EP3652858A1 - Induktiver näherungsschalter - Google Patents

Induktiver näherungsschalter

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EP3652858A1
EP3652858A1 EP18733562.5A EP18733562A EP3652858A1 EP 3652858 A1 EP3652858 A1 EP 3652858A1 EP 18733562 A EP18733562 A EP 18733562A EP 3652858 A1 EP3652858 A1 EP 3652858A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
proximity switch
voltage
influencing element
coils
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18733562.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ajoy Palit
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.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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 ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP3652858A1 publication Critical patent/EP3652858A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H03K17/952—Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils
    • H03K17/9525—Proximity switches using a magnetic detector using inductive coils controlled by an oscillatory signal
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    • H03K17/97—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a magnetic movable element
    • H03K17/972—Switches controlled by moving an element forming part of the switch using a magnetic movable element having a plurality of control members, e.g. keyboard

Definitions

  • the invention relates to an inductive position determination.
  • the invention relates to the determination of a relative position of a device on board a motor vehicle.
  • a selector lever for influencing a gear stage engaged in a transmission On a motor vehicle, a selector lever for influencing a gear stage engaged in a transmission is provided.
  • the selector lever can be brought into different positions by the driver, wherein the selector lever can be guided in a backdrop.
  • the position of the selector lever is scanned and processed electrically or electronically.
  • a controller may then control the transmission based on the driver's request expressed by the position of the selector lever.
  • the position of the selector lever can be scanned in that a permanent magnet is mounted on the selector lever and on a console a number of integrated Hall sensors that detect the magnetic field of the permanent magnet.
  • the magnet and the sensors are relatively expensive. If the selector lever can take a larger number of positions that can be determined individually, such an arrangement can be uneconomical.
  • DE 10 2015 200 620 A1 relates to an inductive proximity switch for determining the position of a selector lever by means of a number of coils which are mounted on a console, and a ferromagnetic and non-conductive position element which is mounted on the selector lever.
  • the invention has for its object to provide an improved device for inductive position determination.
  • the invention achieves this object by means of a device having the features of the independent claim. Subclaims give preferred embodiments again.
  • a binary proximity switch comprises a frequency generator for providing an AC voltage; a coil connected to the AC voltage for generating an alternating magnetic field; an influencing element that movably mounted relative to the coil and adapted to affect the alternating magnetic field differently depending on its distance from the coil; a rectifier for rectifying the AC voltage applied to the coil; a comparator to determine if the
  • rectified voltage is above a predetermined threshold or not; and an interface for providing a binary signal indicative of the determination result.
  • the binary proximity switch can be constructed inexpensively using standard components.
  • the position determination of the influencing element can be reliably determined by the binary design of the proximity switch.
  • An operating element which controls a safety-relevant sequence for example a selector lever for a gear stage of a transmission in the drive train of a
  • Motor vehicle can be safely controlled based on the proximity switch.
  • the coil is preferably formed as a flat coil.
  • the flat coil may in particular be comprised by a printed circuit.
  • a pancake coil can provide only a small magnetic field, the circuit described can nevertheless be sufficiently sharp enough to distinguish a "near" from a "far” position of the influencing element.
  • the printed flat coil can be provided inexpensively on a printed circuit board. This design of the coil can be particularly inexpensive, so that a large variety of flat coils can be provided inexpensively.
  • the influencing element is preferably also flat so that it can be brought as close as possible to the flat coil.
  • the influence of the alternating magnetic field of the flat coil can be maximized.
  • the influencing element can cover a surface which is at least as large as the surface of the flat coil.
  • the influencing element comprises an electrical conductor to the magnetic alternating field by formation of eddy currents energy to withdraw.
  • the rectified voltage decreases when the influencing element is approximated to the coil.
  • the electrical conductor can be designed cost-effective and robust.
  • the conductor may comprise copper or another good conducting material.
  • the influencing element comprises a
  • the rectified voltage increases as the influencing element approaches the coil.
  • the change in the rectified voltage when approaching the influencing element to the coil can be greater in this embodiment than in the acting as a damping element electrical conductor of the above
  • the soft magnetic material may comprise, for example, a ferrite.
  • a relative permeability may be about 10,000 or more.
  • the electrical conductivity is preferably less than 10 "10 S / m.
  • the proximity switch may further include an amplifier to connect the
  • the amplifier can be embodied cost-effectively as an integrated operational amplifier.
  • the operational amplifier can be operated fed back in a known manner in order to realize a predetermined amplification factor.
  • the comparator is likewise designed as an operational amplifier. By feedback, the comparator can perform a hysteresis comparison. The amount of hysteresis can be adjusted by selecting feedback resistors.
  • Operational amplifiers may be inexpensively provided in a common housing.
  • the rectifier particularly preferably comprises a Schottky diode.
  • the Schottky diode has no pn junction but a metal-semiconductor junction.
  • a threshold voltage from which the diode turns on may therefore be very small, in various embodiments from about 0.4 V to about 0.1 V or even less. The As a result, voltage applied to the coil can be rectified particularly sensitively and with low losses.
  • a low-pass filter for smoothing the rectified voltage is provided.
  • the low pass can also be constructed inexpensively discretely as R-C link.
  • a processing device is provided with a further interface, wherein the processing device is configured to determine the binary signal via the further interface.
  • the further interface may, for example, lead to a data bus such as the CAN bus.
  • One or more binary signals of one or more proximity switches can be detected by means of the
  • Linking can be provided, for example, as a data telegram via the further interface.
  • an error detection or correction and, where appropriate, the evaluation of redundant information can be done.
  • the comparator comprises an analog-to-digital converter (ADC) and a numerical
  • the ADC can sample the rectified and possibly smoothed voltage to compare it numerically with a
  • a hysteresis can be through
  • thresholds can be easily realized. Additional threshold values can also be provided whose overshoot or undershoot by the rectified voltage can characterize a fault condition. If, for example, the rectified voltage drops to zero, there may be a short circuit in the region of the coil. If the rectified voltage permanently exceeds a high threshold, there may be a short circuit to the supply voltage.
  • Comparators and interfaces provided wherein the influencing element is movable along a curve. It can pass through the coils so that the binary signals at the interfaces indicate a position of the position element along the curve.
  • a device for sensing the position of a control element can be provided simply and efficiently.
  • Influencing element can on the control element and the coils can
  • the curve can be arbitrarily shaped, for example as a straight line, a circle segment or a combination of a plurality of geometric curve pieces.
  • the processing device described above may comprise the comparison device. Furthermore, a multiplexer may be provided, which is set up to connect the rectified voltages of a plurality of coils in succession to the analog-to-digital converter.
  • the processing device may be embodied, for example, as an integrated microcomputer or microcontroller, wherein it may already comprise the analog-to-digital converter.
  • the multiplexer may be internal or external. A total number of components can be reduced by the multiple use of the analog-to-digital converter. Nevertheless, the advantages of analog-to-digital conversion can be exploited for several coils.
  • FIG. 1 shows a device for determining the position of a movable element in one embodiment
  • Fig. 2 shows an exemplary circuit for a binary proximity switch
  • FIG. 3 shows an exemplary relationship between the inductance of a coil and the distance of an influencing element
  • FIG. 4 different embodiments of a coil and a movable
  • FIG. 5 shows exemplary voltages on the circuit of FIG. 2; FIG. and
  • Fig. 6 shows a device for determining the position of a movable element in a further embodiment represents.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a device 100 for determining the position of a movable element.
  • the device 100 can be used in particular for forming a selector lever or another input device.
  • the movable element may be manually moved relative to another element along a predetermined curve 105.
  • the device 100 includes an interference element 110 that can be attached to the movable element and one or more coils 115 that can be attached to the solid element.
  • the coils 115 are preferably arranged along the curve 105 such that the influencing element 110 is moved along the curve 105 as close as possible to the individual coils 115.
  • the coils 115 can be realized in particular as flat coils in a printed circuit.
  • the coils 115 may each be one or more layers. Usual dimensions of such a coil 115 are about 6 x 6 mm at 12 turns per layer of the printed circuit.
  • the individual layers are typically about 70 ⁇ on each other and are about 35 ⁇ thick.
  • the uninfluenced inductance of such a coil 115 can be approximately 1 .400 nH.
  • the influencing element 110 can preferably be brought along the curve 105 to the end face of a coil 115.
  • the influencing element 110 is furthermore preferably sufficiently large to completely cover the coil 115.
  • a distance to the coil 115 is as small as possible. In the case of the flat coil, for example, the distance may be about 0.3 to about 0.45 mm. Also, a greater distance may be tolerable, for example, to take into account an aging effect of a holding device of the arrangement.
  • the vertical distance of the influencing element 110 can be up to about 0.7 mm.
  • Influencing element 110 can be chosen practically arbitrary. In the illustrated embodiment, both the coils 115 and the
  • Influencing element 110 rectangular or square shaped.
  • the influencing element 110 has a rhombic form, as indicated by the broken line. While the rhombic interference element 110 completely covers one of the coils 115, adjacent coils 115 are partially covered by tips of the rhombus. The determination of a transition of the influencing element 110 from one coil 115 to the next along the curve 105 can thereby be facilitated.
  • a frequency generator 120 provides an AC voltage which is in the
  • a coil 115 may also be assigned a dedicated frequency generator 120.
  • the AC voltage may have a frequency of typically about 10 to 15 MHz.
  • each coil 115 is formed in response to the AC voltage
  • Influencing element 110 by a damping element which is electrically conductive, so the inductance of the coil 115 decreases when the influencing element 110 is approximated.
  • the influencing element 110 is a reinforcing element, which is preferably magnetically soft and electrically insulating, then the magnetic field in the region of the coil 115 will approach the approximation
  • Influencing element 110 esp. Local amplified so that the inductance of the coil 115 increases.
  • the AC voltage of a coil 115 is rectified by means of an associated rectifier 130 and the rectified voltage is compared by means of a comparator 135 with a predetermined threshold.
  • the comparator 135 is connected to a first interface 140, at which a first binary signal can be output when the rectified voltage exceeds the threshold, and a second binary signal when it is below the threshold.
  • the comparator 135 can be constructed in any desired manner, for example by means of an operational amplifier or discretely by means of a Transistor circuit. In the illustrated embodiment, the comparator 135 is connected through an analog-to-digital converter 145 in conjunction with a
  • the processing device 150 may include a programmable microcomputer or microcontroller.
  • the analog-to-digital converter 145 may be included in the processing device 150.
  • a plurality of analog-to-digital converters 145 may be provided, or an analog-to-digital converter 145 may be connected to one of a plurality of rectifiers 130 by means of a multiplexer 155.
  • the rectified voltages on all coils 115 can be determined successively by means of an analog-to-digital converter 145.
  • the provided numerical result is then determined by means of the
  • Processing means 150 compared with a predetermined value representing the threshold value.
  • a dedicated comparator 135 associated with a coil 115 may provide its binary determination result via a second interface 160.
  • the second interface 160 may be routed to and processed by a processing device 150.
  • the second interface 160 coincides with the first interface 140 because the
  • Processing device 150 is included by the comparator 135.
  • Figure 2 shows an exemplary circuit for implementing a binary
  • Proximity switch 200 which is preferably set up for use in a device 100 according to FIG.
  • the illustrated embodiment shows an exemplary possibility of realizing the device 100 with only one coil 115 and without processing device 150.
  • the frequency generator 120 is connected by means of the resistor 125 to the coil 115, the second terminal is guided by means of another resistor 205 to ground.
  • the rectifier 130 is here essentially formed by a Schottky diode 210, which may be, for example, of the type BAT54.
  • an optional decoupling resistor 215 By means of an optional decoupling resistor 215, the through the Schottky diode 210 rectified voltage of the coil 115 to an optional smoothing capacitor 220 and via a voltage divider of two resistors 225, 230 to a further capacitor 235 passed.
  • Voltage divider can form a low pass together with the capacitor 235.
  • An optional amplifier 240 amplifies the rectified voltage and provides it to the comparator 135.
  • the amplifier 240 may be formed as a conventional non-inverting amplifier by means of an LM321 operational amplifier.
  • the amplification factor can be adjusted by means of two resistors 245, 250 in a known manner.
  • the operational amplifier is operated by way of example at a voltage source 255 of typically approx. 5.0V.
  • Operational amplifier is smoothed by means of an optional capacitor 260 to ground.
  • the coupling from the amplifier 240 to the comparator 135 is done by means of an optional resistor 265.
  • the comparator 135 is here by a
  • Operational amplifier for example, the type LM2901 formed.
  • At the inverting input is a voltage which can be adjusted in a known manner by means of a voltage divider with resistors 270 and 275 with respect to the voltage source 255.
  • the input signal is fed to the non-inverting input.
  • the two inputs can also be reversed.
  • a smoothing by means of a capacitor 280 for
  • the output of the comparator 135 may be stabilized by means of another resistor 285 and / or another capacitor 290.
  • the output of the comparator 135 is fed to the second interface 160.
  • FIG. 3 shows an exemplary relationship between the inductance of a coil 115 and the distance of an influencing element 110. In the horizontal direction, the distance along the curve 105 and in the vertical direction is the distance
  • a first curve 305 indicates how the inductance decreases from a nominal value when the influencing element 110 designed as a damping element is approximated to the coil 115.
  • a maximum reduction of the inductance with minimum distance can be about 20 to 30%.
  • a second plot 310 shows the increase in inductance as the reinforcing element approaches
  • the reinforcement can reach about 40 to 50% at the smallest distance.
  • a reinforcing element or a damping element may be used as the influencing element 110.
  • the location of each meaningful thresholds can be seen from the illustration of Figure 3
  • FIG. 4 shows various embodiments of arrangements of the coil 115 and the influencing element 110 for the proximity switch 200 of FIG. 2 or the device 100 of FIG. 1.
  • FIG. 4A shows the coil 115 embodied as a flat coil on the surface of a circuit board 405.
  • the circuit board 405 can be produced, for example, from ceramic, glass, polyimide, FR4 or another suitable carrier material.
  • the coil 115 can also be applied to a surface of an element present on a measuring arrangement, for example by gluing.
  • a measuring arrangement for example by gluing.
  • the influencing element 110 is arranged.
  • the height h is maintained when the
  • Influencing element 110 changes its position relative to the coil 115.
  • the trajectory 105 is indicated symbolically above the influencing element 110.
  • FIG. 4B shows a similar embodiment, in which, however, a ferromagnetic and electrically insulating element 410 is additionally provided in the region of the coil 115.
  • the element 410 lies between the coil 115 and the influencing element 110, so that the influencing element 110 can also rest against the surface of the element 410.
  • a ferromagnetic and electrically insulating element 410 may also be, for example at the bottom of the board 405, which faces away from the coil 1 15, are attached.
  • Figure 4D shows an embodiment with two influencing elements 1 10, which are arranged on different vertical sides of the coil 1 15 and mechanically connected to each other in a suitable manner.
  • the influencing of the inductance of the coil 15 can be increased as a function of the position of the influencing elements 110.
  • Figure 4D shows a similar embodiment in which the influencing element 1 10, the circuit board 405 and the coil 1 15 on one side.
  • Figure 4E shows an embodiment in which the influencing element 1 10, the circuit board 405 and the coil 1 15 engages on both sides.
  • FIG. 5 shows exemplary voltages at the circuit of the binary one
  • Proximity switch 200 of Figure 2 In a horizontal direction, a time and in a vertical direction, a voltage is applied.
  • the illustrated units are to be understood as purely exemplary.
  • the coil 115 is influenced by the influencing element 110 alternately and unaffected.
  • the influencing element 110 can be any suitable influencing element 110 .
  • a first trace 515 shows the
  • a second trace 520 shows a binary signal at the second interface 160.
  • the second trace 520 is determined based on the first trace using two thresholds 525 and 530.
  • the first threshold 525 is above the second threshold 530 and both thresholds 525, 530 are between the two Voltages that the first trace 515 takes over time.
  • two threshold values 525, 530 By using two threshold values 525, 530, a switching hysteresis is realized; in other embodiments, only one threshold 525 may be used and the second history 520 determination is done without hysteresis.
  • the second trace 520 assumes a first level, here corresponding to 5.0V, which may be interpreted as HIGH or logical 1. If the first curve 515 then falls below the second threshold value 530, the second curve 520 assumes a second level, which here amounts to approximately 0 V and can be referred to as LOW or logic 0.
  • the binary signal at the second interface 160 can be evaluated directly by logic, for example, based on TTL or CMOS or by means of an analog circuit. Furthermore, it is suitable for being scanned and processed by a microprocessor. In particular, the microprocessor may receive the second traces 520 from a plurality of coils 115 and together
  • FIG. 6 shows a device 600 as a possible embodiment or extension of the device 100 of FIG. 1.
  • FIG. 6A shows an arrangement of coils 115 with an influencing element 110
  • FIG. 6B shows a truth table for determining the position of the influencing element 110. Evaluation elements of FIGS. 1 or 2 are not shown.
  • the coils 115 are arranged in pairs so that they can be influenced in the same way by the influencing element 110.
  • the coils 115 may, for example, be arranged along the curve 105 in two rows, wherein the influencing element 110 extends transversely to the curve 105 over both rows.
  • the two rows can be next to each other or even one above the other (see Figure 3).
  • Exemplary positions of the influencing element 110 are denoted by P, Z, R, N and D, wherein coils of the upper row in the representation of FIG. 6A carry the index 1 and coils 115 in the lower row the index 2.
  • the means of Coils 115 of certain logical values indicate the position of the
  • Influencing element 110 wherein by means of the two rows a redundant position determination is possible.
  • Figure 6B shows a truth table for the device 600 of Figure 6A. Only a part of the complete truth table is shown. It is suggested that it is determined that the biasing element 110 is in a position P, Z R, N, D when the binary signals of both coils 115 indicate that the biasing element 110 is close to the coils 115. In the present embodiment, a damping element 110 is used and a signal of logic 0 indicates the presence or proximity of the influencing element 110.
  • This approach can be implemented using a complete truth table or, for example, algorithmically. In both cases, the conversion can take place by means of the processing device 150.
  • the particular position (column Q of the truth table) may be provided to the outside via the first interface 140.
  • the first interface 140 may in particular comprise a data bus interface, for example for the CAN bus.

Landscapes

  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Ein binärer Näherungsschalter (100, 200, 600) umfasst einen Frequenzgenerator (120) zur Bereitstellung einer Wechselspannung; eine mit der Wechselspannung verbundene Spule (115), zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds; ein Beeinflussungselement (110), das beweglich gegenüber der Spule (115) angebracht und dazu eingerichtet ist, das magnetische Wechselfeld in Abhängigkeit seines Abstands zur Spule (115) unterschiedlich stark zu beeinflussen; einen Gleichrichter (130) zur Gleichrichtung der an der Spule (115) anliegenden Wechselspannung; einen Komparator (135) zur Bestimmung, ob die gleichgerichtete Spannung über einem vorbestimmten Schwellenwert (525, 530) liegt oder nicht; und eine Schnittstelle (160) zur Bereitstellung eines auf das Bestimmungsergebnis hinweisenden binären Signals.

Description

INDUKTIVER NÄHERUNGSSCHALTER
Die Erfindung betrifft eine induktive Positionsbestimmung. Insbesondere betrifft die Erfindung die Bestimmung einer relativen Position einer Einrichtung an Bord eines Kraftfahrzeugs.
An einem Kraftfahrzeug ist ein Wählhebel zur Beeinflussung einer in einem Getriebe eingelegten Gangstufe vorgesehen. Der Wählhebel kann durch den Fahrer in unterschiedliche Positionen gebracht werden, wobei der Wählhebel in einer Kulisse geführt sein kann. Dabei wird die Position des Wählhebels abgetastet und elektrisch bzw. elektronisch verarbeitet. Eine Steuereinrichtung kann dann das Getriebe auf der Basis des durch die Position des Wählhebels ausgedrückten Fahrerwunschs steuern.
Die Position des Wählhebels kann dadurch abgetastet werden, dass am Wählhebel ein Permanentmagnet angebracht ist und an einer Konsole eine Anzahl integrierter Hall-Sensoren, die das Magnetfeld des Permanentmagneten erfassen. Der Magnet und die Sensoren sind jedoch relativ kostenintensiv. Soll der Wählhebel eine größere Anzahl Positionen einnehmen können, die einzeln bestimmbar sind, so kann eine solche Anordnung unwirtschaftlich sein.
DE 10 2015 200 620 A1 betrifft einen induktiven Näherungsschalter zur Bestimmung der Position eines Wählhebels mittels einer Anzahl Spulen, die an einer Konsole angebracht sind, und eines ferromagnetischen und nichtleitenden Positionselements, das am Wählhebel angebracht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur induktiven Positionsbestimmung anzugeben. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Ein binärer Näherungsschalter umfasst einen Frequenzgenerator zur Bereitstellung einer Wechselspannung; eine mit der Wechselspannung verbundene Spule, zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds; ein Beeinflussungselement, das beweglich gegenüber der Spule angebracht und dazu eingerichtet ist, das magnetische Wechselfeld in Abhängigkeit seines Abstands zur Spule unterschiedlich stark zu beeinflussen; einen Gleichrichter zur Gleichrichtung der an der Spule anliegenden Wechselspannung; einen Komparator zur Bestimmung, ob die
gleichgerichtete Spannung über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt oder nicht; und eine Schnittstelle zur Bereitstellung eines auf das Bestimmungsergebnis hinweisenden binären Signals.
Der binäre Näherungsschalter kann mittels Standardbauteilen kostengünstig aufgebaut werden. Die Positionsbestimmung des Beeinflussungselements kann durch die binäre Auslegung des Näherungsschalters sicher bestimmt werden. Ein Bedienelement, das einen sicherheitsrelevanten Ablauf steuert, beispielsweise ein Wählhebel für eine Getriebestufe eines Getriebes im Antriebsstrang eines
Kraftfahrzeugs, kann sicher auf Basis des Näherungsschalters gesteuert werden.
Die Spule ist bevorzugt als Flachspule ausgebildet. Dabei kann die Flachspule insbesondere von einer gedruckten Schaltung umfasst sein. Obwohl eine Flachspule nur ein geringes magnetisches Feld bereitstellen kann, kann die beschriebene Schaltung trotzdem trennscharf genug sein, um eine„nahe" von einer„fernen" Position des Beeinflussungselements zu unterscheiden. Die gedruckte Flachspule kann kostengünstig auf einer Leiterplatte vorgesehen sein. Diese Bauform der Spule kann besonders kostengünstig sein, sodass auch eine große Vielzahl Flachspulen kostengünstig vorgesehen werden können.
Im Fall einer Flachspule ist bevorzugt auch das Beeinflussungselement flach, sodass es möglichst nahe an die Flachspule gebracht werden kann. Die Beeinflussung des magnetischen Wechselfelds der Flachspule kann dadurch maximiert werden. Für die Form des Beeinflussungselements sind unterschiedliche Ausführungsformen denkbar. Generell ist bevorzugt, dass das Beeinflussungselement eine Oberfläche abdecken kann, die wenigstens so groß ist, wie die Oberfläche der Flachspule.
In einer ersten Variante umfasst das Beeinflussungselement einen elektrischen Leiter, um dem magnetischen Wechselfeld durch Bildung von Wirbelströmen Energie zu entziehen. In dieser Ausführungsform sinkt die gleichgerichtete Spannung ab, wenn das Beeinflussungselement an die Spule angenähert wird. Der elektrische Leiter kann kostengünstig und robust ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Leiter Kupfer oder ein anderes gut leitendes Material umfassen.
In einer anderen Variante umfasst das Beeinflussungselement ein
weichmagnetisches und elektrisch isolierendes Material, um das magnetische Wechselfeld insb. lokal zu verstärken. Lokal im Sinne der Erfindung bedeutet innerhalb ein vorbestimmter Abstand zur Spule. In dieser Ausführungsform steigt die gleichgerichtete Spannung an, wenn das Beeinflussungselement an die Spule angenähert wird. Die Veränderung der gleichgerichteten Spannung beim Annähern des Beeinflussungselements an die Spule kann in dieser Ausführungsform größer als bei dem als Dämpfungselement wirkenden elektrischen Leiter der oben
beschriebenen Variante sein. Das weichmagnetische Material kann beispielsweise ein Ferrit umfassen. Eine relative Permeabilität kann ca. 10.000 oder mehr betragen. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt bevorzugt weniger als 10"10 S/m.
Der Näherungsschalter kann ferner einen Verstärker umfassen, um die
gleichgerichtete Spannung zu verstärken, bevor sie dem Komparator bereitgestellt wird. Der Verstärker kann insbesondere als integrierter Operationsverstärker kostengünstig ausgeführt sein. Dabei kann der Operationsverstärker in bekannter Weise rückgekoppelt betrieben werden, um einen vorbestimmten Verstärkungsfaktor zu realisieren. In einer weiteren Ausführungsform ist der Komparator ebenfalls als Operationsverstärker ausgebildet. Durch Rückkopplung kann der Komparator einen hysteresebehafteten Vergleich durchführen. Der Betrag der Hysterese kann durch Wahl von Rückkopplungswiderständen eingestellt werden. Mehrere
Operationsverstärker können kostengünstig in einem gemeinsamen Gehäuse vorgesehen sein.
Der Gleichrichter umfasst besonders bevorzugt eine Schottky-Diode. Die Schottky- Diode besitzt keinen p-n-Übergang, sondern einen Metall-Halbleiter-Übergang. Eine Schwellenspannung, ab der die Diode durchschaltet, kann daher sehr klein sein, in unterschiedlichen Ausführungsformen ca. 0,4 V bis ca. 0,1 V oder sogar darunter. Die an der Spule anliegende Spannung kann dadurch besonders feinfühlig und verlustarm gleichgerichtet werden.
Weiter bevorzugt ist ein Tiefpass zur Glättung der gleichgerichteten Spannung vorgesehen. Der Tiefpass kann ebenfalls kostengünstig diskret als R-C-Glied aufgebaut werden.
Weiter bevorzugt ist eine Verarbeitungseinrichtung mit einer weiteren Schnittstelle vorgesehen, wobei die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das binäre Signal über die weitere Schnittstelle zu ermitteln. Die weitere Schnittstelle kann beispielsweise zu einem Datenbus wie dem CAN-Bus führen. Eines oder mehrere binäre Signale eines oder mehrerer Näherungsschalter können mittels der
Verarbeitungseinrichtung miteinander verknüpft werden. Das Ergebnis der
Verknüpfung kann beispielsweise als Datentelegramm über die weitere Schnittstelle bereitgestellt werden. Im Rahmen der Verknüpfung können auch beispielsweise eine Fehlerdetektion oder -behebung sowie gegebenenfalls die Auswertung redundanter Informationen erfolgen.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Komparator einen Analog-Digital- Wandler (analog-to-digital Converter, ADC) und eine numerische
Vergleichseinrichtung. Der ADC kann die gleichgerichtete und gegebenenfalls geglättete Spannung abtasten, um den numerischen Vergleich mit einem
vorbestimmten Schwellenwert zu ermöglichen. Eine Hysterese kann durch
Verwendung mehrerer Schwellenwerte leicht realisiert werden. Es können auch zusätzliche Schwellenwerte vorgesehen werden, deren Über- oder Unterschreiten durch die gleichgerichtete Spannung einen Fehlerzustand kennzeichnen kann. Sinkt beispielsweise die gleichgerichtete Spannung auf null ab, so kann ein Kurzschluss im Bereich der Spule vorliegen. Übersteigt die gleichgerichtete Spannung dauerhaft einen hohen Schwellenwert, so kann ein Kurzschluss zur Versorgungsspannung vorliegen.
Bevorzugt sind mehrere Spulen mit jeweils zugeordneten Gleichrichtern,
Komparatoren und Schnittstellen vorgesehen, wobei das Beeinflussungselement entlang einer Kurve beweglich ist. Dabei kann es die Spulen passieren, sodass die binären Signale an den Schnittstellen auf eine Position des Positionselements entlang der Kurve hinweisen. So kann einfach und effizient eine Vorrichtung zur Abtastung der Position eines Bedienelements bereitgestellt werden. Das
Beeinflussungselement kann am Bedienelement und die Spulen können
beispielsweise an einer Konsole angebracht werden. Die Kurve kann beliebig geformt sein, beispielsweise als Gerade, Kreissegment oder Kombination aus mehreren geometrischen Kurvenstücken.
Die oben beschriebene Verarbeitungseinrichtung kann die Vergleichseinrichtung umfassen. Ferner kann ein Multiplexer vorgesehen sein, der dazu eingerichtet ist, die gleichgerichteten Spannungen mehrerer Spulen nacheinander mit dem Analog- Digital-Wandler zu verbinden. Die Verarbeitungseinrichtung kann beispielsweise als integrierter Mikrocomputer oder MikroController ausgeführt sein, wobei sie den Analog-Digital-Wandler bereits umfassen kann. Der Multiplexer kann intern oder extern vorgesehen sein. Eine Gesamtzahl von Bauteilen kann durch die mehrfache Nutzung des Analog-Digital-Wandlers reduziert sein. Die Vorteile der Analog-Digital- Wandlung können trotzdem für mehrere Spulen ausgenutzt werden.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines beweglichen Elements in einer Ausführungsform;
Fig. 2 eine beispielhafte Schaltung für einen binären Näherungsschalter, der zum
Einsatz in einer Vorrichtung nach Figur 1 eingerichtet ist;
Fig. 3 einen beispielhaften Zusammenhang zwischen der Induktivität einer Spule und dem Abstand eines Beeinflussungselements;
Fig. 4 verschiedene Ausführungsformen einer Spule und eines beweglichen
Elements für die Vorrichtung von Fig. 1 ;
Fig. 5 beispielhafte Spannungen an der Schaltung von Figur 2; und
Fig. 6 eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines beweglichen Elements in einer weiteren Ausführungsform darstellt.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 100 zur Bestimmung der Position eines beweglichen Elements. Die Vorrichtung 100 kann insbesondere zur Bildung eines Wählhebels oder einer anderen Eingabevorrichtung eingesetzt werden. Das bewegliche Element kann manuell gegenüber einem anderen Element entlang einer vorbestimmten Kurve 105 bewegt werden. Die Vorrichtung 100 umfasst ein Beeinflussungselement 110, das am beweglichen Element angebracht werden kann, und eine oder mehrere Spulen 115, die am festen Element angebracht werden können. Dabei sind die Spulen 115 entlang der Kurve 105 bevorzugt so angebracht, dass das Beeinflussungselement 110 entlang der Kurve 105 möglichst nahe an den einzelnen Spulen 115 vorbeibewegt wird.
Die Spulen 115 können insbesondere als Flachspulen in einer gedruckten Schaltung realisiert sein. Dabei können die Spulen 115 jeweils ein- oder mehrlagig sein. Übliche Abmessungen einer derartigen Spule 115 liegen bei ca. 6 x 6 mm bei 12 Windungen pro Lage der gedruckten Schaltung. Die einzelnen Lagen liegen typischerweise ca. 70 μιτι übereinander und sind ca. 35 μιτι dick. Bei einem zweilagigen Aufbau kann die unbeeinflusste Induktivität einer derartigen Spule 115 ca. 1 .400 nH betragen.
Das Beeinflussungselement 110 kann entlang der Kurve 105 bevorzugt an die Stirnseite einer Spule 115 gebracht werden. Dabei ist das Beeinflussungselement 110 weiter bevorzugt ausreichend groß, um die Spule 115 vollständig abzudecken. Ein Abstand zur Spule 115 ist dabei möglichst klein. Im Fall der Flachspule kann der Abstand beispielsweise ca. 0,3 bis ca. 0,45 mm betragen. Auch ein größerer Abstand kann tolerierbar sein, um beispielsweise einen Alterungseffekt einer Haltevorrichtung der Anordnung zu berücksichtigen. Beispielsweise kann der vertikale Abstand des Beeinflussungselements 110 bis zu ca. 0,7 mm betragen. Die Form des
Beeinflussungselements 110 kann praktisch beliebig gewählt werden. In der dargestellten Ausführungsform sind sowohl die Spulen 115 als auch das
Beeinflussungselement 110 rechteckig bzw. quadratisch geformt. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist das Beeinflussungselement 110 eine rhombische Form auf, wie durch die unterbrochene Linie angedeutet ist. Während das rhombische Beeinflussungselement 110 eine der Spulen 115 vollständig abdeckt, werden benachbarte Spulen 115 durch Spitzen des Rhombus teilweise abgedeckt. Die Bestimmung eines Übergangs des Beeinflussungselements 110 von einer Spule 115 zur nächsten entlang der Kurve 105 kann dadurch erleichtert sein.
Ein Frequenzgenerator 120 stellt eine Wechselspannung bereit, die in der
vorliegenden Ausführungsform mittels Widerständen 125 an die einzelnen Spulen 115 verteilt wird. In einer anderen Ausführungsform kann auch einer Spule 115 ein dedizierter Frequenzgenerator 120 zugeordnet sein. Die Wechselspannung kann eine Frequenz von typischerweise ca. 10 bis 15 MHz haben.
An jeder Spule 115 bildet sich in Abhängigkeit der Wechselspannung ein
magnetisches Wechselfeld. Liegt das Beeinflussungselement 110 nahe an einer Spule 115, so ändert sich die Induktivität der Spule 115. Handelt es sich beim
Beeinflussungselement 110 um ein Dämpfungselement, das elektrisch leitfähig ist, so verringert sich die Induktivität der Spule 115, wenn das Beeinflussungselement 110 angenähert wird. Handelt es sich beim Beeinflussungselement 110 hingegen um ein Verstärkungselement, das bevorzugt weichmagnetisch und elektrisch isolierend ist, so wird das magnetische Feld im Bereich der Spule 115 bei Annäherung des
Beeinflussungselements 110 insb. lokal verstärkt, sodass die Induktivität der Spule 115 ansteigt.
Bei Annäherung des Dämpfungselements 110 sinkt also die Wechselspannung an der Spule 115 ab, während sie bei Annäherung des Verstärkungselements 110 ansteigt. Die Wechselspannung einer Spule 115 wird mittels eines zugeordneten Gleichrichters 130 gleichgerichtet und die gleichgerichtete Spannung wird mittels eines Komparators 135 mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Der Komparator 135 ist mit einer ersten Schnittstelle 140 verbunden, an der ein erstes binäres Signal ausgegeben werden kann, wenn die gleichgerichtete Spannung den Schwellenwert übersteigt, und ein zweites binäres Signal, wenn sie unterhalb des Schwellenwerts liegt. Der Komparator 135 kann in beliebiger weise aufgebaut werden, beispielsweise mittels eines Operationsverstärkers oder diskret mittels einer Transistorschaltung. In der dargestellten Ausführungsform wird der Komparator 135 durch einen Analog-Digital-Wandler 145 in Verbindung mit einer
Verarbeitungseinrichtung 150 gebildet. Die Verarbeitungseinrichtung 150 kann einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen. Der Analog-Digital- Wandler 145 kann von der Verarbeitungseinrichtung 150 umfasst sein.
In der dargestellten Ausführungsform mit mehreren Spulen 115 können mehrere Analog-Digital-Wandler 145 vorgesehen sein oder ein Analog-Digital-Wandler 145 kann mittels eines Multiplexers 155 mit einem von mehreren Gleichrichtern 130 verbunden werden. Dadurch können mittels eines Analog-Digital-Wandlers 145 nacheinander die gleichgerichteten Spannungen an allen Spulen 115 bestimmt werden. Das bereitgestellte numerische Ergebnis wird dann mittels der
Verarbeitungseinrichtung 150 mit einem vorbestimmten Wert verglichen, der den Schwellenwert repräsentiert.
Ein dedizierter Komparator 135, der einer Spule 115 zugeordnet ist, kann sein binäres Bestimmungsergebnis mittels einer zweiten Schnittstelle 160 bereitstellen. Die zweite Schnittstelle 160 kann an eine Verarbeitungseinrichtung 150 geführt und von dieser weiter bearbeitet werden. In der vorliegenden Ausführungsform fällt die zweite Schnittstelle 160 mit der ersten Schnittstelle 140 zusammen, da die
Verarbeitungseinrichtung 150 vom Komparator 135 umfasst ist.
Figur 2 zeigt eine beispielhafte Schaltung zur Realisierung eines binären
Näherungsschalters 200, der bevorzugt zum Einsatz in einer Vorrichtung 100 nach Figur 1 eingerichtet ist. Die dargestellte Ausführungsform zeigt eine exemplarische Möglichkeit der Realisierung der Vorrichtung 100 mit nur einer Spule 115 und ohne Verarbeitungseinrichtung 150.
Wie in der Ausführungsform von Figur 1 ist der Frequenzgenerator 120 mittels des Widerstands 125 mit der Spule 115 verbunden, deren zweiter Anschluss mittels eines weiteren Widerstands 205 an Masse geführt ist. Der Gleichrichter 130 ist hier im Wesentlichen durch eine Schottky-Diode 210 gebildet, die beispielsweise vom Typ BAT54 sein kann. Mittels eines optionalen Entkopplungswiderstands 215 wird die durch die Schottky-Diode 210 gleichgerichtete Spannung der Spule 115 an einen optionalen Glättungskondensator 220 sowie über einen Spannungsteiler aus zwei Widerständen 225, 230 an einen weiteren Kondensator 235 geleitet. Der
Spannungsteiler kann zusammen mit dem Kondensator 235 einen Tiefpass bilden.
Ein optionaler Verstärker 240 verstärkt die gleichgerichtete Spannung und stellt sie dem Komparator 135 bereit. Der Verstärker 240 kann als üblicher nichtinvertierender Verstärker mittels eines Operationsverstärkers wie vom Typ LM321 gebildet sein. Der Verstärkungsfaktor kann mittels zweier Widerstände 245, 250 in bekannter Weise eingestellt werden. Vorliegend wird der Operationsverstärker exemplarisch an einer Spannungsquelle 255 von typisch ca. 5,0 V betrieben. Der Ausgang des
Operationsverstärkers ist mittels eines optionalen Kondensators 260 gegen Masse geglättet.
Die Kopplung vom Verstärker 240 zum Komparator 135 erfolgt mittels eines optionalen Widerstands 265. Der Komparator 135 ist hier durch einen
Operationsverstärker, beispielsweise vom Typ LM2901 , gebildet. Am invertierenden Eingang liegt eine Spannung, die in bekannter Weise mittels eines Spannungsteilers mit Widerständen 270 und 275 bezüglich der Spannungsquelle 255 eingestellt werden kann. Das Eingangssignal wird an den nichtinvertierenden Eingang geführt. In einer alternativen Ausführungsform können die beiden Eingänge auch vertauscht werden. Optional kann eine Glättung mittels eines Kondensators 280 zur
Versorgungsspannung erfolgen. Der Ausgang des Komparators 135 kann mittels eines weiteren Widerstands 285 und/oder eines weiteren Kondensators 290 stabilisiert werden. Der Ausgang des Komparators 135 ist an die zweite Schnittstelle 160 geführt.
Figur 3 zeigt einen beispielhaften Zusammenhang zwischen der Induktivität einer Spule 115 und dem Abstand eines Beeinflussungselements 110. In horizontaler Richtung ist der Abstand entlang der Kurve 105 und in vertikaler Richtung die
Induktivität der Spule 115 angetragen. Ein erster Verlauf 305 zeigt an, wie die Induktivität von einem Nominalwert absinkt, wenn das als Dämpfungselement ausgebildete Beeinflussungselement 110 an die Spule 115 angenähert wird. Eine maximale Absenkung der Induktivität bei minimalem Abstand kann ca. 20 bis 30 % betragen. Ein zweiter Verlauf 310 zeigt die Anhebung der Induktivität bei Annäherung des als Verstärkungselement ausgeführten
Beeinflussungselements 110 an die Spule 115 an. Die Verstärkung kann bei kleinstem Abstand ca. 40 bis 50 % erreichen.
Für die vorliegende Erfindung kann alternativ ein Verstärkungselement oder ein Dämpfungselement als Beeinflussungselement 110 verwendet werden. Die Lage von jeweils sinnvollen Schwellenwerten kann aus der Darstellung von Figur 3
abgeschätzt werden.
Figur 4 zeigt verschiedene Ausführungsformen von Anordnungen der Spule 115 und des Beeinflussungselements 110 für den Näherungsschalter 200 von Figur 2 oder die Vorrichtung 100 von Figur 1.
Figur 4A zeigt die als Flachspule ausgeführte Spule 115 auf der Oberfläche einer Platine 405. Die Platine 405 kann beispielsweise aus Keramik, Glas, Polyimid, FR4 oder einem anderen geeigneten Trägermaterial herstellbar sein. Alternativ kann die Spule 115 auch auf eine Oberfläche eines an einer Messanordnung vorhandenen Elements aufgebracht werden, beispielsweise durch Bekleben. In einer
vorbestimmten Höhe h über der Spule 115 ist das Beeinflussungselement 110 angeordnet. Bevorzugterweise wird die Höhe h eingehalten, wenn das
Beeinflussungselement 110 seine Position bezüglich der Spule 115 ändert. Die Trajektorie 105 ist symbolhaft über dem Beeinflussungselement 110 angedeutet.
Figur 4B zeigt eine ähnliche Ausführungsform, bei der jedoch zusätzlich ein ferromagnetisches und elektrisch isolierendes Element 410 im Bereich der Spule 115 vorgesehen ist. Bevorzugterweise liegt das Element 410 zwischen der Spule 115 und dem Beeinflussungselement 110, sodass das Beeinflussungselement 110 an der Oberfläche des Elements 410 auch anliegen kann. Zusätzlich oder alternativ kann ein ferromagnetisches und elektrisch isolierendes Element 410 auch beispielsweise an der Unterseite der Platine 405, die der Spule 1 15 abgewandt ist, angebracht werden.
Figur 4D zeigt eine Ausführungsform mit zwei Beeinflussungselementen 1 10, die auf unterschiedlichen vertikalen Seiten der Spule 1 15 angeordnet und in geeigneter Weise mechanisch miteinander verbunden sind. Dadurch kann die Beeinflussung der Induktivität der Spule 1 15 in Abhängigkeit der Position der Beeinflussungselemente 1 10 vergrößert werden.
Figur 4D zeigt eine ähnliche Ausführungsform, bei der das Beeinflussungselement 1 10 die Platine 405 und die Spule 1 15 einseitig umgreift.
Figur 4E zeigt eine Ausführungsform, bei der das Beeinflussungselement 1 10 die Platine 405 und die Spule 1 15 beidseitig umgreift.
Figur 5 zeigt beispielhafte Spannungen an der Schaltung des binären
Näherungsschalters 200 von Figur 2. In einer horizontalen Richtung ist eine Zeit und in einer vertikalen Richtung eine Spannung angetragen. Die dargestellten Einheiten sind als rein exemplarisch zu verstehen.
In abwechselnd aufeinanderfolgenden Phasen 505 und 510 ist die Spule 115 durch das Beeinflussungselement 110 abwechselnd beeinflusst und unbeeinflusst. Für die gegebene Darstellung kann das Beeinflussungselement 110 ein
Verstärkungselement sein, wobei es in der ersten Phase 505 nahe der Spule 115 liegt und in der zweiten Phase 510 davon entfernt ist, oder ein Dämpfungselement, wobei es in der ersten Phase 505 von der Spule 115 entfernt und in der zweiten Phase 510 nahe an der Spule 115 liegt. Ein erster Verlauf 515 zeigt die
gleichgerichtete Spannung an der Spule 115. Bei der Schaltung von Figur 2 kann diese Spannung beispielsweise vor oder nach dem Verstärker 240 beobachtet werden. Ein zweiter Verlauf 520 zeigt ein binäres Signal an der zweiten Schnittstelle 160. Der zweite Verlauf 520 wird auf Basis des ersten Verlaufs mithilfe zweier Schwellenwerte 525 und 530 bestimmt. Der erste Schwellenwert 525 liegt über dem zweiten Schwellenwert 530 und beide Schwellenwerte 525, 530 liegen zwischen den Spannungen, die der erste Verlauf 515 über die Zeit annimmt. Durch die Verwendung zweier Schwellenwerte 525, 530 ist eine Schalthysterese realisiert; in anderen Ausführungsformen kann auch nur ein Schwellenwert 525 verwendet werden und die Bestimmung des zweiten Verlaufs 520 erfolgt ohne Hysterese.
Übersteigt der erste Verlauf 515 den ersten Schwellenwert 525, so nimmt der zweite Verlauf 520 ein erstes Niveau an, das hier 5,0 V entspricht, was als HIGH oder logisch 1 interpretiert werden kann. Fällt der erste Verlauf 515 dann unter den zweiten Schwellenwert 530, so nimmt der zweite Verlauf 520 ein zweites Niveau an, das hier ca. 0 V beträgt und als LOW oder logisch 0 bezeichnet werden kann. Das binäre Signal an der zweiten Schnittstelle 160 kann unmittelbar von einer Logik, beispielsweise auf TTL- oder CMOS-Basis oder mittels eines analogen Schaltkreises ausgewertet werden. Ferner eignet es sich, um von einem Mikroprozessor abgetastet und weiterverarbeitet zu werden. Der Mikroprozessor kann insbesondere die zweiten Verläufe 520 von mehreren Spulen 115 entgegennehmen und miteinander
verknüpfen.
Figur 6 zeigt eine Vorrichtung 600 als mögliche Ausführungsform oder Erweiterung der Vorrichtung 100 von Figur 1 . Figur 6A zeigt eine Anordnung von Spulen 115 mit einem Beeinflussungselement 110 und Figur 6B zeigt eine Wahrheitstabelle für die Bestimmung der Position des Beeinflussungselements 110. Auswerteelemente der Figuren 1 oder 2 sind nicht dargestellt.
Die Spulen 115 sind paarweise so angeordnet, dass sie in gleicher Weise durch das Beeinflussungselement 110 beeinflusst werden können. Dazu können die Spulen 115 beispielsweise entlang der Kurve 105 in zwei Reihen angeordnet sein, wobei das Beeinflussungselement 110 sich quer zur Kurve 105 über beide Reihen erstreckt. Die beiden Reihen können nebeneinander oder auch beispielsweise übereinander liegen (vgl. Figur 3).
Beispielhafte Positionen des Beeinflussungselements 110 sind mit P, Z, R, N und D bezeichnet, wobei Spulen 115 der oberen Reihe in der Darstellung von Figur 6A den Index 1 und Spulen 115 in der unteren Reihe den Index 2 tragen. Die mittels der Spulen 115 bestimmten logischen Werte weisen auf die Position des
Beeinflussungselements 110 hin, wobei mittels der beiden Reihen eine redundante Positionsbestimmung möglich ist.
Figur 6B zeigt eine Wahrheitstabelle für die Vorrichtung 600 aus Figur 6A. Dargestellt ist nur ein Ausschnitt der vollständigen Wahrheitstabelle. Es wird vorgeschlagen, dass bestimmt wird, dass sich das Beeinflussungselement 110 in einer Position P, Z R, N, D befindet, wenn die binären Signale beider Spulen 115 übereinstimmend darauf hinweisen, dass sich das Beeinflussungselement 110 nahe der Spulen 115 befindet. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Dämpfungselement 110 zugrunde gelegt und ein Signal von logisch 0 weist auf die Präsenz bzw. Proximität des Beeinflussungselements 110 hin.
Dieser Ansatz kann mittels einer vollständigen Wahrheitstabelle oder beispielsweise auch algorithmisch umgesetzt werden. In beiden Fällen kann die Umsetzung mittels der Verarbeitungseinrichtung 150 erfolgen. Die bestimmte Position (Spalte Q der Wahrheitstabelle) kann über die erste Schnittstelle 140 nach außen bereitgestellt werden. Die erste Schnittstelle 140 kann insbesondere eine Datenbusschnittstelle, beispielsweise für den CAN-Bus umfassen.
Bezuqszeichen
100 Vorrichtung
105 Kurve
1 10 Beeinflussungselement
1 15 Spule
120 Frequenzgenerator
125 Widerstand
130 Gleichrichter
135 Komparator
140 erste Schnittstelle
145 Analog-Digital-Wandler (ADC)
150 Verarbeitungseinrichtung
155 Multiplexer
160 zweite Schnittstelle
200 Näherungsschalter
205 Widerstand
210 Schottky-Diode
215 Entkopplungswiderstand
220 Glättungskondensator
225 Widerstand
230 Widerstand
235 Kondensator
240 Verstärker
245 Widerstand
250 Widerstand
255 Spannungsquelle
260 Kondensator
265 Widerstand
270 Widerstand
275 Widerstand
280 Kondensator
285 Widerstand 290 Kondensator
305 erster Verlauf (Dämpfungselement)
310 zweiter Verlauf (Verstärkungselement)
405 Platine
410 elektrisch isolierendes Element
505 erste Phase
510 zweite Phase
515 erster Verlauf
520 zweiter Verlauf
525 erster Schwellenwert
530 zweiter Schwellenwert
600 Vorrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Binärer Näherungsschalter (100, 200, 600), wobei der Näherungsschalter (100, 200, 600) folgendes umfasst: einen Frequenzgenerator (120) zur Bereitstellung einer Wechselspannung; eine mit der Wechselspannung verbundene Spule (1 15), zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds; ein Beeinflussungselement (1 10), das beweglich gegenüber der Spule (1 15) angebracht und dazu eingerichtet ist, das magnetische Wechselfeld in Abhängigkeit seines Abstands zur Spule (1 15) unterschiedlich stark zu beeinflussen; einen Gleichrichter (130) zur Gleichrichtung der an der Spule (1 15) anliegenden Wechselspannung; einen Komparator (135) zur Bestimmung, ob die gleichgerichtete Spannung über einem vorbestimmten
Schwellenwert (525, 530) liegt oder nicht; und eine Schnittstelle (160) zur
Bereitstellung eines auf das Bestimmungsergebnis hinweisenden binären Signals.
2. Näherungsschalter (100, 200, 600) nach Anspruch 1 , wobei die Spule (1 15) eine Flachspule (1 15) in einer gedruckten Schaltung umfasst.
3. Näherungsschalter (100, 200, 600) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das
Beeinflussungselement (1 10) einen elektrischen Leiter umfasst, um dem
magnetischen Wechselfeld durch Bildung von Wirbelströmen Energie zu entziehen.
4. Näherungsschalter (100, 200, 600) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das
Beeinflussungselement (1 10) ein weichmagnetisches und elektrisch isolierendes Material umfasst, um das magnetische Wechselfeld insb. lokal zu verstärken.
5. Näherungsschalter (100, 200, 600) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Verstärker (240), um die gleichgerichtete Spannung zu verstärken, bevor sie dem Komparator (135) bereitgestellt wird.
6. Näherungsschalter (100, 200, 600) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Gleichrichter (130) eine Schottky-Diode (210) umfasst.
7. Näherungsschalter (100, 200, 600) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Tiefpass (225-235) zur Glättung der gleichgerichteten Spannung.
8. Näherungsschalter (100, 200, 600) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Verarbeitungseinrichtung (150) mit einer weiteren Schnittstelle (140), wobei die Verarbeitungseinrichtung (150) dazu eingerichtet ist, das binäre Signal über die weitere Schnittstelle (140) zu übermitteln.
9. Näherungsschalter (100, 200, 600) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Komparator (135) einen Analog-Digital-Wandler (145) und eine
numerische Vergleichseinrichtung (150) umfasst.
10. Näherungsschalter (100, 200, 600) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mehrere Spulen (1 15) mit jeweils zugeordneten Gleichrichtern (130),
Komparatoren (135) und Schnittstellen (160) vorgesehen sind, und das
Beeinflussungselement (1 10) entlang einer Kurve (105) beweglich ist, auf der es die Spulen (1 15) passiert, sodass die binären Signale an den Schnittstellen (160) auf eine Position des Positionselements entlang der Kurve hinweisen.
1 1 . Näherungsschalter (100, 200, 600) nach Ansprüchen 9 und 10, wobei die
Verarbeitungseinrichtung (150) die Vergleichseinrichtung (135) umfasst, ferner umfassend einen Multiplexer (155), der dazu eingerichtet ist, die gleichgerichteten Spannungen mehrerer Spulen (1 15) nacheinander mit dem Analog-Digital-Wandler (145) zu verbinden.
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