DE102015204052A1

DE102015204052A1 - displacement sensor

Info

Publication number: DE102015204052A1
Application number: DE102015204052.6A
Authority: DE
Inventors: Volker Frese; Remigius Has
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2016-09-08

Abstract

Ein Wegsensor (16) zum Bestimmen eines Abstands zwischen zwei mechanischen Bauteilen (12, 14) umfasst ein an einem ersten Bauteil (12) befestigbares Sensorelement (18), ein an einem zweiten Bauteil (14) befestigbares Schienenelement (20), das von dem Sensorelement (18) geführt und relativ zu dem Sensorelement (18) in einer Längenrichtung (L) verschiebbar ist, wobei das Sensorelement (18) wenigstens eine elektrische Spule (26) umfasst, so dass die Spule (26) das Schienenelement (20) wenigstens teilweise überdeckt. Das Schienenelement (20) weist ein elektrisch leitfähiges und/oder ferromagnetisches Material (24) auf, das derart angeordnet ist, dass sich bei einem Verschieben des Schienenelements (20) in dem Sensorelement (18) eine Flächenbedeckung der Spule (26) bezüglich des elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Materials (24) ändert.A displacement sensor (16) for determining a distance between two mechanical components (12, 14) comprises a sensor element (18) which can be fastened to a first component (12), a rail element (20) which can be fastened to a second component (14) and which can be fastened by the Sensor element (18) guided and relative to the sensor element (18) in a longitudinal direction (L) is displaceable, wherein the sensor element (18) comprises at least one electrical coil (26), so that the coil (26), the rail element (20) at least partially covered. The rail element (20) has an electrically conductive and / or ferromagnetic material (24) which is arranged in such a way that, when the rail element (20) is displaced in the sensor element (18), surface coverage of the coil (26) with respect to the electric field conductive and / or ferromagnetic material (24) changes.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft einen Wegsensor und eine beispielsweise hydraulische oder pneumatische Zylinderanordnung, wie sie etwa in einem Stoßdämpfer eingesetzt werden kann.The invention relates to a displacement sensor and, for example, a hydraulic or pneumatic cylinder arrangement, as it can be used for example in a shock absorber.

Stand der TechnikState of the art

Wegsensoren, die einen Abstand bzw. eine Relativposition zweier mechanischer Bauteile zueinander bestimmen können, werden für verschiedenste Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise zeigt die DE 19 624 801 A1 einen Wegsensor, der mithilfe einer Spule eine Position eines Tauchankers in dem Wegsensor bestimmen kann.Displacement sensors, which can determine a distance or a relative position of two mechanical components relative to one another, are used for a very wide variety of applications. For example, the shows DE 19 624 801 A1 a displacement sensor, which can determine a position of a plunger armature in the displacement sensor by means of a coil.

Für die Fahrwerksregelung am Motorrad werden Höhenstandssensoren zur Bestimmung der aktuellen Radlage benötigt. Am Hinterrad ist dies relativ einfach. Man kann einen Höhenstandssensor verwenden, der auch in einem Pkw für die Einzelradaufhängung verwendet wird. Dieser misst den Winkel zwischen Fahrkörper und der Radaufhängung. Beim Vorderrad eines Motorrads ist zusätzlich ein Gelenk zwischen Motorradkörper und Vorderradgabel vorhanden, das zum Lenken dient.For chassis control on the motorcycle, level sensors are needed to determine the current wheel position. At the rear wheel this is relatively easy. You can use a level sensor, which is also used in a car for independent suspension. This measures the angle between the drive body and the suspension. The front wheel of a motorcycle also has a joint between the motorcycle body and the front fork, which serves for steering.

Wird ein Linearsensor zum Messen des Federwegs am Vorderrad verwendet, kann die maximale Länge des Federwegs (ca. 25 cm) eine Herausforderung sein. Zudem ist der Sensor in der Regel der Witterung ausgesetzt. Prinzipiell wäre es möglich, einen Lenkwinkelsensor basierend auf dem Nonius-Prinzip zu verwenden. Der Federweg wird dann auf eine Zahnstange übertragen. Ein derartiger Sensor weist aber zwei zusätzliche, bewegliche Bauteile mitsamt Gehäuse auf, die die Robustheit der Anordnung vermindern können.If a linear sensor is used to measure the spring travel on the front wheel, the maximum length of travel (about 25 cm) can be challenging. In addition, the sensor is usually exposed to the weather. In principle, it would be possible to use a steering angle sensor based on the vernier principle. The travel is then transferred to a rack. However, such a sensor has two additional, movable components together with housing, which can reduce the robustness of the arrangement.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, die relative Position zweier Bauelemente bezüglich einer Längenrichtung und/oder den relativen Abstand zweier Bauelemente mit einem einfach aufgebauten, robusten Sensor zu bestimmen. Diese Längenbestimmung kann auch über eine größere Wegstrecke durchgeführt werden.Embodiments of the present invention may advantageously allow to determine the relative position of two components with respect to a length direction and / or the relative distance between two components with a simple, robust sensor. This length determination can also be carried out over a greater distance.

Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.Ideas for embodiments of the present invention may be considered, inter alia, as being based on the thoughts and findings described below.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft einen Wegsensor zum Bestimmen eines Abstands zwischen zwei mechanischen Bauteilen, die beispielsweise in einer Längenrichtung relativ zueinander beweglich sind. Solche Bauteile können beispielsweise die Elemente einer Teleskopstange sein und/oder ein in einem Zylinder verschiebbarer Kolben.One aspect of the invention relates to a displacement sensor for determining a distance between two mechanical components that are movable relative to one another in a length direction, for example. Such components may be, for example, the elements of a telescopic rod and / or a displaceable in a cylinder piston.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Wegsensor ein an einem ersten Bauteil befestigbares Sensorelement und ein an einem zweiten Bauteil befestigbares Schienenelement, das von dem Sensorelement geführt und relativ zu dem Sensorelement in einer Längenrichtung verschiebbar ist. Das Sensorelement umfasst wenigstens eine elektrische Spule, so dass die Spule das Schienenelement wenigstens teilweise überdeckt und das Schienenelement weist ein elektrisch leitfähiges und/oder ferromagnetisches Material auf, das derart angeordnet ist, dass sich bei einem Verschieben des Schienenelements in dem Sensorelement eine Flächenbedeckung der Spule bezüglich des elektrisch leitfähigen Materials ändert.According to one embodiment of the invention, the displacement sensor comprises a sensor element which can be fastened to a first component and a rail element which can be fastened to a second component and which is guided by the sensor element and displaceable relative to the sensor element in a length direction. The sensor element comprises at least one electrical coil, so that the coil at least partially covers the rail element and the rail element has an electrically conductive and / or ferromagnetic material, which is arranged such that when the rail element is displaced in the sensor element, the area covered by the coil changes with respect to the electrically conductive material.

Das Sensorelement kann beispielsweise derart an dem ersten Bauteil angebracht sein, dass es das Schienenelement brückenartig überdeckt und das Schienenelement zwischen dem ersten Bauteil und dem Sensorelement aufgenommen ist. Weiter kann das Schienenelement mit einem Ende an dem zweiten Bauteil angebracht sein. Wenn das zweite Bauteil relativ zum ersten Bauteil verschoben wird, wird auch das Schienenelement im Sensorelement verschoben. In das Schienenelement kann ein elektrisch leitfähiges und/oder ferromagnetisches Material, wie etwa ein Metallstreifen, eingebettet sein, das asymmetrisch bezüglich der Längenrichtung, in die das Schienenelement verschiebbar ist, angeordnet ist. Wird das Schienenelement im Sensorelement verschoben, kann eine Spule im Sensorelement, die beispielsweise oberhalb des Schienenelements angeordnet ist, eine Änderung der Flächenbedeckung des leitfähigen und/oder ferromagnetischen Materials durch die Spule erfassen, die abhängig von der Position des Schienenelements ist. Durch diese Änderung, die beispielsweise in einer veränderten Resonanzfrequenz eines Wechselstroms in der Spule ermittelt werden kann, kann die relative Position des Schienenelements in dem Sensorelement bestimmt werden.By way of example, the sensor element can be attached to the first component in such a way that it covers the rail element like a bridge and the rail element is accommodated between the first component and the sensor element. Furthermore, the rail element can be attached with one end to the second component. When the second component is displaced relative to the first component, the rail element is also displaced in the sensor element. An electrically conductive and / or ferromagnetic material, such as a metal strip, may be embedded in the rail element, which is arranged asymmetrically with respect to the length direction in which the rail element is displaceable. If the rail element is displaced in the sensor element, a coil in the sensor element, which is arranged above the rail element for example, can detect a change in the area coverage of the conductive and / or ferromagnetic material by the coil, which is dependent on the position of the rail element. By this change, which can be determined, for example, in a modified resonant frequency of an alternating current in the coil, the relative position of the rail element in the sensor element can be determined.

Die Detektion des leitfähigen und/oder ferromagnetischen Materials und dessen Überdeckung kann im Allgemeinen mit dem Wirbelstromprinzip vorgenommen werden. Je nach Überdeckung der Spule mit leitfähigem und/oder ferromagnetischem Material (beispielsweise Metall) ändert sich die Induktivität der Spule. Insbesondere kann auf die Weise die translatorische Bewegung auch kontaktlosvorgenommen werden.The detection of the conductive and / or ferromagnetic material and its coverage can be made generally with the eddy current principle. Depending on the coverage of the coil with conductive and / or ferromagnetic material (for example, metal), the inductance of the coil changes. In particular, the translational movement can also be made contactless in this way.

Der Wegsensor benötigt nur zwei Elemente, die relativ zueinander beweglich sind. Dadurch, dass die Überdeckung der Spule im Verhältnis zur Länge des Schienenelements sehr genau bestimmt werden kann, ist eine Längenmessung über große Abstände (mehr als 30 cm) möglich. The displacement sensor requires only two elements that are movable relative to each other. The fact that the coverage of the coil can be determined very accurately in relation to the length of the rail element, a length measurement over long distances (more than 30 cm) is possible.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vergrößert bzw. verkleinert sich eine Fläche des elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Materials, die von der Spule überdeckt ist, beim Verschieben des Schienenelements in die Längenrichtung. Beispielsweise kann das elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Material aus der Sicht der Spule quer bzw. orthogonal zur Längsrichtung wandern, wenn das Schienenelement verschoben wird. Es ist auch möglich, dass das leitfähige und/oder ferromagnetische Material quer bzw. orthogonal zur Längsrichtung aus Sicht der Spule breiter bzw. schmäler wird, wenn das Schienenelement verschoben wird.According to an embodiment of the invention, a surface of the electrically conductive and / or ferromagnetic material covered by the coil increases or decreases in displacement of the rail element in the length direction. For example, the electrically conductive and / or ferromagnetic material can migrate transversely or orthogonally to the longitudinal direction from the perspective of the coil when the rail element is displaced. It is also possible that the conductive and / or ferromagnetic material becomes wider or narrower as viewed from the coil when the rail member is displaced.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ändert sich die durch die Spule überdeckte Fläche kontinuierlich. Auf diese Weise ändert sich auch das von der Spule abgegebene Signal kontinuierlich, wodurch auch eine kontinuierliche Weg- bzw. Längenmessung durchgeführt werden kann. Alternativ ist auch möglich, dass sich die überdeckte Fläche sprunghaft ändert, beispielsweise, wenn das leitfähige und/oder ferromagnetische Material treppenartig im Schienenelement angeordnet ist. Die Spule kann ein extra gewickeltes Bauteil sein oder kann als Leiterbahn auf einer Platine gebildet werden, was einen Kostenvorteil bewirken kann. Die Platine kann beispielsweise auch noch Komponenten einer Steuereinheit tragen, mit der das Signal aus der Spule ausgewertet werden kann.According to one embodiment of the invention, the area covered by the coil changes continuously. In this way, the signal output from the coil changes continuously, whereby a continuous displacement or length measurement can be performed. Alternatively, it is also possible that the covered area changes abruptly, for example when the conductive and / or ferromagnetic material is arranged in a staircase manner in the rail element. The coil may be an extra wound component or may be formed as a trace on a circuit board, which may result in a cost advantage. The board can, for example, also carry components of a control unit with which the signal from the coil can be evaluated.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist in dem elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Material eine Aussparung vorgesehen, die beispielsweise schräg zu der Längenrichtung verläuft. Das Schienenelement kann beispielsweise eine Schiene aus leitfähigem und/oder ferromagnetischem Material sein (wie etwa eine metallische Schiene), in der ein Schlitz bzw. eine Aussparung vorgesehen ist, der oder die durch das Sensorelement bewegt wird. Am Ort des Sensorelements kann sich die Aussparung schräg bzw. orthogonal zur Längsrichtung verschieben. Über die Geometrie einer metallischen Schiene mit Aussparung können verschiedene Federweglängen optimal aufgelöst werden.According to one embodiment of the invention, a recess is provided in the electrically conductive and / or ferromagnetic material, which extends, for example, obliquely to the length direction. The rail member may be, for example, a rail of conductive and / or ferromagnetic material (such as a metal rail) in which a slot or recess is provided, which is moved through the sensor element. At the location of the sensor element, the recess can move obliquely or orthogonally to the longitudinal direction. The geometry of a metallic rail with a recess allows different suspension travel lengths to be optimally resolved.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Material durch ein Element gebildet, das in dem Schienenelement aufgenommen ist. Beispielsweise kann ein metallisches Element in eine Kunststoffschiene eingebettet sein. Das Element kann schräg zur Längenrichtung des Schienenelements verlaufen.According to one embodiment of the invention, the electrically conductive and / or ferromagnetic material is formed by a member which is received in the rail member. For example, a metallic element may be embedded in a plastic rail. The element may extend obliquely to the length direction of the rail element.

Es ist auch möglich, dass die Aussparung und/oder das Element aus leitfähigem und/oder ferromagnetischem Material keilförmig ausgeführt ist und sich beim Verschieben des Schienenelements in dem Sensorelement in Querrichtung vergrößert bzw. verkleinert.It is also possible that the recess and / or the element made of conductive and / or ferromagnetic material is wedge-shaped and increases or decreases in transverse direction when the rail element is displaced in the sensor element.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Spule in einer Fläche spiralförmig ausgebildet und/oder gewickelt. Die Fläche kann das Schienenelement zumindest teilweise überdecken. Beispielsweise kann die Spule in das Sensorelement eingebettet sein und/oder kann die Spule in einer Fläche im Wesentlichen parallel zu einer Erstreckungsebene des Schienenelements angeordnet sein. Weiter kann es sein, dass die wenigstens eine Spule mehrlagig ausgebildet ist. Es kann also sein, dass die Spule planar oder in übereinanderliegenden Ebenen (beispielsweise in einer mehrlagigen Leiterbahnführung) angeordnet ist, Die Spule kann in einer Leiterplatte bzw. Platine gebildet sein (beispielsweise als Photolithographie), die auch Komponente einer Steuereinheit tragen kann, mit der das Signal der Spule ausgewertet werden kann.According to one embodiment of the invention, the at least one coil in a surface is spirally formed and / or wound. The surface may at least partially cover the rail element. For example, the coil may be embedded in the sensor element and / or the coil may be arranged in a surface substantially parallel to an extension plane of the rail element. Further, it may be that the at least one coil is formed in multiple layers. It may therefore be that the coil is arranged planar or in superimposed planes (for example in a multilayer track guide). The coil may be formed in a printed circuit board or board (for example as photolithography), which may also carry component of a control unit with which the signal of the coil can be evaluated.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sensorelement eine erste Spule und eine zweite Spule auf, die quer zu der Längenrichtung nebeneinander angeordnet sind, so dass sie das elektrisch leitfähige und/oder ferromagnetische Material jeweils zumindest teilweise überdecken. Eine von der ersten Spule bedeckte Fläche des leitfähigen und/oder ferromagnetischen Materials kann beim Verschieben des Schienenelements in dem Sensorelement abnehmen (bzw. zunehmen), während eine von der zweiten Spule bedeckte Fläche des leitfähigen und/oder ferromagnetischen Materials zunehmen (bzw. abnehmen) kann. Auf diese Weise kann eine differentielle Messung zwischen den beiden Spulen durchgeführt werden. According to one embodiment of the invention, the sensor element has a first coil and a second coil, which are arranged side by side transversely to the length direction, so that they at least partially cover the electrically conductive and / or ferromagnetic material. A surface of the conductive and / or ferromagnetic material covered by the first coil may decrease as the rail element in the sensor element moves, while an area of the conductive and / or ferromagnetic material covered by the second coil increases (decreases). can. In this way, a differential measurement between the two coils can be performed.

Beispielsweise können die beiden Spulen eine Aussparung in einem leitfähigen und/oder ferromagnetischen Material oder ein Element aus leitfähigem und/oder ferromagnetischem Material schräg zur Längsrichtung jeweils teilweise überdecken. Verschiebt sich die Aussparung, steigt die Abdeckung der einen Spule im gleichen Maß, wie sich die Abdeckung der anderen Spule verringert. Somit können zusätzlich Effekte wie z.B. Abstandsänderungen zwischen einer Platine, auf der sich die Spulen befinden, und dem Schienenelement eliminiert werden. For example, the two coils each partially cover a recess in a conductive and / or ferromagnetic material or an element of conductive and / or ferromagnetic material obliquely to the longitudinal direction. As the recess shifts, the cover of one coil increases to the same extent as the cover of the other coil decreases. Thus, in addition, effects such as e.g. Changes in the distance between a board on which the coils are located and the rail element are eliminated.

Es ist auch möglich, dass das Schienenelement für jede Spule gesondert eine keilförmige Aussparung in einem leitfähigen und/oder ferromagnetischen Material oder ein keilförmiges Element aus leitfähigem und/oder ferromagnetischem Material aufweist.It is also possible that the rail element for each coil separately a wedge-shaped recess in a conductive and / or ferromagnetic material or a wedge-shaped element made of conductive and / or ferromagnetic material.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sensorelement eine weitere Spule auf, die beim Verschieben des Schienenelements in dem Sensorelement die gleiche Fläche des elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Materials überdeckt. Beispielsweise kann neben einer oder neben beiden Spulen eine weitere Spule angeordnet sein, die dazu ausgeführt ist, den Abstand zwischen dem Schienenelement und dem Sensorelement zu bestimmen. Da der Wirbelstromeffekt sehr empfindlich gegen Abstandsänderungen ist, kann mit einer weiteren Spule, die immer vollständig von leitfähigem und/oder ferromagnetischem Material überdeckt ist, eine Abstandsmessung erfolgen. Diese Abstandsmessung kann dazu verwendet werden, die mit der oder den anderen Spulen durchgeführte Längenmessung zu kalibrieren.According to one embodiment of the invention, the sensor element has a further coil which covers the same area of the electrically conductive and / or ferromagnetic material when the rail element is displaced in the sensor element. For example, in addition to one or both coils, another coil may be arranged, which is designed to determine the distance between the rail element and the sensor element. Since the eddy current effect is very sensitive to changes in distance, can be done with another coil, which is always completely covered by conductive and / or ferromagnetic material, a distance measurement. This distance measurement can be used to calibrate the length measurement made with the other coil (s).

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sensorelement wenigstens zwei Spulen auf, die aufeinander ab folgend in Längenrichtung angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Längenmessung mit zwei unabhängigen Spulen erfolgen, deren Ergebnisse miteinander verglichen und beispielsweise gemittelt werden können.According to one embodiment of the invention, the sensor element has at least two coils which are arranged following one another in the length direction. In this way, the length measurement can be carried out with two independent coils whose results can be compared with each other and, for example, averaged.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Wegsensor weiter eine Steuereinheit, die dazu ausgeführt ist, die wenigstens eine Spule zu bestromen, so dass in dem elektrisch leitfähigen und/oder ferromagnetischen Material des Schienenelements ein Wirbelstrom erzeugt wird, und die dazu ausgeführt ist, über die flächenabhängige Rückwirkung (Induktion) des Wirbelstroms in der Spule eine relative Position des Schienenelements zu dem Sensorelement zu bestimmen. Diese Steuereinheit kann mit einem Kabel mit dem Sensorelement verbunden sein und kann sich in einem eigenen Gehäuse getrennt von dem Sensorelement befinden.According to one embodiment of the invention, the displacement sensor further comprises a control unit which is designed to energize the at least one coil so that an eddy current is generated in the electrically conductive and / or ferromagnetic material of the rail element and which is designed to be electrically conductive area-dependent reaction (induction) of the eddy current in the coil to determine a relative position of the rail element to the sensor element. This control unit can be connected to the sensor element with a cable and can be located in a separate housing separate from the sensor element.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Zylinderanordnung, die einen Zylinder, in dem ein Kolben verschiebbar aufgenommen ist, und einen Wegsensor, so wie er obenstehend und untenstehend beschrieben ist, umfasst. Der Wegsensor ist derart mit dem Zylinder und dem Kolben verbunden, dass mit ihm eine relative Position des Kolbens zu dem Zylinder bestimmbar ist. Beispielsweise kann das Schienenelement an dem Kolben und das Sensorelement an dem Zylinder fixiert sein oder umgekehrt. Eine solche Zylinderanordnung kann einen relativ großen Kolbenhub über eine große Weglänge aufweisen, der mit dem Wegsensor auf der vollen Länge erfasst werden kann.Another aspect of the invention relates to a cylinder assembly comprising a cylinder in which a piston is slidably received and a displacement sensor as described above and below. The displacement sensor is connected to the cylinder and the piston such that a relative position of the piston relative to the cylinder can be determined with it. For example, the rail element on the piston and the sensor element can be fixed to the cylinder or vice versa. Such a cylinder arrangement may have a relatively large piston stroke over a long path length, which can be detected with the full-length displacement sensor.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Zylinderanordnung eine hydraulische oder pneumatische Zylinderanordnung, wie etwa ein Stoßdämpfer an der Federgabel eines Motorrads. Auch bei anderen hydraulischen oder pneumatischen Zylindern kann der Wegsensor eingesetzt werden, beispielsweise bei Pkws, landwirtschaftlichen Fahrzeugen, Hebebühnen und/oder Lkws.According to one embodiment of the invention, the cylinder assembly is a hydraulic or pneumatic cylinder assembly, such as a shock absorber on the fork of a motorcycle. In other hydraulic or pneumatic cylinders, the displacement sensor can be used, for example, in cars, agricultural vehicles, lifts and / or trucks.

Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.It should be understood that some of the possible features and advantages of the invention are described herein with reference to different embodiments. A person skilled in the art will recognize that the features can be suitably combined, adapted or replaced in order to arrive at further embodiments of the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which neither the drawings nor the description are to be construed as limiting the invention.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer Zylinderanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a schematic view of a cylinder assembly according to an embodiment of the invention.

2 zeigt eine schematische Ansicht eines Wegsensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 2 shows a schematic view of a displacement sensor according to an embodiment of the invention.

3 zeigt eine schematische Ansicht eines Wegsensors gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 3 shows a schematic view of a displacement sensor according to another embodiment of the invention.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale.The figures are only schematic and not to scale. Like reference numerals designate the same or equivalent features in the figures.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Zylinderanordnung 10, beispielsweise einen Stoßdämpfer eines Motorrads. Die Zylinderanordnung 10 kann beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch betätigbar sein. Die Zylinderanordnung umfasst einen Zylinder 12, in dem ein Kolben 14 in einer Längsrichtung L verschiebbar aufgenommen ist. 1 shows a cylinder arrangement 10 For example, a shock absorber of a motorcycle. The cylinder arrangement 10 can be hydraulically or pneumatically actuated, for example. The cylinder assembly includes a cylinder 12 in which a piston 14 is slidably received in a longitudinal direction L.

Ein Wegsensor 16 ist an der Zylinderanordnung 10 befestigt, der dazu ausgeführt ist, die relative Position des Kolbens 14 in dem Zylinder 12 zu bestimmen. Dazu weist der Wegsensor 16 ein Sensorelement 18 auf, das an dem Zylinder 12 als erstes Bauteil befestigt ist, und ein Schienenelement 20, das mit einem Ende an dem Kolben 14 als zweites Bauteil befestigt ist. Das Schienenelement 20 ist in dem Sensorelement 18 in Längenrichtung L verschiebbar. Beispielsweise kann das Sensorelement 18 ein Gehäuse 22 aufweisen, das das Schienenelement 20 brückenartig überdeckt. Das Schienenelement 20, das quaderförmig bzw. riegelartig ausgeführt sein kann, kann somit zwischen dem Gehäuse 22 und dem Zylinder 12 aufgenommen sein. A displacement sensor 16 is on the cylinder assembly 10 attached, which is carried out, the relative position of the piston 14 in the cylinder 12 to determine. For this purpose, the displacement sensor 16 a sensor element 18 on, on the cylinder 12 is attached as the first component, and a rail member 20 with one end on the piston 14 is attached as a second component. The rail element 20 is in that sensor element 18 displaceable in length direction L. For example, the sensor element 18 a housing 22 have, which is the rail element 20 covered like a bridge. The rail element 20 , which can be executed cuboid or latch-like, thus can between the housing 22 and the cylinder 12 be included.

Das Schienenelement 20 weist ein elektrisch leitfähiges und/oder ferromagnetisches Material 24 auf, in dem eine Spule 26 im Gehäuse 22 des Sensorelements Wirbelströme erzeugen kann. Die Spule 26 kann beispielsweise als Spirale auf einer Platine im Gehäuse 22 angeordnet sein. Beispielsweise kann die Spule 26 über eine Zuleitung 28 mit einer Steuereinheit 30 verbunden sein, die in der Spule 26 einen Wechselstrom erzeugt, der wiederum in dem leitfähigen und/oder ferromagnetischen Material 24 Wirbelströme erzeugt.The rail element 20 has an electrically conductive and / or ferromagnetic material 24 in which a coil 26 in the case 22 of the sensor element can generate eddy currents. The sink 26 can, for example, as a spiral on a board in the housing 22 be arranged. For example, the coil 26 via a supply line 28 with a control unit 30 be connected in the coil 26 generates an alternating current, which in turn in the conductive and / or ferromagnetic material 24 Generated eddy currents.

Die Steuereinheit 30 und die Spule 26 können zusammen auf einer Platine des Sensorelements 18 angeordnet sein. The control unit 30 and the coil 26 can work together on a circuit board of the sensor element 18 be arranged.

Das leitfähige und/oder ferromagnetische Material 24 des Schienenelements 20 ist bezüglich der Längsrichtung L asymmetrisch angeordnet, d.h., wenn das Schienenelement 20 in dem Sensorelement 18 verschoben wird, ändert sich die Flächenbedeckung der Spule 26 bezüglich des leitfähigen und/oder ferromagnetischen Materials 24. Beispielsweise kann das Schienenelement 20 eine metallische Schiene umfassen, die eine Aussparung 32 aufweist, die schräg zur Längsrichtung L angeordnet ist. Wenn das Schienenelement 20 in dem Sensorelement 18 verschoben wird, wandert die Aussparung 32 bezüglich der Längsrichtung L seitwärts und die Flächenbedeckung der Spule 26 nimmt zu oder nimmt ab.The conductive and / or ferromagnetic material 24 of the rail element 20 is arranged asymmetrically with respect to the longitudinal direction L, that is, when the rail element 20 in the sensor element 18 is shifted, the area coverage of the coil changes 26 with respect to the conductive and / or ferromagnetic material 24 , For example, the rail element 20 a metallic rail comprising a recess 32 has, which is arranged obliquely to the longitudinal direction L. When the rail element 20 in the sensor element 18 is moved, the recess moves 32 with respect to the longitudinal direction L sideways and the area coverage of the coil 26 increases or decreases.

Die in dem leitfähigen und/oder ferromagnetischen Material 24 induzierten Wirbelströme erzeugen wiederum einen Strom in der Spule 26, der durch die Steuereinheit 30 direkt oder indirekt bestimmt werden kann. Dieser Strom ist abhängig von der Flächenbedeckung des leitfähigen und/oder ferromagnetischen Materials durch die Spule 26 und kann somit dazu verwendet werden, die relative Position des Schienenelements 20 in dem Sensorelement 18 und damit der beiden Bauteile 12, 14 zu bestimmen.The in the conductive and / or ferromagnetic material 24 induced eddy currents in turn generate a current in the coil 26 by the control unit 30 can be determined directly or indirectly. This current is dependent on the area coverage of the conductive and / or ferromagnetic material by the coil 26 and thus can be used to determine the relative position of the rail element 20 in the sensor element 18 and thus the two components 12 . 14 to determine.

In einem Fall kann die Induktivität der Spule 26 bestimmt werden, indem ein Strom mit einer Frequenz eingeleitet wird und die Phasenverschiebung des Stroms (d.h. zwischen Stromstärke und Spannung) durch die Spule ermittelt wird. Diese Phasenverschiebung kann direkt und/oder durch Frequenzmessung an einem Oszillator, der die Spule 26 umfasst, ermittelt werden. Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Wegsensors 16, dessen Sensorelement 18 drei Spulen 26a, 26b, 26c aufweist, die bezüglich der Längenrichtung L nebeneinander angeordnet sind. Die beiden Spulen 26a, 26b haben eine Flächenbedeckung bezüglich des leitfähigen und/oder ferromagnetischen Materials 24, die voneinander abhängen. Nimmt die eine Flächenbedeckung zu, so nimmt die andere Flächenbedeckung ab und umgekehrt. Aus den Signalen der beiden Spulen 26a, 26b kann ein differentielles Signal gebildet werden, mit dem beispielsweise ein Einfluss einer Abstandsänderung zwischen dem Schienenelement 20 und dem Sensorelement 18 reduziert werden kann. Mit einer weiteren Spule 26c, die unabhängig von der Stellung des Schienenelements 20 im Sensorelement 18 immer vollständig von elektrisch leitfähigem und/oder ferromagnetischem Material überdeckt ist, kann auch direkt eine Abstandsdetektion des Schienenelements 20 von dem Sensorelement 18 durchgeführt werden, über die die Genauigkeit der Weglängenmessung verbessert werden kann.In one case, the inductance of the coil 26 are determined by introducing a current at a frequency and determining the phase shift of the current (ie between current and voltage) through the coil. This phase shift can be done directly and / or by frequency measurement on an oscillator that controls the coil 26 includes, be determined. The 2 shows a further embodiment of a displacement sensor 16 , its sensor element 18 three coils 26a . 26b . 26c has, which are arranged side by side with respect to the length direction L. The two coils 26a . 26b have an area coverage with respect to the conductive and / or ferromagnetic material 24 that depend on each other. If one area coverage increases, the other area coverage decreases and vice versa. From the signals of the two coils 26a . 26b For example, a differential signal can be formed with, for example, an influence of a change in distance between the rail element 20 and the sensor element 18 can be reduced. With another coil 26c regardless of the position of the rail element 20 in the sensor element 18 is always completely covered by electrically conductive and / or ferromagnetic material, can also directly a distance detection of the rail element 20 from the sensor element 18 can be performed over which the accuracy of the path length measurement can be improved.

Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Wegsensors 16, dessen Sensorelement 18 zwei Spulen 26a, 26b aufweist, die nebeneinander angeordnet sind, wobei jede der Spulen 26a, 26b aus Gründen der Redundanz mehrfach vorhanden ist. Die redundanten Spulen 26a, 26b sind dabei in Längsrichtung L nacheinander angeordnet.The 3 shows a further embodiment of a displacement sensor 16 , its sensor element 18 two coils 26a . 26b which are arranged side by side, wherein each of the coils 26a . 26b for reasons of redundancy exists several times. The redundant coils 26a . 26b are arranged one after the other in the longitudinal direction L.

3 zeigt eine weitere Möglichkeit, ein leitfähiges und/oder ferromagnetisches Material 24 asymmetrisch bezüglich der Längenrichtung anzuordnen. Ein keilförmiges Element 34 aus leitfähigem und/oder ferromagnetischem Material kann dazu in das Schienenelement 20 eingebettet sein. In der 3 sind zwei keilförmige Elemente 34 dargestellt, die gegenläufig zueinander angeordnet sind und jeweils von den Spulen 26a bzw. 26b teilweise überdeckt werden. Diese beispielsweise metallische Keilstruktur liefert ein differentielles Signal zwischen den Spulen 26a, 26b. 3 shows another possibility, a conductive and / or ferromagnetic material 24 to be arranged asymmetrically with respect to the length direction. A wedge-shaped element 34 made of conductive and / or ferromagnetic material can for this purpose in the rail element 20 be embedded. In the 3 are two wedge-shaped elements 34 shown, which are arranged in opposite directions to each other and each of the coils 26a respectively. 26b partially covered. This metallic wedge structure, for example, provides a differential signal between the coils 26a . 26b ,

Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“ etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.Finally, it should be noted that terms such as "comprising," "comprising," etc., do not exclude other elements or steps, and terms such as "a" or "an" do not exclude a multitude. It should also be appreciated that features or steps described with reference to any of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19624801 A1 [0002]

Claims

Displacement sensor ( 16 ) for determining a distance between two mechanical components ( 12 . 14 ), the displacement sensor comprising: a at a first component ( 12 ) attachable sensor element ( 18 ); one on a second component ( 14 ) fastenable rail element ( 20 ) received from the sensor element ( 18 ) and relative to the sensor element ( 18 ) is displaceable in a length direction (L); wherein the sensor element ( 18 ) at least one electrical coil ( 26 ), so that the coil ( 26 ) the rail element ( 20 ) at least partially covered; characterized in that the rail element ( 20 ) an electrically conductive and / or ferromagnetic material ( 24 ), which is arranged such that when displacing the rail element ( 20 ) in the sensor element ( 18 ) an area coverage of the coil ( 26 ) with respect to the electrically conductive and / or ferromagnetic material ( 24 ) changes.

Displacement sensor ( 16 ) according to claim 1, wherein a surface of the electrically conductive and / or ferromagnetic material, which is covered by the coil, increases in displacement of the rail member in the length direction; and / or wherein the area changes continuously.

Displacement sensor ( 16 ) according to claim 1 or 2, wherein in the electrically conductive and / or ferromagnetic material ( 24 ) a recess ( 32 ) is provided; and / or wherein the electrically conductive and / or ferromagnetic material ( 24 ) by an element ( 34 ) formed in the rail element ( 20 ) is recorded.

Displacement sensor ( 16 ) according to one of the preceding claims, wherein the at least one coil ( 26 ) is spirally formed in a surface that the rail element ( 20 ) at least partially covered; and / or wherein the at least one coil ( 26 ) is formed multi-layered; and / or wherein the coil ( 26 ) is formed in a printed circuit board.

Displacement sensor ( 16 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor element ( 18 ) a first coil ( 26a ) and a second coil ( 26b ), which are arranged transversely to the length direction (L) side by side, so that they are the electrically conductive and / or ferromagnetic material ( 24 ) at least partially cover each other; and / or one of the first coil ( 26a ) covered surface of the conductive and / or ferromagnetic material ( 24 ) when moving the rail element ( 20 ) in the sensor element ( 18 ) decreases while one of the second coil ( 26b ) covered surface of the conductive and / or ferromagnetic material ( 24 ) increases.

Displacement sensor ( 16 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor element ( 18 ) another coil ( 26c ), which during the displacement of the rail element ( 20 ) in the sensor element ( 18 ) the same area of the electrically conductive and / or ferromagnetic material ( 24 ) covered.

Displacement sensor ( 16 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor element ( 18 ) at least two coils ( 26a . 26b ), which are arranged successively in the length direction (L).

Displacement sensor ( 16 ) according to one of the preceding claims, further comprising: a control unit ( 30 ), which is designed to at least one coil ( 26 ), so that in the electrically conductive and / or ferromagnetic material ( 24 ) of the rail element ( 20 ) an eddy current is generated, and which is carried out, via the area-dependent retroactivity of the eddy current in the coil ( 26 ) a relative position of the rail element ( 20 ) to the sensor element ( 18 ).

Cylinder arrangement ( 10 ) comprising: a cylinder ( 12 ), in which a piston ( 14 ) is slidably received; and a displacement sensor ( 16 ) according to one of the preceding claims, associated with the cylinder ( 12 ) and the piston ( 14 ) is connected to a relative position of the piston ( 14 ) to the cylinder ( 12 ).

Cylinder arrangement ( 10 ) according to claim 9, wherein the cylinder arrangement ( 10 ) is a hydraulic or pneumatic cylinder arrangement; and / or wherein the cylinder arrangement ( 10 ) is a shock absorber.