DE19917464A1 - Wegmeßvorrichtung - Google Patents

Abstract

Bei einer Wegmeßvorrichtung (10) besteht der Rahmen (11, 12, 13, 19) aus magnetisch leitendem Material. Der Magnet (22), der das Megnetfeld erzeugt, ist mit Hilfe eines Magnethalters (21) an einem Träger (19) befestigt, der die Bewegung des zu überwachenden Bauteils auf die Meßvorrichtung (10) überträgt. Der Rahmen (11, 12, 13, 19) und der Träger (19) sind Teil des geschlossenen magnetischen Flusses. Aufgrund der Bewegung ändert sich die Größe des magnetischen Flusses in einem magnetfeldempfindlichen Element (16), das in einem Schlitz (15) des Rahmens (11, 12, 13, 19) angeordnet ist. Der Magnethalter (21) ist so ausgebildet, daß er möglichst reibungsfrei im Gehäuse (25) der Meßvorrichtung (10) gleitet.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Meßvorrichtung nach der Gattung des Anspruchs 1. Aus der DE 29 23 644 C2 ist ein Sensor bekannt, der einen zylinderförmig ausgebildeten, aus ferromagnetischem Material hergestellten Rahmen aufweist. Im Rahmen wird gleitend ein Permanentmagnet bewegt, dessen Bewegung proportional zur Bewegung eines Bauteils ist.

Ferner ist in einem Spalt des Rahmens und somit im vom Magneten erzeugten geschlossenen Magnetkreis ein magnetfeldempfindliches Element angeordnet, dessen Ausgangssignal proportional zur Bewegung des Magneten ist. Da der Magnet aber unmittelbar an der Innenseite des Rahmens gleitet, können hohe Reibungsverluste entstehen, die das Ausgangssignal verfälschen. Da das Gehäuse geschlossen ist ergibt sich ein unterschiedlicher Magnetfluß.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der Magnet, indem er auf einem Schlitten befestigt ist, eine Gleitbewegung mit relativ geringen Reibungsverlusten ausführen kann. Der Schlitten kann sowohl durch seine konstruktive Ausgestaltung als auch durch die verwendeten Materialien relativ gleitbar ausgebildet werden. Ferner kann der Schlitten in einfacher Weise in den geschlossenen Magnetkreis des Magneten miteinbezogen werden. Aufgrund der konischen Lagerung des Schlittens ist ein spielfreier Einbau bzw. auch eine spielfreie Bewegung des Magneten möglich. Der Luftspalt wird durch die Kraft des Magneten nicht beeinflußt, sondern während der Meßbewegung konstant gehalten. Dadurch sind Ausgangssignalschwankungen vermeidbar. Die Führung des Lagers und die Anziehungskräfte des Magneten sind entkoppelt. Bei dieser Meßvorrichtung ist keine Offsetspannung erforderlich. Die Meßvorrichtung ist in einfacher Weise in zu messende Systeme integrierbar oder auch als eigenständiger Sensor verwendbar. So ist sein Einsatz z. B. bei Getriebesteuerungen, Messung des Pedalwegs oder des Ventilhubs denkbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Meßvorrichtung möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Fig. 1 und 2 zeigen verschiedene Ansichten bzw. Schnitte durch ein erstes Ausführungsbeispiel. Die Fig. 1 zeigt hierbei einen Längsschnitt und die Fig. 2 einen Schnitt II-II nach Fig. 1. Die Fig. 3 bis 5 zeigen Varianten des in der Fig. 2 dargestellten Schlittens. Die Fig. 6 zeigt den Magnetfluß bei einer Ausgangsstellung bzw. einer Induktion B = 0, die Fig. 7 den entsprechenden Magnetfluß bei maximaler Auslenkung bzw. bei einer Induktion B = max, und die Fig. 8 zeigt den entsprechenden Verlauf der Induktion B über den Weg s. Die Fig. 9 bis 11 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel, wobei die Fig. 10 einen Schnitt in Richtung X-X nach der Fig. 9 bzw. die Fig. 11 einen Schnitt in Richtung XI-XI der Fig. 9 darstellt. Die Fig. 12 zeigt einen alternativen Mitnehmer zum Ausführungsbeispiel nach den Fig. 9 bis 11. Die Fig. 13 bis 15 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel, wobei die Fig. 14 einen Schnitt in Richtung XIV-XIV nach der Fig. 13 und die Fig. 15 einen Schnitt in Richtung XV-XV der Fig. 13 darstellt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Fig. 1 und 2 ist mit 10 eine Meßvorrichtung bezeichnet, die einen aus einer mehrteiligen Grundplatte 11, 12 und einem Seitenteil 13 bestehenden Rahmen aus weichmagnetischem Material aufweist. Die Grundplatte 11, 12 weist einen durchgehenden Schlitz 15 auf, in dem mindestens ein magnetfeldempfindliches Element 16 angeordnet ist. Als magnetfeldempfindliches Element 16 können hier z. B. eine Feldplatte, Magnettransistor, Spulen, magnetoresistive Elemente oder ein Hall-Element verwendet werden. Im Seitenteil 13 ist eine Ausnehmung 18 ausgebildet, durch den eine Trägerplatte 19 aus weichmagnetischem, d. h. magnetisch leitendem Material ragt. Auf dem sich außerhalb des Rahmens befindlichen Ende der Trägerplatte 19 ist direkt oder indirekt ein Bauteil befestigt, dessen Bewegung bzw. dessen Weg bestimmt werden soll. Auf dem in den Rahmen hineinragenden Ende der Trägerplatte 19 ist ein Magnethalter 21 aus magnetisch nicht leitendem Material befestigt. Im Magnethalter 21 ist auf der der Grundplatte 11, 12 des Rahmens zugewandten Seite in einer Ausnehmung ein Permanentmagnet 22 eingesetzt. Die Polarisationsrichtung des Permanentmagneten 22 ist senkrecht zur Trägerplatte 19 bzw. zur Grundplatte 11, 12 angeordnet. Zwischen dem Permanentmagneten 22 und der Grundplatte 11, 12 ist ein Spalt L1 mit magnetisch nicht leitendem Material ausgebildet. Dies kann sich hierbei um einen Luftspalt mit der Größe L1 handeln, oder der Spalt kann mit einem anderen magnetisch nicht leitendem Material ausgefüllt sein. Hierbei kann es z. B. möglich sein, daß der Permanentmagnet 22 vollständig vom Magnethalter 21 umgeben ist. Beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 ist der Spalt 15, in dem sich das magnetfeldempfindliche Element 16 befindet auf seiner der Trägerplatte 19 zugewandten Seite von einem Deckel 24 abgeschlossen. Der Rahmen, d. h. die Grundplatte 11, 12 und die Seitenwand 13 werden von einem Gehäuse 25 aus magnetisch nicht leitendem Material umgeben. Das Gehäuse 25 ragt bis etwa unterhalb des Schlitzes 18 in der Seitenwand 13 empor. Das Gehäuse 25 weist im Bereich des Schlitzes 15 ebenfalls einen Schlitz auf, durch den die Anschlüsse des magnetfeldempfindlichen Elementes 16 zu einer an der Außenseite des Gehäuses 25 angeordneten Leiterplatte 27 geführt werden können.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, dienen die Seitenwände 28 des Gehäuses 25 zur Führung des Magnethalters 21. Hierzu sind in der Fig. 2 die der Innenseite des Gehäuses 25 zugewandten Flächen 30 der Seitenwände 28 trapezförmig ausgebildet. Die den Flächen 30 der Seitenwände 28 zugewandten Flächen 32 des Magnethalters 21 sind ebenfalls trapezförmig ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung der Führung ist ein relativ reibungsfreies Gleiten des Magnethalters 21 im Gehäuse 25 möglich. Ferner bestimmt diese trapezförmige Ausbildung die Größe des Luftspalts L1 bzw. ermöglicht sie eine Konstanz des Luftspaltes L1 während der Bewegung des Magnethalters 21 im Gehäuse 25.

Der Permanentmagnet 22 ist senkrecht zur Bewegungsachse magnetisiert. Dies bedeutet, je nach Polarisierungsrichtung ergibt sich ein Magnetfluß vom Permanentmagneten 22 durch den Magnethalter 21 zur Trägerplatte 19. Von der Trägerplatte 19 führt der Magnetfluß durch den Spalt 18 und die Seitenwand 13 zum Teil 11 der Grundplatte. Der Magnetfluß verläuft im Teil 11 der Grundplatte über den Spalt 15 und durch das Hallelement 16 hindurch zum Teil 12 der Grundplatte und über den Luftspalt L1 zurück zum Permanentmagneten 22, so daß sich ein geschlossener Magnetkreis ergibt. In den Fig. 6 bis 8 ist nun der Magnetfluß bei einer Ausgangsstellung (Fig. 6) und in einer Maximalauslenkung (Fig. 7) und der Verlauf der Ausgangsspannung, d. h. der magnetischen Induktion B im magnetfeldempfindlichen Element 16 zwischen den beiden Extremstellungen und über den Weg S dargestellt. In der Fig. 6 befindet sich der Magnethalter 21 in der Zeichnung gesehen links, d. h. die Stirnseite des Magnethalters 21 liegt nahezu an der Seitenwand 13 an, aus der auch der Träger 19 herausragt. Wie aus der Fig. 6 ersichtlich ist, darf in dieser Ausgangsstellung kein Magnetfluß das magnetfeldempfindliche Element 16 durchfließen. Damit kein Magnetfluß durch das magnetfeldempfindliche Element 16 in dieser Stellung möglich ist, muß der Magnethalter 21 aus nicht magnetisch-leitendem Material bestehen. Der Magnetfluß ist somit in der Grundstellung vom Magneten 22 durch den Magnethalter 21, dem Träger 19, dem Spalt 18, der Seitenwand 13 und dem Teil 11 der Grundplatte und über den Spalt L1 zurück zum Magneten 22. Da dieser Magnetfluß nicht durch das magnetfeldempfindliche Element 16 verläuft, ergibt sich in dieser Stellung die in der Fig. 8 eingezeichnete magnetische Induktion B = 0. Da die Seiten der Meßeinrichtung 10 offen sind, kann kein Magnetfluß vom Träger 19 zu den Teilen 11 und 12 erfolgen. Wird nun das zu messende Bauteil, d. h. der Träger 19 mit dem Magnethalter 21 in der Zeichnung gesehen nach rechts verschoben, nimmt der Magnetfluß, der durch das magnetfeldempfindliche Element 16 verläuft kontinuierlich zu. Dadurch ergibt sich die in der Fig. 8 dargestellte lineare Meßlinie 30. Bei maximaler Auslenkung, d. h. wie in Fig. 7 dargestellt, bei einer Verschiebung nach rechts, d. h. einer Verschiebung des Magneten 22 über den Spalt 15 und somit dem magnetfeldempfindlichen Element 16 hinaus, ergibt sich die maximale magnetische Induktion B = max. In dieser Stellung verläuft, wie in der Fig. 7 ersichtlich; der gesamte magnetische Fluß des Magneten 22 durch das magnetfeldempfindliche Element 16.

In den Fig. 3 bis 5 sind nun verschiedene Ausbildungsformen des Magnethalters dargestellt, die ein möglichst reibungsfreies Gleiten im Gehäuse ermöglichen und gleichzeitig eine Konstanz des Luftspalts L1 gewährleisten. In der Fig. 3 hat der Magnethalter 21a senkrecht verlaufende Seitenwände 28a. Mit Fortsätzen 31, 32 umgreift der Magnethalter 21a zumindest teilweise den Magneten 22. Mit den Fortsätzen 31, 32 liegt auch der Magnethalter 21a auf der Grundplatte 11, 12 auf. Die Dicke dieser Fortsätze 31, 32 bestimmt auch die Größe L1 des Luftspalts zwischen dem Magneten 22 und der Grundplatte. Dadurch kann der Luftspalt L1 nicht durch die Anziehungskraft F des Magneten 22 während der Messung gestört, d. h. verfälscht werden. Die Außenseiten des Magnethalters 21a sind im Bereich der Fortsätze 31, 32 abgekantet, um ein möglichst reibungsfreies Gleiten des Magnethalters 21a im Gehäuse 25a bzw. auf der Grundplatte zu ermöglichen. Die Innenwandungen des Gehäuses 25a sind korrespondierend zur Form des Magnethalters 21a ausgebildet.

Die Ausbildung des Magnethalters nach der Fig. 4 ermöglicht eine Verwendung bei einem den Magnethalter umgreifenden Gehäuse, wie in den bisherigen Figuren dargestellt und auch eine Verwendung, wenn der Magnethalter nur mit seiner Unterseite auf der Grundplatte oder auf einem Gehäuse aufliegt. Wie in der Ausbildung nach der Fig. 3 umgreift der Magnethalter 21b mit zwei Fortsätzen 31b und 32b den Magneten 22. Mit diesen Fortsätzen 31b und 32b liegt der Magnethalter 21b auch auf der Grundplatte auf. Ferner sind am Magnethalter 21b, Schienen 41, 42 ausgebildet, die parallel zur Seitenwand der Grundplatte verlaufen. Die Schienen 41, 42 dienen hierbei als Führung des Magnethalters 21b an der Grundplatte bzw. können sie gleichzeitig oder auch als Alternative als Auflage auf einem sich darunter befindlichen Gehäuse verwendet werden.

In der Fig. 5 ist ein Gehäuse 25c dargestellt, das den Magnethalter 21c vollständig umgreift. Hierzu sind, um ein möglichst reibungsfreies Gleiten des Magnethalters 21c im Gehäuse 25c zu ermöglichen auch die oberen Kanten 44, d. h. die sich im Bereich des Trägers 19 befindlichen Außenkanten des Magnethalters 21c abgekantet. Der Magnethalter 21c ist aber, da er auch zumindest teilweise mit den Fortsätzen 31c, 32c auf der Grundplatte aufliegt, auch ohne äußeres Gehäuse verwendbar.

Während bei den bisherigen Ausführungsbeispielen sich das zu überwachende Bauteil an dem dem Magnethalter 21 gegenüberliegenden Ende des Trägers 19 befand, ist das Bauteil nun senkrecht zum Magnethalter bzw. zu dessen Bewegungsrichtung angeordnet, so daß die Bewegungsrichtung des Magnethalters parallel zur Bewegung des zu überwachenden Bauteils verläuft. Der Rahmen 50 der Vorrichtung nach der Fig. 9 ist im Querschnitt U-förmig und aus weichmagnetischem Material, ausgebildet und besteht aus der aus den zwei Teilen 11a und 12a bestehenden Grundplatte, der Seitenwand 13a und eines Deckels 51. Zwischen dem Deckel 51 und der Grundplatte 11a, 12a ist ein Magnethalter 52 angeordnet, in dem der Magnet 22 eingebettet ist, und der ferner wie in den Fig. 10 und 11 näher ersichtlich ausgebildet ist. Zwischen dem Magneten 22 und der Grundplatte 11a, 12a findet sich wieder ein Bereich aus magnetisch nicht leitendem Material, der wie in der Fig. 9 aus dem Magnethalter 52 bestehen kann, oder auch ein Luftspalt, wie er in der Fig. 1 dargestellt ist, sein kann. Wie aus der Fig. 10 ersichtlich ist, weist der Magnethalter 52 einen flanschartigen Fortsatz 55 auf, in dem ein Mitnehmer 56 angeordnet ist, der mit dem nicht dargestellten, zu überwachenden Bauteil verbunden ist. Auf der dem Flansch 25 zugewandten Seite sind am Magnethalter 52 Fortsätze 58, 59 ausgebildet, mit denen der Magnethalter 52 an der Grundplatte bzw. am Deckel 51 anliegt. Auf der gegenüberliegenden Seite ist ebenfalls am Magnethalter 52 ein weiterer Fortsatz 60 ausgebildet, der an der Längsseite des Deckels 51 anliegt. Um ein möglichst reibungsfreies Gleiten des Magnethalters 52 an bzw. auf der Grundplatte 11a, 12a bzw. an oder auf dem Deckel 51 zu ermöglichen, sind am Übergang zu den Fortsätzen 58, 59, 60 jeweils Hinterschnitte ausgebildet.

Im Flansch 55 des Magnethalters 52 ist eine Ausnehmung 61 ausgebildet, in die drei sternförmig angeordnete Fortsätze 62 ragen, die in der Art eines Preßsitzes eine Fixierung des Mitnehmers 56 ermöglichen. Um eine Konzentration des Magnetflusses im Bereich des Spalts 15 zwischen den Teilen 11a bzw. 12a der Grundplatte zu erreichen, sind die Ecken abgekantet, so daß eine Konzentration des Magnetflusses im Bereich des magnetfeldempfindlichen Elements 16 erfolgt.

In der Fig. 12 ist eine Variante der Befestigung des Mitnehmers am Magnethalter dargestellt. Hierzu ist im Flansch 55a des Magnethalters eine kreisförmige Öffnung 64 ausgebildet, durch die der Mitnehmer 56a ragt. Der Mitnehmer 56a weist an seinem oberen Ende einen etwa mittigen durchgehenden Schlitz 65 auf, so daß die entstehenden Segmente bei Einführen des Mitnehmers 56a in die Öffnung 64 sich elastisch verformen und in ihrer Endposition den Mitnehmer 56a in der Öffnung 64 eingepreßt fixieren.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 13 bis 15 ist eine Meßvorrichtung dargestellt, bei dem sich das zu überwachende Bauteil 70 mit dem Magnethalter 73 aus nicht magnetisch leitendem Material verbunden ist. Der Magnethalter 73 wird durch mindestens einen Distanzhalter (71, 72) in die Position gebracht, daß der Magnet etwa mittig zwischen dem Deckel 51 und den Teilen 11a und 12a liegt. Der Magnethalter 73 mit dem Magneten 22 wird berührungslos zwischen dem U- förmigen Rahmen 50 bewegt. Wie in der Fig. 9 ist auch hier der Rahmen im Querschnitt U-förmig ausgebildet und besteht aus weichmagnetischem Material. Auf einer Basisplatte 70 sind zwei Säulen 71, 72 angeordnet, die die Grundplatte 11a, 12a umgreifen. Auf den Säulen 71, 72 liegt eine Platte 73 aus weichmagnetischem Material auf, auf der der Magnet 22 angeordnet ist. Der Bereich zwischen der Platte 11a, 12a und dem Deckel 51 ist wieder von dem Magnethalter 75 aus magnetisch nicht leitendem Material ausgefüllt.

Claims (10)

1. Wegmeßvorrichtung mit einem Rahmen (11, 12, 13, 19) aus magnetisch leitendem Material und einem innerhalb des Rahmens (11, 12, 13, 19) beweglich angeordneten Magnet (22), einem in einem Schlitz (15) des Rahmens (11, 12, 13, 19) angeordneten magnetfeldabhängigen Sensor (16), der so im geschlossenen Magnetkreis angeordnet ist, daß sich in ihm die Größe des magnetischen Flusses des Magneten (22) in Abhängigkeit von der Lage des Magneten (22) ändert, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (22) sich in einem Schlitten (21) aus magnetisch nicht leitendem Material befindet und eine Gleitbewegung in einem Gehäuse (25) der Meßvorrichtung oder im Rahmen (11, 12, 13, 19) ausführt.

2. Wegmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Schlitten (21) und Gehäuse (25) eine keilförmige Führung ausgebildet ist.

3. Wegmeßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Magneten (22) und dem Rahmen (11, 12, 13, 19) ein Spalt (L1) aus magnetisch nicht leitendem Material befindet.

4. Wegmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gehäuse (25) zugewandte Wand (30) des Schlittens (21) schräg ausgebildet ist.

5. Wegmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsglied (19) des Schlittens (21) Teil des Rahmens und somit Teil des den magnetischen Fluß des Magneten (22) leitenden Teils ist.

6. Wegmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsglied (19) in einem Schlitz (18) des Rahmens (11, 12, 13) geführt ist.

7. Wegmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (11, 12, 13, 19) auf einer Stirnseite der Bewegungsrichtung geöffnet ist und somit keinen magnetischen Fluß des Magneten (22) ermöglicht.

8. Wegmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das Teil (12, 12a) keine magnetisch leitende Verbindung mit den übrigen Statorteilen (11, 11a, 13, 13a, 15, 17, 19) aufweist, so daß eine Aufspaltung des Magnetflusses des Magneten (22) erfolgt, wobei wenigstens ein erster Teil des Magnetflusses den Sensor (16) durchfließt (Fig. 1, 9 und 13).

9. Wegmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (22) senkrecht. zur Bewegungsrichtung polarisiert ist.

10. Wegmeßvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (21) Fortsätze (41, 42) aufweist, mit denen er wenigstens teilweise den Rahmen (11, 12, 13, 19) umgreift.