DE102016226105A1 - displacement sensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wegsensor (1) umfassend ein Bewegungselement (3), eine Spule (4) und einen relativ zur Spule (4) beweglichen Positionsgeber (2), der die Position des Bewegungselements (3) in einer Bewegungsrichtung wiedergibt, wobei eine Induktivität der Spule (4) von einer relativen Lage des Positionsgebers (2) zur Spule (4) abhängig ist, wobei das Bewegungselement(3) ein erstes Magnetelement (5) und der Positionsgeber (2) ein zweites Magnetelement (2c) aufweist.The invention relates to a displacement sensor (1) comprising a movement element (3), a coil (4) and a position transmitter (2) which is movable relative to the coil (4) and which reproduces the position of the movement element (3) in a direction of movement, wherein an inductance the coil (4) from a relative position of the position sensor (2) to the coil (4) is dependent, wherein the moving element (3) a first magnetic element (5) and the position sensor (2) has a second magnetic element (2c).
Description
Die Erfindung betrifft einen Wegsensor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Bremsvorrichtung mit einem solchen Wegsensor.The invention relates to a displacement sensor according to the preamble of
Wegsensoren werden beispielsweise in der Metallbearbeitung, in Kränen, Pressen sowie in verschiedenen Bereichen der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt.Displacement sensors are used for example in metalworking, in cranes, presses and in various areas of automotive engineering.
Ein mögliches Anwendungsgebiet für einen Wegsensor im Kraftfahrzeug ist eine Bremsvorrichtung, die den hydraulischen Druck für eine Bremsanlage erzeugt. Dazu wird über ein Bremspedal eine Schubstange bewegt, die mit einem in einem Gehäuse geführten Druckkolben verbunden ist, der eine hydraulische Flüssigkeit mit dem nötigen Druck beaufschlagt. Um die lineare Auslenkung des Druckkolbens zu erfassen sind in erster Linie magnetoinduktive Wegsensoren üblich.One possible field of application for a displacement sensor in a motor vehicle is a brake device which generates the hydraulic pressure for a brake system. For this purpose, a push rod is moved via a brake pedal, which is connected to a guided in a housing pressure piston, which acts on a hydraulic fluid with the necessary pressure. In order to detect the linear deflection of the pressure piston magnetoinductive displacement sensors are common in the first place.
Ein magnetoinduktiver Wegsensor misst die Position eines Dauermagneten, der an dem Bewegungselement befestigt ist, dessen Position erfasst werden soll. Der magnetoinduktive Wegsensor ist dabei auch in der Lage durch nicht-ferromagnetische Materialien hindurch zu messen, insbesondere durch Metalle wie Aluminium und Edelstahl. Bei geschlossenen bzw. eingehausten Systemen, wie im Fall einer Bremsvorrichtung, ist dies besonders vorteilhaft, da der Dauermagnet und das sensierende Element räumlich getrennt untergebracht werden können. Jedoch haben magnetoinduktive Wegsensoren den Nachteil, dass diese äußerst empfindlich gegenüber magnetischen Störfeldern sind. Um diese abzuwenden ist eine aufwändige Schirmung bzw. eine kosten- und bauraumintensive Konstruktion des Wegsensors nötig.A magnetoinductive displacement sensor measures the position of a permanent magnet attached to the moving element whose position is to be detected. The magnetoinductive displacement sensor is also able to measure through non-ferromagnetic materials, in particular through metals such as aluminum and stainless steel. In closed or enclosed systems, as in the case of a braking device, this is particularly advantageous because the permanent magnet and the sensing element can be accommodated spatially separated. However, magneto-inductive displacement sensors have the disadvantage that they are extremely sensitive to magnetic interference fields. To avert this is a complex shielding or a cost and space-consuming construction of the displacement sensor necessary.
Ein rein induktiver Wegsensor beruht hingegen darauf, dass in einem Magnetfeld ein leitender Körper bewegt wird, so dass in diesem Wirbelströme auftreten. Beispielsweise kann über die so bewirkte Güteveränderung eines Resonanzschwinkreises eine Wegmessung durchgeführt werden. Für die Anwendung in einem geschlossenen System, dessen Wände elektrisch leitfähig sind, ist dies von großem Nachteil, da die Wegmessung durch die Wände hindurch nicht möglich ist. Eine mechanische Konstruktion, die den leitenden Körper mit dem Bewegungselement verbindet, dessen Position erfasst werden soll, ist hingegen sehr aufwändig und benötigt viel Bauraum.By contrast, a purely inductive displacement sensor is based on the fact that a conductive body is moved in a magnetic field so that eddy currents occur in it. For example, a path measurement can be carried out via the quality change of a resonant flywheel thus effected. For use in a closed system whose walls are electrically conductive, this is a great disadvantage, since the distance measurement through the walls is not possible. A mechanical construction, which connects the conductive body with the moving element, whose position is to be detected, however, is very complex and requires a lot of space.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen unempfindlichen und / oder kompakten und / oder kostengünstigen Wegsensor vorzuschlagen.The invention has for its object to propose an insensitive and / or compact and / or inexpensive displacement sensor.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Wegsensor nach Anspruch 1.This object is achieved by the displacement sensor according to
Der erfindungsgemäße Wegsensor ist insbesondere relativ unempfindlich gegen äußere Störeinflüsse und benötigt wenig Bauraum.The displacement sensor according to the invention is in particular relatively insensitive to external interference and requires little space.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Der Begriff Wegsensor bezeichnet bevorzugt einen Sensor, der eine Lage und / oder eine Auslenkung und / oder eine Position und / oder eine Wegstrecke erfasst. Vorzugsweise wird aus der erfassten Größe mit einer Signalverarbeitungsschaltung ein Ausgangssignal erzeugt. Darüber hinaus kann ein Wegsensor dazu ausgebildet sein zusätzlich eine Geschwindigkeit und / oder eine Beschleunigung zu erfassen.The term displacement sensor preferably designates a sensor which detects a position and / or a deflection and / or a position and / or a distance. Preferably, an output signal is generated from the detected quantity with a signal processing circuit. In addition, a displacement sensor may be configured to additionally detect a speed and / or an acceleration.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Bewegungselement vorzugsweise ein beweglich gelagerter Körper verstanden, vorzugsweise ein fester Körper, wie beispielsweise ein Druckkolben. Besonders bevorzugt ist das Bewegungselement so gelagert, dass es linear beweglich ist.For the purposes of the invention, a moving element is preferably understood as meaning a movably mounted body, preferably a solid body, such as a pressure piston. Particularly preferably, the moving element is mounted so that it is linearly movable.
Unter einem Magnetelement wird im Sinne der Erfindung ein Körper verstanden, der andere Körper magnetisch anzieht oder abstößt, beispielsweise ein Dauermagnet oder ein Elektromagnet.In the context of the invention, a magnetic element is understood to mean a body which magnetically attracts or repels other bodies, for example a permanent magnet or an electromagnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Positionsgeber von dem Bewegungselement mechanisch entkoppelt. Der Positionsgeber und das Bewegungselement sind demnach im Sinne separater Bauteile mechanisch nicht verbunden. Dies hat den Vorteil, dass keine Bauraum beanspruchende mechanische Konstruktion nötig ist.In a preferred embodiment, the position sensor is mechanically decoupled from the movement element. The position sensor and the movement element are therefore not mechanically connected in terms of separate components. This has the advantage that no space-demanding mechanical design is necessary.
Es ist zweckmäßig, dass das erste und das zweite Magnetelement so zueinander angeordnet und / oder ausgebildet sind, dass die Bewegung und / oder Position des Positionsgebers an die Bewegung des Bewegungselements magnetisch gekoppelt ist. In Folge der gekoppelten Bewegungen entspricht ein zurückgelegter Weg des Positionsgebers einem zurückgelegten Weg des Bewegungselements. Mit anderen Worten wird der Positionsgeber aufgrund der magnetischen Kopplung der Magnetelemente vom Bewegungselement in seiner Bewegung mitgenommen. Auf diese Weise gibt der Positionsgeber präzise die Position des Bewegungselements wieder.It is expedient that the first and the second magnetic element are arranged and / or configured with respect to one another such that the movement and / or position of the position sensor is magnetically coupled to the movement of the movement element. As a result of the coupled movements, a distance traveled by the position transmitter corresponds to a distance traveled by the movement element. In other words, the position transmitter is carried along by the movement element in its movement due to the magnetic coupling of the magnetic elements. In this way, the position encoder accurately reflects the position of the moving element.
Es ist bevorzugt, dass der Positionsgeber von dem Bewegungselement durch eine Wand, insbesondere eine Wand aus einem nicht-ferromagnetischen Material getrennt, insbesondere räumlich getrennt ist. Durch eine nicht-ferromagnetische Wand wird die magnetische Wechselwirkung des ersten und zweiten Magnetelements kaum beeinträchtigt. Gleichzeitig schützt die Wand jedoch den Positionsgeber und elektronische Komponenten vor Verschmutzung.It is preferred that the position sensor is separated from the movement element by a wall, in particular a wall made of a non-ferromagnetic material, in particular spatially separated. By a non-ferromagnetic wall, the magnetic interaction of the first and second magnetic element hardly affected. At the same time, however, the wall protects the locator and electronic components from contamination.
Vorzugsweise ist das erste Magnetelement und / oder das zweite Magnetelement ein Dauermagnet. Der Aufwand bei der Herstellung und im Betrieb des Wegsensors kann damit gering gehalten werden.Preferably, the first magnetic element and / or the second magnetic element is a permanent magnet. The effort in the production and operation of the displacement sensor can thus be kept low.
Bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der das erste Magnetelement in das Bewegungselement eingepresst oder auf das Bewegungselement aufgepresst, aufgeschraubt oder angeklebt ist. Damit ist ein sicherer Halt des ersten Magnetelements gewährleistet.Preferred is an embodiment in which the first magnetic element is pressed into the movement element or pressed onto the movement element, screwed or glued. This ensures a secure hold of the first magnetic element.
Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Wegsensor derart weitergebildet, dass das erste Magnetelement eine Ringform oder eine Scheibenform aufweist. Dies hat den Vorteil, dass das erste Magnetelement ein starkes Magnetfeld mit einer kompakten Bauform vereinen kann.Preferably, the displacement sensor according to the invention is further developed such that the first magnetic element has a ring shape or a disk shape. This has the advantage that the first magnetic element can combine a strong magnetic field with a compact design.
Es ist bevorzugt, dass die Spule elektrisch mit einer Schaltung zum Erfassen der Induktivität und zum Ausgeben eines von der Induktivität der Spule abhängigen Signals, insbesondere Wegsensorausgangssignals verbunden ist. Eine solche Schaltung kann einfach und kostengünstig realisiert werden.It is preferred that the coil is electrically connected to a circuit for detecting the inductance and for outputting a signal dependent on the inductance of the coil, in particular a displacement sensor output signal. Such a circuit can be realized easily and inexpensively.
Vorzugsweise ist der Positionsgeber in einem Gleitlager gelagert. Um eine sichere Lagerung zu gewährleisten, bei der die zur Bewegung des Positionsgebers aufzubringenden Kräfte gering gehalten werden, ist ein solches Lager vorteilhaft und besonders kostengünstig.Preferably, the position sensor is mounted in a plain bearing. In order to ensure a secure storage, in which the forces to be applied to the movement of the position sensor are kept low, such a bearing is advantageous and particularly inexpensive.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Positionsgeber in einem Wälzlager gelagert. Die zur Bewegung des Positionsgebers aufzubringenden Kräfte werden bei einem solchen Lager besonders gering gehalten, was eine sparsame Dimensionierung der Magnetelemente erlaubt.According to a further preferred embodiment of the invention, the position sensor is mounted in a rolling bearing. The applied to the movement of the position sensor forces are kept particularly low in such a camp, which allows economical dimensioning of the magnetic elements.
Es ist bevorzugt, dass die Spule eine Planarspule ist. Eine solche Spule kann besonders bauraumsparend integriert werden. Unter einer Planarspule wird vorzugsweise eine Spule verstanden, die in der Bewegungsrichtung des Positionsgebers bzw. des Bewegungselements eine Ausdehnung aufweist, die größer ist als zumindest eine der entsprechenden anderen beiden Raumrichtungen, insbesondere größer als die dazu senkrechte Ausdehnung in Richtung der Bewegungsebene des Positionsgebers.It is preferable that the coil is a planar coil. Such a coil can be integrated particularly space-saving. A planar coil is preferably understood to mean a coil which has an extension in the direction of movement of the position sensor or of the movement element which is greater than at least one of the corresponding other two spatial directions, in particular greater than the extent perpendicular thereto in the direction of the movement plane of the position sensor.
Vorzugsweise umfasst der Positionsgeber einen elektrisch leitfähigen Körper, insbesondere ein Metallblech, insbesondere ein Target. Das Target, auch Geberelement genannt, bildet das zu sensierende Element und gibt mit seiner Wirkung auf die Spule direkt den Weg wieder. Damit lässt sich eine Wegerfassung präzise und zuverlässig durchführen. Vorzugsweise weist das Target in der Bewegungsrichtung des Positionsgebers bzw. des Bewegungselements eine Ausdehnung auf, die größer ist als zumindest eine der entsprechenden anderen beiden Raumrichtungen, insbesondere größer als die dazu senkrechte Ausdehnung in Richtung der Bewegungsebene des Positionsgebers. Besonders bevorzugt entspricht die größte Ausdehnung des Targets der größten Ausdehnung der Spule.Preferably, the position sensor comprises an electrically conductive body, in particular a metal sheet, in particular a target. The target, also called the donor element, forms the element to be sensed and, with its effect on the coil, directly paves the way. This makes it possible to perform a distance detection precisely and reliably. In the direction of movement of the position transmitter or of the movement element, the target preferably has an extent which is greater than at least one of the corresponding other two spatial directions, in particular greater than the extent perpendicular thereto in the direction of the movement plane of the position sensor. Particularly preferably, the largest dimension of the target corresponds to the greatest extent of the coil.
Vorzugsweise überlappen sich die Spule und das Target in der Bewegungsrichtung wenigstens teilweise. Durch die Überlappung der Spule und des Targets kann der Wegsensor nicht nur auf kleinstem Raum realisiert werden, es lassen sich auch präzisere Messergebnisse erreichen, da die Empfindlichkeit des Wegsensors steigt, je näher das Target an der Spule angeordnet ist. Preferably, the coil and the target at least partially overlap in the direction of movement. By overlapping the coil and the target, the displacement sensor can be realized not only in the smallest space, it can also achieve more precise measurement results, since the sensitivity of the displacement sensor increases, the closer the target is arranged on the coil.
Vorzugsweise befindet sich eine Isolierung zwischen der Spule und dem Target. Die Isolierung verhindert einen Kurzschluss der Elemente des Wegsensors und damit undefinierte Messzustände.Preferably, insulation is between the coil and the target. The insulation prevents a short circuit of the elements of the displacement sensor and thus undefined measurement states.
Es ist bevorzugt, dass der maximal mögliche Weg des Positionsgebers in der Bewegungsrichtung dem maximal möglichen Weg des Bewegungselements entspricht. Auf diese Weise kann der gesamte maximale Weg des Bewegungselements erfasst werden. Unter dem maximalen Weg wird vorzugsweise jeweils der durch konstruktive Begrenzungen, beispielsweise durch Wände, festgelegte Weg, auch Hub genannt, verstanden, entlang dessen sich der bewegte Gegenstand, in diesem Fall der Positionsgeber bzw. das Bewegungselement, bewegen kann.It is preferred that the maximum possible path of the position sensor in the direction of movement corresponds to the maximum possible path of the movement element. In this way, the entire maximum travel of the movement element can be detected. The maximum travel is preferably understood to mean, in each case, the path defined by structural limitations, for example walls, also called a stroke, along which the moving object, in this case the position transmitter or the movement element, can move.
Die Erfindung betrifft auch insbesondere eine Bremsvorrichtung zum Erzeugen eines hydraulischen Druckes für eine Bremsanlage, umfassend ein Gehäuse mit einer hydraulischen Flüssigkeit und einen erfindungsgemäßen Wegsensor, wobei das Bewegungselement durch einen in dem Gehäuse geführten Druckkolben, insbesondere Tandemhauptzylinder gebildet wird. Aufgrund des hohen Drucks und der Verschmutzungsgefahr in einer Bremsvorrichtung ist es vorteilhaft, wenn alle Komponenten eines Wegsensors außerhalb dieses Bereichs angeordnet sind. Der erfindungsgemäße Wegsensor erlaubt eine solche Anordnung und ist dabei kompakt und unempfindlich gegen Störungen.The invention also relates in particular to a brake device for generating a hydraulic pressure for a brake system, comprising a housing with a hydraulic fluid and a displacement sensor according to the invention, wherein the movement element is formed by a guided in the housing pressure piston, in particular tandem master cylinder. Due to the high pressure and the risk of contamination in a brake device, it is advantageous if all components of a displacement sensor are arranged outside this range. The displacement sensor according to the invention allows such an arrangement and is compact and insensitive to interference.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Positionsgeber des Wegsensors an einer vom Druckkolben aus gesehenen Außenseite des Gehäuses ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass der Positionsgeber nahe der Spule angeordnet werden kann.In one embodiment of the invention, the position sensor of the displacement sensor is formed on an outer side of the housing viewed from the pressure piston. This has the advantage that the position sensor can be arranged close to the coil.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen in schematisierter Darstellung:
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1 eine Darstellung eines Wegsensors nach einem ersten Ausführungsbeispiel als Teil einer Bremsvorrichtung in einer Schnittansicht; -
2 eine Darstellung des Positionsgebers des ersten Ausführungsbeispiels in einer Schnittansicht; -
3 eine Darstellung eines Positionsgebers nach einem zweiten Ausführungsbeispiel in einer Schnittansicht;
-
1 a representation of a displacement sensor according to a first embodiment as part of a braking device in a sectional view; -
2 a representation of the position sensor of the first embodiment in a sectional view; -
3 an illustration of a position sensor according to a second embodiment in a sectional view;
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical parts are provided with the same reference numerals in all figures.
Es wird auf
Der Weg bzw. die lineare Position des Druckkolbens
Das Bewegungselement
Die Wand
Aufgrund einer magnetischen Kopplung des zweiten Magnetelements 2c mit dem ersten Magnetelement
Damit der Positionsgeber
Es wird auf
Der Träger
Die jeweilige Spule
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- 2016-12-22 DE DE102016226105.3A patent/DE102016226105A1/en not_active Withdrawn
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