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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung ist auf
einen Sensor für
eine Pumpe mit variabler Verdrängung
gerichtet, und insbesondere auf einen Sensor zur Messung der Winkelposition
einer Taumelplatte in einer Pumpe mit variabler Verdrängung.
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Pumpen mit variabler Verdrängung werden üblicherweise
bei vielen unterschiedlichen Arten von Hydrauliksystemen verwendet.
Manche Fahrzeuge, wie beispielsweise Arbeitsmaschinen, weisen gewöhnlicherweise
hydraulische Pumpen auf, die von einem Motor (Verbrennungsmotor)
oder von einem (allgemeinen) Motor in dem Fahrzeug angetrieben werden,
um einen Fluss von unter Druck gesetztem Strömungsmittel zu erzeugen. Das
unter Druck gesetzte Strömungsmittel
kann für
irgendeiner Anzahl von Zwecken während
des Betriebs des Fahrzeugs verwendet werden. Eine Arbeitsmaschine
kann beispielsweise das unter Druck gesetzte Strömungsmittel verwenden, um die
Maschine über
eine Baustelle voranzutreiben oder um ein Arbeitswerkzeug an der Arbeitsmaschine
zu bewegen.
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Eine Pumpe mit variabler Verdrängung zieht typischerweise
Betriebsströmungsmittel,
wie beispielsweise Öl,
von einem Reservoir und bringt Arbeit in das Strömungsmittel ein, um den Druck
des Strömungsmittels
zu steigern. Die Pumpe kann ein Pumpenelement aufweisen, wie beispielsweise
eine Reihe von Kolben, die den Druck des Strömungsmittels steigern. Die
Pumpe kann auch eine Taumelplatte mit variablem Winkel aufweisen,
der die Kolben über eine
Hin- und Herbewegung antreibt, um den Druck des Strömungsmittels
zu steigern.
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Eine Pumpe weist auch eine Taumelplatte mit
variablem Winkel auf, die auch einen Mechanismus aufweisen kann,
der den Winkel der Taumelplatte variiert, um die Hublänge der
Kolben zu verändern, und
um dadurch die Verdrängung
der Pumpe zu variieren. Die Verdrängung der Pumpe kann verringert werden
durch Veränderung
des Winkels der Taumelplatte, um die Hublänge der Kolben zu verkürzen. Alternativ
kann die Verdrängung
der Pumpe gesteigert werden, indem man den Winkel der Taumelplatte
verändert,
um die Hublänge
der Kolben zu vergrößern.
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Die Menge des erforderlichen unter
Druck gesetzten Strömungsmittels
von einer Pumpe mit variabler Verdrängung kann abhängig von
den speziellen Betriebsbedingungen des Systems oder des Fahrzeugs
variieren, welches von der Pumpe abhängt. In einer Anwendung bei
einem Fahrzeug kann der gesamte Wirkungsgrad des Fahrzeuges verbessert
werden durch Variieren der Verdrängung
der Pumpe, um sich an die Anforderungen des Fahrzeugs anzupassen.
Wenn beispielsweise das Fahrzeug wenig unter Druck gesetztes Strömungsmittel erfordert,
kann der Winkel der Taumelplatte verändert werden, um die Hublänge der
Kolben zu verringern. Wenn das Fahrzeug mehr unter Druck gesetztes
Strömungsmittel
anfordert, kann der Winkel der Taumelplatte verändert werden, um die Hublänge des
Kolbens zu vergrößern.
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Ein Fahrzeug oder ein System können ein Steuersystem
aufweisen, welches die Betriebsanforderungen überwacht und den Betrieb der
Pumpe steuert, um ihn an die Anforderungen anzupassen. Um effektiv
die Ausgabe der Pumpe an die Anforderungen des Fahrzeugssystems
anzupassen, überwacht
das Steuersystem die gegenwärtige
Ausgabe der Pumpe beispielsweise durch Abfühlen des Winkels der Taumelplatte.
Wenn das Steuersystem genau den Winkel der Taumelplatte bestimmen
kann, kann das Steuersystem genau die gegenwärtige Ausgabe der Pumpe abschätzen. Das
Steuersystem kann dann den Winkel der Taumelplatte einstellen, um
sich an die Anforderungen des Fahrzeugs anzupassen.
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Eine Pumpe mit variabler Verdrängung kann einen
Sensor aufweisen, um den Winkel der Taumelplatte zu überwachen.
Ein Taumelplattensensor kann auf irgendeinem von verschiedenen unterschiedlichen
Prinzipien basieren. Beispielsweise kann ein Taumelplattensensor
auf mechanischen Prinzipien, auf Prinzipien mit Licht, mit Elektrizität oder Magnetfeldern
basieren. Jedoch sind die bekannten Sensoren, die auf diesen Prinzipien
basieren, entweder ungeeignet zur Anwendung in einer Pumpe mit variabler
Verdrängung,
oder sie haben eine beträchtliche Steigerung
der gesamten Kosten der Pumpe zur Folge.
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Beispielsweise basiert eine Bauart
eines Taumelplattenwinkelsensors, hergestellt von Rexroth, auf einer
Kombination von elektrischen und magnetischen Prinzipien, die als
der Hall-Effekt bekannt sind. Dieser Sensor verwendet Permanentmagneten, die
an der Taumelplatte angebracht sind und sich aus dem Pumpengehäuse heraus
erstrecken. Ein Hall-Eftekt-Halbleiterchip
ist zwischen den Permanentmagneten angeordnet. Durch Leiten von
Strom durch den Halbleiterchip und durch Messung der daraus resultierenden
Spannung an dem Chip kann der Winkel der Taumelplatte bestimmt werden.
Jedoch ist es schwierig und teuer, eine effektive Abdichtung zwischen
dem Pumpengehäuse
und dem Glied zu erreichen, welches aus dem Pumpengehäuse heraus
vorsteht. Zusätzlich
können
irgendwelche magnetischen Materialien in der Nähe des Sensors mit einem Betrieb
des Sensors in Gegenwirkung treten.
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Der Sensor der vorliegenden Erfindung
löst eines
oder mehrere der oben dargelegten Probleme.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung
ist auf einen Sensor für
eine Pumpe mit variabler Verdrängung
gerichtet, die ein Gehäuse
besitzt, welches eine Taumelplatte enthält, die geeignet ist, um sich
um eine Achse zu drehen. Der Sensor weist einen Magneten auf, der
mit der Taumelplatte verbunden ist, um sich mit der Taumelplatte
zu drehen. Ein Halbleiterchip ist in der Nähe des Magneten und innerhalb
des Gehäuses
angeordnet. Eine Steuerung ist geeignet, um einen Strom durch den
Halbleiterchip zu leiten und eine Spannung an dem Halbleiterchip
zu bestimmen. Die Steuerung ist weiter geeignet, den Winkel der
Taumelplatte relativ zu dem Gehäuse
basierend auf der bestimmten Spannung zu bestimmen.
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Gemäß eines weiteren Aspektes ist
die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Abfühlen der
Winkelposition einer Taumelplatte in einer Pumpe mit variabler Kapazität bzw. variabler
Verdrängung gerichtet.
Eine Taumelplatte, die innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, wird um
eine Achse gedreht. Ein Strom wird durch einen Halbleiterchip geleitet, der
innerhalb des Gehäuses
und in der Nähe
eines Magneten angeordnet ist, der mit der Taumelplatte verbunden
ist. Die Spannung an dem Halbleiterchip wird gemessen. Der Winkel
der Taumelplatte relativ zu dem Gehäuse wird basierend auf der
gemessenen Spannung an dem Halbleiterchip gemessen.
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Es sei bemerkt, dass sowohl die vorangegangene
allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung
nur beispielhaft und erklärend
sind, und nicht die Erfindung einschränken, wie sie beansprucht wird.
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1 ist
eine schematische und diagrammartige Darstellung einer Pumpe mit
variabler Verdrängung,
die einen Sensor gemäß eines
beispielhaften Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung besitzt;
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2 ist
eine diagrammartige Querschnittsansicht eines Sensors gemäß eines
beispielhaften Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung; und
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3 ist
eine diagrammartige Darstellung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels
eines Sensors gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung
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Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
einer Pumpe 10 mit variabler Verdrängung ist in 1 veranschaulicht. Wie gezeigt, weist
die Pumpe 10 einen Block 20 auf, der in einem
Gehäuse 16 angeordnet ist,
um sich um eine Blockachse 22 zu drehen. Der Block 20 definiert
eine Reihe von Kammern 28, von denen zwei in 1 veranschaulicht sind.
Jede Kammer weist einen Auslassanschluss 30 auf.
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Die Pumpe 10 weist auch
eine Reihe von Kolben 18 auf. Ein Kolben ist verschiebbar
in jeder Kammer 28 angeordnet. Der Kolben 18 wird
typischerweise gegen die Taumelplatte 12 entweder unter
Verwendung einer Vorrichtung mit festem Spiel oder durch einen (nicht
gezeigten) Niederhaltemechanismus mit positiver Kraft durch eine
Gleitvorrichtung 26 gehalten.
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Eine (nicht gezeigte) Welle kann
mit dem Block 20 verbunden sein. Eine Drehung der Welle bewirkt
eine entsprechende Drehung des Blocks 20 um die Blockachse 22.
Die Welle kann durch einen Motor 14 angetrieben werden.
Der Motor 14 kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor
sein. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die Welle durch eine
andere Art einer Leistungsquelle angetrieben werden kann, beispielsweise
durch einen Elektromotor.
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Die Pumpe 10 weist auch
eine Taumelplatte 12 auf, die eine Antriebsfläche 13 hat.
Jeder Kolben 18 ist in Eingriff mit der Antriebsfläche 13 vorgespannt.
Die Gleitvorrichtung 26 weist eine Verbindung bzw. ein
Gelenk auf, wie beispielsweise ein Gelenk mit Kugel und Sockel,
welches zwischen jedem Kolben 18 und der Taumelplatte 12 angeordnet
ist. Jedes Gelenk gestattet eine Relativbewegung zwischen der Taumelplatte 12 und
jedem Kolben 18.
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Die Taumelplatte 12 kann
in einem Winkel a relativ zum Gehäuse 16 angeordnet
sein. Für
die Zwecke der vorliegenden Offenbarung wird der Winkel a von einer
Linie 23 gemessen, die senkrecht von der Blockachse 22 gezogen ist.
Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass der Taumelplattenwinkel
unter Verwendung eines anderen Referenzpunktes gemessen werden kann.
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Wenn der Block 20 gedreht
wird, werden die Kombination der abgewinkelten Antriebsfläche 13 der
Taumelplatte 12 und die Kraft der Feder in jeder Kammer 28 jeden
Kolben 18 über
eine hin und her laufende Bewegung in jeder Kammer 28 treiben. Wenn
der Kolben 18 sich unter der Kraft der Feder und weg vom
Auslassanschluss 30 bewegt, kann Strömungsmittel in die Kammer 28 eintreten.
Wenn der Kolben 18 sich zum Auslassanschluss 30 unter der
Kraft der Antriebsfläche
der Taumelplatte 12 bewegt, wirkt der Kolben 18 auf
das Strömungsmittel
in der Kammer 28, um den Druck des Strömungsmittels zu steigern. Wenn
der Druck des Strömungsmittels
in der Kammer 28 ein gewisses Niveau erreicht, kann das
Strömungsmittel
durch den Anschluss 30 zu einem Strömungsmittelauslass 32 fließen. Ein
(nicht gezeigtes) Rückschlagventil
oder eine ähnliche
Vorrichtung, kann im Auslassanschluss 30 positioniert sein,
um den Druck zu steuern, mit dem das Strömungsmittel aus der Kammer 28 zum
Strömungsmittelauslass 32 ausgelassen
wird.
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Der Winkel a der Taumelplatte 12 relativ
zum Gehäuse 16 steuert
die Hublänge
von jedem Kolben 18 und die Verdrängungsrate der Pumpe 10.
Eine Vergrößerung des
Taumelplattenwinkels a wird eine größere Hublänge von jedem Kolben 18 zur
Folge haben. Im Gegensatz dazu wird eine Verringerung des Taumelplattenwinkels
a eine verringerte Hublänge
von jedem Kolben 18 zur Folge haben. Eine Steigerung der
Hublänge
von jedem Kolben 18 wird die Menge des Strömungsmittels
steigern, die auf das vorbestimmte Niveau während jeder Drehung des Blocks 20 unter
Druck gesetzt wird. Eine Verringerung der Hublänge von jedem Kolben 18 wird
die Menge des Strömungsmittels
verringern, die auf das vorbestimmte Niveau während jeder Drehung des Blocks 20 unter
Druck gesetzt wird.
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Ein Gelenk bzw. Lager 21 kann
zwischen der Taumelplatte 12 und dem Gehäuse 16 angeordnet sein,
um zu gestatten, dass die Taumelplatte um eine Taumelplatteachse 24 rotiert.
Das Gelenk 21 gestattet, dass der Winkel a der Taumelplatte 12 relativ
zum Gehäuse 16 variiert
wird. Das Gelenk 21 kann irgendeine Konfiguration haben,
die dem Fachmann leicht offensichtlich ist. Die Pumpe 10 kann
konfiguriert sein, um den Drehbereich der Taumelplatte 12 einzuschränken. Beispielsweise
kann der Drehbereich der Taumelplatte 12 auf eine Position
mit minimaler Verdrängung
von ungefähr
0° und auf
eine Position für
maximale Verdrängung
von ungefähr
20° eingeschränkt sein.
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Die Pumpe 10 kann auch einen
Mechanismus aufweisen, um den Winkel a der Taumelplatte 12 zu
variieren. Für
die Zwecke der vorliegenden Offenbarung wird ein hydraulisch gesteuerter
Mechanismus beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass
eine andere Bauart eines Mechanismus, wie beispielsweise eine elektromagnetgetriebene Betätigungsvorrichtung,
verwendet werden kann, um den Winkel der Taumelplatte 12 zu
variieren.
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Der Mechanismus zum Variieren des
Winkels kann einen ersten Kolben 38 und einen zweiten Kolben 40 aufweisen,
die mit gegenüber
liegenden Seiten der Taumelplatte 12 in Eingriff sind.
Eine Strömungsmittelleitung 48 leitet
eine Strömungsmittelfluss
vom Pumpenauslass 32 zum Kolbenventil 36. Der
Fluss des Strömungsmittels
fließt
dann durch einen Kolbenventilauslass 46 zu dem ersten Kolben 38,
um dadurch eine Kraft auf die Taumelplatte 12 auszuüben. Eine
weitere Strömungsmittelleitung 47 kann
auch einen Fluss von Strömungsmittel
aus dem Pumpenauslass 32 zum zweiten Kolben 40 leiten,
um dadurch eine Kraft auf die gegenüber liegende Seite der Taumelplatte 12 auszuüben. Wenn
die Kraft, die von dem ersten Kolben 38 auf die Taumelplatte 12 ausgeübt wird,
die Kraft überschreitet,
die von dem zweiten Kolben 40 auf die Taumelplatte 12 ausgeübt wird,
wird sich die Taumelplatte 12 in einer ersten Richtung
drehen. Wenn die Kraft, die von dem zweiten Kolben 40 auf
die Taumelplatte 12 aufgebracht wird, die Kraft überschreitet,
die von dem ersten Kolben 38 aufgebracht wird, wird die
Taumelplatte 12 sich in der entgegengesetzten Richtung
drehen.
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Das Kolbenventil 36 kann
den Druck des Strömungsmittels
steuern, der auf den ersten Kolben 38 wirkt, um dadurch
die Kraft zu steuern, die auf die Taumelplatte 12 durch
den ersten Kolben 38 ausgeübt wird. Das Kolbenventil 36 kann
einen einstellbaren Kolben 42 aufweisen. Durch Steuerung
der Position des Kolbens 42 kann der Druck des Strömungsmittels
gesteuert werden, der durch den Kolbenventilauslass 46 zum
ersten Kolben 38 fließt.
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Das Kolbenventil 36 kann
gesteuert werden, um den Winkel a der Taumelplatte 12 einzustellen. Durch
Vergrößerung des
Druckes des Strömungsmittels,
der auf den ersten Kolben 38 wirkt, kann die Kraft, die
durch den ersten Kolben 38 auf die Taumelplatte 12 ausgeübt wird,
vergrößert werden,
um den Winkel a der Taumelplatte 12 zu vergrößern. Durch Verringerung
des Druckes des Strömungsmittels,
der auf den ersten Kolben 38 wirkt, kann die von dem ersten
Kolben 38 auf die Taumelplatte 12 ausgeübte Kraft
verringert werden, um den Winkel a der Taumelplatte 12 zu
verringern.
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Eine Feder 44 kann mit dem
ersten Kolben 38 in Eingriff sein, um die Taumelplatte 12 zu
der Position mit maximaler Verdrängung
vorzuspannen. Wenn somit der Kolben 42 des Kolbenventils 36 gestattet,
dass ein maximaler Strömungsmitteldruck zum
ersten Kolben 38 geleitet wird, und dass die Drücke des
Strömungsmittels,
die auf die ersten und zweiten Kolben 38 und 40 wirken,
im Wesentlichen gleich sind, wird die Feder 44 dahingehend
wirken, dass sie die Taumelplatte 12 auf die Position mit
maximaler Verdrängung
bewegen wird.
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Eine Steuerung 34 kann vorgesehen
werden, um das Kolbenventil 36 zu steuern, um dadurch den
Winkel a der Taumelplatte 12 zu steuern. Die Steuerung 34 kann
ein elektronisches Steuermodul aufweisen, welches einen Mikroprozessor
und einen Speicher hat. Wie es dem Fachmann bekannt ist, ist der
Speicher betriebsmässig
mit dem Mikroprozessor verbunden und speichert einen Anweisungssatz und
Variable. Mit dem Mikroprozessor und einem Teil des elektronischen
Steuermoduls sind verschiedene andere bekannte Schaltungen assoziiert,
wie beispielsweise unter anderem eine Lei stungsversorgungsschaltung,
eine Signalkonditionierungsschaltung und eine Elektromagnettreiberschaltung.
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Die Steuerung 34 kann programmiert
sein, um den Betrieb der Pumpe 10 basierend auf unterschiedlichen
Eingangsparametern zu steuern. Beispielsweise kann bei einer Arbeitsmaschine
die Steuerung 34 die Bewegungen eines Arbeitswerkzeuges oder
die angeforderte Bewegung der Arbeitsmaschine selbst überwachen,
um die Nachfrage nach unter Druck gesetztem Strömungsmittel zu bestimmen. Wenn
die Steuerung 34 bestimmt, dass die Anforderungen für unter
Druck gesetztes Strömungsmittel die
gegenwärtige
Ausgabe der Pumpe 10 überschreiten,
kann die Steuerung 34 das Kolbenventil 36 einstellen,
um den Winkel a der Taumelplatte 12 zu vergrößern und
dadurch die Verdrängung
der Pumpe 10 zu vergrößern.
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Um zu bestimmen, ob die Verdrängung der Pumpe
eine Einstellung benötigt,
kann die Steuerung 34 die gegenwärtige Verdrängung der Pumpe 10 bestimmen.
Dies kann erreicht werden durch Bestimmung des gegenwärtigen Winkels
a der Taumelplatte 12. Wie der Fachmann erkennen wird,
kann die gegenwärtige
Verdrängung
der Pumpe 10 basierend auf dem Winkel a der Taumelplatte 12 bestimmt
werden.
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Wie in 2 gezeigt,
kann ein Sensor 50 mit der Pumpe 10 in Eingriff
sein, um den Winkel a der Taumelplatte 12 abzufühlen. Der
Sensor 50 weist einen Befestigungsblock 54 auf,
der aus einem nicht magnetischen Material gemacht ist, wie beispielsweise
aus Plastik, Teflon oder Plexiglas. Der Befestigungsblock 54 kann
eine Kreisform haben und kann eine mittlere Öffnung 60 aufweisen.
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Der Befestigungsblock 54 kann
in einer Öffnung 52 in
der Taumelplatte 12 angeordnet sein. Ein Paar von Schrauben 64 kann
durch den Befestigungsblock 54 angeordnet sein, um den
Befestigungsblock 54 an der Taumelplatte 12 zu
sichern. Der Befestigungsblock 54 kann mit dem Gelenk 21 (siehe 1) der Taumelplatte 12 verbunden
sein, so dass die Mitte der Öffnung 60 im
Wesentlichen mit der Taumelplattenachse 22 ausgerichtet
ist.
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Ein erster Magnet 56 und
ein zweiter Magnet 58 können
in der Nähe
der Öffnung 60 in
dem Montageblock 54 angeordnet sein. Jeder der ersten und zweiten
Magneten 56 und 58 kann ein Stangen-Permanentmagnet
sein. Der Fachmann wird erkennen, dass andere Arten von Magneten
ebenfalls verwendet werden können.
Ein zweites Paar von Schrauben 62 kann in dem Befestigungsblock 54 angeordnet sein,
um die ersten und zweiten Magneten 56 und 58 relativ
zur Öffnung 60 am
Platz zu halten.
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Die ersten und zweiten Magneten 56 und 58 können ausgerichtet
sein, so dass gegenüber
liegende Pole von jedem Magneten benachbart zur Öffnung 60 sind. Beispielsweise
kann der Nordpol des ersten Magneten 56 auf einer Seite
der Öffnung 60 angeordnet
sein, und der Südpol
des zweiten Magneten 58 kann auf der gegenüber liegenden
Seite der Öffnung 60 angeordnet
sein. Diese Anordnung wird einen magnetischen Fluss über die Öffnung 60 erzeugen.
Die Stärke
des magnetischen Flusses wird von der Stärke und von der Nähe der ersten
und zweiten Magneten abhängen.
Die ersten und zweiten Magneten 56 und 58 können in
dem Befestigungsblock 54 so angeordnet sein, dass die jeweiligen
Pole der Magnete so nah wie möglich
zu der Öffnung 60 sind.
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Der Sensor 50 weist auch
ein stationäres Glied 66 auf,
welches eine Außenfläche 74 hat
und sich durch das Gehäuse 16 erstreckt.
Das stationäre Glied 66 kann
auch aus einem nicht magnetischen Material gemacht sein, wie beispielsweise
aus Plastik, Teflon oder aus Plexiglas. Ein Halbleiterchip, wie beispielsweise
der programmierbare Hall-Effekt-Chip von Melexis MLX90215, kann
an einem Ende des stationären
Gliedes 66 angeordnet sein.
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Die Außenfläche 74 des stationären Gliedes 66 ist
konfiguriert, um in der Öffnung 60 des
Befestigungsblocks 54 aufgenommen zu werden. Das stationäre Glied 66 kann
relativ zu dem Befestigungsblock 54 positioniert sein, um
den Halbleiterchip 68 in dem magnetischen Fluss anzuordnen,
der zwischen den ersten und zweiten Magneten 56 und 58 erzeugt wird.
Ein Lager oder eine andere eine Bewegung ermöglichende Vorrichtung, wie
beispielsweise ein Schmiermittel, kann zwischen dem stationären Glied 66 und
dem Befestigungsblock 54 angeordnet sein.
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Die Außenfläche 74 des stationären Gliedes 66 kann
mit Gewinde versehen sein, um zu gestatten, dass eine Mutter 72 das
stationäre
Glied 66 an dem Gehäuse 16 sichert,
und um zu verhindern, dass das stationäre Glied 66 sich relativ
zu dem Gehäuse 16 bewegt.
Da es keine relative Bewegung zwischen dem stationären Glied 66 und
dem Gehäuse 16 gibt, kann
die Öffnung
in dem Gehäuse 16 für das stationäre Glied 66 leicht
abgedichtet werden. Beispielsweise kann ein Dichtungsglied 76,
wie beispielsweise ein O-Ring,
zwischen dem Gehäuse 16,
der Mutter 72 und dem stationären Glied 66 angeordnet
sein, um eine Abdichtung dazwischen zu bilden.
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Das stationäre Glied 66 kann hohl
sein. Eine Reihe von Steuerdrähten 70 kann
sich von dem Halbleiterchip 68 durch das stationäre Glied 66 erstrekken.
Steuerdrähte 70 können eine
elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 68 und
der Steuerung 34 vorsehen!.
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Die Steuerung 34 kann konfiguriert
sein, um einen gesteuerten Strom durch den Halbleiterchip 68 zu
leiten. Die Steuerung 34 kann weiter einen Sensor oder
eine andere Vorrichtung aufweisen, um die daraus resultierende Spannung
an dem Halbleiterchip 68 zu messen. Mit den Prinzipien
des Hall-Effektes wird
sich die Spannung an dem Halbleiterchip 68 ansprechend
auf eine Veränderung
der relativen Richtung des magnetischen Flusses an dem Halbleiterchip 68 verändern.
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Wie in 3 gezeigt,
wird sich die Richtung des magnetischen Flusses an dem Halbleiterchip 68 verändern, wenn
die ersten und zweiten Magneten 56 und 58 über einen
Winkel a relativ zum Halbleiterchip 68 gedreht werden.
Weil die ersten und zweiten Magneten 56 und 58 in
dem Befestigungsblock
54 gesichert sind, der an der Taumelplatte 12 befestigt ist,
und weil das stationäre
Glied 66 an dem Gehäuse 16 befestigt
ist, wird sich die relative Richtung des magnetischen Flusses an
dem Halbleiterchip 68 mit einer Veränderung des Winkels a der Taumelplatte 12 relativ
zum Gehäuse 16 verändern. Die
Spannung an dem Halbleiterchip 68 kann mit dem Winkel a durch
die folgende Formel in Beziehung gesetzt werden: v
= k*sin(a),wobei v die Spannung ist und wobei k eine Konstante ist,
die von der Stärke
der ersten und zweiten Magneten 56 und 58 abhängt, weiter
von der geometrischen Konfiguration des Sensors 50 und
von den Charakteristiken des Halbleiterchips 68.
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Weil der erwartete Drehbereich der
Taumelplatte 12 relativ klein ist, beispielsweise zwischen
0° und 20° kann die
vorherige Gleichung vereinfacht werden zu: v
= k*a.
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Entsprechend kann die Beziehung zwischen der
Spannung und dem Winkel im Wesentlichen linear über den erwarteten Drehbereich
des Sensors angesehen werden. Diese Vereinfachung der Beziehung
zwischen der Spannung und dem Winkel wird einen geringen Fehler über den
erwarteten Drehbereich zur Folge haben. Es wird erwartet, dass der
maximale Fehler nicht 2% oder 0,4° über einen
Drehbereich von 0° bis
20° überschreiten
wird. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die auf einer Sinuswelle
basierende Beziehung verwendet werden kann, wenn der erwartete Drehbereich
der ersten und zweiten Magneten 56 und 58 vergrössert wird,
oder wenn dieses Fehlerniveau für
die gegebene Anwendung nicht akzeptabel ist.
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Diese lineare Beziehung zwischen
dem Winkel a und der Spannung sorgt für eine einfache Kalibrierung
des Sensors 50. Insbesondere kann der Sensor
50 durch
Messung der Spannung an dem Halbleiterchip 68 bei zwei
bekannten Winkeln kalibriert werden. Zusätzlich sorgt diese lineare
Beziehung für
verringerte Toleranzen bei der Herstellung und bei der Montage,
weil der Kalibrierungsprozess irgendwelche Unterschiede der Ausrichtung
zwischen dem Halbleiterchip 68 und dem ersten und zweiten
Magneten 56 und 58 berücksichtigen wird.
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Der Halbleiterchip 68 kann
programmiert sein, um die Veränderungen
des magnetischen Flusses zu berücksichtigen,
die durch die ersten und zweiten Magneten 56 und 58 aufgrund
von Veränderungen
der Temperatur des Sensors erzeugt werden. Der Halbleiterchip 68 kann
programmiert werden, um die erwarteten Veränderungen des magnetischen Flusses
zu berücksichtigen,
wenn sich die Temperatur der ersten und zweiten Magneten 56 und 58 verändert. In
dieser Weise wird die Zuverlässigkeit
des Sensors 50 verbessert.
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Zusätzlich wird das Pumpengehäuse 16 verhindern,
dass andere elektrische oder magnetische Einrichtungen den Betrieb
des Sensors 50 beeinflussen. Das Pumpengehäuse 16 wird
als eine Abschirmung für
den Halbleiterchip 68 und für die ersten und zweiten Magneten 56 und 58 wirken.
Entsprechend kann der Sensor 50 in enger Nähe zu anderen
magnetischen oder elektrischen Einrichtungen positioniert werden,
ohne den Betrieb oder die Genauigkeit des Sensors 50 zu
beeinflussen. Dies kann insbesondere nützlich sein bei einer Anwendung
in einem Fahrzeug, wo der verfügbare
Raum in einem Motorraum eingeschränkt ist.
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Die Steuerung 34 kann auch
irgendeine Hysterese der Messung kompensieren, die durch eine Winkelgeschwindigkeit
der ersten und zweiten Magneten 56 und 58 eingeleitet
wird, wie sie beispielsweise auftreten kann, wenn die Taumelplatte 12 sich
relativ zum Gehäuse 16 bewegt.
Wie der Fachmann erkennen wird, kann die Bewegung der ersten und zweiten
Magneten 56 und 58 einen elektrischen Strom in
umgebenden leitenden Materialien induzieren. Dieser induzierte elektrische
Strom kann die gemessene Spannung an dem Halbleiterchip 68 beeinflussen.
Entsprechend kann die Steuerung 34 einem Tiefpassfilter erster Ordnung
aufweisen, um eine solche Hysterese bei der Messung zu kompensieren.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wie aus der vorangegangenen Beschreibung
offensichtlich wird, sieht die vorliegende Erfindung einen Sensor 50 vor,
der verwendet werden kann, um die Winkelposition einer Taumelplatte 12 in einer
Pumpe 10 mit variabler Verdrängung zu bestimmen. Der Sensor 50 sieht
eine Anzeige dahingehend vor, wie der gegenwärtige Winkel a der Taumelplatte 12 relativ
zum Pumpengehäuse 16 ist.
Die Steuerung 34 kann den abgefühlten Winkel a der Taumelplatte 12 verwenden,
um die gegenwärtige
Verdrängung der
Pumpe 10 zu bestimmen, und um zu bestimmen, ob eine Einstellung
des Taumelplattenwinkels a nötig ist,
um die Verdrängung
der Pumpe entweder zu vergrößern oder
zu verringern.
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Wie ebenfalls aus der vorangegangenen
Beschreibung offensichtlich wird, ist der Sensor 50 robust,
kostengünstig
und zuverlässig.
Die Position der sich bewegenden Teile des Sensors 50 innerhalb
des Pumpengehäuses 16 sieht
eine Abschirmung für
den Sensor vor. Somit werden die Effekte von Schwingungen des Systems
oder des Fahrzeugs, von Druckfluktuationen der Pumpenausgabe, von Schmutz
und Strömungsmittel
und von Kavitation in der Pumpe minimiert. Zusätzlich kann der Sensor 50 leicht
mit dem Gehäuse 16 abgedichtet
werden, weil es keine relative Bewegung zwischen dem Sensor 50 und
dem Gehäuse 16 gibt.
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Es wird dem Fachmann offensichtlich
sein, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen an dem Sensor der
vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung
abzuweichen. Andere Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden dem Fachmann aus der Betrachtung der Beschreibung
und der praktischen Ausführung
der hier offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt,
dass die Be schreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen
werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden
Ansprüche
und ihre äquivalenten
Ausführungen
gezeigt wird.