ausgewertet. Vorzugsweise wird als die elektrische Größe ein Spulenstrom erfasst. Alternativ oder zusätzlich dazu kann als die elektrische Größe auch eine Spannung, eine Induktivität und/oder ein verketteter Fluss erfasst werden. Die erfasste elektrische Größe hängt zweckmäßigerweise von der Induktivität der Spule 2 und/oder dem Spulenstrom ab.
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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 Strommesseinheit 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 elektrische Größe zu erfassen. Die Strommessung kann beispielsweise über einen Shuntwiderstand geschehen und vorzugsweise temperaturkompensiert sein.
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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.
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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 insbesondere durch Beaufschlagen der Spule 2 mit einer Spannung. Die Stellungserfassungseinheit 4 umfasst vorzugsweise einen Schalter 12, exemplarisch einen Transistor, über den die Spule 2 elektrisch mit einer (nicht gezeigten) Spannungsversorgung verbunden werden kann, um die Spule 2 mit einer Spannung zu beaufschlagen. 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.
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Im geschlossenen Zustand des Schalters 12 ist die Spule 2 mit der (nicht gezeigten) Spannungsversorgung verbunden, so dass ein Spulenstrom durch die Spule 2 fließt. Im offenen Zustand des Schalters 12 ist die Spule 2 von der Spannungsversorgung getrennt, so dass zweckmäßigerweise kein Strom durch die Spule 2 fließt.
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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.
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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.
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Nachstehend soll näher auf die Ansteuerung des Aktors 1 eingegangen werden.
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Die Ansteuerung des Aktors 1 erfolgt dadurch, dass die Aktoreinrichtung 1, insbesondere die Stellungserfassungseinheit 4, ein Ansteuersignal bereitstellt, das dem Aktor 1 zugeführt wird. Beispielsweise wird das Ansteuersignal dadurch bereitgestellt, dass der vorstehend erläuterte Schalter 12 in entsprechender Weise angesteuert wird, vorzugsweise mit einem PWM-Signal.
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Bei dem Ansteuersignal handelt es sich vorzugsweise um ein Wechselsignal. Mit dem Begriff „Wechselsignal“ soll in diesem Zusammenhang ein Signal gemeint sein, das einen Wechselanteil aufweist. Das Wechselsignal kann zusätzlich zu dem Wechselanteil auch einen Gleichanteil oder keinen Gleichanteil aufweisen. In bevorzugter Ausgestaltung ist das Ansteuersignal ein Pulsweitenmodulationssignal - also ein PWM-Signal.
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Das Ansteuersignal wird insbesondere über einen Parameter P definiert, über den die auf das Stellglied 3 wirkende Magnetkraft beeinflusst werden kann. Bei dem Parameter P handelt es sich beispielsweise um ein Tastverhältnis, eine Amplitude, eine Frequenz und/oder ein Durchschnittswert des Ansteuersignals.
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Zweckmäßigerweise ist die Abhängigkeit zwischen dem Parameter P und der auf das Stellglied 3 wirkenden Magnetkraft derart, dass bei steigendem Wert des Parameters P die Magnetkraft steigt. Ein größerer Parameter P hat also eine größere Magnetkraft zur Folge und ein kleinerer Parameter eine kleinere Magnetkraft. Die genannte Magnetkraft ist insbesondere eine Kraft, die in Richtung hin zu der ersten Stellung - also insbesondere entgegen der vom Federelement 7 bereitgestellten Rückstellkraft - wirkt.
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Der Parameter P muss mindestens einen bestimmten ersten Wert P4 haben, um das Stellglied 3 von der zweiten Stellung in die erste Stellung zu versetzen. Ferner muss der Parameter gleich oder kleiner als ein bestimmter zweiter Wert P3 sein, damit das Stellglied von der ersten Stellung in die zweite Stellung versetzt wird.
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Ein Ansteuersignal, mit dem das Stellglied 3 in die erste Stellung versetzt wird, soll nachstehend auch als erstes Ansteuersignal bezeichnet werden und ein Ansteuersignal, mit dem das Stellglied 3 in die zweite Stellung versetzt wird, soll als zweites Ansteuersignal bezeichnet werden.
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Die Abhängigkeit zwischen dem Parameter P, der Stellung des Stellglieds 3 und der elektrischen Größe E soll nachstehend unter Bezugnahme auf die 3 näher erläutert werden. In der 3 ist die elektrische Größe E als Funktion des Parameters P aufgetragen. Bei der elektrischen Größe E handelt es sich exemplarisch um die Amplitude des durch die Spule 2 fließenden (als Wechselsignal vorliegenden) Spulenstroms. Der Parameter P ist exemplarisch das Tastverhältnis des als PWM-Signal ausgebildeten Ansteuersignals.
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In der 3 sind zwei Kurven aufgetragen - eine erste, mittels einer durchgängigen Linie dargestellte Kurve, die nachstehend auch als erster Parameter-Sweep PS1 bezeichnet wird, und eine zweite, mittels einer gestrichelten Linie dargestellte Kurve, die nachstehend auch als zweiter Parameter-Sweep PS2 bezeichnet wird.
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Die erste Kurve beginnt bei P = P2. Der Parameter P hat hier zweckmäßigerweise seinen niedrigsten Wert. Beispielsweise kann der Wert des Parameters P gleich null sein. Ist der Parameter P beispielsweise das Tastverhältnis (also das Verhältnis zwischen Impulsdauer und Periodendauer), so wird in diesem Fall als Ansteuersignal ein konstantes Nullsignal bereitgestellt. Der Schalter 12 ist z.B. dauerhaft geöffnet. Dementsprechend ist auch die elektrische Größe E - hier exemplarisch die Amplitude des Spulenstroms - gleich null. Exemplarisch hält die Rückstellkraft des Federelements 7 das Stellglied 3 in der zweiten Stellung.
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Der Wert des Parameters P wird nun schrittweise bis zu P4 erhöht. Bei P = P4 ist die auf das Stellglied 3 wirkende Magnetkraft so groß, dass das Stellglied 3 in die erste Stellung versetzt wird. P4 kann daher auch als erster Schaltpunkt bezeichnet werden. Exemplarisch schnappt das Stellglied 3 bei P = P4 gewissermaßen in die erste Stellung, da die auf das Stellglied 3 wirkende Magnetkraft mit kleiner werdendem Luftspalt 8 sehr stark ansteigt. Die elektrische Größe E - zweckmäßigerweise die Amplitude des Spulenstroms - macht hier einen Sprung (exemplarisch nach unten), da durch die Stellungsänderung des Stellglieds 3 die Induktivität der Spule 2 verändert wurde und die elektrische Größe E - zweckmäßigerweise die Amplitude des Spulenstroms - von der Induktivität der Spule 2 abhängt.
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Der Wert des Parameters P wird nun schrittweise weiter bis zu P1 erhöht. P1 ist hier exemplarisch der maximale Wert, den der Parameter P annehmen kann. Sofern der Parameter P ein Tastverhältnis ist, ist P1 beispielsweise gleich 1. Das Stellglied 3 bleibt in der ersten Stellung.
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Die elektrische Größe E - exemplarisch die Stromamplitude - steigt zwischen P4 und P1 zunächst an und sinkt dann ab - exemplarisch bis auf null. Das Absinken der Stromamplitude bei steigendem Tastverhältnis liegt daran, dass bei steigendem Tastverhältnis die Aus-Phase des PWM-Signals immer kürzer wird, so dass (dem als Wechselsignal) vorliegenden Spulenstrom während der Aus-Phase immer weniger Zeit bleibt, um den unteren Peak-Wert zu erreichen. Der untere Peak-Wert wird folglich immer größer, so dass die Gesamtamplitude - also der Peak-to-Peak-Wert - sinkt.
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Der Parameter P wird nun - gemäß der gestrichelten zweiten Kurve - bis zu P3 schrittweise abgesenkt. Bei P = P3 ist die auf das Stellglied 3 wirkende Magnetkraft klein genug, so dass das Stellglied 3 durch die Rückstellkraft des Federelements 7 aus der ersten Stellung heraus hin zur zweiten Stellung bewegt wird. P3 kann daher auch als zweiter Schaltpunkt bezeichnet werden. Die elektrische Größe E - zweckmäßigerweise die Amplitude des Spulenstroms - macht hier einen Sprung (exemplarisch nach oben), da durch die Stellungsänderung des Stellglieds 3 die Induktivität der Spule 2 verändert wurde und die elektrische Größe E - zweckmäßigerweise die Amplitude des Spulenstroms - von der Induktivität der Spule 2 abhängt.
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Die Schaltpunkte P3 und P4 unterscheiden sich, da das Stellglied 3 bei P3 und P4 ausgehend von verschiedenen Stellungen in Bewegung versetzt wird und die auf das Stellglied 3 wirkende Magnetkraft stellungsabhängig ist. Exemplarisch ist P3 kleiner als P4, da das Stellglied 3 bei P3 ausgehend von der ersten Stellung bewegt wird und die Magnetkraft in der ersten Stellung (aufgrund des kleineren Luftspalts 8) größer ist als in der zweiten Stellung, so dass der Parameter P kleiner sein muss, damit die Rückstellkraft des Federelements 7 die Magnetkraft überwindet und das Stellglied 3 aus der ersten Stellung heraus bewegt.
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Der Parameter P wird weiter bis zu P = P2 schrittweise abgesenkt. Das Stellglied 3 befindet sich nun wieder in der zweiten Stellung.
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Die Aktoreinrichtung 10 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, zur Versetzung des Stellglieds 3 in die erste Stellung ein erstes Ansteuersignal mit einem Parameter P von größer gleich dem ersten Schaltpunkt P4, insbesondere P1 bereitzustellen und/oder zur Versetzung des Stellglieds 3 in die zweite Stellung ein zweites Ansteuersignal mit einem Parameter P von kleiner gleich dem Schaltpunkt P3 bereitzustellen.
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Zweckmäßigerweise ist die Aktoreinrichtung 10 also ausgebildet, für die Versetzung in die erste Stellung ein Ansteuersignal mit einem größeren Wert des Parameters P bereitzustellen als für die Versetzung in die zweite Stellung.
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Im Folgenden soll auf die Stellungserfassung auf Basis der elektrischen Größe E eingegangen werden.
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Die elektrische Größe E hängt von der Induktivität der Spule 2 ab, die wiederum von der Stellung des Stellglieds 3 abhängt. Dementsprechend kann aus der elektrischen Größe E - beispielsweise der Amplitude des (als Wechselsignal) vorliegenden Spulenstroms - auf die Stellung des Stellglieds 3 geschlossen werden. Beispielsweise ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, die elektrische Größe E mit einem Schwellenwert zu vergleichen und aus dem Vergleichsergebnis auf die Stellung des Stellglieds 3 zu schließen.
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Wie vorstehend bereits erwähnt, führt die Aktoreinrichtung 10 zur Erfassung der Stellung des Stellglieds 3 eine Stellungserfassungsprozedur durch, bei der das Ansteuersignal zu einem Stellungserfassungssignal geändert wird und die elektrische Größe E während der Ansteuerung mit dem Stellungserfassungssignal detektiert wird.
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Das Stellungserfassungssignal unterscheidet sich von dem Ansteuersignal. Insbesondere unterscheidet sich das Stellungserfassungssignal in dem Parameter P von dem Ansteuersignal - also exemplarisch in seiner Amplitude, seinem Tastverhältnis, seiner Frequenz und/oder seinem Durchschnittswert.
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Beispielsweise wird als das Stellungserfassungssignal ein Signal mit dem in der 3 eingezeichneten Wert SP für den Parameter P verwendet. Ausgehend von dem ersten Ansteuersignal (also dem Fall, in dem das Ansteuersignal dazu diente, das Stellglied 3 in die erste Stellung zu versetzen) wird der Parameter P zur Bereitstellung des Stellungserfassungssignal abgesenkt und/oder ausgehend von dem zweiten Ansteuersignal (also dem Fall, in dem das Ansteuersignal dazu diente, das Stellglied 3 in die zweite Stellung zu versetzen) wird der Parameter P zur Bereitstellung des Stellungserfassungssignals erhöht.
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Zweckmäßigerweise kann die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet sein, für die Situation, in der sich das Stellglied 3 in der ersten Stellung befindet das gleiche Stellungserfassungssignal oder ein anderes Stellungserfassungssignal, insbesondere ein Stellungserfassungssignal mit einem anderen Wert für den Parameter P, zu verwenden, als für die Situation, in der sich das Stellglied 3 in der zweiten Stellung befindet. vorzugsweise ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, das Stellungserfassungssignal abhängig von dem zuvor bereitgestellten Ansteuersignal zu wählen.
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Das Stellungserfassungssignal ist zweckmäßigerweise so gewählt, dass das Stellglied 3 in seiner aktuellen Stellung bleibt. Ferner ist das Stellungserfassungssignal zweckmäßigerweise ein Signal, bei dem das Stellglied 3 sowohl die erste Stellung also auch die von der ersten Stellung verschiedene zweite Stellung einnehmen kann, und zwar im Normalbetrieb - d.h. durch Ansteuerung mit Ansteuersignalen bzw. durch Bestromung der Spule 2 und Rückstellkraft des Federelements 7 - und ohne dass das Stellglied 3 durch eine externe Kraft - beispielsweise manuell - in eine oder beide Stellungen versetzt oder fixiert wird.
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Exemplarisch liegt der Wert SP des Parameters P des Stellungserfassungssignals zwischen den beiden Schaltpunkten P3 und P4. Der Wert SP liegt also zwischen dem ersten Schaltpunkt P4, bei dem das Stellglied 3 aus der zweiten Stellung in die erste Stellung versetzt wird, und dem zweiten Schaltpunkt P3, bei dem das Stellglied 3 aus der ersten Stellung in die zweite Stellung versetzt wird. In dem Bereich zwischen den Schaltpunkten P3 und P4 sind, wie z.B. aus der 3 hervorgeht, zweckmäßigerweise beide Stellungen des Stellglieds 3 (durch bloße Ansteuerung des Aktors 1 - also ohne manuelle Fixierung des Stellglieds) möglich. Der Bereich zwischen P3 und P4 kann auch als Hysteresebereich HB bezeichnet werden.
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Da in diesem Bereich zwischen den Schaltpunkten P3 und P4 die Werte der elektrischen Größe E für beide Stellungen auf einfache Weise erhalten werden können - z.B. durch die in der 3 gezeigten Parameter-Sweeps PS1 und PS2 - ist es in diesem Bereich besonders einfach, einen Stellungserfassungs-Schwellenwert SSW zu definieren, mit dem bei der Stellungserfassung die detektierte elektrische Größe verglichen werden kann, um die aktuelle Stellung des Stellglieds 3 zu erfassen. Beispielsweise kann als Stellungserfassungs-Schwellenwert SSW ein Wert zwischen der elektrischen Größe E bei dem ersten Parameter-Sweep PS1 und der elektrischen Größe E bei dem zweiten Parameter-Sweep PS2 bestimmt werden.
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Aufgrund der einfachen Gewinnung des Stellungserfassungs-Schwellenwerts SSW ist es besonders vorteilhaft, für das Stellungserfassungssignal einen Wert für den Parameter P zu wählen, der zwischen den Schaltpunkten P3 und P4 liegt, beispielsweise den Parameterwert SP.
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Die 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Stellungserfassung des Stellglieds 3. Zweckmäßigerweise ist die vorstehend erläuterte Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, dieses Verfahren auszuführen. Bei dem Verfahren handelt es sich um ein Beispiel der Stellungserfassungsprozedur. Das Verfahren beginnt mit dem Schritt S5, bei dem der Aktor 1 mit einem Ansteuersignal angesteuert wird, um das Stellglied 3 in eine vorgegebene Stellung zu versetzen, beispielsweise die erste Stellung oder die zweite Stellung. Das Verfahren fährt fort mit dem Schritt S6, bei dem das Ansteuersignal zu dem Stellungserfassungssignal geändert wird, bei dem das Stellglied 3 in der vorgegebenen Stellung bleibt. Bei dem nachfolgenden Schritt S7, wird, während der Aktor 1 mit dem Stellungserfassungssignal angesteuert wird, die elektrische Größe E detektiert. Schließlich wird der Schritt S8 durchgeführt, bei dem die Stellung des Stellglieds basierend auf der detektierten elektrischen Größe E erfasst wird. Beispielsweise wird die elektrische Größe E mit dem Stellungserfassung-Schwellenwert SSW verglichen und basierend auf dem Vergleich ein Stellungssignal bereitgestellt, das die erfasste Stellung anzeigt. Die Schritte S6, S7 und S8 können zusammen auch als Stellungserfassungsprozedur bezeichnet werden.
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Die Aktoreinrichtung 10 ist vorzugsweise ausgebildet, das Ansteuersignal nur temporär auf das Stellungserfassungssignal zu ändern. Zweckmäßigerweise ist die Aktoreinrichtung ausgebildet, nach der Detektion der elektrischen Größe das Stellungserfassungssignal wieder auf das Ansteuersignal, auf ein Haltestromsignal oder auf ein anderes Signal, beispielsweise ein anderes Ansteuersignal, zu setzen.
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Im Folgenden soll näher auf die Kalibrierung der Stellungserfassungsprozedur eingegangen werden:
- Die Aktoreinrichtung 10 ist vorzugsweise ausgebildet, eine Kalibrierungsprozedur zur Kalibrierung der
- Stellungserfassungsprozedur durchzuführen, um einen Betriebsparameter zu bestimmen, der für die
- Stellungserfassungsprozedur benötigt wird. Bei dem zu bestimmenden Betriebsparameter handelt es sich insbesondere um den Parameter P des Stellungserfassungssignals und/oder um den Stellungserfassungs-Schwellenwert SSW.
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Vorzugsweise ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, die Kalibrierungsprozedur automatisch - also insbesondere ohne Benutzereingriff - durchzuführen. Ferner ist die Aktoreinrichtung 10 zweckmäßigerweise ausgebildet, die Kalibrierungsprozedur in einem Zustand zu ermitteln, in dem das Stellglied 3 frei beweglich ist - also insbesondere nicht blockiert ist. Die Aktoreinrichtung 10 ist insbesondere ausgebildet, die Kalibrierungsprozedur in einem normalen Funktionszustand und/oder einem normalen Betriebszustand durchzuführen.
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Die Aktoreinrichtung 10 ist insbesondere ausgebildet, bei der Kalibrierungsprozedur einen Wert des Parameters P des Ansteuersignals zu variieren. Exemplarisch ist das Ansteuersignal ein PWM-Signal und der Parameter P ist das Tastverhältnis des PWM-Signals. Alternativ dazu kann der Parameter P auch die Amplitude, die Frequenz und/oder der Durschnittswert des Ansteuersignals sein.
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Zweckmäßigerweise ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, den Wert des Parameters P so zu variieren, dass beide Schaltpunkte P3 und P4 erreicht werden, so dass das Stellglied bei der Variation des Parameters P wenigstens einmal in die erste Stellung und wenigstens einmal in die zweite Stellung versetzt wird. Exemplarisch wird der Wert des Parameters P von seinem Minimalwert - z.B. P2 - zu seinem Maximalwert - z.B. P1 - und zurück zu seinem Minimalwert varriert. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Wert des Parameters P auch von seinem Maximalwert zu seinem Minimalwert und zurück zu seinem Maximalwert variiert werden.
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Die Aktoreinrichtung 10 ist ferner ausgebildet, bei der Variierung des Parameters P die elektrische Größe E - beispielsweise die Amplitude des (als Wechselsignal vorliegenden) Spulenstroms - aufzuzeichnen. Die elektrische Größe E wird insbesondere als Funktion des Parameters P aufgezeichnet.
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Die Aktoreinrichtung 10 ist ferner ausgebildet, auf Basis der aufgezeichneten elektrischen Größe E den Stellungserfassungs-Parameterwert SP zu erfassen. Der Stellungserfassungs-Parameterwert SP ist ein Wert des Parameters P, bei dem das Stellglied 3 bei dem Variieren des Werts des Parameters P zwei verschiedene Stellungen - insbesondere die erste Stellung und die zweite Stellung - eingenommen hat. Exemplarisch kann für den Stellungserfassungs-Parameterwert SP jeder Wert des Parameters P zwischen den Schaltpunkten P3 und P4 bestimmt werden, da in diesem Bereich beide Stellungen des Stellglieds 3 (durch bloße Ansteuerung des Aktors 1) möglich sind.
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Die Aktoreinrichtung 10 ist ferner ausgebildet, basierend auf dem Stellungserfassungs-Parameterwert SP das Stellungserfassungssignal und/oder den Stellungserfassungs-Schwellenwert SSW zu bestimmen.
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Beispielsweise kann die Aktoreinrichtung 10 als das Stellungserfassungssignal ein Signal - beispielsweise ein PWM-Signal - mit dem Stellungserfassungsparameterwert SP als Wert für den Parameter P - beispielsweise als Wert für das Tastverhältnis - bestimmen.
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Ferner kann die Aktoreinrichtung 10 den Stellungserfassungs-Schwellenwert SSW unter Berücksichtigung einer elektrischen Größe E bestimmen, die bei dem Stellungserfassungsparameterwert SP (oder einem anderen Parameterwert zwischen P3 und P4) erfasst wurde. Zweckmäßigerweise wird bei der Bestimmung des Stellungserfassungs-Schwellenwerts SSW jeweils ein in der ersten Stellung des Stellglieds detektierter erster Wert der elektrischen Größe E und ein in der zweiten Stellung des Stellglieds detektierter zweiter Wert der elektrischen Größe E berücksichtigt. Beispielsweise kann als der Stellungserfassungs-Schwellenwert der Mittelwert aus dem vorgenannten ersten Wert und dem zweiten Wert genommen werden. Zweckmäßigerweise werden der erste Wert und der zweite Wert der elektrischen Größe E jeweils bei einem Ansteuersignal mit dem gleichen Wert für den Parameter P detektiert.
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Die im Rahmen der Kalibrierungsprozedur durchgeführte Variation des Parameters P kann insbesondere durch einen ersten Parametersweep PS1 und einen zweiten Parametersweep PS2 erfolgen. Zweckmäßigerweise ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, bei den Parameter-Sweeps PS1, PS2 den Wert des Parameters P schrittweise zu erhöhen oder zu verringern, insbesondere um ein bestimmtes Inkrement oder Dekrement. Die Aktoreinrichtung 10 ist insbesondere ausgebildet, im Rahmen der Kalibrierungsprozedur den Wert des Parameter P sukzessive zu verändern und dabei den Wert des Parameters jeweils wenigstens solange konstant zu halten, bis die Aktoreinrichtung 10 einen stationären Zustand einnimmt, beispielsweise insbesondere solange, bis das Stellglied 3 einen stationären Zustand einnimmt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Aktoreinrichtung 10 bei jedem Wert des Parameters P eine vorbestimmte Zeitdauer wartet, bevor sie den Wert ändert.
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Die Aktoreinrichtung 10 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, bei dem ersten Parameter Sweep PS1 den Wert des Parameters P in einer ersten Sweep-Richtung - exemplarisch von P2 zu P1 zu variieren, so dass das Stellglied 3 von der zweiten Stellung in die erste Stellung versetzt wird. Die Aktoreinrichtung 10 ist zweckmäßigerweise ferner ausgebildet, bei dem zweiten Parameter-Sweep PS2 den Wert des Parameters P2 in einer der ersten Sweep-Richtung entgegengesetzten zweiten Sweep-Richtung - exemplarisch von P1 zu P2 zu variieren, so dass das Stellglied von der ersten Stellung in die zweite Stellung versetzt wird.
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Die Aktoreinrichtung 10 ist insbesondere ausgebildet, bei der Kalibrierungsprozedur einen Wert des Parameters P zu bestimmen, bei dem sich das Stellglied 3 beim ersten Parameter-Sweep PS1 in der zweiten Stellung befindet und bei dem sich das Stellglied 3 bei dem zweiten Parameter-Sweep PS2 in der ersten Stellung befindet. Zweckmäßigerweise bestimmt die Aktoreinrichtung 10 diesen Wert des Parameters P als den Stellungserfassungs-Parameterwert SP.
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Die Bestimmung des Stellungserfassungs-Parameterwerts SP kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Exemplarisch ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, den Stellungserfassungs-Parameterwert SP auf Basis eines Unterschieds, insbesondere einer Differenz, zwischen einer bei dem ersten Parameter-Sweep PS1 erfassten elektrischen Größe und einer bei dem zweiten Parameter-Sweep PS2 erfassten elektrischen Größe E zu bestimmen. Beispielsweise wird die Differenz gebildet aus den bei dem ersten Parameter-Sweep PS1 aufgezeichneten Werten der elektrischen Größe E und den bei dem zweiten Parameter-Sweep PS2 aufgezeichneten Werten der elektrischen Größe E. Als Stellungserfassungs-Parameterwert SP kann dann beispielsweise ein Wert des Parameters P gewählt werden, bei dem die Differenz der Werte der elektrischen Größe am größten und/oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Wie in der 3 zu sehen, ist in dem Hysteresebereich HB zwischen den beiden Schaltpunkten P3 und P4 die Differenz zwischen den Werten des ersten Parameter-Sweeps PS1 und den Werten des zweiten Parameter-Sweeps PS2 am größten, so dass durch die vorstehend erläuterte Herangehensweise ein im Hysteresebereich HB liegender Stellungserfassungs-Parameterwert SP gefunden werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Aktoreinrichtung 10 auch ausgebildet sein, den Stellungserfassungs-Parameterwert SP auf Basis des Kurvenverlaufs der aufgezeichneten elektrischen Größe zu bestimmen. Beispielsweise kann die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet sein, einen oder beide Kurvensprünge bei den Schaltpunkten P3, P4 zu detektieren und auf Basis eines oder beider detektierter Kurvensprünge den Stellungserfassungs-Parameterwert zu bestimmen.
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Ferner kann die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet sein, eine Mehrzahl an zwischen den beiden Schaltpunkten P3, P4 liegenden Stellungserfassungs-Parameterwerten zu bestimmen und aus dieser Mehrzahl einen bestimmten Stellungserfassungs-Parameterwert auszuwählen. Diese Auswahl kann vorzugsweise auf Basis eines oder mehrerer Kriterien erfolgen, beispielsweise auf Basis des Abstands des Parameterwerts zu einem oder beiden Schaltpunkten P3, P4 und/oder auf Basis des Betrags der Differenz zwischen den Parameter-Sweeps PS1, PS2.
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Zweckmäßigerweise wird der Aktor 1 bei der Kalibrierungsprozedur zunächst auf Betriebstemperatur gebracht. Zweckmäßigerweise wird die Kalibrierungsprozedur bei verschiedenen Temperaturen wiederholt und jedes Mal ein oder mehrere Betriebsparameter für die Stellungserfassungsprozedur, insbesondere Stellungserfassungs-Parameterwerte und/oder Stellungserfassungs-Schwellenwerte, gewonnen. In einem nachfolgenden Schritt können dann aus der Mehrzahl an gewonnen Betriebsparametern diejenigen ausgewählt werden, die für einen bestimmten Temperaturbereich am besten geeignet sind, beispielsweise diejenigen Betriebsparameter, die innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs eines oder mehrere der vorstehend erwähnten Kriterien erfüllen.
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Die vorstehend erläuterte Aktoreinrichtung 10 kann auch als Kalibrierungsvorrichtung bereitgestellt werden, um den für die Stellungserfassungsprozedur benötigten Betriebsparameter zu bestimmen, so dass dieser für eine andere Aktoreinrichtung zur Stellungserfassung verwendet wird.
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Insbesondere kann die Aktoreinrichtung 10 als reine Kalibrierungsvorrichtung bereitgestellt werden; d.h., dass die Aktoreinrichtung 10 insbesondere nicht dazu ausgebildet sein muss, selbst die vorstehend erläuterte Stellungserfassungsprozedur durchzuführen, sondern stattdessen primär dazu dient, die vorstehend erläuterte Kalibrierungsprozedur durchzuführen.
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Eine als Kalibrierungsvorrichtung ausgebildete Aktoreinrichtung 10 dient der Bestimmung eines für die Stellungserfassungsprozedur zu verwendenden Stellungserfassungssignals und/oder eines Stellungserfassungs-Schwellenwerts und umfasst den elektromagnetischen Aktor 1 mit der Spule 2 und einem Stellglied 3. Die Aktoreinrichtung 10 ist ausgebildet: den elektromagnetischen Aktor 1 mit einem Ansteuersignal anzusteuern, einen Wert eines Parameters P des Ansteuersignals zu variieren, eine mit der Spule 2 im Zusammenhang stehende elektrische Größe zu erfassen, basierend auf der erfassten elektrischen Größe, als einen Stellungserfassungs-Parameterwert einen Parameterwert zu bestimmen, bei dem das Stellglied 3 bei dem Variieren des Parameterwerts zwei verschiedene Stellungen eingenommen hat, und basierend auf dem Stellungserfassungs-Parameterwert, das Stellungserfassungssignal und/oder den Stellungserfassungs-Schwellenwert zu bestimmen.
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Eine solche Aktoreinrichtung 10 kann auch (zusätzlich) dazu ausgebildet sein, die vorstehend erläuterte Stellungserfassungsprozedur auszuführen.
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Zweckmäßigerweise wird ein System bereitgestellt aus einer ersten Aktoreinrichtung 10, die als Kalibrierungsvorrichtung dient und ausgebildet ist, die Kalibrierungsprozedur durchzuführen, und einer zweiten Aktoreinrichtung 10, an die ein von der ersten Aktoreinrichtung 10 bestimmter Betriebsparameter - beispielsweise der Stellungserfassungs-Parameterwert und/oder der Stellungserfassungs-Schwellenwert - übertragen wird und die diesen Betriebsparameter bei der Durchführung der Stellungserfassungsprozedur verwendet.
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Die 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung eines für eine Stellungserfassungsprozedur zu verwendenden Stellungserfassungssignals und/oder eines Stellungserfassungs-Schwellenwerts. Zweckmäßigerweise ist die vorstehend erläuterte Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, dieses Verfahren auszuführen. Bei dem Verfahren handelt es sich insbesondere um ein Beispiel einer Kalibrierungsprozedur. Bei dem Schritt S1 wird der elektromagnetische Aktor 1 mit einem Ansteuersignal angesteuert. Bei dem Schritt S2 wird ein Wert des Parameters P des Ansteuersignals variiert und die elektrische Größe E erfasst. Bei dem Schritt S4 wird, basierend auf der erfassten elektrischen Größe, als ein Stellungserfassungs-Parameterwert ein Wert des Parameters P erfasst, bei dem das Stellglied 3 bei dem Variieren des Parameterwerts zwei verschiedene Stellungen eingenommen hat. Bei dem Schritt S5 wird schließlich basierend auf dem Stellungserfassungs-Parameterwert das Stellungserfassungssignal und/oder der Stellungserfassungs-Schwellenwert SSW bestimmt.
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Im Anschluss an das Verfahren der 5 kann zweckmäßigerweise das Verfahren der 4 ausgeführt werden, um mit dem bestimmten Stellungserfassungssignal und/oder Stellungserfassungs-Schwellenwert SW die Stellungserfassung durchzuführen.
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Nachstehend sollen weitere exemplarische Aspekte erläutert werden.
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Die Aktoreinrichtung 10 ist insbesondere ausgebildet, die Stellung - z.B. den Schaltzustand - eines als Magnetventils ausgebildeten Aktors 1 ohne die Zuhilfenahme eines Sensors festzustellen. Zweckmäßigerweise ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, dafür die Induktivität der Spule 2 zu messen, die sich je nach Position des exemplarisch als Anker ausgebildeten Stellglieds 3 ändert.
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Exemplarisch ist die Aktoreinrichtung 10 ausgebildet, bei einem mit einem PWM-Signal angesteuerten Aktor 1 die Amplitude des Stromverlaufs zu erfassen und auszuwerten, welche u.a. von der Induktivität abhängt. Die Aktoreinrichtung 10 ist insbesondere ausgebildet, die Erfassung bei vorher definierten Strömen - z.B. dem Stellungserfassungssignal - durchzuführen.
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Die Aktoreinrichtung 10 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, das Stellungserfassungssignal, mit dem der Aktor 1 bei dieser Erfassung angesteuert wird, im Voraus - also vor der Stellungserfassung - festzulegen. Ferner ist die Aktoreinrichtung 10 insbesondere ausgebildet, einen oder mehrere Stellungserfassungsschwellenwerte für die Stellungserfassung im Voraus festzulegen.
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Konventionell werden die Schwellenwerte durch Messung eines Aktors mit insbesondere manuell blockiertem Stellglied bestimmt. In der Regel wird hierfür der Aktor in einem Labor im Vorfeld vermessen, um die notwendigen Betriebsparameter für die Stellungserfassung zu bestimmen und hinterlegen zu können. Der Anwender kann dann gemäß einem vorliegenden Aktor einen oder mehrere zuvor hinterlegte Betriebsparameter auswählen um für den vorliegenden Aktor eine Stellungserfassung durchzuführen. Die Genauigkeit der Stellungerfassung kann bei diesem Vorgehen reduziert sein, da es zwischen dem im Labor getesteten Aktor und dem Aktor, für den die Stellungserfassung durchgeführt werden soll, aufgrund von Produktionstoleranzen Unterschiede geben kann, die dazu führen, dass die zuvor ermittelten Betriebsparameter nicht optimal auf den vorliegenden Aktor abgestimmt sind. Ferner ist es möglich, dass für einen bestimmten Aktor überhaupt keine Betriebsparameter vorliegen, so dass (bei der konventionellen Herangehensweise) die Stellungserfassung anhand der Induktivitätsänderung nicht genutzt werden kann.
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Mittels der vorgenannten Aktoreinrichtung 10 und der vorgenannten Kalibrierungsprozedur kann insbesondere eine automatisierte Ermittlung der für die Stellungserfassung benötigten Betriebsparameter ermöglicht werden. Insbesondere kann die Bestimmung der Betriebsparameter erfolgen, ohne dass das Stellglied 3 des Aktors 1 hierfür blockiert oder fixiert werden muss. Der Aktor 1 muss also (im Vergleich zu seinem normalen Betriebszustand) in keiner Weise manipuliert werden.
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Exemplarisch wird das Pulsweitenverhältnis - also das Tastverhältnis bzw. der Duty Cycle - und damit der Strom, der durch die Spule des Aktors fließt, schrittweise erhöht und insbesondere in den gleichen Schritten wieder verringert. Dabei wird die Amplitude des Stromverlaufs aufgenommen.
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Wie z.B. in der 3 gezeigt, gibt es einen Bereich HB zwischen P3 und P4, in dem sich bei gleichem Parameter P die Amplitude bei zunehmendem Tastverhältnis von der Amplitude bei abnehmendem Tastverhältnis unterscheidet. Bei zunehmendem Parameter P ist der Magnetkreis geöffnet und es bedarf einen gewissen Strom („Anzugsstrom“ nach FN942039 Abs. 3.2), um die Federkraft zu überwinden und den Aktor 1 - beispielsweise ein Ventil - zu schalten. Bei abnehmendem Tastverhältnis ist der Magnetkreis geschlossen und der Strom muss soweit absinken, dass die Federkraft das Stellglied 3 des Aktors 1 in seine Ausgangslage bringen kann („Abfallstrom“ nach FN942039 Abs. 3.2). Da der Anzugsstrom höher ist als der Abfallstrom, entsteht ein Bereich HB, in dem sich bei gleichem Parameter P der Aktor 1 in unterschiedlichen Schaltzuständen befindet, abhängig davon ob von hohem oder niedrigem Parameter P kommend. Sowohl die Identifizierung dieses Bereichs HB als auch ein oder mehrere zur Unterscheidung der Schaltstellung benötigter Stellungserfassungs-Schwellenwerte SSW - beispielsweise Amplitudenwerte - lassen sich aus dieser Messung ablesen. Zur Erkennung der Schaltstellung wird der Aktor 1 im späteren Betrieb mit einem festgelegten Strom - dem Stellungserfassungssignal - aus diesem Bereich betrieben, ohne den Aktor 1 dadurch ungewollt zu schalten.
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Im aktuierten Zustand - also beispielsweise dann, wenn sich das Stellglied 3 in der ersten Stellung befindet - wird das Ansteuersignal auf das Stellungserfassungssignal abgesenkt. Im neutralen Zustand - also beispielweise dann, wenn sich das Stellglied 3 in der zweiten Stellung befindet - wird das Ansteuersignal - beispielsweise ein Nullsignal - zu dem Stellungserfassungssignal erhöht. In beiden Fällen findet durch das Setzen des Ansteuersignals auf das Stellungserfassungssignal keine Zustandsänderung statt. Die Auswertung der Amplitude liefert den Schaltzustand des Aktors 1.
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Durch die Aktoreinrichtung 10 und die Kalibrierungsprozedur wird des möglich, automatisiert die Betriebsparameter zu generieren, die für die Stellungserfassungsprozedur notwendig sind. Die Stellungserfassungseinheit 4, mit der die Stellungserfassungsprozedur durchgeführt wird, kann vorzugsweise ausgebildet sein, die Kalibrierungsprozedur durchzuführen. Die Kalibrierungsprozedur kann insbesondere auch durch eine im Feld verbaute Aktoreinrichtung 10 durchgeführt werden. Die Stellungserfassungsprozedur kann folglich auch für eine Aktoreinrichtung 10 verwendet werden, für die vor dem Einbau im Feld noch keine Betriebsparameter (beispielsweise durch eine Labormessung) vorlagen. Mittels der Kalibrierungsprozedur kann die Ermittlung der Betriebsparamter auch erst nach dem Einbau im Feld erfolgen und die Stellungserfassungsprozedur dann auf Basis der ermittelten Betriebsparameter durchgeführt werden.
