DE4413496C1 - Angle sensor for relative position of automobile components - Google Patents

Angle sensor for relative position of automobile components

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Abstract

The sensor provides a position-dependent electrical control signal, using a rod displaced by the angular movement of one component, for rotation of a shaft (8) within a sensor housing (1) attached to the other part. The shaft carries a magnet (12), which cooperates with a Hall generator, providing a Hall voltage representing the angular position of the magnet. The housing contains a U-shaped bearing block (3) with a pair of relatively spaced bearing points (6, 7) for the shaft, provided by the opposing side arms (4, 5), with the magnet attached to the shaft between the bearing points.

Description

Die Erfindung betrifft einen Winkelsensor zum Abfühlen der Relativpositionen zweier Kraftfahrzeugteile nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an angle sensor for sensing the Relative positions of two motor vehicle parts according to the waiter Concept of claim 1.

Ein derartiger Winkelsensor ist aus DE-42 09 205 A1 be­ kannt. Bei dem bekannten Winkelsensor ist die Magneten tragende Welle im Gehäuse freitragend gelagert, was be­ dingt, daß zur Erzielung einer stabilen Halterung der Welle das Gehäuse relativ breit ausgebildet werden muß, um eine relativ lange Buchse aufzunehmen, die einer zuver­ lässigen Drehlagerung der Welle dient.Such an angle sensor is known from DE-42 09 205 A1 knows. In the known angle sensor is the magnet load-bearing shaft in the housing cantilevered, what be Thing that to achieve a stable bracket Wave the housing must be made relatively wide in order to record a relatively long socket that one verver casual rotary bearing of the shaft.

Aus GB-21 23 562 A ist ein Winkelsensor anderer Art be­ kannt, bei dem eine Welle an zwei in gegenseitigem Abstand gelegenen Lagerstellen drehbar gelagert und der Magnet zwischen diesen Lagerstellen auf der Welle befestigt ist. Dabei ist aber die eine Lagerstelle am Gehäusedeckel des Sensors ausgebildet, so daß bei Abnahme des Deckels die Anordnung funktionsuntüchtig wird und bei geöffnetem Deckel nicht überprüft und gewartet werden kann.From GB-21 23 562 A an angle sensor of a different kind is be knows, where a shaft on two at a mutual distance located bearings rotatably and the magnet between these bearings on the shaft. But this is the one bearing on the housing cover of Sensor trained so that when removing the cover Arrangement becomes inoperable and when open Lid cannot be checked and serviced.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei dem gattungsgemäßen Win­ kelsensor die Lagerordnung so auszubilden, daß bei mög­ lichst kleinen Abmessungen des Gehäuses auch bei einer Ab­ nahme des Gehäusedeckels die Anordnung funktionstüchtig bleibt.It is an object of the invention in the generic Win kelsensor form the storage order so that if possible Smallest dimensions of the housing even with an Ab took the housing cover the arrangement working remains.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Winkelsensor durch die im Kennzeichnungsteil im Patentanspruch 1 ste­ henden Merkmale gelöst.The task is with a generic angle sensor  by the ste in the labeling part in claim 1 characteristics resolved.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:The following description of a preferred embodiment form serves in connection with the attached drawing the further explanation. Show it:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Winkelsensors und Fig. 1 is a sectional view of an angle sensor and

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Draufsicht in Richtung des Pfeiles A nach Abnahme zweier Deckel. Fig. 2 is a partially sectioned plan view in the direction of arrow A after removing two lids.

In einem Gehäuse 1 aus elektrisch isolierendem Kunststoff ist mittels Schrauben 2 ein Lagerblock 3 befestigt. Der Lagerblock 3 ist als seitlich offener, U-förmiger Bügel mit zwei Schenkeln 4, 5 ausgebildet. In jedem Schenkel 4, 5 ist eine Lagerstelle 6, 7, z. B. in Gestalt von Buchsen aus Sinterbronze, für eine Welle 8 ausgebildet. Die Welle 8 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 9 verbunden. Das Gehäuse 1 wird fest an einem von zwei Kraftfahrzeugteilen, beispielsweise am Fahrwerk, angeordnet, während der einen Teil eines Ge­ stänges bildende Hebel 9 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 be­ stimmten Winkel verdreht.A bearing block 3 is fastened in a housing 1 made of electrically insulating plastic by means of screws 2 . The bearing block 3 is designed as a laterally open, U-shaped bracket with two legs 4 , 5 . In each leg 4 , 5 is a bearing 6 , 7 , z. B. in the form of sintered bronze bushings, formed for a shaft 8 . The shaft 8 protrudes on one side (on the right in FIG. 1) from the housing 1 and is connected there in a rotationally fixed manner to a lever 9 at its free end. The housing 1 is fixed to one of two motor vehicle parts, for example on the chassis, while the part of a Ge rod forming lever 9 with its free (not shown in Fig. 1) end articulated with the other of the two motor vehicle parts, for example the chassis , is connected. If the two motor vehicle parts move relative to each other, the shaft 3 is rotated by a certain angle.

Zwischen den beiden Lagerstellen 6, 7 sitzt im Inneren des bügelförmigen Lagerblocks 3 auf der Welle 8 drehfest ein ringförmiger Kunststoffmantel 11, der in einer peripheren Nut einen Ringmagneten 12 aufnimmt, dessen Polarisierung in Fig. 1 durch die Buchstaben "N" und "S" angegeben ist. Über den Kunststoffmantel 22 ist der Magnet 23 drehfest mit der Welle 3 verbunden und wird von dieser bei ihrer Verdrehung entsprechend mitgenommen.Between the two bearing points 6, 7 is seated inside the stirrup-shaped bearing block 3 on the shaft 8 in a rotationally fixed a ring-shaped plastic casing 11, a ring magnet 12 receives in a peripheral groove whose polarization in Fig. 1 by the letter "N" and "S" is specified. The magnet 23 is connected in a rotationally fixed manner to the shaft 3 via the plastic jacket 22 and is accordingly taken along by the latter when it is rotated.

Zwischen dem Gehäuse 1 und dem Lagerblock 3 ist ein durch die Schrauben 2 festgehaltenes Lagerblech 13 vorgesehen, das sich beidseits über den relativ schmal ausgebildeten Lagerblock 3 hinaus erstreckt und dessen Gestalt am besten aus Fig. 2 ersichtlich ist. Auf diesem Lagerblech ist, vgl. Fig. 2, ein Schlitten 14 verschieblich angeordnet, der relativ zu dem Ringmagneten 12 justierbar und durch eine Schraube 15 feststellbar ist. Provided between the housing 1 and the bearing block 3 is a bearing plate 13 held in place by the screws 2 , which extends on both sides beyond the relatively narrow bearing block 3 and the shape of which is best seen in FIG. 2. On this bearing plate, cf. Fig. 2, a carriage 14 slidably arranged, which is adjustable relative to the ring magnet 12 and can be locked by a screw 15 .

Der Schlitten 14 weist eine senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 2 und parallel zur Achse der Welle 8 verlaufende Wand 16 auf, an welcher unter Zwischenschaltung einer Lei­ terplatte 17 ein Hall-Generator 18 befestigt ist, der so­ mit durch den Schlitten 24 relativ zum Ringmagneten 12 einstellbar ist. Der Hall-Generator 18 ist über die Lei­ terplatte 17 und flexible Bandleitungen 19 mit Anschluß­ steckern 21 verbunden. Die Anschlußstecker 21 werden in bekannter Weise über entsprechende Buchsen an ein Kabel angeschlossen, über das letzten Endes die in dem Hall-Ge­ nerator 18 auftretende Hall-Spannung zu einem Steuergerät oder dergleichen übertragen wird. Zwischen den flexiblen Bandleitungen 19 und den Steckern 21 sind Filterelemente 22 für elektrische Störspannungen oder dergleichen vorge­ sehen. Die Flexibilität der Bandleitung 19 gestattet ein leichtes Verschieben des Schlittens 14 und somit eine Ju­ stierung des Hall-Generators 18 relativ zum Ringmagneten 12.The carriage 14 has a perpendicular to the drawing plane of FIG. 2 and parallel to the axis of the shaft 8 wall 16 , to which, with the interposition of a Lei terplatte 17, a Hall generator 18 is attached, so that with the carriage 24 relative to the ring magnet 12 is adjustable. The Hall generator 18 is connected via the Lei terplatte 17 and flexible ribbon cables 19 with connectors 21 . The connector 21 are connected in a known manner via corresponding sockets to a cable, via which ultimately the Hall voltage occurring in the Hall-Ge generator 18 is transmitted to a control unit or the like. Filter elements 22 for electrical interference voltages or the like are provided between the flexible ribbon cables 19 and the plugs 21 . The flexibility of the ribbon cable 19 allows easy displacement of the carriage 14 and thus a Ju stierung the Hall generator 18 relative to the ring magnet 12th

Wie auf der Zeichnung dargestellt, ist die aus dem Ring­ magneten 12 und dem Hall-Generator 18 bestehende Anordnung ringsum von einer metallischen Abschirmung 23, z. B. aus Messing, eingekapselt, die auf ihrer einen Seite von den Schrauben 2 im Gehäuse 1 festgehalten wird. Diese Abschir­ mung 23 umschließt die Anordnung überall so dicht, daß we­ der Staub noch Feuchtigkeit eindringen können und eine elektrische Abschirmung gewährleistet ist.As shown in the drawing, the ring magnet 12 and the Hall generator 18 existing arrangement all around by a metallic shield 23 , for. B. made of brass, encapsulated, which is held on one side by the screws 2 in the housing 1 . This shielding 23 encloses the arrangement everywhere so tightly that we can still let the dust penetrate moisture and an electrical shield is guaranteed.

Die Abschirmung 23, die durch einen lösbaren Deckel 24 verschließbar ist, ist innerhalb einer topfförmigen Aus­ sparung des Gehäuses 1 angeordnet. Auf den Rand des Gehäu­ ses 1 ist ein diese Aussparung verschließender Deckel 25 lösbar aufgebracht. The shield 23 , which can be closed by a removable cover 24 , is arranged within a pot-shaped recess from the housing 1 . On the edge of the housing 1 a cover 25 closing this recess is releasably applied.

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 9 gelenkig mit dem Fahrwerk verbunden wird. Wenn Relativbewegungen zwischen dem Chassis und dem Fahrwerk auftreten, führt dies zu entsprechenden Verdrehungen der Welle 8 über den Hebel 9. Diese Verdrehungen werden von dem Ringmagneten 12 mitausgeführt. Hierdurch werden in dem Hall-Generator 18 in bekannter Weise verdrehungsabhängige Steuersignale er­ zeugt, die an ein Steuergerät übertragen werden. Diese Steuersignale sind für die jeweiligen Relativpositionen der beiden Kraftfahrzeugteile, nämlich Fahrwerk einerseits und Chassis andererseits, repräsentativ. Sie können daher zur gesteuerten Verstellung anderer Kraftfahrzeugteile, beispielsweise der Scheinwerfer, ausgenutzt werden.In operation, the arrangement described works as follows: When using the angle sensor on a level-controlled, so-called "active" chassis of a motor vehicle, the housing 1 is firmly attached to the chassis of the vehicle, while the free end of the lever 9 is articulated to the chassis . If relative movements occur between the chassis and the chassis, this leads to corresponding rotations of the shaft 8 via the lever 9 . These rotations are carried out by the ring magnet 12 . As a result, rotation-dependent control signals are generated in the Hall generator 18 in a known manner and are transmitted to a control unit. These control signals are representative of the respective relative positions of the two motor vehicle parts, namely the chassis on the one hand and the chassis on the other. They can therefore be used for the controlled adjustment of other motor vehicle parts, for example the headlights.

Am Gehäuse 1 ist eine Schraubenfeder 26 (Fig. 1) vorgese­ hen, deren Ende 27 rechtwinkelig abgebogen ist und den He­ bel 9 in seiner Ausgangsstellung an einem mit dem Gehäuse 1 verbundenen Anschlag 28 hält.On the housing 1 , a helical spring 26 ( FIG. 1) is hen hen, the end 27 of which is bent at right angles and holds the lever 9 in its starting position on a stop 28 connected to the housing 1 .

Bei der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform ist lediglich ein einziger Hall-Generator 18 verwendet. Es ist möglich - vgl. Fig. 2 - gegenüber dem Schlitten 14 und dem Hall-Generator 18 auf dem Lagerblech 13 eine wei­ tere Anordnung aus einem solchen Schlitten und einem Hall- Generator vorzusehen, wobei dann die beiden Hall-Generato­ ren vorzugsweise redundant geschaltet werden, wodurch die Betriebssicherheit des Winkelsensors erhöht wird.In the illustrated and described embodiment, only a single Hall generator 18 is used. It is possible - cf. Fig. 2 - compared to the carriage 14 and the Hall generator 18 on the bearing plate 13 to provide a Wei tere arrangement of such a carriage and a Hall generator, in which case the two Hall generators Ren are preferably switched redundantly, whereby the operational reliability of Angle sensor is increased.

Bei einer anderen Ausführungsform können statt des darge­ stellten und beschriebenen Ringmagneten 12 auch separate Einzelmagnete an der Welle 8 angeordnet werden, denen dann vorzugsweise jeweils wenigstens ein Hall-Generator zugeordnet wird.In another embodiment, instead of the illustrated and described ring magnet 12 , separate individual magnets can also be arranged on the shaft 8 , which are then preferably each assigned at least one Hall generator.

Durch die Verwendung des vorzugsweise aus Metall gefertig­ ten Lagerblocks 3 wird eine besonders raumsparende und stabile Lagerung der Welle 8 ermöglicht. Wenn der Lager­ block 3 als seitlich offener, U-förmiger Bügel ausgebildet wird, ist eine allgemeine Zugänglichkeit und besonders be­ queme Verdrahtung des oder der Hall-Generatoren 18 mög­ lich. Der Lagerblock 3 kann ohne Einbuße an Stabilität der Lagerung so schmal ausgebildet werden, daß der den Hall- Generator 18 tragende Schlitten 14 seitlich außerhalb des Lagerblocks 3 liegt und somit nach Abnahme der Deckel 24, 25 von außen leicht justiert werden kann.The use of the bearing block 3 , which is preferably made of metal, enables a particularly space-saving and stable mounting of the shaft 8 . If the bearing block 3 is formed as a laterally open, U-shaped bracket, general accessibility and particularly convenient wiring of the Hall generator (s) 18 is possible. The bearing block 3 can be made so narrow without sacrificing the stability of the bearing that the carriage 14 carrying the Hall generator 18 lies laterally outside the bearing block 3 and can therefore be easily adjusted from the outside after the covers 24 , 25 have been removed.

Claims (5)

1. Winkelsensor zum Abfühlen der Relativpositionen zweier Kraftfahrzeugteile, z. B. eines Fahrwerks einerseits und eines Chassis andererseits, und zum Erzeugen eines positionsabhängigen elektrischen 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 und wenigstens einen Magneten umfaßt, der auf einer durch das Gestänge im Gehäuse verdrehba­ ren Welle angeordnet ist, und wobei dem Magneten we­ nigstens ein mit elektrischen Leitungen verbundener Hall-Generator zugeordnet ist, der eine von dem Ver­ drehwinkel des Magneten abhängige elektrische Hall- Spannung liefert, und diese Hall-Spannung als posi­ tionsabhängiges Steuersignal dient, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) ein Lagerblock (3) angeordnet ist, in dem die Welle (8) an zwei in gegenseitigem Abstand gelegenen Lagerstellen (6, 7) drehbar gehalten ist, daß der Magnet (12) zwischen diesen Lagerstellen (6, 7) auf der Welle (8) befestigt ist, daß der Lager­ block (3) als seitlich offener, U-förmiger Bügel mit zwei Schenkeln (4, 5) ausgebildet ist, und daß die Lagerstellen (6, 7) der Welle (8) in diesen Schenkeln (4, 5) angeordnet sind.1. Angle sensor for sensing the relative positions of two motor vehicle parts, for. B. a chassis on the one hand and a chassis on the other hand, and for generating a position-dependent electrical control signal, wherein the enclosed by a housing angle sensor on the one motor vehicle part is fixed and actuated via a linkage connected to the other motor vehicle part and comprises at least one magnet that on is arranged by the linkage in the housing rotatable shaft, and wherein the magnet we at least one associated with electrical lines Hall generator is assigned, which provides a dependent on the Ver angle of rotation of the magnet electrical Hall voltage, and this Hall voltage as Position-dependent control signal is used, characterized in that a bearing block ( 3 ) is arranged in the housing ( 1 ), in which the shaft ( 8 ) is rotatably held at two bearing points ( 6 , 7 ) located at a distance from one another, that the magnet ( 12 ) between these bearing points ( 6 , 7 ) on the shaft ( 8 ) is that the bearing block ( 3 ) is designed as a laterally open, U-shaped bracket with two legs ( 4 , 5 ), and that the bearing points ( 6 , 7 ) of the shaft ( 8 ) in these legs ( 4 , 5 ) are arranged. 2. Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerblock (3) derart schmal ausgebildet ist, daß er den Hall-Generator (18) nicht überdeckt und dieser somit zum Zwecke einer Justierung zugänglich ist.2. Angle sensor according to claim 1, characterized in that the bearing block ( 3 ) is so narrow that it does not cover the Hall generator ( 18 ) and it is therefore accessible for the purpose of adjustment. 3. Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerblock (3) und mit ihm der Magnet (12) und der Hall-Generator (18) von einer Abschirmung (23) um­ schlossen sind.3. Angle sensor according to claim 1, characterized in that the bearing block ( 3 ) and with it the magnet ( 12 ) and the Hall generator ( 18 ) by a shield ( 23 ) are closed. 4. Winkelsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (23) und das Gehäuse (1) durch Deckel (24, 25) verschlossen sind, die nach Ablösung Zugang zu dem Hall-Generator 18 gewähren.4. Angle sensor according to claim 3, characterized in that the shield ( 23 ) and the housing ( 1 ) are closed by covers ( 24 , 25 ) which allow access to the Hall generator 18 after detachment. 5. Winkelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) beidseits des Lagerblocks (3) zwei Hall-Generatoren (18) vorgesehen sind.5. Angle sensor according to claim 1, characterized in that two Hall generators ( 18 ) are provided in the housing ( 1 ) on both sides of the bearing block ( 3 ).
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