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Die
Erfindung betrifft eine Positionssensoranordnung zur Bestimmung
der Position eines in einem Gehäuse
beweglichen Gegenstands aus einem elektrisch leitfähigen Material.
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Positionssensoren
werden beispielsweise eingesetzt, um bei pneumatischen Zylindern
die Position eines Kolbens zu bestimmen. Bei pneumatischen Zylindern
sind üblicherweise
Magneten in den Kolben integriert. Die Gehäusewände sind aus Aluminium, das
heißt
aus einem nicht ferromagnetischen Material hergestellt. Es ist daher
unproblematisch, Positionssignale mit einem Positionssensor außerhalb
zu gewinnen.
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Es
kann jedoch auch vorgesehen sein, daß Gehäusewände aus einem ferromagnetischem
Material wie Stahl gebildet sind.
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Hydraulikzylinder
werden üblicherweise
in "rauhen" Umgebungen eingesetzt,
wie beispielsweise in Baumaschinen. Es ist nicht vorgesehen, an
dem Kolben einen Magneten anzuordnen. Bei Hydraulikzylindern sind
Gehäusewände auch üblicherweise aus
Stahl hergestellt.
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Aus
der nicht vorveröffentlichten
DE 101 19 703 A1 ist
eine Vorrichtung zur Erkennung der Position, Bewegungsrichtung und/oder
Geschwindigkeit eines Körpers
mit ferromagnetischen Eigenschaften bekannt, wobei die Position,
die Bewegungsrichtung und/oder die Geschwindigkeit des Körpers erkannt werden
soll, wenn sich dieser hinter einer Wand befindet. Es ist ein Magnetfeldsensor
vorhanden, wobei die Position, die Bewegungsrichtung und/oder die Geschwindigkeit
des Körpers
erkennbar ist durch die Änderung
des Magnetfelds aufgrund der Positionsänderungen des Körpers.
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Aus
dem Artikel "Magneto-Sensorik
für die Kolbenposition" in SENSOR report
3/2002 ist ein Hydraulik-Zylinder bekannt, welcher mit Kolbenpositionsdetektoren
ausgerüstet
ist.
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Die
DE 100 25 661 A1 offenbart
ein Wegmeßsystem
mit einem Geber und einem Sensor, welcher ein induktives Element
umfaßt,
an das der Geber elektromagnetisch koppelt.
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Die
DE 43 11 973 A1 offenbart
eine magneto-induktive Sensorzeile für eine magnetische Positions-
und/oder Wegbestimmung eines der Sensorzeile benachbarten Permanentmagneten
oder Elektromagneten.
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Aus
der
DE 42 05 957 A1 ist
die Verwendung eines bestimmten Spulenaufbaus zum Abtasten einer
an ihm vorbei bewegten, sich über
einen zu messenden Weg oder Winkel ändernden elektrisch leitenden
Fläche
bekannt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positionsensoranordnung
zur Bestimmung der Position eines in einem Gehäuse beweglichen Gegenstandes aus
einem elektrisch leitfähigen
Material zu schaffen, welche bei geringstmöglicher Modifikation des Gehäuses ein
Positionssignal für
den Gegenstand liefert.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
Positionssensoranordnung eine Empfängereinrichtung und eine Sendereinrichtung
aufweist, welche jeweils außerhalb
des Gehäuses
fixierbar sind, wobei der Gegenstand in Abhängigkeit seines Abstands zu
der Sendereinrichtung und Empfängereinrichtung
die elektromagnetische Kopplung zwischen Empfängereinrichtung und Sendereinrichtung
beeinflußt
und/oder die Kopplung zwischen Gegenstand und der Empfängereinrichtung mittels
der Sendereinrichtung verstärkbar
ist.
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Es
läßt sich
dann ein Positionssignal gewinnen, wie beispielsweise ein Positionsschaltsignal, ohne
daß der
bewegliche Gegenstand mit einem Magnet versehen werden muß oder ein
Loch in das Gehäuse
gebohrt werden muß.
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Der
insbesondere metallische Gegenstand wirkt als Geber, welcher das
elektromagnetische Feld zwischen Sendereinrichtung und Empfängereinrichtung
beinflußt.
Die daraus resultierenden Veränderungen
werden in einer Auswerteeinrichtung registriert, um so beispielsweise
eine Schaltposition zu ermitteln.
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Durch
das Vorsehen einer Sendereinrichtung wird alternativ die Signalbeaufschlagung
der Empfängereinrichtung
aufgrund des Gegenstands verstärkt,
so daß sich
der Einfluß des
Gegenstands auf das Empfängersignal
leichter ermitteln läßt und sich
damit die Position des Gegenstandes leichter ermitteln läßt.
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Eine
Variation der Kolbenstellung wirkt sich in einer Variation des Empfängersignals
aus. Dadurch läßt sich
eine hohe Empfindlichkeit erreichen, da der Gegenstand gewissermaßen eine
Störung
in der Sendereinrichtung-Empfängereinrichtung-Signalrelation
darstellt.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
Empfängereinrichtung
und/oder die Sendereinrichtung induktiv an den Gegenstand koppeln.
Durch diese Kopplung wird das Empfängersignal beeinflußt, wodurch
sich wiederum die Kolbenstellung mindestens als Schaltsignal generieren
läßt.
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Die
erfindungsgemäße Positionssensoranordnung
läßt sich
grundsätzlich
an einer beliebigen Lage relativ zum Gehäuse positionieren, so daß eine hohe
Variabilität
beispielsweise bezüglich
Schaltpunkterkennung/Schaltpunkteinstellung vorliegt.
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Insbesondere
umfaßt
die Sendereinrichtung mindestens eine Sendespule, welche ein entsprechendes
elektromagnetisches Feld aussendet, das an die Empfängereinrichtung
koppelt.
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Es
kann dabei vorgesehen sein, daß die
mindestens eine Sendespule das Gehäuse umgibt oder an einer Gehäuseseite
angeordnet ist. Im ersteren Falle ist vorzugsweise eine Spulenachse
wesentlichen parallel zu der Bewegungsrichtung des Gegenstandes
angeordnet. Die Ankopplung des Gegenstandes ist dann im wesentlichen
durch den Abstand in dieser Richtung bestimmt. Im letzeren Falle
läßt sich
ein Durchblickerschalter realisieren, bei dem der Gegenstand gewissermaßen in das
elektromagnetische Feld zwischen Sendereinrichtung und Empfängereinrichtung
eintauchen kann.
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Es
ist vorgesehen, daß die
mindestens eine Sendespule ein Sendersignal angepaßter Frequenz aussendet.
Die Frequenz ist dabei so angepaßt, daß das Signal in das Gehäuse eindringen
kann, d.h. daß aufgrund
des Skin-Effektes keine merkliche Abschwächung des Signals erfolgt.
Ebenso sollte das Signal durch das Gehäuse hindurch zu der Empfängereinrichtung
ohne wesentliche Abschwächung
gelangen können.
Beispielsweise ist es vorgesehen, daß die Sendespule ein Sendersignal
konstanter Frequenz aussendet.
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Eine
Auswerteeinrichtung wertet beispielsweise eine Abweichung des von
der Empfängereinrichtung
empfangenen Signals vom Sendersignal aus, wobei die Abweichung zumindest
teilweise von der Position des Gegenstandes abhängt. Erreichen die Abweichungen
beispielsweise eine bestimmte Schwelle, so kann daraus ein Positionsschaltsignal generiert
werden.
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Es
kann alternativ oder zusätzlich
vorgesehen sein, daß die
Sendereinrichtung einen Permanentmagneten umfaßt, welcher ein magnetisches Feld
erzeugt, das in dem Bewegungsraum des Gegenstandes wirkt. Der Gegenstand
beeinflußt
dann dieses Magnetfeld, wobei diese Beeinflussung wiederum durch
die Empfängereinrichtung
registrierbar ist, welcher dann einen Magnetfeldsensor umfaßt. Auf
diese Weise läßt sich
eine entsprechende Signalverstärkung
erreichen.
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Damit
das Erdmagnetfeld keinen wesentlichen Einfluß auf das Meßresultat
ausübt,
ist vorzugsweise das Magnetfeld des Permanentmagneten im wesentlichen
mindesten zweifach größer als
das Erdmagnetfeld.
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Es
kann dabei auch vorgesehen sein, daß das Magnetfeld einer Senderspule
als Meßsignal
registriert wird.
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Günstig ist
es, wenn die Empfängereinrichtung
mindestens eine Spule umfaßt,
um so auf einfache Weise eine Kopplung zwischen dem Gegenstand und
der Empfängereinrichtung
und zwischen der Sendereinrichtung und der Empfängereinrichtung zu erhalten.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
mindestens eine Spule das Gehäuse
umgibt oder an einer Gehäuseseite
angeordnet ist, wie oben im Zusammenhang mit einer Sendespule beschrieben.
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Bei
einer Variante einer Ausführungsform umfaßt die Empfängereinrichtung
eine Spule, welche als Empfangsspule und Sendespule ausgebildet
ist, das heißt
Empfängereinrichtung
und Sendereinrichtung sind zumindest teilweise mit dem gleichen
Bauelement beziehungsweise mit den gleichen Bauelementen realisiert.
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Es
kann vorgesehen sein, daß die
Spule gepulst betrieben ist und eine Auswerteeinrichtung eine Impulsantwort
auswertet, wie beispielsweise eine Pulsanstiegsflanke des Empfängersignals
auswertet. Daraus läßt sich
die Stellung des Gegenstandes ermitteln und insbesondere ein Schaltsignal
generieren.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfaßt die
Empfängereinrichtung
einen selbstschwingenden Oszillator und eine Auswerteeinrichtung
ermittelt eine Änderung
von Induktivität
und/oder Güte.
Die Induktivitätsänderung
läßt sich
beispielsweise über eine
Frequenzverschiebung ermitteln und die Güteänderung über eine Amplitudenänderung.
Daraus lassen sich dann Positionsinformationen bezüglich des
Gegenstandes ermitteln.
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Es
ist insbesondere vorgesehen, daß die Empfängereinrichtung
und/oder Sendereinrichtung als Differenzialanordnungen ausgebildet
sind, um so eine Differenzmessung durchführen zu können. Es lassen sich dann Differenzsignale
generieren, mit deren Hilfe sich beispielsweise ein Rauschuntergrund eliminieren
läßt, um so
ein empfindlicheres Empfangssignal bezüglich Positionsänderungen
des Gegenstandes zu erhalten.
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Insbesondere
sind mindestens zwei Sendespulen und/oder zwei Empfängerspulen
und/oder Magnetfeldsensoren zur Durchführung einer Differenzialmessung
vorgesehen.
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Es
ist dann vorteilhaft, wenn die Empfängerelemente und/oder eine
Auswerteeinrichtung so geschaltet sind, daß Differenzsignale ermittelbar
sind, um so beispielsweise einen Rauschuntergrund zu eliminieren
oder auch um mehrere Schaltpunkte zu generieren.
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Es
ist insbesondere vorgesehen, daß der Sendereinrichtung
mindestens ein Empfängerelement
zugeordnet ist. Es ist dabei möglich,
daß der Sendereinrichtung
mehrere Empfängerelemente
zugeordnet sind.
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Bei
einer vorteilhaften Variante einer Ausführungsform umfaßt die Empfängereinrichtung
mindestens ein Empfängerelement,
welches ein Magnetfeldsensor und mindestens eine Spule kombiniert. Dadurch
läßt sich
gleichzeitig eine Magnetfeldbeeinflussung durch den Gegenstand ermitteln
und insbesondere eine Beeinflussung des statischen Magnetfeldes,
wenn die Empfängereinrichtung
einen Permanentmagneten umfaßt.
Ferner läßt sich
mittels einer Empfangsspule des Empfängerelements beispielsweise
eine Induktivitätauswertung
oder Güteauswertung
durchführen.
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Günstig ist
es, wenn Sendereinrichtung und Empfängereinrichtung bezogen auf
eine Bewegungsrichtung des Gegenstandes quer gegenüberliegend
positioniert sind. Dadurch läßt sich
ein Durchblicker-Sensor realisieren; zwischen der Sendereinrichtung
und der Empfängereinrichtung
läßt sich
ein Feld ausbilden, beispielsweise ein magnetisches Feld. Durch
den Gegenstand wird dieses Feld beeinflußt, wenn er in das Feld "eintaucht", was wiederum durch
die Empfängereinrichtung
registrierbar ist. Dadurch wiederum läßt sich die Position des Gegenstandes
ermitteln, bzw. ein Schaltpunkt generieren.
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Es
kann auch vorgesehen sein, daß Sendereinrichtung
und Empfängereinrichtung
in Bewegungsrichtung des Gegenstands nebeneinander positioniert
sind. Dadurch ist es beispielsweise möglich, mit einer Sendereinrichtung
zumindest zwei Empfängerelemente
der Empfängereinrichtung
zu beaufschlagen. Insbesondere ist dann die Sendereinrichtung zwischen
beabstandeten Empfängerelementen angeordnet.
Da dann mindestens zwei Empfängerelemente
vorgesehen sind, läßt sich
auch eine Differenzmessung durchführen, so daß das resultierende Empfangssignal
bezüglich
Untergrund und dergleichen optimiert ist.
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Es
ist weiterhin günstig,
wenn Empfängereinrichtung
und/oder eine Sendereinrichtung eine Ausdehnung in Bewegungsrichtung
des Kolbens aufweisen, die einem Meßbereich entspricht. Dadurch läßt sich
insbesondere über
eine Schaltpunktgenerierung hinaus eine analoge Ortsinformation
für die Position
des Gegenstandes erhalten.
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Günstig ist
es, wenn die Empfängereinrichtung
in Bewegungsrichtung des Kolbens derart variierend gestaltet ist,
daß ein
Empfangssignal abhängig
ist vom Ort des Gegenstandes relativ zur Empfängereinrichtung, wobei innerhalb
eines Meßbereichs der
Gegenstand in jeder Stellung an die Empfängereinrichtung koppelt. Ein
derartiges Wegmeßsystem ist
beispielsweise in der
DE
100 25 661 A1 beschrieben, auf die hiermit ausdrücklich Bezug
genommen wird.
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Eine
variierende Gestalt läßt sich
beispielsweise dadurch erreichen, daß eine Empfängerspule ein in Bewegungsrichtung
des Gegenstandes variierenden Querschnitt aufweist; die Kopplungseigenschaften
des Gegenstandes an die Empfangsspule hängen ab von deren Querschnitt.
Da diese variiert, läßt sich
aus dem Empfangssignal dann auch eine Ortsinformation generieren.
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Insbesondere
erfolgt dabei durch eine Auswerteeinrichtung eine Analogauswertung
des Empfangssignals, um so eben absolute Ortsinformationen zu erhalten.
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Es
kann vorgesehen sein, daß der
bewegliche Gegenstand ein Kolben ist und insbesondere ein Kolben
eines Hydraulikzylinders.
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Die
erfindungsgemäße Positionssensoranordnung
läßt sich
an einer Außenseite
eines Hydraulikzylinders anordnen, wobei das Gehäuse des Hydraulikzylinders geringfügig modifiziert
werden muß. Insbesondere
muß kein
Loch gebohrt werden.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang
mit der Zeichnung der näheren
Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Hydraulikzylinders mit einem ersten
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Hydraulikzylinder-Positionssensoranordnung;
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2 einen
Hydraulikzylinder mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Positionssensoranordnung;
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3 einen
Hydraulikzylinder mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Positionssensoranordnung;
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4 ein
viertes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Positionssensoranordnung;
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5 ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Positionssensoranordnung;
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6 eine
Draufsicht auf ein Gehäuse
eines Hydraulikzylinders mit zwei Sendespulen beziehungsweise Empfangsspulen
(Differenzialanordnung) und
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7 eine
Draufsicht auf einen Hydraulikzylinder mit einer Empfängereinrichtung,
welche eine Empfangsspule und einen Magnetfeldsensor kombiniert.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Positionssensoranordnung,
welche in 1 als Ganzes mit 10 bezeichnet
ist, ist an einem Hydraulikzylinder 12 angeordnet. Dieser
umfaßt ein
Gehäuse 14,
in dem in einer Bewegungsrichtung 16 ein Kolben 18 aus
einem elektrisch leitfähigem Material
hydraulisch verschiebbar ist. Das Gehäuse 14 ist geschlossen.
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Der
Kolben 18 ist aus einem metallischen Material und insbesondere
aus Stahl hergestellt. Wände
des Gehäuses 14 sind üblicherweise
aus einem ferromagnetischen Material und insbesondere ebenfalls
aus Stahl hergestellt. Die Wände 14 können aber
grundsätzlich
auch aus einem nicht ferromagnetischen Material hergestellt sein.
In den Kolben 18 ist kein Magnet integriert.
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Die
erfindungsgemäße Positionssensoranordnung 10 umfaßt eine
Empfängereinrichtung 20 und
eine quer und insbesondere senkrecht zur Bewegungsrichtung 16 gegenüberliegende
Sendereinrichtung 22. Sowohl Empfängereinrichtung 20 als
auch Sendereinrichtung 22 sind an einer Außenseite
des Gehäuses 14 positioniert,
ohne in einen Gehäuseinnenraum 24 zu
ragen, d. h. es muß insbesondere
keine Bohrung im Gehäuse 14 vorgesehen
werden. Insbesondere sind Empfängereinrichtung 20 und
Sendereinrichtung 22 an der Außenseite des Gehäuses 14 fixiert.
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Die
Empfängereinrichtung 20 (und
die Sendereinrichtung 22) sind an einer Stelle bezüglich einer
Längsrichtung
des Hydraulikzylinders 12 an dem Gehäuse 14 positioniert,
bezüglich
welcher die Position des Kolbens 18 ermittelt werden soll.
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Insbesondere
ist es vorgesehen, daß die Empfängereinrichtung 20 und
der Kolben 18 induktiv miteinander koppeln, wobei aufgrund
der Abhängigkeit
dieser induktiven Kopplung vom Abstand zwischen der Empfängereinrichtung 20 und
des Kolbens 18 in der Bewegungsrichtung 16 sich
aus einem Empfängersignal über eine
Auswerteeinrichtung 26 Positionsinformationen über den
Kolben 18 ermitteln lassen. Insbesondere läßt sich
so ein Positionsschalter ausbilden, bei dem die Empfängereinrichtung 20 ein
Schaltsignal generiert, wenn der Kolben sich in einem bestimmten
Abstand an die Empfängereinrichtung 20 angenähert hat.
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Die
Empfängereinrichtung 20 umfaßt mindestens
eine Empfängerspule,
mittels der ein selbstschwingender Oszillator mit angepaßter Frequenz gebildet
ist. Über
Auswertung der Änderung
der Güte beispielsweise über Amplitudenänderung
läßt sich dann
ein Positionssignal bezüglich
des Kolbens 18 durch die Auswerteeinrichtung 26 generieren.
Es kann auch die Änderung
der Induktivität
ermittelt werden, beispielsweise über Ermittlung einer Frequenzverschiebung.
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Es
kann dabei vorgesehen sein, wie unten noch anhand der 2 beschrieben,
daß Sendereinrichtung 22 und
Empfängereinrichtung 20 integral ausgebildet
sind.
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Wenn
Empfängereinrichtung 20 und
Sendereinrichtung 22 gegenüberliegen, dann ist dadurch
ein Durchblicker-Schalter ausgebildet, wobei dann insbesondere auch
die Sendereinrichtung 22 eine Spule und insbesondere Sendesspule
umfaßt.
Dadurch läßt sich
eine Feldverstärkung
an der Empfängereinrichtung 20 erhalten,
so daß auch
bei Stahlwänden des
Gehäuses 14 noch
eine auswertbare Signalhöhe erreicht
wird. Durch das Vorsehen einer Sendespule läßt sich damit die Empfindlichkeit
des Positionssensoranordnung 10 erhöhen, so daß auch beim Hydraulikzylinder
Positionsinformationen erhaltbar sind.
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Insbesondere
ist es dann vorgesehen, daß eine
Sendespule der Sendereinrichtung 22 mit angepaßter und
vorzugsweise konstanter Frequenz arbeitet, wobei das Sendersignal
beispielsweise sinusförmig
ist oder gepulst ist. Die Frequenz ist so gewählt, daß das Sendersignal die Wände des
Gehäuses 14 durchdringen
kann, d.h. keine erhebliche Abschwächung aufgrund des Skineffektes
eintritt. Die Auswerteeinrichtung 26 wertet dann das Empfangssignal
der Empfängereinrichtung 20 aus
und durch einen Vergleich zwischen dem Sendersignal der Sendereinrichtung 22 und
dem Empfangssignal der Empfängereinrichtung 20 lassen
sich Positionsinformationen und insbesondere Schaltinformationen
bezüglich
des Kolbens 18 erhalten.
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Die
Empfängereinrichtung 20 und/oder
die Sendereinrichtung 22 können auch jeweils ein Differenzialspulensystem
umfassen, um so die Meßgenauigkeit
zu erhöhen
(vergleiche 6).
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Bei
einer Variante eines Ausführungsbeispiels,
welche schematisch in 6 gezeigt ist, sitzt an einer
Außenseite
des Gehäuses 14 des
Hydraulikzylinders 12 eine erste Sendespule 102 und
eine zweite Sendespule 104, wobei diese beiden Sendespulen 102 und 104 an
einer Gehäuseseite 106 des
Gehäuses 14 angeordnet
sind. Die Sendespulen 102 und 104 liegen flächig an
dieser Gehäuseseite 106;
letztere ist insbesondere ein Teil einer Außenfläche eines Zylinders.
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Durch
die Sendespulen 102 und 104 ist eine Differenzialspulenanordnung
bereitgestellt, so daß sich
zwei Sendesignale aussenden lassen, wobei sich dann ein effektives
Differenzsendesignal bildet. Auf diese Weise läßt sich beispielsweise, bei
entsprechender Beschaltung der Sendespulen 102 und 104,
ein Rauschhintergrund weitgehend eliminieren.
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Auf
die gleiche Weise können
Empfangsspulen in einer Differenzialspulenanordnung bereitgestellt
sein.
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Es
kann alternativ oder zusätzlich
vorgesehen sein, daß die
Sendereinrichtung 22 einen Magneten und insbesondere Permanentmagneten
umfaßt
und die Empfängereinrichtung 20 einen
Magnetfeldsensor wie einen Hall-Sensor, GMR-Sensor oder Feldplattensensor. Zwischen
der Sendereinrichtung 22 und der Empfängereinrichtung 20 ist
dann ein Magnetfeld ausgebildet, welches das Gehäuse 14 des Hydraulikzylinders 12 durchdringt.
Durch Bewegung des Kolbens 18 in diesem Magnetfeld wird
das Empfangssignal der Empfängereinrichtung 20 variiert,
so daß hieraus
wiederum sich Positionsinformationen ermitteln lassen.
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Insbesondere
ist dabei die Feldstärke
des Magnetfelds von der Sendereinrichtung 22 sehr viel größer als
das Erdmagnetfeld und mindestens zweifach größer als diese. Dadurch läßt es sich
erreichen, daß kein
Magnet an dem Kolben 18 des Hydraulikzylinders 12 vorgesehen
werden muß,
d. h. die erfindungsgemäße Positionssensoranordnung 10 von
außen
an dem Gehäuse 14 fixierbar
ist.
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Wenn
die Sendeeinrichtung 22 ein oder mehrere Spulen umfaßt, kann
es vorgesehen sein, daß die
Empfängereinrichtung
einen oder mehrere Magnetfeldsensoren umfaßt.
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Bei
einer Variante einer Ausführungsform, welche
in 7 schematisch gezeigt ist, umfaßt die Empfängereinrichtung 20 eine
Empfängerspule 108 und
einen an der Empfängerspule
angeordneten Magnetfeldsensor 110, welche an einer Gehäuseseite 112 angeordnet
sind. Dadurch läßt sich
eine elektromagnetische Messung sowohl über die Empfängerspule 108 als
auch über
den Magnetfeldsensor 110 durchführen. Durch die Spulen-Magnetfeldsensor-Kombination
kann dann beispielsweise eine Impulsantwort ausgewertet werden oder
eine Änderung der
Güte oder
eine Änderung
der Induktivität
als auch eine Magnetfeldänderung,
wenn der Magnetfeldsensor mit einem Magnetfeld eines Permanentmagneten beaufschlagt
ist beziehungsweise mit einem durch ein oder mehrere Sendespulen
erzeugten Magnetfeld beaufschlagt ist. Auf diese Weise wird eine
Mehrfachmessung bezüglich
des Einflusses des Kolbens 18 als in dem Gehäuse 14 beweglicher
Gegenstand aus einem elektrisch leitfähigem Material möglich.
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Statt
einer Empfängerspule 108 können auch
mehrere Empfängerspulen
vorgesehen sein, welche insbesondere in einer Differenzialanordnung ausgebildet
sind.
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Bei
einem zweiten Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Positionssensoranordnung
ist der Hydraulikzylinder gleich ausgebildet wie oben und es werden
deshalb in diesem Zusammenhang gleiche Bezugszeichen verwendet.
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An
einer Meßposition
ist das Gehäuse 14 mit einer
Spule 30 umwickelt. Diese Spule stellt sowohl eine Empfängereinrichtung
als auch eine Sendereinrichtung dar, d. h. die Spule wirkt als Senderspule und
Empfängerspule.
Das Empfangssignal ist dabei abhängig
von der induktiven Ankopplung des Kolbens 18, d. h. von
dessen Abstand zu der Spule 30.
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Insbesondere
wird dabei die Spule 30 gepulst betrieben, wobei dann über die
Auswerteeinrichtung 26 eine Impulsauswertung beispielsweise mittels
einer Anstiegsflanke des Empfangssignals durchgeführt wird.
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Statt
einer Einzelspule 30 kann auch ein Differenzialspulensystem
vorgesehen sein, um die Meßgenauigkeit
zu erhöhen.
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Bei
einem dritten Ausführungsbeispiel,
welches in 3 gezeigt und dort als Ganzes
mit 32 bezeichnet ist, umfaßt eine Empfängereinrichtung 34 ein
erstes Empfängerelement 36 und
ein zweites Empfängerelement 38,
welche in der Bewegungsrichtung 16 des Kolbens 18 beabstandet
zueinander an der Außenseite
des Gehäuses 14 fixiert
sind. Vorzugsweise sind die Empfängerelemente 36 und 38 an
der gleichen Seite des Gehäuses 14 angeordnet und
dabei insbesondere fluchtend ausgerichtet.
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Eine
Sendereinrichtung 40 umfaßt ein erstes Sendeelement 42 und
ein zweites Sendeelement 44, welche jeweils gegenüberliegend
dem ersten Empfängerelement 36 (erstes
Sendeelement 42) und dem zweiten Empfängerelement 38 (zweites
Sendeelement 44) angeordnet sind. Dem ersten Empfängerelement 36 ist
das erste Sendeelement 42 zugeordnet und dem zweiten Empfängerelement 38 ist
das zweite Sendeelement 44 zugeordnet.
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Die
Empfängerelement-Sendeelement-Paare 36, 42 und 38, 44 sind
im wesentlichen gleich ausgebildet, so daß bei gleicher Signalbeaufschlagung die
jeweiligen Empfängerelemente 36 und 38 die gleichen
Empfangssignale liefern.
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Die
beiden Empfängerelemente 36 und 38 sind
direkt oder über
die Auswerteeinrichtung 26 in einer Differenzschaltung
geschaltet. Dadurch läßt sich
bei der Auswertung ein Signalhintergrund eliminieren, um so wiederum
die Genauigkeit der Positionsbestimmung und insbesondere die Schaltgenauigkeit
zu erhöhen.
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Weiterhin
läßt sich
bei geeigneter Beschaltung bzw. Auswertung eine Positionsschaltung
bezüglich
zweier Positionen erreichen, nämlich
der jeweiligen Positionen der beiden Empfängerelement-Sendeelement-Paare 36, 42 und 38, 44.
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Es
kann auch vorgesehen sein, daß,
wie oben anhand von 2 beschrieben, die Empfängerelemente
und die Sendeelemente in einer Spule integriert sind, wobei mindestens
zwei beabstandete Spulen vorgesehen sind. Die Einzelspulen sind
dann wiederum in einer Differenzschaltung geschaltet bzw. diese
Differenzschaltung wird in der Auswerteeinrichtung erreicht.
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Bei
einem vierten Ausführungsbeispiel,
welches in 4 gezeigt und dort als Ganzes
mit 46 bezeichnet ist, ist in einer Längsrichtung 48 des
Gehäuses 14 eine
Empfängereinrichtung 50 angeordnet, welche
eine Spule 52 umfaßt,
die einen in der Längsrichtung 48 variierenden
Querschnitt aufweist, so daß die
induktive Kopplung des Kolbens 18 an die Spule 52 abhängig ist
von der relativen Position des Kolbens 18 zu der Längsrichtung
des Gehäuses 14. Der
Kolben 18 wirkt dabei als Geber und die Empfängereinrichtung 50 als
Sensor mit der Spule 52 als induktivem Element, an das
der Geber elektromagnetisch koppelt.
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Die
Spule 52 ist dann ferner an einen Oszillator gekoppelt
und über
die Spule 52 als induktives Element beeinflußt über ihre
Güte und/oder
effektive Induktivität
den Oszillator. Die Güte
und/oder effektive Induktivität
der Spule 52 ist dabei durch die Größe eines wirksamen Sensorbereichs
bestimmt, an den der Kolben 18 koppelt. Dieser wirksame
Sensorbereich ist bestimmt durch eine Projektion einer Fläche des
Kolbens 18 senkrecht zur Längsrichtung 48 auf die
Spule 52. Die Empfängereinrichtung 50 ist über den
variierenden Querschnitt der Spule 52 so ausgebildet, daß die Größe des wirksamen
Sensorbereichs, an den der Kolben 18 koppelt, abhängig ist von
der relativen Position zwischen dem Kolben 18 und der Empfängereinrichtung 50 (und
insbesondere der Spule 52) quer zu einer Abstandsrichtung
zwischen dem Kolben 18 und der Spule 52, d. h.
quer zu einer Oberfläche
des Gehäuses 14.
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Ein
entsprechendes Wegmeßsystem
ist in der
DE 100
25 661 A1 beschrieben, auf die hiermit ausdrücklich Bezug
genommen wird.
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Es
kann dabei vorgesehen sein, daß die Spule 52 als
Printspule ausgebildet ist und auf einem flexiblen Element angeordnet
ist, das sich so dann an eine Oberfläche des Gehäuses 14 anpassen läßt.
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Ein
Empfängersignal
der Empfängereinrichtung 50 wird
insbesondere analog ausgewertet. Aus der Signalstärke läßt sich
dann der Ort des Kolbens 18 in Längsrichtung des Gehäuses 14 direkt
ermitteln.
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Es
kann dabei auch noch eine weitere Spule mit variierendem Querschnitt
vorgesehen sein, welche insbesondere der Spule 52 entgegengesetzt
angeordnet ist. Dadurch läßt sich
eine Differenzmessung durchführen.
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Es
kann auch eine Sendereinrichtung 54 vorgesehen sein, welche
auf der gleichen Seite des Gehäuses 14 angeordnet
ist wie die Empfängereinrichtung 50 oder
auf einer gegenüberliegenden
Seite. Dadurch läßt sich
eine Signalverstärkung
erreichen, um die Position des Kolbens 18 genauer erfassen
zu können.
Bei gegenüberliegender
Sendereinrichtung 54 ist die Positionssensoranordnung 46 als
Durchblicker ausgebildet.
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Bei
einem fünften
Ausführungsbeispiel,
welches in 5 als Ganzes mit 56 bezeichnet
ist, ist an dem Gehäuse
eine Sendereinrichtung 58 angeordnet und eine Empfängereinrichtung 60,
wobei die Empfängereinrichtung 60 beabstandete
Empfängerelemente 62 und 64 aufweist,
zwischen welchen die Sendereinrichtung 58 sitzt. Die Empfängereinrichtung 60 und
die Sendereinrichtung 58 sind dabei an der gleichen Seite
des Gehäuses 14 angeordnet
und insbesondere in der Längsrichtung 48 des
Gehäuses 14 nebeneinander
angeordnet.
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Bei
den Empfängerelementen 60 handelt
es sich beispielsweise um das Gehäuse 14 umgebende Spulen.
Auch bei der Sendereinrichtung 58 kann es sich um eine
Spule handeln.
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Bei
einer solchen Anordnung lassen sich zwei Schaltpositionen definieren,
wobei nur ein Sendeelement vorgesehen werden muß, um beide Empfängerelemente 62, 64 mit
einem Sendersignal zu beaufschlagen. Beispielsweise umfaßt die Sendereinrichtung 58 eine
Sendespule.
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Weiterhin
läßt sich
durch die beiden Empfängerelemente 62, 64 ein
Differenzsignal bilden.