EP2987241A1 - Näherungssensor einer baugruppe - Google Patents

Näherungssensor einer baugruppe

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Publication number
EP2987241A1
EP2987241A1 EP14713861.4A EP14713861A EP2987241A1 EP 2987241 A1 EP2987241 A1 EP 2987241A1 EP 14713861 A EP14713861 A EP 14713861A EP 2987241 A1 EP2987241 A1 EP 2987241A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
magnet
proximity sensor
magnetic
magnetic flux
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14713861.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Backes
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.)
BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Original Assignee
BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BCS Automotive Interface Solutions GmbH filed Critical BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Publication of EP2987241A1 publication Critical patent/EP2987241A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K17/9505—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H36/00—Switches actuated by change of magnetic field or of electric field, e.g. by change of relative position of magnet and switch, by shielding
    • H01H36/0006—Permanent magnet actuating reed switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K17/9517—Proximity switches using a magnetic detector using galvanomagnetic devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/945—Proximity switches
    • H03K2217/95—Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K2217/952—Detection of ferromagnetic and non-magnetic conductive targets

Definitions

  • the invention relates to a proximity sensor with a magnet and a sensor and an assembly with such a proximity sensor.
  • Proximity sensors are used in many fields of technology and are known from the prior art in various embodiments. For example, proximity sensors are used as access control for machines, car hood switches or vehicle door contact switches. The task of a proximity sensor is to detect the approach of a part to be monitored to the sensor and to trigger a corresponding signal.
  • the designs of the proximity sensors are different depending on the application. They may be formed, for example, with an electrical contact, an inductive sensor or a magnet which is fastened to the part to be monitored.
  • these known solutions have disadvantages in terms of operation, which may be limited due to the electromagnetic compatibility, or the installation cost.
  • the embodiment with an electrical contact is susceptible to wear, whereas the embodiment with the magnet attached to the part to be monitored has a high assembly cost result, since the magnet must be attached to the part to be monitored.
  • an open magnetic field on the part to be monitored is undesirable.
  • a proximity sensor is provided with a magnet and a sensor, wherein the sensor is oriented relative to the magnet such that the maximum sensitivity of the sensor is formed substantially parallel to the magnetic axis extending through the poles of the magnet.
  • the maximum sensitivity direction of the sensor thus coincides with the laterally extending field lines of the magnet.
  • the sensor lies between the two poles of the magnet, whereby the sensor is arranged in the region of the weaker magnetic flux.
  • the sensor registers a change in the magnetic field or magnetic flux density due to an approaching element to be monitored, which consists of a ferromagnetic material, such as a hood, a motor vehicle door or a machine element.
  • the magnetic flux lines are directed away from the sensor into the element to be monitored, whereby a magnetic short circuit occurs, so that the magnetic flux density drops in the region of the sensor.
  • the sensor and the magnet of the proximity sensor are fixedly arranged by the part to be monitored, so that the assembly cost is low. Furthermore, the proximity sensor is wear-free, since no contact is necessary.
  • the proximity sensor is designed to detect an approach of a part to be monitored.
  • the sensor of the proximity sensor in particular has a distance from the magnet and is arranged between the poles thereof such that the proximity sensor is in the region of a weaker magnetic flux of the magnet.
  • the magnet and the sensor are fixed.
  • the magnet is a permanent magnet.
  • the permanent magnet can be designed as a bar magnet.
  • Such a magnet due to its geometry with the opposite, spaced-apart poles on a magnetic field, which is designed so that the sensor can be arranged with its maximum sensitivity direction parallel to the magnetic axis or in the region of lower magnetic flux density.
  • the senor is a magnetic field sensor capable of detecting the magnetic flux density of the magnet and registering a change in the magnetic flux density, respectively.
  • the sensor of the proximity sensor detects the magnetic field of the magnet of the proximity sensor, so that the magnet and the sensor form a self-contained sensor arrangement.
  • the senor is a GMR sensor or a Hall sensor. These two sensor types are suitable especially good, since they can already detect small changes in magnetic field or magnetic flux.
  • the senor may also be a contact switch, such as a reed switch, which responds to a magnetic field and switches due to the magnetic field.
  • a contact switch such as a reed switch
  • Flußleitkorper are provided, which are arranged in particular on the sides of the sensor.
  • the Flußleitkorper serve to deflect or amplify the magnetic flux, wherein the magnetic field lines emerge perpendicularly from the Flußleitkorper.
  • the Flussleitkorper can be arranged such that they come into contact with the element to be monitored. This is particularly helpful if due to the packaging geometry of the sensor, so the sensor housing, a sufficient approximation of the monitored element to the sensor itself is not possible.
  • the Flußleitkorper abut the magnet, preferably at the two poles of the magnet. This can be achieved that magnetic holding forces are transmitted from the magnet via the Flussleitkorper on the element to be monitored.
  • the element to be monitored is applied to the flux conducting bodies, the element to be monitored is held against the flux conducting bodies due to the magnetic force exerted by the magnet.
  • the senor is provided in an integrated circuit with a printed circuit board.
  • the data detected by the sensor can be evaluated directly, wherein the corresponding sensor data can be transmitted to a control unit.
  • the magnet is designed as an electromagnet and is energized via the circuit.
  • the circuit forms a switch.
  • the change in the magnetic flux detected by the sensor defines the switch characteristic, wherein a threshold value is provided, the overshoot or undershoot of which triggers the switching of the proximity sensor designed as a switch.
  • the senor is arranged on a first side of the printed circuit board and the magnet on a second side of the printed circuit board.
  • the circuit board thus serves as a holder for the sensor and for the magnet, these two elements of the Nährungssensors are separated by the circuit board.
  • the arrangement of the proximity sensor is designed such that the sensor is directed to the element to be monitored, wherein the magnet is arranged on the opposite side of the circuit board.
  • the Flußleitkorper are provided on the side of the circuit board on which the sensor is arranged.
  • the Flußleitkorper are arranged on the side of the circuit board, which is directed to the monitored element.
  • the flux-conducting bodies can come into contact with the element to be monitored, so that upon contact of the flux-conducting elements with the element to be monitored, the magnetic flux density collapses, the collapse resulting in a decrease in the magnetic flux density detected by the sensor.
  • the Flußleitkorper extend through the circuit board.
  • the Flußleitkorper can be arranged at the poles of the magnet, so that formed as a switch proximity sensor is formed. This can also exert a holding force on the element to be monitored via the voltage applied to the poles of the magnet Flußleitkorper.
  • the invention further provides an assembly with a vehicle door and a proximity sensor of the aforementioned type.
  • the closing or opening of a vehicle door can be detected due to the previously described proximity sensor.
  • the vehicle flap represents the element to be monitored, which is assigned to the sensor and the magnetic flux or the magnetic flux density of the magnet in such a way influences that the changes of the magnetic flux or the magnetic flux density can be clearly detected by the sensor.
  • FIG. 1 shows a schematic arrangement of an assembly according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows the magnetic flux density of the assembly according to the first embodiment in a first state
  • FIG. 3 shows the magnetic flux density of the assembly according to the first embodiment in a second state
  • FIG. 5 shows the magnetic flux density of the assembly according to the second embodiment in the first state
  • FIG. 6 shows the magnetic flux density of the assembly according to the second embodiment in the second state
  • Figure 7 is a perspective view of an assembly according to a third embodiment
  • - Figure 8 is a perspective view of an assembly according to another embodiment.
  • FIG. 1 schematically shows an assembly 10 according to the invention, which consists of a proximity sensor 12 and a vehicle flap 14, wherein the vehicle flap 14 represents the element to be monitored by the proximity sensor 12.
  • the proximity sensor 12 is essentially formed of a magnet 16 and a sensor 18.
  • the proximity sensor 12 is arranged such that the sensor 18 is disposed between the magnet 16 and the vehicle door 14.
  • the sensor 18 has a maximum Sensitivity direction E, which is aligned substantially parallel to a magnetic axis M of the magnet 16.
  • the magnetic axis M of the magnet 16 is the axis which extends through the two poles of the magnet 16, magnetic north pole 20 and magnetic south pole 22.
  • the sensor 18 is positioned centrally to the two poles 20, 22, wherein the sensor 18 has a distance d to the magnet 16.
  • This distal distance d causes the sensor 18 to be arranged in a region of low magnetic flux density of the magnet 16.
  • FIG. 2 shows the assembly 10 from FIG. 1 in a first state, wherein the vehicle flap 14 from FIG. 1 is not shown.
  • the first state describes the state in which the element to be monitored, here the vehicle flap 14, is not in the vicinity of the proximity sensor 12. This first state may also be referred to as the initial state.
  • a second state is defined in which the proximity of the element to be monitored, that is to say the vehicle flap 14, is registered relative to the sensor 18.
  • This second state can also be described as a switched or triggered state, depending on the field of application. From Figure 2 it can be seen that the sensor 18 is aligned with its maximum sensitivity direction E such that the maximum sensitivity direction E substantially coincides with the lateral extending field lines of the magnet 16.
  • the magnet 16 is designed as a permanent magnet and in particular as a bar magnet, so that a typical magnetic field for a bar magnet or a typical magnetic flux density is formed, provided that the magnetic field is undisturbed.
  • This magnetic field typical for a bar magnet is both symmetrical with respect to the magnetic axis M and to a plane perpendicular to the magnetic axis M, which corresponds to the dividing plane of the two poles 20, 22, the polar separation plane P.
  • FIG. 3 shows the assembly 10 in the second state, in which the magnetic field or the magnetic flux density of the magnet 16 is opposite to that in FIG. 2 shown initial state due to the approach of the monitored element, here the vehicle door 14, changed or disturbed.
  • the vehicle door 14 Since the vehicle door 14 is made of a ferromagnetic material, the vehicle door 14 exerts an influence on the magnetic field, so that the magnetic flux lines are deflected into the vehicle door 14.
  • the vehicle flap 14 thus disturbs or alters the magnetic field or the course of the magnetic flux density of the magnet 16. This can be recognized particularly well by the fact that the disturbed magnetic field is no longer symmetrical to the magnetic axis M.
  • the disturbed by the vehicle door 14 magnetic field may continue to be symmetrical with respect to the polar separation plane P. For example, in the embodiment shown in FIG. 3 this is the case.
  • FIG. 2 A comparison of Figures 2 and 3 illustrates that the sensor 18 is positioned in the first state, the initial state, in the range of a certain magnetic field strength or magnetic flux density, whereas in the second state, the magnetic field or the magnetic flux density in the region of the sensor 18 collapses as far as possible. This is due to the ferromagnetic vehicle door 14, which influences the magnetic flux lines in such a way that they extend substantially perpendicularly into the vehicle door 14.
  • a local minimum of the magnetic flux density is formed, which lies on the polar separation plane P and between the vehicle flap 14 and the sensor 18, directly in the region of the vehicle flap 14.
  • the sensor 18 is centered relative to the magnet 16, that is, on the pole separation plane P, so that the sensor 18 is in the second state in the local minimum of the magnetic flux density.
  • the sensor 18 registers the lower magnetic flux density or the change in the magnetic flux density, with the reduction or change in the magnetic flux density due to the positioning of the sensor 18 relative to the vehicle flap 14 being decisive.
  • This effect is reinforced by the fact that the sensor 18 is arranged centrally between the two poles 20, 22 of the magnet 16, that is on the polar separation plane P, so that the majority of outgoing from the poles 20, 22 Magnetic field lines are deflected into the vehicle door 14, wherein they close only in the vehicle door 14. This creates a magnetic short circuit.
  • the magnetic short causes the lowering of the flux density detected by the sensor 18.
  • FIG. 1 There are shown two magnetic field lines 16 ', 16 ", which start from the magnetic north pole 20 and south pole 22 and change their actual course due to the approximate vehicle flap 14. At these two magnetic field lines 16', 16" is thus clearly illustrates what changing the Magnetic flux density means and how the local minimum of the magnetic flux density in the region of the sensor 18 is formed. As the last still closed magnetic field line between the sensor 18 and the magnet 16, a magnetic field line 16 "'is shown.
  • FIG. 4 shows a schematic view of the assembly 10 according to a second embodiment, which differs from the first embodiment in that flux guide bodies 24, 26 are additionally provided.
  • the Flußleitkorper 24, 26 are arranged on the two sides of the sensor 18, wherein they protrude with the side facing the vehicle door 14 via the sensor 18, which means that the Flußleitkorper 24, 26 are formed higher.
  • the flux guiding bodies 24, 26 influence the magnetic flux density.
  • the mode of operation of the flux-conducting bodies 24, 26 is illustrated with reference to FIGS. 5 and 6, in which the assembly 10 of FIG. 4 is shown in the first or in the non-switched state (FIG. 5) and in the second or in the switched state (FIG. 6).
  • FIG. 5 shows that the flux-conducting bodies 24, 26 increase the magnetic flux density in the region of the sensor 18 due to the arrangement and the geometry of the flux-conducting bodies 24, 26.
  • the Flußleitkorper 24, 26 are formed of a material that conducts the magnetic flux, wherein the magnetic field lines substantially perpendicular to the Flußleitkorper 24, 26 enter or exit. This leads to a concentration of Magnetic flux density in the region of the sensor 18, if the proximity sensor 12 is in the first state, which means that no element to be monitored, such as the vehicle door 14 is in the region of the sensor 18.
  • the amplification of the magnetic flux density is shown inter alia in that the magnetic field is no longer symmetrical to the magnetic axis M. In the region of the sensor 18, the magnetic field, as explained above, amplified or the magnetic flux density increased.
  • FIG. 6 shows the second or the switched state of the assembly 10, wherein the vehicle flap 14 is in direct contact with the flux conducting bodies 24, 26, so that the sensor 18 lies in a region in which the magnetic flux density has almost completely collapsed , This is due to the fact that the magnetic field lines are deflected via the flux guide bodies 24, 26, which are located close to the sensor 18, in such a way that they enter the vehicle flap 14 and generate the magnetic short circuit there.
  • FIG. 3 shows four magnetic field lines in the region between the sensor 18 and the magnet 16, which close, whereas in FIG. 6 there are only three magnetic field lines.
  • the last closed magnetic field line 16 "'of FIGURE 3 in Figure 6 is that magnetic field line which is now also deflected into the vehicle door 14 and closes there, thus contributing to the magnetic short circuit Elements for the
  • FIGS. 7 and 8 show two further embodiments of the assembly
  • Nutrition sensor 12 a printed circuit board 28 having the magnet 16 on one side 30 and the sensor 18 on the opposite side 32.
  • a circuit 34 is formed, in which the sensor 18 is integrated.
  • the circuit 34 with integrated sensor 18 may be configured such that the proximity sensor 12 is formed as a switch. This makes it possible for the magnetic flux density changes detected by the sensor 18 to be transmitted to a corresponding control unit, not shown here, which processes the switching signal.
  • the sensor 18 is further associated, as in the previous embodiments, the vehicle door 14, wherein the sensor 18 of two Flußleitmaschinen 24, 26 is laterally surrounded.
  • the height of the Flußleitkorper 24, 26 is designed such that they protrude beyond the sensor 18, so that the vehicle door 14 can come into direct contact with the Flussleitmaschinen 24, 26. This is particularly advantageous if the sensor 18 is surrounded by a housing, also called packaging, which prevents the vehicle flap 14 from being guided close to the actual sensor 18.
  • the embodiment of the assembly 10 shown in FIG. 8 differs from that of FIG. 7 in that the flux guiding bodies 24, 26 extend through the printed circuit board 28, the flux guiding bodies 24, 26 abutting one of the poles 20, 22 of the magnet 16 , This ensures that the Flußleitkorper 24, 26 can exert a magnetic force on the vehicle door 14, which allows the vehicle door 14 are held in the switched state by the Flußleitkorper 24, 26 in the holding position.
  • the magnetic holding forces emanating from the magnetic poles 20, 22 are transmitted to the vehicle flap 14 via the flux guide bodies 24, 26.
  • the sensor 18 may in particular be a GMR sensor or a Hall sensor.
  • the two sensor types differ in particular by the constructional height of the sensor 18 or its housing orientation.
  • the maximum sensitivity direction E is equal to or parallel to the magnetic axis M.
  • a memory and a processing unit is necessary.
  • a threshold value is stored in the memory, which is compared with the magnetic flux density detected by the sensor 18 by means of the processing unit. If the threshold value is exceeded or undershot, a corresponding signal is triggered so that it is recognized whether the first or second state is present.
  • the sensor 18 may alternatively be designed as a reed sensor, the strength due to its design upon reaching a certain magnetic strength switches by itself. Accordingly, a sensor 18 designed in this way has a construction-based threshold value store, since, depending on the configuration of the reed sensor, it transitions into its switched or non-switched, ie second or first, state at a specific magnetic field strength.

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Abstract

Ein Näherungssensor (12) ist vorgesehen,der einen Magneten (16) und einen Sensor (18) aufweist. Der Sensor (18) ist relativ zu dem Magneten (16) derart ausgerichtet, dass die maximale Empfindlichkeitsrichtung (E) des Sensors (18) im Wesentlichen parallel zur Magnetachse (M) ausgebildet ist, diesich durch die Pole (20, 22) des Magneten (16) erstreckt. Ferner ist eine Baugruppe (10) vorgesehen.

Description

Näherungssensor einer Baugruppe
Die Erfindung betrifft einen Näherungssensor mit einem Magneten und einem Sensor sowie eine Baugruppe mit einem derartigen Näherungssensor.
Näherungssensoren werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt und sind aus dem Stand der Technik in verschiedensten Ausführungsformen bekannt. Beispielsweise werden Näherungssensoren als Zugangsüberwachung für Maschinen, KFZ-Haubenschalter oder KFZ-Türkontaktschalter eingesetzt. Die Aufgabe eines Näherungssensors ist es dabei, die Annäherung eines zu überwachenden Teils an den Sensor zu detektieren und ein entsprechendes Signal auszulösen. Die Ausführungen der Näherungssensoren sind dabei je nach Einsatzgebiet unterschiedlich. Sie können beispielsweise mit einem elektrischen Kontakt, einem induktiven Sensor oder einem Magneten, der an dem zu überwachenden Teil befestigt ist, ausgebildet sein. Diese bekannten Lösungen haben jedoch Nachteile hinsichtlich der Funktionsweise, die aufgrund der elektromagnetischen Verträglichkeit eingeschränkt sein kann, oder des Montageaufwands. Beispielsweise ist die Ausführung mit einem elektrischen Kontakt verschleißanfällig, wohingegen die Ausführungsform mit dem an dem zu überwachenden Teil befestigten Magneten einen hohen Montageaufwand zur Folge hat, da der Magnet an dem zu überwachenden Teil angebracht werden muss. Zudem ist in vielen Anwendungsbereichen ein offenes Magnetfeld an dem zu überwachenden Teil unerwünscht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Näherungssensor zu schaffen, der vielfältig einsetzbar ist und einen geringen Montageaufwand aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Näherungssensor mit einem Magneten und einem Sensor vorgesehen, wobei der Sensor relativ zu dem Magneten derart ausgerichtet ist, dass die maximale Empfindlichkeitsrichtung des Sensors im Wesentlichen parallel zur Magnetachse ausgebildet ist, die sich durch die Pole des Magneten erstreckt. Die maximale Empfindlichkeitsrichtung des Sensors stimmt somit mit den seitlich verlaufenden Feldlinien des Magneten überein. Das bedeutet, dass der Sensor zwischen den beiden Polen des Magneten liegt, wobei der Sensor im Bereich des schwächeren Magnetflusses angeordnet ist. Der Sensor registriert in dieser Anordnung eine Veränderung des Magnetfelds bzw. der Magnetflussdichte durch ein sich näherndes, zu überwachendes Element, das aus einem ferromagnetischen Material besteht, wie eine Motorhaube, eine Kraftfahrzeugtür oder ein Maschinenelement. Bei Annäherung des zu überwachenden Elements werden die Magnetflusslinien vom Sensor weg in das zu überwachende Element gelenkt, wobei ein magnetischer Kurzschluß entsteht, so dass die magnetische Flussdichte im Bereich des Sensors absinkt. Der Sensor und der Magnet des Näherungssensors sind dabei feststehend von dem zu überwachenden Teil angeordnet, so dass der Montageaufwand gering ist. Ferner ist der Näherungssensor verschleißfrei, da keine Kontaktierung nötig ist.
Ferner ist der Näherungssensor zur Detektion einer Annäherung eines zu überwachenden Teils ausgebildet. Der Sensor des Näherungssensors weist insbesondere einen Abstand zum Magneten auf und ist zwischen dessen Polen derart angeordnet, dass der Näherungssensor im Bereich eines schwächeren Magnetflusses des Magneten liegt. Der Magnet und der Sensor sind feststehend angeordnet.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Magnet ein Permanentmagnet ist. Dies gewährleistet, dass ein dauerhaftes Magnetfeld vorliegt, dessen Magnetfluss konstant ist. Der Permanentmagnet kann dabei als Stabmagnet ausgebildet sein. Ein derartiger Magnet weist aufgrund seiner Geometrie mit den entgegengesetzten, voneinander beabstandeten Polen ein Magnetfeld auf, das so ausgebildet ist, dass der Sensor mit seiner maximalen Empfindlichkeitsrichtung parallel zur Magnetachse bzw. im Bereich der geringeren Magnetflussdichte angeordnet werden kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung handelt es sich bei dem Sensor um einen Magnetfeldsensor, der in der Lage ist, die magnetische Flussdichte des Magneten zu detektieren bzw. eine Veränderung der magnetischen Flussdichte zu registrieren. Der Sensor des Näherungssensors detektiert das Magnetfeld des Magneten des Näherungssensors, so dass der Magnet und der Sensor eine in sich geschlossene Sensoranordnung bilden.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Sensor ein GMR- Sensor oder ein Hall-Sensor ist. Diese beiden Sensorarten eignen sich besonders gut, da sie bereits kleine Magnetfeld- bzw. Magnetflussänderungen detektieren können.
Alternativ kann es sich bei dem Sensor auch um einen Kontaktschalter wie einem Reed-Schalter handeln, der auf ein Magnetfeld reagiert und aufgrund des Magnetfelds schaltet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind Flussleitkorper vorgesehen, die insbesondere an den Seiten des Sensors angeordnet sind. Die Flussleitkorper dienen dazu, den magnetischen Fluss abzulenken bzw. zu verstärken, wobei die Magnetfeldlinien senkrecht aus dem Flussleitkorper austreten. Die Flussleitkorper können dabei derart angeordnet sein, dass sie in Berührung mit dem zu überwachenden Element kommen. Dies ist insbesondere dann hilfreich, wenn aufgrund der Verpackungsgeometrie des Sensors, also dem Sensorgehäuse, eine ausreichende Annäherung des zu überwachenden Elements an den Sensor selbst nicht möglich ist. Die Flussleitkorper bewirken im nicht angenäherten Zustand des zu überwachenden Elements eine Konzentration der Magnetflussdichte, wohingegen die magnetische Flussdichte bei Kontakt der Flussleitkorper mit dem zu überwachenden Element im Bereich des Sensors zusammenbrechen kann.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Flussleitkorper am Magneten anliegen, vorzugsweise an den beiden Polen des Magneten. Hierdurch kann erreicht werden, dass magnetische Haltekräfte von dem Magneten über die Flussleitkorper auf das zu überwachende Element übertragen werden. Bei Anlage des zu überwachenden Elements an den Flussleitkörpern wird das zu überwachende Element an den Flussleitkörpern aufgrund der vom Magneten ausgeübten Magnetkraft gehalten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Sensor in einem integrierten Schaltkreis mit einer Leiterplatte vorgesehen. Somit können die von dem Sensor erfassten Daten direkt ausgewertet werden, wobei die entsprechenden Sensordaten an eine Steuereinheit übermittelt werden können. Alternativ kann bei dieser Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Magnet als Elektromagnet ausgebildet ist und über den Schaltkreis bestromt wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Schaltkreis einen Schalter bildet. Hierbei definiert die vom Sensor erfasste Änderung des Magnetflusses die Schaltercharakteristik, wobei ein Schwellwert vorgesehen ist, dessen Über- bzw. Unterschreitung das Schalten des als Schalter ausgebildeten Näherungssensors auslöst.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Sensor auf einer ersten Seite der Leiterplatte und der Magnet auf einer zweiten Seite der Leiterplatte angeordnet sind. Die Leiterplatte dient somit als Halterung für den Sensor als auch für den Magneten, wobei diese beiden Elemente des Nährungssensors durch die Leiterplatte voneinander getrennt sind. Die Anordnung des Nährungssensors ist dabei derart gestaltet, dass der Sensor zu dem zu überwachenden Element gerichtet ist, wobei der Magnet auf der entgegengesetzten Seite der Leiterplatte angeordnet ist.
Insbesondere sind die Flussleitkorper auf der Seite der Leiterplatte vorgesehen, auf der der Sensor angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die Flussleitkorper auf der Seite der Leiterplatte angeordnet sind, die zu dem zu überwachenden Element gerichtet ist. Dadurch können die Flussleitkorper mit dem zu überwachenden Element in Kontakt kommen, so dass bei Kontaktierung der Flussleitkorper mit dem zu überwachenden Element die magnetische Flussdichte zusammenbricht, wobei das Zusammenbrechen ein Absinken der magnetischen Flussdichte zur Folge hat, das durch den Sensor detektiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die Flussleitkorper durch die Leiterplatte erstrecken. In dieser Ausführungsform können die Flussleitkorper an den Polen des Magneten angeordnet sein, so dass ein als Schalter ausgebildeter Näherungssensor gebildet ist. Dieser kann zudem über die an den Polen des Magneten anliegenden Flussleitkorper eine Haltekraft auf das zu überwachende Element ausüben.
Die Erfindung schafft ferner eine Baugruppe mit einer Fahrzeugklappe und einem Näherungssensor der zuvor genannten Art. Mit dieser Baugruppe kann das Schließen oder Öffnen einer Fahrzeugklappe aufgrund des zuvor beschriebenen Näherungssensors detektiert werden. Die Fahrzeugklappe stellt dabei das zu überwachende Element dar, welches dem Sensor zugeordnet ist und den Magnetfluss bzw. die Magnetflussdichte des Magneten derart beeinflusst, dass die Änderungen des Magnetflusses bzw. der magnetischen Flussdichte von dem Sensor eindeutig detektiert werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In diesen Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine schematische Anordnung einer erfindungsgemäßen Baugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform,
Figur 2 die magnetische Flussdichte der Baugruppe gemäß der ersten Ausführungsform in einem ersten Zustand, - Figur 3 die magnetische Flussdichte der Baugruppe gemäß der ersten Ausführungsform in einem zweiten Zustand,
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Baugruppe gemäß einer zweiten Ausführungsform,
Figur 5 die magnetische Flussdichte der Baugruppe gemäß der zweiten Ausführungsform im ersten Zustand,
Figur 6 die magnetische Flussdichte der Baugruppe gemäß der zweiten Ausführungsform im zweiten Zustand,
Figur 7 eine Perspektivansicht einer Baugruppe gemäß einer dritten Ausführungsform, - Figur 8 eine Perspektivansicht einer Baugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Baugruppe 10, die aus einem Näherungssensor 12 und einer Fahrzeugklappe 14 besteht, wobei die Fahrzeugklappe 14 das von dem Näherungssensor 12 zu überwachende Element darstellt.
Der Näherungssensor 12 ist im Wesentlichen aus einem Magneten 16 und einem Sensor 18 gebildet. Der Nährungssensor 12 ist dabei derart angeordnet, dass der Sensor 18 zwischen dem Magneten 16 und der Fahrzeugklappe 14 angeordnet ist. Der Sensor 18 weist dabei eine maximale Empfindlichkeitsrichtung E auf, die im Wesentlichen parallel zu einer Magnetachse M des Magneten 16 ausgerichtet ist. Die Magnetachse M des Magneten 16 ist dabei die Achse, die sich durch die beiden Pole des Magneten 16, magnetischer Nordpol 20 sowie magnetischer Südpol 22, erstreckt. Der Sensor 18 ist dabei mittig zu den beiden Polen 20, 22 positioniert, wobei der Sensor 18 einen Abstand d zu dem Magneten 16 aufweist.
Dieser distale Abstand d führt dazu, dass der Sensor 18 in einen Bereich geringer Magnetflussdichte des Magneten 16 angeordnet ist. Dies geht insbesondere aus Figur 2 hervor, die die Baugruppe 10 aus Figur 1 in einem ersten Zustand zeigt, wobei die Fahrzeugklappe 14 aus Figur 1 nicht dargestellt ist. Der erste Zustand beschreibt dabei denjenigen Zustand, in dem das zu überwachende Element, hier die Fahrzeugklappe 14, nicht im Bereich des Näherungssensors 12 ist. Dieser erste Zustand kann auch als Ausgangszustand bezeichnet werden. Demgegenüber ist ein zweiter Zustand definiert, in dem die Nähe des zu überwachenden Elements, also der Fahrzeugklappe 14, relativ zu dem Sensor 18 registriert wird. Dieser zweite Zustand kann auch als geschalteter oder ausgelöster Zustand beschrieben werden, wobei dies abhängig vom Anwendungsgebiet ist. Aus Figur 2 ist ersichtlich, dass der Sensor 18 mit seiner maximalen Empfindlichkeitsrichtung E derart ausgerichtet ist, dass die maximale Empfindlichkeitsrichtung E im Wesentlichen mit den seitlichen verlaufenden Feldlinien des Magneten 16 übereinstimmt.
Der Magnet 16 ist in der gezeigten Ausführungsform als Permanentmagnet und insbesondere als Stabmagnet ausgebildet, so dass sich ein für einen Stabmagnet typisches Magnetfeld bzw. eine typische Magnetflussdichte ausbildet, sofern das Magnetfeld ungestört ist. Dieses für einen Stabmagnet typische Magnetfeld ist sowohl symmetrisch bezüglich der Magnetachse M als auch zu einer zur Magnetachse M senkrechten Ebene, die der Trennebene der beiden Pole 20, 22, der Poltrennebene P, entspricht.
Figur 3 zeigt die Baugruppe 10 im zweiten Zustand, in dem das Magnetfeld bzw. die magnetische Flussdichte des Magneten 16 gegenüber dem in Figur 2 gezeigten Ausgangszustand aufgrund der Annäherung des zu überwachenden Elements, hier der Fahrzeugklappe 14, geändert bzw. gestört ist.
Da die Fahrzeugklappe 14 aus einem ferromagnetischen Material besteht, übt die Fahrzeugklappe 14 einen Einfluss auf das Magnetfeld aus, so dass die Magnetflusslinien in die Fahrzeugklappe 14 umgelenkt werden. Die Fahrzeugklappe 14 stört bzw. verändert somit das Magnetfeld bzw. den Verlauf der Magnetflussdichte des Magneten 16. Dies ist besonders gut dadurch zu erkennen, dass das gestörte Magnetfeld nicht mehr symmetrisch zur Magnetachse M ist. Je nach Lage der Fahrzeugklappe 14 zu dem Näherungssensor 12 bzw. zum Magneten 16 kann das durch die Fahrzeugklappe 14 gestörte Magnetfeld jedoch weiterhin symmetrisch bezüglich der Poltrennebene P sein. In der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform ist dies beispielsweise der Fall.
Ein Vergleich der Figuren 2 und 3 verdeutlicht, dass der Sensor 18 im ersten Zustand, dem Ausgangszustand, im Bereich einer gewissen Magnetfeldstärke beziehungsweise magnetischen Flussdichte positioniert ist, wohingegen im zweiten Zustand das Magnetfeld bzw. die magnetische Flussdichte im Bereich des Sensors 18 weitestgehend zusammenbricht. Dies liegt an der ferromagnetischen Fahrzeugklappe 14, die die Magnetflusslinien derart beeinflusst, dass sie im Wesentlichen senkrecht in die Fahrzeugklappe 14 hinein verlaufen.
Somit bildet sich ein lokales Minimum der Magnetflussdichte, welches auf der Poltrennebene P und zwischen der Fahrzeugklappe 14 und dem Sensor 18, unmittelbar im Bereich der Fahrzeugklappe 14, liegt. In der gezeigten Ausführungsform ist der Sensor 18 relativ zum Magneten 16 mittig, das heißt auf der Poltrennebene P, angeordnet, so dass der Sensor 18 im zweiten Zustand in dem lokalen Minimum der Magnetflussdichte liegt.
Der Sensor 18 registriert dabei die geringere Magnetflussdichte oder die Veränderung der Magnetflussdichte, wobei die Verringerung bzw. die Veränderung der Magnetflussdichte durch die Positionierung des Sensors 18 relativ zur Fahrzeugklappe 14 entscheidend ist. Je näher die Fahrzeugklappe 14 an den Sensor 18 geführt werden kann, desto größer ist die Änderung der Magnetflussdichte im Bereich des Sensors 18. Dieser Effekt verstärkt sich dadurch, dass der Sensor 18 mittig zwischen den beiden Polen 20, 22 des Magneten 16, also auf der Poltrennebene P, angeordnet ist, so dass der Großteil der von den Polen 20, 22 ausgehenden Magnetfeldlinien in die Fahrzeugklappe 14 umgelenkt werden, wobei sich diese erst in der Fahrzeugklappe 14 schließen. Dadurch entsteht ein magnetischer Kurzschluss. Der magnetische Kurzschluss bewirkt die Senkung der Flussdichte, die der Sensor 18 detektiert.
Sehr anschaulich ist dies in Figur 3 gezeigt. Dort sind zwei Magnetfeldlinien 16', 16" gezeigt, die vom magnetischen Nordpol 20 bzw. Südpol 22 ausgehen und ihren eigentlichen Verlauf aufgrund der angenäherten Fahrzeugklappe 14 ändern. An diesen beiden Magnetfeldlinien 16', 16" ist somit anschaulich verdeutlich, was das Verändern der Magnetflussdichte bedeutet und wie das lokale Minimum der Magnetflussdichte im Bereich des Sensors 18 entsteht. Als letzte noch geschlossene Magnetfeldline zwischen dem Sensor 18 und dem Magneten 16 ist eine Magnetfeldlinie 16"' gezeigt.
In Figur 4 ist eine schematische Ansicht der Baugruppe 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt, die sich von der ersten Ausführungsform dahingehend unterscheidet, dass zusätzlich Flussleitkorper 24, 26 vorgesehen sind. Die Flussleitkorper 24, 26 sind an den beiden Seiten des Sensors 18 angeordnet, wobei sie mit der zu der Fahrzeugklappe 14 gerichteten Seite über den Sensor 18 überstehen, was bedeutet, dass die Flussleitkorper 24, 26 höher ausgebildet sind.
Im Allgemeinen beeinflussen die Flussleitkorper 24, 26 die magnetische Flussdichte. Die Wirkungsweise der Flussleitkorper 24, 26 wird anhand der Figuren 5 und 6 verdeutlicht, in denen die Baugruppe 10 der Figur 4 im ersten bzw. im ungeschalteten Zustand (Figur 5) und im zweiten bzw. im geschalteten Zustand (Figur 6) gezeigt ist.
Aus der Figur 5 geht hervor, dass die Flussleitkorper 24, 26 die magnetische Flussdichte im Bereich des Sensors 18 aufgrund der Anordnung und der Geometrie der Flussleitkorper 24, 26 verstärken. Dies liegt daran, dass die Flussleitkorper 24, 26 aus einem Material gebildet sind, das den Magnetfluss leitet, wobei die Magnetfeldlinien im Wesentlichen senkrecht in die Flussleitkorper 24, 26 ein- bzw. austreten. Dies führt zu einer Konzentration der Magnetflussdichte im Bereich des Sensors 18, sofern sich der Näherungssensor 12 im ersten Zustand befindet, was bedeutet, dass kein zu überwachendes Element wie die Fahrzeugklappe 14 im Bereich des Sensors 18 ist.
Die Verstärkung der Magnetflussdichte zeigt sich unter anderem darin, dass das Magnetfeld nicht mehr symmetrisch zur Magnetachse M ist. Im Bereich des Sensors 18 ist das Magnetfeld, wie oben erläutert, verstärkt bzw. die Magnetflussdichte erhöht.
Die Symmetrie der Magnetflussdichte hinsichtlich der Poltrennebene P ist in der gezeigten Ausführungsform gegeben. Diese hängt allerdings unter anderem von der relativen Anordnung der Flussleitkörper 24, 26 zum Magneten 16 ab.
In Figur 6 ist der zweite bzw. der geschaltete Zustand der Baugruppe 10 gezeigt, wobei die Fahrzeugklappe 14 in direktem Kontakt mit den Flussleitkörpern 24, 26 steht, so dass der Sensor 18 in einem Bereich liegt, in dem die magnetische Flussdichte fast vollständig zusammengebrochen ist. Dies liegt daran, dass die Magnetfeldlinien über die nah an dem Sensor 18 liegenden Flussleitkörper 24, 26 derart umgelenkt werden, dass sie in die Fahrzeugklappe 14 eintreten und dort den magnetischen Kurzschluss erzeugen.
Ein Vergleich der Figuren 3 und 6 verdeutlicht dies bei genauerer Betrachtung. In Figur 3 sind vier Magnetfeldlinien im Bereich zwischen dem Sensor 18 und dem Magneten 16 gezeigt, welche sich schließen, wohingegen es in Figur 6 nur noch drei Magnetfeldlinien sind. Das bedeutet, dass die letzte geschlossene Magnetfeldlinie 16"' aus Figur 3 in Figur 6 diejenige Magnetfeldlinie ist, die nun ebenfalls in die Fahrzeugklappe 14 umgelenkt ist und sich erst dort schließt und somit zum magnetischen Kurzschluss beiträgt. Die Flussleitkörper 24, 26 stellen somit verstärkende Elemente für die
Baugruppe 10 sowie den Nährungssensor 12 dar, da sie im ersten Zustand die Magnetflussdichte im Bereich des Sensors 18 konzentrieren sowie im zweiten Zustand die Magnetflussdichte fast vollständig zusammenbrechen lassen, so dass ein lokales Minimum entsteht. In den Figuren 7 und 8 sind zwei weitere Ausführungsformen der Baugruppe
10 gezeigt, die sich durch die Ausführung des Näherungssensors 12 unterscheiden. In der in Figur 7 gezeigten Ausführungsform weist der Nährungssensor 12 eine Leiterplatte 28 auf, die auf der einen Seite 30 den Magneten 16 und auf der gegenüberliegenden Seite 32 den Sensor 18 aufweist.
Auf der Leiterplatte 28 ist ein Schaltkreis 34 ausgebildet, in dem der Sensor 18 integriert ist. Durch diese Anordnung kann der Schaltkreis 34 mit integriertem Sensor 18 derart ausgestaltet sein, dass der Näherungssensor 12 als Schalter ausgebildet ist. Dies ermöglicht es, dass die von dem Sensor 18 erfassten Magnetflussdichteänderungen an eine entsprechende, hier nicht dargestellte Steuereinheit übermittelt werden, die das Schaltsignal verarbeitet.
Der Sensor 18 ist ferner, wie in den vorherigen Ausführungsformen, der Fahrzeugklappe 14 zugeordnet, wobei der Sensor 18 von zwei Flussleitkörpern 24, 26 seitlich umgeben ist. Die Höhe der Flussleitkorper 24, 26 ist dabei derart ausgebildet, dass sie über den Sensor 18 hinausragen, so dass die Fahrzeugklappe 14 mit den Flussleitkörpern 24, 26 direkt in Kontakt geraten kann. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Sensor 18 mit einem Gehäuse, auch Verpackung genannt, umgeben ist, die es verhindert, dass die Fahrzeugklappe 14 nah an den eigentlichen Sensor 18 geführt werden kann.
Die in Figur 8 gezeigte Ausführungsform der Baugruppe 10 unterscheidet sich von derjenigen aus der Figur 7 dahingehend, dass die Flussleitkorper 24, 26 sich durch die Leiterplatte 28 erstrecken, wobei die Flussleitkorper 24, 26 an jeweils einem der Pole 20, 22 des Magneten 16 anliegen. Hierdurch wird erreicht, dass die Flussleitkorper 24, 26 eine magnetische Kraft auf die Fahrzeugklappe 14 ausüben können, die es erlaubt, dass die Fahrzeugklappe 14 im geschalteten Zustand durch die Flussleitkorper 24, 26 in der Halteposition gehalten werden. Die von den Magnetpolen 20, 22 ausgehenden magnetischen Haltekräfte werden über die Flussleitkorper 24, 26 auf die Fahrzeugklappe 14 übertragen.
Bei dem Sensor 18 kann es sich insbesondere um einen GMR-Sensor oder einen Hall-Sensor handeln. Die beiden Sensorarten unterscheiden sich insbesondere durch die bauliche Höhe des Sensors 18 bzw. deren Gehäuseausrichtung. Die maximale Empfindlichkeitsrichtung E ist jedoch gleich bzw. parallel zur Magnetachse M. Dies bedeutet, dass bei der Ausführung des Sensors 18 als Hall-Sensor dieser eine größere Bauhöhe aufweist, so dass die Flussleitkorper 24, 26 entsprechend höher ausgeführt sein müssen. Bei der Ausführung des Sensors 18 als GMR- oder Hall-Sensor ist zudem ein Speicher sowie eine Verarbeitungseinheit nötig. In dem Speicher ist ein Schwellwert hinterlegt, der mit der vom Sensor 18 erfassten magnetischen Flussdichte mittels der Verarbeitungseinheit verglichen wird. Bei Über- oder Unterschreiten des Schwellwerts wird ein entsprechendes Signal ausgelöst, sodass erkannt wird, ob der erste oder zweite Zustand vorliegt.
Der Sensor 18 kann alternativ als Reed-Sensor ausgeführt sein, der aufgrund seiner Ausgestaltung bei Erreichen einer bestimmten Magnetfeld stärke von allein schaltet. Demnach weist ein derartig ausgeführter Sensor 18 einen baubedingten Schwellwertspeicher auf, da je nach Ausgestaltung des Reed-Sensors dieser bei einer bestimmten Magnetfeldstärke in seinen geschalteten bzw. nicht geschalteten, also zweiten bzw. ersten, Zustand übergeht.

Claims

Patentansprüche
1 . Näherungssensor (12) mit einem Magneten (16) und einem Sensor (18), wobei der Sensor (18) relativ zu dem Magneten (16) derart ausgerichtet ist, dass die maximale Empfindlichkeitsrichtung (E) des Sensors (18) im Wesentlichen parallel zur Magnetachse (M) ausgerichtet ist, die sich durch die Pole (20, 22) des Magneten (16) erstreckt.
2. Näherungssensor (12) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (16) ein Permanentmagnet ist.
3. Näherungssensor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (18) ein Magnetfeldsensor ist.
4. Näherungssensor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (18) ein GMR-Sensor oder ein Hall- Sensor ist.
5. Näherungssensor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Flussleitkörper (24, 26) vorgesehen sind, insbesondere an den Seiten des Sensors (18).
6. Näherungssensor (12) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleitkörper (24, 26) am Magneten (16) anliegen, insbesondere an den beiden Polen (20, 22) des Magneten (16).
7. Näherungssensor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (18) in einem integrierten Schaltkreis (34) mit einer Leiterplatte (28) vorgesehen ist.
8. Näherungssensor (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis (34) einen Schalter bildet.
9. Näherungssensor (12) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (18) auf einer ersten Seite (32) der Leiterplatte (28) und der Magnet (16) auf einer zweiten Seite (30) der Leiterplatte (28) angeordnet sind.
10. Näherungssensor (12) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, soweit rückbezogen auf Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleitkorper (24, 26) auf der Seite (32) der Leiterplatte (28) vorgesehen sind, auf der der Sensor (18) angeordnet ist.
1 1 . Näherungssensor (12) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, soweit rückbezogen auf Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleitkorper (24, 26) sich durch die Leiterplatte (28) erstrecken.
12. Baugruppe (10) mit Fahrzeugklappe (14) und einem Näherungssensor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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