DE3713562C2 - Verfahren zur Positionsbestimmung von Stellelementen mit induktiven Weggebern - Google Patents
Verfahren zur Positionsbestimmung von Stellelementen mit induktiven WeggebernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung pneumatisch betätigter
Stellelemente, beispielsweise das der DE-A1-31 27 470, mittels eines induktiven
Weggebers mit einer Auswertevorrichtung, bei dem
- a) das Stellelement bei seiner Inbetriebnahme in eine Endposition (h₀) gebracht und der von der Auswertevorrichtung dabei ermittelte elektrische Nullpunkts- Meßwert (U₀) des Weggebers von der Auswertevorrichtung gespeichert wird und
- b) beim nachfolgenden Betreiben des Stellelementes zur Positionsbestimmung des Weggebers die Differenz zwischen dem elektrischen Ist-Meßwert (UA) und dem elektrischen Nullpunkts-Meßwert (U₀) des Weggebers ermittelt und einer bestimmten Position (h) des Stellelementes zugeordnet wird.
Bei derartigen Verfahren bzw. Stellelement besteht der induktive Weggeber aus einer
oder mehreren elektrischen Spulen, in denen ein Anker axial verschiebbar ist und die
von einem magnetischen Rückschlußelement umgeben sind. Diese Weggeber dienen
der Positionsbestimmung eines Stellgliedes, z. B. eines Unterdruckumsetzers (DE-A1
31 27 470) oder zur Hubmessung an einem pneumatisch betätigten Abgasrückführ
ventil einer Brennkraftmaschine. Hierzu wird die axiale Öffnungsposition (h) des
Ventilkörpers auf elektrischem Wege als analoges Ausgangssignal (UA) am Ausgang
einer Auswertevorrichtung bereitgestellt.
Das Verstellen des Ventilkörpers geschieht durch Anlegen eines Differenzdruckes an
dem pneumatischen Stellelement. Hierdurch wird eine Membran des Stellelementes
gegen eine Federkraft axial verstellt. Die Membrane verstellt dabei den Ventilkörper
und verschiebt in ihrer Bewegungsrichtung eine auf den Anker des Weggebers
wirkende Schub- und/oder Zugstange.
Durch die axiale Positionsveränderung des Ankers relativ zu der oder den Spulen des
Weggebers, ändert sich das Ausgangssignal (UA) der Auswertevorrichtung. Jedem
Ausgangssignal ist eine bestimmte Position, insbesondere Öffnungsposition des
betätigten Elementes, z. B. des Abgasrückführventiles, zugeordnet.
Durch Bauteiltoleranzen kann es auch in einer Endposition (h₀) der betätigten Vor
richtung, wie des Abgasrückführventils, vorkommen, daß die Relativpositionen
zwischen dem Anker und der oder den Spule/n für jedes Exemplar anders ausfüllt,
wodurch sich verschiedene Nullpunkts-Meßwerte (U₀) ergeben. Entsprechend sind die
lst-Meßwerte (UA) bei gleicher Öffnungsposition (h) der betätigten Vorrichtung
unterschiedlich.
Dieser Mangel wird bei bekannten Weggebern und Stellelementen, beispielsweise bei
dem in der DE-C2-29 45 895 beschriebenen Stellungsgeber für hydraulische oder
pneumatische Arbeitszylinder dadurch beseitigt, daß bei Inbetriebnahme des Stell
gliedes dieses zunächst in eine Endposition (h₀) der zu betätigenden Vorrichtung
gefahren und der elektrische Nullpunkts-Meßwert (U₀) für das spezielle Exemplar als
Anfangswert der Meßkurve ermittelt wird. Dieser Nullpunkts-Meßwert wird von
einem Steuergerät der Auswertevorrichtung oder dgl. gespeichert.
Im Betrieb wird der gespeicherte Nullpunkts-Meßwert (U₀) mit dem jeweiligen Ist-
Meßwert (UA) verglichen. Die Differenz zwischen beiden ist dann das Maß für die
aktuelle Position (h) der betätigten Vorrichtung bzw. der Wegstrecke zwischen der
Position (h) und der Endposition (h₀).
Eine exakte Zuordnung zwischen dem Ist-Meßwert (UA) und der Position (h) des
Stellelementes bzw. der davon betätigten Vorrichtung erfordert weiterhin, daß die
Meßkurven aller Exemplare, also aller Stellelemente, insbesondere aller Weggeber,
gleiche Steigungen aufweisen. Zur Lösung dieses Problems war es bisher erforder
lich, die Weggeber derart präzise zu bauen, daß die Steigungstoleranzen der Meßkur
ven möglichst eng waren. Dies konnte durch relativ lange Spulen, präzise Abmessun
gen von Kern und Spule sowie eng spezifizierte magnetische Eigenschaften des
Ankermaterials erreicht werden. Entsprechend hoch
war der Fertigungsaufwand. Insbesondere ist die Herstellung la
gengewickelter Spulen mit dünnen Wickeldrähten schwierig.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches
die Verwendung relativ einfach gebauter Stellelemente und ins
besondere einfach gebauter Weggeber, welche von Hause aus eine
entsprechend große Exemplarstreuung aufweisen, zu ermöglichen;
gleichwohl soll die damit erzielte Meßgenauigkeit ähnlich gut
wie bei den bekannten aufwendigen Stellelementen und induktiven
Weggebern sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs ge
nannten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
- c) bei der Inbetriebnahme des Stellelementes zunächst das Stellelement oder der Weggeber oder beide justiert wird/werden, indem
- c₁) das Stellelement in eine vorbestimmte, von der Endposition (h₀) verschiedene Justierpositionen (HM) gebracht wird und
- c₂) der Weggeber derart hinsichtlich seines Meßweges justiert wird, daß der dabei erhaltene Justier-Meßwert (UAM) eine vorbestimmte Größe einnimmt und
- d) beim nachfolgenden Betreiben des Stellelementes die Zuord nung des Ist-Meßwertes (UA) zu einer bestimmten Position (h) des Stellelementes dadurch erfolgt daß die Differenz zwischen dem elektrischen Ist-Meßwert (UA) und dem elektrischen Nullpunkts-Meßwert (U₀) dividiert wird durch die Differenz zwischen dem Justier-Meßwert (UAM) und dem Nullpunkts-Meßwert (U₀) . Dabei stellt dieser Quotient ein Maß für die Position (h) des Stellelementes dar; er kann mit einem frei wählbaren Maßstabsfaktor multipliziert werden, bevorzugt mit der Wegdifferenz zwischen der Endpo sition (h₀) und der Justierposition (HM) die ggf. noch mit einer Konstanten multipliziert wird.
Durch die Erfindung ist es u. a. möglich, relativ kostengünstige
und relativ wenig präzise Bauteile zu verwenden, bei denen ins
besondere die Steilheit der Meßkurve sich in relativ weiten To
leranzen bewegen kann.
Zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes, die
insbesondere ein einfaches Justieren gewährleisten, sind in
weiteren Ansprüchen enthalten.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung; in dieser
zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines Abgas
rückführventiles im Axialschnitt
Fig. 2a ein Spannungs-Weg-Diagramm für verschiedene Exemplare
der Vorrichtung gemäß Fig. 1, für verschiedene Null
punkts-Meßwerte vor dem Justiervorgang;
Fig. 2b ein Spannungs-Weg-Diagramm für verschiedene Exemplare
der Vorrichtung gemäß Fig. 1, für verschiedene Meß
kurvensteilheiten vor dem Justiervorgang;
Fig. 2c ein Spannungs-Weg Diagramm für verschiedene Exemplare
der Vorrichtung gemäß Fig. 1, für verschiedene Null
punkts-Meßwerte und verschiedene Meßkurvensteilheiten
nach dem Justiervorgang sowie
Fig. 3 ein Spannungs-Weg-Diagramm zur Erläuterung einer be
vorzugten Justiermethode.
In Fig. 1 ist im oberen Drittel ein induktiver Weggeber 20 dar
gestellt, der aus einem Anker 3, Spulen 2 und 4, einem Rück
schluß 16, einer Druckfeder 1 sowie aus einer nadelförmigen
Schubstange 6 zur Verschiebung des Ankers 3 besteht.
Dieser Weggeber dient zur Wegmessung bzw. Positionsbestimmung
eines pneumatisch betätigten Stellelementes 30, mit welchem der
Ventilkörper 11 eines Abgasrückführventiles 40 einer in der
Zeichnung nicht dargestellten Brennkraftmaschine verstellt
wird.
Die jeweilige axiale Öffnungsposition (Position) h des Ventil
körpers 11 wird durch den Weggeber 20 erfaßt und als analoges
Ausgangssignal UA (Ist-Meßwert) am Ausgang der Auswerteschal
tung bereitgestellt.
Das Öffnen des Abgasrückführventiles 40 geschieht durch Anlegen
eines Unterdruckes an einem Druckstutzen 5 des Stellelementes
30. Der Unterdruck wirkt auf eine Membrane 10 des Stellelemen
tes 30, welche gegen eine Druckfeder 7 arbeitet und den Ventil
körper 11 des Abgasrückführventiles 40 (nach oben) in Öffnungs
richtung bewegt. Zu diesem Zweck ist ein Gehäuse 13 des Stell
elementes 30 mit dem Gehäuse des Abgasrückführventiles 40 starr
verbunden. Ebenso ist eine Schubstange 17 einerseits mit dem
Ventilkörper 11 und andererseits mit der Membrane 10 druck- und
zugfest verbunden.
Eine nadelförmige Schub- und/oder Zugstange 6 ist axial beweg
lich zwischen dem Anker 3 des Weggebers 20 und der Membran 10
des Stellelementes 30 derart angeordnet, daß der von der Druck
feder 1 belastete Anker 3 jeder Positionsverstellung der Mem
bran 10 des Stellelementes 30 unmittelbar folgt. Die Schub
und/oder Zugstange 6 liegt unter der Wirkung der Druckfeder 1
permanent an einer Anlagefläche 8 der Membran 10 an. Das Stell
element 30 und der Weggeber 20 sind ebenfalls starr miteinander
verbunden.
Eine axiale Bewegung des Ventilkörpers 11 bewirkt eine relative
Bewegung des Ankers 3 zu den feststehenden Spulen 2 und 4.
Durch diese Relativverschiebung erhält man am Ausgang einer
dem Weggeber 20 nachgeschalteten Auswerteschaltung 14 ein von
der Öffnungsposition h des Ventilkörpers 11 abhängiges Signal
(Ist-Meßwert) UA.
Typische Meßkurven verschiedener Exemplare des gleichen Vor
richtungstyps sind in Fig. 2a bis 2c dargestellt. Jede Meßkurve
(Kennlinie) gehört zu einem speziellen Exemplar der Vorrich
tung.
Durch Bauteiltoleranzen kann es bei geschlossenem Abgasrück
führventil (Hub h = 0 entsprechend h₀) vorkommen, daß die
axiale Relativposition zwischen dem Anker 3 und den Spulen 2
und 4 bei verschiedenen Exemplaren unterschiedlich ausfällt.
Dies ist in Fig. 2a durch parallel versetzte Kurvenzüge darge
stellt. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, daß vor Inbe
triebnahme des Stellelementes 30 der Nullpunkts-Meßwert U₀ je
des Exemplares der Vorrichtung ermittelt wird. Hierzu wird zu
nächst das Stellelement 30 über den Druckstutzen 5 aufgrund ei
nes entsprechenden Befehles eines Steuergerätes 15 (im einzel
nen nicht dargestellt) beidseitig der Membrane 10 mit Umge
bungsdruck beaufschlagt. Hierdurch schließt die Druckfeder 7
das Abgasrückführventil 40, indem der Ventilkörper 11 auf sei
nen Ventilsitz 12 gepreßt wird. Der sich infolgedessen am Aus
gang der Auswerteschaltung 14 einstellende Nullpunkts-Meßwert
U₀ wird im Steuergerät 15 automatisch gespeichert und im nach
folgenden Betrieb unter Differenzenbildung mit dem jeweiligen
Ist-Meßwert UA verglichen. Diese Vorgehensweise ist an sich
bekannt.
Fig. 2b zeigt, wie bei drei verschiedenen Exemplaren desselben
Vorrichtungstyps Kennlinien verschiedener Steilheit für ein und
dieselbe Öffnungsposition h verschiedene Ausgangssignale UA1
bis UA3 liefern und daher unterschiedliche Öffnungspositionen
vortäuschen, wenn die Kennliniensteilheit der betreffenden Weg
geber 20 relativ weite Toleranzen aufweist. Dieses Problem wird
durch den nachfolgend beschriebenen Justiervorgang beseitigt:
Bei Inbetriebnahme des Stellelementes 30 wird dieses zunächst
starr fixiert, z. B. am Einrollrand 9 für die Membrane 10 befe
stigt. Nun wird der Ventilkörper 11 in eine definierte Justier
position HM = definierter Hub, z. B. durch Anheben von unten
her, verschoben. Bevorzugt befindet sich die Justierposition HM
in der Mitte zwischen der maximalen Öffnungsstellung H max. und
der Schließstellung h₀ (Endposition); hierdurch wird die rela
tiv größte Meßgenauigkeit gewährleistet.
Nachfolgend wird die Relativposition zwischen dem Anker 3 und
den Spulen 2 und 4 so justiert, daß ein vorbestimmter
Justier-Meßwert UAM am Ausgang des Weggebers 20 erhalten wird.
Dieser Justier-Meßwert ist bevorzugt gleich dem elektrischen
Mittenwert des Weggebers, der in der Mitte zwischen dem maxima
len und minimalen Ausgangssignal des Weggebers 20 liegt und
sich bevorzugt im Wendepunkt der Kennlinie befindet. Diese Wahl
des Justier-Meßwertes wird bei symmetrischem Aufbau des Wegge
bers 20 bevorzugt; dabei reicht der Anker 3 in beide Spulen 2
und 4 gleichweit hinein.
Besonders einfach ist der Justiervorgang, wenn das Gehäuse 13
des Stellelementes in seinem Deckelbereich E durch Drücken oder
Ziehen axial verformt wird, während das Stellelement 30 an sei
nem Einrollrand 9 festgelegt ist. Auf diese Weise werden die
axialen Längentoleranzen der Einzelteile ausgeglichen und der
Justier-Meßwert UAM auf die mechanisch definierte Öffnungsposi
tion h = HM (Justierposition) justiert.
In Fig. 3 ist dargestellt, wie in vorteilhafter Weise der Jus
stier-Meßwert UAM als elektrischer Mittelwert des Weggebers für
alle Exemplare desselben Vorrichtungstyps für die Justierung be
stimmt wird. Durch Vertauschen der elektrischen Kontakte des
Weggebers, also der Kontakte A und C nimmt die Weggeber-Kennli
nie einen spiegelbildlichen Verlauf - in Fig. 3 gestrichelt
dargestellt und mit UA′ bezeichnet -. Der Schnittpunkt der
spiegelbildlichen mit der üblichen Kennlinie liegt in der elek
trischen Mitte des Weggebers, welche im Falle einer Refe
renzspannung URef für das Mittensignal (Justier-Meßwert UAM)
gleich 0,5 URef ist. Die Justierung, d. h. im Falle der Fig. 1
die dauerhafte Verformung des Gehäuses 13 des Stellelementes
30, wird solange bei konstant geöffnetem Abgasrückführventil 40
(Ventilkörper 11 in der fixierten Position HM) vorgenommen bis
sich das Ausgangssignal der Auswerteschaltung 14 beim Ver
tauschen der Kontakte A und C nicht mehr ändert; dann ist der
Justier-Meßwert UAM erreicht, der für alle Exemplare dieses
Vorrichtungstyps identisch ist. Hierzu sind externe bzw. abso
lut genau anzeigende Spannungsmesser nicht erforderlich. Auf
diese Weise schneiden sich die Kennlinien aller Exemplare eines
Vorrichtungstyps in demselben Punkt UAM, HM.
Durch die Erfindung wird es also möglich die Erfassung eines
einzigen Meßwertes, nämlich des Nullpunkts-Meßwertes U₀, sowohl
den Nullpunkt als auch die Steilheit der Kennlinie jedes ein
zelnen Weggebers zu erfassen. Im Vergleich zu den bekannten
Verfahren wird also kein weiterer Speicherplatz und auch keine
weitere absolute Meßwerterfassung bei Inbetriebnahme der Vor
richtung erforderlich.
In vorteilhafter Weise wird im Steuergerät 15 mit einer Start
routine der Nullpunkts-Meßwert U₀₁, als Anfangswert des ent
sprechenden Weggeberexemplares nach dessen erfolgter Justierung
ermittelt und gespeichert. Zusätzlich kann die Differenz zwi
schen dem Justier-Meßwert UAM und dem Nullpunkts-Meßwert U₀₁
als Exemplarkonstante gespeichert werden. Zur Positionsbestim
mung wird von dem Steuergerät 15 aus den elektrischen Ist-Meß
werten UA der Hub h wie folgt berechnet:
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise werden mit einfach
sten Mitteln und Arbeitsmethoden äußerst genaue Meßergebnisse
erzielt, obwohl die einzelnen Bauteile eine vergleichsweise
große Exemplarstreuung aufweisen.
Anstelle der im Ausführungsbeispiel erläuterten Vorrichtung,
bestehend aus einem linearen Weggeber 20, einem pneumatischen
Stellelement 30 und Abgasrückführventil 40 können auch andere
Weggeber oder Ventile, bzw. statt Ventilen auch andere durch
ein Stellelement zu stellende Bauteile in erfindungsgemäßer
Weise justiert und betrieben werden; es können auch in anderer
Weise als pneumatisch betätigte Stellelemente verwendet werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird auch die Exemplar
streuung des Verstärkungsfaktors der Auswerteschaltung mit kom
pensiert. Im übrigen sind die Auswerteschaltung und der
induktive Weggeber einzeln austauschbar, ohne daß durch die Ex
emplarstreuungen dieser Teile die Genauigkeit des Meßergebnis
ses leidet.
Claims (5)
1. Verfahren zur Positionsbestimmung pneumatisch betätigter
Stellelemente mittels eines induktiven Weggebers mit einer
Auswertevorrichtung bei dem
- a) das Stellelement bei seiner Inbetriebnahme in eine End position (h₀) gebracht und der von der Auswertevorrich tung dabei ermittelte elektrische Nullpunkts-Meßwert (U₀) des Weggebers von der Auswertevorrichtung gespeichert wird und
- b) beim nachfolgenden Betreiben des Stellelementes zur Posi
tionsbestimmung des Weggebers die Differenz zwischen dem
elektrischen Ist-Meßwert (UA) und dem elektrischen Null
punkts-Meßwert (U₀) des Weggebers ermittelt und einer be
stimmten Position (h) des Stellelementes zugeordnet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß - c) bei der Inbetriebnahme des Stellelementes zunächst das Stellelement oder der Weggeber oder beide justiert wird/werden, indem
- c₁) das Stellelement in eine vorbestimmte, von der Endposi tion (h₀) verschiedene Justier-Position (HM) gebracht wird und
- c₂) der Weggeber derart hinsichtlich seines Meßweges justiert wird, daß der dabei erhaltene Justier-Meßwert (UAM) eine vorbestimmte Größe einnimmt und
- d) beim nachfolgenden Betreiben des Stellelementes die Zu ordnung des Ist-Meßwertes (UA) zu einer bestimmten Position (h) des Stellelementes dadurch erfolgt, daß die Differenz zwischen dem elektrischen Ist-Meßwert (UA) und dem elektrischen Nullpunkts-Meßwert (U₀) dividiert wird durch die Differenz zwischen dem Justier-Meßwert (UAM) und dem Nullpunkts-Meßwert (U₀).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Justier-Meßwert (UAM) gleich dem elektrischen Mitten-Wert
des Weggebers ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
elektrische Mitten-Wert (UAM) durch Vertauschen der elektri
schen Kontakte des Weggebers ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich die Justier-Position (HM) in der Mitte
zwischen Endpositionen des Stellelementes befindet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Gehäusedeckel des Stellelementes so weit
verformt wird, bis der Justier-Meßwert (UAM) erreicht ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873713562 DE3713562C2 (de) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | Verfahren zur Positionsbestimmung von Stellelementen mit induktiven Weggebern |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19873713562 DE3713562C2 (de) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | Verfahren zur Positionsbestimmung von Stellelementen mit induktiven Weggebern |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3713562A1 DE3713562A1 (de) | 1988-11-03 |
DE3713562C2 true DE3713562C2 (de) | 1995-10-19 |
Family
ID=6326112
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19873713562 Expired - Lifetime DE3713562C2 (de) | 1987-04-23 | 1987-04-23 | Verfahren zur Positionsbestimmung von Stellelementen mit induktiven Weggebern |
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