DE4330540C1

DE4330540C1 - Induktive Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE4330540C1
Application number: DE19934330540
Authority: DE
Inventors: Norbert Bendicks
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 1995-03-30
Anticipated expiration: 2013-09-10

Description

Die vorliegende Erfindung geht von einer gemäß den Merkmalen des relevanten Standes der Technik konzipierten induktiven Sensoreinrichtung aus, deren Ausgangssignal eine zugeordnete Schaltungsanordnung beeinflußt.

Derartige Sensoreinrichtungen sind dafür vorgesehen, um den an einem sich bewegenden Maschinenteil auftretenden Verstellweg bzw. die jeweils eingenommene Position zu erfassen und einer zugehörigen Auswert-/Anzeigevorrichtung bzw. direkt einer Steuereinheit zuzuführen.

Durch die DE 20 46 336 A1 ist eine zur Wegerfassung vorgesehene Sensoreinrichtung bekanntgeworden. Bei dieser Ausführungsform taucht ein langgestreckter Kern in eine darauf abgestimmte Aussparung eines Spulenkörpers geradlinig ein, daß heißt, mit einer solchen Sensoreinrichtung kann eine translatorische Verstellung eines zugeordneten beweglichen Maschinenteiles erfaßt werden.

Außerdem ist in der DE-AS 12 16 558 eine Einrichtung zur Umformung eines Drehwinkels in eine elektrische Größe offenbart, wobei ein plattenförmig ausgeführter, drehbar gehaltener Kern sich zwischen den dort vorhandenen, in zwei sich gegenüberliegenden topfartigen Spulenkörpern angeordneten elektrischen Spulen erstreckt.

Weiterhin ist durch die DE-AS 12 87 803 ein induktiver Wegaufnehmer mit zwei jeweils einem Parallel-Schwingkreis zugeordneten, jeweils auf einen rechteckförmigen Spulenkörper angeordneten elektrischen Spulen bekanntgeworden. Bei dieser Spulenanordnung erstreckt sich der zugeordnete, ebenfalls plattenförmig ausgebildete Kern wiederum zwischen den beiden parallel zueinander angeordneten elektrischen Spulen.

Schließlich ist in der DE 38 25 975 A1 eine auf induktiver Basis arbeitende mit mehreren elektrischen Spulen und einem denselben zugeordneten Kern versehene Vorrichtung zur Längenmessung offenbart, die mit einem das Meßsignal aufbereitenden, einen Mikroprozessor aufweisenden Schaltkreis versehen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden, daß damit der Drehwinkel bzw. die Winkelveränderung eines sich drehenden Maschinenteils, z. B. eines Zahnrades, erfaßbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Hauptanspruch angegebenen erfindungswesentlichen Merkmale gelöst. Vorteilhaft bei einer solchen Ausgestaltung einer Sensoreinrichtung ist, daß der Spulenkörper mit der darauf befindlichen elektrischen Spule und das diesen beiden Bauteilen zugeordnete Gehäuse relativ einfach und zwar auch automatisch herstellbar ist, und daß damit bei exakter Zuordnung des Kerns eine äußerst preiswerte und genaue Sensoreinrichtung zur Erfassung von auf ein sich drehendes Maschinenteil beziehenden Positionen realisiert ist.

Weitere besonders günstige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand von einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist in einem aus ferromagnetischem Material - wie z. B. Eisennickel (FeNi) - hergestellten, aus einem flachen Oberteil 1a und einem topfartigen Unterteil 1b bestehenden kastenförmigen Gehäuse 1 ein die Form eines Rechteckrahmens aufweisender Spulenkörper 2 angeordnet, der mit einer elektrischen Spule 3 versehen ist, die zwischen dem parallel zum Oberteil 1a ausgerichteten vorderen Abschlußteil 2′ und dem dazu parallelen hinteren Abschlußteil 2′′ des Spulenkörpers vorhanden ist.

Im Zentrum des Spulenkörpers 2 befindet sich eine in Richtung der Längsachse desselben verlaufende schlitzförmige Aussparung 2*, die sich von dem vorderen bis zu dem hinteren Abschlußteil durchgehend erstreckt. In dem Oberteil 1a des Gehäuses 1 ist eine der Aussparung 2* zugeordnete, in ihrer Länge und Breite auf die Länge und Breite der Aussparung 2* abgestimmte Gehäuseöffnung 1a* vorhanden. Dieser Gehäuseöffnung 1a* ist ein aus ferromagnetischem Material - wie z. B. FeNi - bestehender, aus einer konfigurierten Platte gebildeter Kern 4 zugeordnet. Die den Kern 4 bildende Platte weist eine kreissektorförmige Kontur auf, die etwas mehr als einen Viertelkreis ausmacht. Natürlich kann die Platte auch eine andere Kontur aufweisen, und zwar kann die Platte im Sinne einer archimedischen Spirale konfiguriert sein. Zur Verstellung der Platte ist ein parallel zur Oberfläche des Oberteiles 1a und senkrecht zur Längsachse des Spulenkörpers 2 sich erstreckendes Drehteil 5 vorhanden, daß an dem mit dem imaginären Kreismittelpunkt übereinstimmenden Punkt befestigt ist. Mit einer solchen Ausführung sind Drehwinkel im Bereich von etwa 0 bis 270 Grad zu erfassen. Um eine einwandfreie, d. h. eine hohe Genauigkeit aufweisende Messung zu realisieren, ist darauf zu achten, daß in radialer Richtung des Drehteils 5 so gut wie kein Spiel vorhanden ist.

Um bei ganz präzise auszuführenden Messungen Toleranzfehler zu kompensieren, kann eine weitere Spulenanordnung um 180 Grad gegenüber der ersten Spulenanordnung versetzt vorgesehen werden, wobei die beiden Gehäuseöffnungen 1a* und damit die beiden Aussparungen 2* sich gegenüberstehen. In diesem Falle ist die an dem Drehteil 5 befindliche konfigurierte Platte mit einer Kontur versehen, die etwas mehr als zwei sich gegenüberliegende Viertelkreise ausmacht. Dabei ist das Drehteil 5 wiederum an dem mit dem imaginären Kreismittelpunkt übereinstimmenden Punkt der Platte befestigt.

Um Drehwinkel in der Größenordnung von bis zu 360 Grad zu erfassen, kann der ersten Spulenanordnung noch eine weitere Spulenanordnung zugeordnet werden. Dabei wird das Oberteil 1a des Gehäuses dieser weiteren Spulenanordnung um 90 Grad versetzt gegenüber dem Oberteil 1a des Gehäuses 1 der ersten Spulenanordnung so angeordnet, daß der plattenförmige Kern 4 auch der in dieser weiteren Spulenanordnung vorhandenen Aussparung zugeordnet ist.

Zur Verbindung der elektrischen Spulen 3 mit einer nachgeordneten Auswertvorrichtung oder dgl. ist an dem Unterteil 1b auf der von dem Oberteil 1a abgewandten Seite ein Gehäuseansatz 1c vorgesehen, der mit zwei als flache Steckkontaktstifte ausgeführten Anschlüssen 1c* versehen ist.

Darüberhinaus ist das Gehäuse 1 zwecks Realisierung einer Schirmwirkung mit einem Masseanschluß 1a′ versehen, der aus einem an einem Rand des flachen Oberteils 1a angeformten flachen Steckkontaktstift besteht.

Das an den Anschlüssen 1c* anstehende, aus der mit dem Drehwinkel sich verändernden Induktivität resultierende Signal wird in an sich bekannter Art und Weise einer mit einem Mikroprozessor versehenen Oszillatorschaltung zugeführt. Darüberhinaus wird vorteilhafterweise die Umgebungstemperatur gemessen und das daraus resultierende Signal ebenfalls dem Mikroprozessor zugeführt. Mittels dieser Eingangsgrößen wird im Mikroprozessor anhand eines dort abgelegten Kennlinienfeldes eine temperaturkompensierte, d. h. exakt dem Winkel entsprechende Ausgangsgröße berechnet und z. B. zur Anzeige gebracht.

Claims

1. Induktive Sensoreinrichtung mit zumindest einer einen Teil eines Schwingkreises bildenden, in einem aus ferromagnetischen Material hergestellten Gehäuse (1) befindlichen elektrischen Spule (3), wobei ein entsprechend dem zu messenden Weg verstellbarer, über eine Gehäuseöffnung (1a*) in die Spule (3) eintauchender, aus ferromagnetischem Material bestehender Kern (4) vorhanden ist, wobei der Schwingkreis in einer mit einem Mikroprozessor versehenen Schaltungsanordnung vorhanden ist, wobei die Spule (3) auf einem die Form eines Rechteckrahmens aufweisenden Spulenkörper (2) angeordnet ist, der in seinem Zentrum mit einer in Richtung seiner Längsachse verlaufenden langgestreckten Aussparung (2*) versehen ist, wobei die der Aussparung (2*) zugeordnete Gehäuseöffnung (1a*) eine der Länge und Breite der Aussparung (2*) etwa entsprechende Länge und Breite aufweist, und wobei der Kern (4) als konfigurierte Platte ausgebildet und der Aussparung (2*) bzw. der Gehäuseöffnung (1a*) über ein senkrecht zur Platte ausgerichtetes, exzentrisch daran befestigtes Drehteil (5) zugeordnet ist.

2. Induktive Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei jeweils auf einem Spulenkörper (2) angeordnete Spulen (3) vorhanden sind, und daß die beiden Spulenkörper (2) um einen Winkel gegeneinander versetzt und so angeordnet sind, daß der am Drehteil (5) vorhandene plattenförmige Kern (4) den beiden Aussparungen (2*) der Spulenkörper (2) zugeordnet ist.

3. Induktive Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulenkörper (2) um einen Winkel von 90 Grad gegeneinander versetzt so angeordnet sind, daß die beiden Aussparungen (2*) um 90 Grad gegeneinander versetzt vorhanden sind.

4. Induktive Sensoreinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulenkörper (2) um einen Winkel von 180 Grad gegeneinander versetzt so angeordnet sind, daß die beiden Aussparungen (2*) einander gegenüberstehen.

5. Induktive Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kern (4) bildende konfigurierte Platte eine kreissektorförmige Kontur aufweist, die etwas mehr als einen Viertelkreis ausmacht, und daß das Drehteil (5) an dem mit dem imaginären Kreismittelpunkt übereinstimmenden Punkt derselben befestigt ist.

6. Induktive Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kern (4) bildende konfigurierte Platte mit einer Kontur versehen ist, die etwas mehr als zwei sich gegenüberliegende Viertelkreise ausmacht, und daß das Drehteil (5) an dem mit dem imginären Kreismittelpunkt übereinstimmenden Punkt derselben befestigt ist.

7. Induktive Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die der bzw. den Spule(n) (3) zugehörigen, mit einer elektrischen Leitung verbindbaren elektrischen Anschlüsse (1c*) auf der der bzw. den Aussparung(en) (2*) abgewandten Seite des (jeweiligen) Spulenkörpers (2) vorhanden sind.

8. Induktive Sensoreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlüsse (1c*) der Spule(n) (3) als Steckkontaktelemente ausgeführt sind.

9. Induktive Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das den Spulenkörper (2) aufnehmende, aus ferromagnetischem Material bestehende Gehäuse (1) aus FeNi hergestellt ist.

10. Induktive Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der als konfigurierte Platte ausgebildete, aus ferromagnetischem Material bestehende Kern (4) aus FeNi hergestellt ist.

11. Induktive Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) mit einem Masseanschluß (1a′) versehen ist.

12. Induktive Sensoreinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Masseanschluß (1a′) als ein an das Oberteil (1a) des Gehäuses (1) angeformter flacher Steckkontaktstift ausgebildet ist.