DE102007052162A1 - Messeinrichtung mit einer eine Spule eines Schwingkreises bildenden Rückstellfeder sowie Pedalmodul mit einer Messeinrichtung - Google Patents

Messeinrichtung mit einer eine Spule eines Schwingkreises bildenden Rückstellfeder sowie Pedalmodul mit einer Messeinrichtung Download PDF

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Harald Kazmierczak
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung (26) zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels oder eines linearen Weges aufgrund einer Relativbewegung zwischen wenigstens zwei Körpern (2, 4), wobei die Körper (2, 4) durch aus einem elektrisch leitenden Material bestehende Windungen (28, 30) aufweisende Federmittel (12, 14) gegeneinander in ihre Ausgangslage vorgespannt sind und die Relativbewegung der Körper (2, 4) eine Längenänderung der Federmittel (12, 14) verursacht. Die Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Teil der Windungen (28, 30) der Federmittel (12, 14) von einer magnetischen Spule (32, 34) umfasst sind, welche zusammen mit wenigstens einem Kondensator (36, 38) von einem Schwingkreis (40, 42) umfasst ist, und dass eine Auswerteeinrichtung (44) zum Aussteuern eines Signals in Abhängigkeit von der Änderung der Resonanzfrequenz (fR) des Schwingkreises (40, 42) aufgrund der durch die Relativbewegung der Körper (2, 4) hervorgerufenen Längenänderung der Federmittel (12, 14) vorgesehen ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels oder eines linearen Weges aufgrund einer Relativbewegung zwischen wenigstens zwei Körpern, wobei die Körper durch aus einem elektrisch leitendem Material bestehende Windungen aufweisende Federmittel gegeneinander in ihre Ausgangslage vorgespannt sind und die Relativbewegung der Körper eine Längenänderung der Federmittel verursacht, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Pedalmodul, beinhaltend wenigstens einen relativ zu einem Lagerbock schwenkbaren Pedalhebel sowie eine Messeinrichtung zum Aussteuern eines von der Drehlage des Pedalhebels relativ zum Lagerbock abhängigen Signals nach dem Oberbegriff von Anspruch 10.
  • Eine solche Messeinrichtung ist beispielsweise in verschiedenen Systemen des Fahrzeugbereichs verwendbar, in denen lineare Wege oder Drehwinkel gemessen werden müssen, wie beispielsweise in einem Drosselklappengeber, in einem Gaspedalwertgeber in einem Pedalmodul, in einem Karosserieeinfederungsgeber oder in einem Winkelaufnehmer eines Scheibenwischerantriebs.
  • Eine gattungsgemäße Messeinrichtung und ein gattungsgemäßes Pedalmodul sind beispielsweise aus der DE 10 2005 013 442 A1 bekannt. Die Messeinrichtung ist in einem Fahrpedalmodul beinhaltend einen um eine Schwenkachse relativ zu einem Lagerbock schwenkbaren Fahrpedalhebel integriert, wobei der Fahrpedalhebel durch Schraubenfedern gegenüber dem Lagerbock abgestützt und dadurch in seine Ausgangslage vorgespannt ist. Die Schwenkbewegungen des Fahrpedalhebels relativ zum Lagerbock werden durch einen Drehwinkelsensor in ein elektrisches Signal gewandelt, welches den Drehwinkel des Fahrpedalhebels relativ zum Lagerbock repräsentiert. Als Drehwinkelsensor dient wenigstens ein integrierter Hall-IC, welcher eine Richtungsänderung eines Magnetfelds detektieren kann. Das Magnetfeld wird durch zwei bipolare Magneten erzeugt, denen der Hall-IC symmetrisch zwischengeordnet ist.
  • Der Halleffekt gehört zu den galvanomagnetischen Effekten und wird vor allem mittels dünner Halbleiterplättchen ausgewertet. Wird ein solches stromdurchflossenes Halbleiterplättchen senkrecht von einem Magnetfeld durchsetzt, kann quer zur Stromrichtung eine zum Magnetfeld proportionale Spannung abgegriffen werden. Im Falle von Silizium als Grundmaterial kann man gleichzeitig eine Signalverarbeitungselektronik auf dem Halbleiterplättchen integrieren, wodurch solche Sensoren sehr kostengünstig werden. Solche integrierten Hall-IC's eignen sich vorwiegend für die Messung von Winkeln und Wegen, indem sie die schwankende Feldstärke des mit einem bewegten Rotor verbundenen Magneten erfassen.
  • Aus der DE 103 52 351 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Beeinflussungselements mit einem induktiven Positionssensor bekannt, welcher eine Spule und einen Kondensator umfasst, wobei die Spule und der Kondensator einen Schwingkreis bilden, dessen Resonanzfrequenz sich in Abhängigkeit von der Position des Beeinflussungselements relativ zur Spule ändert. Dies wird von einer Auswerteeinheit detektiert und in ein enstprechendes Messsignal umgesetzt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass wenigstens ein Teil der Windungen der Federmittel von einer magnetischen Spule umfasst sind, welche zusammen mit wenigstens einem Kondensator von einem Schwingkreis umfasst ist und dass eine Auswerteeinrichtung zum Aussteuern eines Signals in Abhängigkeit von der Änderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises aufgrund der durch die Relativbewegung der Körper hervorgerufenen Längenänderung der Federmittel vorgesehen ist. Unter einem solchen Schwingkreis wird bekanntermaßen eine passive Anordnung verstanden, bestehend aus wenigstens einem induktiven und einem kapazitiven Glied, deren frequenzabhängiger Scheinwiderstand bei einer Resonanzfrequenz einen Extremwert hat.
  • Das der Messeinrichtung zugrunde liegende Messprinzip nutzt die Änderung der Resonanzfrequenz als Messgröße, welche durch die aufgrund der Relativbewegung der Körper hervorgerufenen Längenänderung der Federmittel dadurch verändert wird, dass sich die Induktivität der durch die Federmittel gebildeten Spule ändert. Denn bedingt durch die Relativbewegung der Körper werden die Federmittel und damit die Windungen der Spule komprimiert, wodurch sich die Anzahl der Windungen ändert, welche sich mit dem Spulenkern oder dem Spuleninneren geometrisch bzw. magnetisch überdecken, was wiederum eine Änderung der Induktivität der Spule mit sich bringt. Die Änderung der Induktivität der Spule führt wiederum zu einer Änderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises und ist von der Auswerteeinrichtung in ein von dem Umfang der Relativbewegung abhängiges Signal wandelbar und somit auswertbar.
  • Dadurch führen die Federmittel eine vorteilhafte Doppelfunktion aus, indem sie zum einen dafür sorgen, dass die beiden Körper in ihre Ausgangslage vorgespannt werden und gleichzeitig auch einen Bestandteil der Messeinrichtung bilden, welche die Relativlage der Körper misst. Gegenüber den Messeinrichtungen des Stands der Technik ergibt sich somit ein sehr einfacher Aufbau mit wenigen Bauteilen.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umschliessen die Windungen der Spule wenigstens einen Spulenkern aus ferromagnetischem, paramagnetischem oder diamagnetischem Material. Je nach Material des Spulenkerns wird das von der Spule erzeugte Magnetfeld verstärkt oder geschwächt, so dass sich eine gewünschte Signalcharakteristik einstellen lässt. Unabhängig vom Material des Spulenkerns wird je nach Kompressionsgrad bzw. Entlastungsgrad der Federmittel die Induktivität der Spule und damit die Resonanzfrequenz des Schwingkreises verändert.
  • Besonders bevorzugt ist die Auswerteeinheit derart ausgebildet, dass die Änderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises aufgrund der Relativbewegung als eine innerhalb eines Spannungsbereichs liegendes Spannungssignal ausgesteuert wird, z. B. in ein Motorsteuergerät. Dann ist der jeweils von der Auswerteeinheit ausgesteuerte Spannungswert ein Maß für die Relativbewegung der Körper. Hierzu wird der zuvor mit Hilfe eines Zählers und Taktgegebers gemessene Wert der Resonanzfrequenz beispielsweise durch einen Digital-Analog-Wandler in den Spannungswert gewandelt. Alternativ sind weitere Signalauswerteverfahren denkbar, wie beispielsweise eine Auswertung oder Signaldarstellung durch Pulsweitenmodulation (PWM) oder durch Frequenzumtastung (FSK Frequency Shift Keying).
  • Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Anwendung spannen die Federmittel einen gegenüber einem Stator drehbar gelagerten Rotor in seine Ausgangslage vor, wobei der Rotor beispielsweise ein an einem Lagerbock drehbar gelagertes Fahrpedal eines Fahrpedalmoduls zum Steuern der Leistung einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugs ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist der Fahrpedalhebel gegenüber dem Lagerbock durch wenigstens zwei sich parallel und linear erstreckende Federelemente in seine Ausgangslage vorgespannt, welche zusammen mit wenigstens einem Kondensator jeweils einen separaten Schwingkreis ausbilden. In diesem Fall sind zwei redundante Ausgangssignale vorhanden, weil jede der beiden Federn eine Spule eines separaten Schwingkreises ausbildet. Da bei Fahrpedalmoduln aus Sicherheitsgründen ohnehin stets zwei Rückstellfedern für den Fahrpedalhebel vorgesehen sind, da bei einem Versagen einer einzigen Feder z. B. durch Bruch keine Rückstellung des Fahrpedalhebels mehr möglich wäre, sind weitere Bauteile nicht notwendig, um die redundanten Messsignale zu erzeugen. Die beiden Messsignale ermöglichen überdies eine Plausibilitätsprüfung bei der Messung des Drehwinkels, indem beispielsweise eine Fehlermeldung oder ein Störsignal ausgesteuert wird, wenn sich die beiden Messignale um mehr als eine vorgegebene Differenz unterscheiden.
  • Um die Drehbewegung des Fahrpedalhebels gegenüber dem Lagerbock in eine hinsichtlich des Messprinzips einfachere lineare Bewegung zu wandeln, können die Federelemente sich mit ihrem einen Ende an einer am Lagerbock ausgebildeten Stützfläche und mit ihrem anderen Ende an einem in Bezug zu einer Schwenkachse zwischen dem Fahrpedalhebel und dem Lagerbock einen Hebelarm bildenden Stützarm des Fahrpedalhebels abstützen.
  • Die Erfindung betrifft deshalb auch ein Pedalmodul, insbesondere ein Fahrpedalmodul zum Steuern der Leistung einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugs, beinhaltend wenigstens einen relativ zu einem Lagerbock schwenkbaren Pedalhebel sowie eine Messeinrichtung zum Aussteuern eines von der Drehlage des Pedalhebels relativ zum Lagerbock abhängigen Signals, wobei die Messeinrichtung wie oben beschrieben ausgebildet ist.
  • Der genaue Aufbau der Messeinrichtung und des Pedalmoduls wird anhand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels klar.
  • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
  • 1 eine Querschnittsdarstellung eines Fahrpedalmoduls eines Fahrzeugs mit einer Messeinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung der wesentlichen Bauelemente der Messeinrichtung.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Das in der 1 dargestellte Fahrpedalmodul 1 als Beispiel für ein Pedalmodul wird zur Steuerung einer Antriebsmaschine, vorzugsweise einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet, deren Drosselklappe von einem Stellmotor verstellbar ist. In diesem Fall dient das Fahrpedalmodul 1 zur Erzeugung von elektrischen Signalen für den Stellmotor, um abhängig von der Stellung eines Fahrpedalhebels 2 des Fahrpedalmoduls 1 die Leistung der Brennkraftmaschine zu steuern. Die Antriebsmaschine kann aber auch beispielsweise ein durch elektrische Signale angesteuerter Elektromotor sein.
  • Das Fahrpedalmodul 1 wird vom Fahrer des Kraftfahrzeugs fußbetätigt und beinhaltet den beispielsweise hängenden Fahrpedalhebel 2, von welchem in 1 aus Maßstabsgründen nur ein Abschnitt gezeigt ist und welcher vorzugsweise das unmittelbar vom Fahrerfuß betätigte Gaspedal darstellt. Weiterhin umfasst das Fahrpedalmodul 1 einen Lagerbock 4 als Haltestruktur für den Fahrpedalhebel 2, welcher vorzugsweise unmittelbar im Fußbereich des Fahrers mittels von einer Bodenplatte 6 des Lagerbocks seitlich hervorragenden, in 1 nicht sichtbaren Schraubenaugen befestigbar ist. Darüber hinaus kann das Fahrpedalmodul 1 mit einem mechanischen Kick-Down-Schalter 8 für ein automatisches Getriebe des Kraftfahrzeugs versehen sein.
  • Der Fahrpedalhebel 2 ist um eine Schwenkachse 10 gegenüber dem Lagerbock 4 schwenkbar, wobei der Fahrpedalhebel 2 durch beispielsweise zwei, in 1 in parallelen Ebenen angeordneten Schraubenfedern 12, 14 gegenüber dem Lagerbock 4 abgestützt und dadurch in seine Ausgangslage vorgespannt ist. Aufgrund der Seitenansicht des Fahrpedalmoduls 1 in 1 ist lediglich eine der Schraubenfedern 12 stellvertretend für die andere Schraubenfeder 14 sichtbar. Um die Drehbewegung des Fahrpedalhebels 2 gegenüber dem Lagerbock 4 in eine lineare Bewegung zu wandeln, sind die Schraubenfedern 12, 14 mit ihrem einen Ende an einer am Lagerbock 4 ausgebildeten Stützfläche 16 und mit ihrem anderen Ende an einem in Bezug zur Schwenkachse 10 einen Hebelarm bildenden Stützarm 18 des Fahrpedalhebels 2 abgestützt. Dabei ist dem Stützarm 18 des Fahrpedalhebels 4 und den anderen Enden der Schraubenfedern 12, 14 ein im Lagerbock 4 in Spannrichtung der Schraubenfedern 12, 14 linear geführtes Druckelement 20 zwischengeordnet.
  • Die Kontaktfläche des Stützarms 18 des Fahrpedalhebels 2 mit dem Druckelement 20 ist als vorzugsweise ballig konvexe Wälzfläche 22 ausgebildet, so dass das Druckelement 20 an dieser Wälzfläche 22 abwälzen kann, wenn der Fahrpedalhebel 2 um die Schwenkachse 10 geschwenkt und dadurch eine geringfügige radiale Relativbewegung zwischen dem Stützarm 18 und dem Druckelement 20 stattfindet. Dadurch kann verhindert werden, dass die Schraubenfedern 12, 14 beim Spannen während einer Fahrpedalbewegung ausknicken. Denn durch die lineare Zwangsführung des Druckelements 20 im Lagerbock 4 ist die parallel zu den Mittelachsen der Schraubenfedern 12, 14 verlaufende lineare Spannrichtung X vorgegeben (siehe 2). Die beim Abwälzen des Stützarms 18 am Druckelement 20 auftretenden Querkräfte werden dann durch die Führungen, an denen das Druckelement 20 geführt ist, in den Lagerbock 4 abgeleitet und nicht auf die Federelemente 12, 14 übertragen, welche dann querkraftfrei sind.
  • Das Druckelement 20 kann durch die Wirkung der von den Schraubenfedern 12, 14 ausgeübten Druckkräfte in der Ausgangslage des Fahrpedalhebels 4, d. h. in einer Leerlaufstellung, gegen einen Anschlag 24 am Lagerbock 4 derart abgestützt sein, dass im wesentlichen keine Federkräfte auf den Fahrpedalhebel 2 wirken. In der Ausgangslage des Fahrpedalhebels 2 werden die Federkräfte folglich über den Anschlag 24 im Lagerbock 4 abgestützt. Somit ist der Stützarm 18 in der Ausgangsstellung dem Druckelement 20 und dem Anschlag 24 nahezu kraftfrei zwischengeordnet. Bei Betätigung des Fahrpedalhebels 2 rückt der Stützarm 18 vom Anschlag 24 weg und spannt über das Druckelement 20 die Schraubenfedern 12, 14, welche dann eine der Betätigungskraft entgegen gerichtete Federkraft auf den Fahrpedalhebel 2 ausüben.
  • Die Schwenkbewegungen des Fahrpedalhebels 2 relativ zum Lagerbock 4 werden durch eine im wesentlichen in 2 gezeigte Messeinrichtung 26 in ein elektrisches Signal gewandelt, welches den Drehwinkel des Fahrpedalhebels 2 relativ zum Lagerbock 4 repräsentiert.
  • Wenigstens ein Teil der Windungen der Schraubenfedern 12, 14 bilden jeweils eine magnetische Spule 32, 34, welche zusammen mit wenigstens einem Kondensator 36, 38 jeweils einen Schwingkreis 40, 42 bildet. Weiterhin ist eine Auswerteeinrichtung 44 zum Aussteuern eines Signals in Abhängigkeit von der Änderung der Resonanzfrequenz fR der Schwingkreise 40, 42 aufgrund der durch die Relativbewegung zwischen dem Fahrpedalhebel 2 und dem Lagerbock 4 hervorgerufenen Längenänderungen der Schraubenfedern 12, 14 vorgesehen. Eine Anregung der Schwingkreise 40, 42 erfolgt durch eine in 2 nicht dargestellte Spannungsquelle.
  • Bevorzugt umschließen die Windungen 28, 30 der Spulen 32, 34 oder Schraubenfedern 12, 14 jeweils wenigstens einen Spulenkern 46, 48 aus ferromagnetischem Material, welche sich bevorzugt im homogenen Bereich des Magnetfelds der Spulen 32, 34 befinden. Wenn sich beim Komprimieren oder beim Entlasten der Schraubenfedern 12, 14 die Anzahl der Windungen ändert, die von den ferromagnetischen Spulenkernen 46, 48 beeinflusst werden, so ändert sich auch die Induktivität L der Spulen 32, 34.
  • Anstatt aus ferromagnetischem Material könnten die Spulenkerne 46, 48 auch aus einem elektrisch leitenden, paramagnetischen oder diamagnetischen Material bestehen, so dass in diesem Fall in den Spulenkernen 46, 48 Wirbelströme und damit ein magnetische Gegenfelder erzeugt werden, welches das ursprüngliche magnetische Feld schwächen. Auch in diesem Fall ist eine Änderung der Induktivität L der Spulen abhängig von der Längenänderung der Schraubenfedern 12, 14 gegeben.
  • Alternativ könnte auf die Spulenkerne 46, 48 verzichtet werden, welche das Magnetfeld der Spulen 32, 34 und damit auch die Induktivitätsänderung aufgrund der Längen- oder Überdeckungsänderung verstärken. In diesem Fall durchsetzen die magnetischen Feldlinien der Spulen 32, 34 das paramagnetische Medium Luft, wodurch die Änderungen der Induktivitäten L der Spulen 32, 34 durch die Längenänderung der Schraubenfedern 12, 14 geringer ausfallen.
  • Das der Messeinrichtung 26 zugrunde liegende Messprinzip nutzt die Änderung der Resonanzfrequenz fR eines Schwingkreises 40 oder 42 oder beider Schwingkreise 40, 42 als Messgröße, welche durch die aufgrund der Relativbewegung zwischen dem Fahrpedalhebel 2 und dem Lagerbock 4 hervorgerufenen Längenänderung der Schraubenfedern 12, 14 dadurch verändert wird, dass sich die Induktivität L der durch die Schraubenfedern 12, 14 gebildeten Spulen 32, 34 ändert. Denn bedingt durch die Relativbewegung zwischen dem Fahrpedalhebel 2 und dem Lagerbock 4 werden die Schraubenfedern 12, 14 und damit die Windungen 28, 30 der Spulen 32, 34 komprimiert, wodurch sich die Anzahl der Windungen 28, 30 ändert, welche sich mit den Spulenkernen 46, 48 geometrisch und magnetisch überdecken, was wiederum eine Änderung der Induktivität L der Spulen 32, 34 mit sich bringt. Die Änderung der Induktivität L der Spulen 32, 34 führt wiederum zu einer Änderung der Resonanzfrequenz fR der Schwingkreise 40, 42 und ist von der Auswerteeinrichtung 44 in ein von dem Umfang der Relativbewegung abhängige Signale wandelbar und somit auswertbar.
  • Für die Resonanzfrequenz fR eines Schwingkreises 40, 42 gilt allgemein:
    Figure 00070001
    wobei:
  • L
    die Induktivität der Spule, und
    C
    die Kapazität des Kondensators ist.
  • Bedingt durch die Relativbewegung des Fahrpedalhebels 2 zum Lagerbock 4 werden folglich die Schraubenfedern 12, 14 und damit die Windungen 28, 30 der Spulen 32, 34 in Spannrichtung X komprimiert, wodurch sich die Anzahl der Windungen 28, 30 bzw. die Dichte der Windungen ändert, welche sich mit den Spulenkernen 46, 48 geometrisch und magnetisch überdecken, was eine Änderung der Induktivität L der Spulen 32, 34 und damit eine Änderung der Resonanzfrequenz fR der Schwingkreise 40, 42 bedingt. Die jeweilige Änderung der Resonanzfrequenz fR des betreffenden Schwingkreises 40, 42 kann von der Auswerteeinrichtung 44 detektiert und in von dem Umfang der Relativbewegung abhängige Signale 60 gewandelt werden, welche z. B. über einen Datenbus in ein Motorsteuergerät eingesteuert werden.
  • Besonders bevorzugt ist die Auswerteeinheit 44 derart ausgebildet, dass die Änderung der Resonanzfrequenz fR der Schwingkreise 40, 42 aufgrund der Relativbewegung als eine innerhalb eines Spannungsbereichs liegende Spannung ausgesteuert wird. Dann ist der jeweils von der Auswerteeinheit 44 ausgesteuerte Spannungswert ein Maß für die Relativbewegung zwischen dem Fahrpedalhebel 2 und dem Lagerbock 4. Hierzu wird der zuvor mit Hilfe eines Taktgebers 54 und Zählern 56 gemessene und digitalisierte Wert der Resonanzfrequenz fR beispielsweise durch Digital-Analog-Wandler 58 in den Spannungswert innerhalb eines Spannungsbereichs gewandelt. In die Schwingkreise 40, 42 geschaltete Verstärker 62 sorgen dafür, dass die druch die Spannungsquelle angeregte Schwingung erhalten bzw. in ausreichender Stärke vorhanden bleibt.
  • In einem von der Anmelderin durchgeführten Versuch lag beispielsweise bei nicht betätigtem Fahrpedalmodul 1 eine Grundfrequenz von 55 MHz vor. Die Änderung der Resonanzfrequenz fR betrug etwa 10% zwischen nicht betätigtem und voll betätigtem Fahrpedalhebel 2. Hieraus wurde mittels der Digital-Analog-Wandler 58 ein Spannungsbereich oder Spannungshub zwischen 0,250 Volt und 4,75 Volt als Ausgangssignal 60 generiert.
  • Alternativ sind weitere Signalauswerteverfahren denkbar, wie beispielsweise eine Auswertung oder Signaldarstellung durch Pulsweitenmodulation (PWM) oder durch Frequenzumtastung (FSK Frequency Shift Keying).
  • Durch die beiden Schraubenfedern 12, 14 als Spulen oder Induktivitäten 32, 34 von Schwingkreisen 40, 42 sind zwei redundante Signale für die Resonanzfrequenz fR vorhanden, weil jede der beiden Schraubenfedern 12, 14 eine separate Spule 32, 34 eines separaten Schwingkreises 40, 42 ausbildet. Besonders bevorzugt weisen die Kapazitäten 36, 38 und auch die durch die Spulen 32, 34 hervorgerufenen Induktivitäten in beiden Schwingkreisen 40, 42 die gleichen Werte auf bzw. haben die Schraubenfedern 12, 14 die gleichen geometrischen und Materialeigenschaften, so dass sich die Längenänderung aufgrund einer Fahrpedalhebelbetätigung in beiden Schwingkreisen 40, 42 auf die gleiche Weise auswirkt.
  • Damit stehen in der Auswerteeinrichtung 44 redundante und identische Signale zur Verfügung, welche eine Plausibilitätsprüfung bei der Messung des Drehwinkels zwischen dem Fahrpedalhebel 2 und dem Lagerbock 4 ermöglichen, indem von der Auswerteeinrichtung 44 beispielsweise eine Fehlermeldung oder ein Störsignal ausgesteuert wird, wenn sich die beiden Messignale um mehr als eine vorgegebene Differenz unterscheiden. Außerdem kann bei Ausfall eines Schwingkreises 40, 42 das Messignal des anderen als Ersatz dienen.
  • Anstatt der beschriebenen Schraubenfedern 12, 14 sind beliebige Federelemente denkbar, welche Windungen aus einem elektrisch leitenden Material aufweisen, die bei Kompression einerseits eine Federkraft erzeugen und andererseits gleichzeitig eine Spule 32, 34 eines Schwingkreises 40, 42 ausbilden können.
  • Die beschriebene Messeinrichtung 26 ist außer in Fahrpedalmoduln 1 in allen Systemen verwendbar, in denen Drehwinkel oder lineare Wege gemessen werden müssen, im Kraftfahrzeugbereich beispielsweise in einem Drosselklappengeber, in einem Karosserieeinfederungsgeber oder in einem Winkelaufnehmer eines Scheibenwischerantriebs.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005013442 A1 [0003]
    • - DE 10352351 A1 [0005]

Claims (11)

  1. Messeinrichtung (26) zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels oder eines linearen Weges aufgrund einer Relativbewegung zwischen wenigstens zwei Körpern (2, 4), wobei die Körper (2, 4) durch aus einem elektrisch leitendem Material bestehende Windungen (28, 30) aufweisende Federmittel (12, 14) gegeneinander in ihre Ausgangslage vorgespannt sind und die Relativbewegung der Körper (2, 4) eine Längenänderung der Federmittel (12, 14) verursacht, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Windungen (28, 30) der Federmittel (12, 14) von einer magnetischen Spule (32, 34) umfasst sind, welche zusammen mit wenigstens einem Kondensator (36, 38) von einem Schwingkreis (40, 42) umfasst ist und dass eine Auswerteeinrichtung (44) zum Aussteuern eines Signals in Abhängigkeit von der Änderung der Resonanzfrequenz (fR) des Schwingkreises (40, 42) aufgrund der durch die Relativbewegung der Körper (2, 4) hervorgerufenen Längenänderung der Federmittel (12, 14) vorgesehen ist.
  2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen (28, 30) der Spule (32, 34) wenigstens einen Spulenkern (46, 48) aus ferromagnetischem, paramgentischem oder diamagnetischem Material umschliessen.
  3. Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (44) derart ausgebildet ist, dass die Änderung der Resonanzfrequenz (fR) des Schwingkreises (40, 42) aufgrund der Relativbewegung als ein innerhalb eines Spannungsbereichs liegendes Spannungssignal ausgesteuert wird.
  4. Messeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (44) wenigstens einen Taktgeber (54), einen Zähler (56) und einen Digital-Analog-Wandler (58) aufweist.
  5. Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (44) derart ausgebildet ist, dass die Änderung der Resonanzfrequenz (fR) des Schwingkreises (40, 42) aufgrund der Relativbewegung durch Pulsweitenmodulation oder durch Frequenzumtastung dargestellt wird.
  6. Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federmittel (12, 14) einen gegenüber einem Stator (4) drehbar gelagerten Rotor (2) in seine Ausgangslage vorspannen.
  7. Messeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) ein an einem Lagerbock (4) als Stator drehbar gelagerter Fahrpedalhebel (2) eines Fahrpedalmoduls (1) zum Steuern der Leistung einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugs ist.
  8. Messeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrpedalhebel (2) gegenüber dem Lagerbock (4) durch wenigstens zwei sich parallel und linear erstreckende Federelemente (12, 14) in seine Ausgangslage vorgespannt ist, welche jeweils zusammen mit wenigstens einem Kondensator einen separaten Schwingkreis ausbilden.
  9. Messeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Federelemente (12, 14) mit ihrem einen Ende an einer am Lagerbock (4) ausgebildeten Stützfläche (16) und mit ihrem anderen Ende an einem in Bezug zu einer Schwenkachse (10) zwischen dem Fahrpedalhebel (2) und dem Lagerbock (4) einen Hebelarm bildenden Stützarm (18) des Fahrpedalhebels (2) abstützen.
  10. Pedalmodul (1), beinhaltend wenigstens einen relativ zu einem Lagerbock (4) schwenkbaren Pedalhebel (2) sowie eine Messeinrichtung (26) zum Aussteuern eines von der Drehlage des Pedalhebels (2) relativ zum Lagerbock (4) abhängigen Signals, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (26) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  11. Pedalmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Fahrpedalmodul (1) zum Steuern der Leistung einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugs ist.
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