DE4209205A1 - Winkelsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Winkelsensor zum Abfühlen der Relativpositionen zweier Kraftfahrzeugteile, nämlich eines Fahrwerks einerseits und eines Chassis andererseits, und zum Erzeugen eines positionsabhängigen Steuersignals, wobei der von einem Gehäuse umschlossene Winkelsensor an dem einen Kraftfahrzeugteil fest angeordnet und über ein mit dem anderen Kraftfahrzeugteil verbundenes Gestänge betätigbar ist.

Winkelsensoren dieser Art dienen beispielsweise der Steuerung hydraulischer, zwischen den Fahrzeugteilen angeordneter Systeme, um, beispielsweise bei Schräglage des Fahrgestells, das Chassis in einer bestimmten Lage zu halten. Bekannte Winkelsensoren sind insbesondere als Schleif-Potentiometer ausgerüstet. Diese Potentiometer sind jedoch vibrationsempfindlich und nutzen sich relativ rasch ab, so daß der Winkelsensor eine im Hinblick auf die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs viel zu kurze Standzeit hat. Auch berührungslose, auf dem Induktionsprinzip beru­ hende Winkelsensoren wurden bereits in Betracht gezogen.

Diese Sensoren sind jedoch für den genannten Zweck nicht robust genug, sie sind zudem sperrig und ungenau und beeinflussen sich in störender Weise gegenseitig, wenn aus Redundanzgründen zwei induktive Sensoren verhältnismäßig nahe beieinander angeordnet werden müssen. Allen bisher zu dem genannten Zweck eingesetzten Winkelsensoren ist schließlich gemeinsam, daß sie in der Herstellung teuer sind und relativ träge reagieren, so daß die für den genannten Zweck erforderliche Präzision nicht erreicht wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Win­ kelsensor so auszubilden, daß er bei einfacher und platz­ sparender Bauweise hochpräzise Steuersignale liefert und für einen redundanten Einsatz geeignet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Winkelsensor wenigstens einen Magneten umfaßt, der auf einer durch das Gestänge verdrehbaren Welle angeordnet ist, daß dem Magneten wenigstens ein mit elektrischen Lei­ tungen verbundener Hall-Generator zugeordnet ist, der eine von dem Verdrehwinkel des Magneten abhängige elektrische Hall-Spannung liefert, und daß diese Hall-Spannung als positionsabhängiges Steuersignal dient.

In überraschender Weise wurde gefunden, daß durch die Kom­ bination eines positionsabhängig bewegten Magneten und eines Hall-Generators praktisch alle geschilderten Mängel des Standes der Technik behoben sind.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit beilie­ gender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Axialschnittansicht eines nach dem Hall-Prinzip arbeitenden Winkelsensors und

Fig. 2 eine Schnittansicht des Winkelsensors entlang der Linie 2-2 in Fig. 1.

In einem Gehäuse 1 aus elektrisch isolierendem Kunststoff ist mittels einer Buchse 2 aus Sinterbronze eine Welle 3 drehbar gelagert. Die Welle 3 ragt auf der einen (in Fig. 1 rechts gelegenen) Seite aus dem Gehäuse 1 heraus und ist dort an ihrem freien Ende drehfest mit einem Hebel 4 ver­ bunden. Das Gehäuse 1 wird fest an einem von zwei Kraft­ fahrzeugteilen, beispielsweise am Fahrwerk, fest angeord­ net, während der einen Teil eines Gestänges bildende Hebel 4 mit seinem freien (in Fig. 1 nicht dargestellten) Ende gelenkig mit dem anderen der beiden Kraftfahrzeugteile, beispielsweise dem Chassis, verbunden wird. Wenn sich die beiden Kraftfahrzeugteile relativ zueinander bewegen, wird die Welle 3 um einen bestimmten Winkel verdreht.

Zwischen der Buchse 2 und dem Hebel 4 ist auf der Welle 3 innerhalb des Gehäuses 1 eine Dichtung 5 aus elastischem Kunststoff vorgesehen, welche zwischen zwei gleitend an der Welle 3 anliegenden Dichtlippen 6, 7 eine bestimmte Menge eines Schmiermittels 8 einschließt. Ein äußerer Federring 9 preßt die Dichtlippe 6 gegen die Welle 3. Eine in der Dichtung 5 angeordnete Metalleinlage 11 drückt die Dichtung radial nach außen gegen das Gehäuse 1 und hält sie dort fest.

An ihrem der Dichtung 5 gegenüberliegenden Ende verläuft die Welle 3 durch einen Metallsteg 12 hindurch, der mit Hilfe von Nieten 13 an einem blockförmigen, die Buchse 2 aufnehmenden Teil des Gehäuses 1 befestigt ist. Diese Steg 12 ist seinerseits Bestandteil eines später noch zu erläu­ ternden U-förmigen Bügels 14, dessen Schenkel 15, 16 von dem Steg 12 so abstehen, daß sie das Ende der Welle 3 von zwei Seiten her umschließen. Beidseits des Metallsteges 12 sitzen auf der Welle 3, jeweils einer Seite des Steges 12 zugewandt, zwei gehärtete, polierte Stahlscheiben 17, 18, die durch Sicherungsringe 19 bzw. 21 in entsprechenden Ringnuten der Welle 3 so festgehalten sind, daß jeweils zwischen den Stahlscheiben 17, 18 und der betreffenden Seitenfläche des Steges 12 ein kleiner Zwischenraum vor­ handen ist, der ein geringes axiales Spiel der Welle 3 ermöglicht.

Auf dem über den Sicherungsring 19 hinausragenden Ende der Welle 3 sitzt drehfest ein ringförmiger Kunststoffmantel 22, der in einer peripheren Nut einen Ringmagneten 23 auf­ nimmt, dessen Polarisierung durch die Buchstaben "N" und "S" in Fig. 1 und 2 angegeben ist. Über den Kunststoff­ mantel 22 ist der Magnet 23 drehfest mit der Welle 3 ver­ bunden und wird von dieser bei ihrer Verdrehung ent­ sprechend mitgenommen. Am äußersten Ende der Welle 3 ist schließlich eine Klemmscheibe 24 vorgesehen, welche den Kunststoffmantel 22 auf der Welle 3 axial sichert.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, sind an den beidseits der Welle 3 abstehenden Schenkeln 15, 16 des U-förmigen Bügels 14 jeweils Hall-Generatoren 25, 26 befe­ stigt, und zwar unter Zwischenschaltung üblicher Leiter­ platten 27 bzw. 28. Bei den Hall-Generatoren 25, 26 handelt es sich um Schaltelemente, die zur Vermeidung von Störeinflüssen im vorliegenden Fall von einer (nicht dar­ gestellten) metallischen Abschirmfolie abgedeckt sind. Die Hall-Generatoren 25, 26 sind über die Leiterplatten 27, 28 und elektrische Leiter 29, 31 mit Anschlupsteckern 32 ver­ bunden. Die Anschlußstecker 32 werden in bekannter Weise über entsprechende Buchsen mit einem Kabel verbunden, über das letzten Endes die in den Hall-Generatoren 25, 26 auf­ tretenden Hall-Spannungen zu einem Steuergerät oder der­ gleichen übertragen werden.

Die elektrischen Leiter 29, 31 sind als flexible Bandlei­ tungen ausgebildet. Zwischen den Leitern 29, 31 und den Steckern 32 sind Filterelemente 33 für elektrische Stör­ spannungen vorgesehen.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegen die Hall-Generatoren 25, 26 in enger Nachbarschaft zum Umfang des Ringmagneten 23, wobei sie diesen Ringmagneten jedoch nicht berühren. Der aus dem Steg 12 und den Schenkeln 15, 16 bestehende U-förmige Bügel 14 besteht aus einem relativ leicht ver­ biegbaren Metall. Somit können die an den Schenkeln 15, 16 befestigten Hall-Generatoren 25, 26 durch Verbiegen der Schenkel 15, 16 relativ zum Ringmagneten 23 in einfacher und dennoch präziser Weise eingestellt werden. Um diese durch Verbiegen der Schenkel 15, 16 erfolgende Justierung nicht zu beeinträchtigen, sind die elektrischen Leiter 29, 31 als flexible Bandleitungen ausgebildet.

Wie auf der Zeichnung dargestellt, ist die aus dem Ring­ magneten 23 und den Hall-Generatoren 25, 26 bestehende Anordnung ringsum von einer metallischen Abschirmung 34, z. B. aus Messing, eingekapselt, die auf ihrer einen Seite von dem Metallsteg 12 am Gehäuse 1 festgehalten wird. Die­ se Abschirmung umschließt die genannte Anordnung überall dicht, so daß weder Staub noch Feuchtigkeit eindringen können.

Wie weiterhin der Zeichnung entnehmbar, sind der Ringmag­ net 23 und die Hall-Generatoren 25, 26 innerhalb einer topfförmigen Aussparung des Gehäuses 1 angeordnet. Auf den Rand des Gehäuses 1 ist ein diese Aussparung verschließen­ der Deckel 35 aufgebracht, der, wie dargestellt, mit dem Rand des Gehäuses verrastbar ist. Zwischen Deckel 35 und Gehäuse 1 befindet sich eine Ringdichtung 36.

Im Betrieb arbeitet die beschriebene Anordnung folgender­ maßen: Beim Einsatz des Winkelsensors an einem niveauregu­ lierten, sogenannten "aktiven" Fahrwerk eines Kraftfahr­ zeuges wird das Gehäuse 1 fest am Chassis des Fahrzeuges befestigt, während das freie Ende des Hebels 4 gelenkig mit dem Fahrwerk verbunden wird. Wenn Relativbewegungen zwischen dem Chassis und dem Fahrwerk auftreten, führt dies zu entsprechenden Verdrehungen der Welle 3 über den Hebel 4. Diese Verdrehungen werden von dem Ringmagneten 23 mit ausgeführt. Hierdurch werden in den Hall-Generatoren 25, 26 in bekannter Weise verdrehungsabhängige Steuersig­ nale erzeugt, die an ein Steuergerät übertragen werden. Diese Steuersignale sind für die jeweiligen Relativposi­ tionen der beiden Kraftfahrzeugteile, nämlich Fahrwerk einerseits und Chassis andererseits repräsentativ. Sie können daher zur gesteuerten Verstellung dieser Positionen ausgenutzt werden.

Durch die Verwendung zweier Hall-Generatoren 25, 26 wird die Anordnung redundant und störungssicherer.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung können statt des dargestellten und beschriebenen Ringmagneten 23 auch separate Einzelmagneten an der Welle 3 angeordnet werden, denen jeweils wenigstens ein Hall-Generator zuge­ ordnet wird.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, weist das Gehäuse 1 eine Sack­ bohrung 37 auf, die sich zum Hebel 4 hin öffnet. Am Hebel 4 ist, der Öffnung der Sackbohrung 37 gegenüberliegend, eine durchgehende Bohrung 38 ausgebildet. In die Bohrungen 37, 38 wird ein (nicht dargestellter) Justierstift einge­ führt, so daß die beiden Bohrungen 37, 38 miteinander aus­ gerichtet sind und der Magnet 23 hierdurch relativ zu den Hall-Generatoren 25, 26 in einer definierten Position festgestellt ist. In dieser Position kann der Winkelsensor geeicht werden.

Claims (10)

1. Winkelsensor zum Abfühlen der Relativpositionen zweier Kraftfahrzeugteile, nämlich eines Fahrwerks einerseits und eines Chassis andererseits, und zum Erzeugen eines positionsabhängigen Steuersignals, wobei der von einem Gehäuse umschlossene Winkelsensor an dem einen Kraftfahrzeugteil fest angeordnet und über ein mit dem anderen Kraftfahrzeugteil verbunde­ nes Gestänge betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelsensor wenigstens einen Magneten (23) umfaßt, der auf einer durch das Gestänge (Hebel 4) verdrehbaren Welle (3) angeordnet ist, daß den Magne­ ten (23) wenigstens ein mit elektrischen Leitungen (29, 31) verbundener Hall-Generator (25, 26) zugeord­ net ist, der eine von dem Verdrehwinkel des Magneten (23) abhängige elektrische Hall-Spannung liefert, und daß diese Hall-Spannung als positionsabhängiges Steuersignal dient.

2. Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zwei durch das Gestänge (Hebel 4) verdrehbare Magneten umfaßt, denen jeweils ein eigener Hall-Gene­ rator (25, 26) zugeordnet ist.

3. Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Ringmagneten (23) umfaßt, dem zwei Hall- Generatoren (25, 26) zugeordnet sind.

4. Winkelsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringmagnet (23) wenigstens teilweise von einem Kunststoffmantel (22) umschlossen ist.

5. Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (23) und der Hall-Generator (25, 26) in einer metallischen Abschirmung (34) eingekapselt sind.

6. Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hall-Generator (25, 26) mit einer metalli­ schen Abschirmfolie abgedeckt ist.

7. Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen, mit dem Hall-Generator (25, 26) verbundenen Leitungen (29, 31) Filterelemente (33) für elektrische Störspannungen enthalten.

8. Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hall-Generator (25, 26) an einem biegsamen Bügel (14) befestigt ist, der eine Justierung des Hall-Generators relativ zum Magneten (23) gestattet.

9. Winkelsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (14) U-förmig mit zwei Schenkeln (15, 16) ausgebildet ist, und an jedem Schenkel (15, 16) ein Hall-Generator (25, 26) angeordnet ist.

10. Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Gehäuses (1) mit der Welle (3) ein Hebel (4) mit einer ersten Justierbohrung (38) fest verbunden und am Gehäuse (1) eine zweite Justierboh­ rung (37) vorgesehen ist, und daß durch Einführen eines Justierstiftes in die beiden, miteinander aus­ gerichteten Justierbohrungen der Magnet (23) relativ zum Hall-Generator (25, 26) in einer definierten Position feststellbar ist.