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Die Erfindung betrifft eine Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Solche Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtungen finden in Haushaltsgeräten Verwendung.
Beispielsweise kann in einer Waschmaschine die Wegmeßeinrichtung zur
Beladungserkennung der Wäschetrommel sowie die Positionsmeßeinrichtung zur
Detektierung des Schwingungsverhaltens der Wäschetrommel dienen.
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Aus der DE 40 38 674 A1 ist eine magnetisch arbeitende Weg- und/oder
Positionsmeßeinrichtung bekannt. Diese besitzt einen herkömmlichen Permanent-Magneten
und einen die Magnetfeldstärke detektierenden Sensor. Der Magnet und/oder der Sensor
wirken mit einem beweglichen Element zusammen, so daß mittels des beweglichen
Elementes eine Relativbewegung zwischen dem Sensor und dem Magneten bewirkbar ist.
Im Magnetkreis befindet sich eine schräg zur Relativbewegung angeordnete Schiene aus
magnetisch gut leitendem Material, wodurch die Magnetfeldstärke entsprechend der
Relativbewegung beeinflußt wird, so daß der Weg und/oder die Position des beweglichen
Elementes aufgrund der vom Sensor detektierten Magnetfeldstärke feststellbar ist. Anstelle
einer solchen Schiene kann auch ein sich vergrößernder Luftspalt zwischen Magnet und
Sensor vorgesehen sein, wodurch sich dann eine geringere, nichtlinear vom Abstand
zwischen dem Magnet und dem Sensor abhängige Feldstärke am Sensor ergibt. Nachteilig
bei den solcherart ausgestalteten Einrichtungen erscheint deren geringe Empfindlichkeit,
mangelnde Genauigkeit sowie auch der Aufwand zur Auswertung der Magnetfeldstärke für
die Weg- und/oder Positionsbestimmung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung
einfacher auszugestalten und insbesondere deren Genauigkeit zu steigern.
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Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung
durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei der erfindungsgemäßen Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung weist der Magnet
anders als ein herkömmlicher, stabförmiger Permanent-Magnet eine derartige Form auf, daß
die Magnetfeldstärke entlang einer Achse des Magneten einen variierenden Verlauf besitzt.
Der Magnet ist in der Einrichtung so angeordnet, daß die Relativbewegung im wesentlichen
in Richtung dieser Achse des Magneten verläuft. In einfacher Art und Weise ist damit die
Empfindlichkeit und Genauigkeit der Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung durch die
Form des Magneten den jeweiligen Erfordernissen anzupassen. Weitere Ausgestaltungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßigerweise erzeugt der Sensor in der Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung eine
elektrische Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Magnetfeldstärke. Die elektrische
Ausgangsspannung ist mittels einer elektronischen Schaltung, einem Mikrocomputer o. dgl.
in an sich üblicher Weise weiter auswertbar. Der Einfachheit halber kann die
Ausgangsspannung im wesentlichen proportional zur erfaßten Magnetfeldstärke, und zwar
insbesondere zu der der jeweiligen Magnetfeldstärke zugehörigen Flußdichte, sein.
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Zur Detektierung der Magnetfeldstärke eignen sich die bekannten physikalischen
Meßverfahren. Insbesondere kann es sich bei dem Sensor um einen analog arbeitenden
Hallsensor, GMR-Sensor o. dgl. handeln.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung besitzt der Magnet in Richtung der Achse eine
rampen- oder keilförmige Gestalt, wodurch eine lineare Änderung der Höhe des Magneten
in Richtung der Achse einhergeht. Dadurch ist der Flußdichteverlauf für das Magnetfeld in
Richtung der Achse im wesentlichen linear. Zusätzlich kann der Luftspalt zwischen dem
Magneten und dem Sensor in der Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung entlang der
Richtung der Achse im wesentlich gleichbleibend sein. Eine solche Weg- und/oder
Positionsmeßeinrichtung besitzt eine konstante Auflösung im gesamten Meßbereich sowie
eine gleichbleibende Empfindlichkeit.
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In kostengünstiger Weise ist der Magnet in seiner gewünschten Form durch Spritzgießen
herstellbar. Hierfür besteht der Magnet aus kunststoffgebundenen Magnetpartikeln. Der
Magnet kann am beweglichen Element, beispielsweise mit einer Verrastung, befestigt, in
das bewegliche Element eingesetzt, in das bewegliche Element integriert o. dgl. sein. Wird
der kunststoffgebundene Magnet durch Spritzgießen hergestellt, so bietet es sich der
Einfachheit halber weiterhin an, den Magneten in das bewegliche Element in der Art eines
Zwei-Komponenten-Teils einzuspritzen.
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Eine aufgrund ihrer Kostengünstigkeit besonders für den Einsatz in Haushaltsgeräten, wie
Waschmaschinen, Wäschetrocknern o. dgl., geeignete Weg- und/oder
Positionsmeßeinrichtung besitzt einen Stößel als bewegliches Element, wobei der Stößel in
einem Gehäuse linear beweglich gelagert sein kann. Der Magnet kann dann derart am Stößel
befestigt sein, daß die Achse des Magneten in etwa parallel zur Längsachse des Stößels
ausgerichtet ist.
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Um die Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung mit eigener Intelligenz auszustatten, ist der
insbesondere in der Art eines integrierten Schaltkreises ausgestaltete Sensor auf einer
Leiterplatte angeordnet, wobei zusätzlich eine Elektronik zur Auswertung des Sensorsignals
auf der Leiterplatte befindlich sein kann. Zweckmäßigerweise ist im Gehäuse eine Halterung
zur Befestigung der Leiterplatte angeordnet. Schließlich kann am Gehäuse, und zwar
insbesondere an der Halterung, eine Steckaufnahme für einen Stecker zur elektrischen
Verbindung mit der Leiterplatte angeordnet sein.
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Vor allem in einer Waschmaschine oder einem Wäschetrockner ist die Weg- und/oder
Positionsmeßeinrichtung einerseits am beweglichen Element, nämlich der Trommel, und
andererseits an einem feststehenden Element, nämlich dem Gestell, angelenkt. Zur
Anlenkung des Stößels am beweglichen Element und des Gehäuses der Weg- und/oder
Positionsmeßeinrichtung am Gestell ist der Einfachheit halber ein Kugelgelenk sowie eine
Befestigungsplatte bevorzugt.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Weg-
und/oder Positionsmeßeinrichtung kostengünstig sowie einfach herzustellen ist und daher in
kostensensitiven Massenartikeln, wie Haushaltsgeräten o. dgl., einsetzbar ist. Dennoch
arbeitet die Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung sehr genau sowie auch empfindlich, so
daß diese auch in sicherheitskritischen Anwendungen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen,
verwendbar ist. Besonders vorteilhaft ist, daß das vom Sensor erzeugte Ausgangssignal in
einfacher und auch schneller Art und Weise im Hinblick auf die Weg- und/oder
Positionsbestimmung auswertbar ist. Weiterhin kann die Auflösung und das erzielte
Ausgangssignal in einfacher Weise durch die Gestalt des Magneten, insbesondere durch
dessen Steigung in Richtung seiner Achse entsprechend der rampenförmigen Gestalt,
beeinflußt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im
folgenden näher beschrieben. Es zeigen
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Fig. 1 schematisch eine Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung in perspektivischer
Darstellung in der Art einer Prinzipskizze,
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Fig. 2 den Flußdichteverlauf in Abhängigkeit vom Weg als Kennlinie für die
Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung nach Fig. 1,
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Fig. 3 die Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung in näherer Ausgestaltung ebenfalls
in perspektivischer Darstellung und
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Fig. 4 die Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung aus Fig. 3 in Explosionsdarstellung.
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In der als Prinzipskizze dienenden Fig. 1 ist eine Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung 1
gezeigt, die aus einem Magneten 2 und einem die Magnetfeldstärke detektierenden Sensor 3
besteht. Der Magnet 2 und/oder der Sensor 3 wirkt mit einem beweglichen Element 4zusammen, so daß mittels des beweglichen Elementes 4 somit eine Relativbewegung
zwischen dem Sensor 3 und dem Magnet 2 bewirkt werden kann. Vorliegend ist der Magnet
2 an dem beweglichen Element 4 angeordnet, das lediglich schematisch angedeutet ist. Der
Magnet 2 besitzt nun eine derartige Form, daß die Magnetfeldstärke entlang einer Achse 5
des Magneten 2 einen variierenden und somit nichtkonstanten Verlauf aufweist. Der Magnet
2 ist so angeordnet, daß die Relativbewegung im wesentlichen in dieser Richtung der Achse
5 des Magneten 2 verläuft. Dadurch ist der Weg und/oder die Position des beweglichen
Elementes 4 aufgrund der vom Sensor 3 jeweilig detektierten Magnetfeldstärke feststellbar.
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Nachfolgend sind verschiedene weitere Ausgestaltungen der Weg- und/oder
Positionsmeßeinrichtung 1 näher erläutert.
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Der Sensor 2 erzeugt eine elektrische Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der
Magnetfeldstärke, die an den Anschlüssen 6 des Sensors 3 abnehmbar ist. Die
Ausgangsspannung ist im wesentlichen proportional zur erfaßten Magnetfeldstärke. Ebenso
ist die Ausgangsspannung proportional zu der der jeweiligen Magnetfeldstärke zugehörigen
Flußdichte, wie auch anhand der Kennlinie 7 für die Flußdichte B des Magneten 2 in Fig. 2
zu sehen ist. Die Kennlinie 7 ist in Fig. 2 im Abhängigkeit vom Weg in Richtung der Achse
5 entlang des Magneten 2, und zwar entlang einer zur Breite des Magneten mittigen und zur
horizontalen Bodenfläche des Magneten 2 parallelen Linie in bestimmten Abstand zur
Bodenfläche, dargestellt. Vom Magneten 2 ist hier die Seitenansicht gezeigt.
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Bei dem Sensor 2 kann es sich um einen Hallsensor, einen GMR-Sensor o. dgl. handeln.
Bevorzugt ist ein analog arbeitender Hallsensor.
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Der Magnet 2 besitzt in Richtung der Achse 5 eine rampen- oder keilförmige Gestalt, wie
insbesondere aus der Fig. 2 hervorgeht. Diese Rampe ist dergestalt, daß der Magnet 2 eine
lineare Änderung seiner Höhe 8 in Richtung der Achse 5 besitzt. Dadurch ist auch der
Flußdichteverlauf B für das Magnetfeld in Richtung der Achse 5 im wesentlichen linear,
was die Kennlinie 7 zeigt. Erst an den Enden des Magneten 2 treten nichtlineare Effekte auf,
so daß bevorzugterweise der Arbeitsbereich der Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung 1
innerhalb der beiden Enden des Magneten 2 gewählt wird. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ist der
Sensor 3 so zum Magneten 2 angeordnet, daß der Luftspalt 9 zwischen dem Magneten 2 und
dem Sensor 3 entlang der Richtung der Achse 5 im wesentlichen gleich ist.
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Die rampen- oder keilförmige Gestalt des Magneten 2 kann durch entsprechende
Bearbeitung aus einem herkömmlichen Stabmagneten hergestellt werden. Bevorzugt ist
jedoch, daß der Magnet 2 aus kunststoffgebundenen Magnetpartikeln besteht. In diesem Fall
kann der Magnet 2 in einfacher Art und Weise durch Spritzgießen hergestellt sein.
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Der Magnet 2 ist am beweglichen Element 4 befestigt. Zur Befestigung ist eine Rastnase 10
am Magneten 2 vorgesehen, so daß der Magnet 2 am beweglichen Element 4 verrastet
werden kann. Selbstverständlich kann der Magnet 2 auch in sonstiger Weise in das
bewegliche Element 4 eingesetzt oder integriert sein. Das bewegliche Element 4 besteht in
der Regel aus Kunststoff und ist in herkömmlicher Art durch Spritzgießen hergestellt. Falls
es sich um einen kunststoffgebundenen Magneten 2 handelt, bietet es sich dann an, den
Magneten 2 in das bewegliche Teil 4 in der Art eines Zwei-Komponenten-Teils beim
Herstellen des beweglichen Elementes 4 einzuspritzen.
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In Fig. 3 und 4 ist die nähere Ausgestaltung einer Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung 1
gezeigt, die insbesondere für eine Waschmaschine, einen Wäschetrockner o. dgl. zur
Detektierung von Schwingungen und/oder der Beladung der Trommel bestimmt ist.
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Die Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung 1 besitzt ein Gehäuse 11. Das bewegliche
Element besteht aus einem Stößel 4, der im Gehäuse 11 linear beweglich gelagert ist. Der
rampen- oder keilförmige Magnet 2 ist derart am Stößel 4 durch Einclipsen, Umspritzen o. dgl.
befestigt, daß die in Fig. 4 gestrichelt eingezeichnete Richtung der Achse 5 des
Magneten 2 in etwa parallel zur Richtung der Längsachse 12 des Stößels 4 ausgerichtet ist.
Der Sensor 3, bei dem es sich um einen Hallsensor handelt, ist in der Art eines integrierten
Schaltkreises ausgestaltet und auf einer Leiterplatte 13 angeordnet. Auf der Leiterplatte 13
kann sich zusätzlich eine Elektronik zur Auswertung des vom Sensor 3 erzeugten
Sensorsignals befinden, was jedoch nicht weiter gezeigt ist. Im Gehäuse 11 befindet sich
eine Halterung 14 zur Befestigung der Leiterplatte 13. Schließlich ist am Gehäuse 11, und
zwar an der Halterung 14, eine Steckaufnahme 15 für einen Stecker 16 angeordnet. Der
Stecker 16 dient zur elektrischen Verbindung mit der Leiterplatte 13, womit die elektrische
Spannung zum Betrieb der Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung 1 zugeführt sowie die
von der Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung 1 erzeugten Daten weitergeleitet werden.
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Die Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung 1 ist einerseits an der Trommel der
Waschmaschine, des Wäschetrockners o. dgl. und andererseits an dessen Gestell angelenkt.
Zur Anlenkung an die Trommel dient ein Kugelgelenk 17. Das Kugelgelenk 17 besteht aus
einer am Stößel 4 befestigten Kugel 19 sowie einer Kugelpfanne 20, in der die Kugel 19
gelagert ist. Die Kugelpfanne 20 befindet sich an einer Befestigungsplatte 21, die wiederum
an der Trommel als bewegliches Teil befestigt ist, um so die Bewegungen der Trommel auf
den Stößel 4 zu übertragen. Zur Anlenkung an das Gehäuse 11 dient ebenfalls ein
Kugelgelenk 18, wobei die Kugel 19 am Gehäuse 11 und Kugelpfanne 20 an einer
Befestigungsplatte 22 angeordnet sind. Die Befestigungsplatte 22 ist wiederum an dem
Gestell als feststehenden Teil der Waschmaschine, des Wäschetrockners o. dgl. angeordnet.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Sie umfaßt vielmehr auch alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der
durch die Patentansprüche definierten Erfindung. So kann die Weg- und/oder
Positionsmeßeinrichtung 1 außer in sonstigen Haushaltsgeräten auch in Kraftfahrzeugen,
beispielsweise in Kraftfahrzeugschlössern, zur Fahrwerkserkennung o. dgl. Verwendung
finden.
Bezugszeichen-Liste
1 Weg- und/oder Positionsmeßeinrichtung
2 Magnet
3 Sensor
4 bewegliches Element/Stößel
5 Richtung/Achse des Magneten
6 Anschluß (am Sensor)
7 Kennlinie (für die Flußdichte des Magneten)
8 Höhe (des Magneten)
9 Luftspalt
10 Rastnase
11 Gehäuse
12 Längsachse (von Stößel)
13 Leiterplatte
14 Halterung
15 Steckaufnahme
16 Stecker
17, 18 Kugelgelenk
19 Kugel (von Kugelgelenk)
20 Kugelpfanne (von Kugelgelenk)
21, 22 Befestigungsplatte