DE202004010921U1

DE202004010921U1 - Positionsgeber

Info

Publication number: DE202004010921U1
Application number: DE200420010921
Authority: DE
Original assignee: Feig Electronic GmbH
Current assignee: Feig Electronic GmbH
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2014-07-13

Abstract

Positionsgeber mit wenigstens einer Sensoreinheit, bestehend aus magnetoresistiven Sensoren und einem auf einer zu überwachenden Welle angeordneten Magneten, dadurch gekennzeichnet , dass die Sensoreinheit (6) in einem geschlossenen Gehäuse (2) angeordnet ist, und dass der Sensoreinheit (6) gegenüberliegend außerhalb des Gehäuses (2) der Magnet (9) in oder an der zu überwachenden Welle (10) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Positionsgeber mit einer Sensoreinheit, die magnetoresistive Sensoren aufweist, und einem auf einer zu überwachenden Welle angeordneten Magneten.
Zum Stand der Technik ( DE 198 49 108 C2 ) gehört ein Drehgeber mit einer Geberwelle, die zwei Codierscheiben trägt. Die Geberwelle und die Codierscheiben sind in einem Gehäuse angeordnet, um die Teile insbesondere mit zugehöriger Optik und Elektronik beispielsweise gegen Verschmutzung zu schützen.
Diese zum Stand der Technik gehörende Vorrichtung hat den Nachteil, dass eine Durchführung der Geberwelle in das Gehäuse erforderlich ist, so dass diese Vorrichtung relativ aufwändig im Aufbau ist.
Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, einen Positionsgeber anzugeben, bei dem die Sensoreinheit geschützt ist, die jedoch einfach im Aufbau ist.
Dieses technische Problem wird durch einen Positionsgeber mit den Merkmalen gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
Dadurch, dass der Positionsgeber wenigstens eine Sensoreinheit mit magnetoresistiven Sensoren und einen auf einer zu überwachenden Welle angeordneten Magneten aufweist, wobei die Sensoreinheit in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet ist, und der Sensoreinheit gegenüberliegend außerhalb des Gehäuses der Magnet in oder an der zu überwachenden Welle angeordnet ist, ist eine Trennung der Geberwelle von der Sensoreinheit vorgenommen, so dass die Sensoreinheit gekapselt und gegen Umwelteinflüsse geschützt in dem Gehäuse angeordnet ist. Eine Durchführung der Geberwelle in das Gehäuse ist gemäß der Erfindung nicht vorgesehen.
Vorzugsweise weist die Sensoreinheit AMR-Sensoren (anisotroper Magnetowiderstand (anisotropic magnetoresistance)), GMR-Sensoren (Riesenmagnetowiderstand (giant magnetoresistance)), TMR-Sensoren (Tunnelmagnetowiderstand (tunneling magnetoresistance)), CMR-Sensoren (kolossaler Magnetowiderstand (colossal magnetoresistance)) oder GMI-Sensoren (Riesenmagnetoimpedanz beziehungsweise -wechselstromwiderstand (giant magnetoimpedance)) auf.
Besonders vorteilhaft ist die Ausführung des erfindungsgemäßen Positionsgebers mit AMR-Sensoren. Aus diesem Grunde beziehen sich die folgenden Ausführungen im Wesentlichen auf AMR-Sensoreinheiten. Es ist jedoch möglich, anstelle der AMR-Sensoren auch andere der genannten Sensoren einzusetzen.
Vorteilhaft ist der Magnet in einem Magnetträger angeordnet, der das Ende der zu überwachenden Welle aufnimmt. Der Magnetträger kann beispielsweise auf der zu überwachenden Welle aufgesteckt und dort fixiert werden. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der erfindungsgemäße Positionsgeber in einfacher Art und Weise auch nachträglich montierbar ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Gehäuse im Bereich der AMR-Sensoreinheit eine den Magnetträger wenigstens teilweise aufnehmende Ausnehmung auf. Diese Ausnehmung hat den Vorteil, dass die Anordnung der Geberwelle mit dem Magneten oder dem Magnetträger relativ eindeutig festgelegt wird, indem der auf der Geberwelle angeordnete Magnet oder Magnetträger in der Ausnehmung angeordnet wird. Dadurch, dass die Sensoreinheit im Bereich der Ausnehmung angeordnet ist, wird der Magnet, wenn er ebenfalls in der Ausnehmung angeordnet wird, automatisch der Sensoreinheit gegenüberliegend angeordnet.
Vorteilhaft ist der Magnetträger kontaktlos in der Ausnehmung angeordnet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Montage sehr einfach ist, da lediglich darauf zu achten ist, dass der Magnetträger in der Ausnehmung angeordnet wird. Eine exakte Ausrichtung der Geberwelle mit dem Magnetträger ist nicht erforderlich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der die Geberwelle aufnehmende Magnetträger mittels wenigstens eines Kugellagers in der Ausnehmung gelagert. Das Kugellager ist in diesem Fall sehr einfach ausgeführt, da die Anforderungen an die Lagerung nicht sehr hoch sind.
Vorteilhaft ist der Magnetträger als ein auf der zu überwachenden Welle adaptierbarer Magnetträger ausgebildet. Dadurch, dass der Magnetträger auf der Welle in einfacher Art und Weise angeordnet werden kann, ist ein Ausrüsten oder Nachrüsten einer Geberwelle mit dem erfindungsgemäßen Positionsgeber in sehr einfacher Art und Weise möglich.
Vorteilhaft wird ein sehr starker Magnet, beispielsweise mit einem Magnetfeld von wenigstens fünfzig Millitesla (mT) verwendet. Hierdurch weist der erfindungsgemäße Positionsgeber einen relativ großen Toleranzbereich im Zusammenspiel zwischen Magnet und Sensor auf. Der AMR-Sensor wird hierbei in Sättigung betrieben, so dass eine sehr geringe Beeinflussung durch Fremdfelder auftritt.
Das Gehäuse besteht vorteilhaft aus Kunststoff. Hierdurch kann das Gehäuse sehr preisgünstig hergestellt werden. Es ist auch möglich, ein anderes nicht ferromagnetisches Material zu verwenden.
Je nach Anwendungsgebiet ist es vorteilhaft, wenigstens ein Schirmblech gegen magnetische Störfelder in dem Gehäuse anzuordnen. Hierdurch kann ein magnetisches Störfeld innerhalb des Gehäuses abgeschirmt werden. An das Schirmblech sind keine Anforderungen bezüglich der Umwelteinflüsse gestellt, da es im Gehäuse gekapselt ist. Durch das Schirmblech kann der ohnehin geringe Einfluss eines Störfeldes auch bei hoher Auflösung nahezu vollständig vernachlässigt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass das Gehäuse, wenn es aus Kunststoff ausgebildet ist, preiswert und in komplexen Formen herstellbar ist. Es ist korrosionsbeständig, weist ein geringes Gewicht auf sowie eine hohe Dichtigkeit. Darüber hinaus weist es den Vorteil auf, dass ein schlechter Wärmeübergang beispielsweise von einem heißen Antrieb zur Elektronik vorhanden ist.
An den Magnetträger werden keine Dichtigkeitsanforderungen gestellt. Das bedeutet, dass die Vorrichtung im Extremfall auch unter Wasser funktionieren würde.
Ist ein Kugellager zur Lagerung des Magnetträgers in der Ausnehmung des Gehäuses vorgesehen, kann ein günstiges Kugellager verwendet werden, da keine Präzisionsanforderung an das Kugellager gestellt wird.
Weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Positionsgebers ist, dass durch die Kapselung der Sensoreinheit kein Einfluss von Staub, Feuchtigkeit, Fett, Öl und dergleichen vorhanden ist.
Besonders vorteilhaft wirkt sich aus, dass keine mechanische Verbindung zwischen der zu überwachenden Welle und dem Sensor im Gehäuseinneren vorgesehen ist. Hierdurch wird eine Übertragung von Vibrationen, Schock und Schwingungen der welle auf den Sensor vermieden. Darüber hinaus erhält man eine gute thermische Isolation. Gemäß dem Stand der Technik ist eine metallische Verbindung ins Gehäuseinnere vorgesehen, die eine gute Wärmeleitung vom heißen Antrieb zur Elektronik mit sich bringt. Dadurch heizt sich die Elektronik und eine eventuell vorgesehene Batterie unnötig auf.
Die berührungslose Erfassung der Umdrehungen hat weiterhin den Vorteil, dass hohe Drehzahlen erfassbar sind, und dass eine hohe mechanische Lebensdauer auch bei rauem Umfeld erzielt wird.
Weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass bei Vorsehen eines Gehäusedeckels dieser sich auch "im Feld" öffnen lässt, da die Elektronik unempfindlich gegen Verschmutzung, Feuchte und so weiter ist. Hierdurch erhält man den Vorteil, dass Teile der Sensoreinheit oder beispielsweise eine Batterie ohne mechanischen Zusatzaufwand einfach austauschbar ist. Weiterhin können Klemmen steckbar im Gehäuseinneren ausgeführt werden, so dass keine teuren und abgedichteten Spezialstecker verwendet werden müssen.
Der erfindungsgemäße Positionsgeber wird vorzugsweise zur Erfassung von Torpositionen verwendet. Es kann sich hierbei bei der Ausführung der Welle um die direkte Motorwelle (bis 6.000 Umdrehungen pro Minute), um die Getriebeabgangswelle oder die Torwelle oder um eine speziell zur Positionserfassung am Antrieb oder der Tormechanik angebrachte Sonderwelle handeln.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnung, in der mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Positionsgebers nur beispielhaft dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Positionsgeber im Längsschnitt;
2 eine Darstellung des Toleranzbereiches eines Positionsgebers im Längsschnitt;
3 ein geändertes Ausführungsbeispiel.
1 zeigt einen Positionsgeber (1) mit einem Gehäuse (2), welches vollständig geschlossen ist und aus Kunststoff besteht. Es ist lediglich eine abgedichtete Leitungseinführung (3) für ein Kabel (4) vorgesehen. In dem Gehäuse (2) ist eine Platine (5) angeordnet, die eine AMR-Sensoreinheit (6) trägt. In dem Gehäuse (2) ist eine Ausnehmung (7) vorgesehen, in der ein Magnetträger (8) mit einem in dem Magnetträger (8) angeordneten Magneten (9) kontaktlos gelagert ist. Der Magnetträger (8) ist auf eine Welle (10), deren Anzahl von Umdrehungen erfasst werden soll, angeordnet.
Der Magnetträger (8) ist berührungslos in der Ausnehmung (7) angeordnet.
Durch die berührungslose Anordnung ist ein relativ großer Toleranzbereich im Zusammenspiel zwischen Magnet (9) und Sensoreinheit (6) vorhanden.
Wie in 2 zu erkennen ist, ist bei der kontaktlosen Lagerung des Magnetträgers (8) in der Ausnehmung (7) eine Toleranz möglich. Beispielsweise ist es möglich, den axialen Abstand (A) mit einem Magnetfeld von 50 Millitesla (mT) bis zu fünf Millimetern zu wählen und den radialen Abstand (B) bis zu einem Millimeter.
3 zeigt den Positionsgeber (1). Gleiche Teile sind mit den in 1 verwendeten Bezugszahlen versehen.
In der Ausnehmung (7) ist zusätzlich ein Kugellager (11) angeordnet, welches über eine Halteplatte (12) an dem Gehäuse befestigt ist. Bei dieser Ausführungsform des Positionsgebers (1) ist zum Beispiel der Einsatz einer GMR-Sensoreinheit (6) sehr gut möglich, da durch das Vorsehen des Kugellagers (11) die Toleranzen derart eingehalten werden, dass auch eine GMR-Sensoreinheit verwendet werden kann.

1: Positionsgeber
2: Gehäuse
3: Leitungseinführung
4: Kabel
5: Platine
6: AMR-Sensoreinheit
7: Ausnehmung
8: Magnetträger
9: Magnet
10: Welle
11: Kugellager
12: Halteplatte
A: axialer Abstand
B: radialer Abstand

Claims

Positionsgeber mit wenigstens einer Sensoreinheit, bestehend aus magnetoresistiven Sensoren und einem auf einer zu überwachenden Welle angeordneten Magneten, dadurch gekennzeichnet , dass die Sensoreinheit (6) in einem geschlossenen Gehäuse (2) angeordnet ist, und dass der Sensoreinheit (6) gegenüberliegend außerhalb des Gehäuses (2) der Magnet (9) in oder an der zu überwachenden Welle (10) angeordnet ist.
Positionsgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (6) AMR-Sensoren (anisotroper Magnetowiderstand), GMR-Sensoren (Riesenmagnetowiderstand), TMR-Sensoren (Tunnelmagnetowiderstand), CMR-Sensoren (kolossaler Magnetowiderstand) oder GMI-Sensoren (Riesenmagnetoimpedanz beziehungsweise -wechselstromwiderstand) aufweisen.
Positionsgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetträger (8) als ein auf der zu überwachenden Welle (10) adaptierbarer Magnetträger (8) ausgebildet ist.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (9) in dem die zu überwachende Welle (10) aufnehmenden Magnetträger (8) angeordnet ist.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) im Bereich der Sensoreinheit (6) eine den Magnetträger (8) wenigstens teilweise aufnehmende Ausnehmung (7) aufweist.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (7) als eine den Magnetträger (8) mit Spiel aufnehmende Ausnehmung (7) ausgebildet ist.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetträger (8) kontaktlos in der Ausnehmung (7) angeordnet ist.
Positionsgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetträger (8) mittels wenigstens eines Kugellagers (11) in der Ausnehmung (7) gelagert ist.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (9) ein Magnetfeld von wenigstens 50 Millitesla (mT) aufweist.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) aus Kunststoff oder einem nicht-ferromagnetischen Material gebildet ist.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) wenigstens ein Abschirmblech gegen magnetische Störfelder vorgesehen ist.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) wenigstens einen abnehmbaren Gehäusedeckel aufweist.
Positionsgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsgeber (1) als ein in einer Torsteuerung verwendeter Positionsgeber (1) ausgebildet ist.