Messvorrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels, insbesondere zur Erfassung eines Drehwinkels einer Pedalanordnung .
Insbesondere auf dem Fahrzeugsektor finden in jüngerer Zeit immer mehr elektronische Systeme wie z.B.
Antiblockiersysteme, Antischlupfregelungen oder elektronische Bremssysteme Anwendung. Hierbei ist es notwendig, die Stellung eines Bremspedals und/oder eines Gaspedals möglichst genau zu erfassen, um entsprechende Signale an die Steuereinrichtung des elektronischen Systems geben zu können. Es wurde vorgeschlagen, Messvorrichtungen am Fußhebelwerk des Pedals anzubringen, was jedoch zu ungünstigen Einbaugeometrien im Pedalbereich führen kann.
Aus der nachveröffentlichten DE-199 179 39.5 ist eine Messvorrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels bekannt, bei der eine aus magnetisch nicht leitendem Material bestehende Trägerplatte als Rotor dient. Auf der Trägerplatte ist ein Permanentmagnet angeordnet, welcher planar ausgebildet ist und dessen
Polarisationsrichtung diametral zu einer Achse des Rotors
ist. Ein Hall-Element ist asymmetrisch angeordnet, sodass eine elliptische Drehbewegung des Hall-Elements relativ zum Permanentmagneten erfolgt. Dadurch ergibt sich in der Kurve des AusgangsSignals ein steil abfallender und ein flacher Bereich. Zwar baut diese vorgeschlagene Messvorrichtung relativ klein und kann relativ einfach in die Idealposition B = 0 für geringe Toleranzschwankungen eingestellt werden. Weiter weist diese Messvorrichtung bewegliche Teile auf, welche einem Verschleiß unterliegen können.
Vorteile der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass an der Messvorrichtung kein Verschleiß auftreten kann, da keine beweglichen Teile an der Messvorrichtung vorhanden sind. Dies wird dadurch ermöglicht, dass ein magnetfeldempfindliches Element an einer feststehenden Welle angeordnet ist. Ein Magnet ist an einem drehbaren Element angebracht, dessen Drehwinkel erfasst werden soll und dreht sich zusammen mit dem drehbaren Element um das magnetfeldempfindliche Element . Durch diese Drehbewegung des Magneten ändert sich der magnetische Fluss im magnetfeldempfindlichen Element und ein entsprechendes Signal kann an eine Steuereinrichtung abgegeben werden. Somit weist die erfindungsgemäße Messvorrichtung keine beweglichen Teile auf, da der Magnet zusammen mit dem drehbaren Element gedreht wird und somit über die Lagerung des drehbaren Elements ebenfalls drehbar gelagert ist.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass der Magnet an der feststehenden Welle angeordnet ist und das magnetfeldempfindliche Element am drehbaren Element angebracht ist und sich zusammen mit dem drehbaren Element um den Magneten dreht.
Vorzugsweise ist die Welle auch als Drehachse für das drehbare Element vorgesehen. Dadurch ergibt sich eine geringe Baugröße der erfindungsgemäßen Messvorrichtung und die Teileanzahl kann gering gehalten werden.
Um eine besonders kompakte erfindungsgemäße Messvorrichtung zu erreichen, ist m der Welle eine Aussparung vorgesehen. In dieser Aussparung ist dann das magnetfeldempfindliche Element bzw. der Magnet angeordnet.
Um eine Einstellung der Position des magnetfeldempfmdlichen Elements bzw. des Magneten zu ermöglichen, ist ein Federelement vorgesehen, welches sich gegen eine Wand der Aussparung der Welle abstützt.
Vorzugsweise ist in der Ausgangsstellung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung im magnetfeldempfmdlichen Element ein magnetischer Fluss von B = 0 vorhanden.
Vorzugsweise ist ein Einstellelement vorgesehen, um die Position des m der Aussparung angeordneten magnetfeldempfmdlichen Elements oder des Magneten relativ zum entsprechend am drehbaren Element angeordneten Magneten bzw. magnetfeldempf dlichen Element einzustellen. Vorteilhaft wird hierbei als Einsteilelement eine Schraube, ein Bolzen, ein Stift oder ein Kerbstift verwendet. Eine Schraube ermöglicht abhängig von der Gewindesteigung eine sehr feine E stellbarkeit des magnetischen Flusses m der Ausgangsstellung der Messvorrichtung.
Um eine leichte Montage zu ermöglichen, ist das magnetfeldempfindliche Element vorzugsweise auf einer Platine angeordnet. Diese kann zum Schutz vor Beschädigungen einem Gehäuse angeordnet sein oder eine Kunststoffumspritzung verpackt sein. Vorzugsweise ist hierbei eine Verbindung der Platine zum Gehäuse über
Federkontakte vorgesehen, sodass keine starre Verbindung zwischen Platine und Gehäuse vorhanden ist. Dies ermöglicht es, dass in der erfindungsgemäßen Messvorrichtung eine Biegekante realisierbar ist. Diese Biegekante erleichtert insbesondere die Einstellung der Position des magnetfeldempfindlichen Elements bzw. des Magneten mittels dem Einstellelement. Darüber hinaus hat die Kontaktierung über Federkontakte den Vorteil, dass sich die Montage des Sensors wesentlich vereinfacht.
Weiterhin lassen sich folgende Vorteile bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung feststellen. Der Magnet bzw. das magnetfeldempfindliche Element kann ortsgetrennt von der eigentlichen Messvorrichtung an dem drehbaren Element fest montiert werden. Weiter sind keine
Flussleitstücke bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung vorhanden und es ergibt sich eine einfache und kostengünstige Montage, da alle Einzelteile von einer Seite zusammengesteckt werden können. Für die erfindungsgemäße Messvorrichtung kann als Magnet ein einfacher, kleiner
Standard-Magnet verwendet werden. Durch den Aufbau und das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Messvorrichtung sind weiterhin große geometrische Toleranzen bei Magneten zulässig. Dadurch können insbesondere die Kosten für den Magneten verringert werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Verwendung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung bei einer Pedalanordnung für Fahrzeuge. Hierbei kann die erfindungsgemäße Messvorrichtung insbesondere am Fußhebelwerk der
Pedalanordnung angebracht werden. Dabei kann auch eine Rückstellfeder für die Messvorrichtung entfallen, da der Magnet bzw. das magnetfeldempfindliche Element fest mit dem Pedal verbunden ist. Dadurch wird der Magnet bzw. das magnetfeldempfindliche Element durch das an der
Pedalanordnung vorhandene Federelement gemeinsam mit der Pedalanordnung wieder zurückgestellt.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert .
Figur 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer
Messvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 zeigt eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht der Messvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel und
Figur 3 zeigt eine Explosionsdarstellung der Messvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel bei einer Verwendung an einer Pedalanordnung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den Figuren 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung dargestellt. Diese
Messvorrichtung wird insbesondere bei einer Pedalanordnung eines Fahrzeugs verwendet .
Wie in Figur 1 gezeigt, umfasst die Messvorrichtung ein Gehäuse 3 mit Federkontakten 4, welche mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung verbunden sind. Weiter umfasst die Messvorrichtung ein magnetfeldempfindliches Element 6, welches auf einer T-förmigen Platine 5 angeordnet ist. Als magnetfeldempfindliches Element 6 kann beispielsweise eine Feldplatte, Magnettransistoren, magnetoresistive Elemente, eine Spule oder ein Hall -Element
verwendet werden. Hierbei ist wichtig, dass das magnetfeldempfindliche Element eine möglichst lineare Abhängigkeit seine AusgangsSignals von der magnetischen Induktion aufweist
Die Platine 5 ist auf einer Montageplatte 2 angeordnet, welche zusammen mit der Platine 5 m das Gehäuse 3 eingeklebt, emgeklipst oder eingeschweißt wird. Hierbei wird die Platine 5 derart m Gehäuse 3 angeordnet, dass eine Kontaktierung der an der Platine 5 vorgesehene Landepunkte 16 mit den Federzungen 4 des Gehäuses 3 möglich ist. Hierdurch ergibt sich eine nicht starre, d.h. eine flexible Verbindung zwischen den Steckerzungen 4 und der Platine 5
Wie m Figur 1 gezeigt, ist weiter eine Welle 11 vorgesehen, welche eine durchgehende Aussparung 14 aufweist . Es kann aber auch eine Sacklochaussparung sein. Weiter ist von der Außenseite der Welle z.B. eine mit einem Gewinde versehene Bohrung 15 zu der Aussparung 14 gebildet. Die MessVorrichtung wird nun m der Aussparung 14 der Welle 11 derart angeordnet, dass ein am Gehäuse 3 vorgesehenes Federelement 9 sich gegen eine obere Wandung der Aussparung 14 abstutzt und über dem magnetfeldempf dlichen Element 6 angeordnet ist. Dadurch wird das magnetfeldempfindliche Element 6 nach unten, d.h. Richung der Bohrung 15, vorgespannt. Im beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel ist das Federelement 9 aus Federstahl hergestellt und weist eine Klammerform mit einem Basiskorper und zwei von dem Basiskorper vorstehende seitliche Arme auf. Es ist edoch auch möglich als Federelement z.B. einen Gummiklotz vorzusehen.
Wie insbesondere m Figur 2 gezeigt, ist weiter ein Einsteilelement 8 Form einer Schraube vorgesehen, welche in die Öffnung 15 eingeschraubt wird und über die Montageplatte 2 gegen die Unterseite des
magnetfeldempfmdlichen Elements 6 druckt Über diese Schraube 8 kann eine sehr genaue Einstellung der erf dungsgemaßen Messvorrichtung vorgenommen werden, sodass insbesondere m der Ausgangsstellung, d.h bei nicht betätigtem Pedal, eine magnetische Induktion von B = 0 im magnetfeldempf dlichen Element erreicht werden kann.
Weiter wird durch die Anordnung der Messvorrichtung der Aussparung 14 der Welle 11 die Messvorrichtung unabhängig von Gehausetoleranzen fest platziert und mittels des
Federelements 9 und der Schraube 8 fixiert Um eine einfache Emstellbarkeit der Ausgangsstellung der Messvorrichtung zu ermöglichen, ist am Gehäuse 3 eine flexible Biegekante 7 vorgesehen. Dadurch treten bei der Positionierung des magnetfeldempfmdlichen Elements 6 über die Schraube 8 keine Beschädigungen am Gehäuse 3 auf, sondern es tritt eine leichte Verformung des Gehäuses 3, der Montageplatte 2 und der Platine 5 im Bereich der Biegekante 7 auf . Insbesondere ist die Biegekante 7 am Übergang des T- formig ausgebildeten Gehäuses 3 bzw. der Montageplatte 2, bzw. der Platine 5 zwischen dem Längs- und dem Querbalken der T-Form ausgebildet .
Weiter ist ein Magnet 10 fest am Pedalhebelwerk 12 einer Pedalanordnung für ein Fahrzeug angebracht. Der Magnet 10 kann beispielsweise geklebt, geklipst oder eingespritzt werden. Wie weiter m den Figuren 2 und 3 gezeigt, dient d e Welle 11 gleichzeitig auch als Drehachse für das Pedalhebelwerk 12. Hierzu sind an der Welle 11 an ihren Außenseiten zwei Lagerbuchsen 13 angeordnet (vgl. Figur 1) . Weiter sind, wie m Figur 3 gezeigt, am Pedalhebelwerk 12 zwei Reibschalen 17, ein Fußpedal 18 und Basisgehause 19 vorgesehen. Bei einer sich mit dem Pedalhebelwerk 12 mitdrehenden Welle ist das magnetfeldempfmdliche Element 6 ortsfest am Lagerbock (Basisgehause) des Pedalhebelwerks 12 befestigt .
Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Messvorrichtung beschrieben. Wenn nun ein Fahrer durch einen Tritt auf das Fußpedal 18 die Stellung des Pedalhebelwerks 12 ändert, dreht sich das Pedalhebelwerk 12 um die als
Drehachse dienende Welle 11. Hierbei bleibt die Welle 11 ortsfest. Durch die Drehung des Pedalhebelwerks 12 dreht sich gleichzeitig auch der fest daran befestigte Magnet 10. Dadurch dreht sich der Magnet 10 um das magnetfeldempfindliche Element 6, welches in der Aussparung 14 der ortsfesten Welle 11 angeordnet ist. Somit ändert sich abhängig von der MagnetStellung die magnetische Induktion im magnetfeldempfindlichen Element 6 und es wird ein lineares Ausgangssignal erzeugt, welches an ein nicht dargestelltes Steuergerät weitergeleitet wird. Wenn eine Einstellung des magnetfeldempfindlichen Elements 6 über die Schraube 8 dahingehend erfolgt ist, dass in der Ausgangsstellung des Pedalhebelwerks die magnetische Induktion im magnetfeldempfindlichen Element 6 gleich Null ist, ist es auch möglich, eine geringe Toleranz über die Temperatur einzuhalten.
Somit kann erfindungsgemäß eine Messvorrichtung bereitgestellt werden, welche mit geringem Montageaufwand und einer kompakten Ausgestaltung insbesondere bei einer Pedalanordnung für Winkel bis 35° verwendet werden kann.
Zusammenfassend wurde insoweit eine Messvorrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels beschrieben, welche einen Magneten 10 und ein magnetfeldempfindliches
Element 6 umfasst. Das magnetfeldempfindliche Element 6 ist ortsfest an einer feststehenden Welle 11 angeordnet. Der Magnet 10 ist an einem drehbaren Element 12 abgebracht, dessen Drehwinkel erfasst werden soll. Bei Betätigung des drehbaren Elements 12 dreht sich der Magnet 10 zusammen mit dem drehbaren Element 12 um das magnetfeldempfindliche
Element 6. Dadurch wird abhängig von der Stellung des Magneten zum magnetfeldempfindlichen Element 6 ein lineares Ausgangssignal erzeugt .
Die vorhergehende Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.