DE19711781A1

DE19711781A1 - Movable magnet position detector

Info

Publication number: DE19711781A1
Application number: DE19711781A
Authority: DE
Inventors: Caroline Schaeuble; Roland Seefried; Thomas Schneider
Original assignee: Pepperl and Fuchs SE
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 1998-10-01
Anticipated expiration: 2017-03-22
Also published as: DE19711781C2

Abstract

The detector uses a magnetic field sensor (10) positioned in front of a ferromagnetic wall (1) relative to which the magnet (3) is displaced for providing a magnetic field (6). The useful magnetic flux provides a magnetic remanence (7) aligned with the magnet displacement axis which is retained after the magnet has passed by. The resulting fringing flux on the front side of the wall is detected via the magnetic field sensor. The latter registers a change in direction of the magnetic field for providing a switching signal.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionserfassung eines beweglich angeordneten Magneten zum Erzeugen eines magnetischen Feldes durch eine Wandung aus ferromagnetischem Material hindurch, insbeson dere einen Stellantrieb mit einem hinter einer aus einem ferromagnetisch leitenden Material bestehenden Gehäusewand bewegbaren Stellglied.The invention relates to a device for detecting a position movably arranged magnets for generating a magnetic field through a wall made of ferromagnetic material, in particular an actuator with a rear one made of a ferromagnetic conductive material existing housing wall movable actuator.

Magnetische Sensoren dienen zur berührungslosen Erfassung bzw. Messung mechanische Größen wie Position, Weg, Abstand, Drehzahl oder Drehwinkel. Bei vielen Anwendungen wird der Sensor durch einen Dauermagneten angesteuert und setzt dann die Position dieses Magneten relativ zum Sensor element in ein elektrisches Signal um. Als Sensoren werden Magnetfeld sensoren, zum Beispiel Sättigungskernsonden, GMR, magnetoresistive Sensoren oder Hallelemente verwendet, die sowohl für die Ansteuerung mit Dauermagneten als auch für die Erfassung von Eisenteilen geeignet sind. Wirksam für die Ansteuerung des Positionssensors ist nur die Magnetfeld-Komponente parallel zur Sensorachse.Magnetic sensors are used for contactless detection or measurement mechanical variables such as position, distance, distance, speed or angle of rotation. In many applications, the sensor is powered by a permanent magnet controlled and then sets the position of this magnet relative to the sensor element into an electrical signal. Magnetic field as sensors sensors, for example saturation core probes, GMR, magnetoresistive Sensors or Hall elements are used, both for the control with Permanent magnets are also suitable for the detection of iron parts. Only that is effective for controlling the position sensor Magnetic field component parallel to the sensor axis.

Durch die EP 0 457 762 A ist ein Stellantrieb mit einem hinter einer Gehäuse wand bewegbaren Stellglied bekannt geworden, an dem eine Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes angebracht ist, und vor der Gehäuse wand des Stellantriebes sich ein Magnetfeldsensor befindet. Die Gehäusewand ist aus einem magnetisch leitenden Material hergestellt, wobei die Feldlinien des magnetischen Feldes in der Gehäusewand einen zur Vorderseite der Gehäusewand abgeschirmten Hauptfluß bilden. Zur Erzeugung eines magne tischen Nebenflusses an der Vorderseite der Gehäusewand ist ein zwei Enden aufweisender magnetischer Leiter angeordnet, dessen erstes Ende der Gehäu sewand benachbart ist und dessen zweites Ende einen Luftspalt begrenzt, in welchem der Magnetfeldsensor angebracht ist. Gleichermaßen können auch zwei magnetische Leiter vorgesehen sein, deren zweite Enden unter Bildung des Luftspaltes einander gegenüberliegend angeordnet sind. Der Stellantrieb ist als hydraulischer Hochdruckzylinder mit einem mit einer Kolbenstange verbundenen Kolben als Stellglied ausgestaltet, wobei die Zylinderwand die Gehäusewand bildet und die Einrichtung zur Erzeugung des magnetischen Feldes als Dauermagnet ausgebildet ist. Ebenso wurde in dieser Literaturstelle schon vorgeschlagen, daß es denkbar wäre, eine Hallsonde unmittelbar auf der Außenseite der Zylinderwand anzuordnen und dann nur einen magne tischen Leiter vorzusehen, dessen zweites Ende die Rückseite der Hallsonde abdeckt, wobei ein Luftspalt zur Zylinderwand vorgesehen bleibt.EP 0 457 762 A is an actuator with a behind a housing wall movable actuator has become known, on which a device for Generating a magnetic field is appropriate, and in front of the housing wall of the actuator there is a magnetic field sensor. The housing wall is made of a magnetically conductive material, the field lines of the magnetic field in the housing wall one to the front of the Form the housing wall of the shielded main flow. To create a magne table tributary at the front of the case wall is one two ends having a magnetic conductor arranged, the first end of the housing sewand is adjacent and the second end delimits an air gap, in which the magnetic field sensor is attached to. Likewise, too two magnetic conductors may be provided, the second ends of which are formed of the air gap are arranged opposite one another. The actuator is a hydraulic high pressure cylinder with one with a piston rod connected piston designed as an actuator, the cylinder wall Housing wall forms and the device for generating the magnetic Field is designed as a permanent magnet. Likewise, in this reference already suggested that it would be conceivable to immediately apply a Hall probe to arrange the outside of the cylinder wall and then only one magne table conductor provided, the second end of the rear of the Hall probe covers, whereby an air gap to the cylinder wall remains provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stellantrieb so zu verbessern, daß derselbe auch bei einer magnetisch abschirmenden Gehäusewand die Stellung des Stellgliedes auf einfache Weise mit einfachen Mitteln zu erfassen imstande ist.The invention has for its object to improve an actuator so that the same with a magnetically shielding housing wall Detect the position of the actuator in a simple manner with simple means is able.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß in einer Vorrichtung zur Positionserfassung eines beweglich angeordneten Magneten zum Erzeugen eines magnetischen Feldes durch eine Wandung aus ferromagnetischem Material hindurch, insbesondere Stellantrieb mit einem hinter einer aus einem ferromagnetisch leitenden Material bestehenden Gehäusewand bewegbaren, den Magneten tragendes Stellglied, wobei sich vor der Wandung ein Magnetfeldsensor befindet, und bei Bewegung des Magneten relativ zur Wandung die Feldlinien des magnetischen Feldes einen innerhalb der Wandung verlaufenden fortschreitenden Hauptfluß aufbauen, der in der Wandung eine magnetische Remanenz ausbildet, die nach Vorbeifahrt des Magneten erhalten bleibt und die entlang der Bewegungsachse des Magneten entsprechend der Polung des Magneten gerichtet ist und einen Streufluß zur Vorderseite der Wandung nach außerhalb derselben aufbaut, in dessen Bereich der Magnetfeldsensor angeordnet ist, wobei der Streufluß außerhalb der Gehäusewand in entgegengesetzter Richtung wie der Hauptfluß gerichtet ist, und der Magnetfeldsensor ein Magnetfeldsensorelement ist, das im geringen Abstand zur Wandung angeordnet ist und das die Feldrichtung des Streuflusses erfaßt und bei Vorbeifahrt des Magneten das Streufeld durch das magnetische Feld des Magneten überlagert wird und der Magnetfeldsensor die Änderung der Polarität des magnetischen Feldes zu registrieren imstande ist und aus dem Sensorsignal in einer nachgeschalteten Auswerteelektronik ein Schaltsignal abgeleitet wird. According to the invention, the object is achieved in a device for Position detection of a movably arranged magnet for generation of a magnetic field through a wall made of ferromagnetic Material through, in particular actuator with one behind one a ferromagnetic conductive material existing housing wall movable actuator carrying the magnet, being in front of the wall a magnetic field sensor is located, and when the magnet moves relative to The field lines of the magnetic field one within the wall Building the progressive main river that runs in the wall Wall forms a magnetic remanence that after passing the Magnets are preserved and along the axis of movement of the magnet is directed according to the polarity of the magnet and a leakage flux for Front of the wall builds up outside it, in the Area of the magnetic field sensor is arranged, the leakage flux outside the housing wall is directed in the opposite direction to the main flow is, and the magnetic field sensor is a magnetic field sensor element which in short distance to the wall is arranged and the field direction of Scattered flux detected and when the magnet passes by the stray field through the magnetic field of the magnet is superimposed and the magnetic field sensor Change in the polarity of the magnetic field is able to register and from the sensor signal in a downstream evaluation electronics Switching signal is derived.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Magnetfeldsensorelement ein magnetoresistiver Sensor und/oder eine Sättigungskernsonde und/oder ein Hallelement und/oder ein GMR-Sensor (Giant Magnetio Resistiv Sensor), wobei das Magnetfeldsensorelement direkt auf die Wandung aufgebracht ist.In an advantageous embodiment of the invention, the magnetic field sensor element a magnetoresistive sensor and / or a saturation core probe and / or a Hall element and / or a GMR sensor (Giant Magnetio Resistive Sensor), wherein the magnetic field sensor element is applied directly to the wall.

Das Magnetfeldsensorelement ist in der Lage, das schwache, aus der Gehäuse wand austretende Streufeld ausreichend zu erfassen. Natürlich kann mit einer derartigen Anordnung auch das magnetische Feld eines Dauermag neten erfaßt werden. Eine Sättigungskernsonde besteht aus einer langen Spule, mit einem Kern aus hochpermeablen Material, zum Beispiel amor phen Metall; bei magnetischer Sättigung des Kerns verringert sich die Impedanz der Spule. Ein magnetoresistives Element ist ein Bauteil, welches aus einem magnetisch leitfähigen Material (Permalloystreifen) besteht, dessen Widerstand sich unter dem Einfluß eines äußeren Magnetfeldes verändert. GMR-Sensorelemente sind eine Weiterentwicklung des magnetoresistiven Sensorelements.The magnetic field sensor element is able to pull the weak one out of the housing The stray field emerging from the wall must be sufficiently captured. Of course, with such an arrangement also the magnetic field of a permanent stomach nets can be detected. A saturation core probe consists of a long one Coil with a core made of highly permeable material, for example amor phen metal; the magnetic saturation of the core reduces the Coil impedance. A magnetoresistive element is a component which consists of a magnetically conductive material (permalloy strip), the Resistance changes under the influence of an external magnetic field. GMR sensor elements are a further development of the magnetoresistive Sensor element.

Vorzugsweise ist die Gehäusewand die Zylinderwand eines Zylinders und das Stellglied ein mit einer Kolbenstange verbundener Kolben, an dem oder der Kolbenstange die Einrichtung zum Erzeugen des magnetischen Feldes ange ordnet ist, die ein Dauermagneten ist, der mit einem oder mehreren Polringen in Verbindung steht, die der Zylinderwand gegenüberstehende Stirnflächen aufweisen zum Einleiten des magnetischen Feldes in die Zylinderwand.The housing wall is preferably the cylinder wall of a cylinder and that Actuator is a piston connected to a piston rod, on which or Piston rod the device for generating the magnetic field is indicated is arranged, which is a permanent magnet, with one or more pole rings is connected, the end faces opposite the cylinder wall have to introduce the magnetic field into the cylinder wall.

Der oder die Polringe bestehen aus ferromagnetischem Material und der Dauermagnet kann ein Magnetring sein oder aus einer Mehrzahl von Magneten bestehen, der oder die in einem Aufnahmering aus einem nicht magnetisierbaren Material angeordnet ist, wobei der Aufnahmering am Kolben befestigt ist.The or the pole rings are made of ferromagnetic material and Permanent magnet can be a magnetic ring or a plurality of Magnets do not consist of one in a receiving ring magnetizable material is arranged, wherein the receiving ring on Piston is attached.

Jedem Sensorelement ist eine entsprechende Auswerteelektronik nachge schaltet zur Aufbereitung des Sensorsignals und zum Anschluß des Magnet feldsensors an eine SPS oder ein anderes Nachschaltgerät. A corresponding evaluation electronics is added to each sensor element switches for conditioning the sensor signal and for connecting the magnet field sensor to a PLC or another switching device.

Zur besseren Auswertung des Streuflusses kann der Magnetfeldsensor in einer Vertiefung der Wandung bzw. der Gehäusewand des Stellantriebes angeordnet sein.For better evaluation of the leakage flux, the magnetic field sensor in a recess in the wall or the housing wall of the actuator be arranged.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß im Unterschied zu dem bisher aufgebauten Prinzip der EP 0 457 762 A (Hallelement mit Fluß leitblechen) durch die spezifische Anordnung des Sensorelements und die Verbesserung der Elektronik auf die Flußleitbleche ganz verzichtet werden kann, da der magnetische Fluß direkt das Sensorelement durchsetzt, dessen Ausgangssignal in ein entsprechendes Schaltsignal umgewandelt wird.A major advantage of the invention is that, in contrast to the principle of EP 0 457 762 A (Hall element with flow guide plates) by the specific arrangement of the sensor element and the Improvement of the electronics on the flow baffles can be dispensed with entirely can, since the magnetic flux passes directly through the sensor element, the Output signal is converted into a corresponding switching signal.

Die Erfindung beruht auf der physikalischen Grundlage, daß die Gehäuse wand des Stellantriebs bzw. die Zylinderwand aus einem ferromagnetischen Material bestehen muß, wobei am Stellglied ein Magnetsystem befestigt sein muß, welches ein ausreichendes Magnetfeld erzeugt. Mit der Vorbeifahrt des Magneten bzw. des Magnetsystems des Stellgliedes am Magnetfeldsen sorelement findet eine Ausrichtung der magnetischen erregbaren Elemen tarmagnete statt, die als Remanenz innerhalb der Gehäusewand entsprechend dem Werkstoff derselben erhalten bleibt. Dabei werden die bisher ungeordneten Elementarmagnete in einen geordneten Zustand versetzt, was das Remanenz feld ausbildet. Dieses erzeugt ein mehr oder weniger schwaches Streufeld, welches aus der Oberfläche der Gehäusewand austritt, dessen Feldlinien entgegengesetzt der Richtung des Remanenzfeldes innerhalb der Gehäuse wand verlaufen. Der verbleibende Restmagnetismus innerhalb der Wandung bzw. Gehäusewand ist entsprechend der Polung des Magnetsystems des Stellgliedes gerichtet.The invention is based on the physical basis that the housing wall of the actuator or the cylinder wall made of a ferromagnetic Material must exist, with a magnet system attached to the actuator must, which generates a sufficient magnetic field. With the passing of the Magnets or the magnetic system of the actuator on the magnetic field sorelement finds an alignment of the magnetic excitable elements tarmagnete instead, which as a remanence within the housing wall accordingly the material of which is preserved. The previously disordered Elementary magnets placed in an orderly state, which is the remanence field trains. This creates a more or less weak stray field, which emerges from the surface of the housing wall, its field lines opposite to the direction of the remanence field within the housing wall run. The remaining magnetism inside the wall or housing wall is the polarity of the magnet system of the Actuator directed.

Der außen auf die Gehäusewand aufgesetzte Magnetfeldsensor greift den magnetischen Streufluß entlang der Gehäusewand ab. Dabei erfaßt der Magnetfeldsensor entweder nur das Feld der Remanenz oder sogar die Polarität, also die Feldrichtung der Remanenz. Nähert sich das Stellglied dem Magnetfeldsensor, dann erzeugt das starke Feld des Magnetsystems an der Außenwand der Gehäusewand ein Streufeld, das dem Feld des Remanenzfeld überlagert wird; der Magnetfeldsensor registriert die Änderung des Feldes.The magnetic field sensor placed on the outside of the housing grips the magnetic stray flux along the housing wall. Thereby the Magnetic field sensor either only the field of remanence or even that Polarity, i.e. the field direction of remanence. The actuator approaches that Magnetic field sensor, then generates the strong field of the magnet system on the Outside wall of the housing wall is a stray field, which is the field of the remanence field is superimposed; the magnetic field sensor registers the change in the field.

Ein Beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anschließend beschrieben. Dabei zeigen:An example of the invention is shown in the drawing and then described. Show:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Zylinderwand mit Kolbenstange und Kolben, der zum Erzeugen des magnetischen Feldes einen Dauer magneten aufweist Fig. 1 shows a section of a cylinder wall with piston rod and piston, which has a permanent magnet for generating the magnetic field

Fig. 2 in schematischer Darstellung das Remanzfeld innerhalb der Zylinderwand zusammen mit dem sich daraus ergebenden Streufeld sowie einen Magnetfeldsensor, der direkt auf die Zylinderwand aufgesetzt ist Fig. 2 shows a schematic representation of the residual field within the cylinder wall together with the resulting stray field and a magnetic field sensor which is placed directly on the cylinder wall

Fig. 3 das sich innerhalb der Zylinderwand ausbildende und ändernde Magnetfeld beim erneuten Überfahren durch den Dauermagneten des Stellgliedes Fig. 3 that forms the inside of the cylinder wall and changing magnetic field when re-crossing by the permanent magnets of the actuator

Fig. 4 eine schaubildliche Darstellung des Verlaufs der magnetischen Flußdichte an der Zylinderwand Fig. 4 is a graphical representation of the course of the magnetic flux density on the cylinder wall

Fig. 5 eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren, die zur Differenzmessung räumlich getrennt voneinander angeordnet sind Fig. 5 is a plurality of magnetic field sensors arranged for differential measurement spatially separated from each other

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Aufnahmering mit einer Mehrzahl von in äquidistanten Abständen angeordneten Magneten und Fig. 6 is a plan view of a receiving ring with a plurality of magnets and arranged at equidistant intervals

Fig. 7 einen Ausschnitt aus einer Zylinderwand mit einem Kolben aus nichtmagnetisierbarem Material sowie einer Schubstange, wobei an dem Kolben Polringe angeordnet sind, zwischen denen wenigstens einen Magnet gehaltert ist. Fig. 7 shows a detail of a cylinder wall with a piston made of non-magnetizable material and a push rod, wherein pole rings are arranged on the piston, between which at least one magnet is held.

Gemäß der Fig. 1 besteht eine Gehäusewand 1, die eine Zylinderwand eines Kolben-Zylindersystems sein kann, aus einem ferromagnetischen Material mehr oder weniger großer magnetischer Härte. An der Zylinderwand 1 gleitet ein Stellglied 2, wie Kolben 8 mit Kolbenstange 16, die beide aus ferro magnetischem Material bestehen, wobei innerhalb des Kolbens peripher eine Dichtung 9 angeordnet ist, die ihrerseits aus nichtmagnetischem Material besteht. Der Kolben 8 trägt eine Halterung 4, wie einen Aufnahmering, aus nichtmagnetisierbarem Werkstoff, innerhalb der ein Dauermagnet 3 in Form eines Ringmagneten oder auch eines Einzelmagneten oder mehrere Einzel magnete angeordnet ist. Ein ferromagnetischer Polring 5 erstreckt sich vom Dauermagneten 3 zur Zylinderwand 1, wobei Stirnflächen des Polringes 5 der Zylinderwand 1 direkt gegenüberstehen zur Einleitung des magnetischen Feldes 6 in dieselbe. According to FIG. 1, a housing wall 1 , which can be a cylinder wall of a piston-cylinder system, consists of a ferromagnetic material of more or less great magnetic hardness. On the cylinder wall 1 , an actuator 2 slides, such as pistons 8 with piston rods 16 , both of which are made of ferromagnetic material, a seal 9 being arranged peripherally within the piston, which in turn consists of non-magnetic material. The piston 8 carries a holder 4 , such as a receiving ring, made of non-magnetizable material, within which a permanent magnet 3 in the form of a ring magnet or a single magnet or a plurality of individual magnets is arranged. A ferromagnetic pole ring 5 extends from the permanent magnet 3 to the cylinder wall 1 , end faces of the pole ring 5 being directly opposite the cylinder wall 1 for introducing the magnetic field 6 into the same.

Aus der Fig. 1 gehen des Weiteren zwei unterschiedlich formatierte Bereiche der Zylinderwand 1 hervor. Dort, wo der Kolben 8 mit dem Dauermagneten 3 vorbeigleitet, richten sich die Elementarmagnete 7 in gerichteter Weise aus, was durch die gleichgerichteten Pfeile mit der Bezugsziffer 7 gekennzeichnet ist. In den übrigen Bereichen der Zylinderwand 1 sind die Elementarmagnete 7' noch unformatiert, was durch die beliebig in sämtliche Richtungen ver laufenden Pfeile 7' gekennzeichnet ist. Die gesamte Anordnung ist vorzugs weise rotationssymmetrisch zur Mittelachse 15, wobei sich das Stellglied 2 in Richtung des Pfeils 14 bewegt.Furthermore emerge two differently formatted areas of the cylinder wall 1 from FIG. 1. Where the piston 8 with the permanent magnet 3 slides past, the elementary magnets 7 align themselves in a directional manner, which is indicated by the arrows in the same direction with the reference number 7 . In the remaining areas of the cylinder wall 1 , the elementary magnets 7 'are still unformatted, which is characterized by the arrows 7 ' running in any direction. The entire arrangement is preferably rotationally symmetrical to the central axis 15 , with the actuator 2 moving in the direction of arrow 14 .

Zur Funktion der Vorrichtung muß das Stellglied einmal den gesamten Hub des Stellantriebes durchfahren, wodurch die gesamte Gehäusewand magne tisch formatiert wird. Dabei werden die bisher ungeordneten Elementar magnete sämtlich in einen geordneten Zustand versetzt; man erhält ein Remanenzfeld. Der verbleibende Restmagnetismus ist entsprechend der Polung des Magnetsystems des Stellgliedes gerichtet.For the device to function, the actuator must travel the entire stroke once drive through the actuator, whereby the entire housing wall magne table is formatted. The previously disordered elementary magnets all in an orderly state; you get one Retentive field. The remaining magnetism is corresponding to that Polarity of the solenoid system of the actuator directed.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß ein Magnetfeldsensor 10, der sich in einem Gehäuse 11 befindet, direkt von außen auf die Zylinderwand 1 aufgesetzt wird. Dieses Magnetfeldsensorelement 10 ist imstande, das sich aufgrund der Remanenz ausbildende Streufeld 12, welches aus der Oberfläche der Zylinder wand 1 austritt, direkt zu erfassen. Das Streufeld 12 ist dabei entgegengesetzt dem Remanzfeld 7 innerhalb des Zylinders gerichtet, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Der Magnetfeldsensor 10 besitzt elektrische Anschlüsse 13 zur Abnahme des erzeugten elektrischen Sensorsignals.From Fig. 2 it can be seen that a magnetic field sensor 10 , which is located in a housing 11, is placed directly on the cylinder wall 1 from the outside. This magnetic field sensor element 10 is able to directly detect the stray field 12 which forms due to the remanence and which emerges from the surface of the cylinder 1 . The stray field 12 is directed opposite the residual field 7 within the cylinder, as shown in FIG. 2. The magnetic field sensor 10 has electrical connections 13 for taking the generated electrical sensor signal.

Aus Fig. 3 geht die Änderung des Magnetfeldes hervor beim erneuten Überfahren der Gehäusewand 1 durch das Stellglied 2 mitsamt dem Dauer magneten 3. Das Streufeld 12, welches sich innerhalb der Zylinderwand 1 gemäß der Fig. 2 ausgebildet hat, wird durch das Magnetfeld 6 des Dauermagneten 3 überfahren, so daß während der Zeitspanne des Über fahrens das Streufeld 12 durch das Magnetfeld 6 des Dauermagneten 3 über lagert wird. Der Magnetfeldsensor 11 ist imstande, die Änderung des Magnet feldes festzustellen und ein Sensorsignal abzugeben. From Fig. 3, the change of the magnetic field is apparent when re-crossing the housing wall 1 through the actuator 2, together with the permanent magnet 3. The stray field 12 , which has formed within the cylinder wall 1 according to FIG. 2, is run over by the magnetic field 6 of the permanent magnet 3 , so that the stray field 12 is overlaid by the magnetic field 6 of the permanent magnet 3 during the period of over driving. The magnetic field sensor 11 is able to determine the change in the magnetic field and to emit a sensor signal.

Fig. 4 zeigt als Beispiel in einer schaubildlichen Darstellung den Verlauf der magnetischen Flußdichte an der Gehäuse- bzw. Zylinderwand entlang der Längsachse. Je nach der Polung des Dauermagneten 3 erhält man zwei unterschiedliche Flußdichtekurven 17, 18. Innerhalb des schmalen Schalt bereichs 19 findet nun ein Schaltvorgang statt, in dem die Polarität des magnetischen Feldes innerhalb des Magnetfeldsensor 10 kurzzeitig umgekehrt wird, wobei der Magnetfeldsensor 10 die Änderung der Polarität des Feldes registriert. Die beiden Bereiche rechts und links skizzieren die Flußdichte im Remanenzfall. Befindet sich der Kolben 2 mit dem Dauermagneten 3 genau unter dem Magnetfeldsensor 10, so bewirkt die Änderung der magnetischen Flußdichte ein Ausgangssignal des Magnetfeldsensors 10 und damit das Durchschalten der Elektronik. Auf diese Weise erhält man außerhalb der Gehäusewand bzw. des Zylinders die Information über die Stellglied- bzw. die Kolbenposition. Fig. 4 shows an example of a graphical representation of the course of the magnetic flux density on the housing or cylinder wall along the longitudinal axis. Depending on the polarity of the permanent magnet 3 , two different flux density curves 17 , 18 are obtained . Within the narrow switching area 19 there is now a switching process in which the polarity of the magnetic field within the magnetic field sensor 10 is briefly reversed, the magnetic field sensor 10 registering the change in the polarity of the field. The two areas on the right and left outline the flux density in the case of remanence. If the piston 2 with the permanent magnet 3 is located exactly below the magnetic field sensor 10 , the change in the magnetic flux density causes an output signal of the magnetic field sensor 10 and thus the switching of the electronics. In this way, information about the actuator or the piston position is obtained outside the housing wall or the cylinder.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung entsprechend der Fig. 3, wobei hier der Magnetfeldsensor 20 aus zwei räumlich voneinander getrennt angeordnete Magnetfeldsensorelementen 21, 21' besteht zur differentiellen Auswertung der magnetischen Flußdichteänderung und zur Erzeugung eines Differenzsignals. FIG. 5 shows an example of a device corresponding to FIG. 3, in which case the magnetic field sensor 20 consists of two magnetic field sensor elements 21 , 21 ′ arranged spatially separated from one another for the differential evaluation of the magnetic flux density change and for generating a difference signal.

Fig. 6 zeigt in Draufsicht einen Aufnahmering 22 aus nichtmagnetisier barem Material mit einer Mehrzahl von in äquidistanten Abständen angeordneten Magneten 23. In der Fig. 7 ist ein Ausschnitt aus einer Zylinderwand 29 mit einem Kolben 27 aus nichtmagnetisierbarem Material sowie mit einer Schubstange 28 gezeigt, wobei an dem Kolben 27 Polschuhe in Form von Polringen 25, 26 aus ferromagnetischem Material angeordnet sind, zwischen denen wenigstens ein Magnet 24 gehaltert ist. Die Fig. 6 kann auch einen Querschnitt in Richtung der Linie A-A durch Fig. 7 darstellen, wobei dann die Fig. 7 rotationssymmetrisch zu denken ist und die Polringe 25, 26 ebenfalls ringförmig umlaufen, und zwischen den Polringen 25, 26 in einer Querschnittsebene des Zylinders der Aufnahmering 22 der Fig. 7 sich befindet, der eine Mehrzahl von Magnete 23, 24, vorzugsweise in äquidistanten Abständen voneinander, aufweist. Der Aufnahmering 22 ist zwischen den ferromagnetischen Polschuhen 25, 26 dergestalt angeordnet, daß die Nord- bzw. Südpole der Magnete 23, 24 den Polschuhen direkt gegenüberstehen oder diese berühren, so daß die Magnete 23, 24 das magnetische Feld direkt in die Polringe 25, 26 einspeisen. Fig. 6 shows a top view of a receiving ring 22 made of non-magnetizable material with a plurality of magnets 23 arranged at equidistant intervals. In Fig. 7 a section is shown of a cylindrical wall 29 with a piston 27 of non-magnetizable material and having a push rod 28, with 27 pole shoes in the form of pole rings 25, 26 are arranged made of ferromagnetic material to the piston, between which at least one magnet 24 is supported. FIG. 6 can also show a cross section in the direction of line AA through FIG. 7, in which case FIG. 7 is to be thought of as rotationally symmetrical and the pole rings 25 , 26 also run in a ring shape, and between the pole rings 25 , 26 in a cross-sectional plane of FIG cylinder of the receiving ring 22 of Fig. 7 is located, which is preferably of one another, comprising a plurality of magnets 23, 24, at equidistant intervals. The receiving ring 22 is arranged between the ferromagnetic pole pieces 25 , 26 in such a way that the north and south poles of the magnets 23 , 24 directly face or touch the pole pieces, so that the magnets 23 , 24 directly insert the magnetic field into the pole rings 25 , 26 feed.

Reference list

11

, ,

2929

Gehäuse- oder Zylinderwand
Housing or cylinder wall

22nd

Stellglied
Actuator

33rd

, ,

2323

, ,

2424th

Magnete oder Dauermagnete
Magnets or permanent magnets

44th

Halterung
bracket

55

, ,

2525th

, ,

2626

Polringe
Pole rings

66

magnetische Feldlinien
magnetic field lines

77

, ,

77

' Elementarmagnete
'' Elementary magnets

88th

, ,

2727

Kolben
piston

99

Dichtung
poetry

1010th

, ,

1111

Magnetfeldsensor
Magnetic field sensor

1212th

Streufeld
Stray field

1313

elektrische Anschlüsse
electrical connections

1414

Pfeilrichtung
Arrow direction

1515

Mittelachse
Central axis

1616

Kolbenstange
Piston rod

1717th

, ,

1818th

Flußdichtekurven
Flux density curves

1919th

Schaltbereich
Switching range

2020th

Magnetfeldsensor
Magnetic field sensor

2121

, ,

2121

' Magnetfeldsensorelemente
'' Magnetic field sensor elements

2222

Aufnahmering
Receiving ring

2828

Schubstange
Push rod

Claims

1. Device for detecting the position of a movably arranged magnet ( 3 , 23 , 24 ) for generating a magnetic field through a wall ( 1 , 29 ) made of ferromagnetic material, in particular an actuator with a housing wall behind a ferromagnetic material ( 1 , 29 ) movable, the magnet ( 3 , 23 , 24 ) carry the actuator ( 2 , 27 ), a magnetic field sensor ( 10 , 21 , 21 ') being located in front of the wall ( 1 , 29 ), and when the magnet is moving ( 3 , 23 , 24 ) relative to the wall ( 1 , 29 ), the field lines ( 6 ) of the magnetic field build up a progressive main flow ( 6 ) running within the wall ( 1 , 29 ), which in the wall ( 1 , 29 ) a magnetic remanence ( 7 ) forms, which is retained after passing the magnet ( 3 , 23 , 24 ) and which is directed along the axis of movement of the magnet ( 3 , 23 , 24 ) according to the polarity of the magnet ( 3 , 23 , 24 ) and a litter luß ( 12 ) to the front of the wall ( 1 , 29 ) to the outside, in the area of which the magnetic field sensor ( 10 , 21 , 21 ') is arranged, the leakage flux ( 12 ) outside the housing wall ( 1 , 29 ) in opposite direction as the main flux ( 6 ) is directed, and the magnetic field sensor is a magnetic field sensor element ( 10 , 21 , 21 ') which is arranged at a short distance from the wall ( 1 , 29 ) and which detects the field direction of the stray flux ( 12 ) and when the magnet ( 3 , 23 , 24 ) drives past, the stray field is superimposed by the magnetic field ( 6 ) of the magnet ( 3 , 23 , 24 ) and the magnetic field sensor ( 10 , 21 , 21 ') changes the polarity of the magnetic field is able to register and a switching signal is derived from the sensor signal in a downstream evaluation electronics.

2. Device according to claim 1, characterized in that the magnetic field sensor element ( 10 , 21 , 21 ') is, for example, a magnetoresistive sensor and / or a saturation core probe and / or a Hall element and / or a GMR sensor and / or a field plate , wherein the magnetic field sensor element ( 10 , 21 , 21 ') is applied directly to the wall ( 1 , 29 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the housing wall ( 1 , 29 ), the cylinder wall of a cylinder and the actuator ( 2 ) with a piston rod ( 16 , 28 ) connected piston ( 8 , 27 ) made of ferromagnetic material , on which or the piston rod a magnet ( 3 , 23 , 24 ) is arranged, which is a permanent magnet which is connected to a pole ring ( 5 , 25 , 26 ) made of ferromagnetic material, which has end faces opposite the cylinder wall ( 1 ) for introducing the magnetic field into the cylinder wall ( 1 , 29 ).

4. The device according to claim 3, characterized in that the pole ring ( 5 ) consists of ferromagnetic material and the permanent magnet ( 3 ) is a magnetic ring which is arranged in a receiving ring ( 4 ) made of a non-magnetizable material, the receiving ring on the piston is attached.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic field sensor ( 10 , 21 , 21 ') is arranged in a recess in the housing wall ( 1 , 29 ) of the actuator.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pole ring consists of soft magnetic steel and several permanent magnets ( 23 ), for example in a cylindrical design, in a receiving ring ( 22 ) made of non-magnetizable material.

7. The device according to claim 3, characterized in that the piston ( 27 ) and optionally the piston rod ( 28 ) of the actuator made of non-magnetizable material, for example brass.

8. The device according to claim 1, characterized in that the magnetic field sensor ( 20 ) consists of several spatially differently arranged magnetic field sensor elements ( 21 , 21 ') for differential evaluation of the magnetic flux density change and for generating a difference signal.

9. The device according to claim 7, characterized in that on the piston ( 27 ) pole shoes ( 25 , 26 ) made of soft magnetic or ferromagnetic material are arranged, between which at least one magnet ( 24 ) is held.

10. The device according to claim 9, characterized in that the pole shoes ( 25 , 26 ) rotate in a ring and a plurality of magnets ( 23 , 24 ) between these pole rings ( 25 , 26 ) is arranged in a cross-sectional plane of the cylinder ( 29 ).

11. The device according to claim 10, characterized in that the magnets ( 23 , 24 ) are arranged in a receiving ring ( 22 ) made of non-magnetizable material and preferably have equidistant distances from one another, the receiving ring ( 22 ) between the ferromagnetic pole rings ( 25th , 26 ) is arranged in such a way that the north or south poles of the magnets ( 23 , 24 ) face the pole rings ( 25 , 26 ) directly or touch them.