DE10327372A1

DE10327372A1 - Position sensor for hydraulic cylinder has soft magnetic material flux guide shaped to generate linearized position signal from movement of permanent magnet

Info

Publication number: DE10327372A1
Application number: DE2003127372
Authority: DE
Inventors: Thomas Reininger
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2005-01-20

Abstract

A position sensor (32) has a soft magnetic flux guide material (39) magnetic field (34) guide (38) shaped to generate linearized position dependent output signals (22) by movement of the permanent magnet (35) within an enlarged measurement region (21). Independent claims are also included for the use of two detectors giving sine and cosine type outputs.

Description

Die Erfindung betrifft eine Positionserfassungsvorrichtung mit einer im Wesentlichen für ein Magnetfeld einer Vorzugsrichtung richtungsempfindlichen Sensoranordnung und mit einer magnetischen Leiteranordnung zum Leiten des Magnetfeldes eines entlang einer Positionierungsbahn relativ zu der Sensoranordnung beweglichen, ein Magnetfeld erzeugenden Positionsmagneten, so dass die Sensoranordnung ein Positionssignal erzeugt, wenn sich der Positionsmagnet im Erfassungsbereich der Leiteranordnung befindet. Die Erfindung betrifft ferner eine fluidtechnische Vorrichtung, insbesondere einen pneumatischen Aktor, mit einer derartigen Positionserfassungsvorrichtung.The The invention relates to a position detection device with a essentially for a magnetic field of a preferred direction direction sensitive sensor array and a magnetic conductor arrangement for conducting the magnetic field one along a positioning path relative to the sensor assembly movable, magnetic field generating position magnets, so that the sensor arrangement generates a position signal when the position magnet is located in the detection range of the conductor arrangement. The invention further relates to a fluid power device, in particular a pneumatic Actuator, with such a position detecting device.

Eine derartige Positionserfassungsvorrichtung ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 16 651 A1 bekannt. Der Positionsmagnet ist ein Dauermagnet, der an einem Kolben eines pneumatischen Arbeitszylinders angeordnet ist. An einer vorbestimmten Position des Kolbens bzw. des Positionsmagneten soll ein Sensor, bei dem es sich um einen Reed-Schalter handelt, betätigt werden. Der Sensor ist vom Zylinderrohr, in dem sich der Kolben bewegt, beabstandet angeordnet. Die magnetischen Leiter lenken das Magnetfeld des Permanentmagneten zu dem vom Zylinderrohr entfernten Sensor.Such a position detection device is for example from the German patent application DE 41 16 651 A1 known. The position magnet is a permanent magnet, which is arranged on a piston of a pneumatic working cylinder. At a predetermined position of the piston and the position of the magnet, a sensor, which is a reed switch to be operated. The sensor is spaced from the cylinder tube in which the piston moves. The magnetic conductors direct the magnetic field of the permanent magnet to the sensor remote from the cylinder tube.

Das bekannte System dient zur Erfassung einer einzigen vorbestimmten Position. Eine wegproportionale Erfassung der Kolbenposition bzw. der Permanentmagnetposition relativ zu der Sensoranordnung ist nicht möglich.The known system is used to detect a single predetermined Position. A wegproportionale detection of the piston position or the permanent magnet position relative to the sensor array is not possible.

Anstelle des Reed-Schalters können auch sogenannte magnetoresistive Sensoren zum Einsatz kommen. Magnetoresistive Sensoren weisen eine starke Richtungsabhängigkeit in Bezug auf die Magnetfeldrichtung auf. Zudem haben sie einen verhältnismäßig geringen Signalhub. Durch diese Eigenschaften sind magnetoresistive Sensoren zur Erfassung einer einzigen, vorbestimmten Relativposition von Positionsmagnet und Sensoranordnung prädestiniert. Eine wegproportionale Erfassung von Relativpositionen des Permantmagneten zu der Sensoranordnung ist mit magnetoresistiven Sensoren, wie im übrigen auch mit anderen lediglich in einer Vorzugsrichtung richtungsempfindlichen Sensortypen, nicht möglich. Im wesentlichen in einer Richtung empfindliche Sensoren werden auch als isotrope Sensoren bezeichnet.Instead of of the reed switch So-called magnetoresistive sensors are used. magnetoresistive Sensors have a strong directionality with respect to the magnetic field direction on. In addition, they have a relatively low Signal swing. These properties are magnetoresistive sensors for detecting a single, predetermined relative position of Position magnet and sensor arrangement predestined. A wayward Detecting relative positions of the permanent magnet to the sensor arrangement is with magnetoresistive sensors, as well as with others only in a preferred direction direction sensitive sensor types, not possible. in the essential one-way sensitive sensors will too referred to as isotropic sensors.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, bei einer Positionserfassungsvorrichtung der eingangs genannten Art bzw. einer fluidtechnischen Vorrichtung mit einer derartigen Positionserfassungsvorrichtung eine wegabhängige Erfassung der Relativposition des Positionsmagneten zu der Sensoranordnung zu ermöglichen.It is therefore the object of the invention, in a position detection device of the aforementioned type or a fluid power device with such a position detection device, a path-dependent detection the relative position of the position magnet to the sensor assembly to enable.

Zur Lösung der Aufgabe leitet die Leiteranordnung das Magnetfeld zu der Sensoranordnung derart, dass das Positionssignal wegabhängig kontinuierlich veränderliche, die Position des Positionsmagneten innerhalb des Erfassungsbereichs der Leiteranordnung repräsentierende Werte aufweist. Beispielsweise ist die Amplitude des Positionssignals wegabhängig kontinuierlich veränderlich.to solution In this task, the conductor arrangement conducts the magnetic field to the sensor arrangement in such a way that that the position signal is path-dependent continuously variable, the position of the position magnet within the detection range representing the conductor arrangement Has values. For example, the amplitude of the position signal is path-dependent continuous mutable.

Die Sensoranordnung gibt somit z.B. ein in der Amplitude und/oder in einer Pulsweite veränderliches Signal ab, wobei die jeweilige Amplitude oder Pulsweite die Position des Positionsmagneten innerhalb des Erfassungsbereiches der Leiteranordnung präsentiert. Die Leiteranordnung vergrößert sozusagen den Erfassungsbereich der Sensoranordnung. Die Sensoranordnung erzeugt im Gegensatz zum Stand der Technik nicht nur ein digitales Positionssignal mit der Bedeutung "Positionsmagnet im Erfassungsbereich der Leiteranordnung" oder "Positionsmagnet außerhalb des Erfassungsbereichs", sondern ein z.B. amplitudenveränderliches und/oder pulsweitenveränderliches Positionssignal, so dass innerhalb des Erfassungsbereiches mindestens zwei Positionen des Positionsmagneten durch die Sensoranordnung erfassbar sind. Vorzugsweise sind – je nach gewünschter Erfassungsgenauigkeit – mehrere, kontinuierlich hintereinanderliegende Positionen des Positionsmagneten im Erfassungsbereich mit der Sensoranordnung durch die Unterstützung der Leiteranordnung erfassbar. Die Empfindlichkeit der Sensoranordnung, bei z.B. der die Sättigungsfeldstärke magnetoresistiver Sensoren erreicht ist, muss zur Ausgabe des erfindungsgemäß wegabhängig veränderlichen Positionssignals nicht erhöht werden, so dass eine Beeinflussung durch Störfelder nicht oder nur in geringem Maße auftritt.The Sensor arrangement thus gives e.g. a in amplitude and / or in a pulse width variable Signal, with the respective amplitude or pulse width the position of the position magnet is presented within the detection range of the conductor arrangement. The conductor arrangement increases, so to speak the detection range of the sensor arrangement. The sensor arrangement generates Unlike the prior art, not just a digital position signal meaning "position magnet in the detection area of the conductor arrangement "or" position magnet outside the detection area ", but an e.g. amplitude variable and / or pulse width variable Position signal, so that within the detection range at least two positions of the position magnet through the sensor assembly are detectable. Preferably are - depending on the desired Detection accuracy - several, continuously successive positions of the position magnet in the detection area with the sensor arrangement by the support of the conductor arrangement detectable. The sensitivity of the sensor arrangement, e.g. of the the saturation field strength magnetoresistive Sensors is reached, must for output according to the invention path-dependent variable Position signal not increased be, so that interference by interference fields not or only in small Dimensions occurs.

Die Leiteranordnung kann durch ein einziges Flussleitstück gebildet werden. Es ist prinzipiell aber auch möglich, mehrere Flussleitstücke zwischen der Sensoranordnung und dem Positionsmagneten anzuordnen. Auch unterschiedliche geometrische Ausgestaltungen, die später noch im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel erläutert werden, eines einzigen Flussleitstückes oder mehrerer Flussleitstücke sind bevorzugt.The Ladder arrangement can be formed by a single flux guide become. In principle, it is also possible to use several flux guide elements between to arrange the sensor assembly and the position magnets. Also different geometric configurations, later still in connection with the embodiment explained be, a single flux guide or more Flussleitstücke prefers.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung.Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims as well as from the description.

Die Leiteranordnung leitet das Magnetfeld des Positionsmagneten vorzugsweise richtungsabhängig zu der Sensoranordnung. Zweckmäßigerweise leitet die Leiteranordnung einen ersten gerichteten Anteil des Magnetfelds des Positionsmagneten besser als einen zweiten gerichteten Anteil des Magnetfelds des Po sitionsmagneten zu der Sensoranordnung, so dass eine vorbestimmte Erfassungsschwelle, beispielsweise die Sättigungsfeldstärke, der Sensoranordnung für den ersten und den zweiten Anteil des Magnetfelds überschritten ist. Die Sensoranordnung ist also für Anteile des Magnetfeldes, die unterschiedliche Richtungen aufweisen, durch die Unterstützung der Leiteranordnung empfindlich und kann für diese Anteile das wegabhängige Positionssignal ausgeben. Für den ersten gerichteten Anteil des Magnetfelds hat die Leiteranordnung sozusagen eine verstärkende Wirkung. Beispielsweise kann eine Situation auftreten, dass bei fehlender Leiteranordnung die vorbestimmte Erfassungsschwelle der Sensoranordnung für den ersten gerichteten Anteil des Magnetfelds nicht überschritten wird, für den zweiten gerichteten Anteil jedoch erreicht wird.The conductor arrangement conducts the magnetic field of the position magnet, preferably direction-dependent to the sensor arrangement. Conveniently, the conductor arrangement conducts a first directional component of the magnetic field of the position magnet better than a second directed component of the magnetic field of the Po sitionsmagneten to the sensor array, so that a predetermined detection threshold, for example, the saturation field strength, the sensor arrangement for the first and the second portion of the magnetic field is exceeded , The sensor arrangement is therefore sensitive to portions of the magnetic field having different directions by the support of the conductor arrangement and can output the path-dependent position signal for these portions. For the first directed portion of the magnetic field, the conductor arrangement has a reinforcing effect, so to speak. For example, a situation may arise that in the absence of a conductor arrangement, the predetermined detection threshold of the sensor arrangement for the first directional portion of the magnetic field is not exceeded, is achieved for the second directional portion.

Die Leiteranordnung leitet vorzugsweise gerichtete Anteile des Magnetfeldes derart zu der Sensoranordnung, dass der Sensor innerhalb des Erfassungsbereichs der Leiteranordnung ein zumindest abschnittsweise linerarisiertes, von der Position der Positionsmagneten innerhalb des Erfassungsbereichs abhängiges Positionssignal erzeugt. Vorzugsweise ist der linearisierte Abschnitt verhältnismäßig groß. Es ist auch möglich, dass zwei linerarisierte Abschnitte, ein bis zu einem Maximum des Positionssignals ansteigender und ein zweiter, von dem Maximum wieder abfallender Abschnitt des Positionssignals, vorhanden sind.The Conductor arrangement preferably directs directed portions of the magnetic field such to the sensor assembly that the sensor is within the detection range the conductor arrangement is at least partially linearized, from the position of the position magnets within the detection range dependent Position signal generated. Preferably, the linearized portion relatively large. It is also possible, that two linearized sections, one to a maximum of Position signal increasing and a second, from the maximum again sloping portion of the position signal, are present.

Vorzugsweise vergrößert die Leiteranordnung den Erfassungsbereich der Sensoranordnung zur Positionserfassung des Positionsmagneten. Die Sensoranordnung wird somit für einen größeren Änderungsbereich der Relativposition von Positionsmagnet und Sensoranordnung sensibel und kann für diesen vergrößerten Bereich das wegabhängige Positionssignal erzeugen.Preferably increases the Ladder arrangement the detection range of the sensor arrangement for position detection of the position magnet. The sensor arrangement is thus for a larger range of change the relative position of position magnet and sensor arrangement sensitive and can for this enlarged area the path-dependent Generate position signal.

Zweckmäßigerweise ist die Leiteranordnung an der Sensoranordnung angeordnet. Es ist aber auch möglich, die Leiteranordnung an dem Positionsmagneten anzuordnen. Ferner können Leiteranordnung, Positionsmagnet und Sensoranordnung jeweils separate, unabhängig angeordnete Komponenten sein.Conveniently, the conductor arrangement is arranged on the sensor arrangement. It is but also possible to arrange the conductor arrangement on the position magnet. Further can Conductor arrangement, position magnet and sensor arrangement each separate, independently be arranged components.

Die Leiteranordnung enthält zweckmäßigerweise zumindest ein weichmagnetisches Flussleitelement, beispielsweise aus Weicheisen-Blech oder dergleichen.The Ladder arrangement contains expediently at least one soft magnetic flux guide, for example made of soft iron sheet metal or the like.

Die Leiteranordnung enthält vorzugsweise unterschiedlich ausgestaltete Leitabschnitte, beispielsweise einen näher an die Positionierungsbahn heranreichenden und einen von der Positionierungsbahn weiter entfernten Leitabschnitt. Der näher an die Positionierungsbahn heranreichende Leitabschnitt leitet das Magnetfeld des Positionsmagneten besser zu der Sensoranordnung als der entferntere Abschnitt. Die beiden Leitab schnitte können durch ein einziges Flussleitstück gebildet werden. Es ist aber auch möglich, dass für jeden Leitabschnitt diskrete Flussleitstücke vorgesehen sind.The Ladder arrangement contains preferably differently configured guide sections, for example one closer approaching the positioning track and one from the positioning track further away leading section. The closer to the positioning track Approaching leading section conducts the magnetic field of the position magnet better to the sensor assembly as the more distant portion. The two Leitab sections can by a single flux guide be formed. But it is also possible for everyone Guide section discrete flux guides are provided.

Die Sensoranordnung kann unterschiedlich geartete Sensoren enthalten, beispielsweise auch sogenannte Hall-Sensoren. Vorzugsweise jedoch enthält die Sensoranordnung mindestens einen magnetoresistiven Sensor, beispielsweise einen sogenannten AMR-Sensor (anisotroper magnetoresistiver Sensor), GMR-Sensor (giant-magnetoresistiver Sensor) oder einem EMR-Sensor (extraordinary-magnetoresistiver-Sensor). Auch andere magnetoresistive Sensoren sind bevorzugt.The Sensor arrangement may contain different types of sensors, For example, so-called Hall sensors. Preferably, however, the sensor arrangement contains at least one magnetoresistive sensor, for example one so-called AMR sensor (anisotropic magnetoresistive sensor), GMR sensor (giant magnetoresistive sensor) or an EMR sensor (extraordinary magnetoresistive sensor). Other magnetoresistive sensors are preferred.

Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass die Sensoranordnung zwei Sensoren enthält, wobei jedem Sensor ein Leitelement zugeordnet ist. Die beiden Sensoren senden ein sinusförmiges bzw. ein kosinusförmiges Ausgangssignal, das proportional zur Relativposition des Positionsmagneten zu der Sensoranordnung ist. Eine Signalaufbereitungseinrichtung erzeugt anhand der beiden sinus- und kosinusförmigen Ausgangssignale das Positionssignal, das im wesentlichen linear von der Relativposition von Positionsmagnet und Sensoranordnung abhängt. Die beiden Signale der Sensoren werden zur Bildung eines linearen Positionssignals sozusagen überlagert.A Another preferred variant provides that the sensor arrangement contains two sensors, where Each sensor is associated with a guide element. The two sensors send a sinusoidal or a cosinusoid Output signal proportional to the relative position of the position magnet to the sensor arrangement. A signal conditioning device generates the basis of the two sinusoidal and cosinusoidal output signals Position signal, which is substantially linearly from the relative position of Position magnet and sensor arrangement depends. The two signals of Sensors are superimposed to form a linear position signal, so to speak.

Die Positionserfassungsvorrichtung ist zweckmäßigerweise an einer fluidtechnischen Vorrichtung, bei der es sich vorzugs weise um einen pneumatischen Antrieb handelt, anordenbar. Beispielsweise können die magnetische Leiteranordnung und die Sensoranordnung in einer Gehäusenut der Vorrichtung angeordnet werden. Der Positionsmagnet ist beispielsweise am Kolben der fluidtechnischen Vorrichtung angeordnet oder wird durch diesen gebildet.The Position detection device is expediently on a fluidic Device in which it is preferential, a pneumatic Drive acts, can be arranged. For example, the magnetic conductor arrangement and the sensor arrangement is arranged in a housing groove of the device become. The position magnet is, for example, on the piston of the fluidic Device arranged or is formed by this.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:following Be exemplary embodiments of Invention with reference to the drawing explained. It demonstrate:

1 eine erfindungsgemäße fluidtechnische Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Positionserfassungsvorrichtung, 1 a fluidic device according to the invention with a position detection device according to the invention,

2 in schematisierter Weise den Einfluss einer magnetischen Leiteranordnung auf ein Positionssignal einer Sensoranordnung der Positionserfassungsvorrichtung gemäß 1, 2 in a schematic way the influence a magnetic conductor arrangement according to a position signal of a sensor arrangement of the position detection device according to 1 .

3 unterschiedliche Verläufe der Feldstärke eines Magnetfeldes mit und ohne die erfindungsgemäße Leiteranordnung bei der Sensoranordnung der Positionserfassungsvorrichtung gemäß 1, 3 different courses of the field strength of a magnetic field with and without the inventive conductor arrangement in the sensor arrangement of the position detection device according to 1 .

4 einen Sensor mit einer magnetischen Leiteranordnung mit einzelnen Flussleitstücken, 4 a sensor with a magnetic conductor arrangement with individual flux guides,

5 einen Sensor, der in ein plattenförmiges Flussleitstück eingebettet ist in einer Ansicht von oben, und 5 a sensor which is embedded in a plate-shaped flux guide in a view from above, and

6 eine Querschnittsansicht des Sensors und des Flussleitstücks gemäß 5 entlang einer Linie I-I in 5. 6 a cross-sectional view of the sensor and the flux guide according to 5 along a line II in 5 ,

Die in 1 gezeigte fluidtechnische Vorrichtung wird durch einen pneumatischen Antrieb 10 gebildet. Die Position eines Kolbens 11, der ein Aktor des Antriebs 10 ist, wird durch eine erfindungsgemäße Positionserfassungsvorrichtung 12 ermittelt.In the 1 shown fluidic device is by a pneumatic drive 10 educated. The position of a piston 11 who is an actuator of the drive 10 is is by a position detecting device according to the invention 12 determined.

Der Antrieb 10 ist vorliegend ein pneumatisch betätigter Linearantrieb. Der Kolben 11 ist in einem Kolbenaufnahmeraum 13 eines lediglich schematisch dargestellten Gehäuses 14 des Antriebs 10 entlang einer Positionierungsbahn 15 hin und her beweglich. Der Kolben 11 teilt den Kolbenaufnahmeraum 13 in Teilräume 16, 17. Eine Kolbenstange 18, die mit dem Kolben 11 fest verbunden ist, durchdringt einen Lagerdeckel 19 des Gehäuses 14. Ein Abschlussdeckel 20 verschließt den Kolbenaufnahmeraum 13 an der dem Lagerdeckel 19 entgegengesetzten Seite. Die Kolbenstange 18 bildet ein Kraftabtriebselement. Prinzipiell wäre aber auch ein sogenannter kolbenstangenloser Zylinder, ein Drehantrieb oder dergleichen anstelle des Antriebs 10 möglich.The drive 10 is presently a pneumatically actuated linear drive. The piston 11 is in a piston receiving space 13 a housing only schematically illustrated 14 of the drive 10 along a positioning track 15 movable back and forth. The piston 11 divides the piston receiving space 13 in subspaces 16 . 17 , A piston rod 18 that with the piston 11 firmly connected, penetrates a bearing cap 19 of the housing 14 , A finishing cover 20 closes the piston receiving space 13 at the bearing cap 19 opposite side. The piston rod 18 forms a power output element. In principle, however, would also be a so-called rodless cylinder, a rotary drive or the like instead of the drive 10 possible.

Die Positionserfassungsvorrichtung 12 erfasst innerhalb eines Erfassungsbereiches 21, der sich vorliegend entlang eines Teil-Abschnittes der Positionierungsbahn 15 erstreckt, die jeweilige Position des Kolbens 11. Der Erfassungsbereich 21 hat beispielsweise eine Längserstreckung von 25 mm.The position detection device 12 recorded within a coverage area 21 Presently along a portion of the positioning track 15 extends, the respective position of the piston 11 , The coverage area 21 has, for example, a longitudinal extent of 25 mm.

Die Positionserfassungsvorrichtung 12 erzeugt ein Positionssignal 22, das wegabhängig kontinuierlich veränderlich ist, wobei die Amplitude des Positionssignals 22 die Position des Kolbens 11 innerhalb des Erfassungsbereiches 21 repräsentiert. Anhand des Positionssignals 22, das Positionsistwerte enthält, sowie von Positionssollwerten 23 bildet eine Positionsregelung 24 Positionssteuerwerte 25. Die Positionsregelung 24 wertet dabei Positionsdifferenzwerte 26 aus, die durch Differenzbildung der Positionssollwerte 23 und des Positionssignals 22 gebildet werden.The position detection device 12 generates a position signal 22 , which is path-dependent continuously variable, the amplitude of the position signal 22 the position of the piston 11 within the coverage area 21 represents. Based on the position signal 22 , which contains actual position values, as well as position setpoints 23 forms a position control 24 Position control values 25 , The position control 24 evaluates position difference values 26 off by subtracting the position setpoints 23 and the position signal 22 be formed.

Eine Ventilanordnung 27, die durch die Positionssteuerwerte 25 gesteuert wird, beaufschlagt die Teilräume 16, 17 mit einem Druckmedium 28, z.B. Druckluft oder entlastet die Teilräume 16, 17, wobei beispielsweise Druckluft aus den Teilräumen 16, 17 ausströmen kann, jeweils in Abhängigkeit von den Positionssteuerwerten 25. Die Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung der Teilräume 16, 17 ist durch Pfeile 29, 30 angedeutet. Die Ventilanordnung 27 enthält beispielsweise Servoventile, Schnellschaltventile oder dergleichen. Durch Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung wird der Kolben 11 ent lang der Positionierungsbahn 15 hin und her bewegt. Die Druckpositionsregelung 24 positioniert den Kolben 11 an durch die Positionssollwerte 23 vorgegebenen Positionierungsorten entlang der Positionierungsbahn 15.A valve arrangement 27 caused by the position control values 25 is controlled, impinges on the subspaces 16 . 17 with a print medium 28 , eg compressed air or relieves the subspaces 16 . 17 , where, for example, compressed air from the subspaces 16 . 17 can flow out, depending on the position control values 25 , The pressurization or pressure relief of the subspaces 16 . 17 is by arrows 29 . 30 indicated. The valve arrangement 27 contains, for example, servo valves, quick-acting valves or the like. By pressurization or pressure relief of the piston 11 ent long the positioning track 15 moved back and forth. The print position control 24 positions the piston 11 on through the position setpoints 23 predetermined positioning locations along the positioning path 15 ,

Die Positionserfassungsvorrichtung 12 enthält eine Sensoranordnung 32 mit einem Sensor 31, der für ein Magnetfeld einer Vorzugsrichtung 33 empfindlich ist. Ein derartiges Magnetfeld 34 wird beispielsweise durch einen Positionsmagnet 35 erzeugt. Der Positionsmagnet 35 ist z.B. am Kolben 11 angeordnet. Der Positionsmagnet 35 ist z.B. ein Permanentmagnet. Der Positionsmagnet 35 ist beispielsweise in radialer Richtung magnetisiert, so dass das Magnetfeld 34 den durch einen gestrichelten Pfeil angedeuteten Verlauf aufweist. Bei einer in durchgezogenen Linien gezeichneten Stellung 36 des Kolbens 11 läge das Magnetfeld 34 an sich außerhalb des Erfassungsbereichs des Sensors 31. Dementsprechend hätte das Positionssignal 22 dann den Wert "0". Erst wenn der Kolben 11 die in gestrichelten Linien eingezeichnete Stellung 37 erreicht hat, ist er im Erfassungsbereich des Sensors 31. Der Sensor 31 und der Positionsmagnet 35 stehen sich dabei gegenüber. Das Magnetfeld 34 weist die Vorzugsrichtung 33 des Sensors 31 auf. Dementsprechend würde das Positionssignal 22 beispielsweise der Wert "1" annehmen. Gegebenenfalls müsste man für eine derartige digitale Positionserfassung den Sensor 31 näher am Antrieb 10 anordnen, damit das Magnetfeld 34 im Erfassungsbe reich des Sensors 31 eine ausreichend große Feldstärke aufweist.The position detection device 12 contains a sensor arrangement 32 with a sensor 31 which is for a magnetic field of a preferred direction 33 is sensitive. Such a magnetic field 34 is for example by a position magnet 35 generated. The position magnet 35 is eg on the piston 11 arranged. The position magnet 35 is for example a permanent magnet. The position magnet 35 is magnetized, for example in the radial direction, so that the magnetic field 34 has the indicated by a dashed arrow course. In a drawn in solid lines position 36 of the piston 11 would be the magnetic field 34 in itself outside the detection range of the sensor 31 , Accordingly, the position signal would have 22 then the value "0". Only when the piston 11 the drawn in dashed lines position 37 has reached, he is in the detection range of the sensor 31 , The sensor 31 and the position magnet 35 stand opposite each other. The magnetic field 34 indicates the preferred direction 33 of the sensor 31 on. Accordingly, the position signal would 22 for example, assume the value "1". If necessary, one would have for such a digital position detection the sensor 31 closer to the drive 10 Arrange so that the magnetic field 34 in the detection range of the sensor 31 has a sufficiently large field strength.

Eine derartige digitale Positionserfassung "Positionsmagnet im Erfassungsbereich des Sensors oder nicht", wird durch die Erfindung folgendermaßen verbessert:
Damit der Sensor 31 für den gesamten Erfassungsbereich 21 wegabhängig sensibilisiert ist, ist eine magnetische Leiteranordnung 38 vorgesehen. Die Leiteranordnung 38 enthält ein Flussleitstück 39, das in das Magnetfeld 34 des Permanentmagneten 35 zu dem Sensor 31 leitet. Das Flussleitstück 39 ist beispielsweise ein plattenförmiges weichmagnetisches Teil, beispielsweise ein Weicheisenblech. Das Flussleitstück 39 weist Leitabschnitte 40, 41 auf, die näher an das Gehäuse 14 heranreichen als ein zwischen den Leitabschnitten 40, 41 gelegener mittlerer Leitabschnitt 42, der vom Gehäuse 14 weiter entfernt ist. Die Leiterabschnitte 40, 41 sind den Randbereichen des Erfassungsbereiches 21 zugeordnet, der entfernte Leiterabschnitt 42 erstreckt sich etwa über den mittleren Bereich des Erfassungsbereiches 21. Durch die Leiterabschnitte 40, 41 wird das Magnetfeld 34 auch aus den Randbereichen des Erfassungsbereiches 21 zum Sensor 31 geleitet. Beispielhaft ist durch eine Feldlinie 61, die über den Leitabschnitt 40 zum Sensor 31 geleitet wird, dargestellt. Durch den Leitabschnitt 40 ist die Magnetfeldstärke auch beispielsweise bei der Stellung 36 ausreichend, um eine Erfassungsschwelle des Sensors 31 zu übersteigen. Somit kann der Sensor 31 die Position des Positionsmagneten 35 bei der Stellung 36 ebenfalls erfassen. Das Positionssignal 22 ist entlang der Erfassungsbereichs 21 wegabhängig kontinuierlich veränderlich. Die Amplitude des Positionssignals 22 ändert sich mit der Position des Positionsmagneten 35 innerhalb des Erfassungsbereiches 21.Such a digital position detection "position magnet in the detection range of the sensor or not" is improved by the invention as follows:
So that the sensor 31 for the entire coverage area 21 path sensitized is a magnetic conductor arrangement 38 intended. The conductor arrangement 38 contains a flux guide 39 that in the magnetic field 34 of the permanent magnet 35 to the sensor 31 passes. The flux guide 39 is, for example, a plate-shaped soft magnetic Part, for example, a soft iron sheet. The flux guide 39 has guiding sections 40 . 41 on, closer to the case 14 reach as one between the leading sections 40 . 41 located middle leading section 42 from the housing 14 further away. The conductor sections 40 . 41 are the edge areas of the detection area 21 assigned, the remote conductor section 42 extends approximately over the middle area of the detection area 21 , Through the conductor sections 40 . 41 becomes the magnetic field 34 also from the edge areas of the detection area 21 to the sensor 31 directed. Exemplary is a field line 61 that go beyond the lead section 40 to the sensor 31 is shown. Through the lead section 40 is the magnetic field strength, for example, in the position 36 sufficient to a detection threshold of the sensor 31 to exceed. Thus, the sensor can 31 the position of the position magnet 35 at the position 36 also record. The position signal 22 is along the detection area 21 path dependent continuously variable. The amplitude of the position signal 22 changes with the position of the position magnet 35 within the coverage area 21 ,

Ein Ausgangssignal 43 des Sensors 31 wird vorliegend durch eine Signalaufbereitungseinrichtung 44, bei der es sich beispielsweise um eine Verstärkeranordnung handelt, aufbereitet. Die Signalaufbereitungseinrichtung 44 erzeugt das Positionssignal 22.An output signal 43 of the sensor 31 is presently by a signal conditioning device 44 , which is for example an amplifier arrangement, prepared. The signal conditioning device 44 generates the position signal 22 ,

Eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 1 ist in gestrichelten Linien eingezeichnet. Bei dieser Variante weist die Sensoreinrichtung 32 einen zweiten Sensor 45 auf, dem ein Flussleitstück 46 zugeordnet ist. Der Sensor 45 und das Flussleitstück 46 entsprechen im wesentlichen dem Sensor 31 sowie dem Flussleitstück 39. Allerdings sind das Flussleitstück 46 sowie der Sensor 45 um eine vorbestimmte Wegstrecke entlang der Positionsbahn 15 zu dem Flussleitstück 39 sowie dem Sensor 31 verschoben angeordnet. Der Sensor 31 erzeugt beispielsweise ein sinusförmiges Ausgangssignal 43, der Sensor 45 ein kosinusförmiges Ausgangssignal 47. Anhand der Ausgangssignale 43, 47 bildet die Signalaufbereitungseinrichtung 44 das Positionssignal 22, wobei das Positionssignal 22 dabei vorzugsweise einen im wesentlichen linearen Verlauf hat.A variant of the embodiment according to 1 is drawn in dashed lines. In this variant, the sensor device 32 a second sensor 45 on, which a Flussleitstück 46 assigned. The sensor 45 and the flux guide 46 essentially correspond to the sensor 31 as well as the flux guide 39 , However, these are the flux guide 46 as well as the sensor 45 by a predetermined distance along the position track 15 to the flux guide 39 as well as the sensor 31 shifted arranged. The sensor 31 generates, for example, a sinusoidal output signal 43 , the sensor 45 a cosinusoidal output signal 47 , Based on the output signals 43 . 47 forms the signal conditioning device 44 the position signal 22 , where the position signal 22 preferably has a substantially linear course.

2 zeigt beispielhaft einen Verlauf des Positionssignals 22 der Sensoranordnung 32, bei dem es sich beispielsweise um eine Spannung Us handelt. Das Positionssignal 22 ist über der wegabhängigen Magnetfeldstärke H(s) gezeigt, die am Sensor 31 anliegt. Bei fehlendem Flussleitstück 39 hat das Positionssignal 22 beispielsweise den in durchgezogener Linie dargestellten Verlauf 48, bei vorhandenem Flussleitstück 39 den in strichpunktierter Linie dargestellten Verlauf 49. Durch das Flussleitstück 39 erreicht das Positionssignal 22 bereits bei der Stellung 36 des Kolbens 11 seinen maximalen Wert Umax. Bei fehlendem Flussleitstück 39 wird die Sättigungsfeldstärke Hs2 beispielsweise erst in der Stellung 37 erreicht. 2 shows an example of a course of the position signal 22 the sensor arrangement 32 , which is, for example, a voltage Us. The position signal 22 is shown above the path-dependent magnetic field strength H (s) at the sensor 31 is applied. In case of missing flux guide 39 has the position signal 22 for example, the course shown in a solid line 48 , with existing flux guide 39 the course shown in dotted line 49 , Through the flux guide 39 reaches the position signal 22 already at the position 36 of the piston 11 its maximum value Umax. In case of missing flux guide 39 For example, the saturation field strength Hs2 is only in the position 37 reached.

3 zeigt von einem Weg s abhängige Magnetfeldstärkenverläufe 50, 51 des vom Positionsmagneten 35 erzeugten Magnetfeldes in der Vorzugsrichtung 33 unmittelbar am Sensor 31. Der mit einer gestrichelten Linie dargestellte Magnetfeldstärkeverlauf 51 stellt sich bei fehlendem Flussleitstück 39 ein. Lediglich zwischen Wegpositionen s2 und s3, die beispielsweise einen mittleren Abschnitt des Erfassungsbereiches 21 markieren, überschreitet die magnetische Feldstärke H einen Sättigungswert Hs, bei dem der Sensor 31 anspricht. Durch die Wirkung des Flussleitstückes 39 wird der Erfassungsbereich des Sensors 31 vergrößert, so dass zwischen Wegpositio nen s1 und s4, die Sättigungsfeldstärke Hydraulikschaltung überschritten wird. Die Positionen s1 und s4 markieren beispielsweise die beiden Enden des Erfassungsbereiches 21. 3 shows magnetic field intensity curves dependent on a path s 50 . 51 of the position magnet 35 generated magnetic field in the preferred direction 33 directly on the sensor 31 , The magnetic field strength curve shown with a dashed line 51 arises in the absence of flux guide 39 one. Only between path positions s2 and s3, for example, a central portion of the detection range 21 the magnetic field strength H exceeds a saturation value Hs at which the sensor 31 responds. Due to the effect of the flux guide 39 becomes the detection range of the sensor 31 increased, so that between Wegpositio nen s1 and s4, the saturation field strength hydraulic circuit is exceeded. The positions s1 and s4 mark, for example, the two ends of the detection range 21 ,

In 4 ist ein Sensor 52 mit einer Leiteranordnung 53 versehen. Der Sensor 52 bzw. die Leiteranordnung 53 könnten beispielsweise anstelle des Sensors 31 und der Leiteranordnung 38 bei der Positionserfassungsvorrichtung 12 eingesetzt werden. Die Leiteranordnung 53 enthält Flussleitstücke 54 bis 58, bei denen es sich beispielsweise um weichmagnetische Bleche oder dergleichen handelt. Die Flussleitstücke 54 bis 58 sind z.B. fächerartig um den Sensor 52 angeordnet. Die Flussleitstücke 54 bis 58 leiten ein Magnetfeld richtungsabhängig zu dem magnetischen Sensor 52, bei dem es sich beispielsweise um einen AMR-Sensor handelt.In 4 is a sensor 52 with a conductor arrangement 53 Mistake. The sensor 52 or the conductor arrangement 53 For example, instead of the sensor 31 and the conductor arrangement 38 in the position detection device 12 be used. The conductor arrangement 53 contains flux guides 54 to 58 , which are, for example, soft magnetic sheets or the like. The flux guides 54 to 58 Eg are fan-like around the sensor 52 arranged. The flux guides 54 to 58 conduct a magnetic field depending on the direction of the magnetic sensor 52 , which is, for example, an AMR sensor.

Ein in den 5 und 6 dargestellter magnetischer Sensor 59, beispielsweise ein GMR-Sensor, ist von einem Flussleitstück 60 umgeben. Der Sensor 59 ist innerhalb eines Ausschnittes 61 angeordnet, der sich etwa in der Mitte des Flussleitstückes 60 befindet. Das Flussleitstück 60 leitet Magnetfeldlinien eines Magnetfeldes, beispielsweise das des Positionsmagneten 35, zu dem Sensor 59.One in the 5 and 6 illustrated magnetic sensor 59 For example, a GMR sensor is of a flux guide 60 surround. The sensor 59 is within a section 61 arranged, located approximately in the middle of the Flussleitstückes 60 located. The flux guide 60 conducts magnetic field lines of a magnetic field, for example that of the position magnet 35 to the sensor 59 ,

Claims

Position detecting device with a substantially for a magnetic field ( 34 ) of a preferred direction ( 33 ) direction-sensitive sensor arrangement ( 32 ) and with a magnetic conductor arrangement ( 38 ) for conducting the magnetic field ( 34 ) one along a positioning track ( 15 ) relative to the sensor arrangement ( 32 ) movable, a magnetic field ( 34 ) generating position magnets ( 35 ), so that the sensor arrangement ( 32 ) a position signal ( 22 ) when the position magnet ( 35 ) within the scope ( 21 ) of the conductor arrangement ( 38 ) det, characterized in that the conductor arrangement ( 38 ) for conducting the magnetic field ( 34 ) to the sensor arrangement ( 32 ) is configured such that the position signal ( 22 ) path-dependent continuously variable, the position of the position magnet ( 35 ) within the scope ( 21 ) of the conductor arrangement ( 38 ).

Position detecting device according to claim 1, characterized in that the conductor arrangement ( 38 ) for directionally conducting the magnetic field ( 34 ) of the position magnet ( 35 ) to the sensor arrangement ( 32 ) is configured.

Position detecting device according to claim 1 or 2, characterized in that the conductor arrangement ( 38 ) directed portions of the magnetic field ( 34 ) in such a way to the sensor arrangement ( 32 ) that the sensor is within the detection range ( 21 ) of the conductor arrangement ( 38 ) is at least partially substantially linearized, from the position of the position magnet ( 35 ) within the scope ( 21 ) dependent position signal ( 22 ) generated.

Position detecting device according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor arrangement ( 38 ) the coverage area ( 21 ) of the sensor arrangement ( 32 ) for position detection of the position magnet ( 35 ).

Position detecting device according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor arrangement ( 38 ) a first directed portion of the magnetic field ( 34 ) of the position magnet ( 35 ) better than a second directed component ( 61 ) of the magnetic field ( 34 ) of the position magnet ( 35 ) to the sensor arrangement ( 32 ), so that a predetermined detection threshold (Hs) of the sensor arrangement ( 32 ) for the first and the second portion of the magnetic field ( 34 ) is exceeded.

Position detecting device according to claim 5, characterized in that in the absence of a conductor arrangement ( 38 ) the predetermined detection threshold of the sensor arrangement ( 32 ) for the first directed portion of the magnetic field ( 34 ) of the position magnet ( 35 ) is not exceeded and is achieved for the second targeted share.

Position detecting device according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor arrangement ( 38 ) on the sensor arrangement ( 32 ) is arranged.

Position detecting device according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor arrangement ( 38 ) at least one soft magnetic flux guide ( 39 ) contains.

Position detecting device according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor arrangement ( 38 ) at least one closer to the positioning track ( 15 ) leading section ( 40 . 41 ) and one of the positioning track ( 15 ) more distant lead ( 42 ) having.

Position sensing device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor arrangement ( 32 ) at least one magnetoresistive sensor ( 31 ) contains.

Position detecting device according to one of the preceding claims, characterized in that the position signal ( 22 ) in the absence of a conductor arrangement ( 38 ) is substantially digital and a single predetermined relative position of the position magnet ( 35 ) to the sensor.

Position detecting device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor arrangement ( 32 ) a first sensor ( 31 ), to which a first guiding element ( 39 ) of the conductor arrangement ( 38 ) and a second sensor ( 52 ), to which a second guiding element ( 46 ) of the conductor arrangement ( 38 ), and that the first sensor ( 31 ) a sinusoidal output signal ( 43 ) and the second sensor ( 52 ) a cosinusoidal output signal ( 47 ) proportional to the relative position of position magnet ( 35 ) and sensor arrangement ( 32 ) and that it has a signal conditioning device ( 44 ) for generating the position signal ( 22 ) based on the sinusoidal and the cosinusoidal output signal, wherein the position signal ( 22 ) substantially linearly from the relative position of position magnet ( 35 ) and sensor arrangement ( 32 ) depends.

Position detecting device according to one of the preceding claims, characterized in that it is mounted on a fluid power device, in particular on a pneumatic drive ( 10 ), can be arranged.

Fluid technical device, in particular pneumatic drive ( 10 ), with at least one position detection device according to one of the preceding claims.