DE102015119530A1

DE102015119530A1 - Vorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung

Info

Publication number: DE102015119530A1
Application number: DE102015119530.5A
Authority: DE
Inventors: Steffen Hoppe; Marcus Irrgang
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2015-11-12
Filing date: 2015-11-12
Publication date: 2017-05-18
Also published as: US20180259362A1; CN108351223B; CN108351223A; WO2017081282A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100; 200) zur Erfassung einer Drehbewegung eines induktiven Elements, umfassend Antennenmittel (102; 103) und elektronische Steuer- und Auswertmittel (101), wobei die Antennenmittel (102; 103) zur Aussendung und zum Empfang von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet sind und einen Antennenbereich definieren, und wobei die Steuer- und Auswertmittel (101) dazu ausgebildet sind, elektronische Signale an die Antennenmittel (102; 103) auszugeben und von den Antennenmitteln (102; 103) zu empfangen, wobei die Steuer- und Auswertmittel (101) in dem Antennenbereich angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer Drehbewegung eines induktiven Elements gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist eine solche Vorrichtung auch als erster Teil eines induktiven Sensors bekannt. Es ist eine Steuer- und Auswertelektronik vorhanden und mehrere Leiter als Antennen. Dabei sind Anregungsantennen und Empfangsantennen vorhanden. Über die Anregungsantennen kann elektromagnetische Strahlung ausgesendet werden. Diese wird von einem induktiven Element als zweitem Teil des induktiven Sensors empfangen. In diesem induktiven Element wird ein elektrischer Strom induziert, wodurch wiederum elektromagnetische Strahlung emittiert wird, die dann von den Empfangsantennen der Vorrichtung empfangen werden können. Das induktive Element kann auch als Drehgeber bezeichnet werden.
Üblicherweise sind die Anregungsantennen entlang eines Kreisbogenabschnitts angeordnet. Die Empfangsantennen sind im Inneren des durch diesen Kreisbogenabschnitt definierten Kreises angeordnet. Es ist allerdings auch möglich, dass die Empfangsantennen entlang eines Kreisbogenabschnitts angeordnet sind und die Anregungsantennen im Inneren des durch diesen Kreisbogenabschnitt definierten Kreises angeordnet sind. Der Kreis ist im Betrieb an oder gegenüber einem Bauteil angeordnet, dessen Drehbewegung und/oder Position durch den induktiven Sensor bestimmt werden soll. Das induktive Element ist so angeordnet, dass seine Antennen gegenüber den Antennen der Vorrichtung angeordnet sind.
Die Antennen des induktiven Elements sind flächig ausgebildet, sodass die von ihm ausgesandte elektromagnetische Strahlung von den Empfangsantennen der Vorrichtung besonders stark empfangen wird, wenn die flächigen Antennen des induktiven Elements die Empfangsantennen der Vorrichtung überstreichen. Das empfangene Signal wird dann von der Steuer- und Auswertelektronik ausgewertet. Die Empfangsantennen der Vorrichtung teilen den durch den Kreisbogenabschnitt definierten Kreis in mehrere Abschnitte. Bei einer Rotation des induktiven Elements relativ zur Vorrichtung überstreichen die flächigen Antennen des induktiven Elements die Empfangsantennen der Vorrichtung. Aus dem daraus resultierenden elektrischen Signal bestimmt die Steuer- und Auswertelektronik die Geschwindigkeit der Drehbewegung und/oder die relative Ausrichtung des induktiven Elements relativ zur Vorrichtung. Der induktive Sensor kommt beispielsweise zum Einsatz, um die Position und Drehbewegung einer Nockenwelle oder die Stellung eines Pedals zu bestimmen.
Die Steuer- und Auswertelektronik ist im Stand der Technik üblicherweise außerhalb des durch den Kreisbogenabschnitt definierten Kreises angeordnet, sodass die Vorrichtung relativ viel Bauraum benötigt und nicht rotationssymmetrisch ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die weniger Bauraum benötigt. Außerdem soll ein System aus einer solchen Vorrichtung und einem drehbaren induktiven Element geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein System gemäß Anspruch 10 gelöst. Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Vorrichtung umfasst Antennenmittel und elektronische Steuer- und Auswertmittel. Die Antennenmittel sind zur Aussendung und zum Empfang von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet. Beispielsweise kann es sich bei den Antennenmitteln um Leiter auf einer Leiterplatte handeln. Es können erste Leiter zur Aussendung und zweite Leiter zum Empfang ausgebildet sein. Die Antennenmittel definieren einen Antennenbereich. Der Antennenbereich kann also an die Form und Anordnung der Antennenmittel angepasst sein. Insbesondere kann der Antennenbereich durch einen Teil der Antennenmittel, beispielsweise die zur Aussendung von Strahlung ausgebildeten Antennenmittel, begrenzt sein. Es ist auch möglich, dass eine gedachte Verlängerung der geometrischen Form des Teils der Antennenmittel die Begrenzung des Antennenbereichs darstellt. Wenn beispielsweise die Antennenmittel zur Aussendung von Strahlung auf einem Kreisbogenabschnitt angeordnet sind, so kann der Antennenbereich durch den durch den Kreisbogenabschnitt definierten Kreis begrenzt sein.
Die Steuer- und Auswertmittel sind dazu ausgebildet, elektronische Signale an die Antennenmittel auszugeben und von den Antennenmitteln zu empfangen. Die Steuer- und Auswertmittel können also steuern, wann Strahlung durch die Antennenmittel ausgesendet wird und von den Antennenmitteln empfangene Signale auswerten.
Bei einer Drehung des induktiven Elements relativ zur Vorrichtung senden die Antennenmittel der Vorrichtung elektromagnetische Strahlung aus, die im induktiven Element einen Strom erzeugt, der wiederum zur Aussendung von elektromagnetischer Strahlung führt. Diese elektromagnetische Strahlung wird von den Antennenmitteln der Vorrichtung empfangen und das daraus resultierende Signal an die Steuer- und Auswertmittel geleitet. Die Steuer- und Auswertmittel sind dazu ausgebildet, aus dem Signal die Position und/oder die Drehgeschwindigkeit des induktiven Elements relativ zur Vorrichtung zu bestimmen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuer- und Auswertmittel in dem Antennenbereich angeordnet sind. Hierdurch wird weniger Bauraum benötigt, da kein zusätzlicher Bauraum für die Steuer- und Auswertmittel vorhanden sein muss. Im Stand der Technik ist die Anordnung der Steuer- und Auswertmittel außerhalb des Antennenbereichs auch nachteilig, da die Vorrichtung bei einem rotationssymmetrischen Antennenbereich aufgrund des zusätzlichen Bauraums für die Steuer- und Auswertmittel dann nicht mehr rotationssymmetrisch ist.
Die Anordnung der Steuer- und Auswertmittel innerhalb des Antennenbereichs wurde im Stand der Technik nicht in Erwägung gezogen, weil unter anderem die Menge der von der Vorrichtung gesammelten Informationen über die Drehbewegung reduziert wird, da entweder weniger Bauraum für die Antennenmittel vorhanden ist und/oder die Steuer- und Auswertmittel die elektromagnetische Strahlung beeinflussen. Hierunter leidet die Genauigkeit der Vorrichtung. Diese Minderung der Genauigkeit kann jedoch oftmals akzeptiert werden, da die Genauigkeit immer noch ausreichend ist und die Einsparung des Bauraums der wichtigere Effekt ist.
Aufgrund der Anordnung der Steuer- und Auswertmittel innerhalb des Antennenbereichs ist es möglich, dass die Antennenmittel den Antennenbereich nicht vollständig abdecken. Der Teilbereich, in dem die Steuer- und Auswertmittel angeordnet sind, kann frei von Antennenmitteln sein. In diesem Fall können die Antennen des induktiven Elements, dessen Rotation und/oder Position gemessen werden soll, kreisförmig oder auch nicht kreisförmig angeordnet sein.
Besonders vorteilhaft ist, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung in Kombination mit einem aus dem Stand der Technik bekannten induktiven Element verwendet werden kann, sodass der Produktionsaufwand verringert wird. Alternativ dazu kann auch ein induktives Element verwendet werden, dessen Antennen asymmetrisch angeordnet sind.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Antennenbereich rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn – wie beispielsweise häufig im Automobilbau beim Einsatz der Vorrichtung zur Erfassung der Position und/oder Drehbewegung von Wellen – der für die Vorrichtung vorhandene Platz besonders eng und ebenfalls rotationssymmetrisch ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Antennenbereich als Kreis oder als Kreisbogenabschnitt ausgebildet sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Position und/oder Drehbewegung eines Bauteils erfasst werden soll, das eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Antennenbereich durch die Anordnung und Form der Antennenmittel definiert sein. Es ist also möglich, dass der Antennenbereich ausschließlich Bereiche umfasst, die der Form und der Anordnung der Antennenmittel entsprechen. Wenn also beispielsweise die Antennenmittel im Wesentlichen in einem Kreis angeordnet sind, weist der Antennenbereich ebenfalls eine Kreisform auf.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Antennenbereich einen Bereich umfassen, der durch eine gedachte Verlängerung zumindest eines Teils der Antennenmittel unter Beibehaltung der geometrischen Form definiert ist. Wenn also beispielsweise die zur Aussendung von elektromagnetischer Strahlung ausgebildeten Antennenmittel in einem Kreisbogenabschnitt angeordnet sind, kann der Antennenbereich durch den durch den Kreisbogenabschnitt definierten Kreis definiert sein. Der Antennenbereich kann sich insbesondere auf diesen Kreis beschränken.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann zumindest ein Teil der Antennenmittel entlang eines Kreisbogenabschnitts angeordnet sein. Dieser Teil der Antennenmittel kann beispielsweise die Antennenmittel umfassen, die zur Aussendung von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet sind. Der Antennenbereich kann in diesem Fall den gesamten durch den Kreisbogenabschnitt definierten Kreis umfassen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung zumindest ein elektronisches Bauteil umfassen, das sowohl Bestandteil der Antennenmittel als auch Bestandteil der Steuer- und Auswertmittel ist. Hierdurch wird eine besonders hohe Genauigkeit der Vorrichtung bei erfindungsgemäß geringem Bauraum erreicht, da dieses elektronische Bauteil eine Doppelfunktion als Antennenmittel und als Bestandteil der Steuer- und Auswertmittel hat. Es kann sich beispielsweise um einen Kondensator handeln, der in Verlängerung eines Leiters als Bestandteil der Antennenmittel angeordnet ist und gleichzeitig Bestandteil der Steuer- und Auswertmittel ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Vorrichtung eine Leiterplatte umfassen, auf der die Antennenmittel und die Steuer- und Auswertmittel angeordnet sind. Dies ist eine besonders platzsparende Bauweise der Vorrichtung.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Steuer- und Auswertmittel und die Antennenmittel auf der Leiterplatte zumindest teilweise übereinander angeordnet sein. Auf diese Weise lässt sich der Bauraum besonders effizient nutzen. In Draufsicht auf die Leiterplatte könnten dann beispielsweise Bauteile der Steuer- und Auswertmittel die Antennenmittel teilweise überdecken.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematische Draufsicht auf eine Vorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung; und
4 eine Detailansicht der Vorrichtung aus 3.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung 100 dient der Erfassung einer Drehbewegung eines nicht dargestellten induktiven Elements. Das induktive Element kann beispielsweise an einem drehbaren Bauteil angeordnet sein und bei einer Rotation dieses Bauteils ebenfalls rotieren.
Die Vorrichtung 100 umfasst Steuer- und Auswertmittel 101 und Antennenmittel 102 und 103. Die Antennenmittel 102 sind dabei zur Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung ausgebildet. Die Antennenmittel 103 sind zum Empfang elektromagnetischer Strahlung ausgebildet. Die Antennenmittel 102 sind elektrisch mit den Steuer- und Auswertmitteln 101 verbunden, sodass die Steuer- und Auswertmittel die Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung durch die Antennenmittel 102 auslösen können. Im Betrieb der Vorrichtung wird die von den Antennenmitteln 102 abgestrahlte elektromagnetische Strahlung durch den induktiven Sensor empfangen. Der induktive Sensor umfasst einen oder mehrere Leiter, in denen durch die elektromagnetische Strahlung ein elektrischer Strom induziert wird. Dieser löst wiederum die Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung aus, die dann durch die Antennenmittel 103 empfangen wird und dort einen Stromfluss auslöst. Die Antennenmittel 103 sind elektrisch mit den Steuer- und Auswertmitteln 101 verbunden, sodass der induzierte Stromfluss zu den Steuer- und Auswertmitteln 101 gelangt und dort ausgewertet wird. Aufgrund der Vielzahl der Antennenmittel 103 kann die Drehbewegung und/oder die Position des induktiven Elements relativ zur Vorrichtung 100 gemessen werden.
Die Antennenmittel 102 und 103 definieren durch ihre Position und Ausrichtung einen Antennenbereich, der kreisförmig und somit rotationssymmetrisch ist. Der äußerste Leiter, die zu den Antennenmitteln 102 gehört, definiert dabei den Umfang des Kreises. Die Steuer- und Auswertmittel 101 sind innerhalb dieses Antennenbereichs angeordnet, sodass die Vorrichtung 100 ebenfalls rotationssymmetrisch ist. Diese rotationssymmetrische Form hat den Vorteil, dass die Vorrichtung besonders gut eingesetzt werden kann, wenn der vorhandene Bauraum gering ist. Außerdem kann sie besonders platzsparend an rotierenden Bauteilen angeordnet werden.
Die in 2 dargestellte Vorrichtung 200 ist im Wesentlichen ähnlich aufgebaut wie die Vorrichtung 100 aus 1. Es ist lediglich im inneren Teilabschnitt des Antennenbereichs eine Freifläche vorhanden, sodass hier eine Ausnehmung eingebracht werden kann, durch die dann das Bauteil, an dem die Vorrichtung 200 angeordnet wird, hindurchragen kann.
In 3 ist die Vorrichtung 100 mit dem Unterschied dargestellt, dass ein elektronisches Bauteil 300 sowohl Bestandteil der Antennenmittel 103 als auch der Steuer- und Auswertmittel 101 ist. Hierdurch kann weiterer Bauraum eingespart werden bzw. der vorhandene Bauraum kann effizienter für zwei Funktionen genutzt werden. Die übrigen Bestandteile der Steuer- und Auswertmittel 101 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Sie können beispielsweise ähnlich angeordnet sein wie in 1 dargestellt. Bei dem elektronischen Bauteil 300 kann es sich beispielsweise um einen Kondensator handeln.
In 4 ist das elektronische Bauteil 300 detaillierter dargestellt. Es kann beispielsweise an seinen beiden Enden elektrisch mit einem Leiter verbunden sein, sodass es Bestandteil der Antennenmittel 103 ist. Über diesen Leiter kann das elektronische Bauteil mit den Steuer- und Auswertmitteln 101 verbunden sein, sodass es ebenfalls Bestandteil davon ist.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung
101: Steuer- und Auswertmittel
102: Antennenmittel
103: Antennenmittel
200: Vorrichtung
201: Antennenmittel
300: Elektronisches Bauteil

Claims

Vorrichtung (100; 200) zur Erfassung einer Drehbewegung eines induktiven Elements, umfassend Antennenmittel (102; 103) und elektronische Steuer- und Auswertmittel (101), wobei die Antennenmittel (102; 103) zur Aussendung und zum Empfang von elektromagnetischer Strahlung ausgebildet sind und einen Antennenbereich definieren, und wobei die Steuer- und Auswertmittel (101) dazu ausgebildet sind, elektronische Signale an die Antennenmittel (102; 103) auszugeben und von den Antennenmitteln (102; 103) zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswertmittel (101) in dem Antennenbereich angeordnet sind.
Vorrichtung (100; 200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenbereich rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Vorrichtung (100; 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenbereich als Kreis oder als Kreisbogenabschnitt ausgebildet ist.
Vorrichtung (100; 200) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenbereich durch die Anordnung und Form der Antennenmittel (102; 103) definiert ist.
Vorrichtung (100; 200) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenbereich einen Bereich umfasst, der durch eine gedachte Verlängerung zumindest eines Teils der Antennenmittel (102; 103) unter Beibehaltung der geometrischen Form definiert ist.
Vorrichtung (100; 200) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Antennenmittel (102) entlang eines Kreisbogenabschnitts angeordnet sind, wobei der Antennenbereich den gesamten durch den Kreisbogenabschnitt definierten Kreis umfasst.
Vorrichtung (100; 200) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100; 200) zumindest ein elektronisches Bauteil (300) umfasst, das sowohl Bestandteil der Antennenmittel (102; 103) als auch Bestandteil der Steuer- und Auswertmittel (101) ist.
Vorrichtung (100; 200) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100; 200) eine Leiterplatte umfasst, auf der die Antennenmittel (102; 103) und die elektronischen Steuer- und Auswertmittel (101) angeordnet sind.
Vorrichtung (100; 200) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Auswertmittel (101) und die Antennenmittel (102; 103) auf der Leiterplatte zumindest teilweise übereinander angeordnet sind.
System, umfassend eine Vorrichtung (100; 200) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche und ein drehbares induktives Element, wobei das induktive Element zumindest ein weiteres Antenennmittel umfasst, das dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Strahlung von den Antennenmitteln (102) der Vorrichtung zu empfangen und als Reaktion darauf elektromagnetische Strahlung in Richtung der Antennenmittel (103) der Vorrichtung (100; 200) zu emittieren.