DE4329912A1 - Sensoreinrichtung - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung geht von einer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches konzipierten Sensoreinrichtung aus.

Eine derartige Sensoreinrichtung ist insbesondere dafür vorgesehen, um die Bewegung eines mit einer Anzahl von vorzugsweise in regelmäßigem Abstand voneinander in einer Reihe angeordneten Zähnen oder dergleichen versehenen verstellbaren Maschinenteils - wie z. B. eines Zahnrades - zu erfassen.

Es ist bekannt, solchen verstellbaren Maschinenteilen zur Erfassung der Bewegung derselben ein magnetisch vorgespanntes Hall-Effekt-Sensorelement und eine daran angeschlossene, mit einer Anzeigevorrichtung verbundene Auswärtsschaltung zuzuordnen.

Bei in dieser Hinsicht allgemein bekannten, z. B. aus der DE 41 33 837 A1 hervorgehenden Ausführungsformen besteht das Problem, daß eine einwandfreie Messung nur dann gewährleistet ist, wenn das Hall-Effekt-Sensorelement und das verstellbare Maschinenteil genau aufeinander abgestimmt sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiterzubilden, daß das Hall-Effekt-Sensorelement ohne großen - insbesondere keine Justierung bei der Montage erfordernden - Aufwand dem verstellbaren Maschinenteil exakt zuzuordnen ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhaft bei einem solchen Aufbau einer Sensoreinrichtung ist, daß bei einem definierten Abstand zwischen der Oberfläche des verstellbaren Maschinenteils (Zahnrad) und der Oberfläche des feststehenden Maschinenteils (Maschinengehäuse) keine besonderen Montagemaßnahmen getroffen werden müssen. In der Praxis auftretende Toleranzen können ggf. durch einfache, den Anschlagflächen zuzuordnende Distanzscheiben ausgeglichen werden, ohne daß an der Relation von Hall-Effekt-Sensorelement und verstellbarem Maschinenteil sich etwas ändert.

Weitere besonders günstige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1a eine einem verstellbaren Maschinenteil zugeordnete, an einem feststehenden Maschinenteil gehaltene Sensoreinrichtung im Schnitt gemäß Linie C-D der Fig. 1b

Fig. 1b die Sensoreinrichtung nach Fig. 1a alleine und zwar im Schnitt gemäß Linie A-B der Fig. 1a,

Fig. 2a eine einem verstellbaren Maschinenteil zugeordnete, an einem feststehenden Maschinenteil gehaltene weitere Sensoreinrichtung im Schnitt gemäß Linie C-D der Fig. 2b,

Fig. 2b die Sensoreinrichtung nach Fig. 2a, alleine und zwar in Ansicht mit einer aufgebrochen dargestellten Zone.

In den Figuren sind sich entsprechende Positionen mit gleichen Positionsangaben versehen.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist an einem einem verstellbaren, mit Zähnen Z1-Zn versehenen Maschinenteil Mt₁ (Zahnrad) zugeordneten, feststehenden Maschinenteil Mt₂ (Maschinengehäuse) eine Sensoreinrichtung S befestigt. Eine solche Sensoreinrichtung weist im wesentlichen ein Sensorgehäuse 1 auf, in welchem im vorderen, d. h. den Zähnen des verstellbaren Maschinenteils zugewandten, becherförmig ausgeführten Gehäusebereich 1a ein Hall-Effekt-Sensorelement 2 gehalten ist. Das Sensorelement ist über elektrische, auf einer flexiblen ggf. mit elektrischen/elektronischen Bauelementen 3a bestücken Leiterbahnfolie 3 vorhandene Leiter 3′ mit einer teilweise in einem mittleren, etwa rohrförmig ausgebildeten Gehäusebereich 1b und teilweise in einem hinteren Gehäusebereich 1c angeordneten, mit elektrischen/elektronischen Bauelementen 4a versehenen Leiterplatte 4 verbunden. Diese ist wiederum über an einem Ende jeweils als Steckkontaktelement 5a ausgeführte Kontaktteile 5 mit einem am hinteren Gehäusebereich ausgebildeten, als Stecker 6 ausgeführten Steckverbindungsteil verbunden, mit dem ein nicht dargestelltes Gegen-Steckverbindungsteil in Eingriff bringbar und über einen Rastnocken 6a festlegbar ist.

Um die Sensoreinrichtung gegen das Eindringen von einem die Sensoreinrichtung S ggf. umgebenden gasförmigen oder flüssigen Medium z. B. Öl zu schützen, ist einerseits zwischen den miteinander kooperierenden Abschnitten des vorderen und des mittleren, sowie des hinteren Gehäusebereichs jeweils ein umlaufender Dichtring 7, 8 vorhanden. Andererseits wird bei Bedarf das Sensorgehäuse 1 nach seiner Montage über einen im hinteren Gehäusebereich 1c vorhandenen Kanal 1c′ mit einer Vergußmasse gefüllt. Sollte eine solche Maßnahme nicht erforderlich sein, so wird der Kanal mit einem kugelförmigen, vorzugsweise aus Silikon bestehenden Dichtelement 1c′′ verschlossen. Um eine Dichtigkeit zwischen dem Sensorgehäuse und dem feststehenden Maschinenteil Mt₂ sicherzustellen, ist am mittleren Gehäusebereich 1b ein umlaufender Dichtring 10 vorhanden, der mit einem umlaufenden Abschnitt eines im feststehenden Maschinenteil Mt₂ vorhandenen Durchbruchs Mt₂′ kooperiert.

Zur Befestigung des Sensorgehäuses 1 am feststehenden Maschinenteil Mt₂ und damit zur exakten Zuordnung des Sensorgehäuses zum verstellbaren Maschinenteil Mt₁ ist gemäß Fig. 1a, 1b am mittleren Gehäusebereich 1b ein Anschlagflansch 11 z. B. stoffschlüssig gehalten, der mit einem angeformten Befestigungsauge 11′ versehen ist, über das der Anschlagflansch mittels einer in eine zugeordnete Gewindebohrung Mt₂* mit einem Gewindeabschnitt 12* eingreifenden Gewindeschraube 12 gehalten ist.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2a, 2b ist der vordere und der mittlere Gehäusebereich 1a, 1b einstückig ausgeführt und aus einem metallischen Werkstoff hergestellt. Zur Befestigung des Sensorgehäuses am feststehenden Maschinenteil Mt₂ ist dabei der dem vorderen Gehäusebereich 1a zugeordnete Abschnitt 1b* des mittleren Gehäusebereiches 1b mit einem Gewinne versehen und greift in den ein entsprechendes Gewinde aufweisenden Durchbruch Mt₂* des feststehenden Maschinenteils. Um das Sensorgehäuse 1 in die Gewindebohrung einzuschrauben, ist der mittlere Gehäusebereich 1b an seinem dem hinteren Gehäusebereich 1c zugewandten Abschnitt 1b′′ mit einem zum Ansetzen eines Schraubenschlüssels vorgesehenen Sechskant-Profil versehen. Das Sensorgehäuse 1 wird dabei soweit eingeschraubt, bis ein am mittleren Gehäusebereich 1b ausgebildeter Anschlagkragen 1b′ am feststehenden Maschinenteil zur Anlage kommt. Auch bei dieser Ausführungsform ist wiederum ein umlaufender Dichtring 10 vorhanden, der in der zwischen den beiden Abschnitten 1b*, 1b** vorhandenen Übergangszone angeordnet ist und das Sensorgehäuse 1 gegenüber dem feststehenden Maschinenteil abdichtet.

Das in dem vorderen becherförmig ausgebildeten, aus Metall bestehenden Gehäusebereich 1 vorhandene Hall-Effekt-Sensorelement 2 ist an einem Tragekörper 13 befestigt, an dem außerdem ein stabförmiger Dauermagnet 14 in direkter Zuordnung zum Hall-Effekt-Sensorelement gehalten ist. Damit das an dem vorderen Ende des Tragekörpers 13 angeordnete, durch Halteklammern (18) an demselben fixierte Hall-Effekt-Sensorelement 2 ohne Luftspalt am Boden des vorderen becherförmig ausgeführten Gehäusebereiches 1a zu liegen kommt, ist dem hinteren Ende des Tragekörpers 13 ein Federelement zugeordnet, das gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1a, 1b als Schraubendruckfeder 15a oder gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a als Schenkelfeder 15b ausgeführt ist und das sich andererseits zumindest mittelbar z. B. über ein Paßstück 17 am mittleren bzw. am hinteren Gehäusebereich 1b, 1c abstützt. Aufgrund dessen ist die Bewegung in diesem translatorischen Freiheitsgrad (in Richtung der Längsachse des Tragekörpers) in einem von der Federkraft abhängige Maß eingeschränkt. Da der Tragekörper 13 mehr oder weniger ohne seitliches Spiel in dem becherförmigen vorderen Gehäusebereich 1a angeordnet ist, muß nur dafür Sorge getragen werden, daß der rotatorische Freiheitsgrad um die Längsachse des Tragekörpers eingeengt wird.

Hierzu ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1a, 1b in dem vorderen Gehäusebereich 1a eine in Längsrichtung desselben verlaufende, nach innen ragende als sickenartige Einprägung ausgeführte wulstartige Erhebung 1a* vorhanden, die in eine entsprechend ausgebildete und angeordnete rinnenförmige Vertiefung 13* das Tragekörper 13 eingreift.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2a, 2b wird der rotatorische Freiheitsgrad um die Längsachse des Targekörpers dadurch ausgeschaltet, daß an dem auch die Schenkelfeder aufweisenden Gehäuseteil zwei zu beiden Seiten der Schenkelfeder angeordnete Zapfen 16a, 16b angeformt sind, die in zwei entsprechend angeordnete und ausgebildete Ausnehmungen 13a, 13b des Tragekörpers 13 eingreifen.

Claims (16)

1. Sensoreinrichtung zur Erfassung der Bewegung eines verstellbaren Maschinenteils, wobei ein Sensorgehäuse vorhanden ist, das einen mit einem Ende dem Maschinenteil zugewandten, becherförmig ausgebildeten, mit einem ein Hall-Effekt-Sensorelement und einen damit kooperierenden Dauermagneten haltenden Tragekörper versehenen vorderen Gehäusebereich und einen dem vorderen Gehäusebereich zugeordneten, mit einer Anzahl von mit dem Hall-Effekt-Sensorelement elektrisch verbundenen Kontaktteilen versehenen, insbesondere für den Anschluß einer elektrischen Zuleitung an die Kontaktteile vorgesehenen hinteren Gehäusebereich aufweist und das mit Mitteln zur Zuordnung des Sensorgehäuses zum Maschinenteil versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragekörper (13) in dem Sensorgehäuse (1) über wenigstens einen rotatorischen und einen translatorischen Freiheitsgrad zumindest einschränkende Codier- und Federelemente (1a*-13* oder 13a, 13b-16a, 16b und 15a oder 15b) lagedefiniert gehalten und das Sensorgehäuse (1) über Anschlag- und Befestigungsmittel (11 oder 1b* und 1b′ -Mt₂ oder 12, 12*-Mt₂*) einem mit dem verstellbaren Maschinenteil (Mt₁) kooperierenden feststehenden Maschinenteil (Mt₂) unbeweglich zugeordnet ist.

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Codiermittel aus einer an der Innenwand des vorderen Gehäusebereiches (1b) vorhandenen, in Längsrichtung desselben verlaufenden wulstartigen Erhebung (1a*) und einer im Tragekörper entsprechend angeordneten, die Erhebung aufnehmenden rinnenartigen Vertiefung (13*) bestehen und daß das Federelement einerseits an dem vom verstellbaren Maschinenteil (Mt₁) abgewandten Ende des Tragekörpers (13) und andererseits zumindest mittelbar am hinteren Gehäusebereich (1c) abgestützt ist.

3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Codiermittel aus an einer zumindest mittelbar dem hinteren Gehäusebereich (1c) zugehörigen, parallel zum Boden des vorderen Gehäusebereiches (1a) ausgerichteten Gehäusezone angeordneten, unterschiedlich ausgeführten Zapfen (16a, 16b) und denselben zugeordneten, am Tragekörper (13) vorgesehenen, entsprechend ausgebildeten und angeordneten Ausnehmungen (13a, 13b) bestehen und daß das Federelement aus einer zumindest mittelbar an hinteren Gehäusebereich (1c) angebrachten, direkt auf das dem verstellbaren Maschinenteil (Mt₁) abgewandte Ende des Tragekörpers (13) einwirkenden Schenkelfeder (15b) besteht.

4. Sensoreinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das als Schenkelfeder (15b) ausgebildete Federelement an der die Zapfen (16a, 16b) aufweisenden zumindest mittelbar dem hinteren Gehäusebereich (1c) zugehörigen Gehäusezone zwischen den beiden dort vorhandenen Zapfen angebracht ist.

5. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zapfen eine unterschiedliche Länge und/oder Dicke aufweisen.

6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement über ein im vorderen Gehäusebereich (1a) gehaltenes Paßstück (17) und ein sich zwischen dem vorderen (1a) und dem hinteren Gehäusebereich (1c) befindlichen, zur Abstützung und Befestigung am feststehenden Maschinenteil (Mt₂) vorgesehenen mittleren Gehäusebereich (1b) abgestützt ist.

7. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement aus einer eingespannten Druckfeder (15a) besteht.

8. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere und der mittlere Gehäusebereich (1a und 1b) aus einem metallischen Werkstoff bestehen und der hintere Gehäusebereich (1c) aus Isolierstoff gebildet ist.

9. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere (1a) und mittlere Gehäusebereich (1b) einstückig ausgeführt sind.

10. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die am mittleren Gehäusebereich (1b) vorgesehenen Anschlag- und Befestigungsmittel aus einem Anschlagflansch (11) und zumindest einem daran angeformten Befestigungsauge (11′) bestehen.

11. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die am mittleren Gehäusebereich (1b) vorgesehenen Anschlag- und Befestigungsmittel einerseits aus einem Anschlagkragen (1b′) und andererseits aus einem davor befindlichen, sich an den becherförmigen vorderen Gehäusebereich (1a) anschließenden Gewindeabschnitt (1b*) und einem an den Anschlagkragen (1b*) sich anschließenden Sechskantabschnitt (1b**) bestehen.

12. Sensoreinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gewindeabschnitt (1b*) und dem Anschlagkragen (1b′) ein umlaufender Dichtring (10) angeordnet ist.

13. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Gehäusebereichen (1a, 1b, 1c) an miteinander kooperierenden umlaufenden Gehäusezonen zumindest jeweils ein umlaufender Dichtring (7, 8) vorhanden ist.

14. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem hinteren Gehäusebereich (1c) eine einerseits mit den Kontaktteilen (5) und andererseits mit dem Hall-Effekt-Sensorelement (2) elektrisch verbundene, mit elektrischen/elektronischen Bauelementen (4a) versehene Leiterplatte (4) vorhanden ist.

15. Sensoreinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (4) mit dem Hall-Effekt-Sensorelement (2) über eine flexible Leiterbahnfolie (3) elektrisch verbunden ist.

16. Sensoreinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnfolie (3) mit elektrischen/elektronischen Bauelementen (3a) bestückt ist.