DE29501636U1 - Bewegungssensor - Google Patents

Description

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(ABG48_TX)

Bewegungssensor

Die Erfindung betrifft einen Bewegungssensor.

Ein Bewegungssensor ist aus der DE 94 08 516 Ul bekannt. Er besteht aus einer stationären und einer rotierenden

■*■ ° Einheit, die von einem Gehäuseelement umgeben sind. Die stationäre Einheit weist ein Statorteil auf, das sich aus Statorteilelementen zusammensetzt, die zwischen sich eine Abstandsausnehmung freilassen. Die Statorteilelemente bestehen aus Blechstapeln, die von Verspannstiften zusammengehalten und an den Boden des Gefäßelementes gedruckt werden. In der Abstandsausnehmung ist ein Hallelement positioniert. Die rotierende Einheit ist ein Ringmagnetelement, das von einer Magnethalterungseinheit, die mit einer drehbaren Welle verbunden ist, so daß das Ringmagnetelement unter Belassung eines Luftspaltes um die Statorteilelemente bewegbar ist.

Dieser Sensor hat sich bewährt, bedarf aber noch weiterer Verbesserungen. So lassen die stationäre und die rotierende Einheit nur die Erfassung von Drehbewegungen zu. Die rotierende Einheit ist so ausgelegt, daß sie zur Ausübung ihrer Funktion mit einer gehaltenen Welle verbunden sein muß. Außerdem ist die Befestigung der Statorteilelemente noch zu kompliziert und aufwendig.

Demnach stellt sich die Aufgabe, dieses Bewegungssensor so weiter zu entwickeln, daß er einfach im Aufbau und

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eigenständig in der Ausübung seiner Funktion ist und sich für die Erfassung nicht nur von Dreh-, sondern auch von linearen Bewegungen eignet.

Erfindungsgemäß wxrd die Aufgabe gelöst durch einen Bewegungssensor, aufweisend eine stationäre Einheit, eine bewegbare Einheit, ein Hallelement und ein Gefäßelement, das die stationäre Einheit und die bewegbare Einheit im wesentlichen umgibt,

- wobei die stationäre und die bewegbare Einheit im wesentlichen rund für eine Erfassung von Drehbewegungen oder im wesentlichen gerade für eine Erfassung von Linearbewegungen ausgebildet sind,

- wobei die stationäre Einhein in dem Gefäßelement feststehend und die bewegbare Einheit bewegbar angeordnet sind,

- wobei die stationäre Einheit aus einem Basishalterungselement, an dem ein Stegelement und in dem ein Basisplattenelement angeordnet ist, an dem mit Verspannungs-

²^ stiftelementen Statorteilelemente unter Belassung einer Abstandsausnehmung, in die das Hallelement hineinragt, angeordnet sind, besteht,

- wobei die bewegbare Einheit aus einem Magnetelement, das von einer Magnethalterungseinheit gehalten ist und

²^ das unter Belassung eines Luftspaltes gegenüber den Statorteilelementen verstellt werden kann, besteht und

- wobei ein Magnethalterungselement, das das Magnetelement hält, und eine Lagereinheit, das das Magnethalterungselement hält und die mit einem Betätigungselement verbunden ist, die Magnethalterungseinheit bilden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die im wesentlichen gerade Ausbildung der stationären und der bewegbaren Einheit nicht nur Drehbewegungen, sondern auch lineare, d. h. translatorische Bewegungen erfaßt werden können. Damit wird ein

torische Bewegungen erfaßt werden können. Damit wird ein nach dem magnetischen Meßprinzip arbeitender Bewegungssensor so weitergebildet, daß er die Linearbewegungen mit hoher Meßgenauigkeit aufnehmen kann. Dadurch, daß sich die bewegbare und die stationäre Einheit gegeneinander über eine Lagereinheit verstellen lassen, ist eine eigenständige Funktion möglich. Die Befestigung der Statorteilelemente mit Hilfe der Verspannungsstiftelemente an dem Basisplattenelement ermöglicht eine separate Vor- und danach eine komplexe Endmontage.

Die Statorteilelemente können aus einzelnen Blechstapeln bestehen oder massiv sein.

Vorteilhaft ist die Lagereinheit als ein Gleitlagerbetätigungselement ausgebildet, das in und auf dem Stegelement verstellbar liegt. Dadurch, daß das Gleitlagerbetätigungselement teilweise in das Stegelement hineinragt, wird ein Drehpunkt bei einem rotierenden Bewegungselement oder Führungsschienen bei einem linear ²® bewegten Bewegungselement definiert. Die auf dem Stegelement aufliegenden Teile des Gleitlagerbetätigungselements sorgen dabei für eine definierte Beabstandung der bewegbaren gegenüber der stationären Einheit.

Für einen Einsatz des Bewegungssensors als Drehwinkelsensor oder translatorischer Sensor, d. h. Linearsensor, ist analog dazu das Magnetelement entsprechend ausgebildet. Das heißt, daß bei einem Drehwinkelsensor das Magnetelement als Ringelement mit entsprechenden Magnetpo-

^Q lungsunterteilungen unterteilt ist und bei einem translatorischen Sensor die Form zweier parallel laufender Schienen mit entsprechenden Magnetpolendungen hat. Die beiden Schienen laufen dabei zu beiden Seiten der im wesentlichen rechteckig ausgebildeten Statorteilelemente unter Belassung des Luftspaltes und im rechten Winkel zu der Abstandsausnehmung entlang.

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Vorteilhaft ist es, wenn die Lagereinheit eine Lagerbuchse ist, die um einen Lagerzapfen, der in einem Zentriergefäß gehalten ist, drehbar angeordnet ist. Hierdurch wird eine freie und komfortable Lagerung erreicht. Dadurch, daß um den Lagerzapfen eine Lagerbuchse sich dreht, wird zum einen erreicht, daß sämtliche Bewegungen der rotierenden Einheit mit ihren Elementen sofort gegenüber der stationären Einheit mit ihren Elementen ausgelenkt wird. Das führt zu einer Erhöhung der Meßgenauigkeit des Sensors.

Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit bestehen das Basisplattenelement, das Basiselement und das Stegelement aus einem nicht magnetisierbaren Material. Das Basisplattenelement kann dabei aus Aluminium hergestellt sein, selbstverständlich sind auch andere nichtmagnetisierbare Metalle einsetzbar. Das Basiselement und das Stegelement sind aus einem nichtleitenden Kunststoff geformt. Durch die Verwendung dieses formbaren Materials ist eine leichte Einformbarkeit des bereits mit den Statorteilelementen versehenen Basisplattenelements möglich. Erleichtert wird darüber hinaus die Justierbarkeit der einzelnen Teile der stationären Einrichtung.

Das Magnethalterungselement hingegen besteht aus einem ferromagnetischen Material.

Vorteilhaft ist es, wenn das Gefäßelement aus einem leitenden Kunststoff geformt ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß das Gefäßelement und das Gleitlagerbetätigungselement aus leitendem Kunststoff hergestellt sind. Als leitender Kunststoff ist dabei ein elektrisch leitfähiges Langfasergranulat mit einem Stahlfaseranteil von l - 10 Gew.-% einsetzbar. Das Langfasergranulat kann dabei bis zu 60 Gew.-% Faserlängen aufweisen, die der Schmelzlänge der extrudierten Stränge entsprechen. Hierbei können z. B. Längen von 10 mm ein-

mente aus dem speziellen leitenden Kunststoff wird eine hohe Abschirmung des Sensors insbesondere gegenüber elektromagnetischen Feldern erreicht, so daß hier gemäß elektromagnetischer Verträglichkeit EMV gesichert ist.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine stationäre Einheit eines Drehwinkelsensors,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine schematische Einheit eines translatorischen Sensors,

Fig. 3 einen Schnitt durch die stationäre Einheit gemäß

den Fig. 1 und 2 entlang der Linie III - III, ergänzt um eine bewegbare Einheit,

Fig. 4 eine weitere Ausfuhrungsform eines Drehwinkel- ^^u sensors in einer Draufsicht und

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Drehwinkelsensor gemäß Fig. 4 entlang der Linie V-V.

Ein Bewegungssensor gemäß den Fig. 1, 2 und 3 setzt sich aus

- einer stationären Einheit 20 (120), und

- einer bewegbaren Einheit 20' (120')

zusammen.
30

Die stationäre Einheit 20 (120) besteht aus einem Statorelement 21 (121), das aus Statorteilelementen 21.1, 21.2 (121.1, 121.2) besteht. Zwischen sich lassen die Statorteilelemente 21.1, 21.2 (121.1, 121.2) eine Abstandsausnehmung 21" (121") frei. Die Statorteilelemente 21.1, 21.2 (121.1, 121.2) sind an einem Basisplattenelement 10 (110) mit Hilfe von Spannungsstiftelementen 31.1, ...

31.4 (131.1, ... 131.6) gehalten. Das Basisplattenelement 10 (110) besteht vorzugsweise aus einem geformten Aluminiumblech. Das Basisplattenelement 10 (110) ist in ein Basiselement 23' (123') eingezogen. Das Basiselement

23' (123') setzt sich in ein Stegelement 23" (123") fort. Beide sind einstückig aus Kunststoff geformt. Gegenüber der Abstandsausnehmung 21" (121") ist eine Zentralausnehmung 21' (121') in das Basiselement 10 (110) eingebracht. In die Abstandsausnehmung 21" (121") ragt ein Hallelement 22 (122) hinein.

Bei einer Ausbildung des Bewegungssensors als Drehwinkelsensor ist das Basiselement 23' rund ausgebildet, an das sich das Stegelement 23" als ringförmiges Teil an-

¹^ schließt. Ebenso hat das Basisplattenelement 10 eine runde Konfiguration. Die Statorteilelemente 21.1, 21.2 sind apfelsinenscheibenförmig ausgebildet. Die zur Abstandsausnehmung 21" zeigenden Ecken der apfelsinenscheibenförmig ausgebildeten Statorteilelemente 21.1 und 21.2

²^ sind um etwa 45° abgeschrägt. Die aus einzelnen Blechpaketen bestehenden oder einstückig ausgebildeten Statorteilelemente 21.1 und 21.2 werden durch jeweils zwei Verspannungsstiftelemente 33.1 und 33.2 sowie 33.3 und 33.4 am runden Basiselement 10 gehalten. Die Verspannungsstiftelemente können dabei durchgehende Stifte, vorzugsweise aus Aluminium sein, die auf der Oberseite der Statorteilelemente 21.1 und 21.2 und an der Unterseite des runden Basisplattenelementes entsprechend vernietet sind. Hierdurch werden auch Blechstapel sicher und spannungsfrei zusammengehalten.

Bei einer Ausbildung des Bewegungssensors als translatorischer Sensor ist das Basiselement 123' in Form von zwei sich gegenüberliegenden Streifen ausgebildet, die zwischen sich das im wesentlichen rechteckig geformte Basisplattenelement 110 halten. An beiden Außenseiten des Basiselements 123' ist jeweils ein streifenförmiges

Stegelement 123" angeformt. Auf dem Basisplattenelement werden unter Belassung der Abstandsausnehmung 121" sich gegenüberliegend die im wesentlichen rechteckig ausgebildeten Statorteilelemente 121.1 und 121.2 mit Hilfe der Verspannungsstiftelemente 133.1, ... 133.6 befestigt. Unter der Abstandsausnehmung 121" ist die Zentralausnehmung 121' positioniert. In die im wesentlichen rechteckig ausgebildete Abstandsausnehmung 121" ragt das Hallelement 122.

Die bewegbare Einheit 20' (120') besteht, wie insbesondere Fig. 3 zeigt, aus einem Magnetelement 24 (124). Das Magnetelement 24 (124) wird von einem Magnethalterungselement 26 (126) gehalten. Dieses wiederum wird von

einem Gleitlagerbetätigungselement 27 (127) gehalten. Auf dem Gleitlagerbetätigungselement 27 (127) ist ein Betätigungselement 28 (128) angeordnet.

Bei einer Ausbildung des Bewegungssensors als Drehwinkelsensor wird eine im wesentlichen rund ausgebildete rotierende Einheit 20' gegenüber der rund ausgebildeten stationären Einheit 20 positioniert. Das Magnetelement 24 ist dabei ringförmig ausgebildet und läßt zwischen sich und den Statorteilelementen 21.1 und 21.2 einen Luftspalt 24 frei. Das ringförmige Magnetelement 24 wird von dem hohlzylinderförmig ausgebildeten Magnethalterungselement 26 gehalten. Über dieses stülpt sich das gleichfalls hohlzylinderförmig ausgebildete Gleitbetätigungselement 27. Das Gleitbetätigungselement 27 ragt dabei teilweise in das rund ausgebildete Stegelement hinein und liegt mit dem übrigen Teil auf ihm. Die rund ausgebildete stationäre und rotierende Einheit 20 bzw. 20' sind von einem Gehäuseelement 23 umgeben. Das Gehäuseelement ist, soweit es die stationäre Einheit 20 und die rotierende Einheit 20' umfaßt, im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Am Gehäuseelement 22 ist das Basiselement 23' fest angeordnet, während das Gleitlager-

betätigungselement 27 in ihm darübergelagert ist. Zur besseren und festen Halterung des Gleitlagerbetätigungselements ragt das Gehäuseelement 23 an den oberen Ecken leicht an die angeschrägten Ecken des Gleitlagerbetätigungselements heran.

Bei einer Ausbildung des Bewegungssensors als translatorischer Sensor ist das Magnetelement 124 als zwei parallele Streifen ausgebildet, die unter Belassung eines Luftspalts 125 zu beiden Seiten der hintereinander liegenden und rechteckig ausgebildeten Statorteilelemente 120.1 und 120.2 liegen. Das Magnethaiterungselement 126, das die beiden Streifen des Magnetelements 124 hält, ist im wesentlichen kastenförmig mit zwei sich gegenüberliegenden offenen Seiten ausgebildet, über das sich das ähnlich ausgebildete Gleitlagerbetätigungselement 127 haltend legt. Auch hier ragt das Gleitlagerbetätigungselement teilweise in das Stegelement 123" hinein bzw. liegt auf ihm. Das Gehäuseelement 123, in

²^ dem das Basiselement 123' fest angeordnet und das Gleitlagerbetätigungselement 127 beweglich angeordnet ist, ist im wesentlichen als an wenigstens einer Seite offener rechteckiger Kasten ausgebildet. Mit Hilfe des Betätigungselements 128 kann die verschiebbare Einheit

^5 120' verschoben sowie ebenso beim Drehwinkelsensor durch das Betätigungselement 28 die rotierende Einheit 20' verstellt werden.

In den Fig. 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Drehwinkelsensors als Bewegungssensor dargestellt. Die stationäre Einheit 20 und die rotierende Einheit 20' sind im wesentlichen so aufgebaut wie bereits beschrieben. Die Statorteilelemente 21.1 und 21.2 werden unter Belassung einer Abstandsausnehmung 21" von dem Basiselement 10 gehalten. Das Basisplattenelement 10 ist in dem Basiselement 23' eingeformt, das in das Stegelement 23" übergeht. Um die Statorteilelemente 21.1 und 21.2

bewegt sich unter Belassung des Luftspaltes 25 das ringförmig ausgebildete Magnetelement 24. Das Magnetelement 24 wird von einem im wesentlichen zylinderförmig ausgebildeten Magnethalterungselement 26 gehalten. Wesentlich ist, daß das Magnethalterungseleraent 26 in einer Lagerbuchse 30 angeordnet ist. Die Lagerbuchse 30 ist drehbar um einen Lagerzapfen 31 angeordnet, der in einem Zentrierzapfen 32 positioniert ist. Durch diese besondere Form der Lagerung der rotierenden Einheit 20' wird eine einfache und komfortable Bewegungsfreiheit der rotierenden Einheit 20' und damit eine hohe Meßgenauigkeit gewährleistet.

Das Basisplattenelement 10 (110) ist ebenso wie die Verspannungsstiftelemente 33.1, ... 33.4 (133.1, ... 133.6) aus Aluminium hergestellt. Hierdurch ist vor allem eine schnelle und exakte Vernietung möglich. Das Basiselement 23' (123') mit den angeformten Stegelementen 23" (123") sind aus einem nicht leitbaren

²^ Kunststoff hergestellt. Das Magnethalterungselement 26 (126) besteht aus einem ferromagnetischen Material. Das Gehäuseelement 23 (123) besteht aus einem leitenden Kunststoff. Ebenso kann das Gleitlagerbetätigungselement 27 (127) aus einem leitenden Kunststoff hergestellt ° sein. Es kann aber auch aus einem anderen Material bestehen. Das daran befestigte Betätigungselement 28 (128) kann dabei als Welle oder Stößel aus Metall, Hartkunststoff oder dergleichen hergestellt sein.

Als leitender Kunststoff kommt ein elektrisch leitfähiges Langfasergranulat mit 1-10 Vol.-% Edelstahlfilamenten zu Einsatz. Wesentlich ist, daß die Langfasergranulate Fasergehalte bis zu 60 Gew.-% und Faserlängen entsprechend der Schnittlänge der extrudierten Stränge, z.B. von 10 mm aufweisen. Hierdurch erreicht die Gehäuseeinheit 23 (123) bzw. das Gleitlagerbetätigungselement 27 (127) eine hohe Steifigkeit und eine sehr hohe

Zähigkeit. So beträgt die Zugfestigkeit bis zu 79,35 N/mm² bei einem Zug-E-Modul von bis zu 4830 N/mm². Erreicht werden Biegefestigkeiten bis zu 122,82 N/mm². Die

Schlagzähigkeit erreicht Werte bis zu 88,4 J/m. Wesent-5

lieh sind darüber hinaus die abschirmenden Eigenschaften, die einen Durchgangsfehlerstand bis zu 100 Ohm &khgr; cm, in Abschirmung bei einem Ghz bis zu 70 dB und eine elektrostatische Ladung von 0,03 s erreichen. Elektrisch

leitfähige bzw. aktive Teile, wie z. B. Steckkontaktele-10

mente 34, werden mit einem elektrisch nicht leitenden Kunststoff umgeben, damit sie gegenüber dem elektrisch leitenden Kunststoff elektrisch isoliert sind. Ebenso sind Anschlußöffnungen in dem aus elektrisch leitenden Kunststoff hergestellten Teilen ausgebildet. Erreicht

wird durch diese Maßnahme, daß der Bewegungssensor 20 EMV-(Elektromagnetische Verträglichkeit) gesichert ist. Das elektrisch leitfähige Material kann in unterschiedlichen Zusammensetzungen eingesetzt werden, so daß die gewünschte Abschirmung, die zwischen 45 und 75 dB betra-

gen kann, gesichert wird. Erreicht wird durch diese Maßnahme darüber hinaus, daß die meßempfindlichen Teile des Bewegungssensors gegen Einflüsse im Motor-Fahrzeugraum und dergleichen sowie vor Öl, Staub, Temperaturschwankungen und dergleichen geschützt ist.

(ABG48 BZ)

Bezugszeichenliste:

1,	100	Basisplattenelement
20,	120	stationäre Einheit
20'	, 120'	bewegbare Einheit
21,	121	Statorelement
21.	1, 21.2,
121	.1, 121.2	Statorteilelement
21"	, 121'	Zentralausnehmung
21"	, 121"	Abstandsausnehmung
22,	122	Hallelement
23,	123	Gefäßelement
23'	, 123'	Basiselement
23"	, 123"	Stegelement
24,	124	Magnetelement
25,	125	Luftspalt
26,	126	Magnethalterungselement
27,	127	Gleitlagerbetätigungselement
28,	128	Betätigungselement
29,	129	Befestigungselement
30		Lagerbuchse
31		Lagerzapfen
32		Zentrierzapfen
31.	1, ... 31.4,
133	.1, ...
133	.6	Verspannungsstiftelemente
34		Steckkontaktelement

Claims (10)

Al (ABG48_SA) Schutzansprüche:

1. Bewegungssensor, aufweisend eine stationäre Einheit (20; 120), eine bewegbare Einheit (20⁷; 120⁷), ein Hallelement (22, 122) und ein Gefäßelement (23; 123), das die stationäre Einheit (20; 120) und die bewegbare Einheit (20'; 120') im wesentlichen umgibt,

- wobei die stationäre und die bewegbare Einheit (20, 20'; 120, 120') im wesentlichen rund für eine Erfassung von Drehbewegungen oder im wesentlichen

²^ gerade für eine Erfassung von Linearbewegungen

ausgebildet sind,

- wobei die stationäre Einheit (20; 120) in dem Gefäßelement (23; 123) feststehend und die bewegbare Einheit (20⁷; 120') bewegbar angeordnet sind,

^° - wobei die stationäre Einheit (20; 120) aus einem

Basishalterungselement (23'; 123⁷), an dem ein Stegelement (23"; 123") und in dem ein Basisplattenelement (10; 110) angeordnet ist, an dem mit Verspannungsstiftelementen (33.1, ... 33.4; 133.1, ... 133.6) Statorteilelemente (21.1, 21.2; 121.1,

121.2) unter Belassung einer Abstandsausnehmung (21"; 121"), in die das Hallelement (22; 122) hineinragt, angeordnet sind, besteht,

- wobei die bewegbare Einheit (2O⁷, 120⁷) aus einem Magnetelement (24; 124), das von einer Magnethal-

terungseinheit (26, 27, 28; 30, 31, 32; 126, 127, 128) gehalten ist und das unter Belassung eines

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Luftspaltes (25; 125) gegenüber den Statorteilelementen (21.1, 21.2; 121.1, 121.2) verstellt werden kann, besteht und

- wobei ein Magnethalterungselement (26; 126), das das Magnetelement (24; 124) hält, und eine Lagereinheit (27; 30, 31, 32; 127), das das Magnethalterungselement (26; 126) hält und die mit einem Betätigungselement (28; 128) verbunden ist, die Magnethalterungseinheit bilden.

2. Bewegungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinheit ein Gleitlagerbetätigungselement (27) ist, das in und auf dem Stegelement

(23»; 123") verstellbar liegt.

3. Bewegungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetelement (24; 124) ringförmig oder als zwei sich gegenüberliegende parallellaufende

Streifen ausgebildet ist.

4. Bewegungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinheit eine Lagerbuchse (30) ist, die um einen Lagerzapfen (31), der in einem Zentrierzapfen (32) gehalten ist, drehbar angeordnet ist.

5. Bewegungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisplattenelement (10; 110), das Basiselement (23'; 123') und das Stegelement (23"; 123") aus einem nicht magnetisierbaren Material bestehen.

6. Bewegungssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisplattenelement (10; 110) aus Aluminium hergestellt ist.

7. Bewegungssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Basiselement (23'; 123') und das

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Stegelement (23"; 123") aus einem nicht leitenden Kunststoff geformt sind.

8. Bewegungssensor nach einem der Ansprüche l bis 7, 5

dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäßelement (23;

123) aus einem leitenden Kunststoff geformt sind.

9. Bewegungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Kunststoff

aus einem elektrisch leitfähigen Langfasergranulat

mit einem Stahlfaseranteil von 1-10 Gew.-% hergestellt ist.

10. Bewegungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ¹^ dadurch gekennzeichnet, daß das Langfasergranulat

bis zu 60 Gew.-% Faserlängen entsprechend der Schmelzlänge der extrudierten Stränge aufweist.