Zur Erfassung der Bewegung wird eine elektroinduktive Senso- rik eingesetzt, die im wesentlichen aus einer feststehenden Spulenanordnung und einem stabförmigen, hierzu relativ beweg- baren, mit dem Stellglied verbundenen Sensorteil besteht, der mit einem sogenannten Wirbelstromring versehen ist. Die aus wenigstens zwei axial hintereinander angeordneten Spulen be- stehende Spulenanordnung wird mit einem hochfrequenten Wech- selstrom beaufschlagt, so daß Relativbewegungen des Kurz- schlußringes am stabförmigen Sensorteil gegenüber den Spulen infolge des im Kurzschlußring erzeugten magnetischen Gegen- feldes die elektrische Güte der Spulen verändern. Aus dieser bewegungsabhängigen Veränderung der Spulengüte ist die Bewe- gung als Signal ableitbar.

Entscheidend für die Genauigkeit dieser Sensorik ist es, daß im System vorhandene oder durch das System selbst erzeugte Störspannungen vermieden, zumindest jedoch soweit vermindert werden, daß eine störende Beeinflussung des erzeugten Signals bewirkt wird.

Bei einem elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine, bei der der Anker zwischen den einander zugekehrten, mit Abstand zu- einander angeordneten Polflächen eines Öffner-und eines Schließmagnetes gegen die Kraft von Rückstellfedern hin und her bewegt wird, kommt der Anker in seiner jeweiligen Eng- stellung an der Polfläche zur Anlage. Die Anordnung ist hier- bei so getroffen, daß dem Anker auf der Seite seines Schließ- magneten ein mit der Öffnerfeder zusammenwirkender gesonder- ter Federbolzen zugeordnet ist, der sich lose, aber kraft- schlüssig auf dem Anker abstützt.

Bei der Einleitung der Öffnungsbewegung findet aufgrund des vorhandenen Ventilspiels zwischen dem in Schließrichtung be- findlichen Gaswechselventil und dem am Schließmagneten anlie- genden Anker eine mechanische Anregung des stabförmigen Sen- sorteils, auch Meßstelze genannt, statt, die mit dem Feder- bolzen fest verbunden ist. Diese mechanische Stoßbeanspru- chung verursacht hochfrequente Körperschallwellen innerhalb des Materials des Federbolzens und der damit verbundenen Meß- stelze, die zwischen den Enden reflektiert werden und demzu- folge hin-und herlaufen und Längsschwingungen verursachen.

Diese Längsschwingungen werden der Bewegung der Meßstelze mit ihrem Kurzschlußring überlagert, so daß auch eine entspre- chende Überlagerung in der Veränderung der Spulengüte statt- findet, die zu einer hochfrequenten Störspannung führt, die durch die überlicherweise verwendete Auswerteeinrichtung in Form einer Trägerfrequenzmeßbrücke nicht unterdrückt werden kann, da die Arbeitsfrequenzen der Frequenzmeßbrücke einer- seits und die Frequenzen der Störspannung nah beieinander liegen. Ein verwertbares Signal kann nicht erzielt werden.

Eine Führung der Speisespannung mit einer Erhöhung der Lei- stungsaufnahme um den Faktor 100 würde in bezug auf den Si- gnalrauschabstand lediglich einen Gewinn von 20dB ergeben.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Sensoran- ordnung zu schaffen, die zu einer deutlichen Verminderung der Störspannung führt.

Für eine Sensoranordnung zur Erfassung der Bewegung eines An- kers an einem elektromagnetischen Aktuator zur Betätigung ei- nes Stellgliedes, insbesondere zur Betätigung eines Gaswech- selventils an einer Kolbenbrennkraftmaschine, mit einem aus einem weichmagnetischen Material bestehenden axial bewegten stabförmigen Sensorteil, das mit einem Ring aus elektrisch- leitendem Material mit geringem ohmschen Widerstand (Kurz- schlußring) versehen ist und das mit dem Stellelement verbun- den ist, sowie mit einer feststehenden, den stabförmigen Sen- sorteil zumindest über eine Teillänge umfassende Spulenanord- nung, die wenigstens zwei hintereinander angeordnete Spulen aufweist, und die mit einer Spannungsversorgung und einer Si- gnalerfassung in Form einer Trägerfrequenzbrücke in Verbin- dung steht, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der stabför- mige Sensorteil Mittel zur Verminderung von Störspannungen aufweist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Verminderung von Störspannungen Mittel zur Dämpfung von im stabförmigen Sensorteil sich ausbreitenden Körperschallwellen vorgesehen sind. Schon durch eine Dämpfung der Körperschall- wellen wird eine deutliche Reduzierung von Störspannungen er- reicht.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen, daß als Mittel zur Dämpfung von Körperschallwel- len das freie Ende des stabförmigen Sensorteils wenigstens eine zur Längsachse des stabförmigen Sensorteils geneigt ver- laufende Endfläche aufweist. Durch eine derartige geneigt verlaufende Enfläche wird die Reflektion der sich im stabför- migen Sensorteil aufgrund von Stoßbeanspruchungen entstehen- den Körperschallwellen deutlich vermindert. Die Länge der ge- neigten Endfläche entspricht zweckmäßig etwa dem Sechsfachen

des Durchmessers des Sensorteils. Der sich hieraus ergebende spitze Winkel gegenüber der Längsachse des Sensorteils unter- drückt eine Reflektion der Körperschallwellen in Richtung auf das andere Ende des Sensorteils. Zweckmäßig ist ein konisch auslaufendes Endstück am Sensorteil.

In einer Abwandlung der Erfindung ist vorgesehen, daß als Mittel zur Dämpfung von Körperschallwellen eine axiale Aus- nehmung am stabförmigen Sensorteil vorgesehen ist. Diese Aus- nehmung kann zylindrisch, d. h. als einfache Längsbohrung ausgeführt sein, so daß der stabförmige Sensorteil zumindest im spulennahen Bereich rohrförmig ausgebildet ist. Besonders zweckmäßig ist es, wenn die axiale Ausnehmung konisch zulau- fend ausgebildet ist. Auch hier kann die Länge der Ausnehmung insbesondere die Länge der konischen Ausnehmung zweckmäßig etwa das Sechsfache des Durchmessers des Stabteils betragen.

Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht in einer deutli- chen Längenreduzierung.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ausnehmung mit einem magnetisch durchlässigen Materi- al ausgefüllt ist, das einen anderen, vorzugsweise niedrige- ren E-Modul aufweist als das Material des stabförmigen Sen- sorteils. Hierdurch wird die Schwingwilligkeit des stabförmi- gen Sensorteils deutlich reduziert, so daß die bei einer Stoßbeanspruchung verursachten Körperschallwellen sich inner- halb des stabförmigen Sensorteils nur noch eingeschränkt aus- breiten können.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der aus einem weichmagnetischen Material bestehende stab- förmige Sensorteil als Mittel zur Unterdrückung von Störspan- nungen gehärtet ist. Grundsätzlich soll der stabförmige Sensorteil aufgrund der gewünschten magnetischen Eigenschaf- ten aus einem weichmagnetischen Material, insbesondere einem Eisenwerkstoff bestehen. Ein derartiges Material weist einen in bezug auf den Störabstand großen magnetorestriktiven Effekt auf. Durch ein Härten des verwendeten Materials wird

auf. Durch ein Härten des verwendeten Materials wird der ma- gnetorestriktive Effekt stark reduziert, so daß keine signi- fikanten Störungen mehr auftreten können. Die übrigen magne- tischen Eigenschaften werden nur geringfügig beeinflußt, ins- besondere dadurch, daß durch Härten die Wirbelstromverluste kleiner und die Ummagnetisierungsverluste größer werden. Da- durch ist die Gesamtwirkung ziemlich neutral. Eine Auswirkung auf die relative magnetische Permeabilität besteht nicht bzw. ist innerhalb der Toleranz des Ausgangsmaterials. Die Sensi- bilität eines gehärteten stabförmigen Sensorteils wird somit nicht negativ beeinflußt, aber die Dämpfungswirkung deutlich verbessert.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen an Aus- führungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 einen elektromagnetischen Aktuator zur Betäti- gung eines Gaswechselventils, Fig. 2 einen stabförmigen Sensorteil mit Spulenanord- nung, Fig. 3 eine Ausführungsform des stabförmigen Sensor- teils mit konischer Spitze, Fig. 4 einen stabförmigen Sensorteil mit konischer Ausnehmung, Fig. 5 einen stabförmigen Sensorteil mit einer ge- füllten Ausnehmung, Fig. 6 eine Schaltungsanordnung.

Der in Fig. 1 dargestellte elektromagnetische Aktuator wird im wesentlichen gebildet durch zwei Elektromagneten 1 und 2, die von zwei Gehäuseteilen 3.1 und 3.2 umschlossen sind, die ihrerseits über ein als Distanzteil ausgebildetes Gehäuseteil

3.3 im Abstand zueinander angeordnet und mit ihren Polflächen 4 gegeneinander ausgerichtet sind. In dem vom Distanzteil 3.3 umschlossenen Bewegungsraum zwischen den beiden Polflächen 4 ist ein Anker 5 angeordnet, der über einen Führungsbolzen 6.1 in einer Führung 7 hin-und herbewegbar geführt ist.

Der Anker 5 steht über einen Federbolzen 6.2, der sich auf dem Führungsbolzen 6.1 im Bereich des Ankers 5 auf diesem ab- stützt, mit einer Rückstellfeder 8 in Verbindung. Das andere untere freie Ende 9 des Führungsbolzens 6.1 stützt sich hier- bei auf einem Stellglied, beispielsweise dem freien Ende des Schaftes 11 eines Gaswechselventils ab, das in dem hier nur angedeuteten Zylinderkopf 12 einer Kolbenbrennkraftmaschine geführt ist. Durch eine Rückstellfeder 13 wird das Gaswech- selventil in Schließrichtung (Pfeil 11.1) beaufschlagt, wobei die Rückstellfeder 13 und die Rückstellfeder 8 in ihrer Kraftrichtung gegeneinander gerichtet sind, so daß bei strom- los gesetzten Elektromagneten der Anker 5 entsprechend seine Ruheposition zwischen den beiden Polflächen 4 der beiden Elektromagneten 1 und 2 einnimmt, wie dies in Fig. 1 darge- stellt ist. Befindet sich das Gaswechselventil in seiner Schließstellung, dann liegt der Anker 5 an der Polfläche 4 des Schließmagneten 1 an. Dabei hebt das freie Ende 9 des Führungsbolzens 6.1 geringfügig, d. h. um das Maß des Ventil- spiels vom freien Ende des Schaftes 11 ab.

Die Gehäuseteile 3.1 und 3.2 der beiden Elektromagneten um- schließen jeweils einen vorzugsweise quaderförmigen Jochkör- per 14, die mit Ausnehmungen versehen sind, in die eine ring- förmig ausgebildete Spule 15 eingelegt ist, die jeweils über eine hier nicht näher dargestellte Steuereinrichtung zum Öff- nen und Schließen des Gaswechselventils abwechselnd bestrom- bar sind.

An dem dem Gaswechselventil abgekehrten Ende des Aktuators ist eine Sensoranordnung 16 vorgesehen, die im wesentlichen aus einem stabförmigen Sensorteil 17 gebildet wird, der mit

diesem fest verbunden ist und praktisch eine Verlängerung des Federbolzens 6.2 darstellt. Der stabförmige Sensorteil 17 ist von einer Spulenanordnung 18 umschlossen, die mit einer Span- nungsversorgung und Signalerfassung 19 verbunden ist. Im Be- trieb wird durch die Hin-und Herbewegung des stabförmigen Sensorteils 17 die elektrische Güte der Spulenanordnung 18 verändert. Diese Veränderung ist proportional zum Weg des Sensorteils und damit proportional zum Weg des Ankers 5 bzw. des Stellelementes 11. Die Wirkungsweise wird nachstehend noch näher erläutert.

Trifft nun der Führungsbolzen 6.1 nach der Freigabe durch den Schließmagneten nach Durchlaufen des Ventilspiels auf den Schaft 11 auf, dann wird durch diese Stoßbeanspruchung der Federbolzen 6.2 und damit das mit ihm verbundene stabförmige Sensorteil 17 mechanisch zu Körperschallwellen angeregt, die zwischen den beiden Entflächen reflektiert werden und die die Bewegung des stabförmigen Sensorteils überlagern und damit ein Störsignal erzeugen.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform für eine Sensoranordnung dargestellt, bei der der stabförmige Sensorteil 17 von einer zweiteiligen Spulenanordnung 18 umfaßt ist, die über entspre- chende Zuleitungen 20,21 und 22 mit der Spannungsversor- gungs-und Auswerteeinrichtung 19 verbunden ist.

Der dargestellte stabförmige Sensor 17 ist mit einem Ring 23 aus einem elektrisch leitendem Material mit geringem ohmschen Widerstand, einem sogenannten Kurzschlußring versehen. Eine derartige Sensoranordnung arbeitet nach dem Wirbelstromprin- zip. Wird die Spulenanordnung 18 mit einem hochfrequenten Wechselstrom beaufschlagt, so daß durch die Spulenanordnung ein hochfrequentes Magnetfeld erzeugt wird, dann wird im Kurzschlußring infolge der entstehenden Wirbelströme ein ma- gnetisches Gegenfeld erzeugt. Wird nun der stabförmige Sen- sorteil 17 mit seinem Kurzschlußring 23 relativ zu den Spulen 18.1 und 18.2 bewegt, dann wirkt das magnetische Gegenfeld

dem verursachenden hochfrequenten Magnetfeld der Spulenanord- nung 18 in Form einer Feldverdrängung und Feldschwächung ent- gegen. Dies macht sich nach außen durch eine Änderung der Spulencharakteristiken bemerkbar, die von der relativen Bewe- gung des Kurzschlußringes 23 am stabförmigen Sensorteils 17 abhängig ist, so daß hierdurch die Position und damit der Weg des Sensorteils 17 über ein entsprechendes Signal erfaßt wer- den kann. Die Charakteristik der beiden Spulen 18.1 und 18.2 ist jeweils durch ihre Induktivität und ihre elektrische Güte gegeben, wobei die elektrische Güte durch das Verhältnis von Blindleistung zu Wirkleistung angegeben wird.

Besonders effektiv arbeitet eine derartige Sensoranordnung, wenn der stabförmige Sensorteil 17 aus einem ferritischen Ma- terial besteht, auf dem der Kurzschlußring 23 aus Kupfer an- geordnet ist.

Bezogen auf die Anordnung gem. Fig. 1 ist in Fig. 2 die Meß- stelze in Öffnungsstellung des Gaswechselventils dargestellt.

Bewegt sich die Meßstelze mit dem Kurzschlußring 23 in die Schließstellung (Pfeil 11.1), dann bewirkt das von den Wir- belströmen im Kurzschlußring 23 erzeugte magnetische Gegen- feld die vorbeschriebene bewegungsabhängige Veränderung der Güte der Spule 18.1 einerseits und der Spule 18.2 anderer- seits.

Um die nun zuvor beschriebene Reflektion von Körperschallwel- len im Federbolzen 6.2 und damit auch im stabförmigen Sensor- teil 17 an dessen ebener Endfläche 24 zu vermindern oder zu unterdrücken, ist bei der in Fig. 3 dargestellten Ausfüh- rungsform der stabförmige Sensorteil 17 mit einer konisch zu- laufenden Endfläche 24 versehen. Der Konuswinkel ist mög- lichst schlank ausgebildet, um eine Reflektion von Körper- schallwellen in Längsrichtung dadurch zu unterbinden, daß diese im wesentlichen gegen die Umfangswandung reflektiert werden. Zweckmäßig ist hierbei, wenn die Länge der konischen

Endfläche 24 etwa dem sechsfachen des Durchmessers des stabförmigen Sensorteils 17 entspricht. Die Endfläche muß nicht zwangsläufig einem Konus im geometrischen Sinne entsprechen, sondern kann auch als Ellipsoid oder dergleichen ausgebildet sein. Ganz allgemein ist es zweckmäßig, wenigstens eine zur Längsachse des Sensorteils 17 geneigt verlaufende Endfläche vorzusehen, beispielsweise durch mehrere Einkerbungen oder auch durch einen einfachen Schrägabschnitt.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der statt einer Spitze eine Ausnehmung 25 vorgesehen ist. Die Ausneh- mung kann zylindrisch ausgebildet sein, zweckmäßig ist jedoch eine konische Ausnehmung, die sich mindestens bis in den Be- reich des Kurzschlußringes 23 erstreckt.

Fig. 5 zeigt eine weitere Abwandlung. Bei dieser Abwandlung ist der Federbolzen 6.2 über einen großen Teil seiner Länge mit einer axialen Bohrung versehen bzw. rohrförmig ausgebil- det, wobei der Innenraum mit einem Material 26 ausgefüllt ist, das einen anderen, vorzugsweise niedrigeren E-Modul auf- weist als das Material des Federbolzens 6.2.

Neben diesen rein"geometrischen"Mitteln zur Verminderung bzw. Unterdrückung von Körperschallwellen besteht in weiterer Ausgestaltung die Möglichkeit, daß als stabförmigen Sensor- teil dienende Ende des Federbolzens 6.2, das aus einem Eisen- werkstoff besteht, durch Härten in seinen magnetischen Eigen- schaften zu verändern.

Der Kurzschlußring 23 kann durch einen Kupferring mit diskre- ter Wandstärke gebildet werden oder aber auch durch eine dün- ne galvanisch aufgebrachte Kupferschicht oder eine Schicht aus einem anderen elektrisch gut leitendem Material.

In Fig. 6 ist schematisch eine Schaltung für die Meßwerter- fassung in Form einer Trägerfrequenzmeßbrücke dargestellt.

Die beiden Spulen 18.1 und 18.2 der Spulenanordnung 18 sind

mit zwei weiteren Bauteile, vorzugsweise Widerstände oder Spulen 18.3 und 18.4 zu einer Trägerfrequenzmeßbrücke 27 zu- sammengeschaltet. Die Brücke 27 wird über wenigstens einen Frequenzgenerator 28 mit einem hochfrequenten Wechselstrom gespeist. Zweckmäßig ist die Speisung über zwei gegenphasig arbeitende Frequenzgeneratoren 28.1 und 28.2.

Wird nun der hier nur schematisch dargestellt stabförmige Sensorteil 17 mit seinem Kurzschlußring 23 relativ zu den beiden Spulen 18.1 und 18.2 der Frequenzbrücke 27 bewegt, dann erfolgt eine Beeinflussung der Induktivität und der Güte der Spulen 18.1 und 18.2 durch das Gegenfeld des Wirbelstrom- rings. Hierdurch wird durch eine von der Position des Kurz- schlußringes 23 gegenüber den beiden Spulen 18. 1 und 18.2 ab- hängige"Verstimmung"der Frequenzbrücke 27 bewirkt, die über einen Differenzialverstärker und Bandpaßfilter 29 erfaßt wer- den kann. Mittels Demodulator 30 und Tiefpaßfilter 31 kann dann ein wegproportionales Signal erzeugt werden, das für die Zwecke einer Steuerung, beispielsweise der Ansteuerung der Gaswechselventile verarbeitet werden kann. Der Vorteil be- steht darin, daß das Signal während des ganzen Ankerweges an- steht, so daß noch während der Ankerbewegung durch eine An- steuerung der Bestromung des jeweils fangenden Magneten, aber auch des freigebenden Magneten auf die Ankerbewegung Einfluß genommen werden kann. Durch die erfindungsgemäße Dämpfung der negativen Einflüsse von Körperschall infolge Stoßbeanspru- chung kann ein praktisch"rauschfreies"Signal erzeugt wer- den, das auch hohe Genauigkeitsanforderungen erfüllt.

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