DE3935261A1 - Mehrfachumdrehungswellen-positionssensor mit spielkompensation - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit Wellenpositionssensoren und betrifft insbesondere einen Positionssensor zum Erfassen der Position einer Anordnung, die eine Dre­ hung von mehr als 360° ausführen kann, beispielsweise dem Lenkrad eines Fahr­ zeuges.

Es ist technisch möglich, ein unzweideutiges Signal von einem Drehgeber zum Erfassen der Position einer Welle zu erhalten, die nur eine Umdrehung, d.h. eine Drehung von höchstens 360°, ausführen kann. Dies ist jedoch nicht bei einer Welle der Fall, die in der Lage ist, eine Drehung von mehr als 360° auszuführen. Eine solche Welle wird vorliegend kurz als Mehrfachumdrehungswelle bezeich­ net.

In der Praxis ist es häufig erwünscht, ein eindeutiges Drehstellungssignal auch für eine Mehrfachumdrehungswelle bereitzustellen. Dies gilt beispielsweise für die Erfassung der Position des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges. Typischerweise läßt sich ein Lenkrad zwischen vollem Linkseinschlag und vollem Rechtseinschlag um mehrere Umdrehungen drehen. Eine Erfassung der Wellenposition mit Unsi­ cherheitsfaktoren entsprechend jeweils einer vollen Umdrehung, würde es nicht erlauben, die Position der gelenkten Räder eindeutig zu ermitteln. Ein solches System wäre infolgedessen ohne zusätzliche Maßnahmen für die Anzeige der Kurvenfahrt des Fahrzeuges ungeeignet.

Dieses Problem läßt sich lösen, wenn als Teil der Sensorvorrichtung zweckent­ sprechende Hilfseinrichtungen vorgesehen werden. Beispielsweise kann ein me­ chanisches Untersetzungsgetriebe benutzt werden, um die Mehrfachumdrehungs­ bewegung in eine Bewegung einer Hilfswelle von weniger als 360° umzusetzen. Ein auf dieser Hilfswelle angeordneter Drehgeber kann auf diese Weise Mehr­ deutigkeiten vermeiden. Stattdessen ist es auch möglich, einen auf der Haupt­ welle sitzenden Drehgeber an ein elektronisches System anzuschließen, das die Drehungen sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn zählt, um auf diese Weise Mehrdeutigkeiten zu vermeiden. Wegen der Mängel, mit denen solche Systeme behaftet sind, beispielsweise dem mechanischen Spiel im Falle eines mechanischen Untersetzungsgetriebes und dem Bedarf an komplizier­ ten Zusatzschaltungen bei elektronischen Systemen, besteht in der einschlägigen Technik ein Bedürfnis nach einem einfachen System zur eindeutigen Erfassung der Position einer Mehrfachumdrehungswelle.

Bei typischen mechanisch gekoppelten Sensoren, die nicht toleranzfrei aufgebaut sind, tritt ein Spiel auf, welches das Betriebsverhalten, die Genauigkeit und die Wiederholbarkeit der Sensoreinrichtung beeinträchtigt. Im Langzeiteinsatz hat das Spiel aufgrund von Verschleißerscheinungen die Tendenz, noch größer zu werden, wodurch das Betriebsverhalten weiter verschlechtert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Positionssensor zum Erfassen der Position einer Mehrfachumdrehungswelle zu schaffen, der trotz hoher Ge­ nauigkeit und guter Reproduzierbarkeit relativ einfach aufgebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den Maßnahmen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Der erfindungsgemäße Positionssensor zum Erfassen der Position einer Mehr­ fachumdrehungswelle, wie sie beispielsweise in Verbindung mit einem Fahr­ zeuglenkrad vorgesehen ist, arbeitet in zwei Stufen.

Zunächst wird die Drehbewegung der Mehrfachumdrehungswelle in eine lineare Bewegung umgesetzt. Dies erfolgt durch die Verwendung einer Mehrfachumdre­ hungsspindel und einer nichtdrehbaren Mutter. Die nichtdrehbare Mutter sitzt auf der Mehrfachumdrehungsspindel, die sich in der gleichen Weise wie die Welle dreht, deren Position erfaßt werden soll. Die Mehrfachumdrehungsspindel bewirkt eine lineare Bewegung der nichtdrehbaren Mutter. Eine Feder spannt die nichtdrehbare Mutter ständig in einer Axialrichtung vor, um Spiel an den Gewin­ deeingriffsflächen von Mutter und Spindel zu beseitigen.

Sodann wird diese lineare Bewegung in ein elektrisches Wellenpositionssignal umgewandelt. Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geschieht dies aufgrund der Änderung eines magnetischen Flusses. Ein Magnet, bei dem es sich vorzugsweise um einen Dauermagneten handelt, ist auf der nichtdrehbaren Mutter montiert, und er wird entsprechend der Linearbewe­ gung der nichtdrehbaren Mutter verstellt. Die lineare Bewegung des Magneten wird unter Verwendung einer Magnetowiderstandsanordnung in ein elektrisches Signal umgewandelt.

Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform wird eine einzige Magnetowi­ derstandsanordnung vorgesehen. Zwei Flußplatten werden auf beiden Seiten der linearen Bewegungsstrecke des Magneten angeordnet. Diese Flußplatten begren­ zen gegenüber dem einen Ende der linearen Bewegungsstrecke des Magneten einen engen Spalt. Die einzige Magnetowiderstandsanordnung wird in diesen en­ gen Spalt gesetzt. Der von dem Magneten ausgehende magnetische Fluß, der von der Magnetowiderstandsanordnung in dem engen Spalt zwischen den Flußplatten erfaßt wird, ändert sich in Abhängigkeit von der Position des Magneten entlang der linearen Bewegungsstrecke. Ein Stromkreis mißt den sich in Abhängigkeit von dem Magnetfluß ändernden Widerstand der Magnetowiderstandsanordnung und erzeugt ein elektrisches Positionssignal, das kennzeichnend für die Drehstel­ lung der Mehrfachumdrehungswelle ist.

Eine Linearität des Ansprechverhaltens kann auf mehrerlei Weise sichergestellt werden. Vorzugsweise wird ein Flußshunt zwischen dem Ort einer Magnetowi­ derstandsanordnung und der Bewegungsstrecke des Magneten vorgesehen. Dadurch wird sichergestellt, daß der die Magnetowiderstandsanordnung durchsetzende magnetische Fluß in erster Linie auf den Fluß über die beiden Flußplatten und nicht auf das Nahfeld des Magneten zurückzuführen ist. Der Abstand der Flußplatten von der linearen Bewegungsstrecke des Magneten wird so eingestellt, daß für eine lineare Widerstandsänderung der Magnetowiderstandsanordnung oder -anordnungen gesorgt ist. Dies führt zu einem stärkeren oder schwächeren magnetischen Fluß von dem Magneten in den Flußplatten, wenn der Abstand größer oder kleiner wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine zweite nichtdrehbare Mutter auf die Mehrfachumdrehungsspindel an einer von der ersten Mutter axial in Ab­ stand liegenden Stelle gesetzt. Eine Feder wird zwischen den beiden Muttern an­ geordnet und axial zusammengedrückt, um auf die beiden nichtdrehbaren Mut­ tern ständig in entgegengesetzten Richtungen weisende Kräfte aufzubringen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß eine im wesentlichen konstante axiale Vorspannkraft auf die den Magneten tragende, nichtdrehbare Mutter über den vollen Bereich ihrer Linearbewegung aufgebracht wird, wodurch jedes mechani­ sche Spiel an den Eingriffsflächen zwischen der Mehrfachumdrehungsspindel oder -welle und der einen Dauermagneten tragenden, nichtdrehbaren Mutter im wesentlichen eliminiert wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Art der Umsetzung der Drehbewegung der Mehrfachum­ drehungswelle in eine lineare Bewegung;

Fig. 2 die magnetischen Komponenten der bevorzugten Ausführungs­ form des Positionssensors bei Verwendung einer Magnetowi­ derstandsanordnung;

Fig. 3 den elektrischen Stromkreis der bevorzugten Ausführungsform des Positionssensors;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die bevorzugte Ausführungsform eines Posi­ tionssensors für eine Mehrfachumdrehungswelle;

Fig. 5 einen Schnitt entlang den Linien V-V der Fig. 4, der Einzelhei­ ten des Innenaufbaus des Sensors erkennen läßt;

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 5;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Sensormontageblockes der Sensoranordnung nach Fig. 4;

Fig. 8 in verkleinertem Maßstab eine Stirnansicht des Sensormonta­ geblockes nach Fig. 7;

Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX der Fig. 8;

Fig. 10 eine Ansicht des Sensormontageblockes der Fig. 8 von unten;

Fig. 11 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht zweier nichtdrehbarer Muttern zur Montage mit zwei innenliegenden Vorspannfedern; und

Fig. 12 eine aufgebrochene Seitenansicht einer Mehrfachumdrehungs­ welle zur Verwendung bei dem Sensor nach Fig. 4 zusammen mit den nichtdrehbaren Muttern der Fig. 11.

Fig. 1 zeigt in vereinfachter Form den mechanischen Teil des vorliegenden Posi­ tionssensors, welcher die Mehrfachumdrehungsbewegung der Welle in eine li­ neare Bewegung umsetzt. Die Mehrfachumdrehungswelle 10 ist mit der Welle, deren Position ermittelt werden soll, mechanisch gekoppelt. Diese Verbindung ist in einer solchen Weise ausgeführt, daß eine Korrespondenz zwischen der Dreh­ bewegung der Welle, deren Position zu erfassen ist, und der Mehrfachumdre­ hungswelle oder -spindel 10 besteht. Es ist möglich, die Mehrfachumdrehungs­ welle 10 als Teil der Welle auszubilden, deren Position erfaßt werden soll. Statt­ dessen kann die Mehrfachumdrehungswelle 10 mit einer solchen Welle auch über ein Getriebe oder über ein Riemensystem gekoppelt sein.

Die Mehrfachumdrehungswelle 10 weist ein Gewinde 15 auf. Auf der Welle 10 sitzen an den betreffenden Enden des Gewindes 15 Endanschläge 20 und 25. Die Endanschläge 20 und 25 hindern eine nichtdrehbare Mutter 30 daran, von den Enden des Gewindes 15 abzurutschen. Bei der bevorzugten Ausführungsform entsprechen die Endanschläge 20 und 25 dem zulässigen Bewegungsbereich der Welle, deren Position erfaßt werden soll. Ein Magnet 40 ist mit der nichtdrehba­ ren Mutter 30 über einen Schaft 35 gekoppelt. Bei dem Magneten 40 handelt es sich vorzugsweise um einen Dauermagneten.

Aus Fig. 1 ist zu erkennen, wie die drehende Bewegung in eine lineare Bewegung umgesetzt wird. Wenn sich die Mehrfachumdrehungswelle 10 dreht, bewirkt das Gewinde 15, daß sich die nichtdrehbare Mutter 30 linear zwischen den Endan­ schlägen 20 und 25 verlagert. Dies hat seinerseits zur Folge, daß sich der Magnet 40 entlang einer linearen Bahn oder Strecke 45 zwischen einem ersten Ende 43 und einem zweiten Ende 47 bewegt. Die lineare Bewegung des Magneten 40 wird genutzt, um in der weiter unten näher erläuterten Weise ein elektrisches Posi­ tionssignal zu erzeugen. Es sind Mittel vorgesehen, welche auf die Mutter 30 eine konstante axiale Vorspannkraft - angedeutet durch Pfeile 41 - aufbringen, um Spiel zu beseitigen, während die Mutter innerhalb ihres Bewegungsbereichs zwi­ schen den Endanschlägen 20 und 25 verschoben wird.

Fig. 2 zeigt die magnetischen Komponenten entsprechend der bevorzugten Aus­ führungsform des vorliegenden Positionssensors. Zu beiden Seiten der Bahn 45 des Magneten 40 befindet sich jeweils eine von zwei Flußplatten 50 und 55. Diese Flußplatten 50 und 55 umgreifen die Bahn 45 des Magneten 40 von deren erstem Ende 43 bis zum zweiten Ende 47. Die Welle 10, das Gewinde 15, die Endan­ schläge 20 und 25 sowie die Mutter 30 sind in Fig. 2 der besseren Übersicht hal­ ber nicht dargestellt. Diese Teile befinden sich unterhalb der in Fig. 2 veran­ schaulichten Flußplatten 50 und 55. Jenseits des ersten Endes 43 begrenzen die Flußplatten 50 und 55 zwischen sich einen engen Spalt 53. Eine Magnetowider­ standsanordnung 70 sitzt in diesem engen Spalt 53. Ein Flußshunt 60 ist jenseits des ersten Endes 43 der Bahn 45 zwischen der Magnetowiderstandsanordnung 70 und dem Magneten 40 vorgesehen.

Die Position der Mehrfachumdrehungswelle 10 wird anhand des magnetischen Flusses in dem engen Spalt 53 erfaßt. Die Flußplatten 50 und 55 sowie der Flußshunt 60 bestehen aus einem Werkstoff mit hoher magnetischer Permeabli­ tät, beispielsweise Stahl. Daher suchen die Flußplatten 50 und 55 sowie der Flußshunt 60 die von dem Magneten 40 erzeugten magnetischen Feldlinien zu veranlassen, diesen Bauteilen zu folgen. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ändert sich der Abstand 57 zwischen der Bahn 45 und der Flußplatte 55 in Abhängigkeit von der Position entlang der Bahn 45. Der Abstand der Flußplatte 50 von der Bahn 45 variiert in ähnlicher Weise. Infolgedessen berührt eine größere Anzahl von magnetischen Flußlinien des Magneten 40 die Flußplatten 50 und 55, wenn der Magnet 40 näher dem ersten Ende 43 der Bahn 45 steht. Weil die Flußplatten 50 und 55 aus einem Werkstoff von hoher magnetischer Permeabilität bestehen, fol­ gen im wesentlichen alle Flußlinien, welche die Flußplatten 50 und 55 berühren, diesen Flußplatten; sie erscheinen dementsprechend in dem engen Spalt 53. Die Magnetowiderstandsanordnung 70 sitzt in dem engen Spalt 53, um die Größe des magnetischen Flusses zu ermitteln. Der elektrische Widerstand der Magnetowi­ derstandsanordnung 70 nimmt in der Gegenwart von unterschiedlichen magneti­ schen Feldstärken unterschiedliche Werte an. Der Widerstand der Magnetowi­ derstandsanordnung 70 ist infolgedessen ein Maß für die Position des Magneten 40 entlang der Bahn 50 und damit für die Position der Mehrfachumdrehungswelle 10. Der Flußshunt 60 ist vorgesehen, um die Linearität der Beziehung zwischen dem Widerstand der Magnetowiderstandsanordnung 70 und der Position des Magneten 40 zu steigern. Der Flußshunt 60 verhindert, daß der von dem Magne­ ten 40 ausgehende Nahfeld-Magnetismus die Magnetowiderstandsanordnung 70 unmittelbar erreicht, d.h. ohne den Flußplatten 50 und 55 zu folgen. In Abwesen­ heit des Flußshunts 60 würde von dem Magneten 40 ausgehender Magnetfluß die Magnetowiderstandsanordnung 70 unmittelbar von dem Magneten 40 aus errei­ chen, insbesondere wenn der Magnet 40 nahe dem ersten Ende 43 steht. Dieses unmittelbare Auftreffen von magnetischem Fluß würde zu einer nichtlinearen Beziehung zwischen dem Widerstand der Magnetowiderstandsanordnung 70 und der Position des Magneten 40 führen.

Eine weitere Linearisierung kann über den Abstand 57 zwischen der Bahn 45 und den Flußplatten 50 und 55 erfolgen. Die Form des Verlaufs der Flußplatten 50 und 55 bestimmt die Beziehung zwischen der Position des Magneten 40 entlang der Bahn 45 und dem Fluß, der in dem engen Spalt 53 erscheint. Es ist möglich, einen nichtlinearen Verlauf der Flußplatten 50 und 55 vorzusehen, um Nichtli­ nearitäten in dem Ansprechverhalten der Magnetowiderstandsanordnung 70 auf den magnetischen Fluß zu kompensieren.

Fig. 3 zeigt in schematischer Form den Stromkreis zum Ermitteln des Widerstan­ des der Magnetowiderstandsanordnung 70. Entsprechend der bevorzugten Aus­ führungsform ist die Magnetowiderstandsanordnung als eine Wheatstone-Brücke ausgelegt. Dies erlaubt eine größere Empfindlichkeit gegenüber Änderungen des Widerstandes, die von sich ändernden Magnetfeldern verursacht werden. Zur Speisung der gegenüberliegenden Anschlüsse 2 und 4 der Wheatstone-Brücke der Magnetowiderstandsanordnung 70 ist eine Konstantstromquelle 72 vorgesehen. Die an den beiden anderen Anschlüssen 1 und 3 der Brücke auftretende Span­ nungsdifferenz wird gemessen. Die Spannung am Anschluß 1 wird dem invertie­ renden Eingang eines Operationsverstärkers 74 zugeführt, während die Spannung am Anschluß 3 an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 74 geht. Das an dem Ausgangsanschluß 76 des Operationsverstärkers 74 auftretende Ausgangssignal ist daher ein Maß für die Widerstandsdifferenz innerhalb der Magnetowiderstandsanordnung 70.

Die Fig. 4 bis 12 zeigen zusammen bauliche Einzelheiten der bevorzugten Aus­ führungsform des Positionssensors, die im wesentlichen in der oben anhand der Fig. 1 bis 3 erläuterten Weise arbeitet. In den Fig. 4 und 5 ist ein Positionssen­ sor 80 im zusammengebauten Zustand dargestellt; er weist ein im wesentlichen kubisches Gehäuse 82 auf, das einen Innenraum 84 bildet, der mittels eines Deckels 86 verschlossen wird. Das Gehäuse 82 und der Deckel 86 werden über zweckentsprechende Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben 88, zusam­ mengehalten. In dem Gehäuse 82 und dem Deckel 86 sind miteinander fluchtende Durchlässe 90 und 91 zur Aufnahme von Montage-Hardware (nicht dargestellt) ausgebildet. Das Gehäuse 82 und der Deckel 86 bestehen aus einem Werkstoff, beispielsweise Stahl, der für einen der beabsichtigten Anwendung ent­ sprechenden robusten Aufbau und für eine Isolierung gegenüber externen Quel­ len von magnetischer Strahlung und Hochfrequenzstrahlung sorgt. In dem Ge­ häuse 82 und dem Deckel 86 sind ferner miteinander fluchtende abgestufte Öff­ nungen 92 bzw. 94 ausgebildet. Eine Welle oder Spindel 96 erstreckt sich durch die Öffnungen 92 und 94 sowie durch den Innenraum 84 hindurch. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, ist nahe dem unteren Ende der Welle 96 ein nach außen vorsprin­ gender Ringflansch 98 ausgebildet, der sich in eine Abstufung der Öffnung 92 einlegt und als Axiallager dient, das eine Verlagerung der Welle 96 gegenüber dem Gehäuse 82 nach oben begrenzt. In ähnlicher Weise ist am oberen Ende der Welle 96 ein Ringflansch 100 vorgesehen, der an einem geteilten Axiallager 102 in der abgestuften Öffnung 94 anliegt. Das Axiallager 102 wird von einem Posi­ tionierring 104 gehalten, der seinerseits in Axialrichtung von einem Schnappring 108 abgestützt wird, der in eine sich radial nach innen öffnende Nut 109 in der Öffnung 94 des Deckels 86 eingreift. Im montierten Zustand wird daher die Welle 96 in Axialrichtung in der veranschaulichten Position mit Bezug auf das Gehäuse 82 und den Deckel 86 gehalten, während sie sich um ihre Achse drehen kann. In der Öffnung 94 sitzt ein Axiallagerring 106. Eine gewellte Feder 111 ist zwischen dem Axiallagerring 106 und dem Deckel 86 angeordnet, um die Welle 96 nach unten vorzuspannen und dadurch Positionsänderungen des Magneten 134 aufgrund von notwendigen Toleranzen zu eliminieren. Das obere und das untere Ende der Welle 96 sind mit zweckentsprechenden Verzahnungen 110 und 112 zur Ankupplung an andere Teile eines Hostsystems (beispielsweise einer Lenkvor­ richtung) versehen.

Der mittlere Teil der Welle 96 bildet ein Spindelgewinde 114, das in Axialrich­ tung durch den Innenraum 84 hindurchreicht. Wie am besten aus den Fig. 11 und 12 hervorgeht, stehen mit dem Gewinde 114 zwei Muttern 116 und 118 in­ nerhalb des Hohlraums 84 in Gewindeeingriff. Die Muttern 116 und 118 sind mit untereinander fluchtenden Gruppen von Sacklöchern 120 bzw. 122 zur Aufnahme von Schraubenfedern 124 versehen. Die Muttern 116 und 118 tragen jeweils zwei einander diagonal gegenüberliegende, nach außen vorstehende Führungsstifte 126 bzw. 128, die mit Preßpassung in Sacklöchern 130 bzw. 132 sitzen. Ein in Um­ fangsrichtung polarisierter, im wesentlichen zylindrischer Dauermagnet 134 sitzt mit Preßsitz in einer Magnethalterung 136, die von der Mutter 116 getragen wird und mit dieser über zweckentsprechende Mittel, beispielsweise Schrauben 138, verbunden ist.

Entsprechend den Fig. 5 und 6 sind in dem den Innenraum 84 umschließenden inneren Teil des Gehäuses 82 zwei in lotrechter Richtung verlaufende, einander gegenüberliegende, nach innen reichende Führungsschlitze 140 ausgebildet, die so bemessen sind, daß sie die Führungsstifte 126 und 128 der Muttern 116 bzw. 118 lose aufnehmen. Im montierten Zustand werden die Muttern 116 und 118 dadurch an einer Drehung gegenüber dem Gehäuse 82 gehindert, während sie in lotrechter Richtung zwischen einer oberen Endstellung, in welcher sich die Oberseite der Mutter 118 gegen die Unterseite des Deckels 86 anlegt, und einer unteren Endstellung, in welcher die Unterseite der Mutter 116 mit dem den Bo­ den des Hohlraums 84 bildenden Teil des Gehäuses 82 in Kontakt kommt, linear verstellbar sind.

Wie am besten aus den Fig. 5 und 12 hervorgeht, sind die Muttern 116 und 118 in Axialrichtung um einen festen Abstand geringfügig gegeneinander versetzt und so angeordnet, daß die Sacklöcher 120 und 122 zur Aufnahme der Federn 124 miteinander ausgerichtet sind. Die Federn 124 sind unter Druckbeanspruchung vorgespannt, und sie suchen infolgedessen die Mutter 116 nach unten sowie gleichzeitig die Mutter 118 nach oben zu drücken. Diese Vorspannwirkung ist un­ abhängig von der Relativlage der Muttern 116 und 118 auf der Welle 96. Das be­ deutet, daß die Vorspannwirkung innerhalb des linearen Arbeitsbereiches der Muttern 116 und 118 als kontinuierlich und konstant angesehen werden kann. Durch das Vorspannen der Muttern 116 und 118 in entgegengesetzten Richtun­ gen wird praktisch jedes Spiel an den Gewindeeingriffsflächen zwischen den Mut­ tern 116 und 118 sowie dem Gewinde 114 der Welle 96 eliminiert. Wenn daher der Sensor 80 Vibrationen, mechanischer Abnutzung und anderen Arbeitsbean­ spruchungen ausgesetzt wird, bleibt eine verläßliche und wiederholbare Positio­ nierung des Magneten 134 sichergestellt.

Entsprechend den Fig. 5 und 6 ist der Hohlraum 84 so ausgebildet, daß er einen Sensormontageblock 142 und einen Schaltungsmontageblock 144 aufnimmt. Die Montageblöcke 142 und 144 werden in den veranschaulichten Stellungen vorläu­ fig, beispielsweise mittels Kleber, so gehalten, daß sie die Bewegung der Muttern 116 und 118 in dem Hohlraum 84 nicht behindern. Die Blöcke 142 und 144 sind aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff, beispielsweise Kunststoff, gefertigt, und sie werden im fertigmontierten Zustand in den veranschaulichten Stellungen durch ein System von Führungsspitzen 146 gehalten, die sich in entsprechende konische Ausnehmungen 148 einlegen, welche in der Unterseite des Deckels 86 und in dem die Unterseite des Hohlraumes 84 bildenden unteren Teil des Ge­ häuses 82 ausgebildet sind.

In den Fig. 7 bis 10 sind Einzelheiten des Sensormontageblockes 142 veran­ schaulicht. Bei dem Block 142 handelt es sich um eine im wesentlichen recht­ eckige Anordnung, in welcher eine in Axialrichtung langgestreckte Montageauf­ nahmeöffnung 150 ausgebildet ist, die sich über nahezu die gesamte Länge des Blockes 142 erstreckt. Die Öffnung 150 ist an der Unterseite und an der den Mut­ tern 116 und 118 zugewendeten Innenwand des Blockes 142 offen, so daß sich (entsprechend Fig. 5) die Magnethalterung 136 und der Magnet 134 in die Öff­ nung 150 hineinerstrecken können, ohne die Wandungen der Öffnung zu berüh­ ren. Zwei symmetrische, nach oben zusammenlaufende Flußplatten-Aufnahme­ schlitze 152 und 154 stehen mit dem oberen Ende der Magnetaufnahmeöffnung 150 in Verbindung und enden dort, wo sie sich am weitesten gegenseitig an­ nähern, benachbart einer Aufnahmeöffnung 156 für die Magnetowiderstandsan­ ordnung 70. Ein gekrümmter Flußshunt-Aufnahmeschlitz 158 verbindet die obe­ ren Enden der Flußplatten-Aufnahmeschlitze 152 und 154 an einer Stelle, die in lotrechter Richtung zwischen der Stelle, wo die Schlitze 152 und 154 mit der Magnetaufnahmeöffnung 150 in Verbindung stehen, und der Aufnahmeöffnung 156 für die Magnetowiderstandsanordnung liegt. Die Schlitze 152, 154 und 158 sowie die Öffnung 156 sind zu der Innenseite des Blockes 142 hin offen, welche im montierten Zustand den Muttern 116 und 118 am nächsten liegt. Der Sensor­ montageblock 142 weist ein abgewinkeltes Führungsteil 160 auf, in welchem ein Drahtdurchführungskanal 162 ausgebildet ist.

Der Schaltungsmontageblock 144 ist in Fig. 6 nur im Umriß dargestellt, und er hat die Aufgabe, die in Fig. 3 schematisch veranschaulichte elektrische Schaltung innerhalb des Gehäuses 82 zu isolieren und aufzunehmen. Bei dem Block 144 kann es sich um einen Hohlkörper handeln, der die betreffenden Schaltungskom­ ponenten aufnimmt, wobei letztere durch Vergießen oder auf andere zweckent­ sprechende Weise an Ort und Stelle gehalten sind. Der Einfachheit halber sind diesbezügliche weitere Einzelheiten vorliegend weggelassen.

Wie am besten aus Fig. 6 hervorgeht, sitzen im montierten Zustand die Blöcke 142 und 144 benachbart innerhalb des Hohlraums 84. Die Flußplatten 50 und 55 sind in die betreffenden Aufnahmeschlitze 152 bzw. 154 mit Preßsitz eingesetzt.

In entsprechender Weise wird der Flußshunt 60 von dem Schlitz 158 mit Preßsitz derart aufgenommen, daß seine Endteile in der oben erläuterten Weise in klei­ nem Abstand von den Flußplatten 50 und 55 liegen. Die Magnetowiderstandsan­ ordnung 70 ist innerhalb der Ausnehmung 156 angeordnet und wird mit den obersten Enden der Flußplatten 50 und 55 durch Vergußwerkstoff oder derglei­ chen in symmetrischer Ausrichtung gehalten. Die von der Magnetowider­ standsanordnung 70 abgehenden Drähte sind durch den Kanal 162 hindurch in einen benachbarten, ähnlich ausgebildeten Führungsabschnitt 164 geführt, der in dem Schaltungsmontageblock 144 ausgebildet ist.

Ein Ausgangssignal wird, wie oben erläutert, an dem Anschluß 76 (Fig. 3) abge­ geben. Entsprechend der in Fig. 6 dargestellten bevorzugten Ausführungsform er­ folgt die Herausleitung des Ausgangssignals über ein Verbindungsteil 166, das in eine Seitenwand des Gehäuses 82 eingebettet ist, wobei für entsprechende elek­ trische Verbindungen (nicht veranschaulicht) mit den übrigen Schaltungskompo­ nenten gesorgt ist, die innerhalb des Schaltungsmontageblockes 144 unterge­ bracht sind. Falls erwünscht, kann ein unabhängiges zweites Ausgangssignal be­ reitgestellt werden, wenn ein zweiter Sensormontageblock 142′ und ein zweiter Schaltungsmontageblock 144′ vorgesehen werden, wie dies in Fig. 6 mit strich­ punktierten Linien angedeutet ist. Bei einer solchen Anordnung sind ein zweiter Magnet mit zugehöriger Magnethalterung, Flußplatten, Flußshunt und Magneto­ widerstandsanordnung vorzusehen, wobei die Ausbildung und die Anordnung in der vorstehend erläuterten Weise getroffen werden.

Claims (11)

1. Positionssensor zum Erfassen der Position einer Mehrfachumdrehungswelle, mit:
einer Mehrfachumdrehungs-Gewindespindel (96), die sich zusammen mit der Mehrfachumdrehungswelle drehen kann;
einer ersten und einer zweiten nichtdrehbaren Mutter (116, 118), die axial in Abstand voneinander auf der Mehrfachumdrehungs-Gewindespindel (96) für eine lineare Bewegung in Abhängigkeit von einer Drehbewegung der Mehr­ fachumdrehungs-Gewindespindel gelagert sind,
einer Vorspanneinrichtung (124), die zwischen den nichtdrehbaren Muttern (116, 118) Vorspannkraft in axial entgegengesetzten Richtungen aufbringt;
einem auf der ersten nichtdrehbaren Mutter (116) sitzenden Magneten (134), der bei der linearen Verstellung der ersten nichtdrehbaren Mutter eine li­ neare Bewegung entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn zwischen ei­ nem ersten und einem zweiten Ende ausführen kann;
zwei Flußplatten (50, 55) aus einem Werkstoff von hoher magnetischer Per­ meabilität, die auf gegenüberliegenden Seiten der Bewegungsbahn des Magneten (134) angeordnet sind und gegenüber dem ersten Ende der Bewe­ gungsbahn zwischen sich einen engen Spalt (53) begrenzen;
einer in dem engen Spalt (53) zwischen den beiden Flußplatten (50, 55) sitz­ enden Magnetowiderstandsanordnung (70), die einen elektrischen Wider­ stand hat, der von dem durch diese Anordnung hindurchtretenden magneti­ schen Fluß abhängt; und
einem an die Magnetowiderstandsanordnung (70) angeschlossenen Strom­ kreis (72, 74) zum Messen des elektrischen Widerstandes der Magnetowider­ standsanordnung und zum Erzeugen eines für die Position der Mehrfachum­ drehungswelle kennzeichnenden Positionssignals, das proportional dem elek­ trischen Widerstand der Magnetowiderstandsanordnung ist.

2. Positionssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehr­ fachumdrehungswelle mit einem Fahrzeuglenkrad verbunden ist und das Po­ sitionssignal die Stellung des Lenkrades anzeigt.

3. Positionssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (134) ein Dauermagnet ist.

4. Positionssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen den beiden Flußplatten (50, 55) gegenüber dem ersten Ende der Bewegungsbahn ein Flußshunt (60) aus einem Werkstoff von hoher magnetischer Permeabilität angeordnet ist, welcher die Magnetowiderstand­ sanordnung (70) derart gegenüber unmittelbar von dem Magneten (134) aus­ gehenden Magnetfeldern abschirmt, daß der magnetische Fluß durch die Magnetowiderstandsanordnung in erster Linie von den beiden Flußplatten kommt.

5. Positionssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden Flußplatten (50, 55) für Teile der Flußplatten, die von dem ersten Ende der Bewegungsbahn weiter ablie­ gen, derart zunimmt, daß der von dem Magneten innerhalb des engen Spaltes (53) ausgebildete magnetische Fluß am größten ist, wenn sich der Magnet nahe dem ersten Ende der Bewegungsbahn befindet, und für Teile der Bewe­ gungsbahn abnimmt, die von dem ersten Ende der Bewegungsbahn weiter abliegen.

6. Positionssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Ab­ stand zwischen den beiden Flußplatten (50, 55) in Abhängigkeit von dem Ab­ stand von dem ersten Ende der Bewegungsbahn derart ändert, daß der elek­ trische Widerstand der Magnetowiderstandsanordnung (70) eine lineare Funktion des Abstands des Magneten (134) von dem ersten Ende der Bewe­ gungsstrecke ist.

7. Positionssensor zum Erfassen der Position einer Mehrfachumdrehungswelle, mit:
einem Magneten (40; 134) zum Erzeugen eines magnetischen Flusses;
einer mit der Mehrfachumdrehungswelle (10, 96) und mit dem Magneten verbundenen Umsetzeinrichtung (30; 116) zum Umsetzen der Mehrfachum­ drehungsbewegung der Mehrfachumdrehungswelle in eine lineare Bewegung des Magneten entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn (45);
einer Vorspannanordnung (41; 118, 124) zum ständigen Vorspannen der mit der Mehrfachumdrehungswelle verbundenen Einrichtung in axialer Richtung;
mindestens einer Magnetowiderstandsanordnung (70), die derart angeordnet ist, daß sie von dem Magneten einen sich in Abhängigkeit von der Position des Magneten entlang der Bewegungsbahn ändernden magnetischen Fluß aufnimmt, und deren elektrischer Widerstand von der Größe des aufgenom­ menen magnetischen Flusses abhängt; und
einem an die mindestens eine Magnetowiderstandsanordnung angeschlosse­ nen Stromkreis (72, 74) zum Messen des elektrischen Widerstandes der min­ destens einen Magnetowiderstandsanordnung und zum Erzeugen eines für die Position der Mehrfachumdrehungswelle kennzeichnenden Positionssignals, das proportional dem elektrischen Widerstand der mindestens einen Mag­ netowiderstandsanordnung ist.

8. Positionssensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ spannanordnung (41; 118, 124) eine im wesentlichen konstante axiale Kraft­ komponente auf die mit der Mehrfachumdrehungswelle verbundene Umsetz­ einrichtung (30; 116) unabhängig von der Axialstellung der Umsetzeinrich­ tung ausübt.

9. Positionssensor zum Erfassen der Position einer Mehrfachumdrehungswelle, mit:
einem ersten und einem zweiten Magneten zum Erzeugen von magnetischem Fluß;
einer mit der Mehrfachumdrehungswelle und dem Magneten verbundenen Umsetzeinrichtung zum Umsetzen der Mehrfachumdrehungsbewegung der Mehrfachumdrehungswelle in eine lineare Bewegung der Magneten entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn;
einer Vorspannanordnung zum ständigen Vorspannen der mit der Mehr­ fachumdrehungswelle verbundenen Umsetzeinrichtung in axialer Richtung;
einer ersten Magnetowiderstandsanordnung, die derart angeordnet ist, daß sie von dem ersten Magneten einen sich in Abhängigkeit von der Position des ersten Magneten entlang der Bewegungsbahn ändernden Fluß aufnimmt, und deren elektrischer Widerstand von der Größe des aufgenommenen magneti­ schen Flusses abhängt;
einem an die erste Magnetowiderstandsanordnung angeschlossenen ersten Stromkreis zum Messen des elektrischen Widerstandes der ersten Magneto­ widerstandsanordnung und zum Erzeugen eines für die Position der Mehr­ fachumdrehungswelle kennzeichnenden ersten Positionssignals, das propor­ tional dem elektrischen Widerstand der ersten Magnetowiderstandsanord­ nung ist;
einer zweiten Magnetowiderstandsanordnung, die derart angeordnet ist, daß sie von dem zweiten Magneten einen sich in Abhängigkeit von der Position des zweiten Magneten entlang der Bewegungsbahn ändernden magnetischen Fluß aufnimmt, und deren elektrischer Widerstand von der Größe des aufge­ nommenen magnetischen Flusses abhängt; und
einem an die zweite Magnetowiderstandsanordnung angeschlossenen zweiten Stromkreis zum Messen des elektrischen Widerstandes der zweiten Mag­ netowiderstandsanordnung und zum Erzeugen eines für die Position der Mehrfachumdrehungswelle kennzeichnenden Positionssignals, das proportio­ nal dem elektrischen Widerstand der zweiten Magnetowiderstandsanordnung ist.

10. Positionssensor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch eine Gehäuseanordnung (82, 86), welche die Mehrfachumdrehungswelle (96) an ihren gegenüberliegenden Enden drehbar abstützt und eine dem einen Wellenende zugeordnete Einrichtung zum Begrenzen der axialen Bewegungs­ freiheit der Welle, wenn die mit der Welle verbundene Umsetzeinrichtung (30; 116) in ihrer einen axialen Endstellung steht, sowie eine dem anderen Wellenende zugeordnete Einrichtung zum Begrenzen der axialen Bewegungs­ freiheit der Welle aufweist, wenn die mit der Welle verbundene Umsetzein­ richtung in ihrer anderen Endstellung steht, so daß die Drehung der Welle auf einen vorbestimmten Bereich begrenzt ist, ohne daß zwischen den den Wellenenden zugeordneten Einrichtungen Druck- oder Zugkräfte aufge­ bracht werden.

11. Positionssensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der dem einen Wellenende zugeordneten Einrichtungen den Magneten und die mit der Mehrfachumdrehungswelle verbundene Umsetzeinrichtung in Abstand von der Magnetowiderstandsanordnung hält.