DE202014103242U1

DE202014103242U1 - Magnetsensor

Info

Publication number: DE202014103242U1
Application number: DE201420103242
Authority: DE
Original assignee: Hoffmann and Krippner GmbH
Current assignee: Hoffmann and Krippner GmbH
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2014-10-02
Anticipated expiration: 2024-07-16

Abstract

Magnetsensor mit einem Träger, auf dem eine elektrische Widerstandsbahn und in elektrischem Isolierabstand davon eine elektrische Leiterbahn ausgebildet sind, mit einem Stellglied und mit einem magnetisch daran gekoppelten Kontaktstück, das dem Stellglied folgend über die Bahnen bewegbar ist, mit der Widerstandsbahn in elektrischem Berührabgriffkontakt und mit der Leiterbahn in elektrischem Berührkontakt steht und die Bahnen signalstromführend elektrisch miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktstück einen monolithischen Rundkörper hat, der magnetkraftbewegt über den Träger (10) zu rollen geeignet ist und in elektrischem Rollkontakt mit der Widerstandsbahn (12) und der Leiterbahn (14) steht.

Description

Die Erfindung betrifft einen berührungslosen Magnetsensor mit einem Träger, auf dem eine elektrische Widerstandsbahn und in elektrischem Isolierabstand davon eine elektrische Leiterbahn ausgebildet sind, mit einem Stellglied und mit einem magnetisch daran gekoppelten Kontaktstück, das dem Stellglied folgend über die Bahnen bewegbar ist, mit der Widerstandsbahn in elektrischem Berührabgriffkontakt und mit der Leiterbahn in elektrischem Berührkontakt steht und die Bahnen signalstromführend elektrisch miteinander verbindet.
Ein solcher Magnetsensor ist aus der WO 2007/005 558 A2 bekannt. Er hat ein Kontaktstück, das in einem geschlossenen Kanal über die Widerstandsbahn und die Leiterbahn bewegt wird und diese mit stellveränderlichem Abgriff elektrisch verbindet. Stellglied ist ein äußeres Magnetelement, mit dem das Kontaktstück berührungslos magnetisch gekoppelt ist. Das Kontaktstück wird durch die Magnetkraft gegen die Widerstandsbahn und die Leiterbahn gezogen, um diese an der Stelle elektrisch miteinander zu verbinden, an der sich das Stellglied befindet. Als Ausführungsbeispiel wird in der WO 2007/005 558 A2 ein lineares Schiebepotentiometer behandelt. In der Zeichnung ist das Kontaktstück ein Gleitstück in Form eines flachen runden Plättchens. Das Kontaktstück ist signalstromführend. Es wird von dem elektrischen Signalstrom des Magnetsensors durchflossen.
Bei dem als linearer Wegaufnehmer gestalteten Potentiometer nach der DE 103 23 765 B4 wird das Kontaktstück von einem tropfenförmigen Konglomerat elektrisch leitenden, magnetischen Pulvers gebildet. Die DE 103 04 794 B4 sieht an entsprechender Stelle einen Tropfen einer elektrisch leitenden, magnetischen Flüssigkeit vor. Diese Materialien sind aufwändig und in der Handhabung problematisch.
Aus der DE 10 2009 027 461 A1 ist ein magnetischer Positionssensor bekannt, bei dem auf einem Träger eine Widerstandsbahn und auf einer elastischen Folie der Widerstandsbahn in elektrischem Isolierabstand gegenüber eine Leiterbahn ausgebildet sind. Ein Kontaktmittel in Form einer Kugel oder einer zylinderförmigen oder konusförmigen Rolle aus magnetisiertem, magnetisierbarem oder magnetischem Material ist mit einem stellbeweglichen Magnetelement magnetisch gekoppelt. Das Kontaktmittel wird durch eine Bewegung des Magnetelements translativ über die Leiterbahn bewegt, auf die es gravimetrisch, d. h. mit seinem Eigengewicht, durch Magnetkraft und/oder mittels einer Feder wirkt, so dass ein lokaler Kontakt der Leiterbahn mit der Widerstandsbahn entsteht. Die Funktion des Kontaktmittels ist die eines Druckstücks, das nicht signalstromführend, von dem elektrischen Signalstrom des Positionssensors nicht durchflossen ist. Das Kontaktmittel rollt auf der elastischen Folie ab. Dadurch wird eine geringe Reibung zwischen dem Kontaktmittel und der Folie erreicht. Die Magnetkopplung ermöglicht es, ein vollständig gekapseltes, dicht geschlossenes Sensorgehäuse zu realisieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen berührungslosen Magnetsensor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem mit unaufwändigen konventionellen Materialien und Fertigungstechniken ein reibungsarmer rollender Magnetabgriff realisiert ist.
Diese Aufgabe wird mit einem derartigen Magnetsensor dadurch gelöst, dass das Kontaktstück einen monolithischen Rundkörper hat, der magnetkraftbetätigt über den Träger zu rollen geeignet ist und in elektrischem Rollkontakt mit der Widerstandsbahn und der Leiterbahn steht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Widerstandsbahn des Magnetsensors hochohmig, die Leiterbahn niederohmig. Das Stellglied ist magnetisierbar und/oder magnetisch, insbesondere ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet oder mit einem oder mehreren Permanentmagnet(en) und/oder Elektromagnet(en) bestückt. Das Kontaktstück ist ebenfalls magnetisierbar und/oder magnetisch, insbesondere ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet oder mit einem oder mehreren Permanentmagnet(en) und/oder Elektromagnet(en) bestückt. Ob das Stellglied nur magnetisierbar oder in irgend einer Form magnetisch, ob das Kontaktstück nur magnetisierbar oder in irgendeiner Form magnetisch, oder ob Stellglied und Kontaktstück beide in irgendeiner Form magnetisch sind, ist nicht erheblich; es bedarf es nur jedenfalls wenigstens eines Magneten zur magnetischen Anbindung des Kontaktstücks an das Stellglied.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kontaktstück in gekapselter Anordnung an dem Träger angebracht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Widerstandsbahn und die Leiterbahn eine gemeinsame Berührebene für das Kontaktstück. Das Stellglied liegt dem Kontaktstück jenseits dieser Berührebene gegenüber.
Bei dieser Ausführungsform ist für das Kontaktstück ein wenigstens abschnittsweise zylindrischer, insbesondere wenigstens abschnittsweise kreiszylindrischer Rundkörper bevorzugt. Das Kontaktstück kann insbesondere spindelförmig oder walzenförmig sein. Vorzugsweise ist das Kontaktstück ein axial gepolter Permanentmagnet mit entgegengesetzten Magnetpolen an den axialen Enden seines zylindrischen Rundkörpers.
Bei einer alternativ bevorzugten Ausführungsform sind die Widerstandsbahn und die Leiterbahn an den Flanken einer sich verjüngenden Laufrinne für das Kontaktstück angeordnet. Das Stellglied liegt dem Kontaktstück jenseits der Verjüngung der Laufrinne gegenüber.
Bei einer bevorzugten Variante haben die Widerstandsbahn und die Leiterbahn rampenartig aufeinander zu geneigte Berührebenen für das Kontaktstück.
Bei dem Kontaktstück handelt es sich hier vorzugsweise um eine eine Kugel aus ferromagnetischem, nicht notwendigerweise permanentmagnetischem Material wie beispielsweise magnetisierbarem Stahl.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Schematisch zeigen:
1 die Seitenansicht eines Magnetsensors mit einem rollenden Kontaktstück an der Unterseite eines Trägers;
2 eine Draufsicht von oben auf einen Magnetsensor mit einem walzenförmigen Kontaktstück an der Oberseite eines Trägers;
3 eine Vorderansicht des Magnetsensors gemäß 2;
4 eine Draufsicht von oben auf einen Magnetsensor mit einem kugelförmigen Kontaktstück an der Oberseite eines Trägers; und
5 eine Vorderansicht des Magnetsensors gemäß 4.
Die Magnetsensoren haben einen Träger 10 in Form einer dünnen, steifen Kunststoffplatte von länglich-rechteckigem Grundriß. Auf einer der Plattenstirnseiten sind in elektrischem Isolierabstand eine hochohmige elektrische Widerstandsbahn 12 und eine niederohmige elektrische Leiterbahn 14 aufgebracht. Die Bahnen 12, 14 erstrecken sich geradlinig parallel in Plattenlängsrichtung. Zur elektrischen Isolierung dient eine Lücke 16 dazwischen. Die Widerstandsbahn 12 ist beidends elektrisch kontaktiert 18, 20; die Leiterbahn nur einends 22.
Die Magnetsensoren haben ein elektrisches Kontaktstück, das mit einem Rundkörper über die Stirnseite des Trägers 10 rollt, an der die Widerstandsbahn 12 und die Leiterbahn 14 aufgebracht sind. Das Kontaktstück steht mit der Widerstandsbahn 12 in Berührabgriffkontakt, um sie an wohldefinierter Stelle elektrisch abzugreifen und die Abgriffstelle mit der Leiterbahn 14 elektrisch zu verbinden, mit der das Kontaktstück genausoso in elektrischem Berührkontakt steht. Der Kontakt ist jeweils ein elektrischer Rollkontakt. Der elektrische Signalstrom des Magnetsensors fließt durch das Kontaktstück.
Das Kontaktstück ist magnetisch an ein Stellglied 24 gekoppelt, das dem Kontaktstück auf der der Widerstandsbahn 12 und Leiterbahn 14 abgewandten Stirnseite des Trägers 10 gegenüberliegt. Das Stellglied 24 wird in einer Stellbewegung parallel zu den Bahnen 12, 14 über den Träger 10 bewegt. Dank der magnetischen Kopplung folgt das Kontaktelement dieser Stellbewegung. Dabei rollt das Kontaktstück über den Träger 10. Es steht mit der Widerstandsbahn 12 und der Leiterbahn 14 in elektrischem Rollkontakt.
In 1 befinden sich die Widerstandsbahn 12, die Leiterbahn 14 und das Kontaktstück an der Unterseite des Trägers 10. Das Stellglied 24 wird mit Abstand über die Oberseite des Trägers 10 bewegt.
In 2 bis 5 befinden sich die Widerstandsbahn 12, die Leiterbahn 14 und das Kontaktstück an der Oberseite des Trägers 10. Das Stellglied 24 wird mit Abstand über die Unterseite des Trägers 10 bewegt.
In 2 und 3 haben die Widerstandsbahn 12 und die Leiterbahn 14 eine gemeinsame Berührebene für das Kontaktstück. Das Kontaktstück hat einen kreiszylindrischen Walzenkörper 26, dessen Zylinderachse sich quer zu der parallelen Längsrichtung der Bahnen 12, 14 erstreckt. Der Walzenkörper 26 ist so lang, dass er die Bahnen 12, 14 und die isolierende Lücke 16 dazwischen in voller Breite belegt.
In 4 und 5 ist das Kontaktstück eine Kugel 28. Die Widerstandsbahn 12 und die Leiterbahn 14 haben rampenartig aufeinander zu geneigte Berührebenen, die die seitlichen Flanken einer Laufrinne für die Kugel 28 bilden. Die Laufrinne verjüngt sich nach unten. Das Stellglied 24 liegt der Verjüngung der Laufrinne unten gegenüber.
Bezugszeichenliste

10: Träger
12: Widerstandsbahn
14: Leiterbahn
16: Lücke
18: Kontaktierung der Widerstandsbahn
20: Kontaktierung der Widerstandsbahn
22: Kontaktierung der Leiterbahn
24: Stellglied
26: Walzenkörper
28: Kugel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2007/005558 A2 [0002, 0002]
DE 10323765 B4 [0003]
DE 10304794 B4 [0003]
DE 102009027461 A1 [0004]

Claims

Magnetsensor mit einem Träger, auf dem eine elektrische Widerstandsbahn und in elektrischem Isolierabstand davon eine elektrische Leiterbahn ausgebildet sind, mit einem Stellglied und mit einem magnetisch daran gekoppelten Kontaktstück, das dem Stellglied folgend über die Bahnen bewegbar ist, mit der Widerstandsbahn in elektrischem Berührabgriffkontakt und mit der Leiterbahn in elektrischem Berührkontakt steht und die Bahnen signalstromführend elektrisch miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktstück einen monolithischen Rundkörper hat, der magnetkraftbewegt über den Träger (10) zu rollen geeignet ist und in elektrischem Rollkontakt mit der Widerstandsbahn (12) und der Leiterbahn (14) steht.
Magnetsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (24) magnetisierbar und/oder magnetisch, insbesondere ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet oder mit einem oder mehreren Permanentmagnet(en) und/oder Elektromagnet(en) bestückt ist, und dass das Kontaktstück magnetisierbar und/oder magnetisch, insbesondere ein Permanentmagnet oder ein Elektromagnet oder mit einem oder mehreren Permanentmagnet(en) und/oder Elektromagnet(en) bestückt ist, all das bei Vorhandensein wenigstens eines Magneten.
Magnetsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktstück in gekapselter Anordnung an dem Träger (10) angebracht ist.
Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsbahn (12) und die Leiterbahn (14) eine gemeinsame Berührebene für das Kontaktstück haben, und dass das Stellglied (24) dem Kontaktstück jenseits der Berührebene gegenüberliegt.
Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktstück einen wenigstens abschnittsweise zylindrischen, insbesondere wenigstens abschnittsweise kreiszylindrischen Rundkörper hat.
Magnetsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktstück spindelförmig oder walzenförmig (26) ist.
Magnetsensor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktstück ein axial gepolter Permanentmagnet mit entgegengesetzten Magnetpolen an den axialen Enden seines zylindrischen Rundkörpers ist.
Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsbahn (12) und die Leiterbahn (14) an den Flanken einer sich verjüngenden Laufrinne für das Kontaktstück angeordnet sind, und dass das Stellglied (24) dem Kontaktstück jenseits der Verjüngung der Laufrinne gegenüberliegt.
Magnetsensor nach Anspuch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsbahn (12) und die Leiterbahn (14) rampenartig aufeinander zu geneigte Berührebenen für das Kontaktstück haben.
Magnetsensor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktstück eine Kugel (28) ist, und zwar vorzugsweise eine Kugel (28) aus magnetisierbarem Stahl.