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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Messaufnehmers und den Messaufnehmer.
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Aus der
DE 44 259 03 C3 und der
EP 238 922 B1 sind Positionssensoren bekannt, die nach dem Prinzip der linearen Wegmessung basierend auf einer permanentmagnetischen linearen kontaktlosen Verschiebung, PLCD genannt, arbeiten. Derartige Positionssensoren sind auch als lineare induktive Positionssensor, LIPS genannt bekannt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannten Positionssensoren zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Sensor zum Erfassen einer Position eines Gebermagneten in einer Bewegungsrichtung eine sich in der Bewegungsrichtung erstreckende erste Spule, eine nach der ersten Spule ausgerichtete zweite und dritte Spule, die in der Bewegungsrichtung betrachtet zu einem Symmetriepunkt symmetrisch zueinander angeordnet sind und mit der ersten Spule entsprechend einen ersten und zweiten Übertrager ausbilden, deren Übertragungsverhältnis von der Position des Gebermagneten abhängig ist, und eine magnetische Asymmetrie, die das Übertragungsverhältnis einer der Übertrager gegenüber dem anderen Übertrager verändert.
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Der angegebene Sensor ist damit hinsichtlich seines Messbereichs symmetrisch aufgebaut. Unter einer Asymmetrie soll dabei nachstehend ein Element in dem angegebenen Sensor verstanden werden, das in diese Symmetrie des Messbereichs eine Asymmetrie einbringt. Das Element muss damit nicht in jeder Hinsicht unsymmetrisch aufgebaut sein, es soll lediglich die Symmetrie innerhalb des Messbereichs verzerren.
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In einer Weiterbildung des angegebenen Sensors umfasst die magnetische Asymmetrie eine geometrische Asymmetrie.
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In einer anderen Weiterbildung des angegebenen Sensors ist das Übertragungsverhältnis des Übertragers, der in Bewegungsrichtung des Gebermagneten gesehen vorn angeordnet ist, durch die magnetische Asymmetrie größer, als das Übertragungsverhältnis des Übertragers, der in Bewegungsrichtung des Gebermagneten gesehen hinten angeordnet ist.
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In einer noch anderen Weiterbildung des angegebenen Sensors ist die Asymmetrie eine asymmetrische Geometrie der zweiten Spule zur dritten Spule umfasst.
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In einer zusätzlichen Weiterbildung des angegebenen Sensors umfasst die asymmetrische Geometrie der zweiten Spule zur dritten Spule eine asymmetrische Windungszahl und/oder Windungsdichte der zweiten Spule zur dritten Spule.
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In einer alternativen Weiterbildung des angegebenen Sensors die Asymmetrie eine ortsabhängige Änderung der Geometrie der ersten Spule umfasst.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des angegebenen Sensors umfasst die Asymmetrie ein Element, das eine Kopplung zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule des ersten Übertragers gegenüber einer Kopplung zwischen der ersten Spule und der dritten Spule des zweiten Übertragers verändert.
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In einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Sensors umfasst das Element eine in Bewegungsrichtung gesehene ortsabhängige Querschnittgeometrie.
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In einer besonders bevorzugten Weitebildung des angegebenen Sensors ist das Element vom Symmetriepunkt aus gesehen unsymmetrisch angeordnet.
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Der angegebene Sensor ist besonders bevorzugt ein linearer Positionssensor, LIPS genannt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Ansteuern einer Bremsanlage eines Fahrzeuges, ein Bremspedal zum Einstellen einer Bremskraft durch Verschieben des Bremspedals in einer Bewegungsrichtung und einen Sensor nach einem der vorstehenden Ansprüche zum Erfassen der Lage des Bremspedals in der Bewegungsrichtung und zum Ausgeben eines die einzustellende Bremskraft anzeigenden Signals in Abhängigkeit der erfassten Lage des Bremspedals.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
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1 eine schematische Darstellung eines Tandemhauptzylinders mit einem Wegsensor,
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2 eine schematische Darstellung des Wegsensors aus 1,
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3 eine perspektivische Ansicht eines linearen Positionssensors,
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4 eine Kennlinie des linearen Positionssensors aus 3,
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5 eine Schnittdarstellung des linearen Positionssensors aus 3,
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6 eine Schnittdarstellung eines alternativen linearen Positionssensors,
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7 eine Schnittdarstellung eines noch alternativen linearen Positionssensors,
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8 eine Schnittdarstellung eines weiteren alternativen linearen Positionssensors, und
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9 eine Schnittdarstellung eines noch weiteren alternativen linearen Positionssensors zeigen.
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In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die einen Tandemhauptzylinder 2 mit einem Wegsensor 4 zeigt.
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Der Tandemhauptzylinder 2 weist ferner einen Druckkolben 6 auf, der in einer Bewegungsrichtung 8 in einem Gehäuse 10 beweglich angeordnet ist, wobei die Bewegung des Druckkolbens 6 durch ein nicht gezeigtes Fußpedal gesteuert werden kann. Der Druckkolben 6 selbst ist in einen Primärkolben 12 und einen Sekundärkolben 14 unterteilt, wobei der Primärkolben 12 einen Eingang des Gehäuses 10 verschließt und der Sekundärkolben 12 den Innenraum des Gehäuses 10 in eine Primärkammer 16 und eine Sekundärkammer 18 unterteilt. Im Bereich des Eingangs des Gehäuses 10 ist am Primärkolben 12 eine Sekundärmanschette 20 angeordnet, die den Innenraum des Gehäuses 10 von der Umgebungsluft isoliert. In den Innenraum des Gehäuses 10 hinein gesehen folgt nach der Sekundärmanschette 20 eine Primärmanschette 22, die einen Spalt zwischen dem Primärkolben 12 und einer Wand des Gehäuses 10 abdichtet. Eine Druckmanschette 24 am Sekundärkolben 14 isoliert den Druck der Primärkammer 16 vom Druck der Sekundärkammer 18. Ferner dichtet eine weitere Primärmanschette 26 am Sekundärkolben 14 einen Spalt zwischen dem Sekundärkolben 14 und der Wand des Gehäuses 10 ab. Der Primärkolben 12 ist gegen den Sekundärkolben 14 über eine erste Feder 28 abgestützt, während der Sekundärkolben gegen einen Gehäuseboden über eine zweite Feder 30 abgestützt ist. Über einen ersten und zweiten Anschluss 32, 34 können entsprechend die Primärkammer 16 und die Sekundärkammer 18 mit nicht gezeigter Hydraulikflüssigkeit versorgt werden.
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Da dem Fachmann die Funktionsweise eines Tandemhauptzylinders bekannt ist, soll auf eine detaillierte Darstellung dieser verzichtet werden.
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Der Wegsensor 4 weist einen Probekörper in Form eines Schiebers 36 mit einem Gebermagneten 37 an seinem Kopfende auf, der in die Bildebene hinein betrachtet unter einen noch zu beschreibenden Sensorschaltkreis 38 geschoben werden kann. Zum Schieben des Schiebers 36 weist der Primärkolben 12 einen Flansch 40 auf, an dem der Schieber 36 gegengelagert ist. Der Flansch 40 und der Primärkolben 12 bilden damit gemeinsam ein Messobjekt, dessen Position durch die noch zu beschreibenden Sensorschaltkreis 38 des Wegsensors 4 ermittelt wird. Der Sensorschaltkreis 38 ist aus mehreren Leiterbahnen auf einem Verdrahtungsträger 42, wie einem Leadframe, einer Leiterplatte oder einem anderen Substrat gebildet. Auf die Leiterplatte 42 mit dem Sensorschaltkreis 38 kann zum Schutz beispielsweise vor Schmutz ein Deckel 46 aufgelegt sein.
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Es wird auf 2 Bezug genommen, die den Wegsensor 4 aus 1 zeigt.
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Der Schaltkreis 38 des Wegsensors umfasst einen Wandler 48, der in der vorliegenden Ausführung als linearer induktiver Positionssensor, LIPS genannt ausgebildet ist. Der LIPS 48 erfasst ein magnetisches Feld 50 des Gebermagneten 37 und gibt darauf basierend ein nicht näher referenziertes elektrisches Gebersignal an den Schaltkreis 38 aus. Dieses Gebersignal wird von einem ersten Signalverarbeitungschip 52 und einem zweiten Signalverarbeitungschip 54 in ein nicht näher referenziertes Messsignal umgewandelt, aus dem die Lage des Schiebers 36 und damit die Lage des Flansches 40 und des Primärkolbens 12 hervorgeht. Das so erzeugte Messsignal kann abschließend an einer Sendeschnittstelle 56 des Wegsensors 4 über ein nicht weiter dargestelltes Kabel abgegriffen und zu einer nicht weiter dargestellten höheren Signalverarbeitungseinheit wie beispielsweise einer Motorsteuerung in einem nicht weiter dargestellten Fahrzeug weitergeleitet werden.
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Der Schaltkreis 38 kann Schutzelemente 58 zum Schutz der beiden Signalverarbeitungschips 52, 54 beispielsweise vor einer Überspannung umfassen. Ferner kann zwischen dem Schaltkreis 38 und dem LIPS 48 eine Abschirmplatte 60 angeordnet sein, die elektromagnetische Felder zwischen dem Schaltkreis 38 und dem Wandler 38 abschirmt und so einen Einfluss des Schaltkreises 38 auf den LIPS 48 vermeidet.
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In der vorliegenden Ausführung ist der LIPS 48 über einen Formschluss 62 in einer definierten Lage auf dem Verdrahtungsträger 42 angeordnet. Dabei umgibt den Verdrahtungsträger 42 und den Wandler 48 eine Schutzmasse 64.
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In 3 ist eine perspektivische Ansicht des LIPS 48 dargestellt. Der LIPS 48 umfasst einen Spulenträger 66 mit einem Wicklungsraum, der über vier Stege 68 in einen Mittelabschnitt 70 und zwei Seitenabschnitte 72 gegliedert ist. Der Spulenträger 66 trägt eine sich entlang eines in 3 nicht weiter sichtbare Kerns erstreckende Primärspule 74, welche im vorliegenden Fall als einlagig angenommen werden soll. An den beiden gegenüberliegenden Randzonen der Primärspule 74 trägt der Spulenträger 66 dicht gewickelte Sekundärspulen 76 zur Messung einer Induktionsspannung.
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Das heißt, dass die Spulen 74, 76 in dem LIPS 48 auf zwei verschiedene Weisen unterschieden werden können. Einerseits wirken die Spulen im Rahmen eines Messtransformators zusammen, wobei die Primärspule 74 ein magnetisches Feld erregt und in den Sekundärspulen 76 die Induktionsspannung induziert. Die Wahl der Primär- und Sekundärspulen 74, 76 ist prinzipiell beliebig und muss nicht in der in 3 gezeigten Weise ausgestaltet sein. Der LIPS 48 der vorliegenden Ausführung soll mit ratiometrischer Signalverarbeitung auswertbar sein, weshalb die Wahl der Primärspule 74 und der Sekundärspulen 76 in der zuvor genannten Weise erfolgt. Die an einen solchen LIPS 48 angeschlossene Signalverarbeitung führt je eine Messung der Induktionsspannung an beiden Sekundärspulen 76 aus und verrechnet die beiden gemessenen Induktionsspannungen mit einem geeigneten Algorithmus, der die Unterdrückung von Störungen zum Ziel hat. Im einfachsten Fall kann das durch eine geeignete Reihenschaltung der Sekundärspulen 76 erfolgen. Vorzugsweise erfolgt dies durch eine analoge oder digitale Signalverarbeitung, die weitgehende Freiheiten bei der Gestaltung einer mathematischen Abbildung bietet, mit der aus den beiden Induktionsspannungen der Positionswert berechnet wird.
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Ferner lassen die Spulen 74, 76 hinsichtlich ihrer geometrischen Gestalt in Spulen 74 mit geringer Windungsdichte unterteilen, die annähernd entlang der gesamten Kernlänge gewickelt sind (im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Primärspule 74), sowie solche, die kompakt mit hoher Windungsdichte an einer bestimmten Stelle des nicht gezeigten Kerns gewickelt sind (im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Sekundärspulen 76).
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Weitere Details zur Funktionsweise eines LIPS sind beispielsweise aus den Druckschriften
DE 44 259 03 C3 und der
EP 238 922 B1 entnehmbar.
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Der LIPS 48 weist eine in 4 dargestellte Kennlinie 78 auf, in der die zu messende Größe, also die Position 80 des Gebermagneten 37 und die, die zu messende Größe anzeigende Ausgangsgröße, also die Induktionsspannungen 82 an den Sekundärspulen 76 gegenübergestellt sind.
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Je nach Anwendungsfall kann es für den LIPS 48 entweder erwünscht sein, dass die Kennlinie 78 überall stets die gleiche Steigung hat, oder dauerstabil Zonen mit unterschiedlicher Steigung aufweist.
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Weist die Kennlinie 78 des LIPS 48 einen linearen Verlauf auf, können die Messergebnisse des LIPS 48 in einem analogen Regler, einem Messwerk oder zur Anzeige für manuelle Ablesung (Anmerkung zur Terminologie: Lineare Wegmessung = Messung geradliniger Bewegungen; lineare Kennlinie = linearer Zusammenhang zwischen gemessener Position und Ausgangsgröße) unmittelbar weiterverarbeitet werden. Daher wird heute in den allermeisten Fällen versucht, den LIPS 48 mit einer linearen Kennlinie 78 aufzubauen. Sollte die Kennlinie 78 prinzipbedingt nichtlinear ausgebildet sein, so kann sie in digitalen Systemen auf einfache Weise korrigiert werden. Dabei sind die Empfindlichkeit des LIPS 48 und damit seine Genauigkeit und seine Auflösung konstant und werden von der Steigung der linearen Kennlinie beeinflusst.
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Ein Beispiel für eine Anwendung mit ortsabhängigem Genauigkeitsund Auflösungsbedarf und damit, über den gesamten Messbereich betrachtet, einer nichtlinearen Kennlinie ist eine elektrohydraulische Bremsanlage mit dem in 1 gezeigten Tandemhauptzylinder 2, in dem der LIPS 48 zur Messung der Bremspedalstellung verwendet wird. Der LIPS 48 erfasst mit der Bremspedalstellung den Fahrerwunsch und verwendet das Messergebnis in einem dazugehörigen, nicht weiter dargestellten Regelsystem. Bei einem Pkw, der sich im normalen Straßenverkehr bewegt, wird die Bremspedalstellung ganz überwiegend in der Ruheposition oder in deren Nähe liegen, während ein stark ausgelenktes Bremspedal – entsprechend einer Vollbremsung – eine seltene Fahrsituation ist. Diese Situation ist von überragender Bedeutung für die Sicherheit des Fahrzeugs, verlangt jedoch gerade nicht nach höchstem Feingefühl im Bremspedal. Die höchsten Anforderungen hinsichtlich der Qualität der Regelung in der Bremsanlage werden dagegen bei den vielen Bremsvorgängen mit geringer Verzögerung gestellt, weil bei diesen Bremsvorgängen eine feinfühlige Steuerung des Bremsvorgangs entscheidend für Komfort und Fahrverhalten ist. Ein hoher Komfort in diesem Sinne lässt sich erreichen, indem Genauigkeit und Auflösung des Positionssensors im Anfangsbereich gesteigert werden, ggf. auf Kosten der entsprechenden Werte am Ende des Messbereichs. Von einer hohen Genauigkeit profitiert der Fahrer, weil das System auf eine bestimmte Auslenkung des Bremspedals dann besonders reproduzierbar hinsichtlich der erzielten Verzögerung reagiert. Von einer hohen Auflösung profitiert der Fahrer, weil die potentiell störende Diskretisierung der Messgröße in einem digitalen System dann verborgen bleibt.
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Der LIPS 48 sollte daher so ausgestaltet sein, dass seine Kennlinie 78 an die Anwendung angepasst. Andererseits sollten die Spulen 74, 76 des LIPS 48 möglichst wenig über die Endpunkte des Messbereichs hinausragen. Dabei geht es um die für elektrohydraulische Bremssysteme besonders relevante Konstellation, bei der hohe Genauigkeit und Auflösung am Anfang des Messbereichs und in dessen Nähe erforderlich sind und gleichzeitig der Bauraum in diesem Teil des Messbereichs besonders beschränkt ist. Als Anfang des Messbereichs kann beispielsweise derjenige Teil betrachtet werden, der die Ruhestellung des Bremspedals und Bremsungen mit geringer Verzögerung umfasst, das heißt insbesondere der Bereich, der bei der Fahrt im normalen Straßenverkehr ohne Notsituation ständig benutzt wird.
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Hier setzt das Ausführungsbeispiel an, indem die Kennlinie 78 des LIPS 48 absichtlich nichtlinear ausgeführt wird. Diese nichtlineare Kennlinie 78 kann zur Leistungssteigerung des LIPS 48 genutzt werden, indem die nichtlineare Kennlinie 78 an den ortsabhängigen Genauigkeits- und Auflösungsbedarf der jeweiligen Anwendung angepasst wird.
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Auflösung und Genauigkeit werden dort lokal gesteigert, wo die nichtlineare Kennlinie des LIPS 48 steiler ausgelegt wird, d.h. eine bestimmte Änderung der Messgröße eine starke Änderung der Ausgangsgröße zur Folge hat (= höhere Empfindlichkeit). Umgekehrt sinken Auflösung und Genauigkeit dort lokal, wo die nichtlineare Kennlinie 78 flacher verläuft. Meist steht nur ein begrenzter Wertebereich für die Ausgangsgröße zur Verfügung, daher muss für eine lokale Erhöhung der Steilheit der Kennlinie 78 sowie von Auflösung und Genauigkeit an anderer Stelle etwas von diesen Eigenschaften geopfert werden.
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Ursache für die Steigungsabhängigkeit von Auflösung und Genauigkeit ist, dass Störungen und Rauschen, die ebenfalls vom LIPS 48 oder anderen Stufen der Signalverarbeitung auf die Induktionsspannungen 82 als Ausgangsgröße übertragen werden, meist nicht durch die Kennlinie 78 (d.h. bezüglich der Messgröße) in ihrer Amplitude verändert werden. An jeder Stelle der Kennlinie 78 haben Störungen und Rauschen damit einen typischen Wert einer Kenngröße (Amplitude, spektrale Leistungsdichte, Effektivwert o.ä.), der die Unterscheidbarkeit benachbarter Werte der zu messnach unten begrenzt. Je steiler die Kennlinie 78, desto näher liegen dazugehörige unterscheidbare Werte der zu erfassenden Position 80 als Messgröße beieinander, was beispielhaft in 4 dargestellt ist.
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Geht man am Beispiel der 4 von einer Unterscheidbarkeit von Ausgangswerten 81, 83 der Induktionsspannungen 82 als Ausgangsgröße aus, die um eine Ausgangsdifferenz 84 differieren, so ergibt sich im flachen Bereich der Kennlinie 78 eine Unterscheidbarkeit von zwei Werten 86, 88 der zu erfassenden Position 80 als Messgröße, die um eine erste Messdifferenz 90 differieren. Im steilen Bereich der Kennlinie 78 führt die gleiche Ausgansdifferenz 84 bei den Induktionsspannungen 82 hingegen zu einer zweiten Messdifferenz 92, die kleiner ist, als die erste Messdifferenz 90 und somit unterscheidbar von dieser ist. Das notwendige Intervall für die Unterscheidbarkeit ist unmittelbar die Auflösung. Da viele Störungen meist ebenfalls nur innerhalb eines bestimmten Intervalls in den Induktionsspannungen 82 als Ausgangsgröße wirken, ist der Zusammenhang hinsichtlich der Genauigkeit analog.
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Im Rahmen des oben genannten Bremssystems wäre es beispielsweise günstig, den LIPS 48 im unteren Wertebereich der zu erfassenden Position 80 störungsunanfälliger auszugestalten, da der Fahrer das Bremspedal in diesem Wertebereich, wie bereits gesagt, wahrscheinlich feinfühliger betätigen wird, als im oberen Wertebereich der zu erfassenden Position 80. Hierzu könnte die Steigung der Kennlinie 78 des LIPS 48 im unteren Wertebereich geringer ausgestaltet werden, als im oberen Wertebereich.
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Dazu wird im Rahmen der vorliegenden Ausführung die geometrische Gestalt des sich aus den Spulen 74, 76 ergebenden Transformators modifiziert. Anstelle eines durchweg symmetrischen Aufbaus des LIPS 48 wird gezielt wenigstens eine Asymmetrie in den Transformator eingebracht, bei dem mindestens eine Komponente des LIPS 48 (eine der Wicklungen, die Hälften eines Wicklungspaars oder der Kern) asymmetrisch bezüglich einer Ebene ist, die senkrecht zur Messrichtung in der Mitte des Messbereichs der zu messenden Position 80 angeordnet ist. Bei entsprechender Gestaltung der Asymmetrie ändern sich die Beiträge der Sättigung des Kerns und/oder die Induktionsspannungen 82 zum Messergebnis in Abhängigkeit von der Position 80 des Gebermagneten 37, wodurch die gewünschte Nichtlinearität in der Kennlinie 78 erreicht ist.
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An einer Stelle weitere unten sind Möglichkeiten zur Erzeugung einer Asymmetrie mit der gewünschten Kennlinienänderung beispielhaft dargestellt. Diese Möglichkeiten sind grundsätzlich kombinierbar. Ihre Wirkung wird sich bei Kombination im Regelfall verstärken. Wegen der starken Nichtlinearität des Wirkprinzips des LIPS 48 ist davon auszugehen, dass die Kombination nicht nach dem Superpositionsprinzip behandelt werden kann. Der Beitrag einer bestimmten Änderung der Gestalt des Transformators aus den Spulen 74, 76 hängt also auch von den anderen Gestaltänderungen ab.
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Die einzelnen Gestaltänderungen sind die folgenden (Definition von „Anfang“ wie oben, „Ende“ entsprechend, bezieht sich auf den Messbereich und damit die zu erfassende Position des Gebermagneten 37):
- 1. Änderung der Länge des (in 3 nicht gezeigten) Kerns
a. Verlängerung des Kerns am Anfang
b. Verkürzung des Kerns am Ende
- 2. Änderung der Anzahl der Windungen der Sekundärwicklungen
a. Windungszahl der Sekundärwicklung am Anfang erhöhen
b. Windungszahl der Sekundärwicklung am Ende reduzieren
- 3. Ortsabhängige Änderung der Windungsdichte der Primärwicklung
a. Windungsdichte am Anfang erhöhen
b. Windungsdichte am Ende reduzieren
- 4. Falls ein zweiter Kern außerhalb der Wicklungen vorhanden ist (Rückschlußkern)
a. Materialquerschnitt des Rückschlußkerns am Anfang reduzieren
b. Materialquerschnitt des Rückschlußkerns am Ende erhöhen
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Die Gestaltänderungen 1.a. bis 3.a. haben zur Folge, dass höhere Spannungen induziert werden, was generell ein Vorteil ist. Allerdings wird dies mit zusätzlichem Materialaufwand und einem höheren Bauraumbedarf, speziell am Anfang, erkauft. Daher sind die komplementären Gestaltänderungen 1.b. bis 3.b. trotz verringerter Spannungen sinnvoll, denn entsprechend wird Material und Bauraum eingespart.
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5 zeigt zusätzlich eine Skala für den Messbereich 94 des Sensors. Der Anfang des Messbereichs 94 (angedeutet durch die Pfeilrichtung des Messbereichs) und das Ende liegen deutlich zwischen den beiden Sekundärspulen 76, weil die Ausgangsspannung eines LIPS 48 ein Extremum erreicht, wenn der Gebermagnet 37 (nicht dargestellt) in die Nähe der Sekundärspulen kommt. Fährt der Gebermagnet 37 über diesen Punkt hinaus, werden für diese Positionen die gleichen Messergebnisse erzielt wie innerhalb des Messbereichs 94. Daher muss der Gebermagnet 37 einen Mindestabstand zu den Sekundärspulen 76 wahren, durch den der Messbereich 94 begrenzt wird. Die Mitte des Messbereichs 94, markiert somit die oben erwähnte Symmetrieebene bezüglich der Spulenträger 66 und Messtransformatoren und wird daher der Übersichtlichkeit halber mit dem Bezugszeichen 96 versehen.
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In 5 ist dabei der Kern 98 des LIPS 48, der zum Aufbau des Messtransformators aus den Spulen 74, 76 verwendet wird, asymmetrisch zur Symmetrieebene 96 angeordnet, indem der Kern 98 am Anfang verlängert und/oder am Ende verkürzt ist.
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6 zeigt eine Lösung entsprechend Punkt 2b der obigen Liste. Die Sekundärspule 76 am Ende des Messbereichs 94 weist gegenüber der Sekundärspule 76 am Anfang des Messbereichs 94 weniger Windungen, beispielsweise nur die Hälfte der Windungen auf. Der Kern 98 aus 6 kann hier und in allen nachstehenden Figuren wieder symmetrisch zur Symmetrieebene 96 eingesetzt werden. Durch die Sekundärspule 76 mit geringerer Windungszahl wird der Bauraumbedarf am Ende des Messbereichs 94 reduziert, während die umgekehrte Maßnahme (Punkt 2a) zu einem erhöhten Bauraumbedarf am Anfang führen würde. Da die Reduzierung der Windungen der Sekundärspule 76 am Ende zu einer Erhöhung von Genauigkeit und Auflösung im besonders interessierenden Bereich am Anfang des Messbereichs 94 führt, können die Abmessungen des LIPS 48 insgesamt reduziert werden, um die Werte auf das Ausgangsniveau zu senken. Damit kann dann eine Einsparung von Bauraum auch am Anfang des Messbereichs realisiert werden. Entsprechendes soll auch für die nachstehend diskutierten Figuren gelten.
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7 stellt ebenfalls eine Lösung nach dem obigen Punkt 2.b. dar. Die Sekundärspule 76 am Ende des Messbereichs 94 wurde hier um die Hälfte in der Länge reduziert. Die technischen Wirkungen dieser Maßnahme ähneln den technischen Wirkungen von 6 deutlich. Ein Vorteil gegenüber 6 besteht darin, dass nun entweder die Gesamtlänge des LIPS 48 verkürzt werden kann. Alternativ kann der Abstand zwischen den Sekundärspulen 76 bei gleichen äußeren Abmessungen vergrößert werden, wodurch ein größerer Messbereich 94 möglich wird.
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8 stellt eine Lösung nach dem obigen Punkt 3.b. dar. Die Windungsdichte der Primärspule 74 wurde gegen Ende des Messbereichs 94 halbiert. Es ist bevorzugt, die Windungsdichte nicht sprunghaft, sondern stetig entlang des Messbereichs 94 zu verändern, da in der Nähe einer Sprungstelle die lokale Auflösung des LIPS 48 auf null sinken kann.
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In 9 ist eine Lösung nach dem obigen Punkt 4.b. gezeigt. Die Spulen 74, 76 werden hier von einem Rückschlusskern 100 eingeschlossen, der auch bei den anderen Varianten des LIPS 48 gemäß den vorherstehenden Figuren optional vorhanden sein kann. Die Besonderheit von 8 besteht darin, dass dieser Rückschlusskern 100 eine Querschnittsfläche aufweist, die von der Position innerhalb des Messbereichs 94 abhängt und sich zum Ende des Messbereichs 94 hin vergrößert. Dabei soll die Ausführung des LIPS 48 gemäß 8 repräsentativ sowohl für einen variablen Querschnitt in radialer Richtung stehen (wie gezeichnet), als auch für einen variablen Querschnitt senkrecht dazu, also in Umfangsrichtung. Weiterhin gehört der Rückschlusskern 100 nicht notwendigerweise zur Halbschnittdarstellung des Messtransformators des LIPS 48, denn es ist ausreichend für die Funktion, wenn der Rückschlusskern 100 sich an einer Seite des Messtransformators befindet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4425903 C3 [0002, 0039]
- EP 238922 B1 [0002, 0039]
