WO2001051893A1 - Linearer wegsensor und dessen verwendung als betätigungsvorrichtung für kraftfahrzeuge - Google Patents

Linearer wegsensor und dessen verwendung als betätigungsvorrichtung für kraftfahrzeuge Download PDF

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WO2001051893A1
WO2001051893A1 PCT/EP2000/012555 EP0012555W WO0151893A1 WO 2001051893 A1 WO2001051893 A1 WO 2001051893A1 EP 0012555 W EP0012555 W EP 0012555W WO 0151893 A1 WO0151893 A1 WO 0151893A1
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WO
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sensor
magnetic field
linear displacement
generating means
displaceable element
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PCT/EP2000/012555
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Inventor
Peter Lohberg
Original Assignee
Continental Teves Ag & Co. Ohg
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Priority to US10/181,068 priority patent/US6823725B2/en
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/02—Selector apparatus
    • F16H59/08—Range selector apparatus
    • F16H59/10—Range selector apparatus comprising levers
    • F16H59/105—Range selector apparatus comprising levers consisting of electrical switches or sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/68—Inputs being a function of gearing status
    • F16H59/70—Inputs being a function of gearing status dependent on the ratio established

Definitions

  • the invention relates to a linear displacement sensor according to the preamble of claim 1.
  • the coded disks or rings are equipped with permanent magnetic material.
  • a variation of the magnetic field on the encoder is required to perform the position determination by the sensors. This is achieved either by alternating north-south magnetization of the magnetic material along an arc on the encoder, but also by a periodically reduced distance of the magnetic material from the sensor.
  • the magnetic field is then scanned along the circular arc by a magnetic field sensor, which can be, for example, a Hall sensor or a magnetoresistive resistor, in order to determine the wheel position and the angular velocity, for example by counting the signal edges of the sensor signal.
  • the signal generated by the sensor can be amplified and triggered by an electronic circuit mounted in the area of the sensor or integrated in the sensor (active magnetic field sensor).
  • active magnetic field sensor A comparable arrangement is described in WO 95/17680, but also in WO 97/42508 for determining the wheel condition in a motor vehicle.
  • a high-resolution magnetic displacement sensor emerges from US Pat. No. 4,712,083, which likewise uses the principle of the rotating permanent-magnetic encoder.
  • the encoder is formed by hard magnets arranged at regular intervals from one another, with the magnetic field of all individual magnets is aligned in the direction of movement.
  • DE 196 12 422 uses a displaceable permanent magnet to determine the slider position in a linear potentiometer, the position of which is recognized by means of a stationary gyromagnetic magnetic field sensor. This type of sensor is particularly sensitive to changes in the angle of the magnetic field.
  • a displacement sensor for determining the position of a throttle valve in a motor vehicle is described in US 5,929,631.
  • a Hall element or, which is preferred, a resistance element that uses the huge magnetoresistive effect (GMR) is used as the magnetic field sensor.
  • the publication also mentions that the arrangement for determining the position can also be used for linear movements in addition to radial movements.
  • the proposed solution is to arrange a large number of magnetic sensors at regular intervals along the route. In one embodiment, an arrangement is shown in which eight GMR sensors are spherically arranged on a rotating cylinder jacket, which run past a rod-shaped permanent magnet which is firmly attached to the inside of the cylinder jacket during rotation.
  • This position determination method is disadvantageous in that a chain or matrix of individual sensors has to be connected to an electronic evaluation circuit. The determination of the position in this way is technically complex and cost-intensive.
  • a linear displacement sensor with an integrated magnetically active component for, for example, mechanical actuation devices of brake devices is described.
  • the invention is based, inter alia, on the idea of using the mechanics of the actuating device at the same time as mechanics of non-contact linear displacement sensors, which are to depict the driver's actuation request either weighted proportionally or path-dependent.
  • the magnetic field of the encoder is measured or detected by one or more magnetic field sensors.
  • the magnetic field is either completely or only partially detected by the magnetic field sensor, whereby a partial detection of the magnetic field is understood in the sense of the invention if not all of the measured variables, such as field strength and direction of the field vector, describe the magnetic field by the sensor module or sensors but, for example, only the field strength and two direction coordinates of the field vector in the xy plane of a suitably chosen coordinate system.
  • the sensor module according to the invention contains at least one magnetic field sensitive sensor and possibly an electronic circuit for further processing of the sensor signal.
  • the invention can be carried out with magnetic field sensitive sensors which operate according to the XMR principle, preferably the AMR, the GMR principle, or the Hall principle.
  • the AMR principle is understood when the sensor uses the anisotropic magnetoresistive effect.
  • Corresponding sensors are known, for example, from S. Mengel, “Technology Analysis Magnetism Volume 2: XMR Technologies”, Section 2.2, pages 18 to 20, VDI Technology Center Physical Technologies, Düsseldorf, 1997.
  • the GMR principle is understood when the sensor element uses the “Giant Magnetoresisitive Effect”.
  • the Hall principle is understood when the sensor uses the Hall effect.
  • sensors are used that work according to the AMR principle.
  • the linear displacement sensor according to the invention is characterized in that the Sensor module contains a bridge circuit made of magnetic field sensors, the main plane of which is aligned parallel to the surface normal and to the longitudinal axis of the displaceable element.
  • the surface normal of the displaceable element is understood to mean a direction vector which is perpendicular to the surface of the displaceable element.
  • the displaceable element is in the form of a rod with a circular cross section
  • the surface normal corresponds to the radius vector of the rod.
  • the main plane of at least one sensor module with a bridge circuit is oriented perpendicular to the surface normal of the displaceable element.
  • both of the sensor variants mentioned above are implemented in the linear displacement sensor according to the invention.
  • this functional principle different magnetic field components of a magnetic encoder track are used and the field strength pattern of the encoder track is converted into different signals.
  • the output signal or the output signals of the magnetic sensors which contain the information about the movement, are preferably provided in electrical form at the output.
  • This signal can be processed by one or more sensor circuits and made available, for example, in digitized form at the output of the sensor circuit.
  • the means of generating the permanent magnetic field line Course 33 is also referred to in the literature as an encoder. It comprises, for example, either a permanent magnetic material which has been magnetized alternately along its longitudinal axis or at least two magnetized permanent magnetic materials arranged in series which modulate the course of the magnetic field through different orientation or magnetization strength of the magnetic material. For example, bi- or multipolar permanent magnets can be used. Encoders are preferably used which comprise a homogeneous magnetic material which has been magnetized in accordance with the desired magnetic field line course.
  • the permanent magnetic material is oriented in particular anti-parallel with respect to the magnetic north-south direction.
  • the permanently magnetic material is, for example, permanently magnetized ceramic material, e.g. anisotropic barium ferrite magnets are used, preferably plastic-bonded ferrite material.
  • a plastic-bonded magnetic material that can be used according to the invention can be a material that e.g. for the production of magnetized wheel bearing seals.
  • This wheel bearing material is known per se and is used, for example, by the companies C. Freudenberg, Weinheim (DE), SNR, Annecy (FR), FAG Kugelfischer, Schweinfurt (DE).
  • an iron yoke can be provided on the back.
  • An iron yoke can preferably be dispensed with when using permanently magnetized ceramic material, and it is the case with plastic-bound materials however expedient to provide a magnetic iron yoke.
  • the iron yoke advantageously consists of magnetically highly conductive iron material which, in the case of rod-shaped or linear bodies, is deposited in the field generating means and, which is particularly preferred, forms a firm bond with it.
  • the shape of the field generating means is similar to that of a thin-walled tube, a narrow, flat ruler or that of a round rod, for example.
  • Field generating means are preferably used in the form of flat rulers with a spherical or trapezoidal profile, or round bars with iron core filling.
  • the axially leading bearing is preferably designed such that the area of the field generating means is at least partially sealed by the bearing itself.
  • additional sealing means in the area of the bearing can be dispensed with. It is particularly advantageous if the sealing agent itself also takes on the function of storage.
  • the displaceable element preferably comprises a shaft, an actuating element mechanically connected to the shaft and a force transmission means, so that when the actuation element is actuated by means of an external force which acts on the force transmission means, the shaft and thus the field generating means are essentially free of tension. and / or compressive forces can be axially displaced.
  • the displaceable element can be of any cross-sectional shape and is either solid or has an axial recess, as is present, for example, in the case of a tubular object.
  • the displaceable element is preferably a profile tube.
  • the term “profile tube” is understood to mean a conventional tube with any cross-section, for example round, oval, square, square with rounded corners or polygonal.
  • the shaft 7 can be formed in one piece or consist of several individual parts.
  • the connection of the shaft with the actuating element is designed so that the shaft is moved with the rod in a precise location.
  • the shaft can be screwed to the actuating element.
  • the cross-sectional shape of the shaft preferably corresponds essentially to that of a profile tube defined above, wherein the shaft can additionally be hollow or solid.
  • the shaft particularly preferably has an axial opening, as is typical for profile tubes.
  • the force transmission means for transmitting an external force to the actuating means is used, for example, to transmit the force of a brake pedal to the brake cylinder.
  • the actuating means is preferably a direct connection to the actuating rod of the brake cylinder or in particular this rod itself.
  • the force transmission means must essentially be designed for forces in the direction of the brake release, ie in the direction of the actuating rod, but can, which is preferred, Transfer forces even under tensile loads.
  • the force transmission means can be a rigid or movable connection to the brake pedal; this is preferably a movable connection.
  • the force transmission means is, for example, a ball joint, a needle bearing or a cone camp .
  • the arrangement according to the invention for measuring linear paths advantageously has a particularly low hysteresis.
  • a redundant arrangement means arrangements which are either fully redundant, partially redundant or also contain two or more redundant systems, so that in the event of a failure or malfunction of a sensor or a sensor circuit, a duplicate element has the function of the failed or faulty element or detects its malfunction and, if necessary, reports it to a monitoring device.
  • the resolution of the linear displacement sensor essentially depends on the nature of the sensor and that of the field generating means (encoder). For example, the change in the magnetic field along the encoder (encoder track) can be varied depending on the requirements by the distance between the individual magnets.
  • linear path-dependent magnetic encodings of the encoder track can be used, but also non-linear magnetic encodings.
  • multi-track codes can also be used, but preferably single-track codes are used, in particular linear single-track codes.
  • Another possibility is to design the magnetic encodings in such a way that, in cooperation with suitable sensors, an analog path resolution, which is much finer in comparison to a quantized path resolution, can be realized. is settled. In practice, however, it is expedient to generate a quantization by periodically repeating a magnetization pattern, so that a signal quantized with respect to the path is present as the output signal of the magnetic sensor.
  • the invention also relates to the use of the linear displacement sensor described above for measuring the pedal or lever position in an actuating device for braking motor vehicles.
  • the linear displacement transducer according to the invention can preferably also be used for piston shafts, actuating rods, throttle valves and hydraulic pistons in motor vehicles.
  • FIG. 1 shows an example of a linear displacement sensor which can be used in an actuating device for braking motor vehicles for detecting the position of the pedal position
  • FIG. 2 shows another example of a linear displacement sensor according to FIG. 1 with two sensor modules (S, SC, S ', SC'),
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the field line course along the surface of an encoder in the axial direction together with differently oriented sensor modules and a graphic representation of the output signal of these sensor modules, 4 examples of field generating means that can be used according to the invention without magnetic yoke a and with yoke b for insertion into a recess of the displaceable element,
  • FIG. 8 shows schematic representations of examples of sensor / encoder combinations according to the invention with alignment of the sensor plane perpendicular to the surface normal r of the displaceable element
  • 9a shows an example of a combination of a combination of sensor and encoder according to the invention, in which the sensor plane is parallel to the surface normal r and perpendicular to the direction of movement X a shaft 7 is aligned,
  • 9b shows an example according to the invention of a shaft with two inserted field generating means
  • 9c shows an example of a shaft according to the invention with two field generating means in a schematic representation, wherein an encoder does not extend over the full length of the encoder and
  • Fig. 9d an inventive example in a schematic
  • Figure 1 shows the detail of an actuator, e.g. an actuating device for brakes, with the essential machine elements, in which the magnetically active components mentioned are integrated and with which they form the arrangement or device according to the invention.
  • actuator e.g. an actuating device for brakes
  • stator 1, 2, 3 e.g. an actuating device for brakes
  • actuating element 4 which is a rod, for example, which are displaced back and forth by the distance x during the actuating or resetting process.
  • the actuating element 4 is actuated by an external force acting on the actuating element, for example via an additional rod
  • the rod 4 is mechanically connected to a shaft 7, wherein the rod 4 and the shaft 7 can also be made from a common piece.
  • the shaft is designed as a tube.
  • the production from one piece and partial training as a tube is particularly preferred.
  • the tubular stucco is called a shaft.
  • a continuous rod 4 according to the invention which houses the encoder or encoders.
  • the cross section of the rod 4 and the shaft 7 and the opening cross section of the stator 1, 2, 3, which comprises the rod are preferably circular, but this is not absolutely necessary.
  • cross sections can also be used which are square, triangular or trapezoidal or dovetail-shaped.
  • the stator is preferably a composite of several housing parts, but can also be made in one piece.
  • the sensor carrier 2, in or on which the sensors S are advantageously embedded, clipped, screwed or positively clamped with associated integrated circuits for signal processing SC, is connected in a fixed manner to the housing part 1.
  • the sensor carrier is preferably also a holder for a plug 8 or, alternatively, for a cable, for forwarding sensory signals S (x), which map the displacement x, to electronics processing the signals.
  • Housing part 1 and sensor carrier 2 are preferably connected to one another in a rotationally secure manner. In the example, sensor carrier 2 is pressed onto housing part 1 via a resilient cap 3. But it is also possible that the sensor carrier 2 is screwed to the housing part 1, glued or pressed with another resilient holding mechanism. It is particularly advantageous if a means is provided which provides protection against rotation of the sensor carrier in relation to the housing part.
  • the arrangement according to the invention is protected against dirt, wetness (corrosion), iron-containing particles, small parts, etc.
  • a sealing means 10 which in the example a rubber sleeve is provided.
  • a rod-side seal 11 also provides protection against dirt.
  • FIG. 1 shows a particularly preferred variant with regard to the shaft / field generating means (encoder).
  • a tubular encoder (see FIG. 5, types 28a to 33a and 28b to 33b) is inserted into a tubular, thin-walled shaft 7.
  • An iron yoke can also be used advantageously here. This has the advantage that there are no magnetic attraction forces on particles on the inside of the tubular encoder. With the circular design, the encoder is mechanically protected and the shaft can be guided through a pressure-loaded seal.
  • FIG. 2 shows a linear displacement transducer that largely corresponds to FIG. 1.
  • the arrangement is simply redundant.
  • sensor carrier 2 there are two sensors S, S ', each with sensor circuits SC, SC' assigned to the sensor.
  • Two encoders 9 and 9 ' are embedded in the shaft.
  • the position-synchronous signals Sl (x) and S2 (x) are generated by the interaction of the encoder, sensor and sensor circuit.
  • Variants 17a to 39a are encoders without iron yoke 281.282 and variants 17b to 39b with iron yoke 281.282.
  • the iron yoke is a thin inner tube without an air gap to the magnetic material. This tube can preferably also be a mechanical support for particularly thin-walled tubes.
  • the iron yoke is a wire-shaped iron core.
  • the encoders can be provided with the examples of magnetization patterns listed below:
  • a magnetic encoder period (shown in
  • FIG. 6 Examples of encoder shafts are shown in FIG.
  • the material of the shaft 7 should have the lowest possible magnetic conductivity, which is the case, for example, with magnetically non-conductive steel or hard aluminum.
  • the encoders 9, 9 ', 9'' can be embedded in different regions 74, 75 of the shaft body.
  • Partial image a) of FIG. 6 shows a tubular shaft 7, in the outer jacket 72 of which a linear encoder 9 is embedded.
  • the ruler shown is one of the type 25a according to FIG. 4. This has a trapezoidal profile and is therefore captively connected to the shaft, provided that the recess 74 is also shaped in a trapezoidal manner.
  • Rulers with a rectangular profile FIG.
  • Partial image b) of FIG. 6 shows a further tubular shaft, in the inner jacket of which several encoders of different lengths are embedded. This variant is advantageous if the shaft is guided through a pressure-loaded seal.
  • Partial picture c) shows a further tubular shaft, in the wall of which holes 92, 93 'are embedded, into which the encoders rod-shaped encoders can be inserted.
  • the encoder is advantageously mechanically completely protected and the shaft can be guided through a pressure-loaded seal.
  • Partial image d) shows another shaft, which can be designed as a very thin-walled tube in comparison to the embodiment in partial image e), while the wall thickness is locally reinforced to accommodate the bores.
  • Partial image e) of FIG. 6 shows another shaft with the special feature that the bores of the wall are eccentrically are guided, wherein the diameter of the holes is larger than the wall thickness of the shaft.
  • encoders for example types 34a to 39a and 34b to 39b
  • This offers the advantage that encoders (for example types 34a to 39a and 34b to 39b) with a relatively large diameter and correspondingly higher magnetic field strength can be used captively. This is the case, for example, if the radius and the remaining wall thickness remaining after the bore are smaller than the wall thickness of the shaft.
  • FIG. 3 shows sensor arrangements with different orientation of the sensors with respect to the shaft.
  • the encoder 9 generates a periodic field line course 33 in the longitudinal direction of the encoder.
  • the field line course can also be called an encoder track.
  • the field line course shown is characteristic of magnetic material with zones 31, 32 of a homogeneous magnetic material, for example a ferrite, which are magnetized alternately in the north / south pole orientation.
  • the encoder track expands into the image plane.
  • AMR sensors are connected to form a bridge circuit 13, the sensors all coming to lie in a common plane 131.
  • the plane in the left partial image is oriented perpendicular to the encoder plane, ie parallel to the surface normal of the displaceable element, and parallel to the direction of movement or to the longitudinal axis of the displaceable element.
  • the lamella structure of the sensors is preferably oriented perpendicular or parallel to the surface normal in this orientation. If this structure is moved in the direction X along the encoder track, the vector of the magnetic field strength rotates through the bridge plane and the bridge produces an output signal with two signal periods 14 per encoder period ⁇ . This effect is hereinafter referred to as the 2 ⁇ effect. - 1 !
  • the common level of the bridge circuit is aligned parallel to the encoder level, i.e. perpendicular to the surface normal of the displaceable element. If the displaceable element is moved in the direction X along the encoder track, only a partial vector of the magnetic field strength acts on the bridge layer, so that an output signal with only one signal period 16 per encoder period ⁇ is produced.
  • This effect is hereinafter referred to as the l ⁇ effect. Both effects can be implemented in specific sensor elements that are either designed to detect a direction of movement or to recognize no direction of movement.
  • the sensor elements contain in particular two bridges rotated by 45 °, which provide SIN / COS signals from which the direction of movement can be derived using known methods.
  • the spatial phase shift of the bridge branches compared to the encoder period ⁇ is used to detect the direction of movement.
  • FIG. 7 Examples of sensor / encoder combinations with high spatial resolution are shown in FIG. 7.
  • the sensors shown work according to the AMR principle and use the principle of the 2 ⁇ effect.
  • the combination is in drawing a of a sensor 40 with a downstream electronic network 41 is shown.
  • the network is used for interpolation and signal processing.
  • the network and the sensor are preferably integrated in a common sensor module A.
  • the network is built internally so that an interpolation factor with a value of at least ( ⁇ / 8) / ⁇ x is used, where ⁇ x corresponds to the smallest resolvable path increment.
  • the sensor plane of the sensor 40 is aligned in the direction of the direction of movement X and in the direction of the surface normal of the encoder, so that the field vector of the generated magnetic field rotates periodically through the plane of the AMR layer in the encoder used.
  • sensor module A provides a binary signal as a sign for the direction of movement and at a distance
  • partial image c and d of FIG. 7 examples of sensor / encoder combinations are shown which differ from the embodiment shown in partial image a with regard to the orientation of the sensor plane.
  • the sensor plane is oriented perpendicular to the direction of movement X here.
  • the encoders of type 29a or 31a shown here generate a magnetic field that rotates through the plane of the AMR layer in the same way as partial image a.
  • the sensors 40 are connected to a module for signal processing SC, so that a location-dependent signal S (x) is produced which corresponds to that of sensor A in its effect.
  • Part a shows a sensor module B in combination with an encoder of type 21a. If sensor module B is moved in the positive or negative X direction, the sensor reacts either with an increase or a decrease in the output signal depending on the direction.
  • the analog signal can be quantized almost arbitrarily by an analog-digital converter in order to achieve a high path resolution.
  • Sub-image b of FIG. 8 shows a sensor module C in combination with an encoder of the type 17a.
  • the output signal of the module is a pulse sequence, the sequence of which corresponds to the number of scanned poles of the encoder.
  • a bit sequence with additional information is imprinted between the pulses using the pulse pauses that are not required. It makes sense to design the additional information so that the direction of movement of the encoder can be derived from it.
  • Sub-picture c shows an exemplary embodiment with two sensor modules of type D (reference symbols D1 and D2).
  • type B sensor assemblies can be used as well
  • a suitable encoder is, for example, type 17a.
  • the blocks Dl (or Bl) and D2 are, for example, type 17a.
  • B2 are mutually offset by half a pole width and generate two mutually orthogonal signals.
  • SIN or COS signals are generated.
  • the output signal can be converted into a high-resolution quantized location signal with directional information in accordance with the manner described above in FIG. 8 (2 ⁇ sensor).
  • square-wave signals are generated, from which the directional information can also be derived in an analog manner.
  • the reachable local resolution of the total path limited to the number of poles.
  • FIGS. 9a to 9d show further examples of encoder / sensor combinations.
  • the shaft 7 shown in FIG. 9a with an inserted encoder 9 (type 21a) is combined with a 2 ⁇ sensor 40. Its output signal is fed to an electronic circuit SC, which generates the signal S (x).
  • Figure 9b shows a shaft 7 with two inserted encoders 9,9 'of type 17a. They are type A sensor assemblies that produce high-resolution signals. These signals are then processed in a further electronic circuit SC3. This circuit monitors the function of both sensor modules according to known redundancy principles and generates the signal S ( ⁇ ), which may have been cleaned of interference, at the output.
  • FIG. 9c shows a shaft 7 with two encoders of the types 17a and 18a with different lengths.
  • Encoder type 17a is combined with a high-resolution sensor module of type A and encoder type 18a with a sensor module D with low spatial resolution.
  • the sensor signals are processed in a further electronic circuit SC3 in a manner known per se according to redundancy principles to form an output signal S (x).
  • FIG. 9d shows a tubular shaft with an inserted, also tubular encoder, the encoder having an iron yoke of type 28b.
  • redundant operation is particularly easy in this way.
  • Two similar types with high spatial resolution come as sensors 40. solution, and as sensor D a type with a comparatively low spatial resolution is used.
  • the sensors 40 with the circuits SCI and SC2 form sensor assemblies of type A. All three sensor signals are processed in an electronic circuit SC3 according to redundancy principles known per se to form an output signal S (x).
  • the cylindrically symmetrical shape of the encoder shaft is particularly favorable here, since the sensors can be arranged at any angle on the circumference of the shaft. Due to the iron yoke, no iron particles can stick to the interior of the shaft.
  • the type 28b encoder used consists of a plastic-bonded magnetic material.
  • the sensors or sensor modules which can be used according to the invention are predominantly commercially available. Examples of commercial sensors and sensor assemblies are listed below:
  • Air gap (encoder / sensor element): about 2 mm
  • 6 mm (preferably less than or equal to 6 mm)
  • Air gap (encoder / sensor element):

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Abstract

Es wird ein linearer Wegaufnehmer für Kraftfahrzeuge vorgeschlagen, welcher ein verschiebbares Element 4, 5, 7 und einen Stator (1, 2, 3) umfaßt. Das verschiebbare Element weist einen magnetischen Encoder auf. Mit dem Stator sind Sensormodule ortsfest verbunden, die nach dem AMR-Prinzip, dem GMR-Prinzip oder dem Hall-Prinzip arbeiten. Das verschiebbare Element wird durch ein mit dem Stator verbundenes Lager 11 geführt, welches das verschiebbare Element umgreift und axial führt. Das oder die Sensormodule sind mit dem Stator ortsfest verbunden. Entlang der Längsachse des verschiebbaren Elements sind das oder die Felderzeugungsmittel mit dem verschiebbaren Element formschlüssig verbunden. Ferner ist die Verwendung des linearen Wegaufnehmers zur Messung der Pedal- oder Hebelposition in einer Betätigungsvorrichtung für Bremsen von Kraftfahrzeugen beschrieben.

Description

Linearer Wegsensor und dessen Verwendung als Betätigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft einen linearen Wegsensor gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
Es ist bereits bekannt, mit Hilfe von Anordnungen aus magnetisch codierten Scheiben oder Ringen und Magnetfeldsensoren die Stellung und Winkelgeschwindigkeit beispielsweise von Fahrzeugrädern zu bestimmen. Zu diesem Zweck werden die codierten Scheiben oder Ringe (sogenannte Encoder) mit permanentmagnetischem Material bestückt. Zur Durchführung der Positionsbestimmung durch die Sensoren wird eine Variation des Magnetfeldes auf dem Encoder benötigt. Dies wird entweder durch abwechselnde Nord-Süd-Magnetisierung des Magnetmaterials entlang eines Kreisbogens auf dem Encoder, aber auch durch einen periodisch verringerten Abstand des Magnetmaterials vom Sensor erreicht. Das Magnetfeld wird nun von einem Magnetfeldsensor, welcher beispielsweise ein Hall-Sensor oder ein magnetoresistiver Widerstand sein kann, entlang des Kreisbogens abgetastet, um die Radstellung und die Winkelgeschwindigkeit beispielsweise durch Zählen der Signalflanken des Sensorsignals zu ermitteln. Das vom Sensor erzeugte Signal kann durch eine im Bereich des Sensors angebrachte oder im Sensor integrierte elektronische Schaltung verstärkt und getriggert sein (aktiver Magnetfeldsensor) . Eine vergleichbare Anordnung ist in der WO 95/17680, aber auch in der WO 97/42508 zur Bestimmung des Radzustands in einem Kraftfahrzeug beschrieben.
Aus der US 4,712,083 geht ein hochauflösender magnetischer Wegsensor hervor, der ebenfalls das Prinzip des rotierenden permanentmagnetischen Encoders benutzt. Der Encoder wird durch in regelmäßigem Abstand voneinander angeordnete Hartmagnete gebildet, wobei das Magnetfeld aller Einzelmagnete in Richtung der Bewegungsrichtung ausgerichtet ist.
Die beschriebene Anordnung ist ebenfalls ausschließlich zur
Positionsbestimmung von rotierenden Körpern vorgesehen.
In der DE 196 12 422 wird zur Bestimmung der Schiebereglerstellung in einem linearen Potentiometer ein verschiebbarer Permanentmagnet eingesetzt, dessen Stellung mittels eines ortsfesten gyromagnetischen Magnetfeldsensors erkannt wird. Dieser Sensortyp reagiert besonders empfindlich auf Winkeländerungen des Magnetfeldes.
Ein Wegsensor zur Bestimmung der Position einer Drosselklappe in einem Kraftfahrzeug ist in der US 5,929,631 beschrieben. Hier wird als Magnetfeldsensor ein Hall-Element oder, was bevorzugt ist, ein Widerstandselement, das den riesigen magnetoresistiven Effekt (GMR) ausnutzt, eingesetzt. Die Druckschrift erwähnt ferner, daß die Anordnung zur Positionsbestimmung neben radialen Bewegungen auch für lineare Bewegungen eingesetzt werden kann. Die vorgeschlagene Lösung besteht darin, eine Vielzahl von Magnetsensoren entlang der Wegstrecke in regelmäßigem Abstand anzuordnen. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Anordnung dargestellt, bei der auf einem rotierenden Zylindermantel acht GMR-Sensoren sphärisch angeordnet sind, die während der Rotation an einem stabformigen Permanentmagneten, welcher an der Innenseite des Zylindermantels fest angebracht ist, vorbeilaufen. Dieses Positionsbestimmungsverfahren ist insofern nachteilig, da eine Kette oder Matrix von Einzelsensoren mit einer elektronischen Auswerteeschaltung verbunden werden müssen. Die Ermittlung der Position auf diese Weise ist technisch aufwendig und kostenintensiv.
Eine Auflösungserhöhung bei magnetischen Wegsensoren läßt sich gemäß der DE 43 27 047 erreichen, wenn einerseits die auf dem Encoder angeordneten Hartmagnete antiparallel ausgerichtet werden und andererseits zwei Magnetfeldsensoren eingesetzt werden, die seitlich geringfügig in Richtung der Bewegungsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Die Wirkung von äußeren Störungen läßt sich weiter herabsetzen, wenn mehrere magnetoresistive Schichtwiderstände zu Wheatstone-Brücken zusammengeschaltet werden. Die beschriebene Anordnung läßt sich allgemein zur Messung von circula- ren oder linearen Lageänderungen zweier relativ zueinander beweglicher Objekte nutzen. Allerdings liefert die Schrift keinerlei Anregungen, wie ein Wegaufnehmer, der unter praxisrelevanten Bedingungen, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen vorliegen, konstruiert werden muß.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen linearen Wegsensor für Kraftfahrzeuge vorzuschlagen, der unter praxisrelevanten Bedingungen wie Korrosion, Verschleiß, Schmutz, extreme Hitze und extreme Kälte ein Maximum an Zuverlässigkeit bei hoher Wegauflösung bietet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen linearen Wegsensor gemäß Anspruch 1 gelöst .
Gemäß der Erfindung wird ein linearer Wegsensor mit integrierter magnetisch wirksamer Komponente für beispielsweise mechanische Betätigungsvorrichtungen von Bremsgeräten beschrieben. Der Erfindung liegt unter anderem der Gedanke zugrunde, die Mechanik der Betätigungsvorrichtung zugleich als Mechanik berührungsloser Linearweggeber zu nutzen, die den Betätigungswunsch des Fahrers entweder wegproportional oder wegabhängig gewichtet abbilden soll. Das Magnetfeld des Encoders wird durch einen oder mehrere Magnetfeldsensoren gemessen bzw. erfaßt. Das Magnetfeld wird durch den Magnetfeldsensor entweder ganz oder nur teilweise erfaßt, wobei unter einer teilweisen Erfassung des Magnetfeldes im Sinne der Erfindung verstanden wird, wenn von den das Magnetfeld vollständig beschreibenden Meßgrößen wie Feldstärke und Richtung des Feldvektors nicht alle Größen durch den oder die Sensormodule erfaßt werden, sondern beispielsweise nur die Feldstärke und zwei Richtungskoordinaten des Feldvektors in der x-y-Ebene eines geeignet gewählten Koordinatensystems .
Das Sensormodul gemäß der Erfindung enthält mindestens einen magnetfeldempfindlichen Sensor und ggf. eine elektronische Schaltung zur Weiterverarbeitung des Sensorsignals. Die Erfindung läßt sich mit magnetfeldempfindlichen Sensoren ausführen, die nach dem XMR-Prinzip, vorzugsweise dem AMR-, dem GMR-Prinzip, oder dem Hall-Prinzip arbeiten. Unter AMR-Prinzip wird verstanden, wenn der Sensor den anisotropen magnetoresistiven Effekt nutzt. Entsprechende Sensoren sind beispielsweise aus S. Mengel, „Technologieanalyse Magnetismus Band 2: XMR-Technologien" , Abschnitt 2.2, Seiten 18 bis 20, VDI-Technologiezentrum Physikalische Technologien, Düsseldorf, 1997, bekannt.
Unter GMR-Prinzip wird verstanden, wenn das Sensorelement den „Giant Magnetoresisitive Effect" ausnutzt. Unter Hall-Prinzip wird verstanden, wenn der Sensor den Hall-Effekt ausnutzt.
Vorzugsweise werden ausschließlich Sensoren eingesetzt, die nach dem AMR-Prinzip arbeiten.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der lineare Wegaufnehmer gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Sensormodul eine Bruckenschaltung aus Magnetfeldsensoren enthalt, deren Hauptebene parallel zur Oberflachennormalen und zur Langsachse des verschiebbaren Elements ausgerichtet ist .
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter der Oberflachennormalen des verschiebbaren Elements ein Richtungsvektor verstanden, der senkrecht auf der Oberflache des verschiebbaren Elements steht.
Hat beispielsweise das verschiebbare Element die Form einer Stange mit kreisförmigen Querschnitt, so entspricht die Oberflachennormale dem Radiusvektor der Stange.
In einer zweiten bevorzugten Ausfuhrungsform ist die Hauptebene von zumindest einem Sensormodul mit Bruckenschaltung senkrecht zur Oberflachennormalen des verschiebbaren Elements ausgerichtet.
Besonders bevorzugt ist es, wenn im erfindungsgemaßen linearen Wegaufnehmer beide vorstehend genannten Sensorvarianten realisiert sind. Bei diesem Funktionsprinzip werden unterschiedliche magnetische Feldkomponenten einer magnetischen Encoderspur genutzt und das Feldstarkemuster der Encoderspur in unterschiedliche Signale umgewandelt.
Das Ausgangssignal oder die Ausgangssignale der Magnetsensoren, welche die Information über die Bewegung beinhalten, werden vorzugsweise in elektrischer Form am Ausgang bereitgestellt. Dieses Signal kann von einem oder mehreren Sensorschaltkreisen aufbereitet werden und beispielsweise in digitalisierter Form am Ausgang des Sensorschaltkreises zur Verfugung gestellt sein.
Das Mittel zur Erzeugung des permanenten Magnetfeldlinien- Verlaufs 33 wird in der Literatur auch als Encoder bezeichnet. Es umfaßt beispielsweise entweder einen permanentmagnetischen Werkstoff, der entlang seiner Längsachse abwechselnd magnetisiert wurde oder mindestens zwei in Reihe angeordnete magnetisierte permanentmagnetische Werkstoffe, die den Magnetfeldlinienverlauf durch unterschiedliche Orientierung oder Magnetisierungsstärke des Magnetmaterials modulieren. Es können beispielsweise bi- oder multipolare Permanentmagnete eingesetzt werden. Vorzugsweise werden Encoder eingesetzt, die einen homogenenen Magnetwerkstoff umfassen, der entsprechend des gewünschten Magnetfeldlinienverlaufs magnetisiert wurde.
Der permanentmagnetische Werkstoff ist bezüglich der magnetischen Nord-Süd-Richtung insbesondere antiparallel ausgerichtet .
Als permanentmagnetischer Werkstoff kommt beispielsweise permanentmagnetisiertes Keramikmaterial, z.B. anisotrope Bariumferritmagnete, zum Einsatz, bevorzugt wird kunststoffgebundenes Ferritmaterial verwendet. Besonders bevorzugt läßt sich als erfindungsgemäß einsetzbares kunststoffgebundenes Magnetmaterial ein Material einsetzten, welches z.B. zur Herstellung magnetisierter Radlagerdichtungen in Gebrauch ist. Dieses Radlagermaterial ist an sich bekannt und wird beispielsweise durch die Firmen C. Freudenberg, Weinheim (DE), SNR, Annecy (FR), FAG Kugelfischer, Schweinfurt (DE).
Zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften des Felderzeugungsmittels kann an der Rückseite ein Eisenrückschluß vorgesehen sein. Vorzugsweise kann bei Einsatz von perma- nentmagnetisiertem Keramikmaterial auf einen Eisenrückschluß verzichtet werden, bei kunstoffgebundenen Materialien ist es jedoch zweckmäßig, einen magnetischen Eisenruckschluß vorzusehen. Der Eisenruckschluß besteht zweckmaßigerweise aus magnetisch gut leitendem Eisenmaterial, das im Fall Stab- oder linealformiger Korper dem Felderzeugungsmittel hinterlegt ist und, was besonders bevorzugt ist, mit ihm einen festen Verbund bildet.
Die Form des Felderzeugungsmittels gleicht beispielsweise der eines dünnwandige Rohres, eines schmalen, flachen Lineals oder der eines Rundstabes. Bevorzugt werden Felderzeugungsmittel in Form von flachen Linealen mit balligem oder Trapezprofil, oder Rundstabe mit Eisenkernfullung eingesetzt .
Das axial fuhrende Lager ist vorzugsweise so ausgestaltet, daß der Bereich des Felderzeugungsmittels zumindest teilweise durch das Lager selbst abgedichtet wird. In diesem Fall können zusatzliche Abdichtmittel im Bereich des Lagers entbehrlich sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Abdichtmittel selbst gleichzeitig die Funktion der Lagerung übernimmt .
Das verschiebbare Element umfaßt vorzugsweise einen Schaft, ein mit dem Schaft mechanisch verbundenes Betatigungselement und ein Kraftubernahmemittel, so daß bei Betätigung des Be- tatigungselements mittels einer äußeren Kraft, die auf das Kraftubernahmemittel wirkt, der Schaft und somit die Felderzeugungsmittel im wesentlichen frei von Zug- und/oder Druckkräften axial verschoben werden kann.
Das verschiebbare Element kann von beliebiger Querschnittsform sein und ist entweder massiv ausgebildet oder besitzt eine axiale Ausnehmung, wie sie beispielsweise bei einem rohrformigen Gegenstand vorhanden ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem verschiebbaren Element um ein Profilrohr. Unter dem Begriff „Profilrohr" wird erfindungsgemäß ein herkömmliches Rohr mit beliebigem Querschnitt, z.B. rund, oval, viereckig, viereckig mit aberunde- ten Ecken oder mehreckig, verstanden.
Der Schaft 7 kann einstückig ausgebildet sein oder aus mehreren Einzelteilen bestehen. Die Verbindung des Schaftes mit dem Betätigungselement ist so gestaltet, daß der Schaft mit der Stange ortsgenau mitbewegt wird. So kann beispielsweise der Schaft an das Betätigungselement angeschraubt sein.
Die Querschnittsform des Schaftes entspricht vorzugsweise im wesentlichen der eines vorstehend definierten Profilrohres, wobei der Schaft zusätzlich hohl oder massiv sein kann. Besonders bevorzugt weist der Schaft jedoch eine axiale Öffnung, wie es für Profilrohre typisch ist, auf.
Das Kraftübernahmemittel zur Übertragung einer äußeren Kraft auf das Betätigungsmittel dient beispielsweise zur Übertragung der Kraft eines Bremspedals auf den Bremszylinder. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Betätigungsmittel um eine direkte Verbindung mit der Betätigungsstange des Bremszylinders oder insbesondere um diese Stange selbst. Das Kraftübernahmemittel muß im wesentlichen für Kräfte in Richtung der Bremsauslösung, also in Richtung der Betätigungsstange ausgelegt sein, kann aber, was bevorzugt ist, auch bei Zugbeanspruchung Kräfte übertragen. Das Kraftübernahmemittel kann eine starre oder bewegliche Verbindung zum Bremspedal sein, vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine bewegliche Verbindung. Das Kraftübernahmemittel ist beispielsweise ein Kugelgelenk, ein Nadellager oder ein Konus- lager .
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Messung linearer Wege weist vorteilhafterweise eine besonders geringe Hysterese auf .
Unter einer redundanten Anordnung gemäß der Erfindung werden Anordnungen verstanden, die entweder Vollredundant, Teilredundant sind oder auch zwei- bzw. mehrfach redundante Systeme enthalten, so daß bei einem Ausfall oder einer Fehl- - funktion eines Sensors oder eines Sensorschaltkreises ein doppelt vorhandenes Element die Funktion des ausgefallenen oder fehlerhaften Elementes übernimmt oder dessen Fehlfunktion erkennt und ggf. an eine Überwachungseinrichtung weitermeldet .
Die erzielte Auflösung des linearen Wegsensors hängt im wesentlichen von der Beschaffenheit des Sensors und der des Felderzeugungsmittels (Encoder) ab. Zum Beispiel kann die Änderung des Magnetfelds entlang des Encoders (Encoderspur) je nach den gestellten Anforderungen durch den Abstand der Einzelmagnete variiert werden.
Erfindungsgemäß können lineare wegabhängige magnetische Kodierungen der Encoderspur angewendet werden aber auch nichtlineare magnetische Kodierungen. Es können aber auch mehrspurige Kodierungen verwendet werden, vorzugsweise werden jedoch einspurige Kodierungen eingesetzt, insbesondere lineare einspurige Kodierungen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die magnetischen Kodierungen so auszugestalten, daß im Zusammenwirken mit geeigneten Sensoren eine analoge, im Vergleich zu einer quan- tisierten Wegauflösung sehr viel feinere Wegauflösung reali- siert wird. In der Praxis ist es jedoch zweckmäßig, eine Quantisierung durch periodische Wiederholung eines Magnetisierungsmusters zu erzeugen, so daß als Ausgangssignal des- Magnetsensors ein bezüglich des Weges quantisiertes Signal vorliegt .
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des vorstehend beschriebenen linearen Wegsensors zur Messung der Pedaloder Hebelposition in einer Betätigungsvorrichtung für Bremsen von Kraftfahrzeugen.
Der erfindungsgemäße lineare Wegaufnehmer läßt sich bevorzugt auch für Kolbenschäfte, Betätigungsstangen, Drosselklappen' und Hydraulikkolben in Kraftfahrzeugen einsetzen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung.
Es zeigen
Fig. 1 ein Beispiel für einen linearen Wegsensor, welcher in einer Betätigungsvorrichtung für Bremsen von Kraftfahrzeugen zur Erfassung der Stellung der Pedalposition einsetzbar ist,
Fig. 2 ein weiteres Beispiel für einen linearen Wegsensor gemäß Fig. 1 mit zwei Sensormodulen (S, SC, S ' , SC ' ) ,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Feldlinienverlaufs entlang der Oberfläche eines Encoders in axialer Richtung zusammen mit verschieden orientierten Sensormodulen und eine graphische Darstellung des Ausgangssignals dieser Sensormodule, Fig. 4 Beispiele für erfindungsgemäß einsetzbare Felderzeugungsmittel ohne magnetischen Rückschluß a und mit Rückschluß b zum Einlegen in eine Ausnehmung des verschiebbaren Elements,
Fig. 5 Beispiele für erfindungsgemäß einsetzbare Felderzeugungsmittel ohne Rückschluß (a) und mit Rückschluß (b) zum Einschieben in eine Bohrung oder eine axiale Öffnung des verschiebbaren Elements,
Fig. 6 weitere, ebenfalls schematisch dargestellte Beispiele für erfindungsgemäße Schäfte 7 gemeinsam mit einsetzbaren bzw. eingesetzten Felderzeugungsmitteln 9, 9', 9' ',
Fig. 7 Beispiele in schematischer Darstellung für erfindungsgemäße Kombinationen von Sensoren und Felderzeugungsmittel mit einer Darstellung der Sensorelektronik und einem Beispiel für ein von der Sensorelektronik erzeugtes Ausgangssignal bei Bewegung des Felderzeugungsmittels in Richtung der Bewegungsachse BA um die Auslenkung x,
Fig. 8 schematische Darstellungen von Beispielen erfindungsgemäßer Sensor/Encoder-Kombinationen mit Ausrichtung der Sensorebene senkrecht zur Oberflächennormalen r des verschiebbaren Elements,
Fig. 9a ein Beispiel für eine Kombinationen einer erfindungsgemäßen Kombination aus Sensor und Encoder, bei der die Sensorebene parallel zur Oberflächennormalen r und senkrecht zur Bewegungsrichtung X eines Schaftes 7 ausgerichtet ist,
Fig. 9b ein erfindungsgemäßes Beispiel eines Schaftes mit zwei eingelegten Felderzeugungsmitteln,
Fig. 9c ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Schaft mit zwei Felderzeugungsmitteln in schematischer Darstellung, wobei ein Encoder nicht über die volle Länge des Encoders reicht und
Fig. 9d ein erfindungsgemäßes Beispiel in schematischer
Darstellung eines rohrförmigen Schaftes mit einem radialsymmetrischen Felderzeugungsmittel, das in das Rohrinnere hineingeschoben ist.
Figur 1 zeigt, den Ausschnitt eines Aktuators, z.B. einer Betätigungsvorrichtung für Bremsen, mit den wesentlichen Maschinenelementen, in die die erwähnten magnetisch wirksamen Komponenten integriert sind und mit denen sie die erfin- dungsgemäße Anordnung bzw. Vorrichtung bilden. Es sind dies ein Stator 1,2,3 und ein Betätigungselement 4, welches beispielsweise eine Stange ist, die beim Betätigungs- bzw. Rückstellvorgang um die Strecke x gegeneinander vor und zurück verschoben werden. In diesem Beispiel wird das Betätigungselement 4 durch eine auf das Betätigungselement wirkende äußere Kraft, die beispielsweise über eine weitere Stange
5 wirkt, betätigt, wobei beide Stangen über ein Kugelgelenk
6 mechanisch gekoppelt sind. Die Stange 4 ist mit einem Schaft 7 mechanisch verbunden, wobei die Stange 4 und der Schaft 7 auch aus einem gemeinsamen Stück gefertigt sein können. Im Beispiel ist der Schaft als ein Rohr ausgebildet. Die Fertigung aus einem Stück und teilweise Ausbildung als Rohr ist hierbei besonders bevorzugt. In diesem Fall wird nur das rohrformig ausgebildete Stuck als Schaft bezeichnet. Es ist auch möglich, erfindungsgemaß eine durchgehende Stange 4 zu verwenden, die den oder die Encoder beherbergt. Der Querschnitt der Stange 4 und des Schaftes 7 und der Offnungsquerschnitt des Stators 1,2,3, der die Stange umfaßt, werden bevorzugt kreisförmig ausgebildet, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist. So können beispielsweise auch Querschnitte verwendet werden, die quadratisch, dreiek- kig oder trapez- bzw. schwalbenschwanzformig ausgebildet sind. Der Stator ist bevorzugt ein Verbund aus mehreren Gehauseteilen, kann aber auch einstuckig gefertigt sein. Der Sensortrager 2, in oder an dem Sensoren S, vorteilhafterweise zugleich mit zugehörigen integrierten Schaltkreisen zur Signalaufbereitung SC ortsfest eingebettet, angeklippst, angeschraubt oder formschlussig eingeklemmt sind, ist ortsfest mit dem Gehauseteil 1 verbunden. Der Sensortrager ist bevorzugt zugleich Halterung für einen Stecker 8 oder ersatzweise für ein Kabel, zur Weiterleitung sensorischer Signale S(x), die die Ortsverschiebung x abbilden, an eine die Signale weiterverarbeitende Elektronik. Gehauseteil 1 und Sensortrager 2 sind bevorzugt verdrehsicher aneinanderge- steckt. Im Beispiel wird Sensortrager 2 an Gehauseteil 1 über eine federnde Kappe 3 angepreßt. Es ist aber auch möglich, daß Sensortrager 2 an Gehauseteil 1 angeschraubt, angeklebt oder mit einem anderen federnden Haltemechanismus angepreßt wird. Es ist besonders vorteilhaft, wenn ein Mittel vorgesehen ist, welches eine Sicherung gegen Verdrehen von Sensortrager zu Gehauseteil darstellt.
Die erfindungsgemaße Anordnung ist vor Schmutz, Nasse (Korrosion), eisenhaltige Partikel, Kleinteile usw. geschützt. Hierzu ist im Bereich des Schaftes zwischen Gehäuse und der Stange 5 ein Abdichtmittel 10, welches im Beispiel eine Gummimanschette ist, vorgesehen. Ebenfalls Schutz vor Schmutz bietet eine stangenseitige Dichtung 11.
In Figur 1 ist bezüglich der Schaft/Felderzeugungsmittel (Encoder) eine besonders bevorzugte Variante dargestellt. In einen rohrförmigen, dünnwandigen Schaft 7 ist ein rohrförmi- ger Encoder (vergl. Figur 5, Typen 28a bis 33a und 28b bis 33b) eingesetzt wird. Auch hier kann ein Eisenrückschluß vorteilhafterweise verwendet werden. Dies bietet den Vorteil, daß an der rohrförmigen Encoderinnenseite keine magnetischen Anziehungskräfte auf Partikel auftreten. Bei der ringförmigen Bauweise ist der Encoder mechanisch geschützt und der Schaft kann durch eine druckbelastete Dichtung geführt werden.
In Figur 2 ist ein weitestgehend mit Figur 1 übereinstimmender linearer Wegaufnehmer dargestellt. Im Gegensatz zu Figur 1 ist die Anordnung einfach redundant ausgeführt. Im Sensorträger 2 sind zwei Sensoren S, S' mit jeweils dem Sensor zugeordneten Sensorschaltkreisen SC, SC ' vorhanden. In den Schaft sind zwei Encoder 9 und 9' eingebettet. Durch Zusammenwirken von Encoder, Sensor und Sensorschaltkreis werden die ortssynchronen Signale Sl (x) und S2 (x) erzeugt.
In Figur 4 und 5 sind weitere erfindungsgemäße Felderzeugungsmittel dargestellt. Hierbei sind die Varianten 17a bis 39a Encoder ohne Eisenrückschluß 281,282 und die Varianten 17b bis 39b mit Eisenrückschluß 281,282. Im Fall rohrförmi- ger Encoder ist der Eisenrückschluß ein dünnes Innenrohr, ohne Luftspalt zum Magnetmaterial. Dieses Rohr kann vorzugsweise zugleich eine mechanische Stütze für besonders dünnwandige Rohre sein. Im Fall rundstabförmiger Encoder ist der Eisenrückschluß ein drahtförmiger Eisenkern. Erfindungsgemäß können die Encoder mit den nachfolgend aufgezählten Beispielen für Magnetisierungsmuster versehen werden:
Eine magnetische Encoderperiode (dargestellt in
Teilbildern 18a, 18b, 33a, 33b, 34a, 34b) , Mehrere magnetische äquidistante Encoderperioden
(dargestellt in Teilbildern 17a, 17b, 25a, 25b, 26a,
26b, 27a, 27b, 28a, 35b) , Mehrere magnetische nicht äquidistante Encoderperioden
(dargestellt in Teilbilden 19a, 19b, 32a, 32b, 39a, 39b), Mehrspurige magnetische Lineale (dargestellt in
Te'ilbildern 20a, 20b),
Einzelne lineare magnetische Steigungsperioden
(dargestellt in Teilbildern 21a, 21b), Mehrere lineare magnetische Steigungsperioden
(dargestellt in Teilbildern 22a, 22b), Einzelne nicht lineare magnetische Steigungsperioden
(dargestellt in Teilbildern 24a, 24b), Mehrere nicht lineare magnetische Steigungsperioden
(dargestellt in Teilbildern 23a, 23b), Schraubenlinien mit einzelner linearer magnetischer
Steigungsperiode (dargestellt in Teilbildern
29a, 29b, 36a, 36b) , Schraubenlinie mit mehreren linearen magnetischen
Steigungsperioden (dargestellt in Teilbildern
30a, 30b, 37a, 37b) , Schraubenlinie mit mehreren nicht linearen magnetischen
Steigungsperioden (dargestellt 'in Teilbildern
31a, 31b, 38a, 38b) . In Figur 6 sind Beispiele für Encoderschäfte gezeigt. Das Material des Schaftes 7 sollte eine möglichst niedrige magnetische Leitfähigkeit aufweisen, was beispielsweise bei magnetisch nichtleitendem Stahl oder hartem Aluminium der Fall ist. Die Encoder 9, 9', 9'' können in unterschiedliche Regionen 74,75 des Schaftkörpers eingelassen sein. Teilbild a) von Figur 6 zeigt einen rohrförmigen Schaft 7, in dessen Außenmantel 72 ein linealförmiger Encoder 9 eingelassen ist. Das dargestellte Lineal ist eines vom Typ 25a gemäß Figur 4. Dieses hat ein trapezförmiges Profil und ist dadurch unverlierbar mit dem Schaft verbunden, sofern auch die Ausnehmung 74 entsprechend trapezförmig geformt ist. In den Außenmantel können auch Lineale mit rechteckigem Profil (Figur 4, beispielsweise Typ 17a) eingelassen sein. Bei Integration in den Außenmantel ist es besonders vorteilhaft, die Encoder mit Eisenrückschluß zu versehen. Teilbild b) von Figur 6 zeigt einen weiteren rohrförmigen Schaft, in dessen Innenmantel mehrere Encoder unterschiedlicher Länge eingelassen sind. Diese Variante ist vorteilhaft, wenn der Schaft durch eine druckbelastete Dichtung geführt wird.
Teilbild c) zeigt einen weiteren rohrförmigen Schaft, in dessen Wandung Bohrungen 92,93' eingelassen sind, in welche die Encoder stabförmige Encoder eingeschoben werden können. Vorteilhafterweise ist der Encoder in diesem Fall mechanisch vollständig geschützt und der Schaft kann durch eine druckbelastete Dichtung geführt werden.
Teilbild d) zeigt einen weiteren Schaft, der im Vergleich zur Ausführungsform in Teilbild e) als sehr dünnwandiges Rohr ausgebildet sein kann, während zur Aufnahme der Bohrungen die Wandstärke lokal verstärkt ist.
Teilbild e) von Figur 6 zeigt einen weiteren Schaft mit der Besonderheit, daß die Bohrungen der Wandung exzentrisch aus- geführt sind, wobei der Durchmesser der Bohrungen größer als die Wandstärke des Schaftes ist. Dies bietet den Vorteil, daß Encoder (zum Beispiel Typen 34a bis 39a und 34b bis 39b) mit relativ großem Durchmesser und entsprechend höherer magnetischer Feldstärke unverlierbar eingesetzt werden können. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn der Radius und die restliche verbleibende nach der Bohrung verbleibende Wandstärke kleiner als die Wandstärke des Schaftes sind.
In Figur 3 sind Sensoranordnungen mit unterschiedlicher Orientierung der Sensoren bezüglich des Schaftes dargestellt. Der Encoder 9 erzeugt einen periodischen Feldlinienverlauf 33 in Längsrichtung des Encoders. Der Feldlinienverlauf kann auch als Encoderspur bezeichnet werden. Der dargestellte Feldlinienverlauf ist charakteristisch für Magnetmaterial mit abwechselnd in Nord/Süd-Pol-Ausrichtung magnetisierten Zonen 31,32 eines homogenen Magnetmaterials, z.B. eines Ferrits. Die Encoderspur dehnt sich flächig in die Bildebene aus. Bei der im linken Teilbild der Figur dargestellten ersten Variante sind AMR-Sensoren zu einer Brückenschaltung 13 verschaltet, wobei die Sensoren alle in einer gemeinsamen Ebene 131 zu liegen kommen. Die Ebene ist im linken Teilbild senkrecht zur Encoderebene, also parallel zur Oberflächennormalen des verschiebbaren Elements, und parallel zur Bewegungsrichtung bzw. zur Längsachse des verschiebbaren Elements ausgerichtet. Zudem ist vorzugsweise bei dieser Orientierung die Lamellenstruktur der Sensoren senkrecht oder parallel zur Oberflächennormalen orientiert. Wird diese Struktur in Richtung X entlang der Encoderspur bewegt, so rotiert der Vektor der magnetischen Feldstärke durch die Brückenebene und die Brücke produziert ein Ausgangssignal mit zwei Signalperioden 14 pro Encoderperiode λ. Dieser Effekt wird hier im weiteren als 2α-Effekt bezeichnet. - 1 !
Im rechten Teilbild ist die gemeinsame Ebene der Brückenschaltung parallel zur Encoderebene, also senkrecht zur Oberflächennormalen des verschiebbaren Elements ausgerichtet. Wird das verschiebbaren Element in Richtung X entlang der Encoderspur bewegt, wirkt nur ein Teilvektor der magnetischen Feldstärke auf die Brückenschicht, so daß ein Ausgangssignal mit nur einer Signalperiode 16 pro Encoderperiode λ entsteht. Dieser Effekt wird hier im weiteren als lα- Effekt bezeichnet. Beide Effekte lassen sich in spezifische Sensorelemente umsetzen, die entweder dazu ausgebildet sind, eine Bewegungsrichtung zu erkennen oder keine Bewegungsrichtung zu erkennen. Bei Nutzung des 2α-Effektes enthalten die Sensorelemente insbesondere zwei um 45° gegeneinander gedrehte Brücken, die SIN/COS-Signale liefern, aus denen nach bekannten Verfahren die Bewegungsrichtung abgeleitet werden kann. Beim lα-Effekt wird die Ortsphasenverschiebung der Brückenzweige gegenüber der Encoderperiode λ genutzt, um die Bewegungsrichtung zu erkennen.
Eine besonders einfache Anordnung erhält man bei Verwendung von nur einer der Sensorbrücken aus Fig. 3. In diesem Fall muß jedoch auf die Möglichkeit der Bewegungsrichtungserken- nung verzichtet werden.
Werden Sensoren auf Basis des 2α-Effektes eingesetzt, so kann insbesondere dann eine hohe Wegauflösung erreicht werden, wenn an sich bekannte Interpolationsnetzwerke nachgeschaltet werden, die die Encoderperiode λ und damit die Wegstrecke x feinstufig quantisieren.
Beispiele für Sensor-/ Encoder-Kombinationen mit hoher Ortsauflösung sind in Figur 7 dargestellt. Die dargestellten Sensoren arbeiten nach dem AMR-Prinzip und verwenden das Prinzip des 2α-Effektes. In Teilbild a ist die Kombination eines Sensors 40 mit einem nachgeschaltetem elektronischen Netzwerk 41 gezeigt. Das Netzwerk dient zur Interpolation und Signalaufbereitung. Das Netzwerk und der Sensor sind vorzugsweise in einer gemeinsamen Sensorbaugruppe A integriert. Das Netzwerk ist intern so aufgebaut, daß ein Interpolationsfaktor mit einem Wert von mindestens (λ/8)/Δx verwendet wird, wobei Δx dem kleinsten auflösbaren Weginkrement entspricht. In Teilbild a ist die Sensorebene des Sensors 40 in Richtung der Bewegungsrichtung X und in Richtung der Oberflächennormalen des Encoders ausgerichtet, so daß bei dem verwendeteten Encoder der Feldvektor des erzeugten Magnetfeldes periodisch durch die Ebene der AMR-Schicht rotiert .
Gemäß Teilbild b liefert Sensorbaugruppe A als Vorzeichen für die Bewegungsrichtung ein binäres Signal und im Abstand
Δx eine inkrementale Signalpulsfolge V*(n*Δx).
In Teilbild c und d von Figur 7 sind Beispiele für Sensor- /Encoderkombinationen gezeigt, die bezüglich der Orientierung der Sensorebene von der in Teilbild a dargestellten Ausführungsform verschieden sind. Hier ist die Sensorebene im Gegensatz zu Teilbild a senkrecht zur Bewegungsrichtung X orientiert. Die hier dargestellten Encoder vom Typ 29a oder 31a erzeugen ein Magnetfeld, das analog Teilbild a durch die Ebene der AMR-Schicht rotiert.
Die Sensoren 40 werden mit einem Baustein zur Signalaufbereitung SC verbunden, so daß ein ortsabhängiges Signal S(x) entsteht, daß dem des Sensors A in seiner Wirkung entspricht .
In Figur 8 sind Beispiele für Sensor-/Encoder-Kombinationen dargestellt, die unter Nutzung des AMR-Prinzip nach dem lα-Effekt arbeiten. Sie erzeugen an einem gleichen Encoder jedoch unterschiedliche Ausgangssignale.
Teilbild a zeigt eine Sensorbaugruppe B in Kombination mit einem Encoder vom Typ 21a. Wird Sensorbaugruppe B in positive oder negative X-Richtung verschoben, reagiert der Sensor abhängig von der Richtung entweder mit einem Anstieg oder einer Absenkung des Ausgangssignals. Das Analogsignal kann über einen Analog-Digital-Umsetzer nahezu beliebig fein quantisiert werden, um eine hohe Wegauflösung zu erreichen. Teilbild b von Fig. 8 zeigt eine Sensorbaugruppe C in Kombination mit einem Encoder vom Typ 17a. Das Ausgangssignal der Baugruppe ist eine Pulsfolge, deren Sequenz der Anzahl der abgetasteten Pole des Encoders entspricht. Zwischen den Pulsen -unter Ausnutzung der nicht benötigten Pulspausen- wird unmittelbar nach einem Puls eine Bitfolge mit Zusatzinforma- tionen aufgeprägt. Es ist sinnvoll, die Zusatzinformation so zu gestalten, daß hieraus die Bewegungsrichtung des Encoders entnommen werden kann.
Teilbild c zeigt ein Ausführungsbeispiel mit zwei Sensorbaugruppen vom Typ D (Bezugszeichen Dl und D2) . Es können jedoch genausogut Sensorbaugruppen vom Typ B eingesetzt werden
(Bezugszeichen Bl und B2). Ein geeigneter Encoder ist beispielsweise vom Typ 17a. Die Bausteine Dl (bzw. Bl) und D2
(bzw. B2) werden gegeneinander örtlich um ein halbe Polbreite versetzt und erzeugen zwei zueinander orthogonale Signale. Bei Verwendung zweier Sensorbaugruppen vom Typen B entstehen SIN- bzw. COS-Signale. Das Ausgangssignal läßt sich entsprechend der vorstehend bei Fig. 8 (2α-Sensor) beschriebenen Weise in ein hochauflösendes quantisiertes Ortssignal mit Richtungsinformation umwandeln. Bei Verwendung zweier Sensoren vom Typ D entstehen Rechtecksignale, aus denen ebenfalls in analoger Weise die Richtungsinformation abgeleitet werden kann. Hierbei ist jedoch die erreichbare Orts- auflösung des Gesamtweges auf die Anzahl der Pole beschränkt .
In den Figuren 9a bis 9d sind weitere Beispiele für Encoder- /Sensor-Kombinationen gezeigt.
Der in Fig. 9a dargestellte Schaft 7 mit eingelegtem Encoder 9 (Typ 21a) ist mit einem 2α-Sensor 40 kombiniert. Dessen Ausgangssignal wird einer elektronischen Schaltung SC zugeführt, die das Signal S (x) erzeugt.
Figur 9b zeigt einen Schaft 7 mit zwei eingelegten Encodern 9,9' vom Typ 17a. Es handelt sich jeweils um Sensorbaugruppen vom Typ A, die hochauflösende Signale ergeben. Diese Signale werden dann in einer weiteren elektronischen Schaltung SC3 weiterverarbeitet . Diese Schaltung überwacht die Funktion beider Sensorbaugruppen nach an sich bekannten Redundanzprinzipien und erzeugt am Ausgang das ggf. von Störungen bereinigte Signal S(χ).
In Figur 9c ist ein Schaft 7 mit zwei Encodern vom Typ 17a und 18a mit unterschiedlicher Länge dargestellt. Encodertyp 17a ist mit einer hochauflösenden Sensorbaugruppe vom Typ A kombiniert und Encodertyp 18a mit einer Sensorbaugruppe D mit geringer Ortsauflösung. Im Ortsbereich, in dem beide Sensorbaugruppen im Bereich des jeweils zugeordneten Encoders sind (Redundanzbereich) , werden in einer weiteren elektronischen Schaltung SC3 die Sensorsignale in an sich bekannter Weise nach Redundanzprinzipien zu einem Ausgangssignal S(x) verarbeitet.
Das Ausführungsbeispiel in Figur 9d zeigt einen rohrförmigen Schaft mit eingeschobenem, ebenfalls rohrförmigen Encoder, wobei der Encoder einen Eisenrückschluß vom Typ 28b aufweist. In Verbindung mit mehreren Sensoren ist auf diese Weise ein redundanter Betrieb besonders einfach. Als Sensoren 40 kommen zwei gleichartige Typen mit hoher Ortsauflö- sung, und als Sensor D ein Typ mit vergleichsweise niedriger Ortsauflösung zum Einsatz. Auch hier bilden die Sensoren 40 mit den Schaltkreisen SCI und SC2 Sensorbaugruppen des Typs A. Alle drei Sensorsignale werden in einer elektronischen Schaltung SC3 nach an sich bekannten Redundanzprinzipien zu einem Ausgangssignal S(x) verarbeitet. Die zylindersymmetrische Form des Encoderschaftes ist hierbei besonders günstig, da die Sensoren in beliebigem Winkel am Umfang des Schaftes angeordnet werden können. Durch den Eisenrückschluß können keine Eisenpartikel im Innenraum des Schaftes haften bleiben.
Der eingesetzte Encoder vom Typ 28b besteht aus einem kunst- stoffgebundenes Magnetmaterial.
Die erfindungsgemäß einsetzbaren Sensoren bzw. Sensorbaugruppen sind, überwiegend kommerziell erhältlich. Nachfolgend sind Beispiele für kommerzielle Sensoren und Sensorbaugruppen aufgelistet:
Winkelsensor LK28, IMO Wetzlar (2α) Winkelsensor LK15, IMO Wetzlar (2α) AMR-Brücke KMZB34, Philips Hamburg (lα) ASIC UA1272, Philips Hamburg (lα) Aktiver Radsensor OH223, Philips Hamburg (lα) Aktiver Radsensor OH243, Philips Hamburg (lα) Aktiver Radsensor OH191, Philips Hamburg (lα) Aktiver Radsensor OH203, Philips Hamburg (lα)
Alle aufgelisteten lα-Typen werden mit einheitlicher Gehäuseform angeboten und weisen einen 2-Draht-Anschluß auf. Das Ausgangssignal wird in Form eines Stromsignals bereitgestellt . Zu den Ausführungsbeispielen werden nachfolgend noch einige Größenangaben konkretisiert:
■ Dicke der Magnetschicht des Encoders:
>= 1mm (bevorzugt 0,2 bis 4 mm)
• Länge eines Encoders:
54 mm (bevorzugt 10 bis 100 mm)
Beispiel für die Realisierung einer hohen Auflösung im Bereich von etwa Δx = 0,1 mm:
• Luftspalt (Encoder/Sensorelement ) : etwa 2 mm
(bevorzugt größer etwa 0,5 und kleiner etwa 5 mm)
• Polperiode λ:
6 mm (bevorzugt weniger oder gleich 6 mm)
■ Sensorelement:
Winkelsensor LK28, IMO, Wetzlar (2α)
• Netzwerk:
8-fach Interpolationsnetzwerk Typ 601.3028.02, IMO, Wetzlar
Beispiel für die Realisierung einer Auflösung im Bereich von etwa Δx = 2,0 mm:
Luftspalt (Encoder/Sensorelement) :
2 mm (bevorzugt etwa 0,5 bis etwa 2,5 mm) Polperiode λ:
4 mm (bevorzugt 0,5 bis 5 mm) Sensorelement:
Aktiver Raddrehzahlsensor OH223, PHILIPS Hamburg (lα)

Claims

Patentansprüche
1. Linearer Wegaufnehmer für Kraftfahrzeuge mit mindestens einem axial verschiebbaren, einteiligen oder mehrteilig zusammengesetzten Element (4,5,7) und einem Stator (1,2,3), wobei im verschiebbaren Element ein oder mehrere Felderzeugungsmittel (9,9') mit einem permanent vorhandenen, modulierten Magnetfeldlinienverlauf (33) und/oder modulierter Magnetfeldstärke angeordnet sind, und das oder die Felderzeugungsmittel entlang ihrer Längsachse mindestens einen permanentmagnetischen Werkstoffe mit moduliertem Feldlinienverlauf und/oder mit modulierter Feldstärke (31,32) aufweisen, und wobei mit dem Stator ein oder mehrere Sensormodule ortsfest verbunden sind, die mindestens einen Magnetfeldsensor
(S,S') und ggf. eine oder mehrere Sensorschaltkreise (SC,SC) tragen und die den Magnetfeldlinienverlauf ganz oder teilweise in weiterverarbeitbare Ausgangssignale umformen und wobei die Magnetfeldsensoren entweder nach dem AMR-Prinzip, dem GMR-Prinzip oder dem Hall-Prinzip arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbare Element durch ein mit dem Stator verbundenes Lager (11) geführt wird, welches das verschiebbare Element zumindest teilweise umgreift und dabei axial führt, daß das oder die Sensormodule mit dem Stator ortsfest verbunden sind und daß entlang der Längsachse des verschiebbaren Elements das oder die Felderzeugungsmittel mit dem verschiebbaren Element formschlüssig verbunden sind.
2. Linearer Wegaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssige Verbindung hergestellt ist durch mindestens einen der nachfolgenden Schritte:
- Einpassen eines länglichen Felderzeugungsmittels (73) in eine Ausnehmung (74) auf der Oberfläche (72) des verschiebbaren Elements,
- Verwendung eines Profilrohres mit einer axialen Ausnehmung (76) und mit einer Innenfläche (72), und Einpassen eines länglichen Felderzeugungsmittels (73) in eine weitere Ausnehmung (75), die auf der Innenfläche (72) vorgesehen ist,
- Einschieben eines Felderzeugungsmittels (9,9') in eine im Bereich des Mantels (71) des verschiebbaren Elements angeordneten, parallel zur Hauptachse des verschiebbaren Elements verlaufenden Bohrung (92, 93, 92 ' , 93 ' ) oder
- Verwendung eines Profilrohres mit einer axialen Ausnehmung (76) , mit einer axialen Ausnehmung (76) und mit einem äußeren Mantelbereich des Profilsrohres (71), und Herstellung einer Ringpassung, bei das Felderzeugungsmittel (91) in das verschiebbare Element hineingeschoben ist, wobei für alle Schritte gilt, daß die Oberfläche des verschiebbaren Elements (72) im wesentlichen frei von Erhebungen und Vertiefungen ist.
3. Linearer Wegaufnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldsensoren nach dem AMR- Prinzip arbeiten.
4. Linearer Wegaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verschiebbare Element einen Schaft (7), der die Felderzeugungsmittel trägt, ein mit dem Schaft mechanisch verbundenes Betätigungselement (4) und ein Kraftübernahmemittel (6) umfaßt, so daß bei Betätigung des Betätigungselements (4) mittels einer äußeren Kraft, die auf das Kraftübernahmemittel wirkt, der Schaft und somit die Felderzeugungsmittel im wesentlichen frei von Zug- und/oder Druckkräften axial verschoben wird.
5. Linearer Wegaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetischer Rückschluß (281,282) in den Schaft integriert ist.
6. Linearer Wegaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Abdichtmittel (10,11) vorhanden sind, die das Felderzeugungsmittel gegenüber Verschmutzung und Korrosion schützen.
7. Linearer Wegaufnehmer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtmittel (10,11) Faltenbälge, Gummimanschetten (10) und Gleitdichtungen (11) umfassen.
8. Linearer Wegaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ortsfeste Verbindung zwischen Sensormodul/-en und Stator durch einen Sensorträger (2) erfolgt, welcher Bestandteil des Stators ist und mit diesem mechanisch lösbar verbunden ist .
9. Linearer Wegaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine redundante Funktion gewährleistet wird durch Anordnung mindestens zweier Magnetfeldsensoren im linearen Wegsensor, wobei die Magnetfeldsensoren entweder das Magnetfeld eines gemeinsamen Felderzeugungsmittel abgreifen oder einige bzw. alle Sensoren das Magnetfeld eines jeweils einem Magnetfeldsensor eigens zugeordneten Felderzeugungsmittel abgreifen.
10. Linearer Wegaufnehmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Magnetfeldsensor gegenüber einem zweiten Magnetfeldsensor in axialer Richtung um bis zu eine Magnetfeldperiode versetzt angeordnet ist, so daß das Ausgangssignal des zweiten Magnetfeldsensors vom Ausgangssignal des ersten Magnetfeldsensors phasenverschoben ist.
11. Linearer Wegaufnehmer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Magnetfeldsensor vorhanden ist, welcher gegenüber einem weiteren in der Anordnung vorhandenen Magnetfeldsensor ein geringeres Auflösungsvermögen aufweist.
12. Linearer Wegaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (7) ein zylinderförmiges Rohr ist, der permanentmagnetische Werkstoff (91) die Form eines zylinderförmigen Rohres hat, wobei das Magnetfeld entlang der Längsachse des magnetischen Werkstoffes radialsymmetrisch ist (28a, 28b) und der permanentmagnetische Werkstoff in die axiale Ausnehmung (76) des Schaftes hineingeschoben ist.
13. Linearer Wegaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Sensormodul eine Brückenschaltung aus Magnetfeldsensoren (13) enthält, deren Hauptebene (131) parallel zur Oberflächennormalen (r) und der Längsachse (X) des verschiebbaren Elements ausgerichtet ist.
14. Linearer Wegaufnehmer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Sensormodul eine Brückenschaltung aus Magnetsensoren (15) enthält, deren Hauptebene (151) senkrecht zu Oberflächennormalen (r) des verschiebbaren Elements ausgerichtet ist.
15. Verwendung des linearen Wegaufnehmers nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Messung der Pedal- oder Hebelposition in einer Betätigungsvorrichtung für Bremsen von Kraftfahrzeugen.
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