DE19824510A1

DE19824510A1 - Mangetischer Annäherungssensor für einen Gegenstand aus Eisen

Info

Publication number: DE19824510A1
Application number: DE19824510A
Authority: DE
Inventors: Edward A Ramsden; Bradley S Beiermann
Original assignee: Cherry Corp
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2018-06-03
Also published as: DE19824510B4; US6127821A; JPH1194951A

Description

Die Erfindung betrifft magnetische Annäherungssensoren, welche die Anwesenheit von nahegelegenen Gegenständen aus Eisen er fassen. Die Erfindung betrifft auch einen Annäherungssensor, der wenigstens zwei Magnete verwendet, welche ein Magnetfeld vorsehen, das räumlich in bezug auf einen magnetischen Fluß sensor bzw. Kraftliniensensor, wie zum Beispiel eine Hall- Magnetfeldvorrichtung bzw. Hall-Effekt-Vorrichtung, ausgerich tet ist. Das Magnetfeld des wenigstens einen Magnets wird auf den Flußsensor bei der Herstellung eingestellt oder abgestimmt bzw. optimiert. Der Annäherungssensor kann zum Beispiel ver wendet werden, um den Eingriff von Sitzgurten zu erfassen, die Bewegung von Bauteilen eines Motors eines Kraftfahrzeuges zu überwachen, den Eingriff von Einschnappklinken aus Metall oder dergleichen Schnapp- bzw. Rasteinrichtungen für jeden Mecha nismus zu erfassen oder die Anwesenheit eines Gegenstandes aus Eisen für jede Anwendung zu erfassen.

Es ist bekannt, daß magnetische Sensoren verwendet werden kön nen, um die Annäherung eines Gegenstandes aus Eisen zu erfas sen, indem die Änderung, welche der Gegenstand in dem durch einen festgelegten bzw. feststehenden Magnet erzeugten Kraft linienfeld hervorruft, ermittelt wird. In einer solchen Vor richtung, wie zum Beispiel in dem am 13. November 1990 für Wolf et al. erteilten US-Patent 4,970,463 offenbart, ist ein Flußsensor bzw. Kraftliniensensor an der seitlichen (Ober-)Fläche eines Dauermagnets an einem Punkt mittig zwi schen den Polenden des Magnets befestigt. An dieser zentralen Stelle fließen die Linien des Magnetflusses zusammen, um ein Nullfeld (zero oder null field) auf der Prüfebene (sensing plane) des Flußsensors zu bilden. Wenn ein Gegenstand aus Ei sen hin zu einem Ende des Magnets bewegt wird, verschieben sich die Flußlinien hin zu dem Gegenstand aus Eisen und wird daher der Nullpunkt des Feldes aus der Prüfebene weg verscho ben und läuft der Fluß durch die Ebene hindurch. Der Fluß ver anlaßt den Sensor, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das die Verschiebung des Nullpunktes des Dauermagnetfeldes und da her die Anwesenheit des Gegenstandes aus Eisen anzeigt.

Bei der Herstellung einiger magnetischer Annäherungssensoren ist es notwendig, den Nullpunkt des Magnetfeldes des Dauerma gnets auszurichten. Es hat sich als sehr schwierig herausge stellt, große Mengen solcher Detektoren bzw. Melder konsistent und kostengünstig herzustellen, da eine natürliche Variation bzw. Streuung in den Magnetfeldern von Dauermagneten vorhanden ist, welche sich auf die Ausrichtung des Nullpunktes auswirkt. Die physikalische Position solcher Magnete ist daher beim Her stellen eingestellt worden, um den Nullpunkt zu bestimmen. Dieses Verfahren ist zeitraubend und verhältnismäßig kosten aufwendig. Auch kann der Magnet bewegt und daher fehlerhaft ausgerichtet werden, wenn er mit anderen Bauteilen des Annähe rungsmelders vergossen wird.

Das Problem einer Ausrichtung bei der Herstellung ist bei ei nigen Vorrichtungen gelöst worden, indem das Magnetfeld des Dauermagnets abgestimmt bzw. optimiert und dabei die Position des Nullpunktes eingestellt werden. Zum Beispiel ist ein Opti mierungsverfahren in der am 7. Juni 1995 angemeldeten US- Patentanmeldung 08/473,225 von Ramsden mit dem Titel "Ferrous Article Proximity Detector with Differential Magnetic Sensor Element" offenbart. Diese Anmeldung gehört dem Inhaber der vorliegenden Erfindung und ist unter Bezugnahme darauf vorlie gend beinhaltet.

Es ist bekannt, daß ein Annäherungsmelder mit einem einzigen Magnet und einem Hall-Magnetfeldsensor bzw. Hall-Effekt-Sensor hergestellt werden kann, der entweder in der Mitte oder an den Nord- oder Südpolen des Magnets angeordnet ist. Während solche Detektoren den Vorteil einer einfachen Bauweise aufweisen, fehlt ihnen eine gewisse Empfindlichkeit als das Resultat der Verwendung nur eines Magnets. Wenn ein Verfahren zum Einstel len eines Magnets bei der Herstellung verwendet wird, würde es darüber hinaus notwendig sein, zum Beispiel Magnete aus AlNiCo zu verwenden, die ziemlich einfach optimiert werden können. Stärkere Magnete, zum Beispiel seltene Erdmagnete, wären für eine Verwendung in dem Optimierungsverfahren nicht notwendi gerweise akzeptierbar, da sie sich nicht einfach einstellen lassen, obschon selbst solche Magnete in vorteilhafter Weise in einem Annäherungsmelder verwendet werden können.

Unter diesen Voraussetzungen und Betrachtungen besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen verhältnismäßig einfachen, kostengünstigen und leicht herstellbaren Annäherungssensor bzw. Näherungssensor zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen solchen Sensor be reitzustellen, der aufeinander einwirkende bzw. sich gegensei tig beeinflussende Felder von zwei oder mehr Magneten verwen det, um einen Nullflußpunkt in der Prüfebene eines Flußsensors bzw. Kraftliniensensors zu definieren. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Flußsensor bzw. Kraftlini ensensor vorzusehen, der wenigstens zwei verschiedene Arten von Magneten verwendet, welcher im Herstellungsverfahren leicht eingestellt werden kann, wobei ein Magnet ein hohes Kraftflußdichtefeld aufweist und der andere Magnet ein niedri ges Kraftflußdichtefeld besitzt. Eine andere Aufgabe der Er findung besteht darin, einfache und verhältnismäßig kostengün stige Annäherungsmelder bereitzustellen, die sehr empfindlich auf durch einen Gegenstand aus Eisen hervorgerufene Flußände rungen bzw. Kraftlinienänderungen reagieren.

Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung verdeutlicht.

Um die Aufgaben der Erfindung zu lösen und die Probleme des Standes der Technik zu beseitigen, verwendet der magnetische Annäherungssensor bzw. Näherungssensor der Erfindung wenig stens zwei Magnete mit gleichen zueinandergewandten Polen und einen dazwischen angeordneten magnetischen Flußsensor bzw. Kraftliniensensor. Die aufeinander einwirkenden bzw. sich ge genseitig beeinflussenden Flußfelder bzw. Kraftlinienfelder der Magnete definieren einen Nullfeldpunkt (null field point) in bezug auf den magnetischen Flußsensor bzw. Kraftliniensen sor. Wenn ein Gegenstand aus Eisen in die Nähe des freien En des eines Magnets gebracht wird, wird das Nullfeld verschoben und erzeugt der magnetische Flußsensor bzw. Kraftliniensensor ein elektrisches Signal in Antwort auf das verschobene Fluß feld bzw. Kraftlinienfeld, um die Anwesenheit des Gegenstandes aus Eisen anzuzeigen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der magnetische Flußsensor bzw. Kraftliniensensor zwischen zwei Magneten aus AlNiCo (AlNico magnets) angeordnet, die bei der Herstellung eingestellt bzw. optimiert werden.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Magnete rechteckförmig sein und in bezug auf den magneti schen Flußsensor bzw. Kraftliniensensor diagonal angeordnet sein.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der magne tische Flußsensor bzw. Kraftliniensensor zwischen einem Magnet aus AlNiCo (AlNico magnet) und einem Magnet aus seltener Erde (rare earth magnet) angeordnet.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger bevor zugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeich nungen. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm eines bekannten Hall-Magnet feldsensors bzw. Hall-Effekt-Sensors,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Bauteile des bekannten Hall-Magnetfeldsensors der Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung einer Hysterese-Arbeits kurve für den Hall-Magnetfeldsensor der Fig. 1,

Fig. 4A eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Hall-Magnetfeldannäherungssensors bzw. Hall-Ef fekt-Annäherungssensors der Erfindung,

Fig. 4B eine schematische Darstellung der eingegossenen Vor richtung der Fig. 4A ohne (an-)genäherten Gegenstand aus Eisen,

Fig. 4C eine Darstellung eines eingegossenen Hall-Magnetfeld annäherungssensors bzw. Hall-Effekt-Annäherungssen sors mit ungeschützten Endbereichen von dessen Magne ten,

Fig. 4D eine schematische Darstellung der eingegossenen Vor richtung der Fig. 4A in Anwesenheit eines Gegenstan des aus Eisen,

Fig. 5A eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung einer Vorrichtung, welche das Nullfeld von zwei Ma gneten in bezug auf die Prüfebene eines zugeordneten Flußsensors bzw. Kraftliniensensors einstellt bzw. optimiert,

Fig. 5B eine Seitenansicht einer Einstellungsspule bzw. Opti mierungsspule bzw. Abstimmungsspule und eines Magnets der Vorrichtung der Fig. 5A,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausfüh rungsform eines Hall-Magnetfeldannäherungssensors bzw. Hall-Effekt-Annäherungssensors mit zylindrischen Magneten,

Fig. 7 perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines Hall-Magnetfeldannäherungssensors bzw. Hall-Ef fekt-Annäherungssensors mit einem Magnet aus AlNiCo und seltener Erde,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausfüh rungsform eines eingegossenen Annäherungssensors mit diagonal angeordneten Bauteilen in Anwesenheit eines Gegenstandes aus Eisen,

Fig. 9A eine Draufsicht auf das Ende eines Sitzgurtes, und

Fig. 9B eine Seitenansicht des Endes des Sitzgurtes in Ver bindung mit einer Klinke aus Eisen und einem Annähe rungssensor gemäß der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines magnetischen Hall-Magnetfeldflußsensors bzw. Hall-Effekt-Kraftliniensensors 1, der von Allegro Microsystems, Inc. aus Worcester, MA, kom merziell erhältlich ist. Die in der Fig. 1 gezeigte Vorrich tung besitzt die Modellbezeichnung A3141.

Der magnetische Flußsensor bzw. Kraftliniensensor 1 weist eine Hall-Magnetfeldzelle bzw. Hall-Effekt-Zelle 3 auf, welche die Intensität eines Magnetfeldes abtastet. Die Zelle antwortet nur auf einen magnetischen Fluß, die im wesentlichen senkrecht zu der ebenen (Ober-)Fläche der Zelle angeordnet ist. Der Mit telpunkt der Zelle ist typischerweise mit einem "x" markiert, um die gewünschte Feldausrichtung zum Abtasten anzuzeigen.

Die dem Sensor zugeordnete Schaltung kann in bekannter Weise konfiguriert werden, um Ausgangsspannungs- oder -stromsignale vorzusehen, welche einen EIN- oder AUS-Zustand in Antwort auf die abgetastete magnetische Flußintensität bzw. Flußdichte an zeigen. Im Betrieb erzeugt die Vorrichtung ein elektrisches Signal, welches den EIN-Zustand in Antwort auf eine Feldinten sität, die ein vorbestimmtes Niveau überschreitet, anzeigt, und ein anderes elektrisches Signal, welches den AUS-Zustand in Antwort auf eine Feldintensität, die kleiner ist als ein vorbestimmtes, niedrigeres Niveau ist, anzeigt. Zum Beispiel kann der Sensor 1 ein EIN-Signal als Antwort auf ein erfaßtes Magnetfeld größer als 100 Gauß und ein AUS-Signal als Antwort auf ein erfaßtes Magnetfeld von kleiner als 45 Gauß erzeugen. Es ist ersichtlich, daß dieser Arbeitsbereich nur zur Verdeut lichung vorgeschlagen wird. Die Schaltung kann verwendet wer den, um ausgewählte elektrische Signale zu definieren, welche den EIN- und AUS-Bedingungen des Flußsensors bzw. Kraftlinien sensors für ausgewählte Feldintensitäten entsprechen.

Die Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht des Hall-Magnetfeld sensors bzw. Hall-Effekt-Sensors der Fig. 1. Wie in der Fig. 2 gezeigt ist, ist die Schaltung des Sensors durch einen Chip (die) 7 von etwa 3,87084.10^-8 m² . . . (60 mils square) vorgesehen. Der Chip umfaßt die Hall-Magnetfeldzelle 3, die mit ihrer Prüfebene (sensing plane) in der Ebene des Chips 7 gezeigt ist. Der Chip 7 ist in einem Kunststoffgehäuse 9 eingelassen bzw. eingeschlossen bzw. eingegossen, welches um den Chip als eine Schutzpackung gebildet ist. Die Stromeingangs- und Signalausgangsleitungen 11 des Chips erstrecken sich aus dem Gehäuse 9, um den Hall-Magnetfeldsensor mit einer externen Schaltung, welche die in Antwort auf ein abgetastetes Magnet feld erzeugten elektrischen Signale abtastet bzw. erfaßt, elektrisch zu verbinden.

Ein besonders wirtschaftlich zugänglicher Hall- Magnetfeldflußsensor bzw. Hall-Effekt-Kraftliniensensor ist als ein Beispiel vorgeschlagen worden, um ein Bauteil darzu stellen, das in der nachfolgend offenbarten Vorrichtung eines magnetischen Annäherungssensors bzw. Näherungssensors verwen det ist. Es ist ersichtlich, daß diese besondere Vorrichtung lediglich zur Erläuterung offenbart worden ist. Andere Typen von Hall-Magnetfeldflußsensoren bzw. Hall-Effekt-Kraftlinien sensoren können verwendet werden. Zum Beispiel kann der Sensor auf bekannte Weise arbeiten, um ein kontinuierliches elektri sches Signal mit einer Amplitude, welche der Größe der Inten sität des erfaßten Magnetfeldes entspricht, zu erzeugen. Eben so können andere Typen von Flußsensoren bzw. Kraftliniensenso ren, wie zum Beispiel Feldplattensensoren (magneto-resistive sensors) verwendet werden.

Die Fig. 3 stellt eine Hysteresekurve dar, welche den Betrieb des Flußsensors bzw. Kraftliniensensors der Fig. 1 und 2 in Antwort auf ein Magnetfeld zeigt. Der Sensor erzeugt ein cha rakteristisches niedriges Spannungs- oder Stromsignal, um den AUS-Zustand anzuzeigen, wenn der abgetastete magnetische Fluß von Null ansteigt, aber niedriger ist als ein vorbestimmter Arbeitswert Bop. Der Sensor erzeugt ein charakteristisches hö heres Spannungs- oder Stromsignal, um den EIN-Zustand anzuzei gen, wenn der erfaßte magnetische Fluß den Arbeitswert Bop überschreitet. Der EIN-Zustand wird danach aufrechterhalten, bis die erfaßte magnetische Flußintensität bzw. Flußdichte un ter einen vorbestimmten Abfallswert Brp fällt.

Die Fig. 4A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausfüh rungsform eines Annäherungsmelders bzw. Näherungssensors 13, der den Hall-Magnetfeldflußsensor bzw. Hall-Effekt-Flußsensor 1 der Fig. 1 und 2 verwendet. Wie in der Fig. 4A gezeigt ist, ist der Flußsensor 1 zwischen zwei Magneten 15, 17 aus AlNiCo angeordnet. Die Magnete können benachbart zu dem Sensor 1 und seinem Gehäuse 9 angeordnet, daran angeleimt, angeklebt oder in sonstiger Weise befestigt sein. Die Magnete sind derart an geordnet bzw. ausgestaltet, daß deren gleichen gegenüberlie genden Magnetpole, zum Beispiel deren Nordpole, an gegenüber liegenden Seiten des Sensors 1 angeordnet sind. Wie in bezug auf die Fig. 2 erläutert ist, ist die Hall-Magnetfeldzelle in dem Sensor 1 in einer Ebene parallel zu den (Stirn-)Flächen des Sensors, welche gegen die Magnete 15 und 17 (an-)gedrückt sind, angeordnet. Die Hall-Magnetfeldzelle wird daher auf den Fluß, der ausgerichtet ist, wie durch Pfeil 18 gezeigt, d. h. normal bzw. senkrecht zu den Seiten(-ober-)flächen des Sensors und der Prüfebene der Hall-Zelle antworten. Obwohl die Magnete 15, 17 rechteckförmig dargestellt sind, können sie von jeder gewünschten Form sein, die für die Anwendung geeignet ist, für welche sie benutzt werden.

Die Fig. 4B ist eine schematische Darstellung einer Seitenan sicht des Annäherungsmelders der Fig. 4A, wenn er in einem Vergießmaterial 19 (potting material) angeordnet ist, welches die Magnete 15, 17 und den Sensor 1 umschließt. Das Vergießma terial kann Kunstharz oder jedes andere geeignete elektrisch isolierende Material ohne magnetische Eigenschaften sein. Ob wohl die Magnete 15 und 17 in dem Vergießmaterial vollständig eingeschlossen dargestellt sind, kann die Vorrichtung mit den endseitigen (Stirn-)Flächen der Magnete ungeschützt außerhalb des Vergießmaterials ausgebildet bzw. konstruiert sein, wie zum Beispiel in der Fig. 4C gezeigt ist. Alternativ kann die (Stirn-)Fläche des nur einen der Magnete 15, 17 von der (Ober-)Fläche des Vergießmaterials 19 ungeschützt vorstehen. Die Spannungseingangs- und -ausgangssignalleitungen 11 des Hall-Magnetfeldsensors erstrecken sich aus dem Vergießmateri al, so daß der Annäherungsmelder mit einer Schaltung (nicht gezeigt) verbunden werden kann, welche die der abgetasteten Flußintensität bzw. Kraftlinienintensität entsprechenden Aus gangssignale erfaßt.

Die Fig. 4B zeigt den Annäherungsmelder bei Abwesenheit eines Gegenstandes aus Eisen. Bei diesem Betriebsmodus liegen sich die Felder der Magnete 15, 17 aneinander gegenüber und ist da her kein Fluß normal bzw. senkrecht zu der Prüfebene der Hall- Zelle 3 vorhanden. Die Zelle registriert daher einen Fluß kleiner als der Abfallswert Brp. Ein elektrisches Signal, das aus dem AUS-Zustand entspricht, wird daher durch den Sensor 1 erzeugt.

Die Fig. 4D zeigt den Annäherungsmelder der Fig. 4B in Anwe senheit eines Gegenstandes 21 aus Eisen. Da sich der Gegen stand 21 aus Eisen einem der Südpol(-stirn-)flächen der Magne te 15, 17 nähert, verschiebt sich der Nullflußpunkt aus der Prüfebene der Hall-Zelle 3 und legt bzw. verlagert sich der Fluß bzw. die Kraftlinie daher normal bzw. senkrecht zu der Ebene der Zelle an. Wenn sich der Gegenstand 21 aus Eisen der (Stirn-)Fläche des Magnets immer mehr nähert, wächst die Ab lenkung des Nullpunktes und ebenso die Intensität des Flusses durch die Prüfebene der Zelle 3 an. Wenn sich der Gegenstand 21 aus Eisen ausreichend nahe befindet, überschreitet die Flußintensität bzw. Flußdichte an der Prüfoberfläche der Zelle 3 den Wert Bop und schaltet der Hall-Magnetfeldsensor daher um auf EIN und erzeugt ein elektrisches Signal entsprechend dem EIN-Zustand. Wenn der Gegenstand 21 aus Eisen von der (Stirn-) Fläche des Magnets wegbewegt wird, nimmt die Flußintensität bzw. Flußdichte ab, bis sie unter den Abfallswert Brp fällt und erzeugt der Hall-Magnet-feldsensor dann ein elektrisches Signal entsprechend dem AUS-Zustand.

Bei der Herstellung des Annäherungssensors der Fig. 4A bis 4D kann es notwendig werden, die einander gegenüberliegenden Fel der der Magnete 15 und 17 einzustellen, so daß die Prüfebene der Hall-Magnetfeldzelle in dem Nullflußbereich liegt. Diese Einstellung ist notwendig, da die Felder der Magnete 15 und 17 natürlicherweise Unregelmäßigkeiten und Unterschiede aufwei sen, die wahrscheinlich zu einer Verschiebung des Nullpunktes in bezug auf die Prüfebene der Zelle 3 führen. Die Magnetfel der der Magnete 15 und 17 müssen daher in dem AUS-Zustand des Flußdetektors eingestellt werden, um eine geeignete räumliche Position für das Nullfeld in Abwesenheit eines Gegenstandes aus Eisen vorzusehen.

Die Fig. 5A ist eine schematische Darstellung einer Vorrich tung 22, welche die Felder der Magnete 15 und 17 abstimmt bzw. optimiert, um eine optimale räumliche Positionierung des Null feldes in bezug auf die Prüfebene der Hall-Zelle 3 vorzusehen. Im Betrieb umgeben Einstellungsspulen bzw. Optimierungsspulen 23 und 25 die jeweiligen Magnete 15 und 17 und legen verhält nismäßig starke Magnetfelder an, um die Magnete auf einen ge wünschten Grad zu magnetisieren. Die Fig. 5B zeigt eine Sei tenansicht der Einstellungsspule bzw. Optimierungsspule 23, die um und benachbart zu deren Magnet 15 angeordnet ist.

Die Magnete 15 und 17 müssen aus einem Material hergestellt sein, das eine vernünftige (Kraft-)Flußdichte aufweist und verhältnismäßig einfach magnetisiert und entmagnetisiert wer den kann. Die Magnete 15 und 17 bestehen aus AlNiCo und weisen diese Eigenschaften auf. AlNiCO-Magnete sind ebenso bestrebt, deren Feld über einen verhältnismäßig großen Temperaturbereich aufrechtzuerhalten. Dieses Merkmal ist insbesondere wertvoll für Anwendungen, die große Temperaturunterschiede aufweisen. Als ein Beispiel halten die Magnete 15 und 17 aus AlNiCo deren Magnetfelder über einen Temperaturbereich von -40 C bis 85°C.

Die Erregung der Einstellungsspulen bzw. Optimierungsspulen 23 und 25 wird durch einen Prozessor 27 gesteuert bzw. geregelt bzw. kontrolliert, welcher die Stärke der angelegten Felder der Spulen kontrolliert und daher die dauerinduzierten Felder der Magnete 15 und 17 variiert. Wenn der Annäherungssensor aus der Einstellungsvorrichtung bzw. Optimierungsvorrichtung ent fernt wird, halten die Magnete 15, 17 daher die Felder, die induziert wurden, aufrecht.

Die Ausgangsleitungen des Hall-Sensors 1 sind mit dem Prozes sor 27 verbunden, so daß der Prozessor den Betriebszustand des Sensors überwachen kann. Der Prozessor kontrolliert die Magne tisierung der Magnete 15 und 17 in Antwort auf diese Informa tion betreffend den Zustand des Sensors. Im Betrieb liest der Prozessor 27 das elektrische Ausgangssignal des Flußsensors 1 in Abwesenheit eines Gegenstandes aus Eisen. Wenn der Null punkt der magnetischen Felder zum Beispiel in einem solchen Maße abweicht, daß der Hall-Magnetfeldsensor eingeschaltet wird, erregt der Prozessor 27 die Spulen 23 und 25 und indu ziert Dauermagnetfelder in den Magneten 15, 17, derart, daß der Nullpunkt der Felder der Magnete hin zu der Prüfebene der Hall-Magnetfeldzelle 3 verschoben wird. Der Prozessor 27 stellt daher die Position des Nullpunktes ein, um den Punkt zu definieren, an welchem der magnetische Annäherungssensor ein schaltet, wenn sich ein Gegenstand aus Eisen in einem bestimm ten Abstand des Sensors nähert. Die Magnetfelder der Magnete 15, 17 können auf diese Weise eingestellt bzw. optimiert bzw. abgestimmt werden, um einen Aktivierungsabstand für einen Ge genstand aus Eisen von zum Beispiel 0,00762 cm (.003 inch) vorzusehen. Andere Abstände können im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein. Am Ende des Herstellungsverfahrens wird der Betrieb des Detektors nochmals durch Überwachung des Ausganges des Hall-Magnetfeldsensors in Antwort auf ein magnetisches Testfeld oder auf die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Ge genstandes aus Eisen überprüft.

Wenn ein Hall-Magnetfeldflußsensor mit kontinuierlichem Aus gang verwendet wird, kann der Prozessor 27 die Position des Nullpunktes einstellen und dabei die Antwortkurve des Flußaus gangssignales des Sensors einstellen. Die Kurve kann einge stellt werden, um ausgewählte Größen von Ausgangssignalen in Antwort auf die Abwesenheit eines Gegenstandes aus Eisen und auf die Anwesenheit eines solchen Gegenstandes in einem spezi ellen Abstand vorzusehen.

Die Fig. 6 stellt eine perspektivische Ansicht einer alterna tiven Ausführungsform des Hall-Magnetfeldannäherungsmelders dar. Zylindrische Magnete 33 und 35 sind benachbart zu den ge genüberliegenden (Stirn-)Flächen des Hall-Magnet-feldsensors 1 angeordnet, daran angeleimt, angeklebt oder in sonstiger Weise befestigt. Diese Magnete können aus AlNiCo hergestellt sein. Der Hall-Magnetfeldannäherungssensor kann eingegossen sein, wie zuvor in bezug auf die Fig. 4B und 4D beschrieben ist. Der Betrieb des Detektors der Fig. 6 ist der gleiche wie derjeni ge, welcher im Zusammenhang mit dem Detektor der Fig. 4A be schrieben wurde. Ebenso wie die Ausführungsform der Fig. 4A können die Magnete 33 und 35 entweder beide mit ihren Nordpo len oder beide mit ihren Südpolen an dem Hall-Magnetfeld flußsensor angeklebt sein und können jede gewünschte Form auf weisen.

Die Fig. 7 zeigt eine alternative Ausführungsform des Hall- Magnetfeldannäherungsmelders, bei welchem der Hall-Magnetfeld sensor 1 zwischen einem Magnet 37 aus AlNico und einem Magnet 39 aus seltener Erde angeordnet ist. Die Magnete sind benach bart zu dem Sensor angeordnet, daran angeleimt, angeklebt oder in sonstiger Weise befestigt. Es ist herausgefunden worden, daß ein Magnet aus seltener Erde, der aus Samariumkobalt (SmCo) besteht, für eine Verwendung in der vorbeschriebenen Weise geeignet ist. Allerdings ist die Erfindung nicht auf die Verwendung eines Magnets aus seltener Erde, welcher aus diesem Material hergestellt ist, beschränkt.

Der Magnet 37 aus AlNiCo ist vorgesehen, so daß der Annähe rungsmelder beim Herstellungsverfahren eingestellt bzw. opti miert bzw. abgestimmt werden kann. Der Magnet 39 aus seltener Erde würde ein unerwünscht hohes Niveau an Magnetismus benöti gen, um dessen Feld einzustellen, und wäre daher nicht beson ders für das Einstellungsverfahren bzw. Optimierungsverfahren bzw. Abstimmungsverfahren geeignet. Der Magnet aus seltener Erde ist also nicht für eine Einstellung bzw. Optimierung bzw. Abstimmung bevorzugt, da er keine gleichmäßige Energie/Gauß- Kurve (die BH-Kurve) aufweist und daher über den Bereich von magnetischen Intensitäten nicht einfach eingestellt werden kann. Dementsprechend kann eine Einstellung bzw. Optimierung bzw. Abstimmung durch eine einzige Spule, die um den Magnet 37 angeordnet ist, erreicht werden. Im allgemeinen wird das glei che automatische Einstellungsverfahren bzw. Optimierungsver fahren verwendet. Allerdings wird die Einstellung bzw. Opti mierung des Nullfeldes durch Magnetisierung nur des Magnets 37 aus AlNiCo erreicht.

Die Fig. 8 zeigt eine alternative Ausführungsform des Flußde tektors, bei welcher die gegenüberliegenden magnetischen Pole, zum Beispiel die Nordpole der zwei Magnete 41 und 43, mit dem Hall-Magnetfeldsensor 1 diagonal angeordnet sind. Die Magnete sind benachbart zu dem Sensor angeordnet, daran angeleimt oder in sonstiger Weise angeklebt bzw. befestigt. Bei der Herstel lung werden die Magnetfelder der Magnete 41 und 43, wie zuvor beschreiben, eingestellt bzw. optimiert bzw. abgestimmt, um den Nullpunkt des Feldes in der Prüfebene der Hall- Magnetfeldzelle zu bestimmen und einzustellen. Wenn sich der Metallgegenstand 21 einem der zwei Magnete nähert, wird der Fluß an den Ecken der Magnete verschoben und an die Prüfebene der Hall-Magnetfeldzelle 3 angelegt.

Die Fig. 9A und 9B stellen eine Anwendung für den Flußsensor der Erfindung dar, die als Annäherungssensor für einen Gegen stand aus Eisen arbeitet. Wie in der Fig. 9A gezeigt ist, weist das Ende 45 eines Sitzgurtes eine Öffnung 47 auf, die derart dimensioniert ist, um einen Schnapp- bzw. Rastvorsprung oder dergleichen Klinke 49 aus Eisen, der bzw. die in der Fig. 9B gezeigt ist, aufzunehmen. Wie in der Seitenansicht der Fig. 9B gezeigt ist, erstreckt sich der Vorsprung 49 durch die Öff nung 47, kommt dabei in Eingriff und hält das Ende 45 des Gur tes zurück, wenn das Ende des Sitzgurtes in dessen Aufnahmeme chanismus (nicht gezeigt) eingeführt ist. Da sich der Vor sprung 49 durch die Öffnung 47 hindurcherstreckt, bewegt sich bzw. gleitet das Eisenende des Vorsprunges 49 nahe dem Magne tende des Hall-Magnetfeldannäherungssensors 13 vorbei. Dieser Annäherungssensor kann in Übereinstimmung mit jeder der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ausgestaltet sein. Die Ausfüh rungsform der Fig. 4A bis 4D ist allerdings derzeit bevorzugt, da sie relativ kostengünstig und temperaturunempfindlich ist und bei der Herstellung einfach eingestellt bzw. optimiert bzw. abgestimmt werden kann. Wie in der Fig. 9B gezeigt ist, werden die elektrischen Ausgangssignale des Sensors 13 an ei nen Sitzgurtüberwachungsmechanismus 51 für das Kraftfahrzeug angelegt. Der Überwachungsmechanismus 51 kann auf einfache Weise als eine sichtbare oder hörbare Alarmeinrichtung ausge staltet sein, die signalisiert, wenn der Sitzgurt nicht ange legt bzw. eingerastet ist, sobald das Kraftfahrzeug startet oder sich in Bewegung setzt.

Obschon einen Hall-Magnetfeldsensor verwendende Ausführungs formen, wie zuvor bemerkt, beschrieben worden sind, ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Hall-Magnetfeld flußsensoren bzw. Hall-Effekt-Kraftliniensensoren beschränkt. Zum Beispiel kann eine Feldplatte anstelle des Hall- Magnetfeldsensors verwendet werden. Die Feldplatte sieht dann ein Signal in Antwort auf den magnetischen Fluß vor. Dieses Signal würde auf bekannte Weise verwendet werden, um entweder eine Spannung oder einen Strom entsprechend der Größe des ab getasteten Flusses vorzusehen. Magnete sind in den beschriebe nen Positionen angeordnet, um ein Nullfeld in bezug auf die Feldplatte für den Abfallswert Brp zu definieren. Die Annähe rung eines Gegenstandes aus Eisen würde in einem Verschieben dieses Nullpunktes und einer Anlegung des Flusses an die Feld platte resultieren. Die Feldplatte würde dann arbeiten, um ein Signal bereitzustellen, wenn der Fluß den Arbeitswert Bop überschreitet. Die Feldplatte kann auch verwendet werden, um ein elektrisches Signal mit einer Amplitude, welche mit der abgetasteten Flußintensität übereinstimmt, zur Verfügung zu stellen.

Obschon die Ausführungsformen in bezug auf gegenüberliegende Magnete mit Nordpolen, die nahe dem Hall-Magnetfeld-sensor an geordnet oder daran angeklebt sind, erörtert worden sind, ist es ersichtlich, daß die Ausführungsformen, wie beschrieben, mit Südpolen von einander gegenüberliegenden Magneten, die be nachbart zu dem Hall-Magnetfeldsensor oder einem anderen Fluß sensor angeordnet oder daran angeklebt sind, arbeiten. Obwohl die beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung darüber hin aus verwendet werden können, um zum Beispiel den Eingriff ei nes Sitzgurtvorsprunges zu erfassen, ist die Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt. Der magnetische Annäherungs melder der Erfindung kann für jede Anwendung, welche die Er fassung eines Gegenstandes aus Eisen erfordert, benutzt wer den.

Die Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgestaltet sein, ohne deren Lehre oder wesentliche Merkmale zu verlassen. Die vorliegenden Ausführungsformen sind daher in sämtlicher Hinsicht als erläuternd und nicht beschränkend zu betrachten.

Claims

1. Magnetischer Flußdetektor, umfassend:
einen magnetischen Flußsensor mit wenigstens einem flußemp findlichen Abschnitt,
wenigstens zwei Magnete mit gleichen Polen, die an gegen überliegenden Seiten des Sensors angeordnet sind, wobei die gegenüberliegenden Felder der Magnete einen Nullflußpunkt, der benachbart zu dem flußempfindlichen Abschnitt des Sen sors positioniert ist, in Abwesenheit von naheliegenden Ge genständen aus Eisen oder anderen Magnetfeldern definieren, und
eine Schaltung zum Erzeugen eines elektrischen Signales, das der Größe des Flusses, welcher durch wenigstens einen flußempfindlichen Abschnitt in Antwort auf die naheliegen den Gegenstände aus Eisen oder anderen Magnetfelder ent spricht.

2. Magnetischer Flußdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß jeder der Magnete ein Magnet aus AlNiCo ist.

3. Magnetischer Flußdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß einer der Magnete ein Magnet aus AlNico ist und ein anderer der Magnete, insbesondere der andere der Magnete, ein Magnet aus seltener Erde ist.

4. Magnetischer Flußdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete rechteckförmig sind.

5. Magnetischer Flußdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete zylinderförmig sind.

6. Magnetischer Flußdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Magnete rechteckförmig ist.

7. Magnetischer Flußdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Magnete zylinderförmig ist.

8. Magnetischer Flußdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußsensor ein Hall- Magnetfeldsensor ist.

9. Magnetischer Flußdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußsensor eine Feldplatte ist.

10. Magnetischer Flußdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung ein erstes elek trisches Signal, wenn sich die abgetastete Flußintensität über einem vorbestimmten maximalen Niveau befindet, und ein zweites elektrisches Signal, wenn sich die abgetastete Flußintensität unter einem vorbestimmten minimalen Niveau befindet, erzeugt.

11. Magnetischer Flußdetektor nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß das erste Signal ein vorbestimmter maximaler Strom ist und das zweite Signal ein vorbestimmter minimaler Strom ist.

12. Magnetischer Flußdetektor nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß das erste Signal eine vorbestimmte maximale Spannung ist und das zweite Signal eine vorbestimmte mini male Spannung ist.

13. Magnetischer Flußdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung ein elektrisches Signal mit einer Amplitude, welche der Größe des abgetaste ten Flusses entspricht, erzeugt.

14. Magnetischer Flußdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete rechteckförmig sind und benachbart zu gegenüberliegenden Ecken des magne tischen Flußsensors angeordnet sind, wobei der konzentrier te Fluß von den Ecken der Magnete ein Nullflußfeld benach bart zu wenigstens einem flußempfindlichen Abschnitt des Flußsensors definiert.

15. Magnetischer Flußdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, weiterhin gekennzeichnet durch einen Mechanismus mit einem Vorsprung bzw. einer Klinke aus Eisen zur Ineingriff bringung und Außereingriffbringung von dem Mechanismus, wo bei sich der Vorsprung bzw. die Klinke nahe einem der Ma gnete des Flußdetektors bewegt, wenn der Vorsprung bzw. die Klinke in Eingriff kommt, wobei die Schaltung ein elektri sches Signal zur Anzeige der Anwesenheit des Vorsprunges bzw. der Klinke und des Rastzustandes des Mechanismus er zeugt.

16. Magnetischer Flußdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, weiterhin gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Einstellen der Feldstärke von wenigstens einem der Magnete und dabei zum Definieren einer räumlichen Position des Nullflußpunktes in bezug auf den flußempfindlichen Ab schnitt, an welchem der abgetastete Fluß unter einem Ab fallpunkt (Brp) für den Flußsensor liegt.

17. Magnetischer Flußdetektor nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schaltung ein elektrisches Signal, das für den Abfallpunkt (Brp) des Betriebszustandes des Fluß sensors repräsentativ ist, erzeugt.

18. Magnetischer Flußdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch zwei Paare von Magneten, wobei die Magnete jedes Paares gleiche Pole, welche an gegenüberlie genden Seiten des Sensors angeordnet sind, aufweisen.

19. Annäherungsmelder, umfassend:
Einrichtungen zum Abtasten eines Magnetflusses und zum Er zeugen eines elektrischen Signales entsprechend der Größe des Flusses, der abgetastet wird,
Einrichtungen zum Anlegen eines festgelegten Magnetflusses von gleichen Magnetpolen an gegenüberliegenden Seiten der Einrichtung zum Abtasten, und
Einrichtungen zum Ändern des festgelegten Magnetflusses und zum Erhöhen des durch die Einrichtung zum Abtasten abgeta steten Flusses.

20. Annäherungsmelder nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ändern ein Gegenstand aus Eisen ist, der nahe bei der Einrichtung zum Abtasten angeordnet ist.

21. Annäherungsmelder nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn zeichnet, daß die Einrichtung zum Anlegen wenigstens zwei Magnete umfaßt.

22. Annäherungsmelder nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Magnete ein Magnet aus AlNiCo ist.

23. Annäherungsmelder nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Magnete ein Magnet aus seltener Erde und ei ner der anderen Magnete, insbesondere der andere der Magne te, ein Magnet aus AlNiCo ist.

24. Annäherungsmelder nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magnete AlNiCO-Magnete sind.

25. Annäherungsmelder nach einem der Ansprüche 19 bis 24, da durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anlegen zwei Paare von Magneten umfaßt.

26. Annäherungsmelder nach einem der Ansprüche 19 bis 25, da durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abtasten ei nen Hall-Magnetfeldsensor umfaßt.

27. Annäherungsmelder nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wei terhin gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum automati schen Einstellen des magnetischen Flusses der Einrichtung zum Anlegen, derart, daß der durch die Einrichtung zum Ab tasten abgetastete Fluß kleiner ist ein vorbestimmter Ab fallwert (Brp) in Abwesenheit eines naheliegenden Gegen standes aus Eisen.

28. Annäherungsmelder nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum automatischen Einstellen eine Ein richtung zum zeitweiligen Erhöhen des Flusses in der Nähe der Einrichtung zum Anlegen bis der gesamte Fluß einen vor bestimmten Arbeitswert (Bop) in der Abwesenheit eines nahe liegenden Gegenstandes aus Eisen umfaßt.

29. Annäherungsmelder nach einem der Ansprüche 19 bis 28, da durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ändern ein Gegenstand aus Eisen ist, der in dem festgelegten Magnet fluß angeordnet ist und den festgelegten Magnetfluß ändert, derart, daß der durch die Einrichtung zum Abtasten abgeta stete Fluß sich auf einen vorbestimmten Arbeitswert (Bop) erhöht, um die Anwesenheit des Gegenstandes aus Eisen anzu zeigen.

30. Annäherungsmelder nach einem der Ansprüche 19 bis 29, wei terhin gekennzeichnet durch
eine Aufnahmeeinrichtung zum Verbringen in eine eingeraste te und nicht-eingerastete Stellung, und
eine Rast- bzw. Klinkeneinrichtung aus Eisen zum Inein griffbringen und Verrasten der Aufnahmeeinrichtung in der eingerasteten Stellung und zum Eindringen des festgelegten Flusses sowie zum Ändern des Flusses, derart, daß der durch die Einrichtung zum Abtasten abgetastete Fluß auf einen vorbestimmten Arbeitswert (Bop) geändert wird, um die ein gerastete Stellung der Rast- bzw. Klinkeneinrichtung aus Eisen anzuzeigen.

31. Annäherungsmelder, umfassend:
eine flußempfindliche Hall-Magnetfeldzelle, wenigstens zwei Magnete mit gleichen Polen, die an gegen überliegenden Seiten der flußempfindlichen Zelle angeordnet sind, und
eine Schaltung zum Erzeugen eines elektrischen Signales entsprechend der Größe des Flusses, der durch die flußemp findliche Zelle abgetastet ist.

32. Verfahren zum Erfassen der Anwesenheit eines Gegenstandes aus Eisen, umfassend die folgenden Schritte:
Anlegen von wenigstens zwei gegenüberliegenden Magnetfluß feldern gleicher Polarität auf gegenüberliegenden Seiten eines Hall-Magnetfeldsensors,
Definieren eines Nullfeldpunktes der gegenüberliegenden Ma gnetflußfelder in der Prüfebene des Hall-Magnetfeldsensors, Anordnen eines Gegenstandes aus Eisen in der Nähe des Hall- Magnetfeldsensors, und
Erfassen der Bewegung des Nullfeldpunktes in Antwort auf die Anordnung des Gegenstandes aus Eisen.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Definieren weiterhin ein Bewegen des Nullfeld punktes zur Prüfebene durch Einstellen der Stärke des we nigstens einen der gegenüberliegenden Magnetfelder umfaßt.

34. Verfahren zum Erfassen der Anwesenheit eines Gegenstandes aus Eisen, umfassend die folgenden Schritte:
Anlegen von wenigstens zwei gegenüberliegenden Magnetfluß feldern gleicher Polarität auf gegenüberliegenden Seiten eines Flußsensors,
Definieren eines Nullfeldpunktes der gegenüberliegenden Ma gnetflußfelder in einer Prüfebene des Flußsensors, und Erfassen der Bewegung des Nullfeldpunktes in Antwort auf die Anordnung eines Gegenstandes aus Eisen in wenigstens einem der Flußfelder.

35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Definieren weiterhin ein Einstellen der Stärke des wenigstens einen der gegenüberliegenden Magnetfelder umfaßt.

36. Annäherungsmelder, umfassend:
Einrichtungen zum Abtasten eines Magnetflusses und zum Er zeugen eines elektrischen Signales entsprechend der Größe des Flusses, der abgetastet ist, und
Einrichtungen zum Anlegen eines festgelegten Magnetflusses von gleichen gegenüberliegenden Magnetpolen an gegenüber liegenden Seiten der Einrichtung zum Abtasten.