DE102005049312A1

DE102005049312A1 - Sensoranordnung

Info

Publication number: DE102005049312A1
Application number: DE102005049312A
Authority: DE
Inventors: Patrick Fischer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2007-04-19

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoranordnung zur Erfassung der Position eines Bauteils, das entlang einer Bewegungsbahn bewegbar ist und ein oder mehrere quer zur Bewegungsbahn hervorstehende Elemente aus einem ferromagnetischen Material aufweist. Weiterhin sind ein feststehender Dauermagnet 11, dessen Magnetisierung rechtwinklig zur Bewegungsbahn ausgerichtet ist, und ein zwischen dem Dauermagneten 11 und dem bewegbaren Bauteil festehend angeordneter Hallsensor 12 vorhanden. Die quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elemente besitzen jeweils bei Einnahme einer dem Hallsensor 12 gegenüberliegenden Position unterschiedlichen Abstand zum Hallsensor 12.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoranordnung zur Erfassung der Position eines Bauteils, das entlang einer Bewegungsbahn bewegbar ist und ein oder mehrere quer zur Bewegungsbahn hervorstehende Elemente aus einem ferromagnetischen Material aufweist, mit einem feststehenden Dauermagneten, dessen Magnetisierung rechtwinklig zur Bewegungsbahn ausgerichtet ist und mit einem zwischen dem Dauermagneten und dem bewegbaren Bauteil feststehend angeordneten Hallsensor.

Bei einer derartigen Sensoranordnung ist es bekannt, dass das Bauteil mit den quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elementen ein Zahnrad mit gleichweit radial hervorstehenden Zähnen ist.

Der Hallsensor erzeugt ein elektrisches Signal bezogen auf die Stärke des magnetischen Feldes senkrecht zur Ebene es Hallsensors. Wenn sich ein Zahn des ferromagnetischen Zahnrads dem Hallsensor nähert, so wird die Stärke des magnetischen Feldes senkrecht zu dem Hallsensor verändert. Somit wird der Abstand und die physikalische Ausrichtung zwischen dem Zahnrad und dem Hallsensor in dem durch den Hallsensor erzeugten elektrischen Signal wiedergegeben.

Dadurch wird die Anwesenheit, die Nähe, der Vorbeilauf und die Vorbeilaufgeschwindigkeit des Zahnrades durch den Hallsensor in dem elektrischen Signal des Hallsensors wiedergegeben. Somit kann die Sensoranordnung als Geschwindigkeitsmesser oder zur Überwachung der Drehbewegung aber auch einer Linearbewegung verwendet werden.

Derartige Sensoranordnungen haben den Nachteil, dass sie z.B. als Drehbewegungssensor nur eine Umdrehung abbilden können, ansonsten aber mehrdeutige Winkelinformationen erzeugen. Ein deutig mehrere Umdrehungen und die Position des bewegbaren Bauteils können nicht erfasst werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch die bei einem einfachen Aufbau eine eindeutige Positionserfassung und bei Drehbewegungssensoren eine eindeutige Erfassung der Anzahl der Umdrehungen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elemente jeweils bei Einnahme einer dem Hallsensor gegenüberliegenden Position unterschiedlichen Abstand zum Hallsensor besitzen.

Durch den unterschiedlichen Abstand der quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elemente zum Hallsensor werden von dem Hallsensor auch entsprechend unterschiedliche Signale erzeugt, die eindeutig dem jeweiligen Element zuordenbar sind. Damit ist auch eindeutig die jeweilige Position des bewegbaren Bauteils erfassbar.

Dabei kann sich das Bauteil auf einer linear sich erstreckenden Bewegungsbahn bewegen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Bauteil um eine Drehachse drehbar ist und die quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elemente koaxial oder radial zur Drehachse gerichtet sind.

Jeweils ein Vorbeilauf eines bestimmten der hervorstehenden Elemente an dem Hallsensor erzeugt ein Signal für eine Umdrehung, während die weiteren hervorstehenden Elemente bei ihrem Vorbeilauf an dem Hallsensor die Drehposition des Bauteils innerhalb einer Umdrehung bestimmen, da durch die Unterschiedlichkeit des Hervorstehens der Elemente von diesen auch entsprechende Signale am Hallsensor erzeugt werden.

Dadurch sind genaue Drehwinkelerfassungen auch bei mehr als einer Umdrehung möglich.

Um eine gleichmäßige Erfassung der Position des bewegbaren Bauteils zu ermöglichen sind vorzugsweise die quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elemente in einer Reihe mit in Bewegungsrichtung gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnet.

Einfach herstellbar ist es, wenn die quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elemente stufenartig ansteigend nebeneinander liegend angeordnet sind, wobei vorzugsweise der Anstieg der Stufen gleiche Höhe besitzt.

Eine Bauraum sparende Integration in eine weitere Anordnung ist damit möglich, dass die quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elemente an einem Käfig eines Wälzlagers angeordnet sind.

Damit erfolgt eine Untersetzung der Drehbewegung des Käfigs gegenüber der Drehbewegung des Innenrings des Wälzlagers, so dass der Innenring mehrere Umdrehungen machen muss, ehe auch der Käfig eine Umdrehung gemacht hat. Somit kann auch bei mehreren Umdrehungen des Innenrings bzw. einer Welle, auf der der Innenring sitzt, auf einfache Weise die Position des Innenrings bzw. der Welle eindeutig erfasst werden.

Besteht dabei der Käfig aus einem rohrartigen Käfigblech, in dem radial umlaufend mit gleichmäßigem Abstand eine Reihe von Aufnahmeöffnungen für die Wälzelemente des Wälzlagers ausgebildet sind und dessen dem Hallsensor axial zugewandter Rand mit den quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elementen versehen ist, so erfüllt das Käfigblech eine die Anzahl der Bauteile reduzierende Doppelfunktion.

Dies insbesondere dann, wenn Käfigblech und quer zur Bewegungsbahn hervorstehende Elemente einteilig ausgebildet sind.

Eine einfache Ausbildung mit einfacher Herstellbarkeit ergibt sich dabei dadurch, dass die Abwicklung des Käfigblechs einen gegenüber der Reihe von Aufnahmeöffnungen sich vom Hallsensor rampenartig entfernenden oder dem Hallsensor rampenartig annähernden Rand aufweist.

Eine vorteilhafte Anwendung besteht darin, dass das Wälzlager ein in einem Gehäuse eines Elektromotors angeordnetes Lager einer Motorwelle ist, so dass auf einfache Weise eine Integration in einen Elektromotor möglich ist.

Eine weitere vorteilhafte Anwendung besteht darin, dass die quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elemente an einer Lenkwelle oder einer Drosselklappenwelle oder einer Lüfterklappenwelle angeordnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 eine Querschnittsansicht einer Sensoranordnung
2 eine stirnseitige Ansicht des Wälzlagers der Sensoranordnung nach 1
3 die Sensoranordnung nach 1 mit in Abwicklung dargestelltem Käfigblech des Wälzlagers.
Die in den Figuren dargestellte Sensoranordnung weist ein mit seinem Außenring 3 in eine zylindrische Öffnung 1 eines Gehäuses 2 eines Elektromotors eingesetztes Wälzlager 4 auf.
Der Innenring 5 des Wälzlagers 4 sitzt fest auf der Motorwelle 6 des Elektromotors.
Die Wälzelemente 7 des Wälzlagers 4, im vorliegenden Fall sind dies Kugeln, sind in einer radial umlaufenden Reihe von Aufnahmeöffnungen 9 in einem rohrartigen Käfigblech 8 aufgenommen.
Der eine koaxiale Rand des Käfigblechs 8 ist über den Umfang des Käfigblechs 8 stufig rampenartig ansteigend ausgebildet, wobei die Stufen 10 mit jeweils gleicher Höhe ansteigen und gleiche Länge besitzen.
Dies ist besonders deutlich in 3 zu sehen, in der das Käfigblech 8 in seiner Abwicklung dargestellt ist.
Dem Rand des Käfigblechs 8 axial gegenüberliegend ist in einem Abstand dazu feststehend ein Dauermagnet 11 angeordnet, dessen Magnetisierung axial zur Drehachse der Motorwelle 6 ausgerichtet ist.
Zwischen dem Rand des Käfigblechs 8 und dem Dauermagneten 11 ist ebenfalls feststehend ein Hallsensor 12 angeordnet.
Da bei einer Drehung der Motorwelle 6 und des Innenrings 5 des Wälzlagers 4 die Wälzelemente 7 auf dem Innenring 5 abrollen und dabei mit einer definierten Untersetzung in Umfangsrichtung wandern, wird von den Wälzelementen 7 auch das Käfigblech 8 mitgenommen, so dass auch die Stufen 10 am Rand des Käfigblechs 8 in Umfangsrichtung definiert wandern.
Dies ist entsprechend des jeweiligen Abstands zwischen Stufe 10 und Hallsensor 12 von diesem erfassbar und ein entsprechendes Signal erzeugbar.
Damit kann der jeweilige absolvierte Drehwinkel der Motorwelle 6 auch bei Mehrfachdrehung eindeutig erfasst werden.

1: Öffnung
2: Gehäuse
3: Außenring
4: Wälzlager
5: Innenring
6: Motorwelle
7: Wälzelement
8: Käfigblech
9: Aufnahmeöffnungen
10: Stufen
11: Dauermagnet
12: Hallsensor

Claims

Sensoranordnung zur Erfassung der Position eines Bauteils, das entlang einer Bewegungsbahn bewegbar ist und ein oder mehrere quer zur Bewegungsbahn hervorstehende Elemente aus einem ferromagnetischen Material aufweist, mit einem feststehenden Dauermagneten, dessen Magnetisierung rechtwinklig zur Bewegungsbahn ausgerichtet ist und mit einem zwischen dem Dauermagneten und dem bewegbaren Bauteil feststehend angeordneten Hallsensor, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elemente jeweils bei Einnahme einer dem Hallsensor (12) gegenüberliegenden Position unterschiedlichen Abstand zum Hallsensor (12) besitzen.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil auf einer linear sich erstreckenden Bewegungsbahn bewegbar ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil um eine Drehachse drehbar ist und die quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elemente koaxial oder radial zur Drehachse gerichtet sind.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elemente in einer Reihe mit in Bewegungsrichtung gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnet sind.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elemente stufenartig ansteigend nebeneinander liegend angeordnet sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstieg der Stufen (10) gleiche Höhe besitzt.
Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elemente an einem Käfig eines Wälzlagers (4) angeordnet sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig aus einem rohrartigen Käfigblech (8) besteht, in dem radial umlaufend mit gleichmäßigem Abstand eine Reihe von Aufnahmeöffnungen (9) für die Wälzelemente (7) des Wälzlagers (4) ausgebildet sind und dessen dem Hallsensor (12) axial zugewandter Rand mit den quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elementen versehen ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Käfigblech (8) und quer zur Bewegungsbahn hervorstehende Elemente einteilig ausgebildet sind.
Sensoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwicklung des Käfigblechs (8) einen gegenüber der Reihe von Aufnahmeöffnungen (9) sich vom Hallsensor (12) rampenartig entfernenden oder dem Hallsensor (12) rampenartig annähernden Rand aufweist.
Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (4) ein in einem Gehäuse (2) eines Elektromotors angeordnetes Lager einer Motorwelle (6) ist.
Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Bewegungsbahn hervorstehenden Elemente an einer Lenkwelle oder einer Drosselklappenwelle oder einer Lüfterklappenwelle angeordnet sind.