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Die
Erfindung betrifft einen magnetischen Positionssensor, bestehend
aus einem elektrisch nicht leitfähigem, unmagnetischem
Träger, auf welchem eine Widerstandsschicht und im Abstand
dazu zumindest teilweise übereinander liegend, eine Abgreifschicht
angeordnet ist, wobei der Abstand so gewählt ist, dass
unter Einwirkung einer entlang der übereinander liegenden
Bereiche von Widerstandsschicht und Abgreifschicht bewegbaren Magneteinrichtung
einer Berührung zwischen der Widerstandsschicht und der
Abgreifschicht entsteht, gemäß den Merkmalen des
Oberbegriffes des jeweiligen unabhängigen Patentanspruches.
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Positionssensoren,
die die Stellung eines Elementes relativ zu einer Bezugsposition
erfassen, sind grundsätzlich bekannt. Beispiel für
einen solchen Positionsgeber ist in der
DE 43 39 931 C1 offenbart.
Dieser Positionsgeber hat allerdings den Nachteil, dass er mechanisch
unter Druck arbeitet, so dass dieser Positionsgeber einem hohen
Verschleiß ausgesetzt ist.
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Ein
gattungsbildender, passiver, magnetischer Positionssensor ist aus
der
DE 195 26 254
C2 bekannt. Dieser Positionssensor besteht aus einem elektrisch
nicht leitfähigen, unmagnetischen Träger, auf
welchem eine Widerstandsschicht und im Abstand dazu zumindest teilweise übereinander
liegend eine Abgreifschicht angeordnet ist. Die Abgreifschicht ist
eine Biegebalkenstruktur, die mäanderförmig ausgebildet
und zwischen zwei Abstandshaltern angeordnet ist. Der Abstand zwischen
der Abgreifschicht und der Widerstandsschicht ist so gewählt, dass
unter Einwirkung einer entlang der übereinander liegenden
Bereiche von Widerstandsschicht und Abgreifschicht bewegbaren Magneteinrichtung,
hier ein Permanentmagnet, eine Berührung zwischen der Widerstandsschicht
und der Abgreifschicht entsteht, woraus bei Anlegen einer elektrischen
Spannung an die Widerstandsschicht eine Widerstandsänderung erfolgt,
die detektierbar ist und ein Maß für die relative
Position des Permanentmagneten in Bezug auf den Positionssensor
darstellt.
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Ein
solcher Sensor minimiert zwar schon die Verschleißeffekte,
er ist aber nach wie vor nachteilig hinsichtlich seine aufwändigen
Aufbaues, da die Abgreifschicht in Form einer mäanderförmigen
Biegebalkenstruktur nur aufwändig herzustellen ist. Außerdem
ist es erforderlich, diese mäanderförmige Biegebalkenstruktur
zwischen zwei Abstandshaltern anzuordnen, wobei weiterhin der Nachteil
gegeben ist, dass diese mäanderförmige Biegebalkenstruktur
im Betrieb des Positionssensors bei mechanischen Beanspruchungen
beschädigt werden kann.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen magnetischen
Positionssensor, der verschleißfrei arbeitet, bereit zu
stellen, der hinsichtlich seines Aufbaues und seiner Dauerhaltbarkeit weiter
verbessert ist.
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Diese
Aufgabe ist einerseits durch die Merkmale des Patentanspruches 1
gelöst.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass die Abgreifschicht eine aus einem amorphen Metall
bestehende Folie ist, auf die die Kraft der Magneteinrichtung wirkt.
Das heißt, dass die Abgreifschicht zumindest teilweise,
vorzugsweise vollständig von dem amorphen Metall gebildet
ist. Bei dieser Erfindung werden in vorteilhafter Weise die positiven
Eigenschaften von amorphen Metallen genutzt, um mit einer Magnetkraft
auf die amorphe Metallfolie eine mechanische Biegung oder eine Welle
in Abhängigkeit der Bewegung eines Objektes, die mittels
des magnetischen Positionssensors erfasst werden soll, zu erzeugen.
Dabei werden in Summe die Eigenschaften rein elastisch, weich magnetisch,
dünne Folie und elektrisch leitend der erfindungsgemäßen
Abgreifschicht genutzt, um einen magnetischen Positionssensor mit
einer solchen Folie aus einem amorphen Metall einfacher herstellen
zu können, um die Bauhöhe zu reduzieren und die
Dauerhaltbarkeit zu verbessern. Bisher war es lediglich bekannt,
dass diese Eigenschaften von amorphen Metallen bei Objekten nur
getrennt voneinander eingesetzt wurden. So wurden beispielsweise
bei Trafokernen nur die weichmagnetischen Eigenschaften eingesetzt
oder die rein mechanischen Eigenschaften von amorphen Metallen kamen
zum Beispiel für filigrane Handyscharniere zur Anwendung.
Die Ausgestaltung der Abgreifschicht als Folie aus einem amorphen
Metall (auch metallisches Glas genannt) hat den Vorteil, dass diese
amorphen Metalle härter, korrosionsbeständiger und
fester (folglich dauerhaltbarer), jedoch in gewissen Grenzen verformbarer
als gewöhnliche Metalle sind. Ein weiterer Vorteil ist
darin zu sehen, dass die Verformungen klein sind (ungefähr
1%) und sich diese amorphen Metalle rein elastisch verhalten. Das heißt,
die von der Abgreifschicht aufgenommene Energie bei Bewegung des
Objektes relativ zu dem Positionssensor geht nicht als Verformungsenergie
verloren, sondern wird beim Zurückfedern (also der Weiterbewegung
des Objektes relativ zu dem Positionssensor) wieder voll abgegeben.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass amorphe Metalle die am
besten kommerziell verfügbaren weichmagnetischen Werkstoffe
sind, so dass dadurch die Herstellungskosten der Positionssensoren
mit einer solchen Abgreifschicht aus einem amorphen Metall gesenkt
werden können. Weiterhin können in vorteilhafter
Weise sehr dünne Folien, vorzugsweise 20 μm dicke
Folien (+/–25%) hergestellt werden. Außerdem sind
diese amorphen Metalle elektrisch leitend, so dass mit Herstellung
der Abgreifschicht auch schon die erforderliche Eigenschaft der
elektrischen Leitfähigkeit realisiert ist.
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Die
Verwendung einer Abgreifschicht in Form einer Folie aus einem amorphen
Metall hat somit zusammenfassend den Vorteil, dass diese Folie wesentlich
robuster gegenüber mechanischen äußeren
Einwirkungen auf den Positionssensor ist und eine solche Folie wesentlich
einfacher herzustellen und bei der Herstellung handzuhaben ist.
Da die Abgreifschicht aus dem amorphen Metall Material besteht,
kann sie optimal von der Magneteinrichtung, insbesondere einem Permanentmagneten,
punktuell im Bereich der Magneteinwirkung auf die Widerstandsschicht
herangezogen werden, so dass daraus die gewünschte Widerstandsänderung,
die detektierbar ist, resultiert. Dadurch ist es möglich,
dass sowohl die Magneteinrichtung kleiner baut als auch die Bauhöhe
des Positionssensors reduziert werden kann, da der kleinere Magnet
näher an den Positionssensor herangeführt werden
kann. Außerdem kann bei entsprechender Formgebung des Trägers
die Widerstandsschicht und auch die Abgreifschicht an diesem Träger
angeordnet, d. h. befestigt werden, so dass die aus dem bekannten
Stand der Technik erforderlichen Abstandshalter entfallen können.
Auch daraus resultiert wieder eine Reduzierung der Bauhöhe des
gesamten Positionssensors.
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In
besonders vorteilhafter Weise sind sowohl der Träger als
auch die Widerstandsschicht, die Abgreifschicht und auch eine Abdeckung
des Trägers aus einer starren oder flexiblen Folie gebildet,
woraus wiederum die gesamte Bauhöhe des Positionssensors
verringert wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist die Abgreifschicht von einer Abdeckung
geschützt, wobei die Abdeckung mit dem Träger
des Positionssensors verbunden ist. Dadurch ist eine einfache Herstellung des
Positionssensors möglich, da zunächst der Träger
hergestellt wird, mit der Widerstandsschicht versehen wird, anschließend
die Abgreifschicht aufgebracht wird und danach diese gesamte Anordnung des
an sich schon funktionsfähigen Positionssensors mit einer
zusätzlichen Abdeckung vor äußeren Einflüssen
geschützt wird. Dies hat außerdem den Vorteil,
dass ein Positionssensor auf diese Art und Weise in beliebiger Länge
gefertigt werden kann. Bestehe die genannten Elemente des Positionssensors
aus einer flexiblen Folie, ist es weiterhin in vorteilhafter Weise
möglich, um auf diese Art und Weise z. B. die Grundform
des Positionssensors auf Rolle herzustellen, wobei, je nach gewünschter
Länge eines zu fertigenden Positionssensors das Endlosmaterial
einfach abgeschnitten und zu einem fertigen Positionssensor weiter
verarbeitet werden kann. Die Weiterverarbeitung erfolgt beispielsweise
derart, dass an den Enden des abgelenkten Stückes des Positionssensors
Abschlussstücke angebracht werden, wobei an der einen Seite
aus dem Abschlussstück ein Kabel herausgeführt
wird, welches mit der Widerstandsschicht und der Abgreifschicht
verbunden ist, wobei weiterhin an dem Ende des Kabels zum Beispiel, aber
nicht zwangsweise, ein Steckverbinder vorhanden ist. Über
diesen Steckverbinder kann der Positionssensor mit einer Auswerteeinrichtung
verbunden werden, an der der Positionssensor angeschlossen ist und
die dazu ausgebildet ist, die Widerstandsänderung bei Relativbewegung
der Magneteinrichtung zu dem Positionssensor zu detektieren.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist es wesentlich, dass die Abdeckung
ein Flussleitblech ist oder ein Flussleitblech umfasst. Durch ein
solches Flussleitblech kann die magnetische Wirkung verstärkt und
die Empfindlichkeit des Positionssensors erhöht beziehungsweise
die Magnetkraft der Magneteinrichtung damit einhergehend deren Größe
verringert werden. In dieser Ausgestaltung ist es denkbar, dass die
Abde ckung z. B. ein Kunststoffgehäuse ist, in welche ein
geeignetes Flussleitblech eingesetzt und dort befestigt wird. Die
Befestigung kann beispielsweise durch Verkleben oder Verstämmen
erfolgen. Außerdem ist es denkbar, die Abdeckung in einem
Spritzgussverfahren herzustellen, wobei das Flussleitblech mit dem
Kunststoffmaterial, welches die Abdeckung bildet, zumindest teilweise
oder insbesondere auch vollständig umspritzt wird. Daneben
ist es alternativ denkbar, dass die Abdeckung ein starres Kunststoffteil
oder ein flexibles Kunststoffteil, insbesondere eine Folie, ist
wobei das Flussleitblech von einem Element, das Bestandteil ist,
dessen Position erfasst werden soll, gebildet wird. Als Beispiel
sei hier genannt, dass der Positionssensor an einer Sitzschiene eines
Sitzes eines Fahrzeuges befestigt ist, wobei durch Linearbewegung
des Sitzes die Magneteinrichtung relativ zu dem Positionssensor,
der beispielsweise am Chassis (Boden) des Fahrzeuges befestigt ist,
relativ bewegt wird.
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In
Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Kombination aus Abgreifschicht
(Abgreiffolie) und Widerstandsschicht auf einer gegenüberliegenden Partnerfolie.
Die Widerstandsseite ist Folgendermaßen aufgebaut. Basis
ist eine Folie aus amorphen Metall. Diese kann, muss aber nicht
mit einem Dielektrikum dünn beschichtet werden. Dieses
wird mit einem Widerstandslack dünn beschichtet. Die Abgreiffolie
wie ebenso die Partnerfolie mit der aufgebrachten Widerstandsbahn
bilden zugleich Kontaktfedern und einen Magnetanker. Die Kontaktbetätigung
erfolgt durch ein von außen einwirkendes Magnetfeld, das
von einem in die Nähe gebrachten Dauermagneten oder in
einer zugehörigen Magnetspule elektrisch erzeugt wird.
Durch das Magnetfeld ziehen sich die beiden Kontaktzungen (Wellenberg
und Wellental) an, berühren sich in ihrem Scheitelpunkt
und schließen somit den elektrischen Stromkreis, in dem die
Widerstandsschicht liegt. Sobald das Magnetfeld abfällt
oder eine bestimmte Kraft unterschritten wird (insbesondere dann,
wenn die Magneteinrichtung senkrecht von dem Positionssensor wegbewegt wird), öffnet
sich der Kontakt aufgrund der Fe derwirkung wieder, d. h. das Wellental
löst sich von dem Wellenberg. Da die Kontaktzungen nur
im Berreich des Magneten angezogen werden, bildet sich eine potentiometrische
Schaltung. Wird der Magnet jedoch längs relativ zu dem
Positionssensor bewegt, rollt die Welle der Abgreifschicht und/oder
der Widerstandsschicht über die Längserstreckung
des Positionssensors.
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Der
erfindungsgemäße Positionssensor kann folgende
Anwendungen finden (ohne Anspruch auf Vollständigkeit):
- • Linear und Rotativ 360°
- • Linear auch axial um Welle gewickelt
- • Einbauform: Gerade, Wellen, Kurven, 3D Verlegung
- • Sensor ist fix und Magnet wird bewegt bzw. umgekehrt.
- • Anwendung vorzugsweise in Fahrzeugen in:
– Schiebedach
– Sitzverstellung
– Ladeboden
– Schiebetür
– Tür
– Heckklappe
– Cabriodach
– Zylinder,
Hydraulisch sowie Gas
– Flügel, Spolierverstellung
– Fenster
– Ganghebel,
Joystik
– Federbein
– Flüssigkeitsstand
– Rückenlehne
– Lenkwinkel
– Pedalweg
und Winkel
– Schalter Fuzzi Logik
- • Mögliche Bauformen:
– Gerade
– Kurvenform
– Gewellt
– Gewölbt
– Linear
– Rotativ
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In
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist es denkbar, dass
die zumindest eine Widerstandsschicht und/oder die zumindest eine
Abgreifschicht fingerartig ausgebildet ist. Diese Finger sind quer
zur Längserstreckung bei einem längs ausgebildeten
Positionssensors ausgerichtet und überlappen sich zumindest
teilweise, damit sie bei Einwirkung des Magnetfeldes der Magneteinrichtung
zur Anlage kommen können. Diese Finger – oder
kammartige Ausgestaltung der Widerstandsschicht beziehungsweise
der Abgreifschicht ist z. B. nur im seitlichen Endbereich (also
abgewandt von dem Bereich, in dem z. B. die Abgreifschicht in dem
Abstandshalter eingespannt ist) vorhanden oder kann auch bis in
den Bereich, in dem die jeweilige Schicht an dem jeweiligen Element
befestigt ist, heran oder sogar hineinreichen.
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Ein
weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen
Positionssensors ist darin zu sehen, dass aufgrund seiner Konstruktion
und der Materialwahl ein Verkleben der Widerstandsschicht mit der Abgreifschicht
auch dann nicht erfolgen kann, wenn die Magneteinrichtung über
längere Zeit hinweg an ein und derselben Stelle sich befunden
hat. In diesem Zusammenhang sei als Beispiel erläutert,
dass der Positionssensor an einer Sitzschiene eines Sitzes eines
Fahrzeuges befestigt ist, wobei mit dem Positionssensor die Position
des Sitzes in Bezug auf das Chassis des Fahrzeuges erfasst werden
soll. Hierzu ist die Magneteinrichtung an dem Sitz befestigt. Hier ist
nun der Fall denkbar, dass der Sitz über längere Zeit
hinweg nicht bewegt wird, da das Fahrzeug immer von ein und demselben
Fahrer gesteuert wird. Wird nun nach sehr sehr langer Zeit der Sitz
aus seiner einmal eingestellten Position herausbewegt, ist nicht
zu befürchten, dass die ausgelenkte Welle (Wellental beziehungsweise
Wellenberg) der Abgreifschicht an der Widerstandsschicht haften
bleibt. Aufgrund des sich ändernden Magnetfeldes infolge
der Verschiebung des Sitzes erfolgt auch ein Wegwandern des Wellenberges
beziehungsweise des Wellentales aus seiner ursprünglichen
Position, so dass dadurch die Abgreifschicht nicht an der Widerstandsschicht
haften bleibt, obwohl sie zwecks Erfassung der Position und damit
des Widerstandes des Positionssensors zur Anlage gekommen sind.
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Als
weitere neue Anwedungsbereiche sind erfindungsgemäß vorgesehen,
entweder dass der Positionssensor als Potentiometer ausgebildet
ist und ein Kollektor des Potentiometers von einem amorphen Metall
gebildet ist, oder dass der Positionssensor als Reedschalter ausgebildet
ist und ein Schaltkontakt des Reedschalters von einem amorphen Metall
gebildet ist.
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Ein
aus dem amorphen Metall gebildeter Kollektor ist besonders vorteilhaft
für ein berührungsloses und damit verschleißfreies
Potentiometer, dessen Welle verschleißfrei rollt und den
bisherigen schabenden Schleifer ersetzt. Ebenso vorteilhaft sind die
Schaltkontakte in einem Reedschalter von dem amorphen Metall gebildet,
so dass auch dadurch die Verschleißfreiheit erzielt wird.
Denkbar ist auch ein Biegebalkensystem mit aufgebrachtem Dehnungsmessstreifen.
Amorhphe Metallfolien sind hier von Vorteil, weil sie sehr elastisch
und bei einer Biegebeanspruchung wiederholgenau sind. In Kombination mit
einer Magneteinrichtung (beispielsweise einem Magnettarget) kann
so folgendes realisiert werden:
- – Berührungsloser
elektronischer Schalter (kann also mechanische Reedschalter ersetzen),
- – Magnetischer Detektor,
- – Berührungsloser Wegsensor,
- – Magnetischer Impulszähler,
- – Näherungsschalter.
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Es
können im Vergleich zu normalen Reedschaltern nicht nur
die Schaltstellung EIN und AUS ausgewertet werden, sondern auch
alle Zwischenstellungen.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung, aus denen sich die entsprechenden
Vorteile ergeben, sind in den Unteransprüchen angeführt.
Außerdem erfolgt eine Beschreibung der Merkmale der Unteransprüche
im Folgenden in Zusammenhang mit den Figuren.
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In
den Figuren ist, soweit im Einzelnen dargestellt, ein magnetischer
Positionssensor mit der Bezugsziffer 1 versehen. In 1 ist
erkennbar, dass der Positionssensor 1 aus einem elektrisch
nicht leitfähigen, unmagnetischem Träger 2 besteht,
auf welchem eine Widerstandsschicht 3 angeordnet bzw. befestigt
ist und im Abstand dazu zumindest teilweise übereinander
liegend eine Abgreifschicht 4 aus einem amorphen Metall
vorgesehen ist. Die Anordnung der Widerstandsschicht 3 erfolgt
beispielsweise in einer Ausnehmung in dem Träger 2,
wobei eine weitere absatzförmige Ausgestaltung des Trägers 2 auch
die Abgreifschicht 4 in Form der Folie aus einem amorphen
Metall aufnimmt. Diese beiden Schichten 3, 4,
können z. B. seitlich, teilweise oder vollständig
mit dem Träger 2 verprägt, verklebt oder dergleichen
werden. Weiterhin ist in Form eines Permanentmagnetes 5 eine
Magneteinrichtung vorhanden, die relativ zu dem Positionssensor 1 bewegbar ist.
Die bisher beschriebenen Ele mente des Positionssensors werden von
einer Abdeckung 6 geschützt, wobei die Abdeckung 6 z.
B. ebenfalls aus einem elektrisch nicht leitfähigen, unmagnetischen Material
bestehen und z. B. in den Seitenbereichen mit dem Träger 2 verbunden
ist. Weiterhin besteht der obere Teilbereich der Abdeckung 6 aus
einem Flussleitblech, um die magnetische Wirkung des Magneten 5 zu
erhöhen, woraus wiederum in vorteilhafter Weise resultiert,
dass der gesamte Positionssensor 1 flacher bauen kann.
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In
den 2 und 3 sind unterschiedliche Wirkungsweisen
des Positionssensors 1 gezeigt. Aus 2 geht hervor,
dass im Bereich der Magneteinrichtung 5 die Abgreifschicht 4 in
Richtung der Widerstandsschicht gezogen wird, da der eine Pol der Magneteinrichtung 5 die
Abgreifschicht 4 in Richtung der Widerstandsschicht 3 zieht.
Dadurch entsteht die in 2 erkennbare Einbuchtung. In 3 ist
gezeigt, dass die Abgreifschicht 4 an einem seitlichen Abstandshalter 7 angeordnet
ist und somit nur parallel seitlich zu dem Abstandshalter 7 im
Bereich des Permanentmagnetes 5 auf die Widerstandsschicht 3 gezogen
wird. Wenn also der Magnet 5 relativ zu dem Positionssensor 1 bewegt
wird (bei Betrachtung der 2 und 3 nach
rechts oder nach links), zieht der Magnet 5 die Abgreifschicht 4 in
Form der Folie in einer Welle nur im Bereich des Permanentmagneten 5 an
und drückt diese auf die Widerstandsschicht 3,
so dass die jeweilige Position des Magneten 5 relativ zu
dem Positionssensor 1 erfasst werden kann.
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In 4 ist
gezeigt, dass der Positionssensor 1 aus einer Abgreifschicht 4 besteht,
die auf der Abdeckung 6, welche beispielsweise aus einem
ferromagnetischen Material besteht, aufmagnetisiert ist. Dies hat
den Vorteil, dass der seitliche Abstandshalter 7 gemäß 2 entfallen
kann. Der Permanentmagnet 5 zieht nun die Abgreifschicht 4 in
Form der Folie wiederum in Form einer sauberen Welle nur im Bereich
des Magneten 5 an und drückt diese somit auf die
Widerstandsschicht 3.
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In 5 ist
der gleiche Aufbau gezeigt, allerdings ist der Magnet 5 umgepolt,
so dass dessen Magnetfeld die Abgreifschicht 4 in die entgegengesetzte Richtung
drückt, woraus resultiert, dass die Abgreifschicht 4 von
der Widerstandsschicht 3 gezielt weggedrückt werden
kann. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn der umgepolte
Permanentmagnet 5 einmal über die gesamte Erstreckung
des Positionssensors 1 bewegt wird, um die Abgreifschicht 4 in
eine definierte Ausgangslage zu bringen.
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In 6 ist
analog zu dem vorstehend beschriebenen Aufbau des Positionssensors 1 ein
weiterer Permanentmagnet 8 vorhanden, wobei die Polung
der beiden Magnete 5, 8 entgegengesetzt ist und weiterhin
zwei Widerstandsschichten 3 mit einer dazwischen liegenden
Abgreifschicht 4 vorgesehen sind. Auf Grund der umgekehrten
Polung der beiden Magnete 5, 8 wird die Abgreifschicht 4 im
Bereich des jeweiligen Magneten einmal an die untere und einmal an
die obere Widerstandsschicht 3 gedrückt bzw. herangezogen.
Damit kann also die Position von den beiden Magneten 5, 6 relativ
zu dem Positionssensor 1 erfasst werden.
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Eine
weitere Ausgestaltung des Positionssensors 1 im Schnitt
ist in 7 dargestellt. Hier ist erkennbar, dass zwei Widerstandsschichten 3, 10, vorhanden
sind, zwischen denen die Abgreifschicht 4 in Form der Folie
zwischengeordnet ist. Dabei ist zwischen Abgreifschicht 4 in
der Mitte und den beiden Widerstandsschichten 3, 10,
wiederum ein Abstand vorhanden, so dass bei Bewegung des Permanentmagneten 5 relativ
zu dem Positionssensor 1 und in Abhängigkeit Polung
des Magneten 5 die Abgreifschicht 4 entweder an
die untere Widerstandsschicht 3 gezogen oder an die obere
Widerstandsschicht 10 gedrückt wird. Der Magnet 5 ist
beispielsweise ein Dauermagnet oder ein Elektromagnet und kann in Bauform
als Block, Stab, Ring, Scheibe oder dergleichen, jeweils abgestimmt
mit dem Positionssensor 1, ausgebildet sein.
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In 8 ist
entsprechend dem Aufbau gemäß 7 gezeigt,
dass wiederum zwei Widerstandsschichten 3, 10,
vorhanden sind, in denen die dazwischen angeordnete Abgreifschicht 4 von
oberhalb und unterhalb des Positionssensors 1 angeordneten
Magneten 5, 11 angezogen bzw. herangedrückt
werden kann.
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Während
in den bisherigen Figuren immer einzelne Magnete 5, 8, 11,
die auf jeweils einer Seite oder auf der gleichen Seite des Positionssensors
angeordnet waren, gezeigt sind, ist gemäß 9 ein einziger
Magnet 12 mit innerhalb dieses Magnets 12 wechselnder
Polfolge gezeigt. Aus dieser innerhalb des einzigen Magneten 12 resultierenden
Polfolge wird die Abgreifschicht 4 wiederum entweder an
die untere Widerstandsschicht 3 oder die obere Widerstandsschicht 4 herangezogen
bzw. gedrückt.
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In 10 ist
der Aufbau eines Positionssensors 1 gezeigt, bei dem die
zumindest eine Abgreifschicht 4 zwischen zwei Abstandshaltern 13, 14 angeordnet
ist, wobei diese Abstandshalte 13, 14 von der
Abdeckung 6 und dem Träger festgelegt werden, oder
ein einzelner Abstandshalter 15 vorgesehen ist, der die
Widerstandsschicht 4 an dem Träger 2 bzw. an
der Abdeckung 6 festlegt. Die Ausgestaltung mit den beiden
Abstandshaltern 13, 14 oder dem einzigen Abstandshalter 15 entspricht
der in 3 gezeigten Ausgestaltung, wobei in 10 die
Besonderheit gegeben ist, dass mit den Abstandshaltern (entweder 13, 14,
oder 15) nicht nur eine Abgreifschicht 4 am Träger 2 bzw.
an der Abdeckung 6 festgelegt wird, sondern dass zwei Abgreifschichten 4 vorgesehen
sind, die mit der einen Widerstandsschicht 3 (alternativ
auch mehreren Widerstandsschichten) zusammenwirken. Das heißt,
dass die flächigen Abgreifschichten 4 (oder auch
nur eine Abgreifschicht 4) seitlich zwischen dem seitlichen
Ende von Träger und Abdeckung 6 festgelegt ist,
im Bereich der Widerstandsschicht 3 frei schwebt und nur bei
Einwirkung des Magneten in Richtung der Widerstandsschicht 3 gezogen
wird.
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In 11 ist
der Positionssensor 1 gemäß einer der
Ausführungsformen, wie sie in den 1–10 gezeigt
ist, gezeigt, wobei der Positionssensor 1 ein Schutzgehäuse 16 aus
einem nicht magnetischen Metall aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise
um ein Metall wie Aluminium, Kupfer, Messing, Neusilber oder dergleichen
handeln. Ein solches Schutzgehäuse 16 hat den
Vorteil, dass dadurch der Positionssensor 1 wesentlich
robuster wird, dass seine Temperaturbeständigkeit erhöht wird
und dass er für Zwecke nach Schutzart IP 69 eingesetzt
werden kann. Das Schutzgehäuse 16 umgibt den Positionssensor 1 zumindest
teilweise (wie in 11 gezeigt) oder auch vollständig,
wobei gemäß der Ausgestaltung in 11 an
den Seiten Umbördelungen 17 vorhanden sind, die
die seitlichen Bereiche von Träger 2 und Abdeckung 6 einschließen.
Alternativ zum Umbördeln können die Seitenbereiche
auch miteinander verklebt, verlötet, verschweißt
oder dergleichen werden.
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Die
Kontaktierung der Widerstandsschicht 4 und der Abgreifschicht 3 (Sensorfolie)
nach Außen erfolgt dichtend zum Beispiel durch Heatseal,
Leitkleber, eine Nietpressverbindung, die gezeigte Umbördelung
oder vergleichbare Mittel/Verfahren. Alternativ kann die Kontaktierung
der Widerstandsschicht 4 und der Abgreifschicht 3 (Sensorfolie)
nach Außen offen durch ein Leitgummi, Löten, Schweißen
oder dergleichen erfolgen.
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In 12 ist
eine weitere Ausgestaltung des Positionssensors 1 gezeigt. Ähnlich
dem Aufbau, wie er in 1 gezeigt ist, weist dieser
Positionssensor 1 den Träger 2 auf, der
mit der Widerstandsschicht 3 versehen ist. Seitlich sind
Abstandshalter 13, 14 vorhanden, in denen die
Abgreifschicht 4 eingespannt ist. Auf der gegenüberliegenden
Seite ist wieder der einteilige Abstandshalter 15 vorhanden. Über
dieser Anordnung ist die Abdeckung 6 angeordnet. Dieser prinzipielle
Aufbau des Positionssensors 1 kann, wie vorstehend schon
erwähnt, in beliebiger Form beziehungsweise beliebiger
Länge hergestellt werden. Für den Fall, dass eine
Verarbeitung des Ausgangssignals dieses Positionssensors 1 gewünscht
ist, kann, wie in 12 dargestellt, eine Schnittstelle 18 insbesondere
am Ende des Positionssensors 1 angebracht werden. Diese
Schnittstelle 18 umfasst ein Gehäuse mit einer
hier nicht dargestellten Auswerteelektronik, die ihrerseits über
Kabel, Steckverbinder oder dergleichen mit einem nachgeschalteten
elektronischen Geräte verbunden werden kann. Zur Kontaktierung
der in der Schnittstelle 18 vorhandenen Elektronik sind
entsprechende Kontakte 19, hier z. B. Kontaktstifte, aus
dem Gehäuse herausgeführt, wobei auf Seiten des
Positionssensors 1 Öffnungen 20 vorhanden
sind, die beispielsweise durch Ausstanzen hergestellt werden. Die
Lage der Öffnungen 20 korrespondiert mit den Kontaktstiften 19,
wobei die Öffnungen 20 sowie die zugehörigen
Stifte 19 je nach ihrer Lage in Bezug auf den Positionssensor 1 mechanische
und/oder elektrische Funktionen aufweisen.
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Durch
den Einbau eines Interface wie zum Beispiel Spannungsinterface in
die Schnittstelle können die Sensordaten an die unterschiedlichsten
Anforderungen von kundenseitigen Auswerteeinheiten angepasst werden.
Der Sensor wird dadurch auch von Überbelastung und kundenseitiger
Fehlschaltung geschützt. Weiterhin kann eine Beschädigung des
Sensors detektiert werden und an die Auswerteeinheit gemeldet werden.
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In
den 13 und 14 ist
eine weitere Ausgestaltung des Positionssensors 1 dargestellt. Gezeigt
ist wieder die zumindest eine Abgreifschicht 4 und die
Widerstandsschicht 3, wobei hierbei die Widerstandsschicht 3 einen
ferromagnetischen Kern aufweist. Dies hat zur Folge, dass bei Einwirkung
des Magnetfeldes des Permanentmagnetes 5 sich sowohl die
Widerstandsschicht 3 als auch die Abgreifschicht 4 wellenförmig
bei Relativbewegung des Permanentmagnetes 5 verformt. Dadurch
wird, wie auch schon bei den Ausführungsformen, die in
den vorangegangenen Figu ren gezeigt und erläutert worden ist,
ein durch ein Magnetfeld aktiviertes Potentiometer gebildet. Da
keine Kontaktschleifung stattfindet, sondern nur ein Aufliegen des
Wellentales beziehungsweise des Wellenberges von Widerstandsschicht
beziehungsweise Abgreifschicht ist ein Verschleiß ausgeschlossen.
Das heißt, dass der Kontakt im Anlagebereich der Widerstandsschicht
zu der Abgreifschicht aktiv geschlossen und geöffnet wird,
woraus die gewünschte und erfassbare Widerstandsänderung
resultiert.
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In
den Figuren ist immer ein Dauermagnet 5 gezeigt, wobei
der eine Pol in Richtung des Positionssensors 1 zeigt und
der andere Pol davon abgewandt ist. Außerdem ist der Magnet
immer auf der einen und oder der anderen Seite des Positionssensors 1 angeordnet.
Alternativ hierzu ist es bei einem solchen Positionssensors 1 in
länglicher oder anderer Bauform auch möglich,
dass der Magnet teilringförmig oder ringförmig
oder vergleichbarer geometrischer Ausgestaltung (zum Beispiel hufeisenförmig) den
Positionssensor 1 umschliesst. Außerdem ist es denkbar,
die Pole um 90 Grad verdreht zu der gezeigten Ausrichtung entweder
in Längsrichtung oder in Querrichtung des Positionssensors 1 zu
diesem anzuordnen. Neben einer Ausrichtung der Pole des Magneten
parallel oder quer zu der Achse des Positionssensors 1 sind
auch davon abweichende Anordnungen (schräge Ausrichtung)
denkbar, die aber nicht die bevorzugte Ausrichtung darstellen, da
bei einer Ausrichtung der Pole des Magneten parallel oder quer zu der
Achse des Positionssensors 1 die Wirkkräfte auf die
Abgreifschicht am größten sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4339931
C1 [0002]
- - DE 19648539 C2 [0003]
- - DE 102004004102 B3 [0003]
- - DE 19526254 C2 [0004]
- - DE 102007055253 [0006]