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Die Erfindung betrifft einen Magnetencoder für einen Wegaufnehmer sowie eine Sensorbaugruppe mit einem Magnetencoder und einem Wegaufnehmer.
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Es sind Stoßdämpfer und Linearaktuatoren bekannt, bei denen die Verschiebung einer Stange mit einem Wegaufnehmer erfasst wird. Dazu ist es bekannt, an der Stange einen Magnetencoder anzuordnen. Dabei umfasst der Wegaufnehmer einen Magnetfeldsensor, welcher die Verschiebung der Stange durch Vermessung des Magnetfeldes des Magnetencoders erfasst.
DE 10 010 042 A1 beschreibt einen solchen Magnetencoder, bei welchem permanentmagnetisches Material in eine Nut der Stange eingelassen ist. Solche Magnetencoder sind dabei vor Schmutz, Nasse und Korrosion zu schützen. Insbesondere erweisen sich Luftspalte zwischen Nut und magnetischem Material als problematisch. Ein Stoßdämpfer mit einem alternativen Magnetencoder ist in
WO 2004/005748 A1 beschrieben. Dort ist als Magnetencoder eine Hülse aus permanentmagnetischem Werkstoff, wie Ferrit, um die Kolbenstange herum angeordnet. Ein solcher Magnetencoder ist aufgrund seiner spröden Werkstoffeigenschaften problematisch bei Montage und Handhabung. Darüber hinaus ist das Material empfindlich bei äußerer Krafteinwirkung.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Magnetencoder für einen Wegaufnehmer sowie eine Sensorbaugruppe mit einem solchen Magnetencoder und einem Wegaufnehmer dahingehend zu verbessern, dass der Magnetencoder einfach zu fertigen ist, unanfällig gegenüber Nässe und Schmutz ist und, auch bei äußerer Krafteinwirkung, eine größere Haltbarkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Magnetencoder mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine Sensorbaugruppe mit den im Anspruch 17 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Magnetencoder für einen Wegaufnehmer weist einen im Wesentlichen zylindrischen Kern und eine den Kern umfänglich umgebende Hülse auf. Dabei ist zwischen Kern und Hülse ein vorzugsweise ringförmiger Zwischenraum gebildet, der mit Polymer gefüllt ist. Bei dem Magnetencoder variiert zumindest eine magnetische Eigenschaft des Polymers und/oder des Kerns zumindest in axialer Richtung (d. h. in Richtung der Zylinderachse des Kerns) und/oder umfänglicher Richtung. Somit kann durch einen Wegaufnehmer, der zur Erfassung der magnetischen Eigenschaft des Polymers und/oder des Kerns ausgebildet ist, eine axiale Verschiebung und/oder eine Drehung des Magnetencoders um die Zylinderachse des Kerns vermessen werden, indem die erfasste magnetische Eigenschaft mit der Verschiebung und/oder Drehung in Beziehung gesetzt wird. Mittels der Hülse kann dabei die Außenfläche des Magnetencoders unabhängig von der Ausbildung der magnetischen Eigenschaften des Magnetencoders gestaltet werden. Vorteilhafterweise bildet die Hülse zugleich eine Kapselung des Polymers. Auf diese Weise sind Kern und Polymer gegen Nässe und Schmutz geschützt. Geeigneterweise ist die Hülse des Magnetencoders an seinen jeweiligen Anwendungszweck angepasst. Insbesondere kann die Hülse mit einer glatten Außenfläche versehen sein. Dann kann die Hülse des Magnetencoders mit einer Dichtung, beispielsweise Zylinderdichtung der eines Zylinders oder eines Stoßdämpfers, dichtend in Kontakt treten und an ihr entlang gleiten. Die Füllung des ringförmigen Zwischenraums zwischen Kern und Hülse mit Polymer erlaubt hierbei eine konstruktiv besonders einfache, feste und robuste Verbindung der Hülse mit den übrigen Teilen des Magnetencoders. Dabei ist das Polymer an Kern und/oder Hülse fest, insbesondere stoff- und/oder formschlüssig, angebunden. Die Inkompressibilität des Polymers ermöglicht dabei vorteilhafterweise eine starre Anordnung von Hülse und Kern zueinander. Relativbewegungen zwischen Hülse und Kern sind folglich weitgehend ausgeschlossen. Auf diese Weise können sich Hülse und Kern insbesondere in axialer Richtung nicht gegeneinander verschieben. Vorteilhaft sind bei einer radialen Druckbelastung der Hülse eine Scherbewegung und beispielsweise ein Ausweichen des Polymers nicht möglich. Somit hält der erfindungsgemäße Magnetencoder auch sehr hohen, in radialer Richtung wirkenden Kräften stand, die beispielsweise bei der Anlage der Hülse an einer Dichtung von Hydraulikzylindern auftreten können.
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Weiterhin vorteilhaft lässt sich bei der Fertigung des erfindungsgemäßen Magnetencoders das Polymer durch Urformen in die endgültige Form bringen. Idealerweise bilden dabei Kern und/oder Hülse zugleich die Form für das Polymer.
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Vorteilhafterweise ist der erfindungsgemäße Magnetencoder als integrales, einstückig handhabbares Bauteil ausgebildet. Gegenüber bekannten Lösungen, bei welchen Magnetencoder häufig als Zusatzsystem an beispielsweise Stoßdämpfern und Linearaktuatoren angeordnet sind, weist die erfindungsgemäße Lösung eine geringere Beschädigungs- bzw. Ausfallwahrscheinlichkeit und folglich eine größere Haltbarkeit auf.
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Unter einem zylindrischen Kern im Sinne dieser Erfindung ist nicht notwendigerweise ein kreiszylindrischer Kern zu verstehen. Vielmehr kann der zylindrische Kern eine beliebige Querschnittskontur aufweisen. Ferner ist unter einem ringförmigen Zwischenraum nicht notwendigerweise ein kreisförmiger Zwischenraum zu verstehen. Grundsätzlich kann der ringförmige Zwischenraum eine beliebige Querschnittskontur aufweisen. Insbesondere können Kern und Hülse unterschiedliche Querschnittskonturen aufweisen.
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Zweckmäßigerweise ist bei dem erfindungsgemäßen Magnetencoder das Polymer ein Elastomer, ein Thermoplast, ein thermoplastisches Elastomer oder ein Duroplast. Besonders bevorzugt ist das Polymer mit Hülse und/oder Kern stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden. Auf diese Weise lässt sich eine besonders robuste Verbindung von Polymer und Hülse und/oder Polymer und Kern realisieren. Eine stoffschlüssige Verbindung von Polymer und Hülse und/oder Polymer und Kern, wie sie bei Verwendung von Gummi erreicht werden kann, bildet dabei zugleich eine dichtende Anlage von Polymer und Hülse und/oder Polymer und Kern. Insbesondere kann kein Öl zwischen Polymer und mit dem Polymer stoffschlüssig verbundenen Teilen des Magnetencoders dringen, was bei hydraulischen Anwendungen von Vorteil ist. Bei einer stoffschlüssigen Verbindung des Polymers mit der Hülse und zugleich mit dem Kern lässt sich vorteilhaft die Öldichtigkeit der Baugruppe Kern, Polymer und Hülse auf einfache Weise gewährleisten. Zweckmäßigerweise ist das Polymer ein Elastomer und an Hülse und/oder Kern anvulkanisiert. Bei dem Elastomer kann es sich z. B. um künstlichen oder natürlichen Kautschuk bzw. Gummi handeln.
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In vorteilhaften Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Magnetencoders bildet die variierende magnetische Eigenschaft ein, insbesondere regelmäßiges, Muster. Geeigneterweise ist dieses Muster durch wiederkehrende Elemente geprägt, die in ihrem räumlichen Abstand voneinander und/oder der Amplitude, beispielsweise der Feldstärke, moduliert sein können. Mittels dieses Musters kann auf einfache Weise eine Verschiebung und/oder Drehung des Magnetencoders durch Ausmessen ermittelt werden. Bevorzugt variiert bei dem erfindungsgemäßen Magnetencoder die magnetische Eigenschaft periodisch. Auf diese Weise kann eine Verschiebung und/oder Drehung des Magnetencoders durch Abzählen der Perioden der variierenden magnetischen Eigenschaft gemessen werden. Vorteilhaft können so Verschiebungsweg und die Anzahl erfasster Variationsperioden der magnetischen Eigenschaft einfach, insbesondere linear, zueinander in Beziehung gesetzt werden.
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Bevorzugt ist bei dem Magnetencoder die magnetische Eigenschaft eine permanente Magnetisierung, welche weiter bevorzugt eine Wechselfolge von magnetischen Nord- und Südpolen bildet. Zweckmäßigerweise erfolgt bei dem Magnetencoder eine permanente Magnetisierung durch ein äußeres Magnetfeld. Auf diese Weise kann eine Kodierung, insbesondere auch eine Löschung und Neukodierung, des Magnetencoders im zusammenmontierten Zustand des Magnetencoders erfolgen.
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Alternativ oder zusätzlich ist in einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die magnetische Eigenschaft die effektive magnetische Permeabilität. Beispielsweise variiert die effektive magnetische Permeabilität von Kern und/oder Polymer gemeinsam in axialer Richtung.
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Idealerweise bilden sowohl die permanente Magnetisierung des Polymers als auch die effektive Permeabilität von Kern und/oder Polymer gemeinsam die magnetischen Eigenschaften im Sinne dieser Erfindung. Alternativ kann aber auch lediglich die effektive magnetische Permeabilität die variierende magnetischen Eigenschaften darstellen, während das Polymer über seine axiale und/oder umfängliche Erstreckung gleichmäßig in radialer Richtung magnetisiert ist. Somit kann beispielsweise bei einer Messung der effektiven magnetischen Permeabilität des Magnetencoders der Messbereich hinsichtlich der Magnetfeldstärke einfach verschoben werden. Beispielsweise kann diese Messbereichsverschiebung aus Gründen der Messgenauigkeit geeignet gewählt werden.
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Besonders bevorzugt weist der Kern und/oder das Polymer ferri- und/oder ferromagnetisches (nachfolgend auch kurz „magnetisches”) Material auf. Bevorzugt ist das magnetische Material des Polymers permanent magnetisiert.. Auf diese Weise ist der Magnetencoder leicht fertigbar, indem zunächst der Zwischenraum zwischen Kern und Hülse mit dem Polymer gefüllt und das Polymer mit Kern und/oder Hülse in geeigneter Weise verbunden und nachfolgend magnetisiert wird. Somit kann hier auf den Einbau von einzelnen Permanentmagneten in den Magnetencoder verzichtet werden. Insbesondere weist das Polymer Beimischungen und/oder Einbettungen von hartmagnetischem Material auf. Beispielsweise handelt es sich bei dem hartmagnetischem Material um Ferrit, um hartmagnetische Seltenerdmaterialien oder eine ALNICO-Legierung. Bevorzugt handelt es sich bei dem Polymer um ein Polymer-Ferrit-Gemisch. Alternativ oder zusätzlich ist der Kern bevorzugt aus magnetischem Material, z. B. Stahl, gefertigt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Magnetencoders ist der Kern länglich geformt. Zweckmäßigerweise variiert in dieser Weiterbildung die magnetische Eigenschaft zumindest axial. So kann der Magnetencoder als Bestandteil eines Linearencoders eingesetzt werden.
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In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung kann die Erstreckung des Kerns quer zur Zylinderachse größer als die Erstreckung des Kerns längs der Zylinderachse sein. Zweckmäßigerweise variiert in dieser Weiterbildung die magnetische Eigenschaft zumindest in umfänglicher Richtung. Bevorzugt ist der Kern in dieser Weiterbildung im Wesentlichen scheibenförmig. So kann dieser Magnetencoder als Teil eines Drehwinkelsensors eingesetzt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann bei dem Magnetencoder das Quermaß des Kerns und/oder des Polymers zumindest über die axiale Erstreckung variieren; insbesondere weist der Kern entlang seiner axialen Erstreckung eine gezahnte Längsschnittkontur auf. In dieser Weiterbildung der Erfindung kann der Magnetencoder etwa als Teil eines Linearencoders eingesetzt werden. Beispielsweise besitzt der Kern eine bezüglich der Achse rotationssymmetrische Gestalt, die mehrere in axialer Richtung aufeinanderfolgende kreiszylindrische Abschnitte mit unterschiedlichem Radius aufweist, die die Zähne und/oder Zahnlücken der Längsschnittkontur bilden. In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besitzt der Kern eine um die Achse schraubenförmig gewundene Gestalt. Auf diese Weise ist ein über die axiale Erstreckung variierendes Quermaß des Kerns fertigungstechnisch einfach realisiert, bespielsweise durch Gewindeschnitt. Vorteilhaftweise lassen sich in dieser Weiterbildung der Erfindung alternativ Drehbewegungen um die Längsachse des Kerns detektieren. Bevorzugt ist der Kern dabei aus einem ferromagnetischen Material, beispielsweise Stahl, gefertigt. Insbesondere weist bei einem über die axiale Erstreckung variierenden Quermaß des Kerns gleichzeitig auch das Polymer ein über die axiale Erstreckung variierendes Quermaß auf, beispielsweise, indem der Innendurchmesser der Hülse über die axiale Erstreckung gleich bleibt und das Polymer den zwischen Hülse und Kern befindlichen Zwischenraum radial vollständig ausfüllt. So kann eine gewünschte Außenkontur der Hülse erhalten bleiben. Alternativ oder zusätzlich zu einer permanenten Magnetisierung des Polymers ist zumindest eine magnetische Eigenschaft die effektive magnetische Permeabilität. Die Variation des Quermaßes von Polymer und/oder Kern bedingt dabei vorteilhaft auch Variationen der effektiven magnetischen Permeabilität des Polymers und/oder des Kerns. Dabei weisen Kern und Polymer zweckmäßigerweise eine, insbesondere deutlich, voneinander verschiedene effektive magnetische Permeabilität auf. Auf diese Weise kann in Weiterbildungen, bei denen zumindest die effektive magnetische Permeabilität die für die Wegmessung zu erfassende magnetische Eigenschaft ist, sichergestellt werden, dass sich die Variationen der effektiven magnetischen Permeabilitäten des Kerns und des Polymers nicht gegenseitig kompensieren.
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Es kann bei dem erfindungsgemäßen Magnetencoder das Radialmaß des Kerns und/oder des Polymers zumindest in umfänglicher (zusätzlich ggf. auch in axialer) Richtung variieren; insbesondere weist der Kern eine gezahnte Querschnittskontur auf. Beispielsweise ist der Kern umfänglich gerändelt. Entsprechend der vorangehend beschriebenen Weiterbildung bildet bzw. bilden die permanente Magnetisierung des Polymers und/oder effektive magnetische Permeabilität die zu erfassende magnetische Eigenschaft bzw. die zu erfassenden magnetischen Eigenschaften. Beispielsweise kann ein solcher Magnetencoder Teil eines Drehwinkelsensors sein.
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Vorteilhaft ermöglichen die zuvor beschriebenen variierenden Quer- und/oder Radialmaße des Kerns einen Formschluss mit dem Polymer, der die Verbindung mit diesem gewährleistet und/oder verstärkt. Alternativ oder zusätzlich ist die Hülse strukturiert und mit dem Polymer formschlüssig verbunden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Außenseite des Kerns und/oder die Innenseite der Hülse eine oder mehrere Ausnehmungen auf, in welcher bzw. welchen Polymer angeordnet ist. Zweckmäßigerweise ist das Polymer zumindest teilweise magnetisch.
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Vorzugsweise weist bei dem erfindungsgemäßen Magnetencoder die Hülse eine glatte Außenfläche auf. In dieser Ausbildung kann geeignet eine Dichtung, beispielsweise eine Zylinderdichtung eines Zylinders eines Stoßdämpfers oder eines Hydraulik- oder Pneumatikzylinders, an der Außenfläche der Hülse dichtend anliegen bzw. mit dieser gleitend in Kontakt stehen. Insbesondere kann der Magnetencoder bei axialer Verschiebung und/oder Drehung durch die Dichtung gleiten, ohne dass die Dichtwirkung der Anlage von Dichtung und Hülse beeinträchtigt ist.
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Bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Magnetencoder die Hülse nicht bzw. nur sehr gering ferri- oder ferromagnetisch und insbesondere aus austenitischem Stahl. So finde eine Ablenkung des magnetischen Feldes durch die Hülse nicht statt. Entsprechend können die magnetischen Eigenschaften des Kerns und/oder des Polymers effizient mittels außerhalb des Magnetencoders angeordneten Wegaufnehmern vermessen werden.
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Zweckmäßigerweise ist bei dem Magnetencoder der Kern eine Kolbenstange. Beispielsweise ist der Kern als Kolbenstange eines Stoßdämpfers oder eines Hydraulik- oder Pneumatikzylinders ausgebildet. Gerade bei diesen ist eine feste Verbindung von Hülse und Kern aufgrund großer äußerer Kräfte eine besonders wichtige Eigenschaft, die mit dem erfindungsgemäßen Magnetencoder leicht erfüllt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Sensorbaugruppe weist einen Magnetencoder wie zuvor beschrieben und einen Wegaufnehmer auf. Dabei ist der Magnetencoder relativ zum Wegaufnehmer axial beweglich und/oder um die Zylinderachse des Kerns drehbar und der Wegaufnehmer zur Erfassung der Variation der magnetischen Eigenschaft des Magnetencoders ausgebildet. Zweckmäßigerweise weist der Wegaufnehmer einen Magnetfeldsensor auf. So kann eine permanente Magnetisierung von Polymer und/oder Kern über den Magnetfeldsensor geeignet vermessen werden. Ferner kann ein vorgespannter Magnetfeldsensor, d. h. ein durch ein äußeres Magnetfeld beaufschlagter Sensor zur Erfassung der effektiven magnetischen Permeabilität verwendet werden. Ein solcher Magnetfeldsensor kann zur Abtastung der gezahnten Oberfläche des Kerns verwendet werden, da die Zähne das äußere Magnetfeld beeinflussen.
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Der Magnetfeldssensor kann z. B. ein Hallsensor oder ein magnetoresistiver Sensor (MR-Sensor) sein. Zweckmäßigerweise ist der Magnetfeldsensor seitlich der axialen Erstreckung des Magnetencoders gelegen, wenn dessen zu erfassende magnetische Eigenschaft zumindest axial variiert. Bei einer umfänglich variierenden zu erfassenden magnetischen Eigenschaft des Magnetencoders ist der Magnetfeldsensor zweckmäßigerweise seitlich oder stirnseitig des Magnetencoders gelegen. Geeigneterweise ist der Magnetfeldsensor ortsfest angeordnet, sodass sich der Magnetencoder relativ zum Magnetfeldsensor verschiebt und/oder dreht und der Magnetfeldsensor diese relative Verschiebung und/oder Drehung erfasst.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
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1 im Längsschnitt eine Kolben-Zylinder-Einheit umfassend eine Kolbenstange mit einem erfindungsgemäßen Magnetencoder sowie einen Wegaufnehmer, welcher mit dem Magnetencoder eine Sensorbaugruppe gemäß der Erfindung bildet,
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2 vergrößert die Einzelheit „A” aus 1,
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3 im Längsschnitt eine Kolben-Zylinder-Einheit umfassend eine Kolbenstange mit einem erfindungsgemäßen Magnetencoder sowie einen Wegaufnehmer, welcher mit dem Magnetencoder eine Sensorbaugruppe gemäß der Erfindung bildet, gemäß einer zweiten Ausführungsform und
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4 vergrößert die Einzelheit „B” aus 3.
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Die in den 1 und 2 dargestellte Kolben-Zylinder-Einheit 5 umfasst einen Zylinder 10. Eine Stirnseite 15 des Zylinders 10 weist eine axiale, d. h. sich entlang der Längsachse 12 des Zylinders 10 erstreckende, Durchführung 20 auf, durch welche eine Kolbenstange 25 in axialer Orientierung geführt ist. Die Kolbenstange 25 ist mit einem axialen Ende mit einem im Zylinder 10 geführten Kolben 27 verbunden. Derjenige Teil der Kolbenstange 25, der bei der Bewegung der Kolbenstange 25 die Durchführung 20 passiert, bildet den erfindungsgemäßen Magnetencoder 28. Dazu ist der Magnetencoder 28 der Kolbenstange 25 schichtartig aufgebaut und umfasst einen zentralen, kreiszylindrischen Kern 29, der von einer äußeren kreiszylindrischen Hülse 30 konzentrisch umgeben ist. Zwischen dem Kern 29 und der Hülse 30 ist ein Zwischenraum mit ringförmigem Querschnitt ausgebildet. Dieser Zwischenraum ist mit Elastomer 35, z. B. Gummi, gefüllt, welches an den Kern 29 und/oder Hülse 30 anvulkanisiert ist. Somit sind Hülse 30 bzw. Kern 29 jeweils mit dem Elastomer 35 stoffschlüssig verbunden und bevorzugt auch Kern 29 und Hülse 30 miteinander über das Elastomer 35 fest verbunden. Zusätzlich sind Kern 29 und Hülse 30 (in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt) auch formschlüssig mit dem Elastomer 35 verbunden. Die Hülse 30 bildet umfänglich eine glatte Außenfläche des Magnetencoders 28, sodass der Magnetencoder 28 dichtend durch die axiale Durchführung 20 der Stirnseite 15 des Zylinders 10 bewegt werden kann. Innerhalb der Durchführung 20 ist hierzu eine Dichtung 37 (in dieser Zeichnung schematisch dargestellt) vorgesehen, welche mit dem Magnetencoder 28 über die glatte Außenfläche der Hülse 30 gleitend und dichtend in Kontakt steht.
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Zur Codierung des Magnetencoders 28 ist das Elastomer 35 ein Elastomer-Ferrit-Gemisch. Das Elastomer 35 weist eine permanente Magnetisierung auf, die entlang der Längsachse der Kolbenstange 25 periodisch variiert. Die Magnetisierung des Elastomers 35 bildet in axialer Richtung 36 eine Wechselfolge von magnetischen Nord- und Südpolen. Der so aus Kern 29, Hülse 30 und Elastomer 35 gebildete Magnetencoder 28 erlaubt es, durch Messung der Variation der permanenten Magnetisierung des Magnetencoders 28 und durch Abzählen der Variationsperioden die Verschiebung des Magnetencoders 28 in axialer Richtung 36 relativ zum Zylinder 10 zu erfassen. Diese Erfassung geschieht über einen Wegaufnehmer in Form eines Magnetfeldsensors, hier eines Hallsensors 40, welcher in der Stirnseite 15 des Zylinders 10 in einer radialen Durchführung 45 gelegen ist. Die Hülse 30 ist nicht magnetisch, beispielsweise aus austenitischem Edelstahl ausgebildet. Die Hülse 30 beeinflusst somit die Erfassung der permanenten Magnetisierung des Elastomers 35 durch den Hallsensor 40 nicht. Der Hallsensor 40' muss dabei nicht zwingend in der Stirnseite 15 des Zylinders 10 gelegen sein. Grundsätzlich kann der Hallsensor 40' in einer beliebigen Stelle seitlich des Magnetencoders 28 und ortsfest zur Durchführung 20 gelegen sein.
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Alternativ oder zusätzlich zur Variation der permanenten Magnetisierung des Elastomers 35 in axialer Richtung 36 kann das Elastomer 35 auch eine in umfänglicher Richtung 42 variierende permanente Magnetisierung aufweisen. Dabei ist der Magnetencoder 28 drehbar in der Durchführung 20 geführt und der Hallsensor 40 zumindest zur Erfassung des Drehwinkels des Magnetencoders 28 vorgesehen.
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Der den Kern 29, die Hülse 30 und Elstomer 35 umfassende Magnetencoder 28 bildet zusammen mit dem Hallsensor 40 eine Sensorbaugruppe gemäß der Erfindung.
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Die in den 3 und 4 dargestellte Kolben-Zylinder-Einheit 5' ist im Wesentlichen gleichartig den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen aufgebaut. Unterschiede ergeben sich in der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorbaugruppe mit dem Wegaufnehmer und dem erfindungsgemäßen Magnetencoder. Der in den 3 und 4 dargestellte Magnetencoder 28' ist ebenfalls Teil einer Kolbenstange 25' und weist einen Kern 29', eine Hülse 30 und einen mit Elastomer 35' gefüllten Zwischenraum auf. Anstelle einer permanenten Magnetisierung wie zuvor beschrieben weist der Magnetentcoder eine entlang der axialen Erstreckung variierende effektive magnetische Permeabilität auf. Die Variation der effektiven magnetischen Permeabilität über die axiale Erstreckung des Magnetentcoders 28' beruht auf dem entlang der axialen Erstreckung variierenden Durchmesser des Kerns 29'.
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Der Kern 29' weist hierzu eine um die Längsachse 12 rotationssymmetrische Gestalt auf, die von der Form eines geraden Kreiszylinders durch Verjüngungen abweicht, die gleichabständig entlang der Längsachse 12 des Magnetencoders 28' aufeinanderfolgen. Diese Verjüngungen erstrecken sich umfänglich entlang der Außenseite des Kerns 29'. Aufgrund dieser Verjüngungen weist die Längsschnittkontur des Kerns 29' ein gezahntes Profil auf, in welchem die Verjüngungen sich in radialer Richtung rechtwinklig öffnende Zahnlücken 55 zwischen den durch die kreiszylindrischen Abschnitte gebildeten Zähnen 60 bilden. Der Kern 29' weist entlang der axialen Erstreckung folglich einen variierenden Durchmesser auf.
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Der Kern 29' besteht dabei im Wesentlichen aus magnetischem Material, z. B. Stahl, welches eine hohe relative magnetische Permeabilität aufweist. Wird nun mittels eines über einen Magneten vorgespannten Hallsensors 40' ein Magnetfeld quer zum Magnetencoder 28' angelegt, so stellt sich in Abhängigkeit vom Durchmesser und der damit einhergehenden jeweiligen effektiven magnetischen Permeabilität des betreffenden Axialabschnitts des Kerns 29' ein resultierendes Magnetfeld ein. Dieses sich einstellende Magnetfeld wird vom Hallsensor 40' gemessen. Das Elastomer 35' kann in dieser Ausbildung ein beliebiges geeignetes Elastomer sein, welches keine magnetischen Eigenschaften aufweist.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel (in den Zeichnungen nicht eigens dargestellt) ist das Elastomer 35' ein Elastomer-Ferrit-Gemisch, welches permanent magnetisiert ist. In dieser Ausbildung bilden folglich sowohl die infolge der unterschiedlichen Durchmesser des Kerns 29' variierende effektive magnetische Permeabilität als auch die Magnetisierung des Elastomer-Ferrit-Gemisches 35' die magnetischen Eigenschaften des Magnetencoders 28', die durch den Hallsensor 40' erfassbar sind. In dieser Weiterbildung der Erfindung kann das Elastomer-Ferrit-Gemisch 35' eine axial variierende Magnetisierung aufweisen, wie oben beschrieben. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Elastomer-Ferrit-Gemisch 35' über seine axiale Ausdehnung gleichmäßig in radialer Richtung magnetisiert. In dieser Weiterbildung der Erfindung verursacht folglich die radiale Magnetisierung des Elastomer-Ferrit-Gemisches 35' eine Verstärkung des Signals.
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Ferner kann auch eine axial und/oder umfänglich variierende Magnetisierung des Elastomer-Ferrit-Gemischs 35' allein die erfassbare magnetische Eigenschaft darstellen. Vorzugsweise variiert die Magnetisierung des Elastomer-Ferrit-Gemisches in axialer Richtung 36 mit der gleichen Periode wie der Durchmesser des Kerns 29'. Insbesondere geht die in axialer Richtung 36 variierende Magnetisierung des Elastomer-Ferrit-Gemisches 35' mit der infolge des axial variierenden Durchmessers des Kerns 29' variierenden radialen Dicke des Elastomer-Ferrit-Gemisches 35' einher.
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Weiterhin kann auch die effektive magnetische Permeabilität des Elastomer-Ferrit-Gemisches 35' die erfassbare magnetische Eigenschaft darstellen. Die Variation der effektiven magnetischen Permeabilität beruht dabei auf der variierenden radialen Dicke des Elastomer-Ferrit-Gemisches 35'.
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In den oben dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Kern 29, 29' jeweils massiv dargestellt. Es versteht sich, dass in weiteren Ausführungsbeispielen der Kern 29, 29' hohl ausgebildet sein und beispielsweise weitere funktionale Elemente tragen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 5, 5'
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 10
- Zylinder
- 12
- Längsachse
- 15
- Stirnseite
- 20
- Durchführung
- 25, 25'
- Kolbenstange
- 27
- Kolben
- 28, 28'
- Magnetencoder
- 29, 29'
- Kern
- 30
- Hülse
- 35, 35'
- Elastomer
- 36
- Axiale Richtung
- 37
- Dichtung
- 40, 40'
- Hallsensor
- 42
- Umfängliche Richtung
- 45
- Durchführung
- 50
- Verjüngungen
- 55
- Zahnlücken
- 60
- Zähne
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10010042 A1 [0002]
- WO 2004/005748 A1 [0002]
