DE20015895U1 - Sensor device - Google Patents
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Description
A 55 712 C Anmelder:A 55 712 C Applicant:
14. September 2000 helag-electronic GmbHSeptember 14, 2000 helag-electronic GmbH
c-250 elektromechanisch^ Bauelementec-250 electromechanical^ components
Calwer Straße 42Calwer Street 42
72202 Nagold72202 Nagold
Micronas GmbH Hans-Bunte-Str. 19 79108 Freiburg i. Br.Micronas GmbH Hans-Bunte-Str. 19 79108 Freiburg i. Br.
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zum Erzeugen eines von der Relativposition zweier relativ zueinander bewegbarer Teile, insbesondere zweier Kraftfahrzeugteile, abhängigen elektrischen Steuersignals mit zumindest einem Magneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes und mit mindestens einem magnetfeldempfindlichen Sensor, der in Abhängigkeit von der Stärke des auf ihn einwirkenden Magnetfeldes ein elektrisches Steuersignal bereitstellt.The invention relates to a sensor device for generating an electrical control signal dependent on the relative position of two parts movable relative to one another, in particular two motor vehicle parts, with at least one magnet for generating a magnetic field and with at least one magnetic field-sensitive sensor which provides an electrical control signal depending on the strength of the magnetic field acting on it.
Derartige Sensorvorrichtungen kommen insbesondere als Drehwinkelsensoren zum Einsatz, mit deren Hilfe beispielsweise die Neigung eines Fahrwerkes relativ zu einem Chassis erfaßt werden kann. Ein derartiger Drehwinkelsensor ist beispielsweise in der DE 44 13 496 Cl beschrieben. Hierbei ist der Magnet als Ringmagnet ausgebildet und drehbar gehalten, während der Sensor ortsfest im Gehäuse des Drehwinkelsensors festgelegt ist.Such sensor devices are used in particular as angle of rotation sensors, with the help of which, for example, the inclination of a running gear relative to a chassis can be detected. Such an angle of rotation sensor is described, for example, in DE 44 13 496 Cl. Here, the magnet is designed as a ring magnet and is held rotatably, while the sensor is fixed in place in the housing of the angle of rotation sensor.
In entsprechender Ausgestaltung sind auch Linearsensoren bekannt, bei denen ein Magnet bezogen auf einen Hallsensor verschiebbar gehalten ist. Die Relativposition des Magneten kann mittels des Hallsensors erfaßt werden.Linear sensors are also known in a corresponding design in which a magnet is held displaceably relative to a Hall sensor. The relative position of the magnet can be detected by means of the Hall sensor.
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An die Ausgestaltung des Magnetfeldes werden bei üblichen Sensorvorrichtungen hohe Linearitätsanforderungen gestellt, durch die der Nutzhub des Sensors beschränkt wird, das heißt der vom Sensor erfaßbare Verschiebeoder Verdrehbereich der relativ zueinander bewegbaren Teile ist beschränkt. Außerdem werden an die Lagerung des bewegbaren Magneten hohe Anforderungen gestellt.In conventional sensor devices, high linearity requirements are placed on the design of the magnetic field, which limits the effective stroke of the sensor, i.e. the displacement or rotation range of the parts that can be moved relative to one another that can be detected by the sensor is limited. In addition, high requirements are placed on the bearing of the movable magnet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sensorvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß ein vergrößerter Bewegungsbereich der relativ zueinander bewegbaren Teile erfaßt und die Anforderungen an den zum Einsatz kommenden Magneten verringert werden können.The object of the present invention is to develop a sensor device of the type mentioned at the outset in such a way that an increased range of motion of the parts movable relative to one another can be detected and the requirements for the magnet used can be reduced.
Diese Aufgabe wird bei einer Sensorvorrichtung der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Magnet und der Sensor relativ zueinander unbeweglich gehalten sind und daß die Sensorvorrichtung ein magnetisch leitendes Steuerglied umfaßt, das bezogen auf den Magneten und den Sensor beweglich gehalten ist zur Beeinflussung des auf den Sensor einwirkenden Magnetfeldes in Abhängigkeit von der Relativstellung des Steuergliedes.This object is achieved according to the invention in a sensor device of the generic type in that the magnet and the sensor are held immobile relative to one another and that the sensor device comprises a magnetically conductive control element which is held movable relative to the magnet and the sensor in order to influence the magnetic field acting on the sensor as a function of the relative position of the control element.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den Magneten und den Sensor relativ zueinander unbeweglich zu halten, während das Steuerglied beweglich angeordnet ist. Das Steuerglied ist magnetisch leitend ausgestaltet und derart dem Sensor benachbart angeordnet, daß es die am Ort des Sensors herrschende Magnetfeldstärke beein-According to the invention, the magnet and the sensor are kept immobile relative to each other, while the control element is arranged to be movable. The control element is designed to be magnetically conductive and is arranged adjacent to the sensor in such a way that it influences the magnetic field strength prevailing at the location of the sensor.
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flußt, wobei der Grad der Beeinflussung von der Position des Steuergliedes relativ zum Sensor abhängig ist. Die Relativstellung des Steuergliedes kann somit zuverlässig erfaßt werden. Das magnetisch leitende Steuerglied kann zumindest teilweise zum Beispiel aus einem Eisenmaterial, insbesondere aus einem Baustahl, gefertigt sein.The degree of influence depends on the position of the control element relative to the sensor. The relative position of the control element can thus be reliably detected. The magnetically conductive control element can be made at least partially from an iron material, in particular from structural steel.
An den erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Magneten werden hierbei keine besonderen Linearitätsanforderungen gestellt, es ist lediglich erforderlich, daß ein vom Steuerglied beeinflußbares Magnetfeld erzeugt wird.No special linearity requirements are placed on the magnets used according to the invention; it is only necessary that a magnetic field is generated that can be influenced by the control element.
Das Steuerglied kann an einem der beiden relativ zueinander bewegbaren Teile festgelegt werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, mittels der Sensorvorrichtung die Position eines Kolbens oder einer Kolbenstange relativ zu einem Zylinder eines Kolben-Zylinderaggregates zu erfassen. Derartige Kolben-Zylinderaggregate kommen beispielsweise in Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Als Steuerglied kann beispielsweise eine magnetisch leitende Kolbenstange zum Einsatz kommen, die somit einen Teil der Sensorvorrichtung ausbildet und beweglich gelagert ist, während der Sensor und der Magnet der Kolbenstange benachbart ortsfest zum Beispiel am korrespondierenden Zylinder gehalten sind. Bei einer derartigen Ausführungsform bildet die Sensorvorrichtung einen Linearsensor, mit dessen Hilfe eine Verschiebung des Steuergliedes relativ zum Magneten und zum Sensor erfaßt werden kann. Alternativ kann vorgesehen sein, die Sensorvorrichtung als Drehwinkelsensor zu verwen-The control element can be fixed to one of the two parts that can be moved relative to one another. For example, it can be provided that the position of a piston or a piston rod relative to a cylinder of a piston-cylinder unit is detected by means of the sensor device. Such piston-cylinder units are used in motor vehicles, for example. A magnetically conductive piston rod can be used as the control element, which thus forms part of the sensor device and is movably mounted, while the sensor and the magnet are held stationary next to the piston rod, for example on the corresponding cylinder. In such an embodiment, the sensor device forms a linear sensor, with the aid of which a displacement of the control element relative to the magnet and the sensor can be detected. Alternatively, it can be provided that the sensor device is used as a rotation angle sensor.
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den. Hierzu ist es lediglich erforderlich, das Steuerglied derart auszugestalten, daß durch eine Verdrehung des Steuergliedes relativ zum Sensor das am Sensor herrschende Magnetfeld beeinflußbar ist.To do this, it is only necessary to design the control element in such a way that the magnetic field prevailing at the sensor can be influenced by rotating the control element relative to the sensor.
Es kann vorgesehen sein, daß das Steuerglied bezogen auf die vom Magneten ausgehenden Magnetfeldlinien in Reihe zum Sensor positionierbar ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung sind der Magnet, das Steuerglied und der Sensor Teil eines magnetischen Kreises, wobei die am Ort des Sensors herrschende Magnetfeldstärke durch Bewegung des Steuergliedes beeinflußt werden kann.It can be provided that the control element can be positioned in series with the sensor in relation to the magnetic field lines emanating from the magnet. In such a design, the magnet, the control element and the sensor are part of a magnetic circuit, whereby the magnetic field strength prevailing at the location of the sensor can be influenced by movement of the control element.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Steuerglied bezogen auf die vom Magneten ausgehenden Magnetfeldlinien parallel zum Sensor positionierbar ist. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es beispielsweise, durch Bewegung des Steuergliedes - vorzugsweise ungefähr senkrecht zu der durch die den Sensor duchsetzenden Magnetfeldlinien definierten Ebene - dessen Abstand zum Sensor zu verändern. Je geringer der Abstand gewählt wird, desto mehr werden die Magnetfeldlinien im Bereich des Sensors über das Steuerglied geführt und dadurch am Sensor vorbei gelenkt, so daß die am Ort des Sensors herrschende Magnetfeldstärke herabgesetzt wird. Die Bewegung des Steuergliedes kann hierbei in Form einer Rotation, in Form einer Translation oder auch in Form einer kombinierten Rotations-Translations-Bewegung erfolgen.In a particularly preferred embodiment, the control element can be positioned parallel to the sensor in relation to the magnetic field lines emanating from the magnet. Such a design makes it possible, for example, to change the distance of the control element from the sensor by moving it - preferably approximately perpendicular to the plane defined by the magnetic field lines passing through the sensor. The smaller the distance is chosen, the more the magnetic field lines in the area of the sensor are guided over the control element and thus past the sensor, so that the magnetic field strength prevailing at the location of the sensor is reduced. The movement of the control element can take place in the form of a rotation, in the form of a translation or in the form of a combined rotation-translation movement.
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Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Steuerglied an einen von Magnetfeldlinien durchsetzten Spalt - vorzugsweise einen Luftspalt - angrenzt, dessen Breite durch Bewegung des Steuergliedes veränderbar ist. Der Spalt bildet hierbei einen magnetischen Widerstand, dessen Stärke durch die Breite des Spaltes bestimmt ist und durch Veränderung der Spaltbreite beeinflußt werden kann. Je geringer die Spaltbreite gewählt wird, desto geringer ist der magnetische Widerstand des Spaltes und desto stärker ist der Einfluß des Steuergliedes auf das am Ort des Sensors herrschende Magnetfeld. Die jeweils vorliegende Spaltbreite ist von der Lage des Steuergliedes abhängig. Dies hat zur Folge, daß die Sensorvorrichtung eine Absolutmessung der Lage des Steuergliedes relativ zum Sensor ermöglicht, nachdem zuvor durch Veränderung der Spaltbreite eine Eichkurve für die Sensorvorrichtung ermittelt wurde. Die Absolutstellung des Steuergliedes kann dann aufgrund der jeweils vorliegenden Spaltbreite zuverlässig vom Sensor erfaßt werden.It is particularly advantageous if the control element is adjacent to a gap through which magnetic field lines pass - preferably an air gap - the width of which can be changed by moving the control element. The gap forms a magnetic resistance, the strength of which is determined by the width of the gap and can be influenced by changing the gap width. The smaller the gap width is selected, the lower the magnetic resistance of the gap and the stronger the influence of the control element on the magnetic field prevailing at the location of the sensor. The gap width present at any given time depends on the position of the control element. This means that the sensor device enables an absolute measurement of the position of the control element relative to the sensor after a calibration curve for the sensor device has been determined by changing the gap width. The absolute position of the control element can then be reliably detected by the sensor on the basis of the gap width present at any given time.
Es kann vorgesehen sein, daß die Spaltbreite kontinuierlich veränderbar ist. Dies hat zur Folge, daß eine Bewegung des Steuergliedes eine kontinuierliche Veränderung des vom Sensor bereitgestellten Steuersignals hervorruft.It can be provided that the gap width can be continuously changed. This means that a movement of the control element causes a continuous change in the control signal provided by the sensor.
Alternativ kann vorgesehen sein, daß die Spaltbreite durch Bewegung des Steuergliedes sprunghaft veränderbar ist. Dies gibt die Möglichkeit zur Erzeugung eines sich sprunghaft ändernden Steuersignales, so daß die Sensor-Alternatively, it can be provided that the gap width can be changed abruptly by moving the control element. This makes it possible to generate a control signal that changes abruptly, so that the sensor
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vorrichtung beispielsweise als Schalter zum Einsatz kommen kann, der bei Vorliegen einer vorgebbaren Stellung des Steuergliedes seinen Schaltzustand ändert.The device can be used, for example, as a switch which changes its switching state when a predeterminable position of the control element is present.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der der Bewegung des Steuergliedes entsprechende Verlauf des Steuersignals durch die Formgestaltung der Oberfläche des Steuergliedes vorgebbar ist. Wie voranstehend erläutert, kann beispielsweise vorgesehen sein, daß das Steuerglied an einen von Magnetfeldlinien durchsetzten Spalt angrenzt, wobei durch Bewegung des Steuergliedes die Spaltbreite veränderbar ist. Je nach Form der Oberfläche des Steuergliedes kann hierbei eine kontinuierliche oder eine abrupte Änderung der Spaltbreite erzielt werden. Das Steuerglied kann beispielsweise in Form einer verschiebbaren Zahnstange ausgebildet sein, so daß eine Verschiebung des Steuergliedes im wesentlichen eine impulsartige Änderung der Spaltbreite zur Folge hat, während eine sägezahnförmige Oberflächengestaltung des Steuergliedes eine entsprechende sägezahnartige Änderung der Spaltbreite zur Folge hat. Der Verlauf der Spaltbreite in Abhängigkeit von der Bewegung des Steuergliedes hat wiederum eine entsprechende Änderung des am Ort des Sensors herrschende Magnetfeldes zur Folge, wodurch eine entsprechende Änderung des vom Sensor bereitgestellten Steuersignals hervorgerufen wird.In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the course of the control signal corresponding to the movement of the control element can be predetermined by the shape of the surface of the control element. As explained above, it can be provided, for example, that the control element borders on a gap through which magnetic field lines pass, whereby the gap width can be changed by moving the control element. Depending on the shape of the surface of the control element, a continuous or abrupt change in the gap width can be achieved. The control element can, for example, be designed in the form of a movable rack, so that a movement of the control element essentially results in a pulse-like change in the gap width, while a sawtooth-shaped surface design of the control element results in a corresponding sawtooth-like change in the gap width. The course of the gap width depending on the movement of the control element in turn results in a corresponding change in the magnetic field prevailing at the location of the sensor, which causes a corresponding change in the control signal provided by the sensor.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Sensorvorrichtung zur Bündelung des Magnetfeldes ein magnetisch leitendes Joch umfaßt, das dem Magneten benachbart ange-It is particularly advantageous if the sensor device for focusing the magnetic field comprises a magnetically conductive yoke which is mounted adjacent to the magnet.
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ordnet ist und das einen Freiraum definiert, in dem zumindest ein Sensor angeordnet ist. Die vom Magneten ausgehenden Magnetfeldlinien werden mit Hilfe des Joches zuverlässig gebündelt und können gezielt dem Sensor und dem Steuerglied zugeführt werden, so daß von der Sensorvorrichtung praktisch kein Störmagnetfeld hervorgerufen wird, das eine störende Beeinflussung beispielsweise von der Sensorvorrichtung benachbart angeordneten elektrischen Steuergeräten zur Folge hätte. Der Einsatz des Joches hat außerdem den Vorteil, daß die Sensorvorrichtung nur eine geringe Empfindlichkeit bezüglich äußerer Störfelder aufweist, da durch den Magneten, das Joch, den Sensor und das Steuerglied ein geschlossener Magnetkreis erzeugt wird, der nur durch sehr starke äußere Magnetfelder merklich beeinflußt werden kann.and which defines a free space in which at least one sensor is arranged. The magnetic field lines emanating from the magnet are reliably bundled with the help of the yoke and can be fed specifically to the sensor and the control element, so that the sensor device generates practically no interference magnetic field that could result in interference, for example, from electrical control devices arranged next to the sensor device. The use of the yoke also has the advantage that the sensor device is only slightly sensitive to external interference fields, since the magnet, the yoke, the sensor and the control element create a closed magnetic circuit that can only be noticeably influenced by very strong external magnetic fields.
Der Magnet kann beispielsweise hufeisenförmig ausgestaltet sein, wobei das Joch die beiden Pole des Magneten unmittelbar miteinander verbindet und zum einen einen Freiraum zur Positionierung zumindest eines Sensors und zum anderen, vorzugsweise bezogen auf die das Joch durchsetzenden Magnetfeldlinien parallel zum Sensor, einen Spalt ausbildet, in den das Steuerglied eintaucht .The magnet can, for example, be designed in the shape of a horseshoe, with the yoke directly connecting the two poles of the magnet to one another and, on the one hand, forming a free space for positioning at least one sensor and, on the other hand, preferably in relation to the magnetic field lines passing through the yoke parallel to the sensor, forming a gap into which the control element is immersed.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Joch eine Aufnahme ausbildet, in der der Magnet positioniert ist. Insbesondere bei einer derartigen Jochausgestaltung kann ein kostengünstiger Stabmagnet zum Einsatz kommen, wodurch die Herstel-In a particularly preferred embodiment, the yoke forms a receptacle in which the magnet is positioned. In particular, with such a yoke design, a cost-effective bar magnet can be used, which makes the production
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lungskosten der Sensorvorrichtung verringert werden können.manufacturing costs of the sensor device can be reduced.
Vorzugsweise ist das Joch ringförmig, insbesondere kreisringförmig, ausgestaltet und die Aufnahme für den Magneten und der Freiraum für den mindestens einen Sensor liegen einander diametral gegenüber.Preferably, the yoke is ring-shaped, in particular circular, and the receptacle for the magnet and the free space for the at least one sensor are diametrically opposite each other.
Bevorzugt umfaßt das Joch zwei jeweils einen Halbring ausbildende Jochbögen, die endseitig einerseits den Magneten und andererseits mindestens einen Sensor zwischen sich aufnehmen und die eine Öffnung zur Positionierung des Steuerglieds in Umfangsrichtung begrenzen. Eine derartige Ausgestaltung zeichnet sich durch eine besonders einfache Montage aus, denn hierzu ist es lediglich erforderlich, die beiden Jochbögen mit einem ersten Ende auf den Nord- bzw. Südpol des Magneten aufzusetzen und den mindestens einen Sensor zwischen die jeweiligen anderen Enden der Jochbögen einzufügen. Anschließend kann das Steuerglied in die von den Jochbögen in Umfangsrichtung begrenzte Öffnung eingesetzt werden.The yoke preferably comprises two yoke arches, each forming a half ring, which accommodate the magnet on the one hand and at least one sensor on the other, and which delimit an opening for positioning the control element in the circumferential direction. Such a design is characterized by particularly simple assembly, since it is only necessary to place the two yoke arches with a first end on the north or south pole of the magnet and to insert the at least one sensor between the other respective ends of the yoke arches. The control element can then be inserted into the opening delimited by the yoke arches in the circumferential direction.
Die Öffnung zur Aufnahme des Steuergliedes ist vorzugsweise kreisförmig ausgestaltet. Hierbei hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn sich die Öffnung in Richtung des mindestens einen Sensors radial erweitert. Das Steuerglied kann in der Öffnung positioniert werden. Die Positionierung des Steuergliedes relativ zum Sensor hat hierbei einen starken Einfluß auf das vom Sensor bereitgestellte Steuersignal. Soll dieser unmit-The opening for receiving the control element is preferably circular. It has proven to be particularly advantageous if the opening widens radially in the direction of the at least one sensor. The control element can be positioned in the opening. The positioning of the control element relative to the sensor has a strong influence on the control signal provided by the sensor. If this is to be
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telbare Einfluß der Positionierung des Steuergliedes vermindert werden, so ist es von Vorteil, wenn die Öffnung im Bereich des Sensors eine Erweiterung aufweist. Eine derartige Erweiterung stellt sicher, daß eine Veränderung des Abstandes zwischen dem Steuerglied und Sensor, wie sie aufgrund von Lagertoleranzen des Steuergliedes unvermeidlich ist, nur einen geringfügigen Einfluß auf das vom Sensor bereitgestellte Steuersignal hat.If the indirect influence of the positioning of the control element is to be reduced, it is advantageous if the opening has an extension in the area of the sensor. Such an extension ensures that a change in the distance between the control element and sensor, which is unavoidable due to bearing tolerances of the control element, has only a minor influence on the control signal provided by the sensor.
Wie bereits erläutert, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die Breite des an das Steuerglied angrenzenden Spaltes durch Drehung des Steuergliedes veränderbar ist. Hierbei hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn die Breite des Spaltes durch Drehung des Steuergliedes um eine Drehachse veränderbar ist, die im wesentlichen senkrecht zu den den Spalt durchsetzenden Magnetfeldlinien ausgerichtet ist.As already explained, the invention can provide that the width of the gap adjacent to the control member can be changed by rotating the control member. In this case, it has proven to be particularly advantageous if the width of the gap can be changed by rotating the control member about an axis of rotation which is aligned essentially perpendicular to the magnetic field lines passing through the gap.
Alternativ und/oder ergänzend ist es von Vorteil, wenn die Breite des Spaltes durch Verschiebung des Steuergliedes entlang einer ungefähr senkrecht zu den den Spalt durchsetzenden Magnetfeldlinien ausgerichteten Verschiebeachse veränderbar ist. Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Steuerglied im wesentlichen senkrecht zu der Ebene verschiebbar ist, die durch die den Sensor durchsetzenden Magnetfeldlinien definiert ist. Besonders günstig ist es, wenn das Steuerglied bezogen auf die Verschiebeachse rotationssynunetrisch ausgestaltet ist, denn dadurch kann sichergestellt werden, daß lediglich eine Translation des Steuergliedes entlang derAlternatively and/or additionally, it is advantageous if the width of the gap can be changed by moving the control element along a displacement axis that is aligned approximately perpendicular to the magnetic field lines that pass through the gap. It is particularly advantageous if the control element can be moved essentially perpendicular to the plane that is defined by the magnetic field lines that pass through the sensor. It is particularly advantageous if the control element is designed to be rotationally synchromesh with respect to the displacement axis, because this ensures that only a translation of the control element along the
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Verschiebeachse zu einer Änderung des vom Sensor bereitgestellten Steuersignals führt, nicht jedoch eine Rotation des Steuergliedes um die Verschiebeachse. Die Anforderungen an die Lagerung des Steuergliedes können dadurch beträchtlich verringert werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß das Steuerglied in ein korrespondierendes Halteteil beispielsweise mittels eines Gewindes eingedreht werden kann, wobei jedoch lediglich die beim Eindrehen erfolgende Translationsbewegung des Steuergliedes entlang der Verschiebeachse von der Sensorvorrichtung erfaßt wird, während die gleichzeitig erfolgende Rotationsbewegung keinen Einfluß auf das Steuersignal hat.Displacement axis leads to a change in the control signal provided by the sensor, but not to a rotation of the control element about the displacement axis. The requirements for the bearing of the control element can be reduced considerably as a result. For example, it can be provided that the control element can be screwed into a corresponding holding part, for example by means of a thread, whereby only the translational movement of the control element along the displacement axis that occurs when it is screwed in is detected by the sensor device, while the rotational movement that occurs at the same time has no influence on the control signal.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung herausgestellt, bei der sich das Steuerglied in Richtung der Verschiebeachse konisch erweitert.A configuration of the sensor device according to the invention has proven to be particularly advantageous in which the control member widens conically in the direction of the displacement axis.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Sensorvorrichtung eine das Steuerglied aufnehmende Führungshülse aus einem im wesentlichen unmagnetischen Material aufweist. Die Führungshülse ermöglicht eine konstruktiv besonders einfache Lagerung des Steuergliedes und kann beispielsweise aus einem Aluminiummaterial hergestellt werden, das praktisch keine Beeinflussung des auf das Steuerglied und den Sensor einwirkenden Magnetfeldes hervorruft.In a particularly preferred embodiment, the sensor device has a guide sleeve made of a substantially non-magnetic material that accommodates the control element. The guide sleeve enables the control element to be mounted in a particularly simple manner and can be made, for example, from an aluminum material that has practically no influence on the magnetic field acting on the control element and the sensor.
Die Führungshülse ist vorzugsweise zusammen mit dem Steuerglied an einem relativ zum Magneten und zum Sen-The guide sleeve is preferably mounted together with the control member on a relative to the magnet and the sensor.
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sor beweglich gehaltenen Führungsteil festgelegt. Letzteres kann beispielsweise als Führungskolben ausgestaltet sein, der in einer Führungsaufnahme, insbesondere in einem Führungszylinder, verschiebbar gehalten ist.The latter can be designed, for example, as a guide piston which is movably held in a guide receptacle, in particular in a guide cylinder.
Zur Ankopplung des Steuergliedes an eines der beiden relativ zueinander bewegbaren Teile, deren Relativposition von der Sensorvorrichtung erfaßt werden soll, ist es von Vorteil, wenn die Sensorvorrichtung ein am Steuerglied gelagertes Kopplungsteil umfaßt. Das Kopplungsteil kann beispielsweise als Stößel ausgebildet sein. Es hat sich bei verschiebbar gelagertem Steuerglied als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Kopplungsteil quer zur Verschieberichtung des Steuergliedes verschwenkbar am Steuerglied gelagert ist. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß das Kopplungsteil mittels eines Kugelkopfes am Steuerglied gehalten ist. Eine derartige Ausgestaltung hat den Vorteil, daß lediglich eine Translationsbewegung des Kopplungsteiles von der Sensorvorrichtung erfaßt wird, während eine gleichzeitig beispielsweise aufgrund von Lagertoleranzen erfolgende Verschwenkbewegung auf das vom Sensor bereitgestellte Steuersignal keinen Einfluß hat.To couple the control element to one of the two parts that can be moved relative to one another and whose relative position is to be detected by the sensor device, it is advantageous if the sensor device comprises a coupling part mounted on the control element. The coupling part can be designed as a tappet, for example. It has proven particularly advantageous for a displaceably mounted control element if the coupling part is mounted on the control element so that it can pivot transversely to the direction of displacement of the control element. For example, it can be provided that the coupling part is held on the control element by means of a ball head. Such a design has the advantage that only a translational movement of the coupling part is detected by the sensor device, while a pivoting movement that occurs at the same time, for example due to bearing tolerances, has no influence on the control signal provided by the sensor.
Um zu vermeiden, daß das Kopplungsteil dem vom Magneten hervorgerufenen Magnetfeld ausgesetzt wird, ist es von Vorteil, wenn das Steuerglied eine Kopplungsaufnahme aufweist, in die das Kopplungsteil eintaucht. Das magnetisch leitende Steuerglied, das das Kopplungsteil in Umfangsrichtung umgibt, bildet hierbei eine magnetische Abschirmung für das Kopplungsteil.In order to avoid the coupling part being exposed to the magnetic field caused by the magnet, it is advantageous if the control element has a coupling receptacle into which the coupling part is immersed. The magnetically conductive control element, which surrounds the coupling part in the circumferential direction, forms a magnetic shield for the coupling part.
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Hierbei hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn sich die Kopplungsaufnahme in Richtung des dem Steuerglied abgewandten freien Endes des Kopplungsteiles konisch erweitert, denn dies gibt die Möglichkeit, das magnetisch abgeschirmte Kopplungsteil quer zur Längsrichtung der Kopplungsaufnahme verschwenkbar am Steuerglied zu lagern. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, das Steuerglied als Konushülse auszugestalten mit einem Innenkonus, in den das Kopplungsteil eintaucht .It has proven to be particularly advantageous if the coupling receptacle widens conically in the direction of the free end of the coupling part facing away from the control element, because this makes it possible to mount the magnetically shielded coupling part on the control element so that it can pivot transversely to the longitudinal direction of the coupling receptacle. For example, it can be provided that the control element is designed as a conical sleeve with an inner cone into which the coupling part is inserted.
Die Ausgestaltung des erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Magneten wurde bisher nicht näher erläutert. Wie bereits beschrieben, wird an den Magneten lediglich die Forderung gestellt, ein vom Steuerglied beeinflußbares Magnetfeld hervorzurufen. Hierbei kann ein Elektromagnet zum Einsatz kommen, als besonders günstig hat sich jedoch der Einsatz eines Permanentmagneten erwiesen.The design of the magnet used according to the invention has not yet been explained in detail. As already described, the magnet is only required to produce a magnetic field that can be influenced by the control element. An electromagnet can be used for this, but the use of a permanent magnet has proven to be particularly advantageous.
Als magnetfeldempfindlicher Sensor kann insbesondere ein Hallsensor zum Einsatz kommen. Günstig ist es, wenn der Hallsensor mit einer digitalen Schnittstelle oder einer Pulsweitenmodulations-(PWM-)Schnittstelle gekoppelt ist. Hierbei hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn der Hallsensor in einen elektronischen Schaltkreis integriert ist, vorzugsweise bildet der Hallsensor einen Teil eines anwenderspezifischen mikroelektronischen Schaltkreises. Besonders günstig ist es hierbei, wenn der anwenderspezifische mikroelektroni-A Hall sensor can be used as a magnetic field sensitive sensor. It is advantageous if the Hall sensor is coupled to a digital interface or a pulse width modulation (PWM) interface. It has proven to be particularly advantageous if the Hall sensor is integrated into an electronic circuit, preferably the Hall sensor forms part of a user-specific microelectronic circuit. It is particularly advantageous if the user-specific microelectronic
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sehe Schaltkreis auf einer Leiterplatte angeordnet ist, die das Steuerglied in Umfangsrichtung umgibt.The circuit is arranged on a printed circuit board which surrounds the control element in the circumferential direction.
Insbesondere für den Einsatz der Sensorvorrichtung in sicherheitsrelevanten Bereichen beispielsweise eines Kraftfahrzeuges ist es von Vorteil, wenn die Sensorvorrichtung zumindest zwei vorzugsweise analog arbeitende Hallsensoren umfaßt. Sollte einer der beiden Hallsensoren während des Betriebes der Sensorvorrichtung ausfallen, so wird durch den zweiten Hallsensor weiterhin zuverlässig das gewünschte Steuersignal bereitgestellt.In particular, when using the sensor device in safety-relevant areas, for example in a motor vehicle, it is advantageous if the sensor device comprises at least two Hall sensors, preferably operating in analog mode. If one of the two Hall sensors fails during operation of the sensor device, the second Hall sensor continues to reliably provide the desired control signal.
Alternativ und/oder ergänzend kann vorgesehen sein, daß die Sensorvorrichtung einen digitalen Hallsensor aufweist. Derartige Hallsensoren zeichnen sich durch eine besonders störungsunempfindliche Signalverarbeitung aus.Alternatively and/or additionally, the sensor device may comprise a digital Hall sensor. Hall sensors of this type are characterized by signal processing that is particularly immune to interference.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Sensorvorrichtung einen magnetfeldempfindlichen Sensor mit einem Ruhestrom von weniger als etwa 100 &mgr;&Agr; aufweist. Dies gibt die Möglichkeit, die Sensorvorrichtung als stromsparenden Schalter zu verwenden, der eine Relativbewegung zwischen Steuerglied und Sensor erkennt und daraufhin eine nachgeordnete Steuerschaltung aktiviert, die wiederum eine Versorgungsspannung für mindestens einen zusätzlich zum Einsatz kommenden vorzugsweise analogen Hallsensor bereitstellt, mit dessen Hilfe die Absolutposition des Steuergliedes relativ zum zusätzlichen Hallsensor ermittelt werden kann. Der einen Ruhestrom von weniger als etwa 100 &mgr;&Agr; aufweisende Sensor über-It is particularly advantageous if the sensor device has a magnetic field-sensitive sensor with a quiescent current of less than about 100 μα. This makes it possible to use the sensor device as a power-saving switch that detects a relative movement between the control element and the sensor and then activates a downstream control circuit, which in turn provides a supply voltage for at least one additional, preferably analogue Hall sensor that can be used to determine the absolute position of the control element relative to the additional Hall sensor. The sensor, which has a quiescent current of less than about 100 μα,
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nimmt somit eine Art "Weckfunktion", indem er lediglich eine Positionsänderung des Steuergliedes erfaßt, während eine Absolutmessung mittels eines oder mehrerer zusätzlicher Hallsensoren vorgenommen wird- Als derartige "Weck-Sensoren" können insbesondere digitale Hallsensoren mit einem Ruhestrom im Bereich von ca. 30 &mgr;&Agr; bis ungefähr 100 uA zum Einsatz kommen.thus performs a kind of "wake-up function" by only detecting a change in position of the control element, while an absolute measurement is carried out by means of one or more additional Hall sensors. Digital Hall sensors with a quiescent current in the range of approx. 30 μα to approximately 100 uA can be used as such "wake-up sensors".
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß die Sensorvorrichtung ein ringförmiges Gehäuse aufweist, das ein ringförmiges Joch mit einem daran gehaltenen Magneten sowie eine Leiterplatte mit zumindest einem Hallsensor aufnimmt und vom Steuerglied durchsetzt ist.According to the invention, it can be provided that the sensor device has an annular housing which accommodates an annular yoke with a magnet held thereon and a circuit board with at least one Hall sensor and is penetrated by the control element.
Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:The following description of a preferred embodiment of the invention serves to explain it in more detail in conjunction with the drawing. They show:
Figur 1: eine Längsschnittansicht einer in ein Kraftfahrzeugteil eingesetzten erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;Figure 1: a longitudinal sectional view of a sensor device according to the invention inserted into a motor vehicle part;
Figur 2: eine Prinzipdarstellung des Zusammenwirkens eines Steuergliedes und eines Joches zur Ausbildung eines Luftspaltes bei der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung;Figure 2: a schematic representation of the interaction of a control element and a yoke for forming an air gap in the sensor device according to the invention;
Figur 3: eine Explosionsdarstellung der Sensorvorrichtung mit abgenommenem Steuerglied;Figure 3: an exploded view of the sensor device with the control element removed;
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Figur 4: eine schematische Darstellung des Feldlinienverlaufes bei einer ersten Jochausführung;Figure 4: a schematic representation of the field line path in a first yoke design;
Figur 5: eine schematische Darstellung des Feldlinienverlaufes bei einer zweiten Jochausführung undFigure 5: a schematic representation of the field line path in a second yoke design and
Figur 6: ein Schaubild der am Sensor herrschenden Magnetfeldstärke in Abhängigkeit von einer gewählten Spaltbreite.Figure 6: a diagram of the magnetic field strength at the sensor as a function of a selected gap width.
In der Zeichnung ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte Sensorvorrichtung dargestellt, die in einen Anschlußstutzen 12 eines Zylinders 14 eines Kraftfahrzeuges eingesetzt ist und über einen Stößel 16 an eine Lagergabel 18 des Kraftfahrzeuges gekoppelt ist. Die Lagergabel 18 und der Anschlußstutzen 12 bilden ein erstes und ein zweites Kraftfahrzeugteil, deren Relativposition mittels der Sensorvorrichtung 10 erfaßt werden kann.The drawing shows a sensor device, designated overall by the reference numeral 10, which is inserted into a connecting piece 12 of a cylinder 14 of a motor vehicle and is coupled to a bearing fork 18 of the motor vehicle via a tappet 16. The bearing fork 18 and the connecting piece 12 form a first and a second motor vehicle part, the relative position of which can be detected by means of the sensor device 10.
Die Sensorvorrichtung 10 umfaßt ein aus Kunststoff gefertigtes Gehäuse 20 mit einer Gehäusewanne 22 und einem Gehäusedeckel 24. Die Gehäusewanne 22 nimmt eine im wesentlichen kreisringförmig ausgebildete elektrische Leiterplatte 26 mit elektrischen Anschlüssen 28 sowie ein im wesentlichen kreisringförmig ausgebildetes, magnetisch leitendes Joch 30 auf. Seitlich an das Gehäuse 20 angeformt ist ein ebenfalls aus Kunststoff gefertigter Steckerschacht 32, der an seinem freien, dem Gehäuse 20 abgewandten Ende eine Steckbuchse 34 trägt mitThe sensor device 10 comprises a housing 20 made of plastic with a housing tray 22 and a housing cover 24. The housing tray 22 accommodates a substantially circular electrical circuit board 26 with electrical connections 28 and a substantially circular, magnetically conductive yoke 30. A plug slot 32, also made of plastic, is formed on the side of the housing 20 and has a plug socket 34 on its free end facing away from the housing 20 with
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elektrischen Anschlußkontakten 35, die über in der Zeichnung nicht dargestellte, an sich bekannte elektrische Verbindungsleitungen mit den elektrischen Anschlüssen 28 der Leiterplatte 26 in elektrischer Verbindung stehen.electrical connection contacts 35, which are electrically connected to the electrical connections 28 of the printed circuit board 26 via known electrical connecting lines not shown in the drawing.
Die Leiterplatte 26 trägt zwei analoge Hallsensoren 36, 37 sowie einen digitalen Hallsensor 38, die einander auf der kreisringförmigen Leiterplatte 26 diametral gegenüberliegen und die über in der Zeichnung nicht dargestellte, an sich bekannte, auf der Leiterplatte 26 angeordnete elektrische Leiterbahnen mit den elektrischen Anschlüssen 28 in Verbindung stehen.The circuit board 26 carries two analogue Hall sensors 36, 37 and a digital Hall sensor 38, which are arranged diametrically opposite one another on the circular circuit board 26 and which are connected to the electrical connections 28 via electrical conductor tracks 28 which are not shown in the drawing but are known per se and are arranged on the circuit board 26.
Das Joch 30 umfaßt - wie insbesondere aus Figur 4 deutlich wird - zwei jeweils einen Halbring ausbildende Jochbögen 40, 41, deren freie Enden jeweils gabelförmig aufgespaltet sind und einerseits die beiden analogen Hallsensoren 36 und 37 und andererseits den digitalen Hallsensor 38 sowie einen Permanentmagneten 43 zwischen sich aufnehmen. Das Joch 30 bildet somit im Bereich des Permanentmagneten 43 eine Aufnahme 45 und im Bereich der analogen und digitalen Hallsensoren 36, 37 und 38 jeweils einen Freiraum 46, 47, 48, in den die Hallsensoren 36, 37 bzw. 38 eintauchen.The yoke 30 comprises - as is particularly clear from Figure 4 - two yoke arches 40, 41, each forming a half ring, the free ends of which are each split in a fork shape and accommodate the two analog Hall sensors 36 and 37 on the one hand and the digital Hall sensor 38 and a permanent magnet 43 on the other. The yoke 30 thus forms a receptacle 45 in the area of the permanent magnet 43 and a free space 46, 47, 48 in the area of the analog and digital Hall sensors 36, 37 and 38, into which the Hall sensors 36, 37 and 38 respectively are immersed.
Das Joch 30 ist in einer ersten Ausführungsform in Figur 4 dargestellt. Diese zeichnet sich dadurch aus, daß die beiden Jochbögen 40, 41 in Umfangsrichtung eine im wesentlichen kreisförmige Öffnung 50 begrenzen. In Figur 5 ist eine alternative Ausfuhrungsform in Form ei-The yoke 30 is shown in a first embodiment in Figure 4. This is characterized in that the two yoke arches 40, 41 delimit a substantially circular opening 50 in the circumferential direction. Figure 5 shows an alternative embodiment in the form of a
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nes Joches 30a dargestellt. Diese alternative Ausführungsform 30a weist ebenfalls zwei halbringförmig ausgebildete Jochbögen 40a und 41a auf, die endseitig die Hallsensoren 36, 37 und 38 sowie den Permanentmagneten 43 zwischen sich aufnehmen und eine Öffnung 50a in Umfangsrichtung umgeben. Das Joch 30a unterscheidet sich vom Joch 30 lediglich durch die Form der Öffnung 50a, die sich von der Öffnung 50 durch zusätzliche radiale Erweiterungen im Bereich der Hallsensoren 36, 37 und unterscheidet. Auf die Bedeutung dieser radialen Erweiterungen 51, 52 wird nachfolgend näher eingegangen.nes yoke 30a. This alternative embodiment 30a also has two semi-ring-shaped yoke arches 40a and 41a, which accommodate the Hall sensors 36, 37 and 38 and the permanent magnet 43 between them at the end and surround an opening 50a in the circumferential direction. The yoke 30a differs from the yoke 30 only in the shape of the opening 50a, which differs from the opening 50 in additional radial extensions in the area of the Hall sensors 36, 37 and . The significance of these radial extensions 51, 52 is discussed in more detail below.
Die Sensorvorrichtung 10 umfaßt außerdem ein in Form einer Konushülse 55 ausgebildetes Steuerglied mit einer konisch ausgebildeten Außenseite 56 und einer ebenfalls konisch ausgebildeten Innenseite 57. Die Konushülse 55 ist über ihre gesamte Länge von einer Führungshülse 59 umgeben. Letztere ist in den Figuren 4 und 5 zur Erzielung einer besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt. The sensor device 10 also comprises a control element in the form of a conical sleeve 55 with a conical outer side 56 and a likewise conical inner side 57. The conical sleeve 55 is surrounded over its entire length by a guide sleeve 59. The latter is not shown in Figures 4 and 5 in order to achieve a better clarity.
Die Führungshülse 59 ist ebenso wie die Konushülse 55 mit einem ersten Ende an einem Führungskolben 61 festgelegt, der im Zylinder 14 verschiebbar gelagert ist. Zur Führung der Führungshülse und der am anderen Ende an dieser festgelegten Konushülse 55 ist im Bereich des Anschlußstutzens 12 eine Lagerhülse 63 gehalten, die die Führungshülse 59 umgibt.The guide sleeve 59, like the conical sleeve 55, is secured at a first end to a guide piston 61 which is slidably mounted in the cylinder 14. To guide the guide sleeve and the conical sleeve 55 secured to it at the other end, a bearing sleeve 63 is held in the area of the connecting piece 12, which surrounds the guide sleeve 59.
Wie insbesondere aus Figur 2 deutlich wird, durchgreifen die Konushülse 55 und die Führungshülse 59 die vomAs is particularly clear from Figure 2, the conical sleeve 55 and the guide sleeve 59 penetrate the
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Joch 30 umgebene Öffnung 50. Der Außendurchmesser der Konushülse 55 ist hierbei geringer gewählt als der Durchmesser der Öffnung 50, so daß sich zwischen der Außenseite 56 der Konushülse 55 und dem Joch 30 sowohl im Bereich des Jochbogens 40 als auch im Bereich des Jochbogens 41 jeweils ein Luftspalt 65 ausbildet, dessen Breite b aufgrund der konischen Ausgestaltung der Außenseite 56 der Konushülse 55 von der Lage der Konushülse 55 relativ zum Joch 30 abhängig ist. Durch Verschiebung der Konushülse 55 entlang ihrer Längsachse 67, d. h. senkrecht zu der durch das Joch 30 und damit auch durch die die Hallsensoren 36, 37 und 38 durchsetzenden Magnetfeldlinien vorgegebene Ebene, wird somit die Breite b des LuftSpaltes 65 kontinuierlich verändert. Opening 50 surrounded by yoke 30. The outer diameter of the conical sleeve 55 is selected to be smaller than the diameter of the opening 50, so that an air gap 65 is formed between the outer side 56 of the conical sleeve 55 and the yoke 30, both in the area of the yoke arch 40 and in the area of the yoke arch 41, the width b of which depends on the position of the conical sleeve 55 relative to the yoke 30 due to the conical design of the outer side 56 of the conical sleeve 55. By moving the conical sleeve 55 along its longitudinal axis 67, i.e. perpendicular to the plane defined by the yoke 30 and thus also by the magnetic field lines passing through the Hall sensors 36, 37 and 38, the width b of the air gap 65 is continuously changed.
Die Führungshülse 59 ist aus einem im wesentlichen unmagnetischen Material, nämlich aus Aluminium, gefertigt, während die Konushülse 55 aus einem magnetisch leitenden Material, nämlich aus einem Eisenmaterial, hergestellt ist. Vorzugsweise ist die Konushülse 55 aus einem Baustahl gefertigt, beispielsweise aus Baustahl mit der Bezeichnung St 37.The guide sleeve 59 is made of a substantially non-magnetic material, namely aluminum, while the conical sleeve 55 is made of a magnetically conductive material, namely an iron material. The conical sleeve 55 is preferably made of a structural steel, for example structural steel with the designation St 37.
Wie insbesondere aus den Figuren 4 und 5 deutlich wird, werden die vom Permanentmagneten 43 ausgehenden Magnetfeldlinien 69 von dem ebenfalls aus einem magnetisch leitenden Eisenmaterial hergestellten Joch 30 bzw. 30a gebündelt und verlaufen in der durch das Joch 30 bzw. 30a vorgegebenen Ebene, die senkrecht zur Längsachse ausgerichtet ist. Ein Teil der vom PermanentmagnetenAs is particularly clear from Figures 4 and 5, the magnetic field lines 69 emanating from the permanent magnet 43 are bundled by the yoke 30 or 30a, which is also made of a magnetically conductive iron material, and run in the plane defined by the yoke 30 or 30a, which is aligned perpendicular to the longitudinal axis. Part of the magnetic field lines 69 emanating from the permanent magnet 43 are bundled by the yoke 30 or 30a, which is also made of a magnetically conductive iron material, and run in the plane defined by the yoke 30 or 30a, which is aligned perpendicular to the longitudinal axis.
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ausgehenden Feldlinien durchsetzt hierbei die Freiräume 46, 47 und 48, und wird somit von den Hallsensoren 36, 37 bzw. 38 erfaßt, während er im übrigen innerhalb des Joches 30 bzw. 30a verläuft. Ein anderer Teil der Magnetfeldlinien 69 durchsetzt den einerseits von den Jochbögen 40 bzw. 41 und andererseits von der Konushülse 55 begrenzten Luftspalt 65. Dieser Anteil umgeht also die Freiräume 46, 47 und 48 und damit auch die Hallsensoren 36, 37 und 38 und durchsetzt stattdessen die magnetisch leitende Konushülse 55. Die Positionierung der Konushülse 55 innerhalb der Öffnung 50 hat somit eine Schwächung des auf die Hallsensoren 36, 37 bzw. 38 einwirkenden Magnetfeldes zur Folge. Die Beeinträchtigung des am Ort der Hallsensoren 36, 37 oder 38 herrschenden Magnetfeldes ist hierbei umso stärker, je geringer die Spaltbreite b ist. Mit zunehmender Annäherung der Außenseite 56 der Konushülse 55 an die Jochbögen 40 bzw. 41 wird der Einfluß der magnetisch leitenden Konushülse 55 größer. Die Abhängigkeit des am Ort der Hallsensoren 36, 37 bzw. 38 herrschenden Magnetfeldes von der Positionierung der Konushülse 55 ist in Figur 6 schematisch am Beispiel des Hallsensors 36 wiedergegeben. In Figur 6 ist die am Ort des Hallsensors 36 herrschende Magnetfeldstärke in Abhängigkeit von der Spaltbreite b dargestellt. Es wird deutlich, daß die herrschende Magnetfeldstärke umso größer ist, je größer die Spaltbreite b gewählt wird. Wird die Konushülse 55 in Richtung auf den Zylinder 14 entlang der Längsachse 67, also senkrecht zu der durch das Joch 30 definierte Ebene verschoben, so hat dies eine Verringerung der Spaltbreite b zur Folge, wodurch die am Ort des Hall-outgoing field lines pass through the free spaces 46, 47 and 48 and are thus detected by the Hall sensors 36, 37 and 38, respectively, while the rest of it runs within the yoke 30 and 30a, respectively. Another part of the magnetic field lines 69 pass through the air gap 65, which is delimited on the one hand by the yoke arches 40 and 41 and on the other hand by the conical sleeve 55. This part therefore bypasses the free spaces 46, 47 and 48 and thus also the Hall sensors 36, 37 and 38 and instead passes through the magnetically conductive conical sleeve 55. The positioning of the conical sleeve 55 within the opening 50 thus results in a weakening of the magnetic field acting on the Hall sensors 36, 37 and 38, respectively. The smaller the gap width b, the greater the impact on the magnetic field prevailing at the location of the Hall sensors 36, 37 or 38. As the outer side 56 of the conical sleeve 55 approaches the yoke arches 40 or 41, the greater the influence of the magnetically conductive conical sleeve 55. The dependence of the magnetic field prevailing at the location of the Hall sensors 36, 37 or 38 on the positioning of the conical sleeve 55 is shown schematically in Figure 6 using the example of the Hall sensor 36. Figure 6 shows the magnetic field strength prevailing at the location of the Hall sensor 36 as a function of the gap width b. It is clear that the greater the gap width b is chosen, the greater the prevailing magnetic field strength. If the conical sleeve 55 is displaced in the direction of the cylinder 14 along the longitudinal axis 67, i.e. perpendicular to the plane defined by the yoke 30, this results in a reduction of the gap width b, whereby the
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sensors 36 herrschende Magnetfeldstärke abgeschwächt wird. Eine entsprechende Abschwächung ergibt sich am Ort des Hallsensors 37 sowie des Hallsensors 38. Die jeweils herrschende Magnetfeldstärke wird von den Hallsensoren 36, 37 und 38 erfaßt, die daraufhin ein die Abhängigkeit der Magnetfeldstärke von der Spaltbreite b wiedergebendes Steuersignal bereitstellen, das über die Steckbuchse 34 abgegriffen werden kann.sensors 36 prevailing magnetic field strength is weakened. A corresponding weakening occurs at the location of the Hall sensor 37 and the Hall sensor 38. The prevailing magnetic field strength is detected by the Hall sensors 36, 37 and 38, which then provide a control signal reflecting the dependence of the magnetic field strength on the gap width b, which can be tapped via the socket 34.
Um die Beeinflussung der am Ort der Hallsensoren 36, 37, 38 herrschenden Magnetfeldstärke bei einer unbeabsichtigten Bewegung der Konushülse 55 quer zur Längsachse 67 zu verringern, sind beim Joch 30a im Bereich der Hallsensoren 36, 37 und 38 die bereits erwähnten Erweiterungen 51, 52 vorgesehen. Es hat sich herausgestellt, daß eine Radialbewegung der Konushülse 55 quer zur Verbindungslinie der Hallsensoren 36, 37, 38 praktisch keinen Einfluß auf die am Ort der Hallsensoren 36, 37, 38 herrschende Mag-netfeidstärke und damit auf das von den Sensoren bereitgestellte Steuersignal hat. Dies hat seinen Grund darin, daß beispielsweise eine Vergrößerung des Luftspaltes zum Jochbogen 40 oder 40a mit einer Verkleinerung des Luftspaltes zum Jochbogen 41 bzw. 41a gekoppelt ist, so daß sich insgesamt keine wesentliche Änderung des Einflusses der Konushülse 55 ergibt. Im Gegensatz hierzu führt jedoch eine Radialbewegung der Konushülse 55 in Richtung der Verbindungslinie der Hallsensoren 36, 37, 38 beim Joch 30 zu einer Änderung der am Ort der Hallsensoren 36, 37, 38 herrschenden Magnetfeldstärke und somit zu einer Änderung des bereitgestellten Steuersignals. Um diesen EinflußIn order to reduce the influence of an unintentional movement of the conical sleeve 55 transverse to the longitudinal axis 67 on the magnetic field strength prevailing at the location of the Hall sensors 36, 37, 38, the already mentioned extensions 51, 52 are provided on the yoke 30a in the area of the Hall sensors 36, 37 and 38. It has been found that a radial movement of the conical sleeve 55 transverse to the connecting line of the Hall sensors 36, 37, 38 has practically no influence on the magnetic field strength prevailing at the location of the Hall sensors 36, 37, 38 and thus on the control signal provided by the sensors. The reason for this is that, for example, an increase in the air gap to the yoke arch 40 or 40a is coupled with a reduction in the air gap to the yoke arch 41 or 41a, so that overall there is no significant change in the influence of the conical sleeve 55. In contrast to this, however, a radial movement of the conical sleeve 55 in the direction of the connecting line of the Hall sensors 36, 37, 38 at the yoke 30 leads to a change in the magnetic field strength prevailing at the location of the Hall sensors 36, 37, 38 and thus to a change in the control signal provided. In order to counteract this influence
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zu minimieren, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Öffnung 50 in Höhe der Hallsensoren 36, 37 und 38 radial zu erweitern entsprechend der Ausgestaltung des Jochs 30a. Eine derartige Ausführung hat folglich den Vorteil, daß beispielsweise aufgrund von Lagertoleranzen unvermeidliche Radialbewegungen der Konushülse 55 praktisch keinen Einfluß auf das von den Hallsensoren 36, 37, 38 bereitgestellte Steuersignal haben.In order to minimize this, it has proven advantageous to radially expand the opening 50 at the level of the Hall sensors 36, 37 and 38 in accordance with the design of the yoke 30a. Such a design consequently has the advantage that unavoidable radial movements of the conical sleeve 55, for example due to bearing tolerances, have practically no influence on the control signal provided by the Hall sensors 36, 37, 38.
Der Verlauf des jeweils bereitgestellten Steuersignales ist von der Form der Außenseite 56 der Konushülse 55 abhängig. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Außenseite 56 konisch ausgebildet, dies hat eine Änderung der am Ort der Hallsensoren 36, 37 und 38 herrschenden Magnetfeldstärke entsprechend dem exponentiellen Verlauf gemäß Figur 6 zur Folge. Alternativ könnte auch vorgesehen sein, die Außenseite 56 stufig auszugestalten. Dies hätte zur Folge, daß sich die Spaltbreite b abrupt ändert, sobald eine entsprechende Stufe der Außenseite 56 in Höhe des Joches 30 positioniert wird. Das von den Hallsensoren 36, 37 und 38 bereitgestellte Steuersignal kann somit durch Wahl der entsprechenden Oberflächengestaltung der Außenseite 56 vorgegeben werden. The course of the control signal provided in each case depends on the shape of the outer side 56 of the conical sleeve 55. In the exemplary embodiment shown, the outer side 56 is conical, which results in a change in the magnetic field strength prevailing at the location of the Hall sensors 36, 37 and 38 in accordance with the exponential course according to Figure 6. Alternatively, the outer side 56 could also be designed in steps. This would result in the gap width b changing abruptly as soon as a corresponding step on the outer side 56 is positioned at the level of the yoke 30. The control signal provided by the Hall sensors 36, 37 and 38 can thus be specified by selecting the corresponding surface design of the outer side 56.
Die Sensorvorrichtung 10 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Linearsensor ausgebildet, mit dessen Hilfe die Position der verschiebbaren Konushülse 55 erfaßt werden kann, die im dargestellten Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Die Sensorvorrichtung 10 könnte alternativ auch als Drehwinkel-In the embodiment shown, the sensor device 10 is designed as a linear sensor, with the aid of which the position of the movable conical sleeve 55 can be detected, which is designed to be rotationally symmetrical in the embodiment shown. The sensor device 10 could alternatively also be designed as a rotation angle sensor.
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sensor zum Einsatz kommen. Hierzu wäre es lediglich erforderlich, die Konushülse 55 unsymmetrisch bezüglich einer Rotation um die Längsachse 67 auszugestalten, so daß durch eine Drehung der Konushülse 55 um die Längsachse 67 die Breite b des einerseits von den Jochbögen 40 bzw. 41 und andererseits von der Konushülse 55 begrenzten Luftspalts 65 verändert werden kann.sensor can be used. To do this, it would only be necessary to design the conical sleeve 55 asymmetrically with respect to a rotation about the longitudinal axis 67, so that by rotating the conical sleeve 55 about the longitudinal axis 67, the width b of the air gap 65 delimited on the one hand by the yoke arches 40 and 41 and on the other hand by the conical sleeve 55 can be changed.
Zur Ankopplung der Konushülse 55 an die Lagergabel 18 kommt, wie voranstehend erläutert, der Stößel 16 zum Einsatz. Die Innenseite 57 der Konushülse 55 definiert hierbei eine Stößelaufnahme 71, in die der Stößel 16 eintaucht, der an seinem dem Zylinder 14 zugewandten Ende einen Kugelkopf 63 trägt. Mittels des Kugelkopfes 63 ist der Stößel 16 quer zur Längsachse 67 verschwenkbar in der Konushülse 55 gelagert. Dadurch wird sichergestellt, daß eine aufgrund von Lagertoleranzen der Lagergabel 18 unvermeidliche Verschwenkbewegung beim Betätigen der Sensorvorrichtung 10 praktisch keinen Einfluß auf die Verschiebebewegung der Konushülse 55 hat.As explained above, the plunger 16 is used to couple the conical sleeve 55 to the bearing fork 18. The inner side 57 of the conical sleeve 55 defines a plunger receptacle 71 into which the plunger 16 is inserted, which has a ball head 63 on its end facing the cylinder 14. The plunger 16 is pivotably mounted in the conical sleeve 55 transversely to the longitudinal axis 67 by means of the ball head 63. This ensures that a pivoting movement that is unavoidable due to bearing tolerances of the bearing fork 18 when the sensor device 10 is actuated has practically no influence on the displacement movement of the conical sleeve 55.
Mittels der Sensorvorrichtung 10 läßt sich auf zuverlässige Weise die Relativstellung zwischen Lagergabel 18 und Anschlußstutzen 12 reproduzierbar erfassen, wobei aufgrund des Einsatzes des Joches 30 praktisch keine magnetischen Störfelder erzeugt werden und externe magnetische Fremdfelder nur einen sehr geringen Einfluß auf das von den Hallsensoren 36, 37 und 38 bereitgestellte Steuersignal haben. Der von der Sensorvorrichtung 10 erfaßbare Bewegungsbereich der Lagergabel 18 ist hierbei lediglich durch die Form der Außenseite 56The sensor device 10 can be used to reliably and reproducibly detect the relative position between the bearing fork 18 and the connecting piece 12, whereby practically no magnetic interference fields are generated due to the use of the yoke 30 and external magnetic fields have only a very small influence on the control signal provided by the Hall sensors 36, 37 and 38. The range of movement of the bearing fork 18 that can be detected by the sensor device 10 is limited only by the shape of the outer side 56.
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der Konushülse 55 begrenzt, ohne daß hierzu besondere Linearitätsanforderungen an den zum Einsatz kommenden Permanentmagneten 43 oder an dessen Lagerung relativ zu den Hallsensoren 36, 37 und 38 gestellt werden.the conical sleeve 55, without special linearity requirements being placed on the permanent magnet 43 used or on its bearing relative to the Hall sensors 36, 37 and 38.
Der bei der dargestellten Sensorvorrichtung 10 zum Einsatz kommende digitale Hallsensor 38 weist einen Ruhestrom von etwa 50 &mgr;&Agr; bis ca. 100 &mgr;&Agr; auf. Dies gibt die Möglichkeit, ihn kontinuierlich mit Strom zu versorgen, ohne daß dies einen beachtlichen Energieverlust der zum Einsatz kommenden Stromquelle, beispielsweise einer Batterie, zur Folge hätte. Die beiden analogen Hallsensoren 36, 37 weisen einen größeren Ruhestrom auf und stehen deshalb nur dann mit der Stromversorgung in elektrischer Verbindung, wenn vom digitalen Hallsensor 38 eine Relativbewegung der Konushülse 55 erkannt wird. Der Hallsensor 38 übernimmt somit eine "Weckfunktion" für die Sensorvorrichtung 10. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung der Lage der Konushülse 55 und des mit dieser gekoppelten bewegbaren Teiles, ohne daß dies mit einem merklichen Stromverbrauch verbunden wäre. The digital Hall sensor 38 used in the sensor device 10 shown has a quiescent current of approximately 50 μα to approximately 100 μα. This makes it possible to supply it with power continuously without this resulting in a significant loss of energy from the power source used, for example a battery. The two analog Hall sensors 36, 37 have a larger quiescent current and are therefore only electrically connected to the power supply when the digital Hall sensor 38 detects a relative movement of the conical sleeve 55. The Hall sensor 38 thus takes on a "wake-up function" for the sensor device 10. This enables continuous monitoring of the position of the conical sleeve 55 and the movable part coupled to it, without this being associated with a noticeable power consumption.
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