DE10023503A1 - Positionsschalter - Google Patents
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Abstract
Positionsschalter (1) für einen entlang einer vorbestimmten Verfahrachse (z) verfahrbaren Gegenstand, mit einer Auswerteschaltung (7) zum Erzeugen eines Schaltsignals (U¶out¶) bei entlang der Verfahrachse (z) gleicher Position des Positionsschalters (1) und einer Magnetfeldquelle, wobei drei entlang der Verfahrachse (z) benachbart angeordnete Magnetfeldsensoren vorgesehen sind, an welchen ein von dem den jeweiligen Magnetfeldsensor durchquerenden Magnetfeld (6) abhängiges Sensorsignal (8, 9, 10) abgreifbar ist, wobei die Auswerteschaltung (7) zum Erzeugen des Schaltsignals (U¶out¶) durch Vergleichen der gemessenen Sensorsignale (8, 9, 10) an die Magnetfeldsensoren gekoppelt ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Positionsschalter nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Bekannte Positionsschalter, die beispielsweise an einem Fahrstuhlkorb
montiert zum Erkennen einer absoluten Position entlang einer Verfahrachse
innerhalb eines Fahrstuhlschachts verwendet werden, umfassen einen
Magnetfeldsensor zum Detektieren des Magnetfelds eines ortsfest im
Fahrstuhlschacht montierten Magneten und eine Auswerteschaltung, die in
Reaktion auf einen ausreichend hohen magnetischen Fluß durch den
Magnetfeldsensor ein Schaltsignal erzeugt. Bei diesen Positionsschaltern führt
jedoch eine Bewegung quer zur Verfahrachse ebenso zu einer Änderung des
Sensorsignals wie eine Bewegung entlang der Verfahrachse, so daß die
Genauigkeit der Bestimmung der vertikalen Position im Fahrstuhlschacht vom
Bewegungsspielraum quer zur Verfahrachse abhängt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Positionsschalter nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu schaffen, der eine Positionsbestimmung entlang der
Verfahrachse mit einer von Bewegungen quer zur Verfahrachse im wesentlichen
unabhängigen Genauigkeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 gelöst.
Hierdurch wird ein Positionsschalter geschaffen, der durch Messen des
Magnetfelds einer Magnetfeldquelle mit drei voneinander beabstandeten
Magnetfeldsensoren gleichzeitig an drei entlang einer Verfahrachse, z. B. der z-
Achse, voneinander beabstandeten Stellen und durch Vergleich der drei
Sensorsignale die Feldkrümmung bestimmt und eine von Bewegungen quer zur
Verfahrachse, z. B. in der x-y-Ebene, im wesentlichen unabhängige
Positionsbestimmung entlang der Verfahrachse ermöglicht.
Die Magnetfeldquelle ist mit ihrer Nord-Süd-Achse vorzugsweise parallel
zur Verfahrachse angeordnet und kann einen oder mehrere gegebenenfalls
voneinander beabstandete Magneten, insbesondere Permanentmagneten,
umfassen. Die Nord-Süd-Achse der Magnetfeldquelle bzw. einzelner Magneten
der Magnetfeldquelle kann mit der Verfahrachse gegebenenfalls einen anderen
Winkel einschließen.
Zweckmäßigerweise sind alle drei Magnetfeldsensoren in Reihe an eine
Konstantstromquelle angeschlossene Hallsensoren, die als Sensorsignale jeweils
eine Hallspannung bereitstellen. Vorzugsweise wird an dem mittleren Hallsensor
eine negative Offsetspannung eingestellt, um Rauschen bzw. Schalten bei
feldfreien Bereichen zu unterdrücken. Auch an anderen Hallsensoren kann eine
entsprechende Offsetspannung eingestellt sein. Es können jedoch auch beliebige
andere Magnetfeldsensoren (z. B. Feldplatten) verwendet und kombiniert werden.
In der Praxis ist die Position entlang der Verfahrachse mit einer Genauigkeit
von ±1 mm erfaßbar, wobei die Entfernung quer zur Verfahrachse zwischen dem
Positionsschalter und der Magnetfeldquelle etwa 2 bis 3 cm beträgt und
Bewegungen quer zur Verfahrachse mehrere cm erreichen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden
Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten
Abbildungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1a zeigt schematisch einen Positionsschalter.
Fig. 1b zeigt das Blockschaltbild des Positionsschalters aus Fig. 1a.
Fig. 1c zeigt die Sensorsignale der Magnetfeldsensoren des
Positionsschalters aus Fig. 1a und das Schaltsignal als Funktion der Position des
Positionsschalters entlang der Verfahrachse.
Fig. 2a zeigt schematisch eine weitere Ausgestaltung eines
Positionsschalters.
Fig. 2b zeigt das Blockschaltbild des Positionsschalters aus Fig. 2a.
Fig. 2c zeigt die Sensorsignale der Magnetfeldsensoren des
Positionsschalters aus Fig. 2a und das Schaltsignal als Funktion der Position des
Positionsschalters entlang der Verfahrachse.
Fig. 3a bis 3g zeigen weitere Ausgestaltungen von Positionsschaltern.
Fig. 4 zeigt einen Magnetfeldsensor.
Der in Fig. 1a dargestellte, beispielsweise an einem Fahrstuhlkorb
befestigte Positionsschalter 1 umfaßt drei zweckmäßigerweise als Hallsensoren 2,
3, 4 ausgestaltete Magnetfeldsensoren, die entlang einer Verfahrachse z
insbesondere gleich voneinander beabstandet sind. Eine zweckmäßigerweise
einen Permanentmagneten 5 umfassende Magnetfeldquelle ist mit ihrer Nord-Süd-
Achse parallel zur Verfahrachse z ortsfest beispielsweise in einem
Fahrstuhlschacht angeordnet und erzeugt ein um die Nord-Süd-Achse
zentralsymmetrisches Magnetfeld 6, wobei entsprechend der die Hallsensoren 2,
3, 4 senkrecht durchquerenden Komponente des Magnetfeldes 6 ein von einer
Auswerteschaltung 7 zu verarbeitendes Sensorsignal 8, 9, 10 an den
Hallsensoren 2, 3, 4 erzeugt wird, vgl. Fig. 1a und 1c. Da die magnetische
Flußdichte der zu den Hallsensoren 2, 3, 4 senkrechten Komponente des
Magnetfelds 6 als Funktion des Abstandes vom Mittelpunkt des
Permanentmagneten 5 abfällt, weist jedes Sensorsignal 8, 9, 10 ein gegen ±∞ auf
Null abfallendes Maximum auf. Die Maxima der Sensorsignale 8, 9, 10 sind wie in
Fig. 1c dargestellt um den Abstand der Hallsensoren 2, 3, 4 gegeneinander
verschoben. Die gestrichelten Linien deuten die Sensorsignale 8, 9, 10 bei
Verschiebung des Positionsschalters 1 quer zur Verfahrachse z an.
Der Positionsschalter 1 befindet sich entlang der Verfahrachse z auf
gleicher Position wie der Permanentmagnet 5, wenn das Sensorsignal 9 ein
Maximum erreicht. Zweckmäßigerweise wird von der Auswerteschaltung 7 ein
Schaltsignal Uout erzeugt, wenn das Sensorsignal 9 größer als die Sensorsignale 8
und 10 ist, vgl. Fig. 1c.
Die Hallsensoren 2, 3, 4 sind vorzugsweise in Reihe an eine
Konstantstromquelle 11 angeschlossen, vgl. Fig. 1b, und durch Versatz der
Abgriffe für die Hallspannung gegenüber der Stromrichtung vorgespannt, vgl. Fig.
4. Die Auswerteschaltung 7 umfaßt einen Komparator 12 zwischen den
Hallsensoren 2 und 3 und einen Komparator 13 zwischen den Hallsensoren 3 und
4, wobei die Ausgänge der Komparatoren 12, 13 an jeweils einen Eingang eines
UND-Gatters 14 gekoppelt sind, das ausgangsseitig das Schaltsignal Uout erzeugt.
Es können ein Komparator 15 und eine daran gekoppelte Signalquelle 16
vorgesehen sein, die ein Schwellensignal liefert, das mit dem Sensorsignal 9 des
ebenfalls an den Komparator 15 gekoppelten Hallsensors 3 verglichen wird, wobei
der Komparator 15 ausgangsseitig an einen dritten Eingang des UND-Gatters 14
angekoppelt ist, so daß das Schaltsignal Uout nur dann erzeugbar ist, wenn die
Hallspannung an dem Hallsensor 3 einen Schwellenwert überschreitet.
Der in Fig. 2a gezeigte Positionsschalter 1 ist für eine Magnetfeldquelle mit
einem mit seiner Nord-Süd-Achse senkrecht zur Verfahrachse z angeordneten
Permanentmagneten 5 ausgestaltet. Das Blockschaltbild gemäß Fig. 2b entspricht
dem Blockschaltbild aus Fig. 1b, jedoch weisen Sensorsignal 8, 9, 10 in dieser
Anordnung zwei ein Minimum einschließende Maxima auf, vgl. Fig. 2c, wobei die
Hallspannung im Minimum bei exakt senkrechter Ausrichtung zwischen
Permanentmagnet 5 und Hallsensoren 2, 3, 4 auf 0 V abfällt. Das Schaltsignal wird
erzeugt, wenn die Hallspannung an dem Hallsensor 3 die Hallspannungen an den
Hallsensoren 2, 4 unterschreitet.
Zusätzlich zu den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen können
die Magnetfeldquelle und die Magnetfeldsensoren in vielfältiger Konfiguration
eingesetzt werden, wie beispielhaft anhand der in den Fig. 3a bis 3g gezeigten
Ausgestaltungen illustriert wird.
Fig. 3a zeigt einen Positionsschalter 1 mit drei Magnetfeldsensoren für die
zur Verfahrachse z parallele Komponente des Magnetfeldes 6 und mit zwei
Magneten 5, die einander mit gleichen Polen N gegenüberliegend entlang der
Verfahrachse z angeordnet sind. Das Magnetfeld 6 in dieser Anordnung ist
äquivalent zum Magnetfeld 6 in Fig. 2a.
Fig. 3b zeigt einen Positionsschalter 1 mit zwei Magneten 5, deren Nord-
Süd-Achsen sich kreuzen.
In den Fig. 3c und 3d weist der Positionsschalter 1 drei Magnetfeldsensoren
für die Magnetfeldkomponente einer zur Verfahrachse z senkrechten Achse x auf.
In den Fig. 3e und 3f weist der Positionsschalter 1 drei Magnetfeldsensoren
für jeweils alle Vektorkomponenten des Magnetfelds 6 auf. Hierzu kann jeder
Magnetfeldsensor beispielsweise drei senkrecht zueinander angeordnete
Sensoren, z. B. in Reihe geschaltete Feldplatten, umfassen.
In Fig. 3g ist ein Positionsschalter 1 mit zwei äußeren Magnetfeldsensoren
für die zur Verfahrachse z parallele Komponente des Magnetfeldes 6 und einem
dazwischen angeordneten Magnetfeldsensor für eine zur Verfahrachse z
senkrechte Komponente des Magnetfeldes 6 gezeigt.
Claims (16)
1. Positionsschalter (1) für einen entlang einer vorbestimmten Verfahrachse
(z) verfahrbaren Gegenstand, mit einer Auswerteschaltung (7) zum Erzeugen
eines Schaltsignals (Uout) bei entlang der Verfahrachse (z) gleicher Position des
Positionsschalters (1) und einer Magnetfeldquelle, gekennzeichnet durch drei
entlang der Verfahrachse (z) benachbart angeordnete Magnetfeldsensoren, an
welchen ein von dem den jeweiligen Magnetfeldsensor durchquerenden
Magnetfeld (6) abhängiges Sensorsignal (8, 9, 10) abgreifbar ist, wobei die
Auswerteschaltung (7) zum Erzeugen des Schaltsignals (Uout) durch Vergleichen
der gemessenen Sensorsignale (8, 9, 10) an die Magnetfeldsensoren gekoppelt
ist.
2. Positionsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetfeldsensoren zur Erfassung der zur Verfahrachse (z) parallelen
Komponente des Magnetfeldes (6) ausgestaltet sind.
3. Positionsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetfeldquelle einen mit seiner Süd-Nord-Achse pacallel zur Verfahrachse (z)
angeordneten Magneten (5) umfaßt und das Schaltsignal (Uout) erzeugbar ist,
wenn das Sensorsignal (9) des mittleren Magnetfeldsensors die Sensorsignale (8,
10) der beiden anderen Magnetfeldsensoren überschreitet.
4. Positionsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetfeldquelle einen mit seiner Süd-Nord-Achse senkrecht zur Verfahrachse (z)
angeordnete Magneten (5) umfaßt und das Schaltsignal (Uout) erzeugbar ist, wenn
das Sensorsignal (9) des mittleren Magnetfeldsensors die Sensorsignale (8, 10)
der beiden anderen Magnetfeldsensoren unterschreitet.
5. Positionsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Schaltsignal (Uout) nur erzeugbar ist, wenn das
Sensorsignal (9) des mittleren Magnetfeldsensors eine Schwelle überschreitet.
6. Positionsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (7) einen Komparator (12) zwischen
dem ersten und zweiten und einen Komparator (13) zwischen dem zweiten und
dritten Magnetfeldsensor umfaßt, wobei die Ausgänge der Komparatoren (12, 13)
an jeweils einen Eingang eines logischen Gatters (14) gekoppelt sind, das
ausgangsseitig das Schaltsignal (Uout) erzeugt.
7. Positionsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein
weiterer Komparator (15) eingangsseitig an eine Signalquelle (16) für die Schwelle
und an den mittleren Magnetfeldsensor und ausgangsseitig an einen dritten
Eingang des logischen Gatters (14) angekoppelt ist.
8. Positionsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Magnetfeldsensoren Hallsensoren (2, 3, 4) sind.
9. Positionsschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hallsensoren (2, 3, 4) in Reihe an eine Konstantstromquelle (11) angeschlossen
sind und das Sensorsignal (8, 9, 10) die Hallspannung ist.
10. Positionsschalter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Hallsensoren (2, 3, 4) vorgespannt sind.
11. Positionsschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Abgriffe für die Hallspannung in Richtung des Stromflusses gegeneinander
verschoben sind.
12. Positionsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Magnetfeldsensoren Feldplatten sind.
13. Positionsschalter nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die Komparatoren (12, 13, 15) Operationsverstärker
umfassen.
14. Positionsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Magnetfeldquelle mindestens einen Permanentmagneten
(5) umfaßt.
15. Positionsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Magnetfeldsensoren gleich voneinander beabstandet
sind.
16. Positionsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß der bewegliche Gegenstand ein Aufzugkorb ist.
Priority Applications (1)
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DE2000123503 DE10023503B9 (de) | 2000-05-13 | 2000-05-13 | Positionsschalter |
Applications Claiming Priority (1)
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