DE102006061198A1

DE102006061198A1 - Neigungssensor

Info

Publication number: DE102006061198A1
Application number: DE102006061198A
Authority: DE
Inventors: Klaus Manfred Steinich
Original assignee: ASM Automation Sensorik Messtechnik GmbH
Current assignee: ASM Automation Sensorik Messtechnik GmbH
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2026-12-23
Also published as: DE102006061198B4; US20080047154A1; US7555841B2

Abstract

Neigungssensoren mit magnetischem XMR- oder Hall-Sensor-Prinzipien wurden in der Vergangenheit bisher dadurch gelöst, dass der schwenkbar gelagerte Gebermagnet auf der Stirnseite der Achse eines Pendels gelagert war mit der Folge, dass erst die Haftreibung der Lagerung überwunden werden musste, bevor der Neigungssensor reagiert. Dadurch konnten sehr kleine und sehr langsame Neigungen oftmals nicht detektiert werden. Diese Bauarten weisen immer eine große Hysterese auf. Erfindungsgemäß wird dieses Problem gelöst, indem der Gebermagnet entweder auf einem Schwimmer oder auf einem ferrofluidisch gelagerten Pendel befestigt wird, und dadurch die Haftreibung wesentlich geringer bzw. nicht mehr vorhanden ist.

Description

I. Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft einen Neigungssensor.
II. Technischer Hintergrund
Neigungssensoren werden benötigt, um die Winkelstellung von beweglichen Aggregateteilen ständig zu überwachen, beispielsweise bei sicherheitsrelevanten Bauteilen wie Kranarmen, Arbeitsplattformen und ähnlichem.
Neigungssensoren gibt es in unterschiedlichen Bauformen:
Früher wurde häufig Quecksilber dazu verwendet, um innerhalb eines Neigungssensors die sich ändernde Lage des Quecksilbers zu detektieren. Aus Umweltschutzgründen ist in den meisten Fällen die Anwendung solcher Quecksilber-Sensoren jedoch nicht mehr zulässig.
Seitdem werden meistens Pendelsensoren benutzt. Dabei stellt sich ein Pendel entsprechend der momentan wirkenden Schwerkraft immer genau lotrecht ein, gegebenenfalls gedämpft, indem sich das Pendel in einer mit Dämpfungsfluid gefüllten Dämpfungskammer befindet.
Auf der Lagerungsachse des Pendels, die die Pendelkammer in Richtung Sensorkammer durchdringt, befindet sich in der Sensorkammer ein winkelsensitives Element, dessen Drehlage detektiert wurde, beispielsweise eine Inkrementaldrehscheibe, die von einem Lesekopf abgetastet wird.
Nachteilig dabei war die dauerhaft dichte Durchführung der Pendelwelle durch die Trennwand und die dauerhafte Leichtgängigkeit der Lagerung der Pendelachse, die erst eine schnelle Anpassung der Pendellage an die Schwerkraft, auch bei nur geringen Winkelveränderungen, ermöglicht.
Daneben ist es aus der DE 203 14 275 bekannt, die Pendelachse nicht mehr durch die Trennwand in die Sensorkammer hineinzuführen, sondern innerhalb der Pendelkammer einen Gebermagneten auf der Pendelachse anzuordnen, und die Drehlage dieses Gebermagneten kontaktlos durch die nicht magnetisierbare Trennwand hindurch mittels eines magnetosensitiven Sensors abzutasten, der sich in der Sensorkammer gegenüberliegend befindet.
Auch hier besteht nach wie vor das Problem, dass relativ hohe Lagerungskräfte in einer kleinen zentralen Lagerungsachse dauerhaft und bei äußerst geringer Haftreibung aufgenommen werden sollen, um das Pendel auch bei geringsten Winkelabweichungen ausschlagen zu lassen.
Des Weiteren ist es bekannt, als magnetosensitives Element einzelne Hall-Elemente, also Hall-Effektsensoren zu benutzen, wie es beispielsweise in der US-Patentschrift 5 365 671 beschrieben ist.
Ein einzelner Hall-Sensor kann jedoch nur die Intensität des Magnetfeldes, in der er sich befindet, messen und das Messergebnis ist damit sehr stark von der Entfernung des Hall-Sensors von dem auslösenden Gebermagneten abhängig.
Aus diesem Grund ist im vorliegenden Fall der Bewegungskörper, der sich entsprechend der Schwerkraft ausrichtet und an dem der Gebermagnet angeordnet ist, in einem sehr eng umgebenden Führungsgehäuse aufgenommen. Um dabei die Reibung in den angrenzenden Führungsflächen zu verhindern ist der Hohlraum, in dem sich der Bewegungskörper befindet, vollständig mit einem Fluid gefüllt, dessen spezifisches Gewicht dem des Schwenkkörpers entspricht, so dass dieser in dem Fluid quasi gewichtslos schwebt (Spalte 2, Zeile 45 der US-Patentschrift 5 365 671). Es handelt sich somit also um ein Pendel mit einem Schwerpunkt außerhalb des Drehpunktes des Schwenkkörpers, dessen Lagerung durch die außen umgebenden Führungsflächen gebildet wird.
III. Darstellung der Erfindung
a) Technische Aufgabe
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, einen Neigungssensor zu schaffen, der einfach und kostengünstig in der Herstellung ist und insbesondere die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
b) Lösung der Aufgabe
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch Verzicht auf die mechanische Lagerung wie bei einem Pendel mit einem umschließenden, meist auf einem kleinen Durchmesser befindlichen, Lager können die Haftkräfte bei einem Schwimmer sehr viel niedriger gehalten werden, abhängig von der relativen Formgestaltung des Schwimmers zur Schwimmerkammer, aber auch des verwendeten Fluids und weiterer Hilfsmittel.
Der Kontakt zwischen Schwimmer und Schwimmerkammer findet, wenn überhaupt, dann nur am Außenumfang des Schwimmers statt und damit auf einem bereits wesentlich größeren wirksamen Durchmesser als bei der eher punktförmigen, zentralen Lagerung eines Pendels, und zusätzlich kann die Größe der Kontaktfläche dabei geringer ausfallen. Der mechanisch sehr viel einfachere Aufbau eines in einem Fluid untergebrachten Schwimmers gegenüber einer mechanisch exakt ausgeführten Lagerung wird erkauft mit dem Nachteil, dass damit die Schwenkachse des Schwimmers weniger exakt fixiert werden kann als mittels einer mechanischen Lagerung, auf der anderen Seite jedoch dies vernachlässigbar ist angesichts der Erfassungsgenauigkeit, mit der der magnetostriktive Sensor die Drehlage des Gebermagneten durch die Trennwand hindurch detektiert.
Des Weiteren wird der Nachteil eines Pendels vermieden, dass bei einem Pendel die Größe des Rückstellmoments von der Masse des Pendels und deren Abstand von der Schwenkachse nach unten abhängt. Dadurch muss ein Pendel immer zwangsweise eine Mindesterstreckung in vertikaler, also radialer Richtung aufweisen.
Wie bei einem Pendel kann der Schwimmer so in Relation zum Fluid ausgebildet sein, dass sich sein Schwerpunkt unterhalb des Fluidspiegels befindet. Dann stellt sich der Schwimmer analog zum Flüssigkeitsspiegel ein, der Flüssigkeitsspiegel wiederum stellt sich abhängig von der Schwerkraft ein.
Die andere Möglichkeit besteht darin, dass sich bei dem Schwimmer der Schwerpunkt genau auf Höhe des Flüssigkeitsspiegels befindet, dementsprechend der Schwimmer nicht nur eine, sondern mehrere unterschiedliche Drehlagen innerhalb des Fluids einnehmen kann, drehbar um seine Längsachse, die auf Höhe des Fluidspiegels liegt. Insbesondere kann er rotationssymmetrisch und damit instabil ausgebildet sein, was jedoch für die Funktion des Sensors nicht negativ ist.
Durch Verwendung eines Multi-Hall-Sensors, insbesondere eines Multi-Hall-IC – sei es in der Bauform als vertikaler oder horizontaler Multi-Hall-IC – kann ein statischer Gradient gemessen werden, also wie stark die Intensität des vorliegenden Magnetfeldes sich über die Erstreckungslänge des Sensors, insbesondere eines IC, zu- oder abnimmt, woraus die Neigung der erzeugenden Magnetfeld-Achse relativ zur Ausrichtung des Sensors berechenbar ist.
Dies hat den Vorteil, dass lediglich die Winkelstellung der Magnetfeldachse relativ zur Lotrechten auf die Sensorachse, also zur Schwenkachse, detektiert wird, jedoch können alle anderen Winkelabweichungen der Magnetfeldachse dagegen das Messergebnis kaum verschlechtern.
Wenn für bestimmte Einsatzfälle die Schrägstellung der Magnetachse relativ zu mehr als einer Schwenkachse detektiert werden soll, empfiehlt sich dadurch der Einsatz von mehreren unterschiedlich orientierten baugleichen erfindungsgemäßen Sensoren.
Dementsprechend wird in dem Neigungssensor der Gebermagnet am Schwimmer so positioniert und darüber hinaus die Höhe des Flüssigkeitsspiegels in Relation zur Eintauchtiefe des Schwimmers so eingestellt, dass der Gebermagnet auf der Höhe des Sensors, insbesondere der Lotrechten auf der Sensorfläche (Soll-Schwenkachse) liegt.
Zusätzlich wird der Gebermagnet dabei so am Schwimmer angeordnet, dass die Magnetachse parallel, insbesondere identisch, zum Fluidspiegel liegt.
Um sicherzustellen, dass die Magnetachse, insbesondere der sie bewirkende Gebermagnet selbst, immer genau auf Höhe des Sensors, insbesondere der Soll-Schwenkachse, verläuft, ist generell die Kontur des Schwimmers der Kontur der Schwimmerkammer möglichst genau angepasst, um eine Abdriftung des Schwimmers zu vermeiden.
Dementsprechend wird der Schwimmer in der Schwimmerkammer auch in Querrichtung auf seiner Schwenkachse gehalten, beispielsweise indem in der Aufsicht betrachtet die Breite des Schwimmers nur geringfügig kleiner ist als die innere Breite der Schwimmerkammer.
Dadurch werden auch der verbleibende Freiraum und die Menge an benötigtem Fluid reduziert, was wiederum die Neigung des Fluids zu einem unkontrollierten Schwappen bei starken Neigungsausschlägen verringert.
Die quer zur Schwenkachse stehenden Seitenwände der Schwimmerkammer und auch des Schwimmers sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet und dienen der seitlichen Führung des Schwimmers.
Um die Reibung zwischen Schwimmer und den Wänden der Schwimmerkammer zu reduzieren, kann die Anlage zwischen beiden nur mittels kleinflächiger Vorsprünge wie etwa punktförmiger Noppen erfolgen, die entweder an den Innenflächen der Schwimmerkammer oder den Außenflächen des Schwimmers angeordnet sind. Durch ein gut schmierendes Fluid wie etwa ein dünnes Öl wird die Gleitreibung dazwischen zusätzlich verringert.
Bei einer insgesamt etwa zylinderscheibenförmigen, aufrecht stehenden Form einer Schwimmerkammer sind dennoch unterschiedliche geometrische Ausgestaltungen des Schwimmers selbst möglich.
Eine erste bevorzugte Form ist ein stabförmiger Schwimmer, dessen Länge nur geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Schwimmerkammer, und dessen Enden stark gerundet sind oder am Besten spitz zulaufen.
Der Schwerpunkt des stabförmigen Schwimmers liegt dabei in der Mitte dessen Querschnittes und dessen Länge und das spezifische Gewicht des Schwimmers ist so bemessen, dass er genau bis zur Hälfte in das ihn tragende Fluid eintaucht. Damit liegt sein Schwerpunkt auf Höhe des Fluidspiegels.
Der Stabquerschnitt ist dabei wenigstens im Bereich seines größten Außendurchmessers rund ausgebildet, während die übrigen Bereiche des Querschnitts, die einen geringeren Durchmesser aufweisen, auch eine andere Querschnittsform haben können.
Die rund ausgebildeten größten Außendurchmesser dienen der seitlichen Anlage an den zueinander parallelen Außenwänden der Schwimmerkammer mit geringer Kontaktfläche, und sind als umlaufende Vorsprünge vorzugsweise nahe der Enden des stabförmigen Schwimmers angeordnet. Im Gegensatz zu einem Pendel muss sich dabei der Schwerpunkt des Schwimmers nicht entfernt von der Schwenkachse befinden, sondern kann, insbesondere bei einem solchen stabförmigen Schwimmer, auf der Schwenkachse liegen.
Die Höhe des Flüssigkeitsspiegels ist dabei so zu wählen, dass der Schwimmer vorzugsweise mit seiner Längsachse auf der Mitte der Höhe der Schwimmerkammer, also dessen größtem Durchmesser, liegt.
Durch eine z.B. vom tiefsten Punkt der Schwimmerkammer aus nach oben ragende Schwallwand kann dabei ein zu starkes Hin- und Herschwappen des Fluids bei schnellen Bewegungen des Neigungssensors um die Schwenkachse vermieden und gedämpft werden, insbesondere durch in der Schwallwand angeordnete definierte Durchgangsöffnungen als Drosselstellen für das Fluid, jedoch wird dadurch auch die maximale Auslenkung des Schwimmers auf einen Bereich von etwas weniger als ±85° reduziert.
Als zweite Bauform kann der Schwerpunkt des Schwimmers unterhalb des Fluidspiegels liegen und damit sich der Schwimmer wie ein schwimmendes Pendel im Fluid verhalten. Dabei kann die untere Hälfte der in Blickrichtung der Schwenkachse betrachteten Kontur des Schwimmers an die Kontur des Bodens der Schwimmerkammer angepasst sein und kreissegment- oder halbkreisförmig sein, was die Menge an benötigtem Fluid reduziert. Auch die obere Hälfte der Kontur der Schwimmerkammer kann an die Kontur des Schwimmers angepasst sein, beispielsweise indem der Schwimmer und ebenso die Schwimmerkammer die Form einer stehenden zylinderförmigen Scheibe besitzen.
Eine andere Möglichkeit der Führung und Positionierung des Schwimmers besteht darin, am Schwimmer, beispielsweise auf der Schwenkachse auf der vom Sensor gegenüberliegenden Seite, einen Lagerungsmagneten anzuordnen und an der Wand der Schwimmerkammer gegenüberliegend einen Gegenmagneten, die sich anziehen und dadurch zumindest am einen Ende der Schwenkachse den Schwimmer auf der Schwenkachse positioniert, so dass das andere, mit dem magnetosensitiven Sensor zusammenwirkende, Ende lediglich noch an zu starken Abweichungen von der Schwenkachse gehindert werden muss, was bereits durch die parallelen Seitenwände quer zur Schwenkachse mit geringem Abstand zum Schwimmer gegeben ist.
Der Gebermagnet und insbesondere auch der Lagerungsmagnet sind dabei vorzugsweise im Inneren des z.B. hohlen Schwimmers untergebracht und/oder anstelle des Lagerungsmagneten kann als Fluid auch ein Ferrofluid, manchmal auch als Magnetofluid bezeichnet, verwendet werden, also ein magnetisierbares Fluid, welches insbesondere der Erzeugung einer einstellbaren, dämpfenden Wirkung auf die Bewegungen des Schwimmers dienen kann.
Die Führung des Schwimmers mittels eines Lagerungsmagneten auf einer Schwenkachse gibt auch die Möglichkeit, den Schwimmer mit zwei in der Aufsicht betrachtet sich kreuzenden Schwenkachsen auszustatten, auf denen jeweils eine magnetische Lagerung und am anderen Ende eine magnetosensitive Abtastung der Schwenklage vorhanden ist. Sofern die Magnetlagerung dabei wahlweise aktivierbar ist, beispielsweise durch Verwendung von Elektromagneten, kann mit Hilfe ein und desselben Schwimmers dabei in kurzen Abständen nacheinander durch wechselweises Aktivieren eines der Lagerungsmagnete sowie des zugehörigen magnetostriktiven Sensors die Neigung des z. B. kugelförmigen Schwimmers relativ zu den beiden separaten Schwenkachsen detektiert werden.
Die Schwimmerkammer kann anstelle nur eines Fluids auch zwei verschiedene, schwer mischbare Fluide unterschiedlichen spezifischen Gewichts enthalten, wobei das spezifische Gewicht des Schwimmers so gewählt ist, dass es auf der schwereren Flüssigkeit schwimmt und in der leichteren Flüssigkeit absinkt. Dadurch kann der Unterschied zwischen den spezifischen Dichten der beiden Fluide kleiner eingestellt werden als dies in der Regel zwischen Fluid und Gas möglich ist und hierdurch das Ansprechverhalten des Sensors verbessert werden.
Dennoch empfiehlt es sich – wie auch bei nur einem Fluid – in der Schwimmerkammer ein zusätzliches Gas-Volumen zu belassen, welches als Ausgleichsvolumen bei temperaturbedingter Ausdehnung des Fluids dient.
Der Schwimmer selbst besteht in der Regel – ebenso wie die zum Sensor hin gerichtete Außenwand des Gehäuses – aus nicht magnetisierbarem Material, insbesondere Kunststoff.
Der Sensor kann außerhalb der Schwimmerkammer lose angeordnet sein oder das Gehäuse kann benachbart zur Schwimmerkammer eine zweite, hiervon getrennte Kammer als Sensorkammer aufweisen, in der der Sensor geschützt untergebracht ist.
Vorzugsweise empfiehlt sich das Vergießen des Sensors zusammen mit weiteren Teilen einer eventuell benötigten Auswerteelektronik einschließlich des hierfür notwendigen Kabelanschlusses zu einer dichten, auch längswasserdichten, Baugruppe.
Als Abstandshalter und auch Dämpfer zwischen der Schwimmeraußenfläche und den Wänden der Schwimmerkammer können vorzugsweise punktuell an Stellen des Außenumfanges des Schwimmers Ansammlungen, insbesondere in Tropfenform, einer magnetisierbaren Flüssigkeit (Ferrofluid) gehalten werden durch innerhalb des Schwimmers angeordnete Positionier-Magnete.
Ebenso wie die Verwendung eines Schwimmers der Reduzierung von Haftkräften zwischen Schwimmer und Umgebung dient, kann die Reduzierung der Haftkräfte durch eine magnetofluidische Lagerung eines Körpers erreicht werden, dessen Schwerpunkt dann allerdings beabstandet von der Schwenkachse liegt und der dadurch ein Pendel ist. Auch dabei liegt der so gelagerte Pendelkörper oder zumindest die Pendelachse auf einem Fluidfilm, nämlich dem Ferrofluid auf, obwohl es dabei in exaktem physikalischen Sinn nicht unbedingt ein Schwimmer ist, denn das spezifische Gewicht des Pendels kann in diesem Fall auch größer sein als das spezifische Gewicht der ferrofluidischen Flüssigkeit.
Der gewünschte Effekt einer reduzierten Haftreibung wird dadurch erreicht, dass das Ferrofluid mikroskopisch kleine, magnetisierbare Teilchen enthält und in dem Körper, an dem sich die ferrofluidische Flüssigkeit anlagern soll, die einen geringen Reibungswiderstand aufweist und darüber hinaus auch dämpfende Eigenschaften besitzen kann, Haltmagnete vorhanden sind.
Bei dem ferrofluidisch gelagerten Pendel kann dies der zu lagernde Teil des Pendels, beispielsweise die Lagerzapfen des Pendels sein, oder auch die umgebende Lagerbock, die ja im Gegensatz zur zuvor beschriebenen Lösung eine eng an die Kontur des zu lagernden Teils angepasste Innenkontur aufweisen sollten, um die Schicht aus Ferrofluid gering zu halten und damit die Position des Pendels exakt vorzugeben.
Wenn bei einer solchen ferrofluidischen Lagerung des Pendels selbst, insbesondere deren Achskörper oder Achsstummel, magnetisch sind, um das Ferrofluid auf deren – radialer und/oder axialer – Aussenseite zu halten, kann diese Magnetisierung als Haltemagnet mit einer Polachse quer zur Schwenkachse des Pendels angeordnet werden und dadurch auf der einen Stirnseite des Pendels unmittelbar als Gebermagnet für den außerhalb der Kammer des Pendels angeordneten magnetosensitiven Sensor benutzt werden.
Das Pendel selbst kann einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein, beispielsweise als ein auf einen Achskörper aufgeschobenes und hinsichtlich der Drehlage fixiertes Pendelgewicht mit außerhalb der Pendelachse liegendem Schwerpunkt. Insbesondere sollte der Achskörper dabei in Axialrichtung wesentlich länger sein als sein Durchmesser, mindestens zweimal so lang, besser viermal so lang, und auf einer seiner Stirnseiten kann ein separater Gebermagnet angeordnet sein, wobei zu diesem Zweck vorzugsweise der Achskörper zumindest einseitig aus einem magnetisch abschirmendem Gehäuse aus ferromagnetischem Material vorsteht.
Das Pendel kann auch aus mehreren mechanisch nicht fest miteinander verbundenen Einzelteilen bestehen, beispielsweise einer Kugel einerseits, die in einem Ringkanal um den Achskörper herum entsprechend der Schwerkraft ihre Position einnimmt.
Indem der Achskörper magnetisch ist mit einer Polachse diametral durch die Schwenkachse des Achskörpers hindurch, und die Kugel aus ferromagnetischem Material besteht, sind beide kontaktlos magnetisch hinsichtlich ihrer Drehposition um die Schwenkachse des Achskörpers miteinander gekoppelt, indem die Position der Kugel den Achskörper so ausrichtet, indem er mit immer dem gleichen seiner beiden Pole zur Kugel hin weist.
Ansonsten ist auch bei dieser Lösung der Achskörper ferrofluidisch, radial und insbesondere auch axial gelagert.
c) Ausführungsbeispiele
Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher beschrieben: Es zeigen
1 die Prinzipanordnung des Neigungssensors,
2 eine Bauform mit stabförmigem Schwimmer,
3 eine Bauform mit zusätzlicher Schwallwand,
4 eine Bauform mit halbkreisförmigem Schwimmer, und
5 eine Bauform mit Trimmer,
6 ein ferrofluidisch gelagertes Pendel in einer ersten Bauform.
7 ein ferrofluidisch gelagertes Pendel in einer zweiten Bauform und
8 ein ferrofluidisch gelagertes Pendel in einer dritten Bauform.
1 zeigt einen Grundaufbau, wie er für den Neigungssensor 1 verwendet wird: einer flächigen magnetosensitiven Sensor 9, der in der Lage ist, einen statischen Gradienten eines Magnetfeld zu messen, beispielsweise ein Multi-Hall-Chip 19 wird so gegenüber einem Gebermagneten 8, beispielsweise einem Permanentmagneten mit einem Polpaar angeordnet, dass dessen Pol-Achse 15 parallel vor dem Sensor 9, 19 verläuft.
Ein Verschwenken des Gebermagneten 8 und damit der Pol-Achse 15 relativ zur Lotrechten auf die Fläche des Sensors 9, 19, also um die magnetisch neutrale Achse 20 oder eine hierzu etwa parallele Schwenkachse 10, ermittelt der Sensor 9 die Schrägstellung, beispielsweise in dem der Multi-Hall-IC 19 die Unterschiede der magnetischen Flussdichte der einzelnen Flächenbereiche des IC relativ zueinander in Beziehung setzt.
Dagegen wirken sich Veränderungen sowohl des Abstandes der Pol-Achse 15 zur Fläche des Sensors und damit auch Schwenkbewegungen der Pol-Achse 15 um eine parallel zur Sensorebene liegende Achse kaum auf das Messergebnis aus.
Die 2 bis 5 zeigen jeweils in der a einen konkret ausgeführten Neigungssensor in Blickrichtung der Schwenkachse, also analog 1a, und in der b in der Seitenansicht hierzu, also analog 1b.
2 zeigt einen vollständigen Neigungssensor 1.
Der stabförmige Gebermagnet 8 befindet sich in einem ebenfalls stabförmigen Schwimmer, so dass die Pol-Achse 15 des Gebermagneten mit der Längsrichtung des Stabes übereinstimmt. Der Schwimmer 5 schwimmt auf einem Fluid 7, welches in einem allseitig geschlossenen Gehäuse 2 aufgenommen ist, welches die Form einer senkrecht stehenden Kreisscheibe besitzt.
Die Länge des Schwimmers 5 beträgt annähernd den Durchmesser des inneren der Schwimmerkammer 4, und die Füllmenge an Fluid ist so gewählt, dass sich der Gebermagnet 8 und auch der Schwimmer 5 auf halber Höhe, also der Stelle des größten Durchmessers der Schwimmerkammer 4, befinden. Der verbleibende Freiraum, also etwa die obere Hälfte der Schwimmerkammer 4, ist entweder ein vollständig mit Luft oder einem inerten Gas gefülltes Gas-Volumen 16 oder großenteils mit einem leichteren Fluid gefüllt.
Außerhalb der Schwimmerkammer, nämlich auf der Außenseite der Rückwand 23b der Schwimmerkammer, ist ein Multi-Hall-IC 19 als magnetosensitiver Sensor 9 mit seiner Hauptebene parallel zur Hauptebene der scheibenförmigen Schwimmerkammer 4 und damit auch parallel zur Pol-Achse 15 des Gebermagneten 8 angeordnet.
Der IC 19 ist – vorzugsweise zusammen mit einer Auswerteelektronik – auf einer Platine 12 angeordnet und in einem eigenen Gehäuse, der Sensorkammer 3, aufgenommen und mittels einer Vergussmasse 14, meist Epoxyharz, vergossen.
Ein Kabel 13 leitet die elektrischen Signale des Sensors 9 bzw. der Auswerteelektronik aus dieser Sensorkammer 3 nach außen zur Weiterverarbeitung.
Jedoch könnte auch ohne diese Schutzmaßnahmen, also ohne Umhüllung, der Sensor 9 in der Nähe der Schwimmerkammer positioniert werden.
Wichtig ist lediglich, dass der Sensor 9, also der IC 19, drehfest bezüglich der magnetisch neutralen Achse 20, also der Lotrechten auf der Sensorfläche, mit der Schwimmerkammer 4 verbunden, beispielsweise verklebt oder verschraubt ist, damit bei einem Verschwenken der Schwimmerkammer und damit des gesamten Neigungssensors 1 um diese Achse der Sensor 9 verschwenkt wird.
Da in diesem Fall der Schwimmer 5 und auch die Pol-Achse 15 ihre horizontale Lage weiterhin beibehält, findet eine Relativverdrehung der Pol-Achse 15 um die magnetisch neutrale Achse 20 statt, und diese Verlagerung wird durch den Sensor detektiert.
Aus diesem Grund sollte vorzugsweise die Schwenkachse 10 des Gebermagneten 8, um welche sich der Gebermagnet relativ vom Gehäuse 2 bei einer Neigung des Gehäuses dreht, möglichst identisch mit der magnetisch neutralen Achse 20 des Sensors 9 sein, jedoch sind begrenzte Abweichungen unschädlich.
Ein wichtiger Faktor derartiger Neigungssensoren ist die Auslösegenauigkeit, und diese hängt vor allem davon ab, dass das Geberelement, in diesem Fall der Gebermagnet 8, bereits bei kleinsten Auslenkungen sich relativ zum Sensor 9 bewegt.
Hierfür ist es notwendig, dass keine oder möglichst geringe Haftreibungskräfte zwischen dem Schwimmer 5 und den umgebenden Wänden des Gehäuses 2 auftreten.
Zum einen wird dies beeinflusst durch die Art des verwendeten Fluids, und insbesondere dessen Oberflächenspannung, die möglichst gering sein muss.
Zum anderen versucht man die Haftreibung zu minimieren durch Reduzierung der Kontaktfläche des Schwimmers gegenüber dem Gehäuse.
Deshalb ist der stabförmige Schwimmer 5 an den Enden mit jeweils einer kegelförmigen Spitze ausgestattet, deren umlaufende Basis ringförmig über den Außenumfang des Querschnittes des Schwimmers 5 vorsteht in Form eines ringförmig umlaufenden Vorsprunges 11'. Der Durchmesser des ringförmigen Vorsprunges 11' ist nur geringfügig kleiner als der Abstand zwischen den zueinander parallelen vorderen und hinteren Wänden 23a, b der Schwimmerkammer 4, und der Abstand der Spitzen 17 ist nur geringfügig kleiner als der Durchmesser in der Schwimmerkammer 4 auf der Höhe der Spitzen 17, insbesondere der größte Durchmesser der Schwimmerkammer 4.
Die Lösung der 3 unterscheidet sich von derjenigen der 2 durch die zusätzlich vom tiefsten Bereich des Gehäuses 2 nach oben in Richtung Schwimmer 5 aufragende Schwallwand 18, die mehrere Funktionen hat:
Zum einen soll bei starken und schnellen Neigungsbewegungen ein unkontrolliertes Schwappen des Fluids 7 durch die Schwallwand, die bis annähernd zur Mitte, also zum Schwimmer 5 ragt, verhindert werden. Dass dennoch eine Strömung des Fluids in Querrichtung möglich ist, wird durch in der Schwallwand vorhandene Drosselöffnungen 21 sichergestellt, deren Größe und Anzahl in Abhängigkeit von der Viskosität des Fluids gewählt wird.
Darüber hinaus verhindert die Schwallwand 18 einen Überschlag des Schwimmers 5 um die Achse 10 bzw. 20, also um volle 180°, da dies von der Auswerteelektronik nicht nachvollzogen werden könnte.
Weiterhin unterscheidet sich die Lösung der 3 von der der 2 dadurch, dass sich in der Schwimmerkammer oberhalb des Fluids 7a und damit auch oberhalb des Schwimmers 5 ein weiteres, leichteres Fluid 7b befindet, welches sich nicht oder kaum mit dem anderen Fluid 7a mischt und leichter ist als das spezifische Gewicht des Schwimmers.
Dennoch ist der Innenraum der Schwimmerkammer 4 nicht vollständig mit den Fluiden angefüllt, sondern es verbleibt ein Gasvolumen 16 über den zweiten Fluid 7b als Ausgleichsvolumen für Temperaturdehnungen der beiden Fluide.
Ansonsten entspricht die Lösung der 3 derjenigen der 2.
4 zeigt einen Neigungssensor, bei dem die Schwimmerkammer 4 wiederum mit zwei unterschiedlich schweren, nicht mischbaren Fluiden 7a, b gefüllt ist, vor allem jedoch der Schwimmer 5' eine grundsätzlich andere Form aufweist:
Betrachtet in Richtung der Achsen 10, 20 ist der Schwimmer 5' etwa halbkreisförmig gestaltet analog der Kontur der unteren Hälfte der Schwimmerkammer 4, jedoch etwas kleiner vom Durchmesser her.
Der Gebermagnet 8 ist mit seiner Pol-Achse 15 genauso orientiert wie bei den 2 und 3, jedoch nicht als Stabmagnet sondern als runder Gebermagnet 8' ausgebildet und sitzt an der Oberkante des halbkreisförmigen Schwimmers 5' und damit bezüglich der Schwimmerkammer wiederum an der gleichen Position wie bei den bisherigen Lösungen, nämlich etwa zentrisch und damit auch der magnetischen neutralen Achse 20.
Da der Schwimmer 5' die untere Hälfte der Schwimmerkammer fast vollständig ausfüllt, bedarf es nur einer relativ geringen Menge an Fluid 7a, um den Schwimmer in dieser Position in dieser unteren Hälfte der Schwimmerkammer 4 zu halten, und die spezifischen Gewichte des Fluids 7a zu dem des Schwimmers 5' ist auch so gewählt, dass der Schwimmer 5' fast vollständig in dem Fluid 7a eintaucht.
Entlang seiner Längsaußenkanten weist der Schwimmer 5' punktförmige oder halbkugelförmige Tropfen eines Ferrofluids 11 auf, die als Abstandshalter gegenüber den Innenwänden der Schwimmerkammer 4 dienen, und damit im Falle von Berührungen dämpfen und die Kontaktfläche zwischen Schwimmer 5' und Gehäuse 4 gering halten und die dadurch entstehenden Haftkräfte.
Dazu sind an dem Schwimmer 5' ebenfalls entlang der Außenkanten an den entsprechenden Positionen Positionier-Magnete 24 angeordnet, die die Tropfen 11 in Position halten sollen. Die Positionier-Magnete 24 sind deutlich schwächer hinsichtlich ihrer magnetischen Feldstärke als der Gebermagnet 8.
5 zeigt eine Lösung, bei der der Schwimmer 5' wiederum die Form einer Halbkreisscheibe gemäß 4 besitzt, jedoch zusätzlich einen Trimmer 22 aufweist:
Vom tiefsten Punkt des Schwimmers aus ist ein Gewicht in Form einer z.B. Madenschraube in radialer Richtung verstellbar durch Verschrauben in einem Gewindesackloch, wodurch der Abstand des Schwerpunktes des Schwimmers 5' von dessen Schwenkachse 10 verstellt werden kann.
Ansonsten ist bei der Lösung gemäß 5 der Gebermagnet 8 wiederum als Stabmagnet ausgebildet und orientiert wie in 2, und die Schwimmerkammer mit zwei unterschiedlich schweren Fluiden 7a, b gefüllt.
Die 6 bis 8 zeigen Neigungssensoren, bei denen ebenfalls ein Gebermagnet 8 auf einem entsprechend der Schwerkraft sich ausrichtenden Körper, insbesondere einem Pendel 25, auf dessen Schwenkachse 10, vorzugsweise stirnseitig, jedoch mit der Polachse 15 quer zur Schwenkachse, angeordnet ist. Ein dem Gebermagneten 8 gegenüber angeordneter magnetosensitiver Sensor 9 kann dann die Schwenklage des Gebermagneten 8 und damit die Neigung des Bauteils, an dem der Neigungssensor befestigt ist, detektieren, wobei zwischen Gebermagnet 8 und Sensor 9 auch eine Wand 6 verlaufen kann, solange diese aus nicht-magnetisierbarem Material besteht.
Der magnetosensitive Sensor 9 ist vorzugsweise als integrierter Schaltkreis (IC), insbesondere nach dem Multi-Hall-Prinzip, ausgebildet und auf einer Platine 12 angeordnet, die die ermittelten Daten über ein Kabel 13 weitergibt, oder auch drahtlos mittels Funk.
Bei der Lösung gemäß 6 ist das Pendel 25 drehfest auf einer Pendelachse 25a befestigt, so dass die Lagerzapfen 28a, b dieser Pendelachse beidseits aus dem Pendel 25 stirnseitig vorstehen und in Lagerböcken 29 gelagert sind, wobei der eine Lagerzapfen 28b durch den Lagerbock hindurch verläuft und an seinem verlängerten Ende den Gebermagneten 8 trägt. Dieses verlängerte Ende erstreckt sich auch durch eine Öffnung der das gesamte Pendel und dessen Lagerung gehäuseförmig umgebenden magnetischen Abschirmung 32 hindurch.
Die Lagerzapfen 28a, b sind ferrofluidisch in Lagerböcken 29 radial gelagert. Das Ferrofluid 11 wird als den jeweiligen Lagerzapfen 28a, b radial umschließende, ringförmige Schicht dadurch gehalten, dass in diesem Fall der Lagerbock 29 jeweils magnetisch ausgebildet ist und dadurch das Ferrofluid 11 an seinem Nord-Pol hält. Dementsprechend ist der Lagerbock so gestaltet, dass man die Magnetisierungsachse der in ihm enthaltenen Magnete radial verläuft mit dem Nord-Pol dem Innenumfang des Lagerbockes zugewandt, insbesondere in Form eines ringförmigen, zweischichtigen Magneten, dessen innerer Ring der Nord-Pol und dessen äußerer Ring der Süd-Pol ist.
In axialer Richtung ist das Pendel 25 zentriert, indem es vorzugsweise im gleichen Radialbereich wie die Lagerböcke ebenfalls magnetisch ausgebildet ist, mit ebenfalls einer Polachse radial ausgerichtet, und ebenfalls dem Nord-Pol nach innen weisend, so dass durch die Abstoßung der innen liegenden Nord-Pole einerseits sowie der außen liegenden Süd-Pole andererseits zwischen dem mittigen Pendel und den beidseitigen Lagerböcken das Pendel axial in der Mitte zwischen den Lagerböcken 29 gehalten wird. Zu diesem Zweck kann das Pendel 25 in axialer Richtung entweder verschiebbar auf der Pendelachse 25a angeordnet sein oder auch fest. Die Pendelachse 25a weist jedenfalls neben den Lagerstellen, zum mittleren Bereich hin, einen Durchmessersprung mit einer Schulter auf, so dass diese Schulter axial bei zu starker axialer Verlagerung der Pendelachse 25 an dem Kissen aus Ferrofluid 11 anliegen und dort auch axial gelagert wäre. Da der axiale Abstand der Schultern in der Pendelachse 25a jedoch geringer ist als der axiale Abstand der Kissen aus Ferrofluid, kann dies bei einer axial festen Verbindung mit dem zentrierten Pendel 25 normalerweise nicht auftreten.
7 zeigt in Längsschnitt der 7a sowie im Querschnitt durch das Pendel der 7b die bevorzugte Bauform (best mode), die sich von der der 6 dadurch unterscheidet, dass zum einen nicht die Lagerböcke 29, sondern die Lagerzapfen 28a, b magnetisch sind und das Ferrofluid 11 zwischen Lagerzapfen 28a, b und den Lagerböcken 29 hält. Auch hier verläuft die Polachse 15 dieser Haltemagnete in den Lagerzapfen 28a, b quer zur Schwenkachse 10 des Pendels 25, und die Haltemagnete 24 sind vorzugsweise nahe der stirnseitigen, freien Enden der Lagerzapfen 28a, b angeordnet, was mehrere Vorteile mit sich bringt:
Zum einen dient der eine Haltemagnet dabei unmittelbar als Gebermagnet 8 für den gegenüberliegenden magnetosensitiven Sensor 9, der dort ortsfest und nicht mit dem Pendel mitdrehend angeordnet ist, vorzugsweise wiederum auf einer Platine 12 und in Form einer Multi-Hall-ICs 19. Zum anderen wird durch die stirnseitig äußere Anordnung der Haltemagnete erreicht, dass sich Ferrofluid 11 nicht nur radial um die Lagerflächen der Lagerzapfen 28a, b herum anlagert, sondern auch axial auf der freien Stirnfläche der Lagerzapfen 28a, b, so dass hierüber das Pendel auch axial im umgebenden Gehäuse 2 des Pendels gelagert ist, welches zu diesem Zweck Stirnwände benötigt, deren freier innerer Abstand nur um die Dicke der axialen Kissen des Ferrofluids 11 größer ist als die axiale Länge der Pendelachse 25a.
Das Pendel 25 ist in diesem Fall nicht nur drehfest sondern auch axialfest auf der Pendelachse 25a befestigt oder eventuell auch einstückig zusammen mit dieser ausgebildet, wobei der Raum, in dem das Pendel 25 dreht, mit einem Fluid 7, vorzugsweise einem inerten Fluid, gefüllt ist.
8 zeigt eine Bauform, bei der das Pendel aus zwei mechanisch nicht miteinander verbundenen Teilen besteht:
Zum Einen der zylindrische Achskörper 25a, dessen Endbereiche als Lagerzapfen 28a, b jeweils in einem Lagerbock 29 radial und auch axial gelagert sind, wobei als axiale Lagerflächen jeweils eine Querwand dient. Die Lagerzapfen 28a, b sind dabei mittels eines Ferrofluids in den Lagerböcken 29 gelagert, indem im Lagerungsspalt dazwischen das Ferrofluid an den radialen Umfangsflächen und den Stirnflächen der Lagerzapfen 28a, b gehalten wird, da diese Lagerzapfen 28a, b magnetisch sind (Haltemagnete 24) mit einer diametral zur Drehachse der Lagerzapfen angeordneten Polachse.
Das andere Teil des Pendels besteht aus einer separaten Kugel 30, die in einem vorzugsweise konzentrisch um den Lagerzapfen herum führenden Ringkanal 31 rollt und sich dort entsprechend der Schwerkraft immer am tiefsten Punkt des Ringkanals einfindet.
Da die Kugel 30 aus ferromagnetischem Material besteht, beeinflusst sie das Magnetfeld der Magnete 24 im Achskörper 25a so, dass deren diese sich immer mit dem gleichen ihrer beiden Pole zu der Kugel hin ausrichten, und damit den gesamten, mit diesen Magneten 24 drehfest verbundenen Achskörper 25a.
Einer der beiden Haltemagnete 24 dient dabei gleichzeitig als Gebermagnet 8 für das stirnseitig, abgetrennt durch eine Querwand, gegenüberliegenden Sensorelement in Form eines Multi-Hall-ICs 19, der auf der Platine 12 untergebracht ist, wiederum eingegossen in eine Vergussmasse 14.

1: Neigungssensor
2: Gehäuse
2': Aussengehäuse
3: Sensorkammer
4: Schwimmerkammer
5, 5': Schwimmer
6: Trennwand
7: Fluid
7a: Fluidspiegel
8: Gebermagnet
9: Magnetosensitiver Sensor
10: Schwenkachse
11: Ferrofluid
11': ringförmiger Vorsprung
12: Platine
13: Kabel
14: Vergussmasse
15: Pol-Achse
16: Gas-Volumen
17: Spitze
18: Schwallwand
19: Multi-Hall-IC
20: Magnetisch neutrale Achse (Soll-Schwenkachse)
21: Drossel-Öffnung
22: Trimmer
23a: Vorderwand
23b: Rückwand
24: Halte-Magnet
25a: Achskörper
25b: Mitnehmer
25: Pendel
26: Pendellinie
27: Schwerpunkt
28a, b: Lagerzapfen
29: Lagerbock
30: Kugel
31: Ringkanal
32: magnetische Abschirmung

Claims

Neigungssensor (1) mit – einem Gehäuse (2) mit einer Kammer (4) mit einer Wand (6) aus nicht magnetisierbarem Material, – einem sich direkt oder indirekt entsprechend der Schwerkraft beweglichen Gebermagneten (8) in der Kammer (4), – einem magnetosensitiven Sensor (9) außerhalb der Kammer (4) dadurch gekennzeichnet, dass der Gebermagnet (8) an einem Schwimmer (5, 5') angeordnet ist, der auf einem Fluid (7) schwimmt, welches sich in der Schwimmerkammer (4) befindet.
Neigungssensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetosensitive Sensor (9) ein Hall-Sensor, insbesondere ein Multi-Hall-Sensor in Form eines IC, ist.
Neigungssensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Multi-Hall-Sensor in der Lage ist, einen Magnetfeld-Gradienten zu messen.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Schwimmers (5) an die Innenkontur der Schwimmerkammer (4) angepasst ist und insbesondere die Schwimmerkammer (4) betrachtet in Richtung der Schwenkachse also quer, insbesondere lotrecht, zur Trennwand (6) eine wenigstens kreissegmentförmige insbesondere kreisförmige, Kontur aufweist.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass betrachtet lotrecht zur Ebene der Trennwand (6) die Breite des Schwimmers (5) die innere freie Breite der Schwimmerkammer (4) weitestgehend ausfüllt und dadurch die durch die Mitte der Breite der Schwimmerkammer (4) verlaufende Lotrechte auf die Trennwand die Schwenkachse (10) des Schwimmers (5) ist.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenseite des Schwimmers oder auf der Innenseite der Schwimmerkammer (4) kleinflächige Vorsprünge angeordnet sind zum Kontaktieren des jeweils anderen Elementes.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetachse parallel, insbesondere identisch zum Fluidspiegel ist, aber quer, insbesondere lotrecht zur Schwenkachse des Magneten.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmerkammer (4) betrachtet in Richtung der Ebene der Trennwand (6) parallele Außenwände aufweist.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gebermagnet (8) so in oder an dem Schwimmer (5) angeordnet ist, dass sich der Gebermagnet auf Höhe des Fluidspiegels befindet.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schwimmerkammer (4) eine Schwallwand (18) so angeordnet ist, dass eine volle Drehung des Schwimmers (5) verhindert wird.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schwallwand (18) Durchgangs-Öffnungen als Drosselstellen angeordnet sind.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmerkammer (4) mit zwei schwer mischbaren Fluiden (7) unterschiedlichen spezifischen Gewichtes gefüllt ist und der Schwimmer (5) auf dem schweren Fluid (7) schwimmt.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwimmerkammer (4) ein Gas-Volumen enthält, das insbesondere mindestens 20%, insbesondere mindestens 30% des Volumens der Schwimmerkammer (4) beträgt.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang des Außenbereiches des Schwimmers ein oder mehrere Positionier-Magnete angeordnet sind und auf der Außenseite des Schwimmers den Positionier-Magneten zugeordnet geringe Mengen eines Ferrofluides gehalten werden. („Baumstamm": 2 + 3)
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmer (5) seinen Schwerpunkt auf Höhe des Fluidspiegels und insbesondere im geometrischen Zentrum des in wenigstens einer Achse symmetrisch, insbesonder rotationssymmetrisch, ausgebildeten Schwimmers aufweist.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmer (5) stab-förmig ausgebildet ist und mit seiner Längsachse entlang des Durchmessers durch die runde Schwimmerkammer (18) angeordnet ist und insbesondere sich über den gesamten Durchmesser der Schwimmkammer erstreckt.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des stabförmigen Schwimmers gerundet oder insbesondere spitz ausgebildet sind.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des stab-förmigen Schwimmers (5) wenigstens im Bereich seines größten Außen-Durchmesser rund ausgebildet ist, insbesondere überall rund ausgebildet ist.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der stab-förmige Schwimmer (5) an mehreren Längspositionen ringförmige umlaufende Vorsprünge (11) aufweist.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gebermagnet (8) im Inneren des Schwimmers auf der Schwenkachse (10) angeordnet ist und insbesondere der Schwimmer aus nicht magnetisierbarem Material ist. („Schwimmendes Pendel": 4 + 5)
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt des Schwimmers unterhalb des Fluidspiegels liegt.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmer sich über den gesamten Durchmesser der Schwimmerkammer erstreckt und der Gebermagnet auf der Achse des Schwimmers bei insbesondere rotationssymmetrischer Form des Schwimmers angeordnet ist.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwimmer eine kreissegmentförmige und insbesondere halbkreisförmige Kontur aufweist.
Neigungssensor (1) mit – einem Gehäuse (2) mit einer Kammer (4) deren eine Wand (6) aus nicht magnetisierbarem Material besteht, – einem sich direkt oder indirekt entsprechend der Schwerkraft beweglichen Gebermagneten (8) in der Kammer (4), – einem magnetosensitiven Sensor (9) außerhalb der Kammer (4) dadurch gekennzeichnet, dass der Gebermagnet (8) auf der Schwenkachse (10) eines ferrofluidisch gelagerten Pendels (25) drehfest angeordnet ist mit seiner Polachse (15) quer zur Schwenkachse (10).
Neigungssensor (1) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Polachse (15) in einer definierten Zuordnung, insbesondere parallel zur Pendellinie (26) (Verbindung zwischen Schwerpunkt (27) und Schwenkachse (10)) angeordnet ist, insbesondere einer der Pole des Gebermagneten (8) immer in Richtung des Schwerpunktes (27) weist.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendel (25) sowohl radial als auch axial ferrofluidisch gelagert ist.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendel (25), insbesondere dessen Achsbereich (10), insbesondere Achsstummel, magnetisch ausgebildet ist mit einer Polachse quer zur Schwenkachse (10) und insbesondere das magnetisierte Pendel als Gebermagnet (8) fungiert.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den Lagerböcken (29) positionierte Pendel (25) magnetisch ist, mit einer solchen Polung, dass er sich von beiden Lagerböcken (29) axial abstößt und dadurch dazwischen zentriert.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der insbesondere die Lagerzapfen (28a, b) der Schwenkachse des Pendels (25) lagernde Lagerbock (29) magnetisch ist.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendel (25) gebildet wird aus einem zentralen, drehsymmetrischen Achskörper (25a), der im Gehäuse (2) gelagert ist, sowie einem, davon mechanisch getrennten, beweglichen Körper, insbesondere einer Kugel, die in einem radial um den Achskörper (25a) herumführenden Ringkanal bewegbar ist, wobei der Achskörper (25a) einen Magneten umfasst mit der Polachse diametral zur Drehachse des Achskörpers, der drehfest mit dem Achskörper verbunden ist.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Pendel in einer die Gleitreibung reduzierenden Flüssigkeit (7) bewegt.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die ferrofluidische Lagerung direkt umgebende Gehäuse (2) aus nicht-ferromagnetischem Material, insbesondere einem gut elektrisch leitfähigem Material, besteht.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um den Gebermagneten (8) und den magnetosensitiven Sensor (9) herum ein Aussengehäuse (2') angeordent ist, welches aus ferromagnetischem Material besteht.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetosensitive Sensor (9) ein Hall-Sensor oder ein magneto-resistiver Sensor, insbesondere ein Multi-Hall-Sensor in Form eines IC, ist.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Multi-Hall-Sensor in der Lage ist, einen Magnetfeld-Gradienten zu messen.
Neigungssensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pendel (25), wenigstens dessen Achskörper (25a), eine axiale Länge besitzt, die mindestens doppelt so groß, besser mindestens viermal so groß wie ihr Durchmesser ist.