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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor, insbesondere einen
Positionssensor, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1.
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Aus
der
EP 1 491 771 B1 ist
ein Sensor bekannt, der zwei zueinander beabstandete Trägerfolien
aufweist, die jeweils zumindest eine Elektrode besitzen. Ferner
weist der Sensor ein weichmagnetisches Betätigungselement
auf, das sich entlang einer der Trägerfolien erstreckt
und an dieser befestigt ist. Der Sensor ist berührungslos
mittels magnetischer Kräfte betätigbar, beispielsweise
mit Hilfe eines Dauermagneten, der an einer vom Betätigungselement
abgewandten Seite des Sensors entlang des Sensors positionierbar
ist. An der jeweiligen Position des Dauermagneten wird das Betätigungselement angezogen,
wodurch es die eine Trägerfolie, an der es befestigt ist,
gegen die andere Trägerfolie andrückt, was zu
einer Kontaktierung der Elektroden in einer der Magnetposition zugeordneten
Relativlage führt.
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Beim
bekannten Sensor besteht das weichmagnetische Betätigungselement
aus einer ferrohaltigen Kunststofffolie.
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Ein
weiterer Sensor, der mit einer weichmagnetischen Folie arbeitet,
ist aus der
DE 43 09
442 A1 bekannt.
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Ferner
ist aus der
DE 43 35
004 A1 ein herkömmlicher Foliensensor bekannt,
der kein weichmagnetisches Betätigungselement aufweist.
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Die
Verwendung einer ferrohaltigen Kunststofffolie als weichmagnetisches
Betätigungselement kann nachteilig sein, da mit Hilfe einer
ferrohaltigen Kunststofffolie nur vergleichsweise geringe Andrückkräfte
realisierbar sind. Um größere Andrückkräfte
zu ermöglichen, ist es grundsätzlich möglich,
die zur Betätigung wirkenden magnetischen Anziehungskräfte entsprechend
zu erhöhen und/oder die Dicke der ferrohaltigen Kunststofffolie
zu erhöhen. Ebenso ist es grundsätzlich möglich,
anstelle einer ferrohaltigen Kunststofffolie einen Blechstreifen
zu verwenden. Ein derartiger Blechstreifen ist jedoch ebenso wie
eine dicke Kunststofffolie vergleichsweise steif, so dass wieder
erhöhte magnetische Anziehungskräfte erforderlich
sind, um die gewünschte Betätigung des Sensors zu
erreichen.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für einen Sensor der eingangs genannten Art eine verbesserte
Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch
auszeichnet, dass mit relativ kleinen magnetischen Anziehungskräften
eine zuverlässige Kontaktierung bzw. Betätigung
des Sensors erzielbar ist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand
des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das weichmagnetische
Betätigungselement durch einen Stapel weichmagnetischer
Folienkörper zu bilden, wobei die einzelnen Folienkörper hinsichtlich
Scherkräfte relativ zueinander beweglich sind. Durch den
zumindest zwei Folienkörper umfassenden Stapel lassen sich
auch bei kleinen magnetischen Anziehungskräften hinreichend
große Anpresskräfte zur Betätigung des
Sensors realisieren. Die einzelnen Folienkörper sind vergleichsweise dünn,
z. B. besitzen sie eine Stärke von weniger als 0,1 mm.
Hierdurch sind die Folienkörper vergleichsweise flexibel
und lassen sich auch bei kleinen magnetischen Kräften präzise
lokal elastisch durchbiegen. Da mehrere derartige Folienkörper
aufeinander gestapelt sind, addieren sich die einzelnen Betätigungskräfte
des jeweiligen Folienkörpers zu einer relativ großen
Betätigungskraft des Stapels bzw. des Betätigungselements.
Da die einzelnen Folienkörper jedoch relativ zueinander
in der Scherrichtung elastisch bzw. beweglich aneinander angeordnet
sind, ist der gesamte Stapel nach wie vor sehr biegeweich und dementsprechend
auch bei geringen magnetischen Anziehungskräften lokal
elastisch durchbiegbar. Mit anderen Worten, der Stapel einzelner
Folienkörper kann annähernd die gleiche Betätigungskraft erzeugen
wie ein einzelner Folienkörper mit der gleichen Gesamtdicke,
die sich aus der Summe der Einzeldicken der einzelnen Folienkörper
des Stapels ergibt. Gleichzeitig besitzt der Stapel durch die in Scherrichtung
elastische bzw. bewegliche Anordnung der einzelnen Folienkörper
eine deutlich kleinere Biegesteifigkeit als der genannte einzelne,
dicke Folienkörper. Somit kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Sensors auch bei vergleichsweise kleinen magnetischen Anziehungskräften
eine zuverlässige Betätigung des Sensors erreicht
werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest einer der
weichmagnetischen Folienkörper aus einem ferromagnetischen
Material oder aus einem ferromagnetischen Metall oder aus Eisenblech
bestehen. Besonders effektiv ist die Stapelbildung mit Metallfolien,
da der Stapel hierdurch hohe Betätigungskräfte
bei einer kleinen Dickenabmessung realisieren kann.
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Die
einzelnen Folienkörper können vorzugsweise über
eine dauerelastische Klebverbindung aneinander befestigt sein. Beispielsweise
kann hierzu ein beidseitig klebender Klebstreifen verwendet werden.
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Innerhalb
des Stapels können die einzelnen Folienkörper
relativ zueinander beabstandet angeordnet sein, was die freie Beweglichkeit
in der Scherrichtung der einzelnen Folienkörper relativ
zueinander erleichtert.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es
zeigen, jeweils schematisch,
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1 einen
Querschnitt durch einen Sensor,
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2 einen
Querschnitt des Sensors wie in 1, jedoch
während seiner Betätigung,
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3 einen
vereinfachten Längsschnitt des Sensors während
seiner Betätigung.
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Entsprechend
den 1 bis 3 umfasst ein Sensor 1 zwei
zueinander beabstandete Trägerfolien 2, 3,
die jeweils zumindest eine Elektrode 4, 5 aufweisen.
Die beiden Trägerfolien 2, 3 werden im folgenden
entsprechend den Darstellungen der 1 bis 3 auch
als untere Trägerfolie 2 und obere Trägerfolie 3 bezeichnet.
Zweckmäßig kann zur Distanzierung der beiden Trägerfolien 2, 3 eine rahmenförmige
Distanzfolie 6 vorgesehen sein, die zwischen den beiden
Trägerfolien 2, 3 angeordnet und mit
diesen fest verbunden, insbesondere verklebt oder verschweißt,
ist. Die beiden Trägerfolien 2, 3 bilden
zusammen mit der Distanzfolie 6 einen Sensorabschnitt 7 des
Sensors 1. Dieser Sensorabschnitt 7 kann durch
einen herkömmlichen Foliensensor gebildet sein, der berührungslos
oder durch Berührung betätigbar ist.
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Der
Sensor 1 weist ferner ein weichmagnetisches Betätigungselement 8 auf.
Dieses ist an einer der Trägerfolien, hier an der oberen
Trägerfolie 3 befestigt und erstreckt sich entlang
dieser Trägerfolie 3. Zweckmäßig
ist das Betätigungselement 8 an der jeweiligen
Trägerfolie 3 bezüglich des Querschnitts
der 1 und 2 mittig angeordnet.
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Erfindungsgemäß besteht
das Betätigungselement 8 aus einem Stapel 9,
der seinerseits wenigstens zwei weichmagnetische Folienkörper 10, 11, 12 aufweist.
Im gezeigten bevorzugten Beispiel sind drei derartige Folienkörper 10, 11, 12 vorgesehen.
Die drei Folienkörper 10, 11, 12 werden
im folgenden entsprechend ihrer Anordnung in den 1 bis 3 auch
als unterer Folienkörper 10, mittlerer Folienkörper 11 und
oberer Folienkörper 12 bezeichnet. Grundsätzlich
können auch mehr als drei Folienkörper 10, 11, 12 vorgesehen
sein. Die Folienkörper 10, 11, 12 sind
innerhalb des Stapels 9 relativ zueinander in einer Scherrichtung
elastisch und/oder beweglich angeordnet. Das bedeutet, dass die
einzelnen Folienkörper 10, 11, 12 relativ
zueinander in der Scherrichtung Relativbewegungen durchführen
können. Die Scherrichtung verläuft dabei parallel
zu einer Ebene, zu welcher sich die Trägerfolien 2, 3 und
die Folienkörper 10, 11, 12 in
einem unbelasteten Ausgangszustand parallel erstrecken. Insbesondere
sind die Folienkörper 10, 11, 12 relativ
zueinander zumindest in ihrer Längsrichtung beweglich angeordnet.
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Bevorzugt
ist auch der Folienkörper 10, der an diejenige
Trägerfolie 3 angrenzt, an welcher das Betätigungselement 8 befestigt
ist, relativ zu dieser oberen Trägerfolie 3 in
der Scherrichtung elastisch und/oder beweglich angeordnet.
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Die
Folienkörper 10, 11, 12 können
grundsätzlich aus einem beliebigen weichmagnetischen Material
bestehen. Bevorzugt wird hierbei ein ferromagnetisches Material,
insbesondere ein ferromagnetisches Metall. Insbesondere können
die Folienkörper 10, 11, 12 aus
einem Eisenblech gebildet sein. Die Dicke der Folienkörper 10, 11, 12 ist
insbesondere kleiner als die Dicke der Trägerfolien 2, 3.
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Zweckmäßig
sind die einzelnen Folienkörper 10, 11, 12 über
eine dauerelastische Klebverbindung 13 aneinander befestigt.
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Ferner
kann zweckmäßig auch der untere Folienkörper 10 über
eine solche dauerelastische Klebverbindung 13 an der oberen
Trägerfolie 3 befestigt sein.
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Eine
derartige Klebverbindung 13 kann beispielsweise mittels
eines Acrylat-Klebstoffs realisiert werden. Für eine vereinfachte
Montierbarkeit kann dabei vorgesehen sein, die Klebverbindungen 13 mit Hilfe
eines beidseitig klebenden Klebebands zu realisieren.
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Des
Weiteren sind die Klebverbindungen 13 hier streifenförmig
ausgestaltet, wobei eine im Querschnitt der 1 und 2 zu
messende Breite der jeweiligen Klebverbindung 13 kleiner
ist als die Breite der Folienkörper 10, 11, 12.
Die jeweiligen Klebverbindungen 13 erstrecken sich zweckmäßig
etwa über die gesamte Länge der Folienkörper 10, 11, 12 oder über
einen wesentlichen Teil der Länge der Folienkörper 10, 11, 12.
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Entsprechend
der hier gezeigten Ausführungsform sind die einzelnen Folienkörper 10, 11, 12 innerhalb
des Stapels 9 relativ zueinander beabstandet angeordnet.
Ferner ist hier zweckmäßig auch der untere Folienkörper 10 relativ
zur oberen Trägerfolie 3 beabstandet angeordnet.
Die Beabstandung der Trägerkörper 10, 11, 12 zueinander
sowie gegenüber der Trägerfolie 3 erleichtert
die freie Beweglichkeit der Folienkörper 10, 11, 12 relativ
zueinander sowie gegenüber der Trägerfolie 3 in
der Scherrichtung bzw. in deren Längsrichtung. Die Abstände
zwischen den Folienkörper 10, 11, 12 und
zwischen den unteren Folienkörper 10 und der oberen
Trägerfolie 3 lassen sich zweckmäßig
durch die Klebverbindung 13 realisieren, insbesondere dann,
wenn zur Herstellung der Klebverbindung 13 ein beidseitig
klebendes Klebeband verwen det wird. In den Beispielen ist die Dicke
der Klebverbindung 13 übertrieben groß dargestellt,
wodurch auch die daraus resultierenden Abstände entsprechend übertrieben
groß sind. Bei einer anderen Bauform können diese
Abstände etwa gleich groß sein wie oder sogar
kleiner sein als die Dicken der einzelnen Folienkörper 10, 11, 12.
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Zweckmäßig
sind die Folienkörper 10, 11, 12 relativ
zueinander deckungsgleich ausgestaltet. Dementsprechend haben sie
entsprechend den 1 und 2 gleiche
Breiten und entsprechen 3 gleiche Längen. Des
Weiteren können die Folienkörper 10, 11, 12 insbesondere
auch gleiche Dicken aufweisen.
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Bei
den Darstellungen der 1 und 2 ist an
der oberen Trägerfolie 3 außerdem ein
Rahmenelement 14 angebracht, das den Stapel 9 seitlich einfasst.
Das Rahmenelement 14 kann an der oberen Trägerfolie 3 angeschweißt
oder angeklebt sein. Die Dimensionierung dieses Rahmenelements 14 und die
Dimensionierung der Folienkörper 10, 11, 12 sind so
aufeinander abgestimmt, dass die Folienkörper 10, 11, 12 das
Rahmenelement 14 nicht berühren. Dementsprechend
ist zwischen dem Rahmenelement 14 und den Folienkörpern 10, 11, 12 umfangsmäßig
jeweils ein Abstand 15 ausgebildet. Gegenüber
der oberen Trägerfolie 3 ist das Rahmenelement 14 mit
einem Abdeckelement 16 verschlossen, das hierzu z. B. angeklebt
sein kann. Hierdurch kann ein nach außen hermetisch abgedichteter
Raum zur Aufnahme des Stapels 9 realisiert werden. Insbesondere besteht
das Rahmenelement 14 aus dem gleichen Material wie die
Trägerfolien 2, 3 und die Distanzfolie 6.
Vorzugsweise handelt es sich hierbei um Kunststoff.
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Das
Abdeckelement 16 kann entsprechend einer vorteilhaften
Ausführungsform als magnetisches Rückflussblech
ausgestaltet sein.
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Vorzugsweise
ist der Sensor 1 als Potentiometer ausgestaltet und kann
beispielsweise als Positionssensor verwendet werden. Sofern der
Sensorabschnitt 7 als Potentiometer ausgestaltet ist, bilden die
Elektroden 4, 5 der einen Trägerfolie 2, 3 beispielsweise
eine Widerstandsstrecke sowie eine Kollektorstrecke, während
die Elektrode 4, 5 der anderen Trägerfolie 2, 3 dann
zumindest einen Konnektor bildet, der im Falle einer Betätigung
des Sensors 1 die Widerstandsstrecke an der jeweiligen
Kontaktstelle mit der Kollektorstrecke elektrisch leitend verbindet.
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Bei
den hier gezeigten Ausführungsformen ist außerdem
ein biegesteifer Träger 17 vorgesehen, der fest
mit der vom Betätigungselement 8 abgewandten Trägerfolie 2,
also mit der unteren Trägerfolie 2, verbunden
ist. Alternativ ist es grundsätzlich möglich,
die untere Trägerfolie 2 aus einem entsprechenden
biegesteifen Material herzustellen.
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Die 2 und 3 zeigen
eine berührungslose Betätigung des Sensors 1 mittels
Magnetkraft. Hierzu wird ein Magnetkrafterzeuger 18, bei dem
es sich beispielsweise um einen Dauermagneten oder um einen Elektromagneten
handeln kann, gegen über der unteren Trägerfolie 2,
also gegenüber der vom Betätigungselement 8 abgewandten
Trägerfolie 2 beabstandet positioniert. Im vorliegenden
Fall ist der Magnetkrafterzeuger 18 außerdem beabstandet
vom Träger 17 angeordnet. Der Magnetkrafterzeuger 18 erzeugt
eine magnetische Anziehungskraft auf das weichmagnetische Material
des Betätigungselements 8. Hierdurch werden entsprechende Betätigungskräfte
in die einzelnen Folienkörper 10, 11, 12 eingeleitet,
wodurch sich die Folienkörper 10, 11, 12 entsprechend 3 lokal
in Richtung zum Magnetkrafterzeuger 18 hin durchbiegen.
Dabei wirkt eine entsprechende Gesamt-Betätigungskraft
auf die obere Trägerfolie, also auf die mit dem Betätigungselement 8 gekoppelte
Trägerfolie 3. Somit bewirkt die Durchbiegung
des Stapels 9 eine Kontaktierung zwischen den beiden Trägerfolien 2, 3 bzw.
deren Elektroden 4, 5.
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Durch
eine entsprechende Potentiometerschaltung kann beispielsweise die
Position des Magnetkrafterzeugers 18 in der Längsrichtung
des Sensors 1 ermittelt werden.
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Die 1 bis 3 zeigen
einen Linearsensor. Es ist klar, dass der erfindungsgemäße
Sensor 1 grundsätzlich auch als Winkelsensor ausgestaltet werden
kann. Ebenso kann es sich auch um einen einfachen Schalter handeln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1491771
B1 [0002]
- - DE 4309442 A1 [0004]
- - DE 4335004 A1 [0005]