DE202008002844U1

DE202008002844U1 - Programmierbarer Positionssensor

Info

Publication number: DE202008002844U1
Application number: DE200820002844
Authority: DE
Original assignee: Bernstein AG
Current assignee: Bernstein AG
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2018-03-01

Abstract

Programmierbarer Positionssensor zur Erfassung mindestens eines Gebermagneten, der relativ zu mindestens zwei voneinander beabstandeten Sensorelementen (S1, S2, S3, ...SN) bewegbar ist, und einer mit den Sensorelementen (S1, S2, S3, ... SN) verbundenen Auswerteeinheit, die einen Speicher umfasst, wobei mittels der Auswerteeinheit die Signale der Sensorelemente (S1, S2, S3, ...SN) erfassbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Vergleichen der Signalstärke der einzelnen Sensorelemente (S1, S2, S3, ... SN) vorgesehen sind und abhängig von dem stärksten Signal eines der Sensorelemente (S1, S2, S3, ...SN) die Position des Gebermagneten (G1, G2) relativ zu einem Sensorelement (S1, S2, S3, ... SN) erfassbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen programmierbaren Positionssensor, mit mindestens einem Gebermagneten, der relativ zu mindestens zwei voneinander beabstandeten Sensorelementen bewegbar ist, und einer mit den Sensorelementen verbundenen Auswerteeinheit, die einen Speicher umfasst, wobei mittels der Auswerteeinheit die Signale der Sensorelemente erfassbar sind.
Die DE 10 2006 008 157 offenbart einen magnetischen Sensor zur Bestimmung von Positionen eines Gebermagneten entlang einer Strecke, bei dem wenigstens zwei Sensorelemente vorgesehen sind. Diese Sensorelemente erfassen wenigstens eine Komponente eines Magnetfeldes des Gebermagneten. Mit den Sensorelementen ist eine Auswerteeinheit gekoppelt, mittels der die Position des Gebermagneten erfasst werden kann. Dabei erfasst jedes Sensorelement die gesamte Strecke, so dass für jede gewünschte Magnetposition eine eindeutige Zuordnung der beiden Signalwerte der Sensorelemente möglich ist.
Bei dem Vorbekannten magnetischen Sensor ist nachteilig, dass die Sensorelemente dicht beieinander liegen, damit beide Sensorelemente die gesamte Wegstrecke des Gebermagneten erfassen. Daher werden bei längeren Wegstrecken viele magnetische Sensoren erforderlich, was den Steuerungsaufwand erhöht.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen programmierbaren Positionssensor zu schaffen, der auch eine Positionsbestimmung in Bereichen ermöglicht, in denen nur ein Signal eines Sensorelementes vorhanden ist.
Diese Aufgabe wird mit einem programmierbaren Positionssensor mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß sind Mittel zum Vergleichen der Signalstärke der einzelnen Sensorelemente vorgesehen und abhängig von dem stärksten Signal eines der Sensorelemente ist die Position des Gebermagneten relativ zu einem Sensorelement erfassbar. Dadurch ist es möglich, in Randbereichen, in denen nur ein verwertbares Signal eines Sensorelementes verfügbar ist, eine Positionserfassung vorzunehmen. Es ist nicht erforderlich, das mindestens zwei Signale zweier benachbarter Sensorelemente vorhanden sind. Denn für eine eindeutige Positionsbestimmung kann das jeweils stärkste Signal eines Sensorelementes herangezogen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung überschneiden sich die Signalbereiche der einzelnen Sensorelemente zumindest teilweise. Gerade bei einem kurvenförmigen Verlauf der gemessenen Signale kann dann ein Bereich ohne den Empfang eines zweiten Signals eines benachbarten Sensors vorhanden sein, aber ein benachbarter Bereich ist dann durch ein zweites Signal überlagert. Dies reicht für eine eindeutige Positionsbestimmung aus und es ist nicht erforderlich, die einzelnen Sensoren besonders dicht anzuordnen.
Vorzugsweise ist in dem Speicher der Auswerteeinheit ein Positionsgebermagnet relativ zu den Sensorelementen einem Wert eines Signals eines Sensorelementes zugeordnet. Dadurch ist eine eindeutige Positionsbestimmung gewährleistet. Der Speicher kann dabei programmierbar ausgebildet sein, so dass über eine Einrichtung zugeordneter Signalwert einer vorbestimmten Position zugeordnet wird. Dies ermöglicht einen flexiblen Einsatz, da je nach Anwendungsfall der Positionssensor individuell programmiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Sensorelemente in einem solchen Abstand angeordnet, dass bereichsweise nur ein Sensorsignal durch die Auswerteeinheit empfangen wird. Denn der eine Gebermagnet hat ein Magnetfeld, das bei einem entsprechenden Abstand der Sensorelemente nur ein Sensorelement erfasst. In Randbereichen kann dann nur ein Sensorelement zuverlässig Signale empfangen, was aber zur Positionsbestimmung ausreichend ist.
Vorzugsweise kann diese Auswerteeinheit positionsabhängig Schaltsignale ausgeben. Dadurch kann der Positionssensor auch als Schalteinrichtung verwendet werden, beispielsweise für Steuerungen.
Als Signal wird vorzugsweise die Spannung an der Auswerteeinheit erfasst. Denn durch die Positionierung eines Gebermagneten mit einem vorbestimmten Magnetfeld im Bereich eines Sensorelementes kann die Spannung erfasst werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Positionssensors entsprechend der Erfindung, und
2A–2C mehrere schematische Ansichten bei der Einrichtung des Positionssensors.
Ein programmierbarer Positionssensor umfasst Gebermagneten G1 und G2, die entlang einer Strecke linear zu mehreren Sensorelementen S1, S2, S3 bis SN bewegbar sind. Jeder Gebermagnet hat ein vorbestimmtes Magnetfeld, so dass innerhalb des Magnetweges ein oder mehrere Sensorelemente S1, S2 und S3 vorhanden sind. Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Magnetfeld gezeigt, bei dem der Gebermagnet G1 eine Ausstrahlung auf die Sensorelemente S1 und S2 hat. Der Gebermagnet G2 hingegen hat ein größeres Magnetfeld 2, in dem die Sensorelemente S1, S2 und S3 liegen. Die Größe des Magnetfeldes hängt von der Stärke und Position der Magnete ab und kann je nach Positionssensor geeignet gewählt werden.
Bei einer Bewegung der Gebermagnete G1 und G2 relativ zu den Sensorelementen S1 bis SN durch eine Auswerteeinheit wird eine Spannung erfasst, wobei die ent sprechenden Signale durch die Sensorelemente S1 bis SN zu der Auswerteeinheit geliefert werden.
Die Auswerteeinheit erfasst zunächst die Signale der Sensorelemente S1 bis SN, wie dies in den Graphiken dargestellt ist. Dabei wird durch die Auswerteeinheit ein Vergleich durchgeführt, welches Sensorelement S1 bis SN das stärkste Signal liefert, so dass dieses Signal zur Positionsbestimmung herangezogen wird. Bei der linken Graphik wird das stärkste Signal durch das Sensorelement S1 geliefert, so dass dieses Signal dann zur Bestimmung des Positionswertes 1 herangezogen wird, wobei ein entsprechendes Positionssignal an eine Steuerung oder eine Ausgabeeinrichtung weitergeleitet werden kann. Bei dem Gebermagnet G2 wird das stärkste Signal durch das Sensorelement S2 erzeugt, so dass dieses Signal für die Positionsbestimmung herangezogen wird und der Positionswert 2 zur Bestimmung der Position des Gebermagneten G2 verwendet wird. Bei einer Bewegung der Gebermagneten G1 bzw. G2 relativ zu den Sensorelementen S1 bis SN gibt es Bereiche, in denen das stärkste Signal durch jeweils ein anderes Sensorelement S1 bis SN abgegeben wird, das dann wiederum durch die Auswerteeinheit verwendet wird.
Die Auswerteeinheit kann dabei eine eindeutige Positionsbestimmung durchführen, in dem nicht nur das stärkste Signal eines Sensorelementes S1 bis SN erfasst wird, sondern zusätzlich auch ermittelt wird, ob an dem jeweiligen Punkt ein anders Sensorsignal vorhanden ist. Dadurch kann eine Positionsbestimmung auch in Bereichen durchgeführt werden, in dem nur ein verwertbares Sensorsignal verfügbar ist, so dass der Abstand der Sensorelemente optimiert werden kann. Die entsprechende Position kann dann durch die Auswerteeinheit in Form von digitalen oder analogen Signalen ausgegeben werden.
Um den Positionssensor zu Beginn einzurichten, kann ein Einrichtwerkzeug eingesetzt werden, das Magnete zur Aktivierung des Einrichtvorganges beinhaltet. Über die Codierung von Magneten im Einrichtwerkzeug kann von der Auswerteeinheit entschieden werden, wann die Einrichtprozedur durchgeführt werden soll. Ziel der Einrichtprozedur ist es, Schaltpunkte bzw. Positionen eines Gebermagneten festzulegen. Alternativ kann die Einrichtprozedur durch optische oder andere elektrische Signale gesteuert werden.
Der Positionssensor befindet sich für einen Einrichtvorgang zum Beispiel in einer Nut eines Zylinders, der einen Greifer „Auf" und „Zu" steuert. In diesem Zylinder bewegt sich ein Kolben und auf diesem Kolben befindet sich ein Magnet. Die Position dieses Magneten soll durch den Sensor erkannt und beim Einrichtvorgang erlernt werden. So können dann im Normalbetrieb die Kolbenpositionen für „Auf" und „Zu" erkannt werden.
Der Einrichtvorgang für einen solchen Positionssensor umfasst dann die folgenden Schritte:

– der Kolben wird auf die erste Schaltpunktposition (z.B. Greifer „Auf") gefahren;
– das Einrichtwerkzeug, beispielsweise ein Kunststoffteil mit internen Magneten wird auf den Positionssensor angeordnet;
– das Einrichtwerkzeug wird wieder entfernt;
– der Positionssensor lernt die erste Schaltpunktposition des Kolbens, indem er das Magnetfeld des Magneten auf dem Kolben misst und in eine Spannung umsetzt. Diese Spannung wird analysiert und der Spannungswert wird digital im Speicher des Sensors abgelegt.
– der Positionssensor signalisiert das erfolgreiche Abspeichern der Schaltposition
– nun wird der Kolben auf eine zweite Schaltpunktposition (z.B. Greifer „Zu") gefahren;
– das Einrichtwerkzeug wird um 180° gedreht auf den Positionssensor angeordnet;
– das Einrichtwerkzeug wird wieder entfernt;
– der Sensor lernt nun die zweite Schaltpunktposition des Kolbens und legt auch hierfür einen Spannungswert digital im Speicher ab;
– der Positionssensor signalisiert das erfolgreiche Abspeichern;
– ggfs. werden die obigen Schritte sooft wie erforderlich wiederholt.

Im Normalbetrieb misst nun der Sensor stetig das Magnetfeld des Magneten auf dem Kolben und vergleicht die Messwerte mit den abgespeicherten Werten. Sind der abgespeicherte Wert und der aktuelle Wert identisch, wird ein Signal auf den Schaltausgang des Sensors gegeben. So kann einer angeschlossenen Steuerung signalisiert werden, dass der Kolben die erlernte Position erreicht hat, zum Beispiel Kolben in Position Greifer „Auf".
Durch die Codierung (Nord/Süd Anordnung) der Magneten im Einrichtwerkzeug können die Schaltpunktposition für „Auf" und „Zu", im einfachsten Fall wie oben beschrieben, durch Drehen des Einrichtwerkzeuges um 180° separat erlernt werden
In 2A ist ein Einrichtvorgang schematisch gezeigt, in dem ein Einrichtwerkzeug mit zwei Magneten zwei Sensorelementen S1 und S2 zugeordnet sind. Dadurch wird ein Signal B erzeugt, welches das Einlernen des ersten Schaltpunktes aktiviert.
In 2B wird gezeigt, wie man mittels des gleichen Werkzeugs die Einrichtung eines weiteren Schaltpunktes vornimmt, wobei das Einrichtwerkzeug um 180° gedreht ist, so dass nun statt dem Nordpol der Südpol den Sensorelementen S1 und S2 zugewandt ist.
In 2C ist schematisch ein weiteres Einrichtwerkzeug gezeigt, das eine elektronische Einrichtung vornimmt. Das Einlernen der Schaltpunkte und Positionsdaten kann durch entsprechende Einrichtwerkzeuge erfolgen, wobei die Daten in einem Speicher der Auswerteeinheit abgelegt werden.
Weiter ist es möglich, durch mehr Codierungsmagnete oder eine codierte Abfolge von Betätigungen das Einlernen von Schaltpunkten zu selektieren. Die Auswerteeinheit übernimmt dabei die Auswahl der Schaltpunktselektion, so dass weitere Elemente am Sensor verzichtbar sind. Weiter wird vorgeschlagen, dem Bediener beim Durchlaufen der einzelnen Schritte des Einrichtvorganges mittels optischer oder elektrischer Signale aus der Auswerteeinheit eine Rückmeldung über den Einrichtvorgang zu geben. Diese Signalisierung kann an den Einrichter, eine angeschlossene Steuerung oder ein Anzeigegerät oder eine Einrichthilfe erfolgen.
Es ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung möglich, die Signale, welche den Einrichtvorgang kennzeichnen, durch die Auswerteeinheit auch auf Schaltaus gänge oder analoge Ausgänge zu geben. Hierbei sind insbesondere Signalformen vorgesehen, welche einen Einrichtbereich mit ungültigen oder unsicheren Werten kennzeichnen. Insbesondere wird vorgeschlagen, bei ungültigen Werten, die aufgrund der Sättigung der Sensorelemente entstehen oder bei deren unzureichender Aussteuerung Fehler zu signalisieren. Dies kann insbesondere durch zyklische Signalisierung auf optischem oder elektrischem Wege geschehen.

Claims

Programmierbarer Positionssensor zur Erfassung mindestens eines Gebermagneten, der relativ zu mindestens zwei voneinander beabstandeten Sensorelementen (S1, S2, S3, ...SN) bewegbar ist, und einer mit den Sensorelementen (S1, S2, S3, ... SN) verbundenen Auswerteeinheit, die einen Speicher umfasst, wobei mittels der Auswerteeinheit die Signale der Sensorelemente (S1, S2, S3, ...SN) erfassbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Vergleichen der Signalstärke der einzelnen Sensorelemente (S1, S2, S3, ... SN) vorgesehen sind und abhängig von dem stärksten Signal eines der Sensorelemente (S1, S2, S3, ...SN) die Position des Gebermagneten (G1, G2) relativ zu einem Sensorelement (S1, S2, S3, ... SN) erfassbar ist.
Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalbereiche der einzelnen Sensorelemente (S1, S2, S3, ...SN) sich zumindest teilweise überschneiden.
Positionssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speicher der Auswerteeinheit eine Position des Gebermagneten (G1, G2) relativ zu den Sensorelementen (S1, S2, S3, ...SN) einem vorbestimmten Wert eines Signals eines Sensorelementes (S1, S2, S3, ... SN) zugeordnet ist.
Positionssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher programmierbar ist und über eine Einrichtung die Werte zu der Signalstärke der Sensorelemente (S1, S2, S3, ...SN) einer vorbestimmten Position zugeordnet werden.
Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente (S1, S2, S3, ...SN) in einem solchen Abstand angeordnet sind, dass bereichsweise nur ein verwertbares Sensorsignal durch die Auswerteeinheit empfangen wird.
Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit positionsabhängig Schaltsignale ausgeben kann.
Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Signal der Sensorelemente (S1, S2, S3, ...SN) die Spannung an der Auswerteeinheit erfasst wird.
Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine vorbestimmte Position als Schaltpunkt durch einen Einrichtvorgang einstellbar ist.
Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtvorgänge durch ein Einrichtwerkzeug durchführbar sind.
Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede vorbestimmte Position durch ein Einrichtwerkzeug codiert und in dem Speicher der Auswerteeinheit abgespeichert ist.
Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Auswerteeinheit Fehlersignale ausgebbar sind, wenn ein Einrichtvorgang fehlerhaft abgeschlossen wird.
Positionssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit eine Schnittstelle zum Laden eines Programmes vor der Montage in ein Gehäuse oder nach Entnahme aus einem Gehäuse aufweist.
Einrichtwerkzeug für einen Positionssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Aktivierung eines Einrichtvorganges, welches der Auswerteeinheit durch elektrische, optische oder magnetische Betätigung die für Einrichtvorgänge erforderlichen Signale übermittelt.
Einrichtwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es codierte Magnete enthält, welche ein Magnetfeld aufweisen.