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Rückbeziehung auf verwandte Anmeldung
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Diese Anmeldung beansprucht das Einreichdatum und die Offenbarung der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/281,331 vom 16. November 2009, die hier ausdrücklich durch Rückbeziehung einschließlich der dort genannten Rückbeziehungen einbezogen wird.
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor und insbesondere eine berührungslose Sensoranordnung.
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Hintergrund der Erfindung
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Einen bedeutenden Fortschritt in der Sensortechnologie hat die Entwicklung berührungsloser Sensoren, z. B. Drehpositionssensoren, Linearpositionssensoren und Geschwindigkeitssensoren erzielt. Generell erfordert ein berührungsloser Sensor, z. B. ein berührungsloser Positionssensor („NPS”) keinen physischen Kontakt zwischen dem Signalerzeuger und dem Sensorelement und nutzt Magnete zum Erzeugen magnetischer Felder, die mit der Position variieren, sowie Vorrichtungen zum Erfassen variierender Magnetfelder zur Messung der Position der zu überwachenden Komponenten.
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Eine Hall-Effekt-Vorrichtung oder eine andere geeignete Vorrichtung, die zum Fühlen magnetischer Felder gestaltet ist, wird dazu eingesetzt, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das von der Größe und/oder der Polarität des magnetischen Flusses abhängt, welcher auf die Sensorvorrichtung einwirkt. Die Sensorvorrichtung kann physisch an der zu überwachenden Komponente angebracht sein und sich relativ zu den stationären Magneten bewegen, wenn die Komponente sich bewegt. Umgekehrt kann die Sensorvorrichtung stationär sein, wobei dann die Magnete an der zu überwachenden Komponente befestigt sind. In beiden Fällen kann die Position der zu überwachenden Komponente mittels des elektrischen Signales bestimmt werden, das von der Sensorvorrichtung erzeugt wird.
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Der Einsatz eines berührungslosen Sensors, z. B. eines NPS, bietet mehrere herausragende Vorteile gegenüber dem Einsatz eines berührenden Sensors. Da ein NPS keinen physischen Kontakt zwischen dem Signalerzeuger und der Sensorvorrichtung erfordert, ist der physische Verschleiß im Betrieb kleiner, was zu einer größeren Lebensdauer des Sensors führt. Der Einsatz eines NPS ist ferner vorteilhaft wegen des Fehlens jeglichen physischen Kontakts zwischen den zu überwachenden Gegenständen und dem Sensor selbst, was zu einem geringeren Widerstand bzw. Nachlauf der Komponente am Sensor führt.
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Die Erfindung ist auf neue und verbesserte Merkmale einer berührungslosen Sensoranordnung gerichtet.
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Abriss der Erfindung
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Die Erfindung ist im weitesten Sinne auf eine berührungslose Sensoranordnung gerichtet, welche eine Verbinderanordnung mit Anschlüssen und einen Sensor umfasst, der direkt mit den Anschlüssen der Verbinderanordnung gekuppelt ist. In einer Ausführung umfasst der Sensor Leitungen, die an die Anschlüsse der Verbinderanordnung gekuppelt sind.
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Die Sensoranordnung umfasst ferner eine Schutzhülse, welche die Anschlüsse der Verbinderanordnung und den Sensor umgibt. In einer Ausführung besteht die Schutzhülse aus einem weichen und flexiblen Elastomermaterial, welches um den Sensor und die Anschlüsse der Verbinderanordnung überformt ist und diese abdichtet.
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In einer Ausführung umfassen die Anschlüsse jeweils erste Segmente, welche in der Verbinderanordnung fixiert sind und zweite freie Segmente, welche aus der Verbinderanordnung herausragen. Ferner ist bei einer Ausführung ein elektrisches Element, z. B. ein Kondensator, an einem flexiblen Gebiet eines oder mehrerer zweiter Segmente der Anschlüsse angebracht, und der Abstand zwischen den ersten Segmenten der Anschlüsse ist größer als der Abstand zwischen den zweiten freien Segmenten der Anschlüsse.
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In einer Ausführung ist das elektrische Element in einer Aussparung eingesetzt, welche in den Anschlüssen ausgebildet ist.
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In einer Ausführung ist die Sensoranordnung eine Drehpositions-Sensoranordnung, welche ein Gehäuse, eine drehbare Treibarmanordnung in dem Gehäuse und eine Magnetanordnung umfasst, welche in dem Gehäuse untergebracht ist, mit der Treibarmanordnung gekuppelt ist und ein Paar im Abstand angeordnete Magneten aufweist. Der Sensor erstreckt sich in das Gehäuse zwischen das Paar beabstandeter Magneten.
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In einer anderen Ausführung ist die Sensoranordnung eine Linearpositions-Sensoranordnung, welche ein Gehäuse und eine Magnetanordnung hat, welche in dem Gehäuse aufgenommen und mit einem Element gekuppelt ist, das zu einer linearen Bewegung in dem Gehäuse eingerichtet ist, und die Magnetanordnung umfasst ein Paar im Abstand angeordnete Magnete. Der Sensor erstreckt sich in das Gehäuse zwischen das Paar beabstandete Magnete.
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In einer weiteren Ausführung ist die Sensoranordnung eine Geschwindigkeits-Sensoranordnung umfassend ein Gehäuse, ein drehbares Rad in dem Gehäuse und eine Magnetanordnung, die entweder an dem Rad oder an dem benachbarten Sensor angebracht ist. Der Sensor erstreckt sich in das Gehäuse in eine Lage benachbart dem Rad.
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In einer weiteren Ausführung umfasst das Gehäuse einen inneren Hohlraum, der von einer inneren Oberfläche begrenzt ist, wobei der Sensor sich in den inneren Hohlraum erstreckt und die Hülse mindestens eine erste Rippe hat, welche an der inneren Oberfläche des Gehäuses anliegt, um eine Dichtung zwischen der Verbinderanordnung und dem Gehäuse zu schaffen.
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Diese und andere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführung der Erfindung, aus den Zeichnungen und aus den angefügten Ansprüchen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In den beiliegenden Zeichnungen, welche Teil der Unterlagen bilden, sind gleiche Bezugszeichen durchgehend zur Bezeichnung gleicher Teile verwendet, und es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer berührungslosen Sensoranordnung gemäß der Erfindung, wobei die gezeigte Ausführung eine berührungslose Drehpositions-Sensoranordnung darstellt;
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2 eine perspektivische Explosionsansicht der berührungslosen Drehpositions-Sensoranordnung nach 1;
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3 eine vertikale Schnittansicht der berührungslosen Drehpositions-Sensoranordnung nach 1;
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4 eine perspektivische Explosionsansicht der Magnetanordnung der berührungslosen Drehpositions-Sensoranordnung nach 1;
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5 eine perspektivische Ansicht der Treibarmanordnung der berührungslosen Drehpositions-Sensoranordnung nach 1, wobei die Magnetanordnung nach 3 darin überformt ist und gestrichelt erscheint;
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6 eine perspektivische Ansicht der Kombination aus Verbinder-/Anschluss-/Sensoranordnung der berührungslosen Drehpositions-Sensoranordnung nach 1;
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7 eine perspektivische Ansicht der Kombination aus Verbinder-/Anschluss-/Sensoranordnung nach 6, wobei die Sensorabdeck-Überformanordnung gestrichelt gezeigt ist;
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8 eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Anschlüsse der Kombination aus Verbinder-/Anschluss-/Sensoranordnung gemäß 6 und 7;
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9 eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführung der Anschlüsse der Verbinderanordnung gemäß der Erfindung;
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10 eine vereinfachte perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführung der Anschlüsse der Verbinderanordnung gemäß der Erfindung;
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11 eine vereinfachte perspektivische Explosionsansicht einer Linearpositions-Sensoranordnung in einer Ausführung der berührungslosen Sensoranordnung gemäß der Erfindung;
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12 eine vereinfachte perspektivische Explosionsansicht einer Ausführung einer Geschwindigkeits-Sensoranordnung der berührungslosen Sensoranordnung gemäß der Erfindung; und
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13 eine andere vereinfachte perspektivische Explosionsansicht einer Ausführung einer Geschwindigkeits-Sensoranordnung der berührungslosen Sensoranordnung gemäß der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführung
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Die 1 bis 3 zeigen eine Ausführung einer berührungslosen Sensoranordnung gemäß der Erfindung in Gestalt einer berührungslosen Drehpositions-Sensoranordnung 10 mit einem Gehäuse 12 für eine Vielzahl von inneren Bauteilen wie im Detail unten beschrieben. In der gezeigten Ausführung hat das Gehäuse 12 generell die Gestalt eines Ellbogens mit einem Verbindergehäuseteil 14 (1–3) und einem Treibarmgehäuseteil 16 (3), das einteilig mit dem Verbindergehäuseteil 14 in Richtung normal zu diesem ausgerichtet ist.
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Das Verbindergehäuseteil 14 umfasst ein distales Ende 18 (2 und 3), welches eine zentrale, im Wesentlichen rechteckige ebene Innenwand 19 (2 und 3) und einen ebenen peripheren und in Umfangsrichtung sich erstreckenden Kragen oder Rand 20 (2 und 3) hat, der von einer Schulter 21 (2) gebildet ist, welche im Wesentlichen normal von der Wand 19 nach außen ragt. Ein Paar unterschiedlich gestaltete Stifte oder Pfosten oder Führungen 22 und 24 (2) ragen im Wesentlichen normal von der Außenseite der entgegengesetzten Seitenwandabschnitte des Randes 20 in einer generell kolinearen Beziehung weg. In der gezeigten Ausführung sind der Stift 22 oval und der Stift 24 zylindrisch gestaltet. Eine langgestreckte, im Wesentlichen rechteckige Durchgangsöffnung bzw. Schlitz 26 (2 und 3) ist jeweils in Top- und Bodenwandabschnitten des Randes 20 ausgebildet und erstreckt sich durch diese hindurch.
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Das Verbindergehäuseteil 14 umfasst eine innere zylindrische Oberfläche 27 (3), welche einen ersten, im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum 28 (3) begrenzt, welcher an einem Ende in eine im Wesentlichen zylindrische Öffnung 30 (2) mündet, die in der Wand 19 des Verbindergehäuseteils 14 ausgebildet ist.
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Wie in 3 gezeigt, hat das Gehäuseteil 16 eine innere zylindrische Oberfläche 31, welche einen im Wesentlichen zylindrischen inneren Hohlraum 32 begrenzt, der an einem Ende in eine im Wesentlichen zylindrische Öffnung 34 in einem distalen Ende 36 des Gehäuseteils 16 übergeht. Das entgegengesetzte Ende des Hohlraumes 32 steht in Verbindung mit dem Hohlraum 28 im Gehäuseteil 14. Die inneren Oberflächen 27 und 31 und die entsprechenden Hohlräume 28 und 32 sind im Wesentlichen normal zueinander orientiert. Der Hohlraum 32 im Gehäuseteil 16 ist zum Teil von einer inneren, horizontalen Top-Oberfläche 36 gebildet, die eine Aussparung, eine Nut oder einen Schlitz 38 hat.
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Wie in 3 gezeigt ist, trennt eine innere Wand 39 im Gehäuse 12 die inneren Hohlräume 28 und 32. Die innere Wand hat eine innere Oberfläche 41, welche eine Durchgangsöffnung zwischen den inneren Hohlräumen 28 und 32 bildet.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ragt ein Montageflansch 33 (1 und 2) von einer Unterkante der äußeren Oberfläche des Gehäuseteils 16 vor. Der Flansch 33 hat eine Durchgangsöffnung 35 (1 und 2), welche einen Bolzen (nicht gezeigt) zum Kuppeln der Sensoranordnung 10 mit der Welle (nicht gezeigt) des Bauteiles (nicht gezeigt) aufnimmt, dessen Position gemessen werden soll. Wenngleich in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, versteht sich, dass ein gleicher Flansch diametral gegenüber dem Flansch 33 von der entgegengesetzten Seite der äußeren Oberfläche des Gehäuseteiles 16 vorragt. Wenn auch in keiner Zeichnung dargestellt ist, versteht sich, dass die Durchgangsöffnung 35 auch einen passenden Einsatz zum Begrenzen des Momentes aufnehmen kann, der so gestaltet ist, dass er die Kraft des Bolzens (nicht gezeigt) falls erforderlich aufnehmen kann.
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Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, nimmt der Gehäuseteil 16 eine Treibarmanordnung 40, eine Rückholfeder 42 und einen Rückhaltering 46 auf, wie im Folgenden im Detail beschrieben ist.
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Wie in den 2, 3 und 5 gezeigt ist, umfasst die Treibarmanordnung 40 eine zylindrische Basis 52 (2, 3 und 5) einschließlich einer inneren, generell zylindrischen Oberfläche 54 (3), die einen inneren Hohlraum 56 (3) definiert; eine erste im Wesentlichen kreisförmige, zur Magnet-Rückhaltung überformte Plattform 58, die auf die Basis 52 oben aufgesetzt und mit dieser einteilig ist; und eine zweite halbkreisförmige, zur Magnetzurückhaltung überformte Plattform 60, die parallel zur Plattform 58 und davon mit Abstand angeordnet ist. Eine im Wesentlichen zylindrische Säule 62 (3 und 5) erstreckt sich einteilig zwischen den entsprechenden überformten Plattformen 58 und 60 und stützt die Plattform 60 über der Plattform 58 parallel dazu und mit Abstand.
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Wie in 5 gezeigt ist, hat die Plattform 58 mehrere Aussparungen 64a, 64b und 64c. Die Plattform 58 hat ferner eine sich peripher in Umfangsrichtung erstreckende äußere Fläche 67 mit mindestens einer Nut 69, die sich zwischen Deckseite und Bodenseite der Plattform erstreckt. Die Plattform 60, welche halbkreisförmig gestaltet ist, hat eine ebene Endfläche 68, welche ein Paar mit Abstand angeordnete Nuten 70 und 72 hat, die sich zwischen der Deckseite und der Bodenseite der Plattform erstrecken. Die Nuten 70 und 72 sind benachbart und mit Abstand von den entgegengesetzten Umfangskanten der Endfläche 68 angeordnet. Ein im Wesentlichen kreisförmiger Stift 78 (2, 3 und 4) ragt einteilig von der Mitte der Deckfläche 74 (5) der Plattform 60 nach außen.
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Wie in
4 gezeigt ist, umfasst die Magnetanordnung
50 einen Magnet
80 und entsprechende Magnetpolstücke
82 und
84, wobei der Magnet von der bipolaren, angeschrägten Magnetbauart ist, die beispielsweise im
US-Patent 6,211,668 offenbart ist, deren Offenbarung hier durch Rückbeziehung einbezogen wird. Jedes Magnetpolstück
82 bzw.
84 ist generell halbkreisförmig und hat eine im Wesentlichen rechteckige Öffnung
83. Der Magnet
80 hat obere und untere mit Abstand und parallel angeordnete halbkreisförmige Magnetsektionen
80a und
80b, die miteinander durch einen zentralen Pfosten
80c verbunden sind. Zwischen den Magnetsektionen
80a und
80b ist ein Zwischenraum
80d gebildet.
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Jede Magnetsektion 80a bzw. 80b hat einen im Wesentlichen rechteckigen und zentral angeordneten Vorsprung 80e, der von der entsprechenden äußeren Oberfläche nach außen vorragt (von denen nur einer in 4 gezeigt ist) und der dazu eingerichtet ist, durch entsprechende Öffnungen 83 in den jeweiligen Magnetpolstücken 82 und 84 hineinzuragen, wenn die Magnetpolstücke 82 und 84 mit den entsprechenden Außenseiten der Magnetsektionen 80a und 80b während des Montageprozesses für die Sensoranordnung 10 verbunden werden.
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Die Magnetanordnung 50 wird während des Herstellprozesses überformt und zu einem Teil der Treibarmanordnung 40 gemacht, wobei der Pfosten 80c der Magnetanordnung 50 überformt und zu einem Teil des Pfostens 62 der Treibarmanordnung 40 gemacht wird; die Magnetsektion 80a und das Polstück 82 werden daran angekuppelt und durch Überformen zu einem Teil der Plattform 60 der Treibarmanordnung 50 gemacht; und die Magnetsektion 80b und das damit gekuppelte Polstück 84 werden durch Überformen zu einem Teil der Plattform 58 der Treibarmanordnung 40 gemacht und damit gekuppelt.
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Eine Rückholfeder 42 ist wie in 2 und 3 gezeigt von der Schraubenfederbauart und umfasst entsprechende abgebogene distale Endteile 86 und 87 (2).
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Der in den 3 und 4 gezeigte Rückhaltering 46 hat eine im Wesentlichen zylindrische Basis 88 und eine im Wesentlichen zylindrische Hülse 89, die zusammen eine innere Durchgangsöffnung 92 bilden.
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Gemäß 3 ist der Treibarm 40 über die Öffnung 34 im distalen Ende 36 des Gehäuseteils 16 in dessen Inneres eingesetzt und im inneren Hohlraum 32 des Gehäuseteils 16 so eingesetzt, dass der Stift 78 in die Aussparung 38 in der oberen Innenfläche 35 des Gehäuseteils 16 eintaucht, und die Deckfläche 74 der Plattform 60 ist benachbart der Innenfläche 36 des Gehäuseteils 16 gelegen. Der Stift 78 lagert die Treibarmanordnung 40 zur Drehung im inneren Hohlraum 32 des Gehäuseteils 16.
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Wie in 3 gezeigt, umgibt die Rückholfeder 42, welche ebenfalls im inneren Hohlraum des Gehäuseteils 16 ist, die Basis 52 und der Treibarmanordnung 40 und liegt an der unteren Fläche der Plattform 58 der Treibarmanordnung 40 an. Obwohl in keiner Figur gezeigt, versteht sich, dass das distale Ende der Rückholfeder 42 in den Schlitz oder die Öffnung 64c hineinragt, die in der äußeren Deckfläche der Plattform 58 der Treibarmanordnung 40 ausgebildet ist.
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In eine äußere Umfangsnut oder Schulter 100 (3) am distalen Ende 36 des Gehäuseteils 16 ist ein O-Ring 44 eingesetzt (2 und 3).
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Wie in 3 gezeigt ist, hält der Rückhaltering 46 die Treibarmanordnung 40 und die Rückholfeder 42 im Gehäuseteil 16. Der Rückhaltering 46 ist in das Innere des Gehäuseteils 16 während des Montageprozesses über und durch die Öffnung 34 im distalen Ende 36 des Gehäuseteils 16 so eingesetzt, dass die Basis 52 der Treibarmanordnung 40 in die Durchgangsöffnung 92 in der Hülse 89 des Rückhalterings 46 hineinragt, und die Rückholfeder 42 ist zwischen dem oberen Umfangsrand 95 der Hülse 89 des Rückhalteringes 46 und der unteren Fläche der Plattform 58 der Treibarmanordnung 40 eingebettet. Das abgebogene Ende 87 der Rückholfeder 42 erstreckt sich in eine der Nuten 97 (2), die auf der Oberseite der Hülse 89 des Rückhalteringes 46 gebildet sind. Der O-Ring 44 ist zwischen der äußeren Schulter 100 des Gehäuseteiles 16 und der inneren Fläche der Basis oder des Flansches 88 des Rückhalteringes 46 eingebettet.
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Mit dem distalen Ende 18 des Gehäuseteiles 14 ist eine Verbinderanordnung 110 (1, 2, 3, 6 und 7) gekuppelt. Wie in den 2, 6 und 7 gezeigt ist, umfasst die Verbinderanordnung 110, die aus einem Polymer-Material oder einem ähnlichen Material besteht, einen Verbinder 112 mit einem Anschlussgehäuseabschnitt 114 und einen Träger oder Flansch 116. Der Anschlussgehäuseabschnitt 114 hat einen inneren Hohlraum 120, und der Träger umfasst ein Paar diametral entgegengesetzte und im Wesentlichen kolineare Öffnungen 124 und 126, die zentral in entgegengesetzten Seitenrändern des Trägers 116 jeweils ausgebildet sind. In der gezeigten Ausführung ist die Öffnung 124 im Wesentlichen kreisförmig, während die Öffnung 126 länglich ist.
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In der gezeigten Ausführung hat der Träger 116 einen zentralen, im Wesentlichen quadratischen Aufsatz 121, der von der äußeren Oberfläche des Trägers wegragt. Der Aufsatz 121 hat eine längliche Zunge 125, die von einem Wandabschnitt des Aufsatzes längs nach oben weg ragt. Eine andere Zunge (nicht gezeigt) ähnlich der Zunge 125 erstreckt sich von einem unteren Wandabschnitt des Aufsatzes 121 diametral gegenüber und parallel zur Zunge 125.
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Ferner ragt ein im Wesentlichen kreisförmiger überformter Hals 122 (3 und 6) von der Außenfläche des Aufsatzes 121 vor. Der Hals 122 hat einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Rand oder Kragen, der eine Umfangsnut oder -aussparung oder -kanal 123 (3 und 6) bildet.
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In der Verbinderanordnung 110 (2, 3, 6 und 8) sind mehrere Anschlüsse 130, 132 und 134 untergebracht. Jeder Anschluss 130, 132 bzw. 134 hat einen U-förmigen Abschnitt 130a, 132a und 134a (8), der starr in dem die Verbinderanordnung 110 bildenden Polymermaterial fixiert ist, sowie einen zweiten freien Abschnitt 130b, 132b und 134b, der sich einteilig damit von dem U-Abschnitt 130a, 132a bzw. 134a nach außen erstreckt.
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Jedes geradlinige Anschlusssegment 130b, 132b und 134b umfasst ein freies distales Ende, mit einer oberen Aussparung 130c, 132c und 134c (8). Darüberhinaus hat jeder der beiden äußeren Anschlüsse 130 bzw. 134, genauer gesagt dessen U-förmiges Segment 130a bzw. 134a, eine einwärts vorkragende Biegung 130g bzw. 134g, die eine Verbinderanordnung bildet, in welcher der Abstand oder Spalt zwischen den geradlinigen Segmenten 130b, 132b bzw. 134b der Anschlüsse 130, 132 bzw. 134 kleiner ist als der Abstand oder Spalt zwischen den U-Segmenten 130a, 132a und 134a der entsprechenden Anschlüsse 130, 132 und 134.
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Die Anschlüsse 130, 132 und 134 erstrecken sich durch die Verbinderanordnung 110 derart, dass die U-förmigen Segmente 130a, 132a und 134a im Hohlraum 120 des Anschlussgehäuses 114 aufgenommen sind; die geradlinigen Segmente 130b, 132b und 134b erstrecken sich durch den Körper des Trägers 116, den Aufsatz 121 und den aufgeformten Hals 122; und die distal ausgesparten Enden der geradlinigen Segmente 130b, 132b und 134b ragen nach außen von der Außenfläche des Trägers 116 weg, genauer gesagt nach außen von der Außenfläche des aufgeformten Halses 122.
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An die Enden der geradlinigen Anschlusssegmente 130b, 132b und 134b der entsprechenden Anschlüsse 130, 132 und 134 der Verbinderanordnung 110 ist durch Löten oder Schweißen eine Sensoranordnung 140 (2, 6 und 7) direkt angekoppelt. Die Sensoranordnung 140 umfasst einen Sensor 142, der in der gezeigten Ausführung ein Hall-Effektchip mit integrierter Schaltung ist, welcher z. B. von der Melexis Corporation erhältlich ist und mehrere Leiter 141, 143 und 145 aufweist, welche direkt durch Löten oder Schweißen angebunden sind und sich im Wesentlichen koplanar von den Enden der entsprechenden geradlinigen Anschlusssegmente 130b, 132b und 134b der Anschlüsse 130, 132 und 134 nach außen erstrecken.
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Eine elektrische Komponente, z. B. ein Kondensator 147 (6), der aus keramischem oder ähnlichem Material bestehen kann, ist in die Aussparung 130c und je einen Teil der Aussparung 132c in den jeweiligen distalen Enden der Anschlüsse 130 und 132 eingesetzt und damit verlötet. Eine andere elektrische Komponente, z. B. ein weiterer Kondensator 149, der ebenfalls aus keramischem oder ähnlichem Material bestehen kann, ist in die Aussparung 134c und je einen Teil der zentralen Aussparung 132c im distalen Ende der entsprechenden Anschlüsse 134 und 132 eingesetzt und damit verlötet.
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Das Kuppeln der Sensoranordnung 140 direkt mit den Anschlüssen 130, 132 und 134 und das Montieren der Kondensatoren 147 und 149 direkt an der Oberfläche der Anschlüsse 130, 132 und 134 eliminiert das Erfordernis einer gesonderten gedruckten Leiterplatte oder einer ähnlichen Montagekonstruktion im Inneren des Gehäuses 12 für den Sensor 140 und die Kondensatoren 147 und 149.
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Weil die Kondensatoren 147 und 149 zwischen die benachbarten Anschlüsse 130, 132 und 134 eingesetzt sind, bestimmt die Größe bzw. Länge der Kondensatoren 147 und 149 den Abstand zwischen den Segmenten 130b, 132b und 134b, was seinerseits die Abwinkelung der jeweiligen Biegungen 130g und 134g der entsprechenden Segmente 130a und 134a der zugehörigen Anschlüsse 130 und 134 bestimmt.
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Eine elastomere Schutzhülse 150 (2, 3 und 7) ist über den Sensor 142, die Sensor-Leiter 141, 143 und 145, die Kondensatoren 147 und 149, die Anschluss-Endsegmente 130b, 132b und 134b und den Umfangskragen des Halses 122 überformt und umgibt diese. Die Schutzhülse 150 hat ein den Sensor 142 umgebendes geschlossenes Ende, ein entgegengesetztes offenes Ende mit einem peripheren Umfangskragen 151 (2 und 3) und eine in Umfangsrichtung sich erstreckende Außenfläche 153 (2 und 3) mit mehreren voneinander beabstandeten nach auswärts vorragenden und abdichtenden Umfangsrippen 154 (2 und 3), welche das Erfordernis gesonderter abdichtender O-Ringe in der Sensoranordnung 10 erübrigt. Wie in 3 gezeigt ist, fließt das den Kragen 151 der Hülse 150 bildende Elastomermaterial in die Umfangsnut 123 des überformten Halses 122 während des Überformens der Hülse um die Verbinderanordnung 110 zum Erzeugen einer verbesserten Dichtung zwischen Sensor 142 und dem Inneren des Gehäuses 12. Die Hülse 150 besteht aus einem weichen und flexiblen Elastomermaterial und wird durch Überformen um die Verbinderanordnung 110 erzeugt und umgibt die Sensoranordnung 140 während des Herstellprozesses unter Verwendung eines Niederdruck-Formprozesses, was die Elemente der Sensoranordnung 140 abdichtet und schützt, insbesondere die Elemente des Sensors 142 im Gehäuse 12.
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Da die Anschlusssegmente 130a, 132a und 134a in dem Polymermaterial der Verbinderanordnung 110 fixiert und gehalten sind und ferner die geradlinigen Anschlusssegmente 130b, 132b und 134b von dem Ende des Aufsatzes 12 und dem Hals 122 der Verbinderanordnung 100 nach außen ragen, biegen und beugen die Anschlusssegmente 130b, 132b und 134b sich aufgrund der Expansion oder Kontraktion des Polymermateriales der Verbinderanordnung 110 und/oder aufgrund der Expansion oder Kontraktion des Elastomermaterials der Hülse 150, was seinerseits mechanische Beanspruchungen auf die Kondensatoren 147 und 149, welche mit den Anschlüssen 130, 132 und 134 verbunden sind, und genauer auf das Lötmittel zur Folge hat, mittels welchem die Kondensatoren 147 und 149 mit den Anschlüssen 130, 134 und 134 verbunden sind.
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Gemäß der Erfindung reduziert der verringerte Abstand zwischen den geradlinigen Segmenten 130b, 132b und 134b dank der Biegung 130g und 134g der Anschlüsse 130 und 134 das Volumen an Polymermaterial zwischen den entsprechenden geradlinigen Anschlusssegmenten 130b, 132b und 134b, was seinerseits das Volumen an Polymermaterial reduziert, welches Expansion und/oder Kontraktion ausgesetzt sein kann, und seinerseits das Ausmaß der Biegung der geradlinigen Anschlusssegmente 130b, 132b und 134b reduziert, was wiederum die Größe der mechanischen Beanspruchung der Kondensatoren 147 und 149 verringert, was das Risiko eines Schadens oder Versagens des Lötmittels reduziert, welches die Kondensatoren 147 und 149 an den Anschlüssen 130, 132 und 134 sicher hält. Das Durchbiegen der geradlinigen Anschlusssegmente 130b, 132b und 134b kann ferner justiert oder kontrolliert dadurch werden, dass die Breite und/oder Dicke der entsprechenden geradlinigen Segmente 130b, 132b und 134b justiert oder variiert wird.
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Das Risiko eines Lötverbindungs-Versagens wird ferner durch die Aussparungen oder Prägungen 130c, 132c und 134c in den Anschlusssegmenten 130b, 132b und 133b minimiert, welche Gebiete in den Anschlüssen 130, 132, 134 schaffen, die reduzierte Dicken und Querschnitte haben und so eine verbesserte Flexibilität bezüglich der anderen umgebenden Gebiete der Anschlüsse 130, 132 und 134 haben. Die erhöhte Flexibilität der Anschlüsse 130, 132 und 134 im Gebiet der entsprechenden Aussparungen 130c, 132c und 134c veranlasst solche ausgesparten Gebiete, sich als Folge von mechanischen Beanspruchungen, die von dem Elastomermaterial der Hülse 150 auf die Kondensatoren 147 und 149 bei thermischer Expansion/und Kontraktion ausgeübt werden, zu biegen, was seinerseits das Versagensrisiko der Lötstellen, welche die Kondensatoren 147 und 149 mit den Anschlüssen 130, 132 und 134 verbinden, erheblich reduziert.
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Die Aussparungen oder Prägungen 130c, 132c und 134c schaffen außerdem Taschen oder Aufnahmen in den jeweiligen Anschlüssen 130, 132 und 134 für die Kondensatoren 147 und 149.
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Die 9 und 10 zeigen alternative Anschluss-Ausführungen mit alternativen Mitteln zur Erhöhung der Flexibilität, um die mechanischen Beanspruchungen der Kondensatoren 147 und 149 als Ergebnis einer Durchbiegung der freien Enden der Anschlüsse auf thermische Expansion/Kontraktion hin des Polymermaterials der Verbinderanordnung 110 zu reduzieren, und zwar insbesondere als Ergebnis der Unterschiede der thermischen Expansions-/Kontraktions-Koeffizienten des Polymermaterials und des Keramikmaterials der Verbinderanordnung 110 und der Kondensatoren 147 und 149.
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9 zeigt die Anschluss-Endsegmente 230b und 232b der jeweiligen Anschlüsse 230 und 232. Jedes Anschluss-Endsegment 230b und 232b hat eine L-förmige Verlängerung oder Plattform 230d, 232d. Die Plattform 230d hat einen von einer Innenkante des Anschlusssegmentes 230b normal nach oben weg stehenden Pfosten 230e und eine flache, normal nach einwärts von einem distalen Ende des Pfostens 230e weg stehende Platte 230f. Die Plattform 232d hat einen von einer Innenkante des Anschlusssegmentes 232b normal nach oben weg stehenden Pfosten 232b und eine von einem distalen Ende des Pfostens 232e normal nach innen weg stehende flache Platte 232f. Die Plattformen 230d und 232d stehen diametral ein ander gegenüber, und deren flache Platten 230f und 232f haben einen Abstand voneinander, der ein Aufsetzen eines Kondensators 247 und ein Anlöten an die Platten 230f und 232f zulässt, so dass eine Brücke zwischen den beiden Anschlüssen 230 und 232 gebildet ist.
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Die Plattformen 230d und 232d dienen demselben Zweck wie die entsprechenden Aussparungen 130c und 132c bei den Anschlüssen 130 und 132 nach 8 und bilden insbesondere flexible Gebiete der jeweiligen Anschlüsse 230 und 232, welche sich als Folge von mechanischen Beanspruchungen auf den Kondensator 247 während thermischer Expansion/Kontraktion des Polymermaterials der Verbinderanordnung 110 und des keramischen Materials des Kondensators 247 wie oben beschrieben durchbiegen, was wiederum das Versagensrisiko der Lötstelle, welche den Kondensator mit den entsprechenden Platten 230f und 232f der Anschlüsse 230 und 232 verbindet, erheblich reduziert. Das Durchbiegen kann ferner durch Reduzieren der Dicke der Plattformen 230d und 232d vermindert werden.
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10 zeigt die Anschluss-Endsegmente 330b und 332b der jeweiligen Anschlüsse 330 und 332. Jedes Anschluss-Endsegment 330b und 332b hat eine Verlängerung oder Plattform 330d und 332d mit einem im Wesentlichen S-förmigen Segment 330e, das von einer Innenkante des betreffenden Anschlusssegmentes 330b wegragt, und eine Anschlussendplatte 330f, die von einem distalen Ende des S-förmigen Segments 330e einstückig wegragt. Die Plattform 332d hat ein im Wesentlichen S-förmiges Segment 332e, welches von einer Innenkante des Anschlusssegmentes 332b nach außen wegragt, und eine flache Platte 332f, die einstückig nach außen von einem distalen Ende des S-förmigen Segmentes 332e wegragt. Die Plattformen 330d und 332d sind diametral einander gegenüber angeordnet, wobei die entsprechenden Platten 330f und 332f einen Abstand voneinander haben, welcher ein Aufsetzen eines Kondensators 347 mit seinen beiden Enden darauf und ein Verlöten mit den Oberseiten der beiden Platten 330f und 332f zulässt, so dass eine Brücke zwischen den beiden Anschlüssen 330 und 332 geschaffen ist.
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Die Plattformen 330d und 332d dienen demselben Zweck wie die Aussparungen 130c und 132c bei den Anschlüssen 130 und 132 nach 8 und bilden insbesondere flexible Gebiete der betreffenden Anschlüsse 330 und 332, welche sich als Folge mechanischer Beanspruchungen des Kondensators 347 aufgrund thermischer Expansion/Kontraktion des Polymermaterials der Verbinderanordnung 110 und des keramischen Materials des Kondensators 347 durchbiegen, was seinerseits das Versagensrisiko der Lötstelle, welche den Kondensator 347 mit den beiden Platten 330f und 332f der Anschlüsse 330 und 332 verbindet, erheblich reduziert. Das Durchbiegen kann ferner durch Verringern der Dicke der Plattformen 330d und 332d verstärkt werden.
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Gemäß 3 ist die Verbinderanordnung 110 mit dem distalen Ende 18 des Gehäuseteils 14 so verbunden, dass der Ansatz 121 an der Innenwand 19 anliegt; der Rand 20 umgibt den Umfangsrand des Ansatzes 121; die Zungen 125 längs der unteren und oberen Wandabschnitte des Trägers 116 sind in entsprechende Schlitze 26 in den oberen und unteren Randabschnitten des Randes 20 eingepasst; der Träger 116 liegt an der Außenfläche des Randes 20 an; die jeweiligen Pfosten 22 und 24 des Randes 20 erstrecken sich durch die entsprechenden Öffnungen 126 und 124 in dem Träger 116; und die Anschlüsse 130, 132 und 134 sitzen in den Hohlräumen 28 im Gehäuseteil 14.
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Die komplementären Abmessungen des Pfostens 22 und der Öffnung 126 einerseits und des Pfostens 24 und der Öffnung 124 andererseits gewährleisten, dass die Verbinderanordnung 100 bei der Montage stets mit dem Gehäuseteil 14 korrekt ausgerichtet ist. Ferner können die Pfosten 22 und 24 mit dem Träger 116 bei der Montage heißversiegelt werden, um die Halterung der Verbinderanordnung 110 an dem Gehäuseteil 14 zu verbessern.
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Wie in 3 gezeigt ist, erstreckt sich die Sensoranordnung 140 von den Anschlüssen 130, 132 und 134 in den Hohlraum 32, der im Gehäuseteil 16 so ausgebildet ist, dass der Sensor 142 in dem Zwischenraum oder Spalt zwischen den Plattformen 58 und 60 der Treibarmanordnung 40 und somit in dem Zwischenraum oder Spalt 80d zwischen den Magnet-Sektionen 80a und 80b aufgenommen ist, die in den betreffenden Plattformen 58 und 60 überformt sind. Wie ferner in 3 gezeigt ist, liegen die Rippen 154 auf der Außenseite der überformten Hülse 150 an der Innenfläche 143 des Gehäusehohlraumes 28 an, um eine Dichtung zwischen der Verbinderanordnung 110 und den Bauteilen im Inneren des Gehäuses zu schaffen. Eine andere Rippe 154 liegt an der Oberfläche der Innenwand 39 an, welche die inneren Gehäusehohlräume 28 und 32 trennt, um diese Hohlräume abzudichten und um die Hülse 150 gegen Vibration zu schützen.
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Wenngleich in den Figuren nicht gezeigt, versteht sich, dass gemäß der Erfindung die Welle (nicht gezeigt) einer Vorrichtung oder eines Bauteils (nicht gezeigt), dessen Drehung oder Position gemessen werden soll, zuerst durch den Hohlraum 92 in dem Rückhaltering und dann in den Hohlraum 56 hineinragt, der in der Basis der Treibarmanordnung 40 gebildet ist. Drehung der Welle (nicht gezeigt) verursacht Drehung der Treibarmanordnung 40, welche ihrerseits Drehung der darin überformten Magnete 80 erzeugt, was seinerseits Änderungen der Stärke und Richtung des Magnetfeldes oder -flusses hervorruft, der durch den Magneten 80 erzeugt wird, was von dem Sensor 142 erfasst und dann in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, welches die Position der Welle zu bestimmen erlaubt.
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Zahlreiche Varianten und Abwandlungen der beschriebenen Ausführungen können ohne Abweichen von Kern und Schutzbereich der neuen Merkmale der Erfindung möglich sein. So ist zu verstehen, dass keine Einschränkungen bezüglich des hier speziell erläuterten Systems oder Moduls beabsichtigt oder zu unterstellen sind. Es ist natürlich beabsichtigt, alle derartigen Modifikationen durch die beigefügten Ansprüche abzudecken, soweit sie in den Schutzbereich dieser Ansprüche fallen.
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So ist beispielsweise zu verstehen, dass die Erfindung andere Sensoranordnungs-Ausführungen als die Drehpositions-Sensoranordnung 10 umfasst, z. B. die Linearpositions-Sensoranordnung 410, welche vereinfacht in 11 gezeigt ist und zunächst eine Verbinderanordnung 4110 mit allen Merkmalen und Elementen der Verbinderanordnung 110 der Sensoranordnung 10 nach den 1 bis 8 umfasst, einschließlich einer Sensoranordnung mit einem Sensor 4142, der direkt mit den Anschlüssen (nicht gezeigt) identisch zu den Anschlüssen 130, 132 und 13 und einschließlich einer Hülse 4150 identisch mit der Hülse 150 umfasst, so dass eine Beschreibung dieser und anderer Elemente der Verbinderanordnung 4110 sich unter Bezugnahme auf die Verbinderanordnung 110 erübrigt.
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Die Linearpositions-Sensoranordnung
410 hat zusätzlich eine Magnetanordnung
450, welche in ähnlicher Weise wie die Magnetanordnung
50 der Sensoranordnung
10 nach den
1 bis
8 einen Magneten
480 und entsprechende Magnetpolstücke
482 und
484 der bipolaren angeschrägten Magnet-Bauart aufweist, wie sie z. B. in
US-Patent 6,211,668 offenbart ist, deren Offenbarung wiederum hier durch Rückbeziehung eingeschlossen wird. Magnet
480 hat obere und untere mit Abstand angeordnete und parallele Magnet-Sektionen
480a und
480b, die durch einen damit einstückigen Steg
480c zwischen ihnen verbunden ist. Ein Zwischenraum oder Spalt
480d ist zwischen den Magnetsektionen
480a und
480b gebildet.
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Es versteht sich ohne explizite Beschreibung im Detail, dass die Magnetanordnung 450 anders als die oben beschriebene Magnetanordnung 50 dazu eingerichtet ist, im Inneren des Gehäuses (nicht gezeigt) z. B. eine Getriebeanordnung (nicht gezeigt) montiert zu erhalten, und dass ferner die Magnetanordnung 450 dazu eingerichtet ist, an einem Bauteil montiert oder damit gekuppelt zu werden, dessen lineare Position oder Bewegung in Richtung der Pfeile 490 oder 492 gemäß 11 gemessen werden soll.
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Wenngleich hier im Detail weder gezeigt noch beschrieben ist, versteht sich auch, dass die Verbinderanordnung 4110 und insbesondere deren Träger 4116 zum Kuppeln mit der Wand (nicht gezeigt) des Gehäuses (nicht gezeigt) der Getriebeanordnung (nicht gezeigt) eingerichtet ist und dass ferner der innerhalb der Hülse 4150 untergebrachte Sensor 4140 sich in ein solches Gehäuse hineinerstrecken kann dass der Sensor 4140 im Zwischenraum oder Spalt 480d zwischen den Magnet-Sektionen 480a und 480b des Magnetes 480 der Magnetanordnung 450 aufgenommen ist.
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Somit verursacht bei dieser Ausführung die lineare Bewegung der Magnetanordnung 450 in Richtung des Pfeiles 490 oder des Pfeiles 492 gemäß 11 Veränderungen der Stärke und/oder Richtung des Magnetfeldes oder -flusses, welcher von dem Magneten 480 erzeugt wird, was von dem Sensor 4140 erfasst und nachfolgend in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, welches die Position des Bauteiles (nicht gezeigt), welches mit der Magnetanordnung 450 gekuppelt ist, zu bestimmen erlaubt.
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Die 12 und 13 zeigen Ausführungen von Geschwindigkeitssensoranordnungen 510 und 610 der berührungslosen Sensorbauart gemäß der Erfindung.
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Gemäß 12 umfasst die Geschwindigkeits-Sensoranordnung 510 eine Verbinderanordnung 5110 mit allen Merkmalen und Elementen der Verbinderanordnung 110 der Sensoranordnung 10 nach den 1 bis 8 einschließlich einer Sensoranordnung mit einem Sensor 5142, welcher direkt an Anschlüsse (nicht gezeigt) identisch zu den Anschlüssen 130, 132 und 134 angekuppelt ist, und einer Hülse 5150 identisch mit der Hülse 150, so dass sich eine Beschreibung dieser und anderer Elemente der Verbinderanordnung 5110 wegen Bezuges auf die Verbinderanordnung 110 erübrigt.
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Die Geschwindigkeitssensoranordnung 510 umfasst zusätzlich ein Permanentmagneten-Rad 580, das eine Anzahl Segmente mit abwechselnden Nord(N)- und Süd(S)-Orientierungen aufweist, die sich um den Rad-Umfang erstrecken. Das Rad 580 ist oberhalb der Verbinderanordnung 5110 so angeordnet, dass der Sensor 5142 unterhalb der Segmente des Rades 580 mit den wechselnden Nord(N)- und Süd(S)-Orientierungen angeordnet ist, um den Sensor 5142 Veränderungen des Magnetfeldes in Antwort auf Drehung des Magnetrades 580 relativ zum Sensor 5142 fühlen zu lassen.
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Gemäß 13 umfasst die gezeigte Geschwindigkeitssensoranordnung 610 eine Verbinderanordnung 6110 mit allen Merkmalen und Elementen der Verbinderanordnung 110 der Sensoranordnung 10 nach den 1 bis 8 einschließlich einer Sensoranordnung mit einem Sensor 6142, welcher direkt an die Anschlüsse (nicht gezeigt) identisch mit den Anschlüssen 130, 132 und 134 angeschlossen ist, und einer Hülse 6150 identisch zur Hülse 150, so dass sich eine Beschreibung dieser und anderer Elemente der Verbindereinheit 6110 unter Rückbeziehung auf die Beschreibung der Verbinderanordnung 110 erübrigt.
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Die Geschwindigkeitssensoranordnung 610 umfasst zusätzlich ein Rad 680 aus ferromagnetischem Material, z. B. aus Stahl, und hat mehrere Zähne 681, welche sich um den Umfangsrand des Rades 680 erstrecken. Das Rad 680 ist oberhalb der Verbinderanordnung 6110 so angeordnet, dass der Sensor 6142 unterhalb der Zähne 681 gelegen ist. Bei dieser Ausführung kann ein Magnet (nicht gezeigt) unterhalb oder hinter dem Sensor 6142 im Inneren der Hülse 5150 positioniert sein, dessen Sensorausgang sich von hoch zu tief verändert, wenn die Zähne 681 oberhalb oder vor dem Sensor 6142 vorbeilaufen.
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In beiden Ausführungen gemäß den 12 und 13 sind die Räder 580 bzw. 680 mit einer rotierenden Welle (nicht gezeigt) verbunden, welche über die entsprechenden Sensoren 5142 und 6142 alternierende Ausgangssignale erzeugen, welche proportional zur Drehgeschwindigkeit der Welle sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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