DE19932726C2 - Vorrichtung zum Abfühlen der Relativposition zweier Teile - Google Patents

Abstract

Um eine Vorrichtung zum Abfühlen der Relativposition zweier relativ zueinander bewegbarer Teile, insbesondere zweier Kraftfahrzeugteile, und zum Erzeugen eines positionsabhängigen elektrischen Steuersignals mit mindestens einem Magneten, dem zumindest ein Magnetfeldsensor zugeordnet ist, wobei der Magnet und der Magnetfeldsensor relativ zueinander bewegbar gehalten sind und der Magnetfeldsensor ein von seiner Position relativ zum Magneten abhängiges elektrisches Spannungssignal liefert, derart weiterzubilden, daß sie eine geringere Anfälligkeit gegenüber externen magnetischen Störfeldern aufweist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Vorrichtung mindestens zwei Magnete mit antiparallel zueinander ausgerichteten Magnetisierungsvektoren umfaßt, wobei den Magneten jeweils mindestens ein Magnetfeldsensor zugeordnet ist, und daß ein Differenzglied vorgesehen ist, das mit den beiden Magnetfeldsensoren in elektrischer Verbindung steht zur Bildung eines elektrischen Differenzsignals in Abhängigkeit von der Differenz der Spannungssignale der beiden Magnetfeldsensoren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abfühlen der Relativ­ position zweier relativ zueinander bewegbarer Teile, insbesondere zweier Kraftfahrzeugteile, und zum Erzeugen eines positionsabhängigen elektrischen Steuersignals mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.

Vorrichtungen mit relativ zueinander bewegbaren Magneten und Magnetfeld­ sensoren sind als Winkel- oder Linearsensoren vielfältig im Einsatz, z. B. zur Bestimmung der Position eines Fahrwerks relativ zu einem Chassis. Ein Winkel­ sensor ist beispielsweise in der DE 196 52 988 A1 beschrieben, ein entspre­ chender Linearsensor, mit dessen Hilfe die Linearposition eines Magnetfeldsen­ sors relativ zu einem Magneten bestimmt werden kann, ist aus der DE 197 51 519 A1 bekannt.

Aus der DE 299 09 201 U1 ist ein Drehwinkelsensor mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 bekannt. Dieser umfaßt ein drehbar gelagertes Zahnradsegment, an dessen Außenumfang in radialer Richtung nebeneinander zwei Ringmagnetteilsegmente gehalten sind mit antiparallel zueinander ausge­ richteten Magnetisierungsvektoren. Die Ringmagnetteilsegmente sind einstüc­ kig miteinander verbunden. Im Abstand zum äußeren Ringmagnetteilsegment sind in der Äquatorialebene der Magnete zwei Magnetfeldsensoren unbeweg­ lich gehalten, die gegenseitig um einen Winkel versetzt zueinander angeordnet sind. Die beiden Magnetfeldsensoren stellen jeweils ein vom örtlich herrschen­ den Magnetfeld abhängiges elektrisches Signal zur Verfügung, wobei sich um einen Winkel versetzt zueinander verlaufende Spannungsverläufe ergeben.

Ein entsprechender Drehwinkelsensor, bei dem allerdings separat ausgestal­ tete Ringmagnetteilsegmente zum Einsatz kommen, ist aus der WO 98/55828 bekannt.

Das Funktionsprinzip derartiger berührungsloser Sensoren basiert im wesent­ lichen auf der Bestimmung der Feldstärke eines Magnetfeldes, das in Abhän­ gigkeit von der Drehrichtung bzw. der Verschieberichtung des Magnetfeldsen­ sors relativ zum Magneten eine unterschiedliche Feldstärke aufweist. Die Ver­ änderung der Feldstärke ist ein Maß für die Positionsänderung zwischen Mag­ net und Magnetfeldsensor. Nachteilig an derartigen Konstruktionen ist ihre Anfälligkeit gegenüber externen Magnetfeldern. Von den Magnetfeldsensoren wird nämlich nicht nur eine Magnetfeldänderung registriert, die aufgrund einer Änderung der Relativposition zwischen Magnet und Magnetfeldsensor hervor­ gerufen wird, sondern auch eine Magnetfeldänderung, die dadurch erzeugt wird, daß dem vom Magneten erzeugten Magnetfeld ein zusätzliches externes magnetisches Störfeld überlagert wird. Eine derartige Überlagerung hat eine Änderung der Feldstärke am Ort des Magnetfeldsensors und damit eine Ände­ rung des elektrischen Spannungssignals zur Folge.

Aus der WO 98/54547 A1 ist eine Sensorvorrichtung bekannt, bei der mindestens drei Magnetfeldsensoren zum Einsatz kommen, die in einer Ebene angeordnet sind und die alle dem gleichen Magneten zugeordnet sind. Um die Störungs­ empfindlichkeit gegenüber externen Magnetfeldern zu vermindern, wird vorge­ schlagen, die Spannungssignale von jeweils zwei Magnetfeldsensoren zu einem Differenzsignal zu verarbeiten, und dann wiederum aus den beiden so gebil­ deten Differenzsignalen ein Verhältnis zu bilden, dessen Wert zur Bestimmung der Relativposition eines Rotors herangezogen wird, der den Magneten trägt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs ge­ nannten Art derart weiterzubilden, daß die Anfälligkeit gegenüber äußeren magnetischen Störfeldern auf konstruktiv einfache Weise verringert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß jedem Magneten jeweils zumindest ein Mag­ netfeldsensor zugeordnet ist, und daß ein Differenzglied vorgesehen ist, das mit den beiden Magnetfeldsensoren in elektrischer Verbindung steht zur Bil­ dung eines elektrischen Differenzsignales in Abhängigkeit von der Differenz der Spannungssignale der beiden Magnetfeldsensoren.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommen somit min­ destens zwei Magnete zum Einsatz, deren Magnetisie­ rungsvektoren antiparallel zueinander ausgerichtet, d. h. um 180° gegeneinander verdreht sind. Die Magnete können hierbei als separate Bauteile ausgestaltet oder auch einstückig miteinander verbunden sein. Im letzte­ ren Falle bilden die Magnete jeweils einen durch einen Nord- und einen Südpol definierten Magnetisierungsbe­ reich eines Doppel- oder Vielfachmagneten, wobei die einzelnen Magnetisierungsbereiche durch einen bestimm­ ten Magnetisierungsvektor charakterisiert sind und die Magnetisierungsvektoren von einander unmittelbar be­ nachbarten Magnetisierungsbereichen um 180° gegeneinan­ der verdreht sind. Jedem der beiden Magnete ist zumin­ dest ein Magnetfeldsensor zugeordnet, so daß gleichzei­ tig an zwei Orten die jeweils herrschende Magnetfeld­ stärke ermittelt werden kann. Das positionsabhängige elektrische Steuersignal wird durch Differenzbildung der beiden elektrischen Spannungssignale der Magnet­ feldsensoren erzeugt. Es hat sich gezeigt, daß das so gebildete Differenzsignal unabhängig ist von einem im wesentlichen homogenen externen Störmagnetfeld. Homoge­ nität ist hierbei nur insofern erforderlich, als die Magnetfeldstärke des externen Störfeldes am Ort des ei­ nen Magnetfeldsensors im wesentlichen der entsprechen­ den Magnetfeldstärke des Störfeldes am Ort des anderen Magnetfeldsensors entsprechen soll. Dies hat dann für beide Magnetfeldsensoren ein im wesentlichen gleich großes Störfeld zur Folge, und aufgrund der erfindungs­ gemäßen Differenzbildung kann der Einfluß dieses Stör­ feldes bei der Signalauswertung beseitigt werden.

Als Magnetfeldsensoren können sowohl magnetoresistive Sensoren als auch Hallsensoren zum Einsatz kommen. Als besonders vorteilhaft haben sich Halbleitersensoren er­ wiesen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise als Winkelsensor ausgestaltet sein. Hierbei kann vorge­ sehen sein, daß die beiden Magnete als koaxial zueinan­ der ausgerichtete Ringmagnete ausgebildet sind, denen jeweils ein Magnetfeldsensor zugeordnet ist, wobei die Ringmagnete und die Magnetfeldsensoren relativ zueinan­ der verdrehbar angeordnet sind und wobei die Magnet­ feldsensoren jeweils ein vom relativen Verdrehwinkel der beiden Teile abhängiges elektrisches Spannungs­ signal liefern. Zur Kompensation eines im wesentlichen homogenen magnetischen Störfeldes sind somit bei einem Winkelsensor zwei Ringmagnete mit antiparallel zueinan­ der ausgerichteten Magnetisierungsvektoren vorgesehen, wobei jedem Ringmagnet zumindest ein Magnetfeldsensor zugeordnet ist. Das vom jeweiligen Magnetfeldsensor er­ zeugte Spannungssignal wird einem Differenzglied zuge­ führt, und die Differenz der Spannungssignale der je­ weils unterschiedlichen Magneten zugeordneten Magnet­ feldsensoren ist im wesentlichen nur noch vom Verdreh­ winkel zwischen Magnet und Magnetfeldsensor abhängig, nicht aber vom externen magnetischen Störfeld.

Hierbei ist es von Vorteil, wenn die beiden Ringmagnete axial hintereinander auf einer verdrehbaren Welle ange­ ordnet und die beiden Magnetfeldsensoren in einem Ge­ häuse der Vorrichtung ortsfest fixiert sind. Es hat sich gezeigt, daß eine ortsfeste Anordnung der Magnet­ feldsensoren und eine verdrehbare Lagerung der beiden Ringmagnete eine besonders zuverlässige und störungs­ unempfindliche Ausgestaltung eines Winkelsensors ermög­ licht.

Alternativ kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch als Linearsensor zum Einsatz kommen, wobei die Magnete und die zugeordneten Magnetfeldsensoren relativ zuein­ ander linear verschieblich gehalten sind. Dies ermög­ licht eine Ausgestaltung der Vorrichtung zur Ermittlung einer Verschiebebewegung, wobei auch hier durch den Einsatz von mindestens zwei Magneten mit antiparallel zueinander ausgerichteten Magnetisierungsvektoren und die gleichzeitige Messung der beiden Magnetfelder an unterschiedlichen Orten mit anschließender Differenz­ bildung sichergestellt wird, daß das so ermittelte po­ sitionsabhängige Spannungssignal im wesentlichen unab­ hängig ist von der Einwirkung eines externen magneti­ schen Störfeldes.

Die beiden Magnete sind bei einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform als antiparallel zueinander ausgerichtete Stabmagnete ausgebildet.

Günstig ist es, wenn die Magnete unverschieblich in ei­ nem Gehäuse der Vorrichtung festgelegt und die Magnet­ feldsensoren relativ zu den Magneten im Gehäuse ver­ schiebbar sind. Es hat sich gezeigt, daß mittels einer derartigen Anordnung ein im hohen Maße reproduzierbares elektrisches Spannungssignal in Abhängigkeit von der Verschiebebewegung der Magnetfeldsensoren relativ zu den Magneten erzeugt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Magnetfeldsenso­ ren an den Magneten verschiebbar gehalten sind. Bei ei­ ner derartigen Ausführungsform haben die beiden Magnete nicht nur die Aufgabe, ein ortsabhängiges Magnetfeld bereitzustellen, sondern sie dienen zusätzlich der La­ gerung der Magnetfeldsensoren, die im Gehäuse der Vor­ richtung verschiebbar gehalten sind.

Sowohl im Falle eines Winkelsensors als auch bei einem Linearsensor ist es von Vorteil, wenn zwischen den bei­ den Magneten mit antiparallel zueinander ausgerichteten Magnetisierungsvektoren ein Abstandshalter angeordnet ist. Durch die dadurch vorgegebene räumliche Trennung der Magnete wird die Zuordnung der Magnetfeldsensoren zu jeweils einem Magneten vereinfacht. Hierbei ist es von Vorteil, wenn der gegenseitige Abstand der Magnet­ feldsensoren dem durch den Abstandshalter vorgegebenen Abstand der Magnete entspricht. Günstig ist es, wenn der Abstandshalter aus einem gering magnetisierbaren Material, beispielsweise aus Kupfer, Messing oder aus einem Kunststoffmaterial, hergestellt ist, denn dadurch kann eine Beeinflussung der von den Magneten hervorge­ rufenen Magnetfelder durch den Abstandshalter verhin­ dert werden. Unter einem gering magnetisierbaren Mate­ rial wird hierbei ein Material verstanden, dessen mag­ netische Suszeptibilität sehr gering ist, insbesondere einen Wert von ungefähr Null hat.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die beiden Magnetfeldsensoren auf einer gemeinsamen Leiterplatine gehalten sind. Dies ermöglicht eine be­ sonders kostengünstig herstellbare Konstruktion. Die Leiterplatine kann beispielsweise über eine flexible Leitung mit einem Anschlußelement der Vorrichtung ver­ bunden sein. Auf der Leiterplatine kann zusätzlich zu den Magnetfeldsensoren eine elektrische Signalverarbei­ tungseinheit angeordnet sein sowie Bauelemente zur An­ steuerung der Magnetfeldsensoren.

Besonders günstig ist es, wenn auch das Differenzglied auf der Leiterplatine angeordnet ist, da dies eine be­ sonders kompakte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht.

Vorzugsweise sind die beiden Magnetfeldsensoren in ein gemeinsames mikroelektronisches Bauteil integriert, d. h. sie bilden jeweils einen Teil eines mikroelektroni­ schen Schaltkreises, beispielsweise eines anwenderspe­ zifischen integrierten Schaltkreises.

Hierbei ist es besonders günstig, wenn auch das Diffe­ renzglied in das mikroelektronische Bauteil mit inte­ griert ist, so daß sowohl die Sensoren zur Bestimmung des Magnetfeldes als auch die zugeordnete elektrische Auswerteelektronik in einem gemeinsamen mikroelektroni­ schen Bauteil angeordnet sind.

Um ortsabhängige Schwankungen des externen magnetischen Störfeldes auszugleichen, ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, daß die beiden Magnetfeldsen­ soren von einem gemeinsamen magnetischen Polschuh um­ griffen sind. Mittels des Polschuhes lassen sich bei einem inhomogenen magnetischen Störfeld die Unterschie­ de der Magnetfeldstärken an den Orten der beiden Mag­ netfeldsensoren praktisch ausgleichen, so daß der Ein­ fluß des magnetischen Störfeldes auch bei inhomogener Ausgestaltung für beide Magnetfeldsensoren praktisch identisch sind. Somit läßt sich mittels der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung nicht nur die Anfälligkeit gegen­ über homogenen magnetischen Störfeldern verringern, sondern auch gegenüber inhomogenen magnetischen Stör­ feldern.

Erfindungsgemäß ist der Einsatz von mindestens zwei Ma­ gneten mit antiparallel ausgerichteten Magnetisierungs­ vektoren vorgesehen, und jedem Magneten ist zumindest ein Magnetfeldsensor zugeordnet. Von Vorteil ist es, wenn jedem Magneten mehrere Magnetfeldsensoren zugeord­ net sind, denn dadurch läßt sich eine redundante Sig­ nalverarbeitung erzielen, die sich durch eine besonders hohe Zuverlässigkeit auszeichnet.

Es können auch mehr als zwei Magnete zum Einsatz kom­ men, wobei jedem Magnet ein oder mehrere Magnetfeldsen­ soren zugeordnet sind und einander benachbarte Magnete jeweils antiparallel ausgerichtete Magnetisierungsvek­ toren aufweisen. Durch die dadurch erzielbare Redundanz läßt sich ebenfalls die Zuverlässigkeit der Vorrichtung erhöhen.

Das vom Differenzglied erzeugte Differenzsignal kann beispielsweise als Analogsignal ausgekoppelt werden. Günstig ist es, wenn das Differenzglied derart ausge­ staltet ist, daß ein Differenzsignal in Form eines mo­ dulierten Signales, insbesondere eines pulsweiten modu­ lierten Signales, erzeugbar ist. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, das Diffe­ renzsignal als digitales Signal auszukoppeln, insbeson­ dere über einen Bus, beispielsweise einen CAN-Bus.

Außerdem hat es sich als Vorteil erwiesen, die Signal­ verarbeitungseinheit der Vorrichtung über ein elektri­ sches Anschlußelement der Vorrichtung elektronisch pro­ grammierbar auszugestalten. Dies ermöglicht es, das Differenzsignal an die jeweils gewünschte Applikation der Vorrichtung anzupassen, indem beispielsweise die Steigung oder der Offset des Differenzsignals über das Anschlußelement programmierbar sind.

Die nachfolgende Beschreibung zweier bevorzugter Aus­ führungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Winkelsensors;

Fig. 2 eine Darstellung des Verlaufes der Spannungs­ signale der beiden in der ersten Ausführungs­ form zum Einsatz kommenen Magnetfeldsensoren in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel;

Fig. 3 einen Längsschnitt einer zweiten Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Form eines Linearsensors und

Fig. 4 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 3.

In Fig. 1 ist schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt in Form eines insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegten Winkelsensors mit einem Gehäuse 12 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff. In dem Gehäuse 12 ist eine ei­ ne Welle 14 verdrehbar gehalten. Auf einer Seite des Gehäuses 12 (in Fig. 1 rechts gelegen) ragt die Welle 14 aus dem Gehäuse 12 heraus, sie ist dort an ihrem freien Ende drehfest mit einem Stellhebel 16 verbunden. Das Gehäuse 12 wird an einem von zwei Gehäuseteilen, beispielsweise an einem Fahrwerk, fixiert, während der Stellhebel 16, der einen Teil eines Gestänge bildet, mit seinem freien, in Fig. 1 nicht dargestellten Ende gelenkig mit dem anderen Teil der beiden Fahrzeugteile, beispielsweise mit dem Chassis, verbunden ist. Wenn sich die beiden Fahrzeugteile relativ zueinander bewe­ gen, dann wird die Welle 14 um einen bestimmten Winkel verdreht.

Das Gehäuse 12 ist im wesentlichen zylinderförmig aus­ gestaltet und umfaßt einen Mantel 18 sowie eine in Längsrichtung ungefähr mittig angeordnete Zwischenwand 20, die von der Welle 14 durchgriffen wird und an der die Welle 14 mittels eines Lagerbockes 22 drehbar ge­ halten ist. Letzterer bildet einen im wesentlichen U- förmigen Bügel mit einer Basis in Form einer an der Zwischenwand 20 anliegenden hinteren Tragplatte 24 und mit zwei senkrecht von der Tragplatte 24 abstehenden Schenkeln 26, 28. Parallel zur hinteren Tragplatte 24 ausgerichtet ist an den freien Enden der Schenkel 26 und 28 eine vordere Tragplatte 30 gehalten. Der vorde­ ren Tragplatte 30 abgewandt trägt die hintere Tragplat­ te 24 einen Kragen 32, der die Zwischenwand 20 durch­ greift und eine hintere Lagerstelle für die Welle 14 bildet. Eine entsprechende vordere Lagerstelle wird von einer Lagerbuchse 34 ausgebildet, die an der vorderen Tragplatte 30 fixiert ist.

Im Bereich zwischen der Lagerbuchse 34 und dem Kragen 32 sitzt auf der Welle 14 innerhalb des aus Kunststoff gefertigten Lagerbockes 22 drehfest ein ringförmiger Kunststoffmantel 36, der in einer peripheren Nut 38 ei­ nen vorderen Ringmagneten 40 und einen hinteren Ring­ magneten 42 aufnimmt, die koaxial zueinander ausgerich­ tet und mittels eines ebenfalls aus Kunststoff gefer­ tigten Abstandshalters 44 im Abstand zueinander gehal­ ten sind. Die beiden Ringmagnete 40, 42 sind mittels des Kunststoffmantels 36 drehfest mit der Welle 14 ver­ bunden und werden von dieser bei ihrer Verdrehung ent­ sprechend mitgenommen. Die beiden Ringmagnete 40 und 42 sind antiparallel zueinander ausgerichtet, d. h. der Magnetisierungsvektor des vorderen Ringmagneten 40 ist um 180° gegenüber dem Magnetisierungsvektor des hinte­ ren Ringmagneten 42 verdreht. Dies wird in Fig. 1 durch die unterschiedliche Anordnung der mit N bzw. S gekennzeichneten Nord- und Südpole symbolisiert.

Auf der dem Stellhebel 16 abgewandten Seite trägt das Gehäuse 12 einen parallel zur Zwischenwand 20 ausge­ richteten Deckel 46, der mittels einer Rastverbindung in Form einer auf der Innenseite des Gehäuses 12 um­ fangsseitig eingeformten Innennut 48 und eines korre­ spondierenden Rastvorsprunges 50 des Deckels 46 am Ge­ häuse 12 festgelegt ist.

Der Schenkel 28 des Lagerbockes 22 weist auf seiner den Ringmagneten 40 und 42 zugewandten Innenseite eine Aus­ sparung 52 auf, in der eine Leiterplatine 54 mit einem mikroelektronischen Schaltkreis und mit Anschlußkontak­ ten 56 angeordnet ist. Die Anschlußkontakte 56 durch­ greifen mit Ihren freien Enden eine Durchgangsbohrung der vorderen Tragplatte 30. Mittels eines an sich be­ kannten und in der Zeichnung nicht dargestellten flexi­ blen Leiterbandes sind die Anschlußkontakte 56 mit ei­ nem in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellten, an sich bekannten Anschlußelement des Winkelsensors 10 elektrisch verbunden.

Die Leiterplatine 54 trägt - integriert in den mikro­ elektronischen Schaltkreis - zwei im Abstand zueinander angeordnete Magnetfeldsensoren in Form einer vorderen Hallsonde 58 und einer hinteren Hallsonde 60, die dem vorderen Ringmagneten 40 bzw. dem hinteren Ringmagneten 42 zugewandt sind. Außerdem trägt die Leiterplatine 54 zwischen den beiden Hallsonden 58 und 60 ein elektroni­ sches Differenzglied 62, das mit den beiden Hallsonden 58 und 60 in elektrischer Verbindung steht. Die beiden Hallsonden 58 und 60 erzeugen in Abhängigkeit von der Stellung der beiden Ringmagnete 40 und 42 und damit in Abhängigkeit von der Drehstellung der Welle 14 ein elektrisches Spannungssignal, das jeweils dem Diffe­ renzglied 62 zugeführt wird.

Der Verlauf der von den beiden Hallsonden 58 und 60 er­ zeugten Spannungssignale wird aus Fig. 2 deutlich. Darin ist in durchgezogener Linie der Verlauf des Span­ nungssignales der vorderen Hallsonde 58 und der hinte­ ren Hallsonde 60 dargestellt. Hierbei ergibt sich ein im wesentlichen sinusförmiger Spannungsverlauf, wobei das Spannungssignal der hinteren Hallsonde um 180° pha­ senverschoben ist bezogen auf den Spannungsverlauf der vorderen Hallsonde. Diese Phasenverschiebung wird durch die antiparallele Anordnung der beiden Ringmagnete 40 und 42 hervorgerufen. Die Differenz der beiden Span­ nungssignale, die mittels des Differenzgliedes 62 er­ zeugt wird, ist in Fig. 2 durch einen Doppelpfeil dar­ gestellt. Dieses Differenzsignal wird als positionsab­ hängiges Steuersignal über die Anschlußkontakte 56 aus­ gegeben. Das Differenzsignal ist somit ein Maß für den Drehwinkel, den die Welle 14 bezogen auf die ortsfest im Gehäuse 12 festgelegten Hallsonden 58, 60 einnimmt.

Gestrichelt ist in Fig. 2 der Verlauf der Spannungs­ signale der beiden Hallsonden 58 und 60 dargestellt, der sich bei Einwirkung eines zusätzlichen externen ma­ gnetischen Störfeldes ergibt. Aufgrund des Störfeldes, das im dargestellten Ausführungsbeispiel an den Orten der beiden Hallsonden 58 und 60 die gleiche Feldstärke aufweisen soll, wird der von den beiden Hallsonden 58 und 60 ausgegebene Spannungswert jeweils um den glei­ chen Betrag verschoben. Die Differenz der beiden Span­ nungssignale bleibt unverändert. Durch den Einsatz zweier Magnetfeldsensoren und zweier, antiparallel zu­ einander ausgerichteter Magnete kann somit die Position der Welle 14 unabhängig vom Vorliegen eines externen magnetischen Störfeldes zuverlässig ermittelt werden. Das Differenzsignal wird vom externen magnetischen Störfeld praktisch nicht beeinflußt, so daß der Winkel­ sensor 10 keine beachtliche Anfälligkeit gegenüber ex­ ternen Störmagnetfeldern aufweist.

Eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abfühlen der Relativposition zweier Kraftfahrzeugteile ist in den Fig. 3 und 4 in Form eines Linearsensores 70 dargestellt. Dieser umfaßt ein topfförmig ausgebildetes Gehäuse 72 mit einem Gehäuse­ boden 74 und einem im wesentlichen zylindrisch ausgebi­ leten Gehäusemantel 76. Über an sich bekannte und des­ halb in der Zeichnung nicht dargestellte Rastmittel ist ein Deckel 78 mit dem Gehäuse 72 verrastbar.

Der Gehäuseboden 74 weist eine Durchgangsbohrung 80 auf, die von einem Schaltstößel 82 durchgriffen wird, der in das Gehäuse 72 eintaucht und mit seinem freien, in der Zeichnung nicht dargestellten Ende mit einem Ak­ tuator, beispielsweise einer Membran verbindbar ist. An seinem in das Gehäuse 12 eintauchenden Ende trägt der Schaltstößel 82 eine Umfangsnut 84, an der ein Reiter 86 festgelegt ist, der radial nach außen abstehend zwei Flügel 87, 88 trägt, wie aus Fig. 4 deutlich wird. Letztere tauchen mit ihren freien Enden in parallel zur Längsrichtung des Gehäuses 72 ausgerichtete Führungsnu­ ten ein, die an Führungsrippen eingebracht sind, die ihrerseits an der Innenseite des Gehäusemantels 76 festgelegt sind. Der mittels der Flügel 87 und 88 un­ verdrehbar im Gehäuse 72 geführte Reiter 86 bildet ebenso wie die Durchgangsbohrung 80 eine Führung für den Schaltstößel 82, wenn dieser in Richtung des Gehäu­ sedeckels 78 verschoben wird.

Versetzt zur Durchgangsbohrung 80 ist auf der Innensei­ te des Gehäusebodens 74 eine Sackbohrung 90 angeordnet, die einer korrespondierenden Sackbohrung 92 am Dec­ kel 78 gegenüberliegt. Die koaxial zueinander und par­ allel zum Schaltstößel 82 ausgerichteten Sackbohrungen 90 und 92 nehmen - wie aus Fig. 4 deutlich wird - zwei parallel und im Abstand zueinander ausgerichtete Stabmagnete 94 und 96 auf, die mittels eines Abstandhalters 98 im Abstand zueinander in den Sackbohrungen 90 und 92 gehalten sind. Die beiden Stabmagnete 94 und 96 sind antiparallel zueinander ausgerichtet, d. h. dem in Fig. 4 mit N bezeichneten Nordpol des einen Stabmagnetes liegt der in Fig. 4 mit S bezeichnete Südpol des ande­ ren Stabmagneten gegenüber. Die Magnetisierungsvektoren der beiden Stabmagnete 94 und 96 sind somit um 180° zu­ einander verdreht. Mittels der jeweils als Permanentma­ gnet ausgestalteten Stabmagnete 94 und 96 werden inner­ halb des Gehäuses 72 zwei starke Magnetfelder gebildet. Gleichzeitig dienen die beiden Stabmagnete 94 und 96 in Kombination mit dem Abstandshalter 98 als gleitver­ schiebliche Führung für einen Schlitten 100, der über eine die beiden Stabmagnete 94 und 96 und den Abstands­ halter 98 in Umfangsrichtung umgebende Lagerbuchse 102 gleitverschieblich im Gehäuse 72 gelagert ist.

Die beiden Stabmagnete 94 und 96 sind zusammen mit dem Abstandshalter 98 im Bereich zwischen dem Schlitten 100 und dem Gehäusedeckel 78 von einer Schraubenfeder 104 umgeben, die sich einerseits am Deckel 78 und anderer­ seits am Schlitten 100 abstützt und letzteren mit einer in Richtung auf den Schaltstößel 82 ausgerichteten Fe­ derkraft beaufschlägt. Dadurch wird sichergestellt, daß der Schlitten 100 an der Stirnfläche Schaltstößels 82 anliegt, wobei jedoch eine mechanische Kopplung in Form eines Verbindungselementes zwischen dem Schlitten 100 und dem Schaltstößel 82 nicht vorliegt.

Vom Schlitten 100 stehen in radialer Richtung zwei Flü­ gel 106 seitlich ab, die in ähnlicher Weise wie die Flügel 78 und 80 des Reiters 86 in korrespondierenden Führungsnuten parallel zur Längsachse der Stabmagnete 94 und 96 geführt sind.

Der Schlitten 100 trägt eine Leiterplatine 109 mit zwei im Abstand zueinander angeordneten Hallsensoren 111 und 113, die zwischen sich ein Differenzglied 115 aufneh­ men, wobei die Hallsensoren 111 und 113 sowie das Dif­ ferenzglied 115 in einen gemeinsamen anwenderspezifi­ schen mikroelektronischen Baustein integriert sind. Dieser steht in an sich bekannter Weise über ein Flach­ bandkabel 117 mit Kontaktstiften einer seitlich am Ge­ häuse 72 angeformten Steckbuchse 119 in elektrischer Verbindung, so daß über die Steckbuchse 119 das vom Differenzglied 115 ausgegebene Differenzsignal abge­ griffen werden kann. Das Differenzsignal wird in ent­ sprechender Weise, wie im Zusammenhang mit dem in Fig. 1 dargestellten Winkelsensor 10 erläutert gebildet. Hierzu steht das Differenzglied 115 mit den Hallsenso­ ren 113 und 11 in elektrischer Verbindung. Die beiden Hallsensoren 111, 113 fühlen aufgrund ihrer räumlichen Anordnung jeweils im wesentlichen die Stärke des Mag­ netfeldes eines der beiden Stabmagnete 94 und 96 ab, und aufgrund der antiparallelen Anordnung der beiden Stabmagnete 94, 96 und der gleichzeitigen Messung bei­ der Magnetfeldstärken in Verbindung mit der Differenz­ bildung mittels des Differenzgliedes wird sicherge­ stellt, daß ein externes magnetischen Störfeld prak­ tisch keinen Einfluß auf das vom Differenzglied 115 ausgegebene Differenzsignal hat.

Wird der Schaltstößel 82 in Richtung auf den Deckel 78 verschoben, so drückt er hierbei gegen den Schlit­ ten 100, wodurch dieser entgegen der Federkraft der Schraubenfeder 104 längs der beiden Stabmagnete 94, 96 beispielsweise in die in Fig. 3 strichpunktiert darge­ stellte Position verschoben wird. Die Verschiebung hat eine Veränderung der von den Hallsensoren 111 und 113 abgefühlten Magnetfeldern und damit auch eine Verände­ rung des vom Differenzglied 115 ausgegebenen Differenz­ signales zur Folge. Letzteres wird an der Steckbuchse 119 abgegriffen. Da das Differenzsignal praktisch unab­ hängig ist vom Vorliegen eines externen magnetischen Störfeldes, kann somit mittels des Linearsensors 70 zu­ verlässig eine Verschiebebewegung des Schaltstößels 83 berührungslos erfaßt werden.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Abfühlen der Relativposition zweier relativ zueinander bewegbarer Teile, insbesondere zweier Kraftfahrzeugteile, und zum Er­ zeugen eines positionsabhängigen elektrischen Steuersignals mit minde­ stens zwei Magneten mit antiparallel zueinander ausgerichteten Magne­ tisierungsvektoren und zumindest zwei Magnetfeldsensoren, wobei die Magnete und Magnetfeldsensoren relativ zueinander bewegbar gehalten sind und die Magnetfeldsensoren ein von ihrer Position relativ zu den Magneten abhängiges elektrisches Spannungssignal liefern, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Magnet (40, 42; 94, 96) jeweils zumindest ein Magnetfeldsensor (58, 60; 111, 113) zugeordnet ist, und daß ein Dif­ ferenzglied (62; 115) vorgesehen ist, das mit den beiden Magnetfeld­ sensoren (58, 60; 111, 113) in elektrischer Verbindung steht zur Bildung eines elektrischen Differenzsignales in Abhängigkeit von der Differenz der Spannungssignale der beiden Magnetfeldsensoren (58, 60; 111, 113).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Magnete als koaxial zueinander ausgerichtete Ringmagnete (40, 42) ausgebildet sind, denen jeweils ein Magnetfeldsensor (58, 60) zugeord­ net ist, wobei die Ringmagnete (40, 42) und die Mag­ netfeldsensoren (48, 60) relativ zueinander ver­ drehbar angeordnet sind und die Magnetfeldsensoren (58, 60) jeweils ein vom relativen Verdrehwinkel der beiden Teile abhängiges elektrischen Spannungs­ signal liefern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Ringmagnete (40, 42) axial hin­ tereinander auf einer verdrehbaren Welle (14) ange­ ordnet und die beiden Magnetfeldsensoren (58, 60) in einem Gehäuse (12) der Vorrichtung (10) ortsfest fixiert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Magnete (94, 96) und die zuge­ ordneten Magnetfeldsensoren (111, 113) relativ zu­ einander linear verschieblich gehalten sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Magnete als antiparallel zuein­ ander ausgerichtete Stabmagnete (96, 98) ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Magnete (94, 96) unverschieblich in einem Gehäuse (72) der Vorrichtung (70) festge­ legt sind und daß die Magnetfeldsensoren (111, 113) relativ zu den Magneten (94, 96) im Gehäuse ver­ schiebbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Magnetfeldsensoren (111, 113) an den Magneten (94, 96) verschiebbar gehalten sind.

8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den bei­ den Magneten (40, 42; 94, 96) ein Abstandshalter (44; 98) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandshalter (44; 98) aus einem gering magnetisierbaren Material hergestellt ist.

10. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magnet­ feldsensoren (58, 60; 111, 113) auf einer gemeinsamen Leiterplatine (54; 109) gehalten sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß das Differenzglied (62; 115) auf der Lei­ terplatine (54; 109) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Magnet­ feldsensoren (58, 60; 111, 113) in ein gemeinsames mi­ kroelektronisches Bauteil integriert sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß das Differenzglied (62; 115) in das mikro­ elektronische Bauteil integriert ist.

14. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen magnetischen Polschuh umfaßt, der die beiden Magnetfeldsensoren umgreift.