EP2511918B1

EP2511918B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Lage eines Gegenstandes an einem Elektromagneten

Info

Publication number: EP2511918B1
Application number: EP12154928.1A
Authority: EP
Inventors: Ralf Raupold
Original assignee: SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG
Current assignee: SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2032-02-10
Also published as: DE102011102060A1; EP2511918A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Lage eines Gegenstandes in Bezug auf die Magnetspule eines Elektromagneten, wobei der Elektromagnet eine von elektrischem Strom durchfließbare Magnetspule aufweist und das von der stromdurchflossenen Magnetspule erzeugte Magnetfeld auf den Gegenstand wirkt.
Des Weiteren umfasst die Erfindung eine Vorrichtung für die Bestimmung der Lage eines Gegenstandes in Bezug auf die Magnetspule eines Elektromagneten, wobei der Elektromagnet eine von elektrischem Strom durchfließbare Magnetspule aufweist und das von der stromdurchflossenen Magnetspule erzeugte Magnetfeld auf den Gegenstand wirkt.
Im Stand der Technik ist die Verwendung von Elektromagneten hinlänglich bekannt. Es gibt hierzu eine Vielzahl von Anwendungsfällen, die auf einem Grundprinzip aufbaut. Das Grundprinzip wird dabei dadurch beschrieben, dass ein Elektromagnet eine von elektrischem Strom durchfließbare Magnetspule aufweist und das durch den Stromfluss erzeugte Magnetfeld der Magnetspule auf einen für verschiedenste Zwecke dienenden Gegenstand wirkt.
So ist es zum Beispiel bei einem Hubmagneten, als Ausführungsbeispiel des Elektromagneten, bekannt, dass ein beweglich gelagerter Anker vorgesehen ist, der in einem Ankerraum angeordnet beziehungsweise geführt ist und der Ankerraum zum Beispiel zumindest teilweise von der Magnetspule umgeben ist und das von der Magnetspule erzeugte Magnetfeld auf den Anker wirkt.
Bei einem anderen Anwendungsbeispiel des Elektromagneten wird ein Haftmagnet dadurch realisiert, dass die bestromte Magnetspule zum Beispiel einen magnetisierbaren Gegenstand festhält. Alternativ dient das Magnetfeld der Magnetspule dazu, dass von einem Permanentmagneten des Haltemagneten erzeugte Magnetfeld, welches für das Halten des Gegenstandes verantwortlich ist, zumindest teilweise zu kompensieren und somit "auszuschalten".
Es leitet sich hieraus ab, dass bei einem Elektromagneten die Magnetspule grundsätzlich die Aufgabe hat, zum Beispiel für Bewegungs-, Halte- oder Positionierzwecke (diese Aufzählung ist nicht abschließend), auf einen Gegenstand zu wirken.
Nachfolgend wird oftmals ein Ausführungsbeispiel mit einem Anker als Gegenstand beschrieben, ohne hierauf die Erfindung beschränken zu wollen. Dieses Ausführungsbeispiel dient ausschließlich der beispielhaften Beschreibung der Erfindung und nicht als ausschließlichen Einsatzbereich der Erfindung.
Es ist im Stand der Technik bekannt, den Schaltzustand eines Elektromagneten zu überwachen, das heißt, es ist von Interesse auszuwerten, ob insbesondere der Anker des Elektromagneten eine spezielle Lage, zum Beispiel seine Endlage, erreicht hat oder nicht.
Im Stand der Technik sind daher Anordnungen beziehungsweise Verfahren zur Erfassung der Ankerlage bekannt, bei welchen zusätzliche Sensorik, zum Beispiel Hallsensoren oder Einspulen-Wegaufnehmer mit Mikrocontroller-Auswertung usw., eingesetzt wird. Diese bewährten Systeme haben allerdings den Nachteil, dass dabei an den Elektromagneten entsprechender konstruktiver Aufwand notwendig ist, um diese Sensorik zu integrieren, was zu entsprechenden Kosten führt. Des weiteren resultiert aus der zusätzlichen Sensorik auch ein zusätzlicher Platzbedarf am Elektromagneten, der oftmals schwer zur Verfügung zu stellen ist.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 10 2005 018 012 ist eine sensorlose Positionserkennung in einem elektromagnetischen Aktuator bekannt. Hierbei wird eine Messung des Spannungsverlaufes an zwei Spulen durchgeführt. Die Differenz der Spannungsverläufe ergibt eine von der Ankerposition abhängige Ausgangsspannung. Auch bei dieser Lösung aus dem Stand der Technik ist ein erhöhter konstruktiver Aufwand zu führen; es ist nämlich ein Doppelspulensystem zu realisieren.
Das Dokument DE 100 20 896 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Ankers eines Stellantriebs. Hierzu werden Strom und/oder Spannungsabfall an einer Erregerspule ermittelt, daraus wird der magnetische Fluss durch die Erregerspule ermittelt und über ein Kennfeld, welches den Zusammenhang zwischen Fluss und Position abbildet, wird schließlich die Position bestimmt.
Das Dokument DE 197 33 138 A1 zeigt ein Verfahren zur Erkennung der Ankeranlage bei einem elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Stellglieds, das aus einer ersten Stellposition gegen die Kraft einer Rückstellfeder bei Bestromung des Elektromagneten an der Polfläche des Elektromagneten zur Anlage gebracht und gehalten wird. Hierbei wird der gesteuerte bzw. getaktete Stromverlauf für die Haltephase in der für die Ankerauflage vorgesehenen Zeit erfasst und in eine stromproportionale Spannung umgewandelt. Die umgewandelte Spannung wird differenziert und als Erkennungssignal erfasst, und zwar sowohl für den Fall "Anker liegt an", wie auch für den Fall "Anker liegt nicht an".
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik derart zu verbessern, dass eine Erkennung eines Gegenstandes in Bezug auf einen Elektromagneten mit geringerem Aufwand möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der als Abstand anzugebenden Lage eines Gegenstandes in Bezug auf die Magnetspulen eines Elektromagneten wie eingangs beschrieben vor, das sich dadurch auszeichnet, dass in der Zu- oder Ableitung ein steuerbares Schaltelement angeordnet ist, durch welches die stromdurchflossene Magnetspule von der Versorgungsspannung während einer Zeitspanne abgetrennt wird, worauf die Magnetspule einen Spannungsimpuls erzeugt, dessen zeitlicher Verlauf von der Lage des Gegenstandes in Bezug auf die Magnetspule abhängig ist und dieser zeitliche Verlauf des Spannungsimpulses einer Auswerteinheit zur Bestimmung der Lage des Gegenstandes im Elektromagneten zugeleitet wird.
Die Erfindung umfaßt auch eine Verbesserung der eingangs vorgeschlagenen Vorrichtung, wobei sich die nach der Erfindung vorgeschlagene Vorrichtung dadurch auszeichnet, dass die Vorrichtung ein steuerbares Schaltelement aufweist, das in der Zu- oder Ableitung der Magnetspule angeordnet ist und die Vorrichtung eine Auswerteinheit aufweist, welche den Spannungsimpuls auswertet, der während der Zeitspanne entsteht, in welcher die stromdurchflossene Magnetspule von der Versorgungsspannung abgetrennt ist.
Der erfindungsgemäße Vorschlag ist geeignet, die Lage eines (beliebigen) Gegenstandes in Bezug auf die Magnetspule eines Elektromagneten zu bestimmen. Der Gegenstand kann dabei zum Beispiel in die Magnetspule eintauchen, wie es zum Beispiel bei dem Anwendungsfall eines Hubmagneten (mit einem Anker) vorgesehen ist oder aber der Gegenstand, auf welchen das Magnetfeld der Magnetspule wirkt, ist zum Beispiel in axialer Richtung der Magnetspule gesehen, vor, seitlich oder außerhalb der Magnetspule angeordnet, wie es zum Beispiel bei einem Haftmagnet ist.
Der Pfiff der Erfindung liegt darin, dass die Lage des Gegenstandes relativ zur Magnetspule die Induktivität der Magnetspule verändert, was sich in der Auswertung des bei Ausschalten des Spulenstromes erzeugten Spannungsimpules niederschlägt.
Wird eine stromdurchflossene Magnetspule von der Versorgungsspannung getrennt, erzeugt die Magnetspule einen Spannungsimpuls in Abhängigkeit von der Spuleninduktivität. Die Spuleninduktivität wiederum ist abhängig von der Position des Gegenstandes (beziehungsweise Ankers) relativ zur Magnetspule. Je nach Spuleninduktivität beziehungsweise Lage des Gegenstandes oder Ankers verändert sich daher der zeitliche Verlauf des Spannungsimpulses.
Der erfindungsgemäße Vorschlag benötigt im Elektromagneten selber keinerlei Änderungen, das heißt, es ist weder eine zusätzliche Sensorik in den Elektromagneten einzubauen, noch ein Doppelspulensystem zu realisieren. Selbst die Auswerteinheit kann vom Elektromagneten entfernt angeordnet werden, da der Spannungsimpuls am Schalter gegenüber Erde auftritt und der Ort, wo die Auswerteinheit angeordnet wird, daher im wesentlichen frei wählbar ist.
Ein weiterer wesentlicher Vorzug des erfindungsgemäßen Vorschlages liegt darin, dass dies mit den in dem Elektromagneten vorhandenen Bauelementen realisierbar ist. Die Magnetspule erhält durch den erfindungsgemäßen Vorschlag eine Doppelfunktion. Diese dient nicht nur dazu, ein Magnetfeld zu erzeugen, das auf den Gegenstand in geeigneter Weise wirkt, sondern durch geschickte Beschaltung wirkt diese Magnetspule (zeitweise) auch als Sensorspule und liefert ein der Bestimmung der Lage des Gegenstandes/Ankers dienendes Spannungssignal.
Es resultiert durch den erfindungsgemäßen Vorschlag eine sehr kostengünstig realisierbare Anordnung, die auch bezüglich ihrer Realisierung sehr variabel ist, das heißt, der Spannungsimpuls kann auch von dem Elektromagneten entfernt ausgewertet werden.
Der erfindungsgemäße Vorschlag zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass ein einfaches Auswerteprinzip möglich ist. Des weiteren erlaubt die Erfindung zum Beispiel eine Sensierung der angezogenen oder abgefallenen Ankerposition.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Gegenstand ein Anker vorgesehen ist und das Verfahren beziehungsweise Vorrichtung zur Bestimmung der Lage eines Ankers in einem Elektromagneten dient. Der Elektromagnet weist dabei einen, den Anker aufnehmenden, von der Magnetspule zumindest teilweise umgebenden Ankerraum auf. Das von der stromdurchflossenen Magnetspule erzeugte Magnetfeld wirkt dabei auf den Anker derart, dass der Anker zum Beispiel bewegt beziehungsweise positioniert oder in Position gehalten wird. Der Anker beeinflusst dabei die Induktivität der Magnetspule oder, anders ausgedrückt, die Induktivität ist eine Funktion der Lage des Ankers beziehungsweise Gegenstandes, auf welchen die Magnetspule wirkt.
Dieser erfindungsgemäße Vorschlag bezieht sich dabei sowohl auf das Verfahren wie die Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Zur Erhöhung der Schalt- beziehungsweise Positionsgenauigkeit ist es möglich, dass der Spulenstrom durch eine Strommessvorrichtung gemessen wird und dieser Messwert der Auswerteinheit zugeleitet wird. Geschickterweise passiert dies kurz vor dem Abtrennen der Versorgungsspannung von der Magnetspule. Alternativ wird zum Beispiel eine Konstantstromquelle eingesetzt.
Für die Ausgestaltung der Auswertungen mit der Auswerteinheit bestehen günstigerweise eine Vielzahl unterschiedlicher Konzepte, wobei die nachfolgenden Beispiele nicht abschließend sind.
Ein erster Vorschlag zur Bestimmung der Lage des Gegenstandes beziehungsweise Ankers im Elektromagneten erfolgt zum Beispiel durch einen Vergleich der Abfallcharakteristik des Spannungsimpulses mit in der Auswerteinheit hinterlegten Referenzkurven. Die Referenzkurven sind zum Beispiel durch entsprechende Versuchsaufbauten erzeugt worden, bei welchen die jeweiligen Ankerlagen beziehungsweise Lagen des Gegenstandes als feste Parameter zugeordnet sind. Durch einen Vergleich der gemessenen Spannungsimpulse mit diesen Referenzkurven ist es möglich, in einfacher Weise die Lage des Ankers beziehungsweise Gegenstandes zu ermitteln.
Gemäß der Erfindung wird die Versorgungsspannung während einer Zeitspanne, die durch einen Anfangszeitpunkt (t_A) und Endzeitpunkt (t_E) gekennzeichnet ist. Ein den Spannungsimpuls charakterisierender Wert ist das Spannungsniveau am Ende der Zeitspanne, also am Endzeitpunkt t_E, wie dies insbesondere noch weiter zu Fig. 2 ausgeführt werden wird.
In einer weiteren alternativen Variante ist vorgesehen, dass die Auswerteinheit in einem Zeitfenster, das in der Zeitspanne liegt, den Verlauf und/oder die Höhe des Spannungsimpulses misst und hieraus die Lage des Ankers beziehungsweise Gegenstandes bestimmt wird. Geschickterweise befindet sich das Zeitfenster immer am gleichen zeitlichen "Ort" innerhalb der Zeitspanne. Das Zeitfenster hat dabei auch eine bevorzugt konstante Breite, um entsprechend immer gleiche Messkonditionen zur Verfügung zu stellen. Als charakteristisches Maß für den Spannungsimpuls ist zum Beispiel der tatsächliche Spannungswert (am Anfang, am Ende oder im Zeitfenster gemittelt) ein Kriterium, oder aber der differentielle Verlauf der Spannung innerhalb des Zeitfensters beziehungsweise die Differenz der Spannung bei Beginn und Ende des Zeitfensters. Die hierdurch ermittelten, den Spannungsimpuls charakterisierenden Werte werden dann wieder mit entsprechenden Referenzen, die in der Auswerteinheit hinterlegt sind, verglichen und hieraus die Lage des Ankers beziehungsweise Gegenstandes bestimmt.
Bei einer weiteren Variante der Auswertung ist eine Schaltschwelle vorgesehen, und die Auswerteinheit bestimmt die Zeit, bis der Verlauf des Spannungsimpulses unter die Schaltschwelle fällt. Aus dieser Zeit wird auf die Lage des Ankers zurückgeschlossen. Dies erfolgt wiederum durch einen Vergleich der gemessenen Zeit mit einer entsprechenden Referenztabelle. Es ist klar, dass die Schaltschwelle ein Spannungswert ist, der in der Auswerteinheit definierbar ist.
Eine weitere Auswertmöglichkeit besteht darin, dass die Auswerteinheit die Fläche zwischen einem Referenzspannungsverlauf und dem Spannungsimpuls oder die Fläche unterhalb des Spannungsimpulses ermittelt und hieraus die Lage des Gegenstandes beziehungsweise Ankers bestimmt wird. In diesem Auswertbeispiel wird in dem t-U-Diagramm eine Integration unterhalb des jeweiligen Spannungsverlaufes, entweder dem Referenzspannungsverlauf oder dem Verlauf des Spannungsimpulses, ermittelt und entweder durch eine Differenzbildung oder durch die Bestimmungen der Fläche unterhalb des Spannungsimpulses und einem nachfolgenden Vergleich mit einem entsprechenden Referenzwert die Lage des Gegenstandes beziehungsweise Ankers bestimmt.
Neben dem Auswertungsansatz über Integration des Spannungsverlaufes ist es natürlich auch alternativ möglich, die Ableitung des Spannungsimpulses (im t-U-Diagramm) zu betrachten und den Verlauf der Ableitung, also den Verlauf der Steigung zu ermitteln und hieraus die Lage des Gegenstandes beziehungsweise Ankers zu bestimmen. Das Konzept des differentiellen Auswertens kann dabei sowohl innerhalb eines Zeitfensters wie auch zu einem speziellen Zeitpunkt durchgeführt werden.
Während der Lagebestimmung wird kurzzeitig, in der Zeitspanne, die Magnetspule von der Versorgungsspannung getrennt. Um keine hieraus resultierende Lageänderung zu generieren, ist vorgesehen, dass die Zeitspanne kleiner, insbesondere zehn Mal kleiner ist als die Zeitdauer des Schaltvorganges des Elektromagneten.
Üblicherweise wird ein Elektromagnet, bei welchem die Erfindung eingesetzt wird, periodisch betrieben. Eine Periode wird dabei dadurch beschrieben, dass sich der Gegenstand zum Startzeitpunkt der Periode beziehungsweise der Elektromagnet mit mindestens einem (auswechselbaren) Gegenstand jeweils an gleicher oder vergleichbarer Position beziehungsweise Zustand befindet und die Anordnung am Ende der Periode auch in diese Postion/diesen Zustand zurückkehrt. Dabei ist zu beachten, dass bei der Realisierung der Erfindung bei einem Haftmagneten, oftmals nacheinander unterschiedliche Gegenstände durch einen Haftmagneten zu halten sind, aber auch mit diesem ein jeweils periodisch ablaufender Prozess erfolgt. Diese Periode oder Periodenlänge des Schaltvorganges, beziehungsweise Bestromungsvorganges (wenn zum Beispiel mit dem Elektromagneten keine Schaltfunktion durchgeführt wird) ist dabei deutlich größer als die Zeitspanne, innerhalb der der Stromfluss durch die Magnetspule abgeschaltet ist. Diese Zeitspanne liegt innerhalb der Periode des Schalt- beziehungsweise Bestromungsvorganges und kann in speziellen Anwendungsfällen, gerade bei langanhaltenden Bestromungsvorgängen sehr kurz sein.
Ebenfalls innerhalb der Periode beziehungsweise Periodenlänge liegt die Zeitdauer der Bestromung der Magnetspule des Elektromagneten, bei welchem das von der Magnetspule erzeugte Magnetfeld für eine Positionierung, Bewegung oder Schaltvorgang des Gegenstandes beziehungsweise Ankers oder für eine zumindest Teilkompen-sation des Magnetfeldes eines Permanentmagneten dient. Für die Zeitdauer wirkt der Elektromagnet auf den Gegenstand, also zum Beispiel der Haftmagnet auf den von ihm zu haltenden Gegenstand oder der Hubmagnet auf den Anker. Es ist klar, dass diese Zeitdauer ein Großteil der Periodenlänge des Schalt- beziehungsweise Bestromungsvorganges einnehmen kann oder aber, zum Beispiel in stromlosen gehaltenen Positionierungsaufgaben, die Zeitdauer verhältnismäßig kurz ist und zum Beispiel nur 1% bis 50% der Periode des Schalt- beziehungsweise Bestromungsvorganges, bevorzugt circa 1% bis 30%, insbesondere bevorzugt 1% bis 10% beträgt.
Je nach dem wie die Zeitspanne zur Zeitdauer (innerhalb der Periode des Schalt- beziehungsweise Bestromungsvorganges) liegt, sind verschiedene Verfahrensweisen mit dem Vorschlag realisierbar. Wird zum Beispiel die Zeitspanne innerhalb der Zeitdauer angeordnet und verhältnismäßig kurz gewählt, so wird das Ausschalten des Haltestromes durch die Magnetspule zu keiner oder einer nicht relevanten Veränderung der Position des Gegenstandes beziehungsweise Ankers führen. Die Zeitspanne ist aber lange genug, um aus dem t-U-Verlauf genug Daten zu sammeln, um die tatsächliche Lage des Gegenstandes relativ zur Magnetspule (zum Beispiel des Ankers relativ im Elektromagneten und so weiter) zu bestimmen.
Bei dem vorgenannten Ablauf wird die Halteaufgabe der Magnetspule kurzzeitig unterbrochen, um mit der Magnetspule die Sensoraufgabe zur Lagepositionierung durchzuführen.
Der Vorschlag erlaubt es aber auch, dass zum Beispiel die Zeitspanne außerhalb der Zeitdauer liegt. In einem solchen Anwendungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Gegenstand oder zum Beispiel der Anker während der Zeitdauer am oder im Elektromagneten entsprechend positioniert wird. Diese Zeitdauer ist verhältnismäßig kurz im Verhältnis zur Periode des Schalt- beziehungsweise Bestromungsvorganges. Um in dieser Betriebsart die Lage des Gegenstandes beziehungsweise Ankers relativ zur Magnetspule zu bestimmen, wird die Magnetspule kurzzeitig mit Strom beaufschlagt, wobei der Stromimpuls so kurz ist, dass hieraus nicht eine Veränderung der Lage des Gegenstandes beziehungsweise Ankers resultiert. Sobald der Stromfluss wieder abgeschaltet ist, kann durch das Abklingen des Spannungsverlaufes, welches eine Funktion der Induktivität und somit der Lage des Gegenstandes/Ankers relativ zur Magnetspule ist, deren Lage bestimmt werden. In dem zuletzt genannten Konzept folgt die Verwendung der Magnetspule als Sensorspule, mit einem gewissen zeitlichen Abstand zur Benutzung der Magnetspule als Haltemittel.
Die Erfindung betrifft nicht nur ein Verfahren wie beschrieben, sondern bezieht sich auch auf eine vorteilhaft ausgestattete Vorrichtung. In einem bevorzugten Vorschlag der Vorrichtung ist vorgesehen, dass ausgangsseitig, nach dem Schaltelement, an einem ersten Knotenpunkt, eine Freilaufdiode angeschlossen ist, die mit einem zweiten Knotenpunkt vor der Magnetspule, in der Zuleitung der Magnetspule verbunden ist und die Freilaufdiode in Richtung von dem ersten zum zweiten Knotenpunkt leitend geschaltet ist.
Der Einsatz einer Freilaufdiode ist insbesondere im Pulsweiten-modulierten Betrieb günstig. Ein Elektromagnet benötigt für den Anzug des Ankers mehr Energie als für den Haltezustand des Ankers. Es ist daher in vielen Anwendungen oftmals ausreichend, die Leistungsaufnahme des Elektromagneten nach dem Ankeranzug, zum Beispiel durch den Einsatz einer Pulsweiten-Modulation-Ansteuerung zu reduzieren. Für einen Pulsweiten-Modulationsbetrieb wird wiederum die Freilaufdiode benötigt. Eine solche Ausgestaltung führt daher zu einer entsprechend geringeren Energieaufnahme.
Es ist daher günstig, dass in der Zuleitung zu der Magnetspule, insbesondere vor dem zweiten Knotenpunkt ein Pulsweiten-Modulations-Schaltelement vorgesehen ist.
Geschickterweise ist vorgesehen, dass die Auswerteinheit auf das Schaltelement wirkt und dieses zur Ankerlagebestimmung öffnet. Die Auswerteinheit, die zum Beispiel als Mikrocontroller ausgebildet ist, steuert somit gleichzeitig auch das Schaltelement. Natürlich ist es möglich, die Ansteuerung des Schaltelementes in einer separaten Baugruppe zu realisieren. Der Vorschlag umfasst beide Varianten.
Um die empfindlichen elektronischen Bauteile an dem Elektromagneten beziehungsweise auch die Vorrichtung für die Bestimmung der Lage eines Ankers vor hohen elektrischen Spannungen zu schützen ist es günstig, eine Schutzbeschaltung dieser Bauteile vorzusehen. Dies kann zum Beispiel durch eine Suppressor-Diode oder TVS-Diode (Transient Voltage Suppressor Diode) oder gegebenenfalls auch durch einen Varistor oder andere vergleichbare Bauteile erreicht werden. Die vorgeschlagene TVS-Diode ist zum Beispiel als diskretes, einzelnes Bauteil realisierbar oder aber zum Beispiel in dem als MOSFET realisierten Schaltelement integriert ausführbar.
Des weiteren umfasst die Erfindung auch einen Elektromagneten, der mit einer Vorrichtung, wie beschrieben, ausgestattet ist.
Der Elektromagnet ist zum Beispiel als Hubmagnet ausgebildet, wobei der Elektromagnet einen, einen Anker aufnehmenden, von mindestens einer Magnetspule mindestens teilweise umgebenden, Ankerraum umfasst und das von der stromdurchflossenen Magnetspule erzeugte Magnetfeld auf den Anker wirkt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel des Elektromagneten ist dieser nicht nur auf die Anordnung einer Magnetspule beschränkt, sondern es sind auch Elektromagneten bekannt, die eine zweite oder mehrere Magnetspulen aufweisen, die alle grundsätzlich gleichartig wirken, nämlich bei entsprechender Bestromung auf den Anker zum Beispiel für Positionierungs- oder Haltezwecke wirken. Diese für die Funktion des Elektromagneten vorgesehenen zusätzlichen Magnetspule/n können dann, während sie nicht zur Bewegung oder Fixierung des Gegenstandes/Ankers bestromt, also ausgeschaltet ist/sind, für Sensorikaufgaben genutzt werden. Der Vorteil liegt dabei darin, dass die im Moment eingesetzte Magnetspule, die eine entsprechende Haltekraft auf den Anker ausübt, im Betrieb nicht beeinflusst werden muss.
Daneben besteht aber auch das Ausführungsbeispiel, dass der Elektromagnet als Haftmagnet ausgebildet ist und dabei der Elektromagnet eine mit Strom beaufschlagbare Magnetspule aufweist. Der Haftmagnet ist dabei in verschiedenen Modi betreibbar. Es sind zum Beispiel Haftmagnete bekannt, die mindestens einen Permanentmagneten aufweisen und das von der Magnetspule erzeugte Magnetfeld der zumindest teilweisen Kompensation des Magnetfeldes des Permanentmagneten dient. Hierdurch wird, je nach Anwendungsbereich, eine möglichst vollständige Kompensation des Magnetfeldes des Permanentmagneten durch das Einschalten des Magnetfeldes der Magnetspule erreicht werden, hierauf ist die Erfindung aber nicht beschränkt. Der Vorteil des Einsatzes eines Permanentmagneten bei einem Haftmagneten liegt darin, dass ein leistungsloses Halten des Gegenstandes möglich ist.
Im anderen Anwendungsfall dient das von der bestromten Magnetspule des Haftmagneten erzeugte Magnetfeld zum Halten des Gegenstandes.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die stromdurchflossene Magnetspule ein Magnetfeld erzeugt, durch welches auf den Gegenstand beziehungsweise Anker eine Kraft wirkt, die insbesondere gegen die Kraft einer Rückstellvorrichtung, wie zum Beispiel eine Feder oder einer anderen passiv oder aktiv wirkenden Vorrichtung (zum Beispiel elastisches Bauteil, zusätzlicher elektromagnetischer Antrieb) gerichtet ist.
In diesem Zusammenhang wird insbesondere darauf hingewiesen, dass alle im Bezug auf die Vorrichtung beschriebenen Merkmale und Eigenschaften aber auch Verfahrensweisen sinngemäß auch bezüglich der Formulierung des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragbar und im Sinne der Erfindung einsetzbar und als mitoffenbart gelten. Gleiches gilt auch in umgekehrter Richtung, das bedeutet, nur im Bezug auf das Verfahren genannte, bauliche also vorrichtungsgemäße Merkmale können auch im Rahmen der Vorrichtungsansprüche berücksichtigt und beansprucht werden und zählen ebenfalls zur Erfindung und zur Offenbarung.
In der Zeichnung ist die Erfindung insbesondere in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1a, 1b: jeweils in einem Blockschaltbild verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 bis Fig. 5: verschiedene Auswertvarianten der t-U-Kennlinie nach der Erfindung.

In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist insbesondere in Fig. 1a beziehungsweise Fig. 1b schematisch gezeigt. Eine Magnetspule 2 wird über eine Zuleitung 3 und einer Ableitung 4 mit elektrischem Strom versorgt. An ihr liegt somit eine Versorgungsspannung an. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich auf der Ableitungsseite 4 ein Schaltelement S₁. In der hier gezeigten Stellung ist die zunächst stromdurchflossene Magnetspule 2 gerade von der Versorgungsspannung getrennt, der Schaltelement S₁ ist geöffnet. Die Magnetspule 2 erzeugt einen Spannungsimpuls U_i, dessen zeitlicher Verlauf abhängig ist von der Spuleninduktivität, welche ihrerseits abhängig ist von der Lage des Ankers im Ankerraum beziehungsweise Elektromagneten. Hierzu wird der Spannungsimpuls U_I in der Auswerteinheit 5 aufgenommen und ausgewertet. Der von der Auswerteinheit 5 aufgenommene Spannungsimpuls U_I erfasst die Spannung, die über das geöffnete Schaltelement S₁ gegenüber Erde, zum Beispiel, abfällt. Die verschiedenen Strategien und Algorythmen, über die eine Auswertung erfolgen kann, werden nachfolgend insbesondere mit den Fig. 2 bis 5 beschrieben werden. Dies ist die einfachste Ausgestaltung der Erfindung.
Um die Schalt- beziehungsweise Positionsgenauigkeit zu erhöhen ist es günstig, den Spulenstrom zu messen. Hierzu ist eine Strommessvorrichtung 6 vorgesehen, die über eine Strommessleitung mit einem separaten Eingang der Auswerteinheit 5 verbunden ist.
Die Ausgestaltung der Strommessvorrichtung 6 ist sehr variabel. Ein kostengünstiges und vergleichsweise genaues Verfahren stellt der Einsatz eines Shuntwiderstandes 60 dar. Die Verwendung des Shuntwiderstandes 60 ist in Fig. 1b gezeigt. Bei geschlossenem Schaltelement S₁ fällt an dem Shuntwiderstand 60 eine dem Stromfluß exakt proportionale Messspannung ab. Durch diese Ausgestaltung ist es einfach möglich, mit der Auswerteinheit 5 kurz bis vor dem Zeitpunkt des Öffnens des Schaltelementes S₁ den Spulenstrom mit der Auswerteinheit 5 zu messen. Durch den Pfeil 50 ist angedeutet, dass die Auswerteinheit 5 auf das Schaltelement S₁ wirkt und dieses öffnet oder schließt. Üblicherweise ist dabei das Schaltelement S₁ als Transistor, zum Beispiel als Mosfet oder ähnliches, ausgestaltet. Somit übernimmt die Auswerteinheit 5 auch gleichzeitig Aufgaben einer Messsteuerung, das heißt das Schaltelement S₁ wird durch die Auswerteinheit 5 betätigt. Während einer verhältnismäßig kurzen Zeitspanne wird das Schaltelement S₁ geöffnet und dann, anstelle der Messspannung in der Auswerteinheit 5, der Spannungsimpuls U_I aufgezeichnet.
Es ist klar, dass die Verwendung des Shuntwiderstandes 60 auch in dem Beispiel nach Fig. 1a möglich ist.
Zusätzlich ist in Fig. 1b auch noch eine Pulsweiten-Modulation vorgesehen. Die Anordnung ist wie folgt:

An der Ableitung 4 der Magnetspule 2 ist nach dem Schaltelement S₁ ein erster Knotenpunkt 40 vorgesehen. In der Zuleitung 3 der Magnetspule 2 befindet sich ein zweiter Knotenpunkt 30. Der erste Knotenpunkt 40 und der zweite Knotenpunkt 30 sind über eine Freilaufdiode 7 verbunden, wobei diese Freilaufdiode 7 in Richtung des ersten Knotenpunktes 40 zum zweiten Knotenpunkt 30 leitend geschaltet ist. Des weiteren befindet sich in der Zuleitung 3, noch vor dem zweiten Knotenpunkt 30, ein Pulsweiten-Modulationsschaltelement S₂. Die Funktionsweise ist wie folgt.
Ein Magnet benötigt für den Ankeranzug mehr Energie als für den Haltezustand des Ankers. Um Energie zu sparen wird daher die Leistungsaufnahme des Elektromagneten nach Ankeranzug durch den Einsatz einer Pulsweiten-Modulationsansteuerung reduziert. Für einen Pulsweiten-Modulationsbetrieb wiederum wird eine Freilaufdiode 7 benötigt.

Der Pulsweiten-Modulationsbetrieb ist wie folgt:

Hierzu ist das Schaltelement S₁ geschlossen. Das Pulsweiten-Modulationsschaltelement S₂ wird getaktet beziehungsweise mit einem einstellbaren Puls-Pausen-Verhältnis auf "Aus" oder "Ein" (= geöffnet oder geschlossen) geschaltet. Während der Ausschaltphase hält der Anker seine Position, da die Abschaltenergie genutzt wird beziehungsweise der Stromfluß über die Freilaufdiode 7 aufrecht erhalten wird.

Für die Ankerlagenerkennung wird wie folgt verfahren:

Das Pulsweiten-Modulationsschaltelement S₂ ist geschlossen. Das Schaltelement S₁ wird kurzzeitig geöffnet und der Spannungsimpuls U_I in der Auswerteinheit 5 aufgenommen und ausgewertet. Um eine Beeinflussung der Lage des Ankers möglichst auszuschalten ist die Zeitspanne, in welcher das Schaltelement S₁ geöffnet ist, kleiner beziehungsweise sehr viel kleiner (ca. zehn Mal kleiner) als die Schaltdauer an dem Pulsweiten-Modulationsschaltelement S₂.

Mit Fig. 2 wird das prinzipielle Verhalten und die prinzipielle Charakteristik beschrieben, die sich mit dem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt. Im t-U-Diagramm sind übereinander zwei Spannungsverläufe für zwei verschiedene Ankerstellungen und M₂ gezeigt.
Auf der Zeit-(t-)Achse sind zwei Zeitpunkte markiert, nämlich der Anfangszeitpunkt t_A sowie der Endzeitpunkt t_E. Der Anfangszeitpunkt t_A und der Endzeitpunkt t_E definieren die Zeitspanne [t_A; t_E]. Innerhalb der Zeitspanne [t_A; t_E] ist das Schaltelement S₁ geöffnet. Vor dem Anfangszeitpunkt t_A und nach dem Endzeitpunkt t_E ist das Schaltelement S₁ geschlossen.
In der oberen Graphik mit der Ankerstellung M₂ ist ein Referenzspannungsverlauf U_R gezeigt. Diesem Referenzspannungsverlauf U_R ist eine spezielle, exakt bekannte Lage des Ankers zugeordnet.
In der Ankerlage M₁ ist gut zu erkennen, dass der Spannungsverlauf hier ein anderer ist. Es ist hier zum Beispiel der Verlauf des Spannungsimpulses U_I gezeigt, der sich ergibt, wenn die Positionsbestimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt wird.
Um jetzt die exakte Lage des Ankers zu bestimmen bestehen verschiedene Auswertalternativen.
Zuerst ist es möglich, dass in der Auswerteinheit 5 eine Vielzahl von Referenzkurven (t-U-Kennlinien parametrisiert auf die jeweilige Ankerlage) hinterlegt sind und die Auswerteinheit, nachdem ein entsprechender Spannungsimpuls U_I aufgezeichnet ist, aus diesem Speicher und Vorrat an Referenzkurven die passende heraussucht und daraufhin die Ankerlage ausgibt.
Eine weitere charakteristische Information ist die Höhe des Spannungsendwertes U₁ beziehungsweise U₂ beim Endzeitpunkt t_E. Es ist gut zu erkennen, dass in der Ankerstellung M₁ ein höherer Spannungsendwert U₁ besteht, wie in der anderen, zweiten Ankerlage M₂. Der Algorythmus, der in der Auswerteinheit 5 durchgeführt wird, vergleicht nun den am Endzeitpunkt t_E gemessenen Spannungswert in einer Tabelle von Referenzwerten, die mit der entsprechenden Ankerlage korelliert beziehungsweise parametrisiert sind.
Als dritte Variante wird in Fig. 2 die Steigung des Spannungsverlaufes zu einem speziellen Zeitpunkt t_d betrachtet, der zum Beispiel in der Ankerlage M₁ (zum Beispiel bei einem gemessenen Spannungsimpuls U_I) als d_I beschrieben ist und sich von der Steigung des Referenzspannungsverlaufes U_R nach der Ankerlage M₂ unterscheidet. In der Auswerteinheit 5 sind entsprechende Referenzwerte der Ableitungen, zum Beispiel zu einem speziellen Messzeitpunkt t_d hinterlegt und die Auswerteinheit 5 bestimmt die Steigung der Tangente beziehungsweise des Spannungsverlaufes in dem jeweiligen Zeitpunkt. Diese "Steigungs"-Tabelle ist wiederum referenziert auf die jeweilige Ankerlage und durch einen Vergleich des Gemessenen mit dem Referenzwert ist die Lage bestimmbar.
Neben diesen auf empirischen Messdaten beruhenden Auswertemöglichkeiten ist natürlich auch auf einen funktionalen Zusammenhang abstellbar, das heißt, anstelle eines Vergleiches mit dem Referenzwert wird die Lage des Ankers entsprechend berechnet. Dies ist ein alternativer Vorschlag zur Bestimmung der Ankerlage.
Aus Fig. 3 ergeben sich zwei Details. Zunächst zeigt das hier gezeigte t-U-Diagramm zwei Varianten, nämlich der Spannungsverlauf, der mit durchgezogenem Strich gezeichnet ist, sowie den Spannungsverlauf, der gepunktet gezeigt ist. Letzerem folgt grundsätzlich ab dem Anfangszeitpunkt t_A, nach einem starken Ansteigen, einem exponentiellen Abklingen sowohl der Referenzspannung U_R wie auch des Spannungsimpulses U_I. Es ist aber gut zu erkennen, dass die hierbei erreichten Spannungswerte unter Umständen sehr hoch sein können und die Bauteile beschädigen können. Der mit durchgezogenem Strich gezeigte Kennlinienverlauf ist jener mit einer Schutzbeschaltung. Dies kann zum Beispiel durch die Verwendung einer TVS-Diode, oder auch Suppressor-Diode genannt, beziehungsweise einen Varistor erreicht werden.
Des weiteren zeigt das hier ausgeführte Beispiel innerhalb der Zeitspanne [t_A; t_E] ein kleineres Zeitfenster [t₁; t₂], innerhalb dessen ein Spannungsimpuls U_I abgetastet wird. So kann in diesem Abtastpeak der Spannungspegel des Spannungsimpulses U_I abgetastet und ausgewertet werden und hieraus dann auf die Lage des Ankers geschlossen werden. Neben der Höhe der Spannungspegels ist natürlich auch wiederum der Verlauf der Steigung oder die Spannungsdifferenz oder die zeitliche Spannungsänderung über das Zeitfenster [t₁; t_2] charakteristisch für die jeweilige Lage des Ankers.
In Fig. 4 ist eine weitere Auswertmöglichkeit gezeigt. Hier wird die Zeitdauer δ_t bestimmt, bis der Spannungsimpuls U_I später unter eine Schaltschwelle U_S fällt als die Referenzspannung U_R. Dies kann natürlich auch auf den Anfangszeitpunkt t_A bezogen werden. Durch Berechnung oder Vergleich dieser Zeit ist dann auf die Lage des Ankers im Elektromagneten zu schließen.
Neben einer differenziellen Methode, bei welcher der Spannungsimpuls U_i nach der Zeit abgeleitet wird, um so die Lage des Ankers zu bestimmen, ist es alternativ auch vorgesehen, eine integrative beziehungsweise integrale Auswertmöglichkeit einzusetzen. Dies ist zum Beispiel schematisch in Fig. 5 gezeigt. Die Fläche A beschreibt dabei die Fläche zwischen dem Spannungsimpuls U_I und der Referenzspannung U_R innerhalb der Zeitspanne [t_A; t_E]. Die Größe dieser Fläche, die durch Integralbildung über die Zeit entstanden ist, ist ein Maß für die Bestimmung der Ankerlage. Anstelle dieser Differenzmessung ist es natürlich auch möglich, die gesamte Fläche unterhalb des Spannungsimpulses U_I zu bestimmen. Aus der Fläche A wird auf die Lage des Ankers geschlossen.
Aus dem Vorgesagten ergibt sich, dass für die Ausgestaltung der Auswertung die verschiedensten Möglichkeiten oder Strategien bestehen. Dies ist ein Kennzeichen der Erfindung, die in diesem Bereich sehr variabel gestaltbar ist.
Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, daß das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist. Auch eine solche Unterkombination ist von der Offenbarung dieser Anmeldung abgedeckt.
Es ist weiter zu beachten, daß die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar. Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.
Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden, oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den oder die unabhängigen Ansprüche übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der als Abstand anzugebenden Lage eines Gegenstandes in Bezug auf eine Magnetspule (2) eines Elektromagneten, wobei der Elektromagnet die von elektrischem Strom durchfließbare Magnetspule (2) aufweist und ein von der stromdurchflossenen Magnetspule (2) erzeugtes Magnetfeld auf den Gegenstand wirkt, wobei in einer Zu- oder Ableitung (3, 4) der Magnetspule (2) ein steuerbares Schaltelement (S₁) angeordnet ist, durch welches die stromdurchflossene Magnetspule (2) von einer Versorgungsspannung während einer Zeitspanne ([t_A; t_E]) abgetrennt wird, worauf die Magnetspule (2) einen Spannungsimpuls (U_I) erzeugt, dessen zeitlicher Verlauf von der Lage des Gegenstandes in Bezug auf die Magnetspule (2) abhängig ist und dieser zeitliche Verlauf des Spannungsimpulses (U_I) einer Auswerteinheit (5) zur Bestimmung der Lage des Gegenstandes im Elektromagneten zugeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Gegenstand ein Anker vorgesehen ist und das Verfahren zur Bestimmung der Lage des Ankers in dem Elektromagneten dient, wobei der Elektromagnet einen den Anker aufnehmenden, von der Magnetspule (2) mindestens teilweise umgebenen Ankerraum umfasst und das von der stromdurchflossenen Magnetspule (2) erzeugte Magnetfeld auf den Anker wirkt, wobei in der Zu- oder Ableitung (3, 4) das steuerbare Schaltelement (S₁) angeordnet ist, durch welches die stromdurchflossene Magnetspule (2) von der Versorgungsspannung während der Zeitspanne ([t_A; t_E]) abgetrennt wird, worauf die Magnetspule (2) den Spannungsimpuls (U_I) erzeugt, dessen zeitlicher Verlauf von der Lage des Ankers abhängig ist und dieser zeitliche Verlauf des Spannungsimpulses (U_I) der Auswerteinheit (5) zur Bestimmung der Lage des Ankers im Elektromagneten zugeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Strommessvorrichtung (6), die kurz vor dem Abtrennen der Versorgungspannung von der Magnetspule (2) den Spulenstrom misst und diesen Messwert der Auswerteinheit (5) zuleitet und/oder einen Vergleich der Abfallcharakteristik des Spannungsimpulses (U_I) mit in der Auswerteinheit (5) hinterlegten, mit der Lage des Gegenstandes beziehungsweise Ankers korrespondierenden Referenzkurven (U_R) beziehungsweise Referenzwerten und Bestimmung der Lage des Gegenstandes beziehungsweise Ankers aus diesem Vergleich.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Auswerteinheit (5) am Ende der Zeitspanne ([t_A; t_E]) das Spannungsniveau des Spannungsimpulses (U_I) gemessen wird und hieraus die Lage des Gegenstandes beziehungsweise Ankers bestimmt wird und/oder die Auswerteinheit (5) in einem Zeitfenster [t₁; t₂]), das in der Zeitspanne ([t_A; t_E]) liegt, den Verlauf und/oder die Höhe des Spannungsimpulses (U_I) misst und hieraus die Lage des Gegenstandes beziehungsweise Ankers bestimmt wird und/oder eine Schaltschwelle (U_S) vorgesehen ist und die Auswerteinheit (5) die Zeit bestimmt, bis der Verlauf des Spannungsimpulses (U_I) unter die Schaltschwelle (U_S) fällt und hieraus die Lage des Gegenstandes beziehungsweise Ankers bestimmt wird und/oder die Auswerteinheit (5) die Fläche (A) zwischen einem Referenzspannungsverlauf (U_R) und dem Spannungsimpuls (U_I), oder die Fläche unterhalb des Spannungsimpulses (U_I) ermittelt und hieraus die Lage des Gegenstandes beziehungsweise Ankers bestimmt wird und/oder die Auswerteinheit (5) den Verlauf der Steigung (d_I) des Spannungsimpulses (U_I) ermittelt und hieraus die Lage des Gegenstandes beziehungsweise Ankers (5) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zeitspanne ([t_A; t_E]) kleiner, insbesondere mindestens zehnmal kleiner ist, als die Periode des Schalt- beziehungsweise Bestromungsvorganges, insbesondere wobei während einer Zeitdauer die Bestromung der Magnetspule (2) des Elektromagneten erfolgt und das von der Magnetspule (2) erzeugte Magnetfeld für eine Positionierung oder Bewegung des Gegenstandes beziehungsweise Ankers oder für eine zumindest Teilkompensation des Magnetfeldes eines Permanentmagneten dient.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zeitspanne ([t_A; t_E]) kleiner, insbesondere mindestens zehn Mal kleiner ist als die Zeitdauer des Schaltvorganges des Elektromagneten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zeitspanne ([t_A; t_E]) innerhalb der Zeitdauer liegt, oder die Zeitspanne ([t_A; t_E]) außerhalb der Zeitdauer liegt.
Vorrichtung mit einer Magnetspule (2) für die Bestimmung der als Abstand anzugebenden Lage eines Gegenstandes im Bezug auf die Magnetspule (2) für einen Elektromagneten, wobei der Elektromagnet die von elektrischem Strom durchfließbare Magnetspule (2) aufweisen kann und ein von der stromdurchfliessbaren Magnetspule (2) erzeugbares Magnetfeld auf den Gegenstand wirkbar ist und die Vorrichtung ein steuerbares Schaltelement (S₁) aufweist, das in einer Zu- oder Ableitung (3, 4) der Magnetspule (2) angeordnet ist und die Vorrichtung (1) eine Auswerteinheit (5) aufweist, welche einen Spannungsimpuls (U_I) auswertet, der während der Zeitspanne ([t_A; t_E]) entsteht, in welchem die stromdurchflossene Magnetspule (2) von einer Versorgungsspannung abgetrennt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei als Gegenstand ein Anker des Elektromagneten vorgesehen ist und die Vorrichtung für die Bestimmung der Lage des Ankers in dem Elektromagneten dient, wobei der Elektromagnet einen den Anker aufnehmenden, von der Magnetspule (2) mindestens teilweise umgebenen Ankerraum umfasst und das von der stromdurchfliessbaren Magnetspule (2) erzeugbare Magnetfeld auf den Anker wirkbar ist, und die Vorrichtung (1) das steuerbare Schaltelement (S₁) aufweist, das in der Zu- oder Ableitung (3, 4) der Magnetspule (2) angeordnet ist und die Vorrichtung (1) die Auswerteinheit (5) aufweist, welche den Spannungsimpuls (U_I) auswertet, der während der Zeitspanne ([t_A; t_E]) entsteht, in welchem die stromdurchflossene Magnetspule (2) von der Versorgungsspannung abgetrennt ist und/oder ausgangsseitig, nach dem Schaltelement (S₁), an einem ersten Knotenpunkt (40), eine Freilaufdiode (7) angeschlossen ist, die mit einem zweiten Knotenpunkt (30) vor der Magnetspule (2) in der Zuleitung (3) der Magnetspule (2) verbunden ist und die Freilaufdiode (7) in Richtung von dem ersten (40) zum zweiten Knotenpunkt (30) leitend schaltbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, mit einer Schutzbeschaltung für Bauteile der Vorrichtung, zum Beispiel eine TVS-Diode oder ein Varistor, um die Bauteile vor Überspannungen zu schützen und/oder dass die Auswerteinheit (5) auf das Schaltelement (S₁) wirkbar ist und dieses zur Ankerlagebestimmung öffnet und/oder in der Zuleitung (3) zu der Magnetspule (2) insbesondere vor dem zweiten Knotenpunkt (30) ein Pulsweiten-Modulations-Schaltelement (S₂) enthaltene ist und/oder das Schaltelement (S₁) beziehungsweise das Pulsweiten-Modulations-Schaltelement (S₂) als Feldeffekttransistor ausgebildet ist und/oder die Auswerteinheit (5) als Mikrocontroller ausgebildet ist.
Elektromagnet, insbesondere Hubmagnet oder Haltemagnet, mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10.
Elektromagnet nach Anspruch 11, wobei der Elektromagnet als Hubmagnet ausgebildet ist, wobei der Elektromagnet einen, einen Anker aufnehmenden, von mindestens der Magnetspule (2) mindestens teilweise umgebenen Ankerraum umfasst und das von der stromdurchfliessbaren Magnetspule (2) erzeugbare Magnetfeld auf den Anker wirkbar ist.
Elektromagnet nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Elektromagnet als Haftmagnet ausgebildet ist und der Elektromagnet die mit Strom beaufschlagbare Magnetspule (2) aufweist, insbesondere wobei der Haftmagnet mindestens einen Permanentmagnet aufweist und das von der Magnetspule (2) erzeugbare Magnetfeld der zumindest teilweisen Kompensation eines Magnetfeldes des Permanentmagneten dient.
Elektromagnet nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei , dass das von der bestrombaren Magnetspule (2) des Haftmagneten erzeugbare Magnetfeld zum Halten des Gegenstandes dient.
Elektromagnet nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die stromdurchfliessbare Magnetspule (2) das Magnetfeld, durch welches auf den Gegenstand/Anker eine Kraft wirken kann , die insbesondere gegen die Kraft einer Rückstellvorrichtung gerichtet werden kann.