DD241644A1 - Induktiver wegsensor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen induktiven Wegsensor zur Messung und wegproportionalen Umformung translatorischer Positionsveraenderungen, insbesondere der Regelstange in Dieseleinspritzpumpen von Kraftfahrzeugen. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es einen unkomplizierten und robusten induktiven Wegsensor zu schaffen, der eine Umformung der Messgroesse Weg in eine proportionale Induktivitaetsaenderung bei geringer Abhaengigkeit der Ausgangsgroesse von Umgebungsstoereinfluessen, wie Magnetfelder, extremen Temperaturschwankungen und Umgebungstemperaturen, hoher Verschmutzungsgrad, ermoeglicht. Erfindungsgemaess ist in der Naehe des Bodens eines ferromagnetischen Topfes 1 eine Flachspule 2 angeordnet, wobei ein ferromagnetischer Kern 4 durch einen Durchbruch in der Mitte des Topfbodens und die Flachspule 2 hindurch in das Topfinnere hineinragt. Durch die axiale Bewegung des Kerns 4 wird eine Induktivitaetsaenderung der Flachspule 2 erzeugt, die proportional der zu messenden Weggroesse ist. Fig. 1 zeigt die Prinzipanordnung eines erfindungsgemaessen Wegsensors. Fig. 1 und 2

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen induktiven Wegsensor zur wegproportionalen Umformung translatorischer Positionsveränderungen verstellbarerTeile, insbesondere der Regelstange in Dieseleinspritzpumpen von Kraftfahrzeugen und Arbeitsmaschinen, in eine Induktivitätsänderung.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar, wo unter extremen Umweltbedingungen eine Umformung der Meßgröße Weg in eine proportionale Induktivitätsänderung bei möglichst geringer Abhängigkeit der Ausgangsgröße von Umgebungsstöreinflüssen, wie Magnetfelder, Temperaturschwankungen, extreme Umgebungstemperaturen, hoher Verschmutzungsgrad, erfolgen soll.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte induktive Wegsensoren beinhalten Meßvorrichtungen, bei denen ein ferromaghetischer Kern in eine langgestreckte Spule mehr oder weniger eintaucht und so die Induktivität als Ausgangsgröße in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg des ferromagnetischen Kerns verändert wird. Bei derartigen Meßvorrichtungen wird die Wicklung in Längsrichtung der Spule nichtlinear aufgeteilt bzw. gewickelt, so daß die Änderung der Ausgangsgröße nahezu proportional der Kernverschiebung und damit der zu messenden Wegänderung ist. Solche Anordnungen sind in den DE-OS 3303994 und 3225822 beschrieben. Nachteilig bei diesen Anordnungen ist die fertigungstechnisch aufwendige und komplizierte Wickeltechnik der Spule, insbesondere bei geforderter Proportionalität zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße.

In der DE-OS 3303738 wird ein Wegsensor beschrieben, bei welchem die Induktivitätsänderung einer mehr.oder weniger zusammenrückbaren Schraubenfeder mittels Hochfrequenzoszillator ausgewertet wird. Nachteilig ist, daß das bewegliche Teil nicht kräftefrei abtastbar ist und die durch Resonanzschwingungen auftretenden Modulationserscheinungen eine aufwendige Auswerteschaltung erfordern.

Allen bisher genannten Vorrichtungen haftet der gemeinsame Nachteil an, daß Abschirmungsmaßnahmen gegen magnetische Störfelder unbedingt erforderlich sind.

Aus den DE-OS 2357791 und 2352851 ist weiterhin bekannt, zur Wegmessung einen verschiebbaren Kurzschlußring einer Spule, die sich auf einem U- oder E-förmigen ferromagnetischen Kern befindet, mehr oder weniger zu nähern und die Induktivitätsänderung auszuwerten. Nachteilig ist, daß bei konzentrisch angeordneten, sich in Achsrichtung bewegenden Verstellorganen der seitlich oder am Ende mitzuführende Kurzschlußring einen relativ großen freien Montageraum für den nicht rotationssymmetrischen Kern und die Haltekonstruktion erfordert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen induktiven Wegsensor zu schaffen, der die genannten Nachteile bekannter Vorrichtungen vermeidet und unter extremen Umgebungsbedingungen an Motoren von Kraftfahrzeugen und Arbeitsmaschinen einsetzbar ist sowie einen einfachen, raumsparenden und fertigungstechnisch unkomplizierten Aufbau besitzt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, einen induktiven Wegsensor zu schaffen, der bei geringem Aufwand eine gute Proportionalität zwischen der Meßgröße Weg und der Induktivitätsänderung als Ausgangsgröße aufweist und unempfindlich gegen auftretende Umweltstörungen, wie Magnetfelder, großer Einsatztemperaturbereich, Verschmutzung ist.

Erfindurigsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Nähe des Bodens eines ferromagnetischen Topfes 1 mit einem in der Mitte des Topfbodens befindlichen Durchbruch eine Flachspule 2 angeordnet ist. Dabei muß die freie Länge des Topfes 1 von der Flachspule 2 bis zum offenen Ende des Topfes 1 mindestens der zu messenden Weglänge entsprechen. Durch den Topfboden des Topfes 1 und die Flachspule 2 ragt ein axial beweglicher ferromagnetischer Kern 4 hindurch, dessen beiderseits in axialer Richtung freien Längen in der Summe mindestens der zu messenden Weglänge entsprechen.

Derferromagnetische Kern 4 bewegt sich vom Ende der Flachspule 2 in das Innere des Topfes 1 hinein und bewirkt dadurch eine Vergrößerung der wirksamen Fläche und eine Verringerung des magnetischen Widerstandes des Luftspaltes zwischen Kern 4 und Topfwandung des Topfes 1, so daß eine nahzu proportionale Änderung der Induktivität der Flachspule 2 erreicht wird. Zur Verbesserung der Proportionalität ist es vorteilhaft den ferromagnetischen Topf 1 so auszubilden, daß dessen Durchmesser sich zum offenen Ende hin entsprechend verkleinert.

Bei Wegmessung an einer axial beweglichen Stange ist es vorteilhaft, diese so zu gestalten, daß ein freies Ende des ferromagnetischen Kerns 4, welches in den Topf 1 hineinragt, eine elektrisch hochleitfähige nichtferromagnetische Scheibe 6

angeordnet ist. .. .

Für spezielle Anwendungsfälle ist der Topf1 durch einen U-Kern 5 mit einem in der Mitte des Verbindungssteges zwischen den Schenkeln befindlichen Durchbruch zu ersetzen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll im nachstehenden Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dabei zeigen

Fig. 1: eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Kern 4 in Anfangslage Fig.2: in Endlage

Fig.3: eine Ausführung mit U-Kern 5

In Fig. 1 ist eine Flachspule 2 in der Nähe des Bodens eines zylindrischen Topfes 1 aus Ferritmaterial angeordnet, deren Wicklungsenden mit einer Auswerteelektronik 3 zur Induktivitätsmessung verbunden sind. Weiterhin ist ein beweglicher ferromagnetischer Kern 4 in einem Durchbruch in der Mitte des Topfbodens und durch die Flachspule 2 hindurch angeordnet, wobei sich der Kern 4 in seiner Anfangslage befindet, d. h. die gemessene Induktivität der Flachspule 2 beträgt ein Minimum. Wird der Kern 4 in axialer Richtung in den Topf 1 hinein bewegt, so vergrößert sich die Induktivität kontinuierlich und nimmt in der in Fig.2 gezeigten Endlage des Kerns 4 ihr Maximum an, da die wirksame Fläche des Luftspaltes zwischen Kern 4 und Wandung des Topfes 1 ebenfalls ihr Maximum undjdamit der magnetische Widerstand sein Minimum erreicht. Durch eine hier nicht gezeigte, beispielsweise kegelförmige Verringerung des Topfdurchmessers zum offenen Ende des Topfes 1 hin, kann eine beliebig genaue Proportionalität zwischen Kernverschiebung und Induktivitätsänderung hergestellt werden. In Fig.3 ist die Flachspule 2 in der Nähe eines durchbohrten Verbindungssteges zwischen den Schenkeln eines U-förmigen Ferritkern 5, anstelle des Topfes 1, angeordnet. Der bewegliche ferromagnetische Kern 4 befindet sich in seiner Anfangslage, die dem Induktivitätsminimum der Flachspule 2 entspricht und bewegt sich in axialer Richtung zum offenen Ende des U-Kems 5 seiner Endlage entgegen, wo die Flachspule 2 ihr Induktivitätsmaximum erreicht.

Zur Erhöhung der Wirksamkeit des induktiven Wegsensors und zum Abgleich ist am Ende des beweglichen ferromagnetischen Kerns 4 eine elektrisch hochleitfähige nichtferromagnetische Scheibe 6 verstellbar angeordnet.

Claims (5)

Erfindungsanspruch:

1. Induktiver Wegsensor mit beweglichem ferromagnetischen Kern, gekennzeichnet dadurch, daß in der Nähe des Bodens eines ferromagnetischen Topfes (1) mit einem in der Mitte des Topfbodens befindlichen Durchbruch eine Flachspule (2) angeordnet ist, daß die freie Länge des Topfes (1) von der Flachspule (2) bis zum offenen Ende des Topfes (1) mindestens der zu messenden Weglänge entspricht, daß ihm in der Mitte des Topfbodens befindlichen Durchbruch der axial bewegliche ferromagnetische Kern (4) angeordnet ist, welcher durch die Flachspule (2) hindurch in den Topf (1) hineinragt und daß die Summe der beiderseits in axialer Richtung freien Längen des beweglichen ferromagnetischen Kerns (4) mindestens der zu messenden Weglänge entspricht.

2. Induktiver Wegsensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß anstelle des Topfes (1) ein U-Kern (5) mit einem in der Mitte des Verbindungssteges zwischen den Schenkeln des U-Kernes (5) befindlichen Durchbruch vorhanden ist und daß die Flachspule (2) innerhalb des U-Kerns (5) in der Nähe des Verbindungssteges angeordnet ist.

3. Induktiver Wegsensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Durchmesser desTopfes (1) zum offenen Ende hin eine Verringerung aufweist.

4. Induktiver Wegsensor nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Abstand der Schenkel des U-Kernes (5) zum offenen Ende hin eine Verringerung aufweist.

5. Induktiver Wegsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß am Ende des beweglichen ferromagnetischen Kerns (4), welcher in den Topf (1) bzw. den U-Kern (5) hineinragt, eine elektrisch hochleitfähige nichtferromagnetische Scheibe (6) angeordnet ist.