EP1445494A2 - Stellelement mit Lageerkennung - Google Patents

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EP1445494A2
EP1445494A2 EP04100364A EP04100364A EP1445494A2 EP 1445494 A2 EP1445494 A2 EP 1445494A2 EP 04100364 A EP04100364 A EP 04100364A EP 04100364 A EP04100364 A EP 04100364A EP 1445494 A2 EP1445494 A2 EP 1445494A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hall sensor
magnet
piston rod
housing
turntable
Prior art date
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Granted
Application number
EP04100364A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1445494A3 (de
EP1445494B1 (de
Inventor
Thomas Haubold
Dirk Traichel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mann and Hummel GmbH
Original Assignee
Mann and Hummel GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Mann and Hummel GmbH filed Critical Mann and Hummel GmbH
Publication of EP1445494A2 publication Critical patent/EP1445494A2/de
Publication of EP1445494A3 publication Critical patent/EP1445494A3/de
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Publication of EP1445494B1 publication Critical patent/EP1445494B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/28—Means for indicating the position, e.g. end of stroke
    • F15B15/2807—Position switches, i.e. means for sensing of discrete positions only, e.g. limit switches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/8158—With indicator, register, recorder, alarm or inspection means
    • Y10T137/8225—Position or extent of motion indicator
    • Y10T137/8242—Electrical

Definitions

  • the invention relates to an actuator according to the preamble of claim 1. Furthermore The invention relates to a modular system for creating the control element according to the genus of the independent claim 10.
  • Actuators for actuating actuators such. B. flaps, rotary valves or valves are widely known in the art. For many applications it is necessary to at least the end positions one with the drive of the Actuating element correspondingly connected to detect and close monitor. It is known from EP 0 345 459 B1, within a pressure chamber pneumatic actuator to arrange an electrical switch, which depends can be actuated relative to the housing by the position of the piston rod. When reaching the switch is triggered at a predetermined position by the piston rod and outputs an electrical signal. The switch is deliberately in the pressure room of the pneumatic actuator arranged so as to prevent contamination and corrosion to be protected by aggressive media. Control elements are likewise known to the person skilled in the art is known in which the position detection via the acceptance of a signal from a grinding potentiometer he follows.
  • a disadvantage of these solutions is, on the one hand, the susceptibility to wear of these contact-controlled ones End position detection and the resulting vulnerability with regard to a reliable signal output. There is also a risk of corrosion of the contacts or the sliding contacts of the potentiometer, especially when in contact with chemicals or aggressive media. Another disadvantage of the grinding potentiometer is that occurring temperature drift with strongly changing temperatures and thereby the Unreliability of the output signal.
  • the object of the invention is therefore to provide an actuator with an integrated To create position detection, which is simple, with a wear-free Position detection works and by simply replacing fewer parts within one wide range of applications is applicable.
  • Another object of the invention is not only to offer an end position detection of the control element, but also also the possibility to record the path between the end positions. This task will solved by the features of claims 1 and 10.
  • the actuating element has a housing with one arranged therein Drive and at least one means for position detection, one in the housing movably mounted piston rod corresponding to the drive to exert a force effect connected is.
  • the means for position detection consists of at least a stationary Hall sensor and at least one to the Hall sensor corresponding, movably arranged magnets. That emanating from the magnet magnetic field generated depending on the position of the magnet relative to the Hall sensor a magnetic flux through the Hall sensor.
  • the drive is preferably via a vacuum housing with membrane, i.e. pneumatically implemented, but can also be electrical, be carried out mechanically or hydraulically.
  • the execution of the control element Made entirely of plastic, a mix of materials between plastic and metal or consist entirely of metal.
  • the piston rod movably mounted in the housing has preferably a square cross section, but can also be used without restriction have a circular (oval) or polygonal cross-section. Likewise can they can be straight or curved. It corresponds to the drive connected, the connection being detachable or non-detachable in nature and it this connection is also possible via an intermediate gear or change-over gear or carry out a different kind of redirection.
  • the position detection is in the control element according to the invention contactlessly via a stationary in or Hall sensor arranged on the housing with at least one corresponding thereto movable magnet realized. The magnetic generated by the magnet Depending on the position of the magnet relative to the Hall sensor, the field generates a magnetic flux through the Hall sensor and thereby a changed signal at its output.
  • the piston rod is at least a turntable correspondingly connected to a shaft and thus converts one translatory movement of the piston rod into a rotary movement of the shaft around.
  • This is comparable e.g. B. with the crank mechanism of a bicycle, in which an approximate translational movement of the leg with respect to the pedals in a rotary Movement on the chain drive is converted.
  • the piston rod movable in the housing and corresponding to the drive of the control element connected, it is possible for them to allow a certain angular offset, and so on an approximate circular path of the connection point between the piston rod and Turntable to follow in the outer area of the turntable.
  • the so driven shaft can e.g. B. a switching flap, a switching flap assembly or a Turn the rotary valve within a certain angular range.
  • the turntable can take the form of an essentially circular disk with volume, but here are the design options almost no limits. So the turntable can also be square or be oval in shape and in extreme cases even consist of only one deflecting rod. The kinematic conversions necessary for this should be well known to the skilled person and need no further examples.
  • the Hall sensor is the position detection releasably arranged in the housing of the actuating element.
  • a detachable connection such as. B. a screw connection, a clip connection or a pure plug connection as well as other in the state of Technically known types of connection is releasably connected to the housing.
  • the Hall sensor is non-detachable in the housing arranged the actuator.
  • the Hall sensor is attached to the intended one Pick-up point in the housing via an adhesive process or a welding process or other means known in the art for the permanent connection of two elements connected to the housing. Due to the inseparable connection possible Error caused by a change in the position of the Hall sensor, e.g. B. by vibrations and the associated falsified signal output can be minimized.
  • a special embodiment The invention provides that to increase the magnetic flux of the movable arranged magnet arranged at least one flux guide plate on the Hall sensor is and this flux guide plate in predetermined positions, the poles of the magnet in the essentially covered.
  • This flow baffle is for one corresponding to the Hall sensor and covered at least in one Partial area the path of the magnet guided in the housing when the position changes through the piston rod.
  • the shape of the flow guide plate is preferably the same a U-shape, the two legs of the U respectively the north and the south pole of the Cover the magnet at at least one point of the magnet on its path of motion.
  • the Hall sensor detects the translational change in position of the piston rod.
  • the at least one magnet is preferably integrated into the piston rod, so that the magnetic flux is as unimpeded as possible.
  • the magnet can be in Recesses are integrated in the piston rod and with it via detachable or non-detachable Connection types are connected.
  • the magnet preferably has a cylindrical or pen shape, but other shapes are also conceivable and technically feasible.
  • Movement of the piston rod is a relative movement to the stationary Hall sensor is carried out in the Hall sensor as a function of the change in the magnetic flux a different signal for identification from the position of the magnet the change in position or also to identify the end positions.
  • At least one magnet is on the Turntable arranged and the Hall sensor thus detects the rotational change in position the wave.
  • the Hall sensor is arranged stationary in the housing so that it corresponds with a change of position of the magnet by turning the turntable a change in position of the turntable and the correspondingly associated shaft can accommodate. So in a simple way and manner of the angle of rotation starting from a zero position of the driven shaft be recorded.
  • the preferred application here are rotary valves which are connected to the Shaft are connected, or also flaps or flap walls, there are however, other applications are conceivable and possible in which the position of the Shaft and the angle of rotation of the shaft are relevant for an evaluation.
  • a programmable Hall sensor In which The use of a programmable Hall sensor is still possible Two-point comparison with the functional test including the component to be switched. This is e.g. B. possible during production directly at the end of the belt and thus increases in very high time and cost efficiency.
  • the control element can also be included calibrate the component to be switched so easily and cheaply, which results in a very leads to high accuracy.
  • the data output by the Hall sensor can thus z. B. passed on to the engine control unit in the vehicle and thus meet the requirements to the On Board Diagnostics (OBD), which are used in modern motor vehicles the exhaust gas regulations and to achieve redundancies.
  • OBD On Board Diagnostics
  • At least a magnet arranged on the turntable can be released with the turntable or be permanently connected and changed by the rotary movement of the turntable its magnetic flux relative to the fixed Hall sensor. The shape of the magnet has no influence on the function of the position detection.
  • the Hall sensor has for detection an output for a digital signal from predetermined positions. This is it possible, simply z. B. to detect and output the end positions of the movement.
  • the Hall sensor functions as a simple end position detection and thus replaces that from the State-of-the-art make contact. Depending on the signal strength and Any programming of the Hall sensor can be done almost arbitrarily realize exact end position and position detection.
  • the Hall sensor has an output for an analog signal to detect a position profile.
  • the output signal changes depending on the change in the Magnetic flux. This change occurs as soon as the movable at least one magnet executes a relative movement to the stationary Hall sensor.
  • a evaluation logic implemented either in the Hall sensor or externally available each movement point of the piston rod or the rotary valve can be recognized and output. This option therefore also allows conclusions to be drawn about the current one Position between the two end positions.
  • actuating element is in realizing the individual variants in a modular system.
  • this Modular system it is possible to use actuators to drive actuators produce, the individual parts of the modular system can be freely combined with each other are and with the different combination of control elements with or without Position detection and with or without force redirection from translational to rotary Result in force.
  • the design options vary from a simple one Control element with piston rod and translatory force effect up to one control element with piston rod, corresponding here with connected turntable Redirection of the force effect from a translatory movement to a rotary movement Movement with a position detection, the position detection the entire movement detected.
  • the modular system includes a housing with a drive, at least two movable piston rods that can be guided in the housing and can be used optionally, at least two rotary valves for the corresponding optional connection with one of the piston rods and at least one Hall sensor.
  • the at least two Piston rods include at least one piston rod that has no magnet and at least one piston rod equipped with at least one magnet is.
  • the actual design of the piston rod can be identical and differ only in the subsequent introduction of the at least one magnet. It is therefore also possible for the modular system to have at least two identical ones Has piston rods and additionally at least one magnet for subsequent Attachment to the piston rod is added to the modular system.
  • At least two turntables differ from each other just as with the piston rods by arranging at least one magnet on one of the turntables.
  • both turntables can be constructed identically and the at least one Magnet can be retrofitted to one of the two turntables.
  • the turntables with or without a magnet to connect it optionally with the piston rod in order to redirect the force to realize.
  • the turntables also have the option of a connection a wave for z. B. on a rotary valve or a flap assembly.
  • a Hall sensor fixed either in the area of the movement Piston rod or alternatively stationary in the area of the movement of the turntable to arrange.
  • the use of the Hall sensor is optional and is done here of course, preferably in combination with either that with at least one magnet equipped piston rod or that equipped with at least one magnet Turntable.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an actuator 10, here as a vacuum actuator executed, with a vacuum connection 11, which to a vacuum chamber 12 is connected with a spring 13 embedded therein.
  • the vacuum room is formed from an upper housing part 14, which seals with a lower housing part 15 is connected.
  • the spring 13 is supported on the one hand in the upper housing part 14 and on the other hand on a spring support 16 which is connected to a piston rod 17 is, from.
  • the piston rod 17 is movable in the lower region of the lower housing part 15 led out of this, and through a membrane 18, the vacuum chamber 12th sealingly separated from the environment.
  • the membrane 18 and the spring support 16 are connected to each other, whereby the piston rod 17th is tightened against the spring force of the spring 13 in the direction of the upper housing part 14.
  • the piston rod 17 has a through bore 19, through which a pin 20 which is rotatably mounted eccentrically in a turntable 22 is reaching out.
  • a locking ring 21 is embedded.
  • the turntable 22 is concentric firmly connected to a shaft 23, the shaft being supported by a ball bearing 24. Due to the fixed connection between the turntable 22 and shaft 23, a rotational force can are transferred from the turntable to the shaft, whereby in the further course the shaft 23 z.
  • a rotary valve or a switching flap assembly which is rotatable is operated, can be connected.
  • the piston rod 17 Since the piston rod 17 is movable in the lower part of the housing 15 is stored, it can in the lower region of the circular path at the Turntable 22 follow fixed pin 20 and so translationally upwards Directed movement of the turntable 22 and the shaft 23 connected thereto to a convince rotary motion.
  • Two magnets 25a and 25b are arranged in the upper region of the piston rod 17. These are embedded in the piston rod 17 and firmly connected to it. In the lower one The position of the piston rod 17 at the level of the magnet 25a is fixed in the housing Hall sensor 26 arranged. This is via a closed cable guide 27 with a Plug output 28 connected. The system of Hall sensor 26, closed Cable guide 27 and connector outlet 28 is in the upper area of the lower part of the housing 15 clipped into a clipping opening 29 arranged there in the direction X. With this structure of the control element 10, it is possible, either via a Hall sensor 26 with digital Output to detect the two end positions of the piston rod 17, or the entire Path of the piston rod 17 via a Hall sensor 26 with an analog output signal take.
  • the lower end position of the piston rod 17 is characterized in that that here the magnet 25a is at the level of the stationary Hall sensor 26.
  • the The upper end position of the piston rod 17 is then reached as soon as the magnet 25b opens Height of the Hall sensor 26 is located. Because the Hall sensor 26 changes in the magnetic field strength resp. the magnetic flux responds, it gives an end position signal when reached the highest magnetic field strength. The highest magnetic field strength is then reached as soon as the magnet is exactly at the level of the Hall sensor.
  • FIG. 2 shows the section A - A as a side plan view of the turntable 22 1 corresponding components are provided with the same reference numerals.
  • the turntable 22 is concentric on the shaft 23 and is connected to it in a rotationally fixed manner.
  • the connecting pin 20 between the piston rod 17 and turntable 22 is arranged eccentrically and thus causes translational Movement of the piston rod 17 a rotation of the turntable 22 and thus also the associated shaft 23.
  • FIG. 3 shows a schematic view of a variant of the invention Control element 10.
  • This pneumatic control element 10 differs from the control element 10 of Figure 1 in that there is no conversion of the translational movement the piston rod 17 in a rotational movement of a shaft 23 becomes. Another important difference is that here on the piston rod 17 only one Magnet 25 is arranged. With a digital design of the Hall sensor, the Hall sensor only the end position of the piston rod 17 when the vacuum is applied Control element 10 are detected. Once the magnet 25 by moving the piston rod 17 in the direction of the upper housing part 14 is in register with the Hall sensor 26 the signal for reaching the end stop is output by the Hall sensor.
  • the actuating element 10 shown is in the second end position of the piston rod 17, this being mechanically limited by the walls of the lower housing part 15 becomes.
  • This is a simple variant of the control element according to the invention.
  • a Hall sensor 26 which has an analog output, can also be used in this Arrangement detect the entire change in position of the piston rod 17. In this case the strength of the magnetic field increases continuously up to the end stop in the vacuum charged form. Through suitable programming and calibration The Hall sensor 26 can also be controlled in this simple form achieve. Should be due to the available space attached to the housing closed cable routing 27 may not be possible, it is also possible with all variants, to work with an open cable guide and the connector output 28 at one to arrange another component in the vicinity of the control element.
  • FIG. 4 shows the schematic view of an enlargement of the Hall sensor with it attached flow baffles. Components corresponding to FIG. 1 are the same Provide reference numerals.
  • the piston rod 17 goes into the plane of the sheet, the system for position detection is shown in section at the level of the Hall sensor 26. It can be seen that a sensor housing 31 with a plug output 28 into a corresponding receptacle of the lower housing part 15 is clipped. In the sensor housing 31, the Hall sensor 26 and two flux guide plates 30 are embedded. It's closed recognize that the flux guide plates 30 are the magnets embedded in the piston rod 17 25 completely cover in this position.
  • the outgoing from the magnet 25 magnetic flux is through the flux guide plates 30 to a three-digit
  • the factor increases and increases the sensitivity of the Hall sensor to the same extent 26 for a change in magnetic flux.
  • the equipment with the flow baffles 30 is optional and not absolutely necessary to detect a changed magnetic field strength by moving the piston rod 17.
  • the flux guide plates 30 serve to strengthen the magnetic field and thus include the possibility of using a less sensitive Hall sensor 26 with the associated cost advantages.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stellelement (10), insbesondere zur Betätigung von Drehschiebern oder einer Klappenwelle, mit einem Gehäuse (15), einem darin angeordneten Antrieb und wenigstens einem Mittel (26) zur Lageerkennung, wobei eine im Gehäuse beweglich gelagerte Kolbenstange (17) Ausübung einer Kraftwirkung mit dem Antrieb korrespondierend verbunden ist und wobei das Mittel zur Lageerkennung wenigstens einen ortsfesten Hall-Sensor und wenigstens einen zum Hall-Sensor korrespondierenden beweglichen Magneten (25a,25b) umfasst, wobei der Magnet ein magnetisches Feld zur Erzeugung eines Magnetflusses erzeugt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Stellelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Baukastensystem zur Erstellung des Stellelementes nach der Gattung des nebengeordneten Anspruches 10.
Stellelemente zur Betätigung von Stelleinrichtungen wie z. B. Klappen, Drehschiebern oder auch Ventilen sind im weiten Umfang im Stand der Technik bekannt. Für viele Anwendungen ist es notwendig, zumindest die Endstellungen einer mit dem Antrieb des Stellelementes korrespondierend verbundenen Kolbenstange zu detektieren und zu überwachen. Es ist aus der EP 0 345 459 B1 bekannt, innerhalb eines Druckraumes eines pneumatischen Stellelementes einen elektrischen Schalter anzuordnen, welcher abhängig von der Lage der Kolbenstange relativ zum Gehäuse betätigbar ist. Bei dem Erreichen einer vorbestimmten Position durch die Kolbenstange wird der Schalter ausgelöst und gibt so ein elektrisches Signal aus. Der Schalter ist bewusst im Druckraum des pneumatischen Stellelementes angeordnet, um so vor Verschmutzung und Korrosion durch aggressive Medien geschützt zu sein. Ebenso sind dem Fachmann Stellelemente bekannt, bei dem die Lageerkennung über die Abnahme eines Signals eines Schleifpotentiometers erfolgt.
Nachteilig bei diesen Lösungen ist zum einen die Verschleißanfälligkeit dieser kontaktgesteuerten Endlagenerkennung sowie die dadurch bedingte Anfälligkeit im Hinblick auf eine verlässliche Signalausgabe. Ebenso besteht die Gefahr einer Korrosion der Kontakte oder der Schleifkontakte des Potentiometers, besonders bei dem Kontakt mit Chemikalien oder aggressiven Medien. Ein weiterer Nachteil des Schleifpotentiometers ist die auftretende Temperaturdrift bei sich stark verändernden Temperaturen und dadurch die Unzuverlässigkeit des ausgegebenen Signales.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Stellelement mit einer integrierten Lageerkennung zu schaffen, welches einfach aufgebaut ist, mit einer verschleißfreien Lageerkennung arbeitet und durch den einfachen Austausch weniger Teile innerhalb eines großen Anwendungsspektrums anwendbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, nicht nur eine Endlagenerfassung des Stellelementes zu bieten, sondern auch die Möglichkeit, den Weg zwischen den Endlagen zu erfassen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 10 gelöst.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Stellelement weist ein Gehäuse mit einem darin angeordneten Antrieb und wenigstens einem Mittel zur Lageerkennung auf, wobei eine im Gehäuse beweglich gelagerte Kolbenstange zur Ausübung einer Kraftwirkung mit dem Antrieb korrespondierend verbunden ist. Hierbei besteht das Mittel zur Lageerkennung aus wenigstens einem ortsfest angeordneten Hall-Sensor und wenigstens einem zum Hall-Sensor korrespondierenden, beweglich angeordneten Magneten. Das von dem Magneten ausgehende magnetische Feld erzeugt in Abhängigkeit der Position des Magneten zum Hall-Sensor einen Magnetfluss durch den Hall-Sensor. Der Antrieb ist bevorzugt über ein Unterdruckgehäuse mit Membran, also pneumatisch realisiert, kann jedoch auch elektrisch, mechanisch oder hydraulisch ausgeführt sein. Hierbei kann die Ausführung des Stellelementes vollständig aus Kunststoff, aus einem Materialmix zwischen Kunststoff und Metall oder rein aus Metall bestehen. Die im Gehäuse beweglich gelagerte Kolbenstange weist hierbei bevorzugt einen viereckigen Querschnitt auf, kann jedoch auch ohne Einschränkung einen kreisrunden (ovalen) oder mehreckigen Querschnitt aufweisen. Ebenso kann sie gerade oder auch gekrümmt ausgeführt sein. Sie ist korrespondierend mit dem Antrieb verbunden, wobei die Verbindung lösbarer oder unlösbarer Natur sein kann und es auch möglich ist, diese Verbindung über ein zwischengeschaltetes Getriebe oder Umschaltgetriebe oder eine anders geartete Umlenkung auszuführen. Die Lageerkennung wird bei dem erfindungsgemäßen Stellelement berührungslos über einen ortsfest im oder am Gehäuse angeordneten Hall-Sensor mit wenigstens einem hierzu korrespondierenden beweglichen Magneten realisiert. Das von dem Magneten erzeugte magnetische Feld erzeugt abhängig von der Lage des Magneten zum Hall-Sensor einen Magnetfluss durch den Hall-Sensor und dadurch ein geändertes Signal am Ausgang desselben. Da die ausgegebenen Hallspannung proportional zur magnetischen Induktion ist, werden Hall-Sensoren zur Messung von Magnetfeldern verwendet. Die im Stand der Technik bekannten Hall-Sensoren besitzen wahlweise einen analogen oder einen digitalen Signalausgang, sind zum Teil voll programmierbar, wodurch eventuelle Temperaturdrifts oder sonstige Störgrößen programmtechnisch eliminiert werden können, und sie können von ihrer Funktion her wie kontaktlose Potentiometer angesehen werden. Durch die Art ihrer Anbringung können Hall-Sensoren translatorische Bewegungsabläufe inklusive deren Endpunkte sowie rotatorische Bewegungsabläufe inklusive Endpunkte und Winkelerfassung aufnehmen; dieses geschieht durch die Änderung des magnetischen Feldes und Magnetflusses bei der Annäherung oder der Entfernung eines Magneten. Die Vorteile der Erfindung sind ganz klar in der berührungslosen Erfassung der Lageänderung und des damit vergrößerten Einsatzbereiches auch unter aggressiven Medien und erhöhten Temperaturschwankungen zu sehen. Durch die berührungslose Lageerkennung ist ein mechanischer Verschleiß vollständig ausgeschlossen, wodurch die Reproduzierbarkeit und die Dauerfestigkeit bzw. Störunempfindlichkeit stark erhöht werden. Weiterhin ist der technische Aufwand dieser erfinderischen Lösung geringer als im Stand der Technik, da die Lageerkennung innerhalb des Stellelementes unabhängig vom Antrieb erfolgt und so auf die verschiedensten Antriebsmöglichkeiten adaptierbar ist. Als Beispiele lassen sich so pneumatische Steller für Drehschieber oder Schaltklappen angeben, ebenso wäre ein pneumatischer Antrieb für z. B. eine Zentralverriegelung in der Automobiltechnik denkbar sowie viele weitere Lösungen, in denen ein Stellelement zur Verstellung einer Stelleinrichtung mit der Notwendigkeit einer Lageerkennung benötigt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kolbenstange über wenigstens eine Drehscheibe korrespondierend mit einer Welle verbunden und wandelt so eine translatorische Bewegung der Kolbenstange in eine rotatorische Bewegung der Welle um. Dieses ist vergleichbar z. B. mit dem Kurbeltrieb eines Fahrrades, in dem eine annähernd translatorische Bewegung des Beines im Hinblick auf die Pedale in eine rotatorische Bewegung auf den Kettenantrieb umgewandelt wird. Dadurch, dass die Kolbenstange beweglich im Gehäuse und korrespondierend mit dem Antrieb des Stellelementes verbunden ist, ist es für sie möglich, einen gewissen Winkelversatz zuzulassen, um so einer annähernden Kreisbahn des Verbindungspunktes zwischen Kolbenstange und Drehscheibe im äußeren Bereich der Drehscheibe zu folgen. Es ist allerdings auch denkbar, dass diese Umsetzung über eine Art Umsetzungsgetriebe erfolgt und durch dieses die translatorische Bewegung in eine rotatorische Bewegung umgewandelt wird. Die so angetriebene Welle kann z. B. eine Schaltklappe, einen Schaltklappenverband oder einen Drehschieber innerhalb eines gewissen Winkelbereiches verdrehen. Es sind jedoch auch andere Möglichkeiten denkbar, in denen eine Kraftübertragung durch eine rotatorische Bewegung notwendig ist. Die Drehscheibe kann die Form einer im wesentlichen kreisrunden volumenbehafteten Scheibe sein, aber auch hier sind den Gestaltungsmöglichkeiten nahezu keine Grenzen gesetzt. So kann die Drehscheibe auch eckiger oder ovaler Form sein und im Extremfall sogar nur aus einer Umlenkstange bestehen. Die hierzu notwendigen kinematischen Umsetzungen dürften dem Fachmann wohl bekannt sein und bedürfen so keiner weiteren Beispiele.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist der Hall-Sensor der Lageerkennung lösbar in dem Gehäuse des Stellelementes angeordnet. Dieses beinhaltet, dass in dem Gehäuse korrespondierend zum Hall-Sensor Mittel vorgesehen sind, an denen der Hall-Sensor über eine lösbare Verbindung, wie z. B. eine Schraubverbindung, eine Clipsverbindung oder auch eine reine Steckverbindung sowie sonstige im Stand der Technik bekannte Verbindungsarten lösbar mit dem Gehäuse verbunden wird. Dies hat insbesondere den Vorteil einer fakultativen Möglichkeit der Verwendung des Hall-Sensors, weiterhin bietet sich die Möglichkeit über entsprechend mehrere im Gehäuse vorgesehene Aufnahmepunkte den Hall-Sensor in Abhängigkeit der Einsatzbedingung und des Einsatzzweckes an verschiedenen Punkten des Gehäuses zur Lageerkennung anzubringen.
In einer hierzu alternativen Ausgestaltung ist der Hall-Sensor unlösbar in dem Gehäuse des Stellelementes angeordnet. Hierzu wird der Hall-Sensor an dem dafür vorgesehenen Aufnahmepunkt im Gehäuse über ein Klebverfahren bzw. ein Schweißverfahren oder sonstige im Stand der Technik bekannte Mittel zur unlösbaren Verbindung zweier Elemente mit dem Gehäuse verbunden. Durch die unlösbare Verbindung können mögliche Fehler durch eine Lageveränderung des Hall-Sensors, z. B. durch Vibrationen und der damit verbundenen verfälschten Signalausgabe minimiert werden. Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zur Verstärkung des Magnetflusses des beweglich angeordneten Magneten wenigstens ein Flussleitblech am Hall-Sensor angeordnet ist und dieses Flussleitblech in vorbestimmten Positionen die Pole des Magneten im wesentlichen überdeckt. Mit Hilfe dieses Flussleitbleches lässt sich der Magnetfluss bis zu einem dreistelligen Faktor verstärken, welches eine höhere Genauigkeit der Lageerkennung sowie eines höhere Unempfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen, wie z. B. Verunreinigungen durch Schmutz oder Öl zur Folge hat. Dieses Flussleitblech ist zum einen korrespondierend mit dem Hall-Sensor verbunden und überdeckt zumindest in einem Teilbereich die Bahn des beweglich im Gehäuse geführten Magneten bei der Lageänderung durch die Kolbenstange. Bevorzugt gleicht dabei die Form des Flussleitbleches einer U-Form, wobei die beiden Schenkel des U jeweils den Nord und den Südpol des Magneten an wenigstens einem Punkt des Magneten auf seiner Bewegungsbahn abdekken.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Magnet an der Kolbenstange angeordnet und der Hall-Sensor erfasst die translatorische Lageänderung der Kolbenstange. Bevorzugt ist hierbei der wenigstens eine Magnet in die Kolbenstange integriert, so dass sich ein möglichst ungehinderter Magnetfluss ergibt. Der Magnet kann hierbei in Aussparungen in die Kolbenstange integriert werden und mit ihr über lösbare oder unlösbare Verbindungsarten verbunden werden. Bevorzugt weist der Magnet hierbei eine Zylinder- bzw. Stiftform auf, jedoch sind auch andere Formen denkbar und technisch realisierbar. Da der Magnet nun bei Betätigung des Antriebs und der dadurch ausgeführten Bewegung der Kolbenstange eine Relativbewegung zum ortsfest angeordneten Hall-Sensor vollführt, wird in dem Hall-Sensor durch die Änderung des Magnetflusses in Abhängigkeit von der Position des Magneten ein unterschiedliches Signal zur Identifizierung der Lageänderung bzw. auch zur Erkennung der Endlagen ausgegeben.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Magnet an der Drehscheibe angeordnet und der Hall-Sensor erfasst so die rotatorische Lageänderung der Welle. Hierbei ist der Hall-Sensor ortsfest so im Gehäuse angeordnet, dass er korrespondierend mit einer Lageänderung des Magneten durch Verdrehen der Drehscheibe durch den dadurch geänderten Magnetfluss eine Lageänderung der Drehscheibe und der korrespondierend damit verbundenen Welle aufnehmen kann. So kann auf einfache Art und Weise der Drehwinkel ausgehend von einer Nullposition der angetriebenen Welle erfasst werden. Der bevorzugte Anwendungsfall sind hierbei Drehschieber, die an die Welle angeschlossen sind, oder auch Schaltklappen oder Schaltklappenwände, es sind jedoch auch andere Anwendungsfälle denkbar und möglich, bei denen die Position der Welle und der Drehwinkel der Welle für eine Auswertung von Relevanz sind. Bei dem Einsatz eines programmierbaren Hall-Sensors besteht weiterhin die Möglichkeit eines Zweipunktabgleiches mit der Funktionsprüfung einschließlich des zu schaltenden Bauteiles. Dieses ist z. B. bei der Fertigung direkt am Bandende möglich und erhöht so in sehr hohem Maße die Zeit- und Kosteneffizienz. Auch lässt sich das Stellelement inklusive des zu schaltenden Bauteiles so einfach und günstig kalibrieren, was zu einer sehr hohen Aussagegenauigkeit führt. Die vom Hall-Sensor ausgegebenen Daten können so z. B. an das Motorsteuergerät im Kfz weitergegeben werden und erfüllen so die Anforderungen an die On Bord Diagnose (OBD), die in modernen Kraftfahrzeugen zur Erfüllung der Abgasvorschriften und zur Erzielung von Redundanzen vorgeschrieben ist. Der wenigstens eine an der Drehscheibe angeordnete Magnet kann mit der Drehscheibe lösbar oder unlösbar verbunden werden und verändert durch die Drehbewegung der Drehscheibe seinen Magnetfluss relativ zum ortsfesten Hall-Sensor. Die Form des Magneten hat hierbei keinen Einfluss auf die Funktion der Lageerkennung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Hall-Sensor zur Erkennung von vorbestimmten Positionen einen Ausgang für ein digitales Signal auf. Hierdurch ist es möglich, einfach z. B. die Endlagen der Bewegung zu detektieren und auszugeben. Der Hall-Sensor fungiert hierbei als einfache Endlagenerkennung und ersetzt so den aus dem Stand der Technik bekannten Schließkontakt. In Abhängigkeit von der Signalstärke und einer eventuellen Programmierung des Hall-Sensors lässt sich so eine nahezu beliebig genaue Endlage und Positionserkennung realisieren.
Ebenso ist es möglich, gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, dass der Hall-Sensor zur Erkennung eines Lageverlaufes einen Ausgang für ein analoges Signal aufweist. Hierbei verändert sich das ausgegebene Signal in Abhängigkeit zur Änderung des Magnetflusses. Diese Änderung erfolgt, sobald der bewegliche wenigstens eine Magnet eine Relativbewegung zum ortsfest angeordneten Hall-Sensor ausführt. Mit Hilfe einer entweder im Hall-Sensor implementierten oder extern vorhandenen Auswertelogik lässt sich so jeder Bewegungspunkt der Kolbenstange oder des Drehschiebers erkennen und ausgeben. Diese Möglichkeit lässt also demnach auch Rückschlüsse über die aktuelle Position zwischen den beiden Endlagen zu.
Eine weitere Möglichkeit, das erfindungsgemäße Stellelement bereitzustellen, besteht darin, die einzelnen Varianten in einem Baukastensystem zu verwirklichen. Mit Hilfe dieses Baukastensystems ist es möglich, Stellelemente zum Antrieb von Stellvorrichtungen herzustellen, wobei die Einzelteile des Baukastensystems frei miteinander kombinierbar sind und wobei sich aus der unterschiedlichen Kombination Stellelemente mit oder ohne Lageerkennung und mit oder ohne Kraftumleitung von translatorischer auf rotatorische Kraftwirkung ergeben. Die Gestaltungsmöglichkeiten variieren herbei von einem einfachen Stellelement mit Kolbenstange und translatorischer Kraftwirkung bis zu einem Stellelement mit Kolbenstange, korrespondierend hier mit angeschlossener Drehscheibe zur Umleitung der Kraftwirkung von einer tanslatorischen Bewegung zu einer rotatorischen Bewegung mit einer Lageerkennung, wobei die Lageerkennung den gesamten Bewegungsablauf erfasst. Das Baukastensystem beinhaltet ein Gehäuse mit einem Antrieb, wenigstens zwei beweglichen, im Gehäuse führbare, wahlweise verwendbare Kolbenstangen, wenigstens zwei Drehschieber zur korrespondierenden wahlweisen Verbindung mit einer der Kolbenstangen und wenigstens einen Hall-Sensor. Die wenigstens zwei Kolbenstangen beinhalten wenigstens eine Kolbenstange, welche keinen Magneten aufweist und wenigstens eine Kolbenstange, welche mit wenigstens einem Magneten ausgerüstet ist. Hierbei können die Kolbenstange von ihrer eigentlichen Bauform identisch sein und sich nur in der nachträglichen Einbringung des wenigstens einen Magneten unterscheiden. Es ist also ebenso möglich, dass das Baukastensystem wenigstens zwei identische Kolbenstangen aufweist und zusätzlich wenigstens einen Magneten zur nachträglichen Anbringung an die Kolbenstange dem Baukastensystem hinzugefügt wird. Die wenigstens zwei Drehscheiben unterscheiden sich voneinander ebenso wie bei den Kolbenstangen durch die Anordnung wenigstens eines Magneten an einer der Drehscheiben. Auch hier können beide Drehscheiben identisch aufgebaut sein und der wenigstens eine Magnet nachträglich an einer der beiden Drehscheiben angeordnet werden. Für den Anwender besteht so die Möglichkeit, die Drehscheiben je nach Wahl mit oder ohne Magnet fakultativ korrespondierend mit der Kolbenstange zu verbinden, um so die Kraftumleitung zu realisieren. Die Drehscheiben weisen zusätzlich die Möglichkeit eines Anschlusses einer Welle für z. B. einen Drehschieber oder einen Schaltklappenverband auf. Durch unterschiedliche im Gehäuse vorgegebene Befestigungspunkte ist es möglich, den wenigstens einen Hall-Sensor ortsfest wahlweise im Bereich des Bewegungsablaufes der Kolbenstange oder wahlweise ortsfest im Bereich des Bewegungsablaufes der Drehscheibe anzuordnen. Die Verwendung des Hall-Sensors ist hierbei fakultativ und erfolgt natürlich vorzugsweise in Kombination mit entweder der mit wenigstens einem Magneten ausgestatteten Kolbenstange oder der mit wenigstens einem Magneten ausgestatteten Drehscheibe.
Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.
Zeichnung
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematischen Ausführungsbeispielen beschrieben. Hierbei zeigen
Figur 1
eine schematische Ansicht eines Stellelementes mit Lageerkennung und Kraftumleitung,
Figur 2
eine Schnittansicht der Kraftumleitung gemäß A - A von Figur 1,
Figur 3
eine schematische Ansicht eines Stellelementes mit Lageerkennung ohne Kraftumleitung,
Figur 4
eine schematische Ansicht der Vergrößerung der Lageerkennung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Stellelementes 10, hier als Unterdruckstellelement ausgeführt, mit einem Unterdruckanschluss 11, welcher an einen Unterdruckraum 12 mit einer darin eingebetteten Feder 13 angeschlossen ist. Der Unterdruckraum wird gebildet aus einem Gehäuseoberteil 14, welches dichtend mit einem Gehäuseunterteil 15 verbunden ist. Die Feder 13 stützt sich einerseits im Gehäuseoberteil 14 und andererseits an einer Federauflage 16, welche mit einer Kolbenstange 17 verbunden ist, ab. Die Kolbenstange 17 wird im unteren Bereich des Gehäuseunterteils 15 beweglich aus diesem herausgeführt, und durch eine Membran 18 wird der Unterdruckraum 12 dichtend von der Umgebung getrennt. Die Membrane 18 und die Federauflage 16 sind miteinander verbunden, wodurch bei Anlegen eines Unterdruckes die Kolbenstange 17 gegen die Federkraft der Feder 13 in Richtung des Gehäuseoberteils 14 angezogen wird. An ihrem unteren Ende weist die Kolbenstange 17 eine Durchgangsbohrung 19 auf, durch die ein Zapfen 20, welcher drehbar exzentrisch in einer Drehscheibe 22 gelagert ist, durchgreift. Zur Fixierung des Zapfens 20 in der Durchgangsbohrung 19 ist am Ende des Zapfens 20 ein Sicherungsring 21 eingebettet. Die Drehscheibe 22 ist konzentrisch fest mit einer Welle 23 verbunden, wobei die Welle über ein Kugellager 24 gelagert ist. Durch die feste Verbindung zwischen Drehscheibe 22 und Welle 23 kann eine Rotationskraft von der Drehscheibe auf die Welle übertragen werden, wobei im weiteren Verlauf der Welle 23 z. B. ein Drehschieber oder ein Schaltklappenverband, welcher drehbar betätigt wird, angeschlossen werden kann. Da die Kolbenstange 17 beweglich im Gehäuseunterteil 15 gelagert ist, kann sie im unteren Bereich der Kreisbahn des an der Drehscheibe 22 befestigten Zapfens 20 folgen und so über eine translatorisch nach oben gerichtete Bewegung die Drehscheibe 22 und die damit verbundene Welle 23 zu einer rotatorischen Bewegung überführen.
Im oberen Bereich der Kolbenstange 17 sind zwei Magnete 25a und 25b angeordnet. Diese sind in die Kolbenstange 17 eingelassen und fest mir ihr verbunden. In der unteren Stellung der Kolbenstange 17 auf Höhe des Magneten 25a ist ortsfest im Gehäuse ein Hall-Sensor 26 angeordnet. Dieser ist über eine geschlossene Kabelführung 27 mit einem Steckerausgang 28 verbunden. Das System aus Hall-Sensor 26, geschlossener Kabelführung 27 und Steckerausgang 28 ist im oberen Bereich des Gehäuseunterteiles 15 in eine dort angeordnete Einclipsöffnung 29 in Richtung X eingeclipst. Mit diesem Aufbau des Stellelementes 10 ist es möglich, entweder über einen Hall-Sensor 26 mit digitalem Ausgang die beiden Endlagen der Kolbenstange 17 zu erfassen, oder den gesamten Wegverlauf der Kolbenstange 17 über einen Hall-Sensor 26 mit analogem Ausgangssignal aufzunehmen. Die untere Endlage der Kolbenstange 17 ist dadurch charakterisiert, dass sich hier der Magnet 25a auf Höhe des ortsfesten Hall-Sensors 26 befindet. Die obere Endlage der Kolbenstange 17 wird dann erreicht, sobald sich der Magnet 25b auf Höhe des Hall-Sensors 26 befindet. Da der Hall-Sensor 26 auf eine Änderung der Magnetfeldstärke bzw. des Magnetflusses reagiert, gibt er ein Endlagensignal bei Erreichen der höchsten Magnetfeldstärke aus. Die höchste Magnetfeldstärke wird dann erreicht, sobald sich der Magnet exakt auf Höhe des Hall-Sensors befindet. Hier ist deutlich der einfache Aufbau des erfindungsgemäßen Stellelements zu erkennen. Durch die Anordnung des Hall-Sensors 26 und der Magnete 25a und 25b außerhalb des Druckraumes 12 lässt sich eine sehr geringe Bauhöhe des pneumatischen Antriebes erzielen, wobei sich hier das berührungslose Sensieren als sehr vorteilhaft erweist, da dieser Bereich zwangsläufig nicht ganz frei von Verschmutzungen und aggressiven Medien ist. Sollte in dieser Konstellation ein Hall-Sensor mit einem analogen Ausgang eingesetzt werden, so ließe sich durch das Abnehmen der Magnetfeldstärke zwischen den beiden Magneten 25a und 25b der genaue Wegverlauf der Kolbenstange 17 ausgeben. Diese Werte können dann z. B. durch ein Motorsteuergerät ausgewertet werden und dann in die Berechnung z. B. eines Kennfeldes mit einfließen.
Die Figur 2 zeigt den Schnitt A - A als seitliche Draufsicht auf die Drehscheibe 22. Der Figur 1 entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. In diesem Schnitt ist zu erkennen, dass sich die Drehscheibe 22 konzentrisch auf der Welle 23 befindet und mit dieser drehfest verbunden ist. Der Verbindungszapfen 20 zwischen Kolbenstange 17 und Drehscheibe 22 ist exzentrisch angeordnet und bewirkt so bei translatorischer Bewegung der Kolbenstange 17 ein Verdrehen der Drehscheibe 22 und damit auch der damit verbundenen Welle 23.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht einer Variante des erfindungsgemäßen Stellelementes 10. Der Figur 1 entsprechende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Dieses pneumatische Stellelement 10 unterscheidet sich von dem Stellelement 10 der Figur 1 dadurch, dass hier keine Umwandlung der translatorischen Bewegung der Kolbenstange 17 in eine rotatorische Bewegung einer Welle 23 vollzogen wird. Ein weiterer wichtiger Unterschied ist, dass hier auf der Kolbenstange 17 nur ein Magnet 25 angeordnet ist. Bei einer digitalen Auslegung des Hall-Sensors kann über den Hall-Sensor nur die Endlage der Kolbenstange 17 bei mit Unterdruck beaufschlagtem Stellelement 10 erfasst werden. Sobald der Magnet 25 durch Verschiebung der Kolbenstange 17 in Richtung Gehäuseoberteil 14 in Deckung mit dem Hall-Sensor 26 ist, wird das Signal zur Erreichung des Endanschlages vom Hall-Sensor ausgegeben. Das in Figur 3 gezeigte Stellelement 10 befindet sich in der zweiten Endlage der Kolbenstange 17, wobei diese mechanisch durch die Wandungen des Gehäuseunterteiles 15 begrenzt wird. Dieses ist eine einfache Variante des erfindungsgemäßen Stellelementes. Mit einem Hall-Sensor 26, welcher einen analogen Ausgang besitzt, lässt sich auch in dieser Anordnung die gesamte Lageänderung der Kolbenstange 17 erfassen. In diesem Fall steigt die Stärke des Magnetfeldes kontinuierlich bis zum Endanschlag in der mit Unterdruck beaufschlagten Form an. Durch eine geeignete Programmierung und Kalibrierung des Hall-Sensors 26 lässt sich auch in dieser einfachen Form eine kontrollierte Wegaufnahme erzielen. Sollte auf Grund der Platzverhältnisse eine am Gehäuse angebrachte geschlossene Kabelführung 27 nicht möglich sein, ist es bei allen Varianten ebenso möglich, mit einer offenen Kabelführung zu arbeiten und den Steckerausgang 28 an einem weiteren Bauteil in Nähe des Stellelementes anzuordnen.
Die Figur 4 zeigt die schematische Ansicht einer Vergrößerung des Hall-Sensors mit daran angebrachten Flussleitblechen. Der Figur 1 entsprechende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. In dieser Figur geht die Kolbenstange 17 in die Blattebene hinein, das System zur Lageerkennung ist im Schnitt auf Höhe des Hall-Sensors 26 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass ein Sensorgehäuse 31 mit Steckerausgang 28 in eine korrespondierende Aufnahme des Gehäuseunterteils 15 eingeclipst wird. Im Sensorgehäuse 31 sind der Hall-Sensor 26 sowie zwei Flussleitbleche 30 eingebettet. Es ist zu erkennen, dass die Flussleitbleche 30 den in der Kolbenstange 17 eingebetteten Magneten 25 in dieser Position vollständig überdecken. Der von dem Magneten 25 ausgehende magnetische Fluss wird durch die Flussleitbleche 30 bis zu einem dreistelligen Faktor verstärkt und vergrößert so im selben Maße die Empfindlichkeit des Hall-Sensors 26 auf eine Änderung des Magnetflusses. Bei einer Bewegung der Kolbenstange 17 in die Blattebene hinein oder aus ihr heraus, ergibt die dadurch resultierende Änderung der magnetischen Feldstärke eine unterschiedliche magnetische Induktion in dem Hall-Sensor 26 und damit ein geändertes Ausgangssignal am Steckerausgang 28. Die Ausstattung mit den Flussleitblechen 30 ist jedoch optional und nicht zwingend erforderlich zur Detektierung einer geänderten Magnetfeldstärke durch eine Bewegung der Kolbenstange 17. Die Flussleitbleche 30 dienen zur Verstärkung des magnetischen Feldes und beinhalten so die Möglichkeit des Einsatzes eines weniger empfindlichen Hall-Sensors 26 mit den damit verbundenen Kostenvorteilen.

Claims (10)

  1. Stellelement, insbesondere zur Betätigung von Drehschiebern, mit einem Gehäuse, einem darin angeordneten Antrieb und wenigstens einem Mittel zur Lageerkennung, wobei eine im Gehäuse beweglich gelagerte Kolbenstange zur Ausübung einer Kraftwirkung mit dem Antrieb korrespondierend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Lageerkennung wenigstens einen ortsfesten Hall-Sensor und wenigstens einen zum Hall-Sensor korrespondierenden beweglichen Magneten umfasst, wobei der Magnet ein magnetisches Feld zur Erzeugung eines Magnetflusses erzeugt.
  2. Stellelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange über wenigstens eine Drehscheibe korrespondierend mit einer Welle verbunden ist und so eine translatorische Bewegung der Kolbenstange in eine rotatorische Bewegung der Welle umwandelt.
  3. Stellelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hall-Sensor lösbar in dem Gehäuse des Stellelementes angeordnet ist.
  4. Stellelement nach einem der Ansprüche 1 bis zwei, dadurch gekennzeichnet, dass der Hall-Sensor unlösbar in dem Gehäuse des Stellelementes angeordnet ist.
  5. Stellelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstärkung des Magnetflusses wenigstens ein Flussleitblech am Hall-Sensor angeordnet ist und dieses Flussleitblech in vorbestimmten Positionen die Pole des Magneten im wesentlichen überdeckt.
  6. Stellelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Magnet an der Kolbenstange angeordnet ist und der Hall-Sensor die translatorische Lageänderung der Kolbenstange erfasst.
  7. Stellelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Magnet an der Drehscheibe angeordnet ist und der Hall-Sensor die rotatorische Lageänderung der Welle erfasst.
  8. Stellelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hall-Sensor zur Erkennung von vorbestimmten Positionen einen Ausgang für ein digitales Signal aufweist.
  9. Stellelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hall-Sensor zur Erkennung eines Lageverlaufes einen Ausgang für ein analoges Signal aufweist.
  10. Baukastensystem zur Erstellung von Stellelementen zum Antrieb von Stellvorrichtungen, wobei die Einzelteile frei miteinander kombinierbar sind und wobei sich aus der unterschiedlichen Kombination Stellelemente mit oder ohne Lageerkennung und mit oder ohne Kraftumleitung von translatorischer auf rotatorische Kraftwirkung ergeben, aufweisend:
    ein Gehäuse mit einem Antrieb
    wenigstens zwei beweglich im Gehäuse führbare wahlweise verwendbare Kolbenstangen, wobei eine erste Kolbenstange mit wenigstens einem Magneten und eine zweite Kolbenstange ohne Magnet ausgeführt ist
    wenigstens zwei Drehscheiben mit Anschlussmöglichkeiten für eine weiterführende Welle zur wahlweisen korrespondierenden Verbindung mit einer der Kolbenstangen, wobei eine erste Drehscheibe mit wenigstens einem Magneten und eine zweite Drehscheibe ohne Magnet ausgeführt ist, und
    wenigstens einen Hall-Sensor, welcher ortsfest im Gehäuse zur Erfassung der translatorischen Bewegung der Kolbenstange oder zur Erfassung der rotatorischen Bewegung der Drehscheibe wahlweise anzuordnen ist.
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