DE4429444A1 - Anordnung zur Erfassung von Meßpunkten sich relativ zueinander bewegender Teilelemente - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erfassung von Meßpunkten sich relativ zueinander bewegender Teilele­ mente mit

• - einer Spulenanordnung und
• - einem Gleitkernelement,

die jeweils an einem der Teilelemente angeordnet sind.

Um eine Drehbewegung eines sich bewegenden Teilelementes erfassen zu können, ist aus DE 88 15 685 U1 bekannt, ein Gleitkernelement auf einer Scheibe anzuordnen, der sich gegenüber einer Spulenanordnung befindet. Auch wenn sich diese Anordnung bewährt hat, ist eine Stellung des Kern­ elements hierdurch nicht genau erkennbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Nachteile bei einer Anordnung zur Erfassung sich relativ zueinander bewegender Teilelemente der ein­ gangs genannten Art beseitigen und eine Anordnung zur Er­ fassung von Meßpunkten sich relativ zueinander bewegen­ der Teilelemente zu schaffen, die eine hohe Meßgenauig­ keit aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Spulenanordnung aus einem zentral liegenden Speisespulen­ element und wenigstens zwei um dieses gruppierte Emp­ fangsspulenelemente besteht, und daß das Gleitkern­ element über dem Speisespulenelement und den Empfangs­ spulenelementen bewegbar ist, so daß durch eine Bewegung des Gleitkernelements in einer Gleitkernperipherie eine Stellung und eine Bewegungsrichtung feststellbar ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe­ sondere in einer komplexen Erfassung von Stellung und Be­ wegungsrichtung innerhalb eines zweidimensionalen Feldes derart, daß in jeder Endstellung eines Meßbereiches so­ wohl die jeweils außenliegende Empfängerspule und die Speisespule vollständig überdeckt werden. Meßwert­ streuungen, die auf ein mechanisches Spiel senkrecht zur Bewegungsebene der sich relativ zueinander bewegenden Teile zurückgehen, werden durch den Gleitkern vermieden. Eine zweidimensionale Bewegung wird genau erfaßt und steht zu einer Auswertung zur Verfügung.

Vorteilhaft ist es, wenn vier Empfangsspulenelemente kreuzförmig in einem im wesentlichen gleichen Abstand gegenüber dem Speisespulenelement angeordnet sind. Hier­ durch ist es möglich, daß der sich über der Empfänger­ spulengruppe bewegende Gleitkern in jeder Endstellung die jeweils außenliegende Empfängerspule und die Spei­ serspule vollständig überdecken kann. Auf diese Weise läßt sich aus den Empfängerspulenpaaren ein von der an­ deren Bewegungsrichtung nahezu unbeeinflußtes Stellungs­ signal auslösen.

Vorteilhaft ist es, wenn das Speisespulenelement und die Empfängerspulenelemente in einer ebenen, einer gebogenen oder einer kugelförmigen Flächenkonfiguration angeordnet sind, so daß das Gleitkernelement

• - in einer flächenförmigen Gleitkernperipherie,
• - in einer gewölbten Gleitkernperipherie oder
• - in einer kugelförmigen Gleitkernperipherie bewegbar ist. Hierdurch entsteht ein Flächensensor mit einer ebe­ nen Fläche, ein Drehwinkelsensor mit einem gewölbten Fläche oder ein Kugelsensor, z. B. Steuerknüppelsensor, mit kugliger Fläche zur Erfassung von Meßwerten in einer X-Y-Anordnung.

Vorteilhaft ist es, wenn das Speisespulenelement und die Empfangsspulenkernelemente mit einer Versorgungs- und Auswerteeinheit verbunden sind. Hierdurch ist es mög­ lich, die empfangenen Meßwerte zu erzeugen, zu erfassen und mit ausreichender Genauigkeit auswerten zu können.

Vorteilhaft ist es, wenn das Gleitkernelement an einer Schaltwelle innerhalb eines Getriebes angeordnet ist. Hierdurch ist es möglich, anhand der Getriebestellung er­ kennen zu können, wann ein Einlegen eines Ganges mit einer vollen Kraftübertragung von einer Antriebseinheit, z. B. einem Motor, möglich ist. Vorteilhafterweise ermöglicht das weichmagnatische Gleitkernelement die stellungsabhängige Einkopplung des Magnetflusses durch eine variable Überlappung der Empfangsspulenelemente.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild eines induktiven Stellungs- und Bewegungssensors,

Fig. 2a einen Stellungs- und Bewegungssensor in einer Mittelstellung in einer schematisch dargestell­ ten Draufsicht,

Fig. 2b einen Stellungs- und Bewegungssensor in einer möglichen Endstellung in einer schematisch dar­ gestellten Draufsicht,

Fig. 2c einen Stellungs- und Bewegungssensor gemäß Fig. 2a in einer geschnittenen Darstellung entlang der Linie IIc-IIc und

Fig. 3 einen Stellungs- und Bewegungssensor in einer schematischen perspektivischen Darstellung.

Ein Stellungs- und Bewegungssensor besteht gemäß Fig. 1, 2a, 2b, 2c und 3 aus

• - einem zentral angeordneten Speisespulenelement 1, vier um dieses in einem Abstand a1, a2, a3 und a4 gruppier­ te Empfangsspulenelemente 2, 3, 4 und 5 und
• - einem Gleitkernelement 6, das sich in einer Gleitkern­ peripherie 7 bewegt und das in wenigstens einer Stel­ lung das zentral angeordnete Speisenspulenelement und zwei nebeneinander liegende Empfangselemente 2, 3, 4 oder 5 vollständig überdeckt.

Möglich ist es, die Spulenelemente 1, 2, 3, 4 und 5

• - in einer ebenen Fläche zu einem Flächensensor,
• - in einer gebogenen Fläche zu einem Drehwinkelsensor oder
• - in einer kugelförmigen Fläche zu einem Kugelsensor, z. B. einem Steuerknüppelsensor,

anzuordnen.

Innerhalb der Gleitkernperipherie 7 ist es möglich, daß das Gleitkernelement gegenüber den Spulenelementen in einem X-Y-Koordinatensystem eine Mittelstellung, wie sie insbesondere aus Fig. 2a und 2c hervorgeht, einzunehmen. Dabei überdeckt das Gleitkernelement 6 das Speisespulen­ element 1 vollständig und die Empfangsspulenelemente 2, 3, 4 und 5 etwa zur Hälfte. Diese Stellung in Bezug auf die X- und Y-Koordinaten geht insbesondere aus Fig. 2c und 3 hervor. Eine mögliche Endstellung ist in Fig. 2b dargestellt. Hierbei überdeckt das Gleitkernelement 6 die Speisespule 1 und die nebeneinander liegenden Empfangsspulenelemente 2 und 3 vollständig. Weitere Endstellungen sind eine Überdeckung der Spulenelemente 1, 2 und 3, 1, 3 und 4 bzw. 1, 4 und 5.

Das Speisespulenelement 1 wird hierbei, wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, mit einer Wechselspannungsver­ sorgungseinheit 8 verbunden. Der erste Eingang des Emp­ fangsspulenelements 2 und der erste Eingang des Empfangs­ spulenelements 4 sind miteinander verbunden, während der zweite Eingang des Empfangsspulenelements an Masse und der zweite Eingang des Empfangsspulenelements 4 über ein Demodulationsglied an einen Tiefpaß 12 geführt ist. Das Empfangsspulenelement 5 liegt mit seinem ersten Eingang am ersten Eingang des Empfangsspulenelements 3, während der zweite Eingang des Empfangsspulenelements 5 an Masse und der zweite Eingang des Empfangsspulenelements 3 über ein weiteres Demodulationsglied 9 an einen weiteren Tief­ paß 11 geführt ist. Über eine Anschlußleitung SYNC sind die Demodulationsglieder 9 und 10 mit der Wechselstrom­ versorgungseinheit 8 verbunden. Das zentral angeordnete Speisespulenelement 1 wird durch die von der Wechsel­ spannungsversorgungseinheit 8 erzeugten Wechselspannung betrieben.

Eine komplexe Erfassung von Stellung und Bewegungs­ richtung innerhalb der X- und Y-Koordinaten eines zweidimensionalen Feldes wird in zwei Dimensionen in der Form erfaßt, daß dem gemeinsamen Speisespulenelement 1 zwei zueinander senkrecht stehende Empfängerspulenele­ mente 5 und 2, 2 und 3, 3 und 4 bzw. 4 und 5 zugeordnet werden und das Gleitkernelement 6 darüber liegt mit einer Größe, die in jeder Endstellung des Meßbereiches sowohl das jeweils außenliegende Empfängerspulenelement 2, 3, 4 bzw. 5 und das Speisespulenelement 1 vollständig überdeckt. Auf diese Weise läßt sich aus beiden Empfän­ gerspulenelementenpaaren 2 und 4 bzw. 3 und 5 ein von der anderen Bewegungsrichtung nahezu unbeeinflußtes Stellungssignal X bzw. Y auslösen. Hierdurch ist es mög­ lich, ein Sensormodul für zwei Bewegungen einzusetzen, wobei die Abstandsabhängigkeit der Meßanordnung durch den Gleitkernaufbau vernachlässigbar bleibt.

Wird ein erfindungsgemäßer Stellungs-Bewegungssensor in einem Getriebe eingesetzt, ist es damit möglich, ein Radialspiel einer Schaltwelle zu kompensieren und die zweidimensionale Bewegung der Schaltwelle analog zu erfassen und mit ausreichender Genauigkeit auszuwerten. Hierdurch ist es möglich, die Getriebestellung zu erkennen, ab welcher beim Einlegen eines Ganges die volle Kraftübertragung gegeben ist.

Bezugszeichenliste

1 Speisespulenelement
2, 3, 4, 5 Empfangsspulenelement
6 Gleitkernelement
7 Gleitkernperipherie
8 Wechselspannungsversorgungseinheit
9 Demodulationsglied
10 Demodulationsglied
11 Tiefpaß
a1, a2, a3, a4 Abstand X-Koordinate Y-Koordinate
SCX Stellung Signal X
SCY Stellung Signal Y
SYNC Anschlußleitung

Claims (7)

1. Anordnung zur Erfassung von Meßpunkten sich relativ zueinander bewegender Teilelemente mit

• - einer Spulenanordnung (1, 2, 3, 4, 5) und
• - einem Gleitkernelement (6),

die jeweils an einem der Teilelemente angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Spulenanordnung aus einem zentral liegen­ den Speisespulenelement (1) und wenigstens zwei um dieses gruppierte Empfangsspulenelemente (2, 3, 4, 5) besteht, und
• - daß das Gleitkernelement (6) über dem Speisespulen­ element (1) und den Empfangsspulenelementen (2, 3, 4, 5) bewegbar ist,
• - so daß durch eine Bewegung des Gleitkernelements (6) in einer Gleitkernperipherie (7) eine Stellung und eine Bewegungsrichtung feststellbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Empfangsspulenelemente (2, 3, 4, 5) kreuz­ förmig in einem im wesentlichen gleichen Abstand (a1, a2, a3, a4) gegenüber dem Speisespulenelement (1) angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß das Speisespulenelement (1) und die Empfänger­ spulenelemente (2, 3, 4, 5) in einer ebenen, einer gebogenen oder einer kugelförmigen Flächenkonfigu­ ration angeordnet sind,
• - so daß das Gleitkernelement (6)
• - in einer flächenförmigen Gleitkernperipherie (7),
• - in einer gewölbten Gleitkernperipherie (7) oder
• - in einer kugelförmigen Gleitkernperipherie (7) bewegbar ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Speisespulenelement (1) und die Empfangsspulenelemente (2, 3, 4, 5) mit einer Versorgungs- und Auswerteeinheit (9, 10, 11, 12) verbunden sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitkernelement (6) an einer Schaltwelle innerhalb eines Getriebes angeord­ net ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das weichmagnatische Gleitkern­ element (6) die stellungsabhängige Einkopplung des Magnetflusses durch eine variable Überlappung der Empfangsspulenelemente (2, 3, 4, 5) ermöglicht.