DE8604291U1 - Elektrischer Positionsmeßgeber - Google Patents

Description

G 4159 GM J.M. Voith GmbH

Kennwort: "Drehwinkelgeber" Heidenheim

^Elektrischer PositionsmeßgeberN

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Positionsmeßgeber zum Bilden einer elektrischen Meßgröße, die von der Position eines beweglichen Körpers, z.B. des Gashebels oder des Bremspedals eines Fahrzeuges od. dgl., abhängt. Der genannte Körper kann geradlinig beweglich oder um eine Achse schwenkbar angeordnet sein.

Es sind vielerlei elektrische Positionsmeßgeber bekannt. Z.B. gibt es Anordnungen mit mehreren elektrischen Schaltkontakten, die somit stufenweise einzelne Signale abgeben, die beim Übergang vom einen zum anderen Kontakt wechseln.

Daneben gibt es stufenlose elektrische Positionsmeßgeber, vorzugsweise unter Verwendung von Schiebe- oder Drehpotentiometern. Bei derartigen Anordnungen muß die elektrische Größe mittels eines Schleifers abgenommen werden, so daß eine gewisse Verschleiß-Gefahr besteht. Außerdem kann die Funktion durch Staub oder Feuchtigkeit beeinträchtigt werden.

Bekannt sind auch berührungslose und somit verschleißfreie elektrische Positions-Meßgeber (Siemens, Datenbuch 1982/83, Sensoren, Magnetfeldhalbleiter Teil 1). Derartige Positionsmeßgeber haben einen feststehenden Magnetfelderzeuger, z.B.,. eitten Permanentmagneten, unfi einen mit dem beweglichen Körper mechanisch verbundenen Meßkopf, der aus einem magnetisch leitenden Werkstoff gebildet ist. Der feststehende Magnetfelderzeuger und der bewegliche Meßkopf bilden zwischen sich einen Luftspalt, so daß bei einer Bewegung des Meßkopfes die Spaltweite und somit die im Luftspalt vorhandene magnetische Feldstärke sich ändern, j| Nun wird mit Hilfe eines Hall-Generators oder mit Hilfe eines magnetfeldabhängigen Widerstandes die in dem Luftspalt jeweils vorhandene magnetische Feldstärke gemessen, so daß eine elektrische Meßgröße gebildet wird, die von der Position des beweglichen Körpers abhängig ist.

Die handelsüblichen berührungslos arbeitenden elektrischen Positionsmeßgeber arbeiten überwiegend mit magnetfeldabhängigen Widerständen. Dagegen konnten sich Geräte mit Hall-Generatoren bis jetzt noch nicht durchsetzen. Der Grund hierfür dürfte darin zu sehen sein, daß die bekannten Anordnungen mit Hall-Generatoren stets vier elektrische Anschlüsse benötigen, nämlich zwei Anschlüsse für die Speisespannung und zwei Anschlüsse für den Meßstrom. Im übrigen sind die handelsüblichen Gerätp autark; d.h. sie haben ein eigenes Gehäuse mit eigenen Lagerstellen für den beweglichen Meßkopf. Der Aufwand hierfür ist beträchtlich. Erschwerend kommt hinzu, daß das Gerät mittels einer Kupplung mit dem beweglichen Körper verbunden werden muß.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Verwendung eines Hall-Generators in berührungslosen elektrischen Positionsmeßgeber mit einfacheren Mitteln als bisher zu ermöglichen. Insbesondere soll angestrebt werden, den Aufwand für Gehäuse und Lagerstellen zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Ein wichtiger Erfindungsgedanke besteht darin, daß man - dank der Anordnung des Hallgenerators in einer im Schaltungsträger angeordneten Bohrung - den aus einer dünnen Platte gefertigten Schaltungsträger zuammen mit der darauf angebrachten Auswerteschaltung im Bereich des sehr engen Luftspaltes zwischen dem Magnetfelderzeuger und dem Meßkopf anordnen kann. Dadurch erzielt man, insbesondere wenn auch noch das Merkmal des Anspruchs 2 angewandt wird, eine sehr kompakte, platzsparende Baueinheit. Da der bewegliche Körper, dessen Position gemessen werden soll, in der Regel in einer Lageristelle ruht, z.B. mit Hilfe eines Drehzapfens, einer Welle od. dgl., können nun der Meßkopf und die genannte Baueinheit unmittelbar an dieser Lagerstelle angeordnet werden. Häufig ist diese Lilgerstelle Teil eines ohnehin vorhandenen Gehäuses, so daß sich für den erfindungsgemäßen Positionsmeßgeber in der Regel ein eigenes Gehäuse mit eigenen Lagerstellen erübrigt.

Sie Unteransprüche 3 und 4 beschreiben besonders einfache und kostengünstige Maßnahmen, mit denen ein sehr weitgehend linearer Zusammenhang zwischen der Bewegung des Körpers und der gewonnenen elektrischen Meßgröße erreicht wird.

/Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand ■Her Zeichnung erläutert.

Die Figur 1 zeigt einen elektrischen Positionsmeßgeber in einem Schnitt nach der Linie I der Figur 2.

Die Fi-guar 2 ist eine Ansicht in Richtung des Pfeiles II der Figur 1.

Die Fiflair 3' zeigt einen schematischen Schaltplan für den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Positionsmeßgeber.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte elektrische Positioilsmeßgeber hat die Funktion eines Drehwinkel-Gebers. Zwei Teile eines Gehäuses, das zur Trageinrichtung eines Gas- oder Brems pedals eines Fahrzeugs gehört, sind mit 20 bzw. 21 bezeichnet Eine Welle 22 ist in dem Gehäuseteil 20 schwenkbar gelagert. Mit dieser Welle ist ein Nocken 23 starr verbunden. Die Welle 22 kann beispielsweise an das picht dargestellte Gaspedal gekoppelt sein. In diesem Fall kann folgendes vorgesehen sein: Die dargestellte Position des Nockens 23, bei der die Mittel- *~ ^~l~ «-~ J«·*»-* M*^ ^«1»^^ «η r* m «!4— Λ W^* » ^^ A **Λη ··» *«* 4- 4 e* 4- ^"» w* 4- c« ν* ν* ■! η V» 4— Λ j-fc ν· C 4^ #■» 1 1 ι αοχιοΐ? UdO J.i<-ri^rvdi0 111.1. u r^ jl/cscjcs x^iiiic ο j. υ *, , Otibu^i.j.v»b vjloj. u^oAj.uii^ "Vollgas" des Gaspedals. Dies ist also die eine Endposition des Nockens 23. Die andere Endposition des Nockens ist mit B bezeichnet; diese entspricht der Stellung "Leerlauf" des Gaspedals. Der Drehwinkel a zwischen den beiden Endpositionen A und B kann beispielsweise 30 Grad betragen.

In dem anderen Gehäuseteil 21 ruht ein aus einem nicht-magnetischen Werkstoff gefertigter Magnetträger 24. In eine Bohrung desselben ist ein bolzenförmiger Permanentmagnet 25 eingesetzt. Dessen Achse C schneidet sich vorzugsweise rechtwinklig mit der Achse der Welle 22. Zwischen der einen Stirnseite des Permanentmagneten 25 und dem aus einem magnetisch Isitenden Werkstoff gebildeten Nocken 23 verbleibt ein verhältnismäßig kleiner Luftspalt s, der beim Verschwenken des Nockens aus der gezeichneten Endposition A in Richtung zur anderen Endposition B größer wird.

Durch den Luftspalt s erstreckt sich ein aus einer dünnen Platte bestehender Schaltungsträger 26, der auf dem Magnetträger befestigt ist. Der Schaltungsträger hat eine zum Permanentmagneten 25 konzentrische Bohrung 32. In dieser ist ein Hall-Generator 10 angeordnet. Die dazu gehörenden elektrischen Bauelemente der Auswerteschaltung sind unmittelbar neben dem Hall-Generator 10 ebenfalls auf dem Schaltungsträger 26 angeordnet;

dargestellt sind von diesen Elementen nur die zwei Anschlußklemmen 27 und 28, von denen zwei Anschlußleitungen 29 zu einer nur teilweise sichtbaren Steckverbindung 30 führen.

Aus Figur 1 ist noch folgendes ersichtlich: Die dem Permanentmagneten 25 zugewandte gekrümmte Fläche des Nockens 23 ist Teil einer Mantelfläche eines Kreiszylinders, der in Figur 1 durch einen strichpunktierten Kreis 9 angedeutet ist. Dieser Kreis 9 verläuft wenigstens angenähert durch die Drehachse der Welle 22. Außerdem sieht man, daß in der Endposition A die Mittelachse des Nockens mit der Mittelachse C des Permanentmagneten 25 einen Winkel c von ungelähr 10 Grad einschließt. Durch diese Maßnahmen erhält man in sehr guter Annäherung einen linearen Zusammenhang zwischen der Auslenkung des Gaspedals und der gewonnen elektrischen Meßgröße.

Der in Figur 3 dargestellte vereinfachte Schaltplan zeigt ein mit 10 bezeichnetes Symbol für den Hall-Generator und dessen vier Anschlußleitungen 11 bis 14. Diese führen zu einer sogenannten Saugschaltung 31, welche die schon in Fig. 2 gezeigten Anschlüsse 27 und 28 aufweist.

Diese werden mit einer beliebigen Spannungsquelle (z.B. Batterie 40) und einer Anzeige- oder Auswertungseinrichtung 41 verbunden. Im einzelnen wird die Anordnung vorzugsweise derart getroffen, daß beim Drehwinkel O % (Stellung B des Nockens 23) ein Strom von 10 irA durch die Schaltung fließt und beim Drehwinkel 100 % (Stellung A des Nockens 23) ein Strom von 20 mA.

Es ist somit mit Hilfe des Vier-Leiter-Hall-Generators 10 ein nur zwei-poliger Meßwertumformer gebildet, der aus einer gegebenen Spannungsquelle (40) unabhängig von der Höhe der Speisespannung einen Strom absaugt, der t-' ch proportional mit der im Luftspalt s vorhandenen magnetism.·■■·■ Feldstärke (und folglich mit dem Drehwinkel des Nockens 23) ändert.

Heidenheim, 21.05.86

O334k/Sh/SrÖ

(S. 37-41)

Claims (4)

G 4.159 GM " '" '··'"..■ J.M. Voith GmbH Kennwort: '"Drehwinkelgeber" Heidenheim Schutzansprüche

1. Elektrischer Positionsmeßgeber zum Bilden einer elektrischen Meßgröße in Abhängigkeit von der Position eines beweglichen Körpers, z.ß. des Gashebels oder des Bremspedals eines Fahrzeuges od. dgl., mit den folgenden Merkmalen:

a) ein feststehender Magnetfelderzeuger (vorzugsweise ein Permanentmagnet 25) und ein mit dem beweglichen Körper inecharii.sch verbundener und aus einem magnetisch leitenden Werkstoff gebildeter Meßkopf (23) bilden zwischen sich einen Spalt (s), so daß bei Bewegung des Körpers die Spaltweite und somit die in dem Spalt (s) vorhandene magnetische Feldstärke sich ändern;

j b) in den ge .annten Spalt (s) ist ein Hall-Generator (10)

angeordnet der die genannte elektrische Meßgröße er- £eugt, welche sich in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke ändert;

dadurch gekennzeichnet, daß

c) der Hall-Generator (10) zusammen mit Elementen einer

Auswerteschaltung (31) auf einem gemeinsamen plattenförmigen Schaltungsträger (26) ruht, der sich durch den genannten Spalt (s) erstreckt, wobei der Hall-Generator (10) in einer im Schaltungsträger (26) vorgesehenen Bohrung (32) angeordnet ist.

2„ Elektrischer Positionsmeßgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsträger (26) auf einem den Magnetfelderzeuger (25) tragenden Magnetträger (24), und izwair auf dessen dem Meßkopf (23) zugewandten Seite angeordnet ist.

3. Elektrischer Positionsmeßgeber nach Anspruch 1 oder 2, worin der bewegliche Körper um eine Drehachse schwenkbar ist, so daß die elektrische Meßgröße vom Drehwinkel des Körpers pbhängt, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf nach Art eines drehbaren Nockens (23) ausgebildet ist, wobei die Nockenfläche dem Magnetfelderzeuger (25) zugewandt ist und mit diesem den genannten Spalt (s) bildet.

4. Elektrischer Positionsmeßgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenfläche zumindest angenähert durch einen Teil einer kreiszylindrischen Mantelfläche gebildet ist, wobei - im Querschnitt gesehen - der die Mantelfläche bildende Kreis (9) durch die Drehachse des Nockens (23) oder zumindest durch die Nähe dieser Drehachse verläuft.

Heidenhuim, 21.05.86

O334k/Sh/Srö

(S. 35/36)