DE19751519A1 - Linearsensor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Linearsensor zur Er­ zeugung eines elektrischen Steuersignals in Abhängigkeit von der Relativposition zweier relativ zueinander verschiebbarer Teile.

Derartige Linearsensoren kommen insbesondere in der Kraft­ fahrzeugtechnik zum Einsatz, beispielsweise bei der Steuerung eines Bremskraftverstärkers, dessen Aktivierung in Abhängig­ keit von der Auslenkung eines Bremspedals erfolgt. Mit zuneh­ mender Pedalauslenkung wird der Bremsdruck erhöht, der auf ein Steuerglied, beispielsweise eine Membran, einwirkt, des­ sen Auslenkung mittels der Linearsensoren ermittelt wird. Hierzu steht üblicherweise ein verschiebbarer Schaltstößel mit dem Steuerglied in Wirkverbindung, so daß der Schalt­ stößel verschoben wird, wenn das Steuerglied mit zunehmendem Bremsdruck ausgelenkt wird.

Die Veränderung der Position des Schaltstößels relativ zu ei­ nem am Kraftfahrzeug fixierten Teil wird mittels der Linear­ sensoren ermittelt, wobei ein elektrisches Steuersignal gene­ riert wird, das an die Zentralelektronik des Kraftfahrzeugs weitergegeben wird. Diese wiederum steuert in Abhängigkeit des vom Linearsensor bereitgestellten Steuersignals einen Bremskraftverstärker des Kraftfahrzeugs.

Bekannte Linearsensoren sind insbesondere als Schleif- Potentiometer ausgerüstet. Diese Potentiometer sind jedoch vibrationsempfindlich und nützen sich relativ rasch ab, so daß der Linearsensor im Hinblick auf die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs eine kurze Standzeit aufweist. Außerdem lassen sich mit bekannten Linearsensoren nur unbefriedigende Ergeb­ nisse hinsichtlich der Genauigkeit des Steuersignals erzie­ len.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsge­ mäßen Linearsensor so auszugestalten, daß er vibrationsunemp­ findlicher ist und über eine lange Standzeit ein präzises Steuersignal bereitstellt. Diese Aufgabe wird bei einem Line­ arsensor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Linearsensor einen Magneten aufweist, dem mindestens ein Hallsensor zugeordnet ist, wobei der Magnet und der Hallsensor relativ zueinander verschieblich gehalten sind und der Hallsensor ein von seiner Position relativ zum Magneten abhängiges elektrisches Spannungssignal liefert.

Die Erzeugung des positionsabhängigen Spannungssignals er­ folgt somit berührungslos, wodurch zum einen die Vibrati­ onsempfindlichkeit des Linearsensors erheblich reduziert wird und wodurch zum anderen die Standzeit des Linearsensors be­ trächtlich verlängert werden kann, da die relativ zueinander verschiebbaren Teile nicht verschleißen. Letzteres hat außer­ dem zur Folge, daß mittels des Linearsensors auch nach langer Standzeit noch ein sehr präzises Spannungssignal erzeugt wer­ den kann.

Maßgeblich für die Erzeugung des elektrischen Spannungs­ signals, d. h. des Ausgangssignals des Hallsensors, ist eine Linearverschiebung zwischen dem Hallsensor und dem Magneten. So kann vorgesehen sein, daß der mindestens eine Hallsensor unverschieblich in einem Gehäuse des Linearsensors festgelegt ist und daß der Magnet relativ zum Hallsensor bewegbar ist. Es hat sich allerdings als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Magnet unverschieblich im Gehäuse des Linearsensors festgelegt ist und der Hallsensor relativ zum Magneten ver­ schiebbar gelagert ist. Durch eine derartige Ausgestaltung läßt sich ein besonders gut reproduzierbares Ausgangssignal erzeugen.

Günstig ist es, wenn der Magnet zylindersymmetrisch ausge­ staltet ist, denn dies hat zur Folge, daß eine Verdrehung des Magneten und/oder des Hallsensors um die Längsachse des Ma­ gneten keinen störenden Einfluß auf das Ausgangssignal hat. Ein zylindersymmetrisch ausgebildeter Magnet erzeugt ein zy­ lindersymmetrisches Magnetfeld, das vom Hallsensor bei seiner Relativbewegung abgefühlt wird. Das Ausgangssignal des Hall­ sensors wird hierbei lediglich von einer Verschiebung in Längsrichtung des Magneten beeinflußt, während eine Verdre­ hung des Hallsensors relativ zum Magneten keine Magnetfeldän­ derung und damit auch keine Änderung des Ausgangssignals be­ wirkt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Magnet als Stabmagnet ausgebildet ist und die Vorrichtung einen parallel zur Längsrichtung des Magneten verschiebbaren Träger umfaßt, an dem der Hallsensor gehalten ist. Der Hall­ sensor kann bei der Montage des Linearsensors auf dem Träger ausgerichtet und anschließend festgelegt werden. Der Einsatz des verschiebbaren Trägers ermöglicht somit eine mechanische Justierung des Hallsensors relativ zum Magneten, durch die der Signalverlauf des elektrischen Spannungssignals beein­ flußt werden kann.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgese­ hen, daß der Träger verschieblich am Magneten gehalten ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung übernimmt der Magnet eine doppelte Funktion. Zum einen erzeugt er ein Magnetfeld, so daß ein von der Position des Hallsensors relativ zum Magneten abhängiges elektrisches Spannungssignal erzeugt werden kann. Zum anderen übernimmt der Magnet auch die Führung des ver­ schiebbaren Trägers, an dem der Hallsensor gehalten ist. Ein zusätzliches Führungselement kann somit entfallen. Durch eine derartige Konstruktion wird auf überraschend einfache Weise sichergestellt, daß die Verschiebebewegung des Hallsensors parallel zur Längsachse des Magneten erfolgt, ohne daß hierzu eine aufwendige Justage erforderlich ist.

Günstig ist es, wenn der Träger einen gleitverschieblich am Magneten gelagerten Schlitten umfaßt, mit dessen Hilfe der Hallsensor längs des Magneten verschoben werden kann. Zur Er­ zielung der Gleitverschiebbarkeit kann der Träger eine den Magneten in Umfangsrichtung im wesentlichen vollständig umge­ bende Lagerbuchse aufweisen.

Von Vorteil ist es, wenn der Träger relativ zum Magneten un­ verdrehbar gehalten ist. Dadurch kann sichergestellt werden, daß der Träger lediglich parallel zur Längsachse des Magneten verschiebbar ist, nicht jedoch in tangentialer Richtung. Mit­ tels einer derartigen Ausgestaltung läßt sich ein besonders präzises Ausgangssignal des Hallsensors erzeugen.

Bevorzugt ist der Träger aus Kunststoff gefertigt, so daß keine Beeinflussung des vom Magneten hervorgerufenen Magnet­ felds durch den Träger erfolgt. Dadurch wird ebenfalls die Genauigkeit des Ausgangssignals erhöht.

Es kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, daß der Line­ arsensor ein parallel zur Längsrichtung des Magneten ver­ schiebbares Betätigungsglied zum Verschieben des Hallsensors aufweist. Das Betätigungsglied kann mit dem den Hallsensor tragenden Träger in Wirkverbindung stehen und derart ausge­ staltet sein, daß es an ein mechanisches Steuerglied ankop­ pelbar ist, dessen Auslenkung ermittelt werden soll. So kann beispielsweise vorgesehen sein, daß das Betätigungsglied stirnseitig an dem eingangs genannten Steuerglied eines Bremskraftverstärkers anliegt und dadurch die Bewegung des Steuerglieds auf den verschiebbaren Träger des Linearsensors überträgt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Betätigungsglied ein in das Gehäuse des Linearsensors eintau­ chender, an den Träger anlegbarer Stößel umfaßt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei einer Verschiebung des Betätigungsglieds die Position des Betätigungsglieds relativ zum Träger quer zur Längsrichtung des Magneten veränderbar ist. Dadurch kann sichergestellt werden, daß auch eine Aus­ richtung des Betätigungsglieds schräg zur Längsachse des Magneten und damit schräg zur Verschiebewegung des Trägers kein fehlerbehaftetes Ausgangssignal liefert, denn eine schräge Ausrichtung des Betätigungsglieds hat keinen Einfluß auf die Verschiebebewegung des Trägers. Eine Bewegungskompo­ nente des Betätigungsglieds quer zur Längsrichtung des Magne­ ten hat somit kein fehlerbehaftetes Ausgangssignal des Hall­ sensors zur Folge.

Bevorzugt ist das Betätigungsglied verschiebbar und insbeson­ dere unverdrehbar am Gehäuse des Linearsensors gelagert.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Träger in Richtung auf das Betätigungsglied federbelastet und mittels des Betätigungsglieds entgegen der Federbelastung verschiebbar ist. Dadurch wird gewährleistet, daß der Träger und der an ihm gehaltene Hallsensor nach einer vom Betäti­ gungsglied hervorgerufenen Positionsänderung selbsttätig un­ ter der Wirkung der Federbelastung in ihre Ausgangsposition zurückverschoben werden.

So kann beispielsweise ein den Träger mit einer in Richtung auf das Betätigungsglied gerichteten Federkraft beaufschla­ gendes Federelement vorgesehen sein, das am Magneten geführt ist. Mittels der Führung des Federelements am Magneten kann auf einfache Weise sichergestellt werden, daß der Träger bei seiner Rückstellung in die Ausgangsposition mit einer paral­ lel zur Längsachse des Magneten ausgerichteten Kraft beauf­ schlagt wird. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß das Federelement als eine den Magneten in Umfangsrichtung umge­ bende Schraubenfeder ausgebildet ist.

Um eine Störung des vom Magneten hervorgerufenen Magnetfelds durch das Federelement zu verhindern, ist es von Vorteil, wenn das Federelement aus einem diamagnetischen Material ge­ fertigt ist.

Insbesondere bei einem Anschluß des erfindungsgemäßen Linear­ sensors an das Bremssystem eines Kraftfahrzeugs ist es von Vorteil, wenn das Gehäuse des Linearsensors vakuumdicht ver­ schließbar ist. Außerdem wird durch eine derartige Ausgestal­ tung gewährleistet, daß auch nach langer Standzeit, die mit­ tels des Linearsensors erzielbar ist, keine das Ausgangs­ signal des Hallsensors beeinflussenden Schmutzpartikel in das Gehäuse eindringen können.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgese­ hen, daß der Hallsensor an einer über eine flexible Leitung mit einem elektrischen Anschlußelement des Linearsensors ver­ bundene Leiterplatine gehalten ist, die am Träger festgelegt ist. Die Leiterplatine kann zusätzlich zum Hallsensor weitere elektronische Bauteile aufnehmen, so daß das Ausgangssignal des Hallsensors beispielsweise innerhalb des Gehäuses ver­ stärkt und vorteilhafterweise auch elektronisch korrigiert werden kann.

Bei einer kostengünstig herstellbaren Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Leiterplatine mit dem Träger thermisch verstemmt ist.

Um eine Störung des vom Magneten hervorgerufenen Magnetfelds durch die den Hallsensor mit dem elektrischen Anschlußelement verbindende flexible Leitung zu verhindern, ist es von Vor­ teil, wenn die flexible Leitung aus einem diamagnetischen Ma­ terial gefertigt ist. Hierbei kann insbesondere eine flexible Flachbandleitung zum Einsatz kommen.

Wie bereits erläutert, kann die Leiterplatine zusätzlich zum Hallsensor einen elektronischen Schaltkreis aufnehmen zur Si­ gnalverarbeitung des vom Hallsensor bereitgestellten elektri­ schen Spannungssignals. Die Leiterplatine ist innerhalb des vorteilhafterweise vakuumdicht verschlossenen Gehäuses ange­ ordnet und steht über die flexible Leitung mit dem elektri­ schen Anschlußelement, beispielsweise einem Stecker oder ei­ ner Buchse, in Verbindung. Die flexible Leitung ist zu diesem Zweck mehradrig ausgestaltet und umfaßt zum einen eine Ver­ sorgungsleitung für den Hallsensor, über die der Hallsensor mit einer Betriebsspannung von beispielsweise 5 Volt versorgt wird. Zum anderen umfaßt die flexible Leitung eine Masselei­ tung, mit der der Hallsensor elektrisch an Masse angeschlos­ sen werden kann, und schließlich umfaßt die flexible Leitung eine Ausgangsleitung, über die das Ausgangssignal des Hall­ sensors übertragen wird.

Um sicherzustellen, daß eine Unterbrechung der Masseleitung innerhalb des Gehäuses des Linearsensors auch bei vakuumdicht verschlossenem Gehäuse von außen auf einfache Weise erkannt werden kann, ist eine Fehlererkennungsschaltung vorgesehen zur Ausgabe eines definierten Spannungssignals bei Unterbre­ chung der Masseverbindung des Hallsensors. Die Fehlererken­ nungsschaltung umfaßt einen zwischen die Versorgungsleitung und die Ausgangsleitung des Hallsensors geschalteten verän­ derbaren Widerstand, der bei Unterbrechung der Masseleitung einen niederohmigen Zustand einnimmt. Dies hat zur Folge, daß bei einer Unterbrechung der Masseleitung an der Ausgangslei­ tung des Hallsensors im wesentlichen die gesamte Versorgungs­ spannung anliegt, da am veränderbaren Widerstand praktisch kein Spannungsabfall mehr erfolgt. Durch Messung der an der Ausgangsleitung anliegenden elektrischen Spannung kann somit auf einfache Weise festgestellt werden, ob die Masseleitung unterbrochen ist. Während im Normalbetrieb die Ausgangsspan­ nung beispielsweise Werte im Bereich von ungefähr 0,5 Volt bis etwa 4,5 Volt annimmt, liegt der entsprechende Wert bei einer Unterbrechung der Masseleitung bei cirka 5 Volt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Fehlerer­ kennungsschaltung ist vorgesehen, daß der veränderbare Wider­ stand über einen Gleichspannungswandler ansteuerbar ist, der zwischen die Versorgungsleitung und die Masseleitung des Hallsensors geschaltet ist. Der Gleichspannungswandler (DC- DC-Konverter) greift die an der Versorgungsleitung anliegende Versorgungsspannung des Hallsensors ab und steht zusätzlich mit der Masseleitung in Verbindung. Wird die Masseleitung un­ terbrochen, so ist das an dieser Leitung anliegende Potential frei veränderlich, dies hat eine Potentialdrift, ein soge­ nanntes "Floaten" zur Folge. Die Potentialdrift an der Masse­ leitung wird vom Gleichspannungswandler erfaßt, der daraufhin dem veränderbaren Widerstand eine derartige Steuerspannung bereitstellt, daß dieser in einen niederohmigen Zustand über­ geht, so daß bei einer Unterbrechung der Masseleitung an der Ausgangsleitung des Hallsensors im wesentlichen die gesamte Versorgungsspannung abgegriffen werden kann.

Die Fehlererkennungsschaltung kann ebenso wie der Hallsensor in einen anwenderspezifischen integrierten Schaltkreis inte­ griert sein. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist deshalb vorgesehen, daß der veränderbare Widerstand als in einen mi­ kroelektronischen Schaltkreis integrierbares Halbleiterbau­ element ausgestaltet ist. Hierbei hat sich ein Feldeffekt­ transistor (FET), insbesondere ein MOS-Feldeffekttransistor, als besonders vorteilhaft erwiesen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgese­ hen, daß der veränderbare Widerstand als n-Kanal Depletion MOS-Feldeffekttransistor ausgestaltet ist.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der nä­ heren Erläuterung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines erfindungsge­ mäßen Linearsensors;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Linearsensors und

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer beim Linearsensor zum Einsatz kommenden Fehlererkennungsschal­ tung.

In den Fig. 1 und 2 ist schematisch ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehener berührungsloser Linearsensor dar­ gestellt. Dieser umfaßt ein topfförmig ausgebildetes Gehäuse 12 mit einem Gehäuseboden 14 und einem im wesentlichen zylin­ drisch ausgebildeten Gehäusemantel 16. Das Gehäuse 12 ist be­ vorzugt aus Kunststoff gefertigt. Mit dem Gehäuse 12 ist ein ebenfalls topfförmig ausgebildeter Deckel 18 über an sich be­ kannte und in der Zeichnung nicht dargestellte Rastmittel verrastbar, wobei zusätzlich in eine Trennfuge 20 eine Gieß­ masse 21 einbringbar ist, so daß das Gehäuse 12 vakuumdicht verschließbar ist.

In den Gehäuseboden 14 des Gehäuses 12 ist eine Durchgangs­ bohrung 23 eingeformt, die ein Lager bildet für einen die Durchgangsbohrung 23 durchgreifenden Schaltstößel 25, der in das Gehäuse 12 eintaucht und mit seinem freien, in der Zeich­ nung nicht dargestellten Ende beispielsweise mit einer Mem­ bran verbindbar ist, die sich in Abhängigkeit des Bremsdruc­ kes eines Bremssystems ausbaucht. An seinem in das Gehäuse 12 eintauchenden Ende trägt der Schaltstößel 25 eine Umfangsnut 27, an der ein Reiter 29 festgelegt ist, der radial nach außen abstehend zwei Flügel 31 und 33 trägt, wie aus Fig. 2 deutlich wird. Die Flügel 31 und 33 tauchen mit ihren freien Enden in parallel zur Längsrichtung des Gehäuses 12 ausge­ richtete Führungsnuten 32 bzw. 34 ein, die an Führungsrippen 35 bzw. 37 eingebracht sind. Diese sind an der Innenseite des Gehäusemantels 16 festgelegt. Der mittels der Flügel 31 und 33 unverdrehbar im Gehäuse 12 geführte Reiter 29 bildet zu­ sätzlich zur Durchgangsbohrung 23 eine weitere Führung für den Schaltstößel 25, wenn dieser in Richtung des Gehäusedec­ kels 18 beispielsweise in die in Fig. 1 strichpunktiert dar­ gestellte Stellung verschoben wird.

Innenseitig ist versetzt zur Durchgangsbohrung 23 am Gehäuse­ boden 14 eine Sackbohrung 38 angeordnet, die einer korrespon­ dierenden Sackbohrung 40 am Deckel 18 gegenüberliegt. Die beiden Sackbohrungen 38 und 40 nehmen jeweils ein Ende eines zylinderförmig ausgebildeten Stabmagneten 42 ein, der sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Gehäuses 12 und des Deckels 18 erstreckt. Mittels des als zylindersymmetrischen Permanentmagneten ausgestalteten Stabmagneten 42 wird inner­ halb des Gehäuses 12 ein starkes Magnetfeld gebildet, das beispielsweise eine Stärke zwischen ungefähr 0,6 und 1,2 Tes­ la aufweisen kann. Der Stabmagnet 42 dient der gleitver­ schieblichen Führung eines Trägers 44, der einen Schlitten 46 umfaßt, der über eine den Stabmagneten 42 in Umfangsrichtung umgebende Lagerbuchse 48 gleitverschieblich am Stabmagneten 42 gelagert ist.

Im Bereich zwischen dem Schlitten 46 und dem Deckel 18 ist der Stabmagnet 42 längs seines Umfanges von einer Schrauben­ feder 50 umgeben, die sich einerseits am Deckel 18 und ande­ rerseits am Schlitten 46 abstützt und den Schlitten 46 mit einer in Richtung auf den Schaltstößel 25 ausgerichteten Fe­ derkraft beaufschlägt. Dadurch wird sichergestellt, daß der Schlitten 46 an der Stirnfläche des Schaltstößels 25 anliegt, wobei jedoch keine mechanische Kopplung in Form eines Verbin­ dungselements zwischen dem Schlitten 46 und dem Schaltstößel 25 vorliegt.

Wie aus Fig. 2 deutlich wird, die eine Seitenansicht des Ge­ häuses 12 in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1 darstellt, um­ faßt der Schlitten 46 in ähnlicher Weise wie der Reiter 29 zwei seitlich abstehende Flügel 52 und 54, deren freie Enden in U-förmig ausgestalteten Führungsnuten 53 bzw. 54 parallel zur Längsachse des Gehäuses 12 und damit auch parallel zur Längsachse des Stabmagneten 42 grob geführt sind. Die Flügel 52 und 54 bilden lediglich eine Verdrehsicherung für den ver­ schieblich am Stabmagneten 42 gehaltenen Schlitten 46, die Ausrichtung der Verschiebebewegung parallel zur Längsachse des Stabmagneten 42 wird mittels der Lagerbuchse 48 sicherge­ stellt.

Mit dem Schlitten 46 ist eine Leiterplatine 57 thermisch ver­ stemmt, an der ein Hallsensor 59 festgelegt ist. Dieser ist in an sich bekannter und deshalb aus der Zeichnung nicht er­ sichtlicher Weise in einen anwenderspezifischen mikroelektro­ nischen Baustein integriert, der zusätzlich zum Hallsensor 59 weitere elektronische Bauteile aufnimmt, wie nachfolgend un­ ter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert wird.

Der Hallsensor 59 steht über ein mehradriges Flachbandkabel 61 mit Kontaktstiften einer seitlich am Gehäuse 12 angeform­ ten Steckbuchse 63 in elektrischer Verbindung, so daß über die Steckbuchse 63 das Ausgangssignal des Hallsensors 59 ab­ gegriffen und diesem ein Massepotential sowie eine Versor­ gungsspannung zugeführt werden kann.

Wird der Schaltstößel 25 beispielsweise durch Belastung einer in der Zeichnung nicht dargestellten Membran in Richtung auf den Deckel 18 verschoben, so drückt er dabei gegen den Schlitten 46, wodurch dieser entgegen der Federkraft der Schraubenfeder 50 längs des Stabmagneten 42 beispielsweise in die in Fig. 1 strichpunktiert dargestellte Position verscho­ ben wird. Die Verschiebung hat eine Veränderung des vom Hall­ sensor 59 abgefühlten Magnetfelds und damit auch eine Verän­ derung von dessen Ausgangssignal zur Folge. Das Ausgangs­ signal kann an der Steckbuchse 63 abgegriffen werden. Über den Schlitten 46 und den daran festgelegten Hallsensor 59 kann somit eine Verschiebebewegung des Schaltstößels 25 be­ rührungslos erfaßt werden.

Da die Führung des Hallsensors 59 mittels des gleitverschieb­ lich am Stabmagneten 42 gehaltenen Schlittens 46 erfolgt, kann auf überraschend einfache Weise über den gesamten Ver­ schiebeweg, der dem Hallsensor 59 zur Verfügung steht, ein praktisch gleichbleibender Abstand zwischen Hallsensor 59 und Stabmagnet 42 sichergestellt werden. Da der Schaltstößel 25 lediglich am Schlitten 46 anliegt, aber mechanisch vom Schlitten 46 entkoppelt ist, hat auch eine Dejustierung des Schaltstößels 25 keine Störung des Ausgangssignals des Hall­ sensors 59 zur Folge.

In Fig. 3 ist schematisch die elektrische Verschaltung des Hallsensors 59 dargestellt. Wie bereits erläutert, weist das Flachbandkabel 61 mindestens drei Adern auf in Form einer Versorgungsleitung 65, einer Masseleitung 66 und einer Aus­ gangsleitung 67. Über die Versorgungsleitung 65 kann der Hallsensor 59 mit einer Versorgungsspannung von beispielswei­ se 5 Volt versorgt werden. Über die Masseleitung 66 wird der Hallsensor an ein definiertes Massepotential angeschlossen. Über die Ausgangsleitung 67 kann das von der Relativposition zwischen Hallsensor 59 und Stabmagnet 42 abhängige Ausgangs­ signal des Hallsensors 59 abgegriffen werden. Das Ausgangs­ signal kann beispielsweise Spannungswerte im Bereich von etwa + 0,5 Volt bis ungefähr + 4,5 Volt annehmen.

Wie aus Fig. 3 deutlich wird, ist an die Masseleitung 66 zu­ sätzlich ein Gleichspannungswandler 69 angeschlossen, dessen Eingang mit der Versorgungsleitung 65 elektrisch verbunden ist. Der Ausgang des Gleichspannungswandlers ist über eine Steuerleitung 71 mit dem Gate-Anschluß eines n-Kanal Depleti­ on MOS-Feldeffekttransistors 73 verbunden. Dieser ist mit seinen Drain- bzw. Source-Anschlüssen an die Versorgungslei­ tung 65 und die Ausgangsleitung 67 angeschlossen. Der Feldef­ fekttransistor bildet einen zwischen die Versorgungsleitung 65 und die Ausgangsleitung 67 geschalteten veränderbaren Wi­ derstand, der vom Gleichspannungswandler 69 angesteuert wer­ den kann.

Im Normalbetrieb nimmt der Feldeffekttransistor 73 einen sehr hochohmigen Zustand ein. Dies wird dadurch gewährleistet, daß der Gleichspannungswandler 69 den Gate-Anschluß des Feldef­ fekttransistors mit einer elektrischen Spannung beaufschlägt, die um mehr als 1 Volt geringer ist als die am Source- Anschluß des Feldeffekttransistors und damit an der Ausgangs­ leitung 67 anliegende Spannung. So kann beispielsweise vorge­ sehen sein, daß die Ausgangsspannung des Gleichspannungswand­ lers 69 -1 Volt beträgt, während die Source-Spannung des Fel­ deffekttransistors 73, die der Ausgangsspannung des Hallsen­ sors 59 entspricht, im Bereich zwischen + 0,5 Volt und + 4,5 Volt liegt.

Wird die Masseleitung 66 unterbrochen, so wird dem Gleich­ spannungswandler 69 kein eindeutig definiertes Massepotential zur Verfügung gestellt. Dies hat zur Folge, daß sich die Aus­ gangsspannung des Gleichspannungswandlers 69 erhöht. Der Fel­ deffekttransistor 73 wird somit mit einer höheren Spannung angesteuert. Dies hat zur Folge, daß er in einen sehr nie­ derohmigen Zustand übergeht, d. h. der Feldeffekttransistor 73 bildet praktisch eine Kurzschlußverbindung zwischen der Ver­ sorgungsleitung 65 und der Ausgangsleitung 67. Liegt also ei­ ne Unterbrechung der Masseleitung 66 vor, so kann dies ohne weiteres dadurch festgestellt werden, daß an der Ausgangslei­ tung 67 praktisch die gesamte Versorgungsspannung anliegt, die dem Hallsensor 59 zur Verfügung gestellt wird. Während bei einwandfreier Funktion der Masseleitung 66 an der Aus­ gangsleitung 67 eine Spannung im Bereich von ungefähr + 0,5 Volt bis etwa + 4,5 Volt abgegriffen werden kann, zeigt eine Spannung von etwa + 5 Volt an der Ausgangsleitung 67 an, daß die Masseleitung 66 unterbrochen ist.

Um den Hallsensor 59 ebenso wie die den Gleichspannungswand­ ler 69 und den Feldeffekttransistor 73, die eine Fehlererken­ nungsschaltung 75 ausbilden, in einem anwenderspezifischen mikroelektronischen Bauteil zu integrieren, ist es vorteil­ haft, wenn der Feldeffekttransistor als n-Kanal Depletion MOS-Feldeffekttransistor ausgestaltet ist. Es hat sich ge­ zeigt, daß eine derartige Ausführungsform des Feldeffekttran­ sistors ohne weiteres integrierbar ist.

Claims (28)

1. Linearsensor zur Erzeugung eines elektrischen Steuer­ signals in Abhängigkeit von der Relativposition zweier relativ zueinander verschiebbarer Teile, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Linearsensor (10) einen Magneten (42) aufweist, dem mindestens ein Hallsensor (59) zuge­ ordnet ist, wobei der Magnet (42) und der Hallsensor (59) relativ zueinander verschieblich gehalten sind und der Hallsensor (59) ein von seiner Position relativ zum Magneten (42) abhängiges elektrisches Spannungssignal liefert.

2. Linearsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (42) unverschieblich in einem Gehäuse (12) des Linearsensors (10) festgelegt ist und der Hallsensor (59) relativ zum Magneten (42) im Gehäuse (12) verschiebbar ist.

3. Linearsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Magnet (42) zylindersymmetrisch aus­ gestaltet ist.

4. Linearsensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Magnet als Stabmagnet (42) ausgestal­ tet ist und der Linearsensor (10) einen parallel zur Längsrichtung des Magneten (42) verschiebbaren Träger (44) umfaßt, an dem der Hallsensor (59) gehalten ist.

5. Linearsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (44) verschieblich am Magneten (42) ge­ halten ist.

6. Linearsensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Träger (44) einen gleitverschieblich am Magneten (42) gelagerten Schlitten (46) umfaßt.

7. Linearsensor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Träger (44) eine den Magneten (42) in Umfangsrichtung im wesentlichen vollständig umgebende Lagerbuchse (48) aufweist.

8. Linearsensor nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (44) relativ zum Magne­ ten (42) unverdrehbar gehalten ist.

9. Linearsensor nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (44) aus Kunststoff ge­ fertigt ist.

10. Linearsensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearsensor (10) ein parallel zur Längsrichtung des Magneten (42) verschieb­ bares Betätigungsglied (25) zum Verschieben des Hall­ sensors (59) aufweist.

11. Linearsensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied einen in das Gehäuse (12) des Linearsensors (10) eintauchenden, an den Träger (44) anlegbaren Stößel (25) umfaßt.

12. Linearsensor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer Verschiebung des Betätigungs­ glieds (25) die Position des Betätigungsglieds (25) re­ lativ zum Träger (44) quer zur Längsrichtung des Magne­ ten (42) veränderbar ist.

13. Linearsensor nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Betätigungsglied (25) verschieb­ bar am Gehäuse (12) gelagert ist.

14. Linearsensor nach einem der Ansprüche 10 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (25) un­ verdrehbar am Gehäuse (12) gelagert ist.

15. Linearsensor nach einem der Ansprüche 10 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Träger (44) in Richtung auf das Betätigungsglied (25) federbelastet ist und mittels des Betätigungsglieds (25) entgegen der Feder­ belastung verschiebbar ist.

16. Linearsensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearsensor (10) ein den Träger (44) mit einer in Richtung auf das Betätigungsglied (25) ausgerichte­ ten Federkraft beaufschlagendes Federelement (50) um­ faßt, das am Magneten (42) geführt ist.

17. Linearsensor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement als den Magneten (42) in Umfangs­ richtung umgebende Schraubenfeder (50) ausgestaltet ist.

18. Linearsensor nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Federelement (50) aus einem diamagne­ tischen Material gefertigt ist.

19. Linearsensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) vakuum­ dicht verschließbar ist.

20. Linearsensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hallsensor (59) an ei­ ner über eine flexible Leitung (61) mit einem elektri­ schen Anschlußelement (63) des Linearsensors (10) ver­ bundene Leiterplatine (57) gehalten ist, die am Träger (44) festgelegt ist.

21. Linearsensor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatine (57) mit dem Träger (44) ther­ misch verstemmt ist.

22. Linearsensor nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die flexible Leitung (61) aus einem dia­ magnetischen Material gefertigt ist.

23. Fehlererkennungsschaltung zur Ausgabe eines definierten Spannungssignals bei Unterbrechung einer Masseverbin­ dung eines Hallsensors, insbesondere für einen Linear­ sensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlererkennungsschaltung (75) einen zwischen einer Versorgungsleitung (65) und einer Ausgangsleitung (67) des Hallsensors (59) geschalteten veränderbaren Widerstand (73) umfaßt, der bei Unterbre­ chung der Masseverbindung (66) des Hallsensors (59) ei­ nen niederohmigen Zustand einnimmt.

24. Fehlererkennungsschaltung nach Anspruch 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand (73) von einem Gleichspannungswandler (69) ansteuerbar ist, der zwischen die Versorgungsleitung (65) und die Massever­ bindung (66) des Hallsensors (59) geschaltet ist.

25. Fehlererkennungsschaltung nach Anspruch 23 oder 24, da­ durch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand als in einen mikroelektronischen Schaltkreis integrier­ bares Halbleiterbauelement (73) ausgestaltet ist.

26. Fehlererkennungsschaltung nach Anspruch 23, 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand als Feldeffekttransistor (73) ausgebildet ist.

27. Fehlererkennungsschaltung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand (73) als MOS-Feldeffekttransistor ausgebil­ det ist.

28. Fehlererkennungsschaltung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand als n-Kanal Depletion MOS-Feldeffekt­ transistor (73) ausgestaltet ist.