Title:
Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Ankerposition eines Elektromagneten
Kind Code:
B4


Abstract:

Verfahren zur Bestimmung der Position des Ankers (1) eines Elektromagneten, bei dem
- an einem Joch (2) des Elektromagneten oder am Anker (1) wenigstens eine Differenzspannung zwischen zwei Messstellen am Joch (2) oder Anker (1) oder zwischen einer Messstelle am Joch (2) oder Anker (1) und einem Bezugspotential gemessen wird, über die durch Auslenkung des Ankers (1) aus einer Nullposition hervorgerufene Potentialunterschiede im Joch (2) oder Anker (1) erfassbar sind, und
- aus der gemessenen Differenzspannung die Position des Ankers (1) relativ zu einer Bezugsposition am Elektromagneten bestimmt wird. embedded image




Inventors:
Ulm, Jürgen, Prof. Dr. Ing. (74575, Schrozberg, DE)
Gradl, Stefan (76709, Kronau, DE)
Stehlik, Pascal (73033, Göppingen, DE)
Marc, Knorr (74391, Erligheim, DE)
Bredlow, Oliver (12347, Berlin, DE)
Vogel, Oliver (74653, Künzelsau, DE)
Motzer, Bastian (74653, Künzelsau, DE)
Application Number:
DE102017200828A
Publication Date:
07/19/2018
Filing Date:
01/19/2017
Assignee:
Hochschule Heilbronn, 74081 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102013215939A1N/A2015-02-12
DE102012005685A1N/A2013-09-26
DE19505219A1N/A1996-08-22
DE2226101A1N/A1973-12-13



Other References:
AMBIA, A. [et al.]: Electrical Impedance Imaging Using Eddy Current. In: International Journal of Electrical, Computer, Energetic, Electronic and Communication Engineering, Vol. 2, Nr. 4, 2008, S. 597-600.
Attorney, Agent or Firm:
Gagel, Roland, Dipl.-Phys.Univ. Dr.rer.nat., 81241, München, DE
Claims:
Verfahren zur Bestimmung der Position des Ankers (1) eines Elektromagneten, bei dem
- an einem Joch (2) des Elektromagneten oder am Anker (1) wenigstens eine Differenzspannung zwischen zwei Messstellen am Joch (2) oder Anker (1) oder zwischen einer Messstelle am Joch (2) oder Anker (1) und einem Bezugspotential gemessen wird, über die durch Auslenkung des Ankers (1) aus einer Nullposition hervorgerufene Potentialunterschiede im Joch (2) oder Anker (1) erfassbar sind, und
- aus der gemessenen Differenzspannung die Position des Ankers (1) relativ zu einer Bezugsposition am Elektromagneten bestimmt wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Ankers (1) anhand einer Kalibrierkurve oder Kalibriertabelle bestimmt wird, die vorab für den Elektromagneten erstellt wurde.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Ankers (1) anhand einer aus dem Induktionsgesetz abgeleiteten Abhängigkeit der Höhe der Differenzspannung von der Position des Ankers (1) relativ zur Bezugsposition bestimmt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Messstellen am Joch (2) oder Anker (1), zwischen denen die Differenzspannung gemessen wird, so gewählt werden, dass sie einen möglichst großen Abstand voneinander aufweisen.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Differenzspannungen zwischen unterschiedlichen Messstellen am Joch (2) oder Anker (1) gemessen werden, um daraus die Position des Ankers (1) zu bestimmen.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Differenzspannungen zwischen jeweils zwei Messstellen gemessen werden, die auf zueinander senkrechten Achsen liegen.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Messstellen am Joch (2) oder Anker (1), zwischen denen die Differenzspannung gemessen wird, asymmetrisch am Joch (2) oder Anker (1) angeordnet werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Spulenstrom des Elektromagneten über einen Mess-Shunt gemessen und für eine Bestimmung von Positionen des Ankers (1) ausgewertet wird, die keine Potentialunterschiede im Joch (2) hervorrufen.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der wenigstens einen Differenzspannung über wenigstens einen elektrischen Abgriff am Joch (2) oder Anker (1) erfolgt.

Anordnung mit einem Elektromagneten, der wenigstens eine Spule (3), ein Joch (2) und einen relativ zum Joch beweglichen Anker (1) aufweist, wobei am Joch (2) oder am Anker (1) wenigstens ein elektrischer Abgriff zur Messung einer Differenzspannung zwischen zwei Messstellen oder zwischen einer Messstelle und einem Bezugspotential angebracht ist, über den das Joch oder der Anker an den Messstellen elektrisch kontaktiert wird, einer mit dem elektrischen Abgriff verbundenen Messeinrichtung zur Messung der Differenzspannung und einer Auswerteeinrichtung (8, 9), die auf Basis der gemessenen Differenzspannung eine Position des Ankers (1) relativ zu einer Bezugsposition am Elektromagneten bestimmt und ausgibt.

Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrische Abgriffe zur Messung mehrerer Differenzspannungen am Joch (2) oder am Anker (1) angebracht und jeweils mit einer Messeinrichtung zur Messung der jeweiligen Differenzspannung verbunden sind, wobei die Auswerteeinrichtung (8, 9) so ausgebildet ist, dass sie aus den gemessenen Differenzspannungen die Position des Ankers (1) relativ zur Bezugsposition bestimmt und ausgibt.

Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der elektrischen Abgriffe so am Joch (2) oder am Anker (1) angebracht sind, dass ihre Messstellen auf zueinander senkrechten Achsen liegen.

Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zusätzlich eine Messeinrichtung zur Messung eines Spulenstroms des Elektromagneten aufweist und die Auswerteeinrichtung (8, 9) so ausgebildet ist, dass sie den gemessenen Spulenstrom für eine Bestimmung von Positionen des Ankers (1) auswertet, die keine Potentialunterschiede im Joch (2) oder Anker (1) hervorrufen.

Description:
Technisches Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der Position des Ankers eines Elektromagneten, wie er beispielsweise als Stellglied zur Betätigung mechanischer oder elektrischer Komponenten eingesetzt wird.

Bei vielen Anwendungen von Elektromagneten ist eine Überwachung der Ankerposition wünschenswert, um beispielsweise jeweils den momentanen Zustand eines Mechanismus, der durch den Elektromagneten betätigt wird, erfassen zu können. Konkrete Beispiele sind die Überwachung der Öffnungs- oder Verschlussposition von Brandschutztüren, die mittels Elektromagneten betätigt werden, oder die Betätigung von Ventilen.

Stand der Technik

Bisherige Lösungen zur Überwachung der Ankerposition eines Elektromagneten nutzen Sensoren, Videoanalysen oder die Auswertung des Erregerstroms des Elektromagneten. Bei Verwendung von Sensoren muss deren Einsatz bzw. Position jedoch schon bei der Auslegung des Magnetkreises des Elektromagneten berücksichtigt werden. Eine Auswertung der Ankerposition durch Videoanalyse ist aufwändig und teuer.

Aus der DE 195 05 219 A1 ist ein Gerät zur Erfassung der Position des Ankers einer elektromagnetischen Stelleinrichtung bekannt, das ohne Anbringen von Lagesensoren auskommt. Bei dem Gerät werden die Spulenspannung und der Spulenstrom des Elektromagneten erfasst, um daraus die momentane Position des Ankers eines Hubmagneten abzuleiten.

Die DE 10 2012 005 685 A1 beschreibt ein Verfahren zur sensorlosen Positionsbestimmung des Ankers eines Elektromagneten, bei dem die Ankerposition aus einer Phasenverschiebung zwischen einer Wechselspannungskomponente und der Wechselstromkomponente des Stroms durch die Spule des Elektromagneten bestimmt wird.

Auch aus der DE 10 2013 215 939 A1 und der DE 22 26 101 A sind Verfahren zur sensorlosen Positionsbestimmung des Ankers eines Elektromagneten bekannt. Bei der erstgenannten Druckschrift wird hierfür die von der Lage des Ankers abhängige Induktivitätsänderung einer Magnetspule genutzt, die den Anker bewegt. Bei der zweitgenannten Druckschrift wird eine von der Lage des Ankers abhängige Verteilung des magnetischen Flusses über die Änderung von induzierten Spannungen in geeignet angeordneten Spulen erfasst.

Die Veröffentlichung von A. Ambia et al., „Electrical Impedance Imaging Using Eddy Current“, in: International Journal of Electrical, Computer, Energetic, Electronic and Communication Engineering, Vol. 2, Nr. 4, 2008, S. 597-600 beschreibt die Technik der elektrischen Impedanztomographie, um die räumliche Verteilung elektrischer Leitfähigkeit innerhalb einer Probe zu bestimmen. Hierbei wird ausgenutzt, dass das Magnetfeld einer Spule eine Wirbelstromverteilung in der Probe verursacht, die von der Leitfähigkeitsverteilung in der Probe und der Feldverteilung des magnetischen Feldes abhängt. Die bei unterschiedlichen Abständen des Magnetkerns von der Probe verursachten Spannungsunterschiede in der Probe werden zwischen zwei Stellen an der Probe gemessen und aus den unterschiedlichen Messungen dann ein Bild der Leitfähigkeitsverteilung innerhalb der Probe erzeugt. Diese Veröffentlichung befasst sich somit mit einem vollkommen anderen technischen Gebiet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Bestimmung der Position des Ankers eines Elektromagneten anzugeben, die sich kostengünstig realisieren lassen und auch ohne weiteres nachträglich an bestehenden Magnetsystemen eingesetzt werden können.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Anordnung gemäß den Patentansprüchen 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Anordnung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Bestimmung der Position des Ankers eines Elektromagneten wird an dem Joch oder dem Anker des Elektromagneten wenigstens eine Differenzspannung zwischen zwei Messstellen am Joch oder Anker oder zwischen einer Messstelle am Joch oder Anker und einem Bezugspotential gemessen und aus der gemessenen Differenzspannung die Position des Ankers relativ zu einer Bezugsposition am Elektromagneten bestimmt. Die Messung erfolgt während des Betriebs des Elektromagneten, also während eines Stromflusses durch die Spule des Elektromagneten. Sie kann kontinuierlich oder wiederholt oder auch nur dann erfolgen, wenn die Position des Ankers erfasst werden soll. Die Bestimmung der (von einer Nullposition abweichenden) Ankerposition über die Messung der Differenzspannung(en) setzt dabei voraus, dass die jeweils zu bestimmende Ankerposition eine inhomogene Verteilung der im Joch induzierten Wirbelströme verursacht. Dies ist bei vielen Ausführungen von Elektromagneten bzw. bei vielen Ankerpositionen der Fall. Die Lage der Messstellen am Joch oder Anker wird dabei so gewählt, dass durch die jeweilige Position des Ankers bei Auslenkung aus der Nullposition hervorgerufene Potentialunterschiede oder -änderungen im Joch oder Anker über die gemessene Differenzspannung erfasst werden können. Unter der Nullposition ist hierbei eine Ankerposition zu verstehen, bei der eine homogene Wirbelstromverteilung und damit keine Potentialunterschiede im Joch oder Anker vorliegen, insbesondere die Ruheposition des Ankers am Joch.

Das Verfahren nutzt somit die durch eine inhomogene Wirbelstromverteilung bei einer Auslenkung des Ankers erzeugten Potentialunterschiede im Joch oder Anker, um aus diesen Potentialunterschieden die momentane Position des Ankers relativ zu einer Bezugsposition zu bestimmen. Als Bezugsposition kann insbesondere die Ruheposition des Ankers am Joch dienen, in der der magnetische Kreis geschlossen ist. In Abhängigkeit vom Aufbau des Elektromagneten und der Anordnung der Messstellen kann die Ankerposition dabei in bis zu drei Achsen bestimmt werden.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Anordnung werden die beim Betrieb des Elektromagneten auftretenden Wirbelströme im Joch oder Anker genutzt, um daraus die Position, insbesondere Ort und/oder Orientierung, des Ankers zu bestimmen. Wird ein Magnetsystem mit einem zeitlich veränderlichen Strom beaufschlagt, wirft dieser einen zeitlichen veränderlichen Fluss hervor. Dies hat eine induzierte elektrische Spannung uind zur Folge: uind=Eds=ddt.embedded image

Hierdurch entstehen Wirbelströme iwirb im elektrisch leitfähigen Material des Jochs, welche wieder ein induziertes magnetisches Feld Hind zur Folge haben: iwirb=1Relddt=Hinddl.embedded image

Bei einer homogenen Verteilung der Wirbelströme herrscht dabei im gesamten elektrisch leitfähigen Material das gleiche Potential. Ist die Verteilung der Wirbelströme inhomogen, so entstehen Potentialunterschiede. Diese Potentialunterschiede können als Differenzspannungen am Joch oder am Anker gemessen werden. Hierfür werden beim vorgeschlagenen Verfahren und der zugehörigen Anordnung elektrische Abgriffe am durchfluteten und elektrisch leitfähigen Material des Magnetsystems, also am Joch oder am Anker des Elektromagneten, angebracht. Durch Festlegung eines Koordinatensystems und Auswertung der gemessenen Differenzspannungen können Rückschlüsse auf die relative Lage des Ankers zum Joch getroffen werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens werden die eine oder mehreren gemessenen Differenzspannungen mit Werten einer Kalibrierkurve oder Kalibriertabelle verglichen, die vorab für diesen Elektromagneten erstellt wurde. Diese Kalibrierkurve oder Kalibriertabelle gibt für jeden Wert einer an den entsprechenden Messstellen gemessenen Differenzspannung die jeweilige Position des Ankers an. Auf diese Weise lässt sich die Ankerposition über die Messung der einen oder mehreren Differenzspannungen exakt bestimmen.

In einer weiteren Ausgestaltung wird die Ankerposition anhand einer aus dem Induktionsgesetz abgeleiteten Abhängigkeit der Höhe der Differenzspannung vom Abstand des Ankers zur Bezugsposition bestimmt. Diese Bestimmung beruht auf einer Abschätzung oder einer Simulation und ist damit nicht so exakt wie die vorangegangene Ausgestaltung mit der Kalibrierkurve oder Kalibriertabelle. Für viele Anwendungen ist die Bestimmung der ungefähren Position des Ankers jedoch ausreichend, um beispielsweise die offene oder geschlossene Position eines Stellglieds zu ermitteln.

Vorzugsweise werden mehrere Differenzspannungen zwischen unterschiedlichen Messstellen am Joch oder am Anker gemessen, um daraus die Position des Ankers zu bestimmen. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Position des Ankers in mehr als einer Dimension bzw. Achse bestimmt werden soll. Vorzugsweise werden dann wenigstens zwei Differenzspannungen zwischen jeweils zwei Messstellen gemessen, die auf zueinander senkrechten Achsen liegen. Die Messstellen auf jeder Achse sind hierbei wie auch bei Messung von nur einer Differenzspannung jeweils vorzugsweise möglichst weit voneinander entfernt, um eine hohe Sensitivität zu erreichen. Die Lage der gewählten Messstellen hängt von der Art des Elektromagneten, das heißt von der geometrischen Form des Jochs und der Bewegungsmöglichkeiten des Ankers ab. Die Messstellen sollten außerdem gut zugänglich sein.

Bei Elektromagneten, bei denen der Anker auch Positionen entlang einer Achse einnehmen kann, die keine inhomogene Verteilung der Wirbelströme im Joch oder Anker auslösen, kann eine derartige Achsenposition bei Bedarf durch Erfassung und Auswertung des Spulenstroms ermittelt werden, wie dies aus dem bereits genannten Stand der Technik bekannt ist. Andere Positionen werden über die Messung der Differenzspannungen bestimmt.

Die vorgeschlagene Anordnung umfasst einen Elektromagneten, der wenigstens eine Spule, ein Joch und einen relativ zum Joch beweglichen Anker aufweist. Am Joch oder am Anker des Elektromagneten ist wenigstens ein elektrischer Abgriff zwischen zwei Messstellen angebracht, über den eine Differenzspannung zwischen den zwei Messstellen erfasst werden kann.

Alternativ kann der Abgriff auch nur zwischen einer Messstelle und einem Bezugspotential ausgebildet sein. Die Anordnung weist weiterhin eine mit dem elektrischen Abgriff verbundene Messeinrichtung zur Messung der Differenzspannung und eine Auswerteeinrichtung auf, die auf Basis der gemessenen Differenzspannung eine Position des Ankers relativ zu einer Bezugsposition am Elektromagneten bestimmt und ausgibt.

Die Anordnung ist dabei in einen oder mehreren Ausgestaltungen so ausgeführt, dass damit die unterschiedlichen Ausführungsformen des vorangehend erläuterten Verfahrens ausgeführt werden können.

Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Anordnung lassen sich in allen technischen Bereichen einsetzen, in denen die Position des Ankers eines Elektromagneten überwacht oder bestimmt werden soll. Das Verfahren und die Anordnung ermöglichen die Positionserkennung des Ankers in bis zu drei Achsen. Das Messsystem der Anordnung kann nachträglich an bereits vorhandene Elektromagneten angebracht werden, ohne diese im Aufbau verändern zu müssen. Das Joch oder der Anker des jeweiligen Elektromagneten muss hierzu nur an wenigstens einer Messstelle elektrisch kontaktiert werden. Dies kann beispielsweise durch Anklemmen, Anlöten oder Schrauben entsprechender elektrischer Kontakte an das Joch oder den Anker erfolgen.

Figurenliste

Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Anordnung werden im Folgenden anhand von zwei Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:

  • 1 ein Beispiel für die vorgeschlagene Anordnung mit einem rotationssymmetrischen Elektromagneten in der Ruheposition des Ankers;
  • 2 die Anordnung gemäß 1 mit einem ausgelenkten Zustand des Ankers;
  • 3 ein weiteres Beispiel für die vorgeschlagene Anordnung mit einem Elektromagneten mit Tauchanker im Querschnitt;
  • 4 die Anordnung der 3 in einer Ansicht von unten; und
  • 5 ein Beispiel für die Mess- und Auswerteeinrichtung der vorgeschlagenen Anordnung.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörige Anordnung werden beispielhaft anhand eines rotationssymmetrischen Elektromagneten in Verbindung mit den 1 und 2 nochmals erläutert. 1 zeigt hierbei in der oberen Teilabbildung eine Draufsicht auf den Elektromagneten 1, in der der aufliegende Anker 1 zu erkennen ist. Das unter dem Anker liegende Joch 2 sowie die Spule 3 sind in dieser Teilabbildung ebenfalls angedeutet. In der unteren Teilabbildung der 1 ist dieser Elektromagnet auch nochmals im Querschnitt dargestellt, wobei auch die Richtung des durch die stromdurchflossene Spule 3 erzeugten Magnetfeldes Hind mit den umlaufenden Pfeilen angedeutet ist. Der Anker 1 befindet sich bei der 1 im Ruhezustand, in dem der Magnetkreis durch den Anker geschlossen ist. Es liegt damit keine Verschiebung des Ankers 1 relativ zum Joch 2 vor, der Anker 1 befindet sich in Nullstellung oder Nullposition. In diesem Zustand wird von einer homogenen Verteilung der Wirbelströme im Joch 2 ausgegangen.

In diesem Beispiel werden zwei Differenzspannungen uy und ux an jeweils zwei Messstellen am Joch 2 gemessen. Die Achsen der jeweils zwei Messstellen liegen in diesem Beispiel senkrecht zueinander, einmal parallel zur x-Achse und einmal parallel zur y-Achse, wie dies aus der 1 erkennbar ist. Die Auswerteeinrichtung ist in dieser und den nachfolgenden 2 bis 4 nicht dargestellt.

Sowohl die Differenzspannung ux als auch die Differenzspannung uy sind im Fall der homogenen Verteilung der Wirbelströme im Joch gleich Null, da kein Potentialunterschied vorliegt. Wird der Anker 1 nun aus der Nullstellung um Δx und/oder Δy verschoben, wie dies in der 2 dargestellt ist, so hat dies eine inhomogene Verteilung der Wirbelströme und somit einen Potentialunterschied im Joch 2 zur Folge. Die Differenzspannungen ux oder uy sind nun ungleich Null.

Durch eine Auswertung der Amplituden dieser Differenzspannungen kann dann die genaue Position des Ankers 1 relativ zum Joch 2 in x- und y-Richtung bestimmt werden.

Eine Verschiebung in z-Richtung kann bei diesem Elektromagneten über die Messung der Differenzspannungen nur dann detektiert werden, wenn gleichzeitig eine Verschiebung in x-Richtung, in y-Richtung oder in x- und y-Richtung vorliegt. Eine solche Verschiebung in z-Richtung wirkt sich dabei gleichermaßen auf die Amplitude von ux und uy aus.

Erfolgt allerdings eine Verschiebung alleine in z-Richtung, so kann dies nicht über die Differenzspannungen ux und uy erfasst werden. Bei alleiniger Verschiebung in z-Richtung bleibt die Verteilung der Wirbelströme homogen. Um auch eine Verschiebung des Ankers alleine in z-Richtung feststellen zu können, bestehen mehrere Möglichkeiten. Eine Möglichkeit besteht darin, zusätzlich eine Auswertung des Spulenstromes über einen Mess-Shunt vorzunehmen, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Eine weitere Möglichkeit besteht in einer asymmetrischen elektrischen Kontaktierung am Umfang des Jochs, die dann die Detektion des Ankers in z-Richtung ermöglicht. Auch durch eine geschickte elektrische Kontaktierung des Ankers besteht die Möglichkeit der Detektion der Ankerposition in z-Richtung.

Die Messung und Auswertung für beide Varianten, das heißt alleine auf Basis der Differenzspannungen oder in Kombination mit der Erfassung des Spulenstroms, kann mit Einrichtungen erfolgen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. 5 zeigt hierzu eine beispielhafte Mess- und Auswerteschaltung. Die Energieversorgung 4 erzeugt einen zeitlich veränderlichen Strom bzw. eine zeitlich veränderliche Spannung, welche in die Spule des Elektromagneten 5 eingespeist wird. Die Differenzspannungen ux, uy und uz werden von Differenzverstärkern 6 in die Signale u’x, u’y und u’z umgewandelt. Hierbei werden die Differenzspannungen ux und uy zwischen den elektrischen Abgriffen am Joch des Elektromagneten 5 gemessen, die Differenzspannung uz resultiert aus der Messung des Spulenstroms über einen Messshunt (Rmess). Die Signale u’x, u’y und u’z werden anschließend von Analog-Digital-Wandlern 7 aufbereitet und an einen Mikroprozessor 8 weitergeleitet. Der Mikroprozessor 8 wertet die Signale aus und gibt das Ergebnis an ein I/O-Interface 9 zur Ausgabe der ermittelten Ankerposition weiter.

3 zeigt beispielhaft eine weitere Ausgestaltung der vorgeschlagenen Anordnung mit einem Elektromagneten, der einen Tauchanker aufweist. Im linken Teil der 3 ist hierbei wiederum das Joch 2 mit der Spule 3 zu erkennen, in dem der Tauchanker 1 angeordnet ist. Die Detektion der Ankerposition in z-Richtung erfolgt dabei über die Messung der Differenzspannung uz an den beiden im linken Teil der Figur angedeuteten Messstellen. Eine Ankerverkippung wird über eine Messung von ux und uy zwischen den im rechten Teil der 3 angedeuteten Messstellen gemessen. In dieser Teilabbildung ist dabei jeweils nur eine der beiden Messstellenpaare zu erkennen, da das zweite Messstellenpaar in der Ebene senkrecht zur Zeichnungsebene liegt. Dies ist in der 4 zu erkennen, die diese Anordnung nochmals in einer Ansicht von unten darstellt. Durch eine asymmetrische Anordnung der Messstellen für die Messung von ux oder uy, bspw. indem die beiden Messstellen für die Messung der Differenzspannung im rechten Teil der 3 axial nicht auf der gleichen Höhe liegen, kann über die Messung der Differenzspannung auch die Position des Ankers in z-Richtung bestimmt werden.

Bezugszeichenliste

1
Joch
2
Anker
3
Spule
4
Energieversorgung
5
Elektromagnet
6
Differenzverstärker
7
Analog-Digital-Wandler
8
Mikroprozessor
9
I/O-Interface