WO2009106381A1 - Magnetischer passiver positionssensor - Google Patents

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WO2009106381A1
WO2009106381A1 PCT/EP2009/050605 EP2009050605W WO2009106381A1 WO 2009106381 A1 WO2009106381 A1 WO 2009106381A1 EP 2009050605 W EP2009050605 W EP 2009050605W WO 2009106381 A1 WO2009106381 A1 WO 2009106381A1
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contact
position sensor
passive position
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Hans-Guenter Benner
Bernd Pauer
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Continental Automotive Gmbh
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    • G01D5/25—Selecting one or more conductors or channels from a plurality of conductors or channels, e.g. by closing contacts
    • G01D5/251—Selecting one or more conductors or channels from a plurality of conductors or channels, e.g. by closing contacts one conductor or channel
    • G—PHYSICS
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    • G01F23/30—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats
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    • G01F23/36—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats using rotatable arms or other pivotable transmission elements using electrically actuated indicating means
    • G01F23/363—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by floats using rotatable arms or other pivotable transmission elements using electrically actuated indicating means using electromechanically actuated indicating means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00—Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • B60K15/03—Fuel tanks
    • B60K2015/0321—Fuel tanks characterised by special sensors, the mounting thereof
    • B60K2015/03217—Fuel level sensors

Definitions

  • the invention relates to a magnetic passive position sensor with a base plate and a lid, which form a housing, a magnet movable outside the housing, with a disposed within the housing resistor network, which has a plurality of individual electrical Kontak- te, with a variety of in Movement range of the magnet arranged contact spring elements which are connected to each other via a common base body and consist of a bending region and a contact region, wherein the contact spring elements the contacts of horrswiderstand- work in such a way that the contact areas of the magnet against the contacts of the resistor network are movable Each contact of the resistor network, the contact areas are associated with at least two contact spring elements.
  • Such a position sensor is known from DE 10 2004 004 102 B3 and is used in level sensors in fuel tanks of today's motor vehicles.
  • the position sensor generates electrical signals depending on the position of the magnet.
  • the provision of at least two tongues facing each individual contact of the resistor network is intended to ensure that at least one of the two tongues makes contact with adhering dirt particles. Due to magnetic influences on the position sensor, lateral forces can occur which act on the contact spring elements. As a consequence, there may be a lateral displacement of individual tongues of the contact spring elements, so that three tongues or only one tongue makes contact with the respective contact at a single contact. In cases where with a
  • the invention is therefore based on the object to provide a magnetic passive position sensor which has a redundancy in the contacting of the tongues with the respective contact of the resistor network, regardless of interfering magnetic influences by at least two tongues each with a corresponding position of the magnet Contact related.
  • each two adjacent contact spring elements are mechanically connected to each other.
  • the free mobility of each contact spring element in the plane in which they are arranged severely limited. This limitation of the mobility is so strong that occasionally occurring transverse forces no longer lead to a deflection of the contact spring elements in the plane.
  • the mobility of the contact spring elements in the direction of the contacts of the resistor network and thus perpendicular to the plane of their arrangement remains unchanged.
  • two contact spring elements which are associated with a contact, are mechanically connected to each other.
  • the advantage of this embodiment is that by the connection of two contact spring elements a coupling takes place, which also acts perpendicular to the plane in which the contact spring elements are arranged acts.
  • a contact spring element is deflected by the magnetic field of the magnet in the direction of the contact of the resistance network, a slight deflection of the second coupled contact spring element takes place by the connection even though it is not yet subject to the influence of the magnetic field of this magnitude.
  • the coupling of two adjacent contact spring elements can also be such that the connection between two contact spring elements is arranged, each of which is associated with a respective contact.
  • the mobility of the contact spring elements in the direction of the contacts of the resistor network and thus perpendicular to the plane in which they are arranged is only slightly affected when the distance of the connection between two contact spring elements to the base body is less than half the length of the bending region of a contact spring element ,
  • the contact spring elements are strongly coupled to one another when the connection between two contact spring elements is arranged in the contact region.
  • connection between two contact spring elements is given if the width of the connection is at least as great as the width of the bending region.
  • connection can be realized in many ways. In a simple way, it can be produced if it is designed as a separate part, preferably as a web, which is connected to the contact spring elements.
  • connection can be non-positive and / or form-fitting, in that the contact spring elements are connected by bonding, soldering, beading or hooking in latching points provided on the web.
  • a separate establishment of the connection with the subsequent assembly is avoided in another advantageous embodiment, characterized in that the connection between two contact spring elements is integrally connected thereto.
  • This type of connection has the advantage that the connections between two contact spring elements are generated simultaneously with the production of the contact spring elements, so that no further step is necessary.
  • the production of the contact spring elements and the connections can preferably be effected by etching, punching or laser cutting.
  • the avoidance of a deflection by lateral forces in addition to the connection can be supported by the fact that the contact spring elements have a structure, preferably an L-profile or a U-profile, in their bending areas, which counteract such a deflection.
  • a profile in the bending areas of the contact spring elements can be produced in a simple manner by a subsequent directly to the production of the contact spring elements forming process.
  • FIG. 2 shows contact spring elements of the magnetic passive position sensor according to FIG. 1,
  • FIG. 3 contact spring elements of a magnetic passive position sensor according to the invention.
  • the magnetic passive position sensor 1 in Figure 1 consists of a non-conductive base plate 2, preferably a ceramic.
  • a resistor network 3 is applied in thick-film technology with several individual electrical contacts 4.
  • the contacts 4 opposite contact spring elements 5 are arranged, which have a bending region 6 and a contact region 7.
  • the contact spring elements 5 are interconnected by a common base body 8.
  • a metallic cover 9 soldered to the base plate 2, the resistance network 3 is sealed against the environment.
  • the side facing away from the cover 9 of the base plate 2 opposite a lever arm 10 of a level sensor 11 is arranged, wherein the level sensor 11 is disposed in the interior of a fuel tank 12.
  • a magnet 13 is fixed so that it sweeps over the region of the contacts 4 during pivoting of the lever arm 10, whereby the contact spring elements 5 are moved against the contacts 4 and so an electrical signal is generated in dependence on the pivot angle of the lever arm 10, which is supplied via electrical lines 14 from the fuel tank 12 to an evaluation unit.
  • FIG. 2 shows a greatly enlarged view of the position sensor 1.
  • the contact spring elements 5 are arranged with the base body 8.
  • the bending area 6 is designed to better deflect narrower than the contact area 7.
  • two contact spring elements 5 are always provided opposite a contact 4.
  • Below the base plate 2, the magnet 13 is arranged. Due to the magnetic field, the contact spring elements 5a-d are pulled against the contacts 4a, 4b.
  • the respective adjacent contact spring elements 5 ', 5'' are only slightly deflected due to the weakening in these areas magnetic field, without touching the contacts 4', 4 ''. Due to shear forces is the Contact spring element 5b deflected in the direction of the contact 4b.
  • FIG. 3 shows the position sensor according to the invention in a view according to FIG.
  • the position sensor differs in the contact spring elements 5.
  • two contact spring elements 5 are mechanically connected to each other in their bending areas 6 by a web 15.
  • the web 15 is like the main body 8 integrally connected with the Maisfederele- elements. If transverse forces occur as described in FIG. 2, the web 15 prevents the undesirable deflection of the contact spring elements 5.
  • the contact spring elements 5 thus come into contact exclusively with the contact 4 located opposite them, despite existing transverse forces.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein magnetischer passiver Positionssensor (1) mit einer Grundplatte (2) und einem Deckel (9), die ein Gehäuse bilden, einem außerhalb des Gehäuses bewegbaren Magneten (13), mit einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Widerstandsnetzwerk (3), welches mehrere einzelne, elektrische Kontakte (4) besitzt, mit einer Vielzahl von im Bewegungsbereich des Magneten angeordneten Kontaktfederelementen (5), die über einen gemeinsamen Grundkörper (8) miteinander verbunden sind und aus einem Biegebereich (6) und einem Kontaktbereich (7) bestehen, wobei die Kontaktfederelemente (5) den Kontakten (4) des Widerstandsnetzwerkes (3) derart gegenüberstehen, dass die Kontaktbereiche (7) von dem Magneten (13) gegen die Kontakte (4) des Widerstandsnetzwerkes (3) bewegbar sind, wobei jedem einzelnen Kontakt 4 des Widerstandsnetzwerkes (3) die Kontaktbereiche (7) zumindest zweier Kontaktfederelemente (5) zugeordnet sind. Jeweils zwei benachbarte Kontaktfederelemente (5a, 5b; 5c, 5d) sind mechanisch miteinander verbunden.

Description

Beschreibung
Magnetischer passiver Positionssensor
Gegenstand der Erfindung ist ein magnetischer passiver Positionssensor mit einer Grundplatte und einem Deckel, die ein Gehäuse bilden, einem außerhalb des Gehäuses bewegbaren Magneten, mit einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Widerstandsnetzwerk, welches mehrere einzelne, elektrische Kontak- te besitzt, mit einer Vielzahl von im Bewegungsbereich des Magneten angeordneten Kontaktfederelementen, die über einen gemeinsamen Grundkörper miteinander verbunden sind und aus einem Biegebereich und einem Kontaktbereich bestehen, wobei die Kontaktfederelemente den Kontakten des Widerstandsnetz- werkes derart gegenüberstehen, dass die Kontaktbereiche von dem Magneten gegen die Kontakte des Widerstandsnetzwerkes bewegbar sind, wobei jedem einzelnen Kontakt des Widerstandsnetzwerkes die Kontaktbereiche zumindest zweier Kontaktfederelemente zugeordnet sind.
Ein solcher Positionssensor ist aus der DE 10 2004 004 102 B3 bekannt und wird bei Füllstandsmessern in Kraftstoffbehältern heutiger Kraftfahrzeuge eingesetzt. Der Positionssensor erzeugt in Abhängigkeit von der Stellung des Magneten elektri- sehe Signale. Das Vorsehen von zumindest zwei Zungen, die jedem einzelnen Kontakt des Widerstandsnetzwerkes gegenüberstehen, soll gewährleistet werden, dass bei anhaftenden Schmutzpartikeln zumindest eine der beiden Zungen eine Verbindung mit dem Kontakt herstellt. Aufgrund von magnetischen Einflüs- sen auf den Positionssensor können Querkräfte entstehen, die auf die Kontaktfederelemente einwirken. Als Folge davon kann es zu einer seitlichen Verschiebung einzelner Zungen der Kontaktfederelemente kommen, so dass an einem einzelnen Kontakt drei Zungen oder nur eine Zunge eine Verbindung mit dem je- weiligen Kontakt eingeht. In den Fällen, in denen mit einem
Kontakt nur eine Zunge in Verbindung tritt, ist die Redundanz nicht mehr gegeben. Um eventuelle Ausfälle oder Fehlanzeigen während des Einsatzes zu vermeiden, werden die Positionssensoren entsprechend geprüft und fehlerhafte Positionssensoren aussortiert .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen passiven Positionssensor zu schaffen, der unabhängig von störenden magnetischen Einflüssen eine Redundanz bei der Kontaktierung der Zungen mit dem jeweiligen Kontakt des Widerstandsnetzwerkes aufweist, indem bei entsprechender Stel- lung des Magneten mindestens zwei Zungen mit jeweils einem Kontakt in Verbindung stehen.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass jeweils zwei benachbarte Kontaktfederelemente mechanisch miteinander verbunden sind. Mit der Anordnung einer Verbindung zwischen zwei benachbarten Kontaktfederelementen wird die freie Beweglichkeit jedes Kontaktfederelementes in der Ebene, in der sie angeordnet sind, stark eingeschränkt. Diese Einschränkung der Beweglichkeit ist so stark, dass bisweilen auftretende Quer- kräfte nicht mehr zu einem Auslenken der Kontaktfederelemente in der Ebene führen. Die Beweglichkeit der Kontaktfederelemente in Richtung der Kontakte des Widerstandsnetzwerkes und somit senkrecht zu der Ebene ihrer Anordnung bleibt dagegen unverändert erhalten.
In einer einfachen Ausgestaltung sind jeweils zwei Kontaktfederelemente, die einem Kontakt zugeordnet sind, mechanisch miteinander verbunden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass durch die Verbindung zweier Kontaktfeder- elemente eine Koppelung stattfindet, die ebenfalls senkrecht zu der Ebene, in der die Kontaktfederelemente angeordnet sind, wirkt. Sobald ein Kontaktfederelement von dem Magnetfeld des Magneten in Richtung des Kontaktes des Widerstandsnetzwerkes ausgelenkt wird, erfolgt durch die Verbindung be- reits ein geringfügiges Auslenken des zweiten gekoppelten Kontaktfederelements obwohl es noch nicht dem Einfluss des Magnetfeldes in dieser Größenordnung unterliegt. In einer anderen Ausgestaltung kann die Koppelung zweier benachbarter Kontaktfederelemente auch derart erfolgen, dass die Verbindung zwischen zwei Kontaktfederelementen angeordnet ist, von denen jedes jeweils einem Kontakt zugeordnet ist.
Um die Biegefähigkeit eines einzelnen Kontaktfederelementes durch die Verbindung mit dem benachbarten Kontaktfederelement nicht zu stark mit diesem zu koppeln, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Kontaktfederelemente in ih- ren Biegebereichen miteinander verbunden sind.
Die Beweglichkeit der Kontaktfederelemente in Richtung der Kontakte des Widerstandsnetzwerkes und somit senkrecht zu der Ebene in der sie angeordnet sind, wird nur gering beein- flusst, wenn der Abstand der Verbindung zwischen zwei Kontaktfederelemente zum Grundkörper kleiner als die Hälfte der Länge des Biegebereichs eines Kontaktfederelementes ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung sind die Kontaktfederele- mente stark miteinander gekoppelt, wenn die Verbindung zwischen zwei Kontaktfederelementen im Kontaktbereich angeordnet ist .
Eine ausreichende Festigkeit der Verbindung zweier Kontaktfe- derelemente ist gegeben, wenn die Breite der Verbindung mindestens so groß ist wie die Breite des Biegebereichs.
Die Verbindung lässt sich auf vielfältige Weise realisieren. In einfacher Weise lässt sie sich herstellen, wenn sie als separates Teil, vorzugsweise als Steg, ausgebildet ist, welches mit den Kontaktfederelementen verbunden ist. Die Verbindung kann in anderen Ausgestaltungen kraft- und/oder formschlüssig ausgebildet sein, indem die Kontaktfederelemente durch Bonden, Löten, Umbördeln oder Einhaken in am Steg vor- gesehenen Raststellen verbunden sind. Ein separates Herstellen der Verbindung mit der anschließenden Montage wird in einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung dadurch vermieden, dass die Verbindung zwischen zwei Kontaktfederelementen einteilig mit diesen verbunden ist. Diese Art der Verbindung hat den Vorteil, dass die Verbindungen zwischen zwei Kontaktfederelementen gleichzeitig mit der Herstellung der Kontaktfederelemente erzeugt werden, so dass kein weiterer Arbeitsschritt notwendig ist. Die Herstellung der Kontaktfederelemente und der Verbindungen kann vorzugs- weise durch Ätzen, Stanzen oder Laserschneiden erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Vermeidung einer Auslenkung durch Querkräfte zusätzlich zu der Verbindung dadurch unterstützt werden, dass die Kontakt- federelemente in ihren Biegebereichen eine Struktur, vorzugsweise ein L-Profil oder ein U-Profil besitzen, die einer derartigen Auslenkung entgegenwirken. Ein derartiges Profil in den Biegebereichen der Kontaktfederelemente lässt sich in einfacher Weise durch einen unmittelbar an die Herstellung der Kontaktfederelemente anschließenden Umformvorgang herstellen. Darüber hinaus ist es denkbar, die Verbindung zwischen jeweils zwei Kontaktfederelementen einzusparen, sofern die Struktur der Biegebereiche einen ausreichenden Widerstand gegen Querkräfte aufweist.
An mehreren Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 einen magnetischen passiven Positionssensor nach dem Stand der Technik,
Figur 2 Kontaktfederelemente des magnetischen passiven Positionssensors nach Figur 1,
Figur 3 Kontaktfederelemente eines erfindungsgemäßen magnetischen passiven Positionssensors. Der magnetische passive Positionssensor 1 in Figur 1 besteht aus einer nichtleitenden Grundplatte 2, vorzugsweise einer Keramik. Auf der Grundplatte 2 ist ein Widerstandsnetzwerk 3 in Dickschichttechnologie mit mehreren einzelnen elektrischen Kontakten 4 aufgebracht. Den Kontakten 4 gegenüberstehend sind Kontaktfederelemente 5 angeordnet, welche einen Biegebereich 6 und einen Kontaktbereich 7 besitzen. Die Kontaktfederelemente 5 sind durch einen gemeinsamen Grundkörper 8 miteinander verbunden. Mittels eines mit der Grundplatte 2 ver- löteten metallischen Deckels 9 ist das Widerstandsnetzwerk 3 gegen die Umgebung abgedichtet. Der dem Deckel 9 abgewandten Seite der Grundplatte 2 gegenüberliegend ist ein Hebelarm 10 eines Füllstandsgebers 11 angeordnet, wobei der Füllstandsgeber 11 im Innern eines Kraftstoffbehälters 12 angeordnet ist. An dem Hebelarm 10 ist ein Magnet 13 derart befestigt, dass er beim Verschwenken des Hebelarms 10 den Bereich der Kontakte 4 überstreicht, wodurch die Kontaktfederelemente 5 gegen die Kontakte 4 bewegt werden und so ein elektrisches Signal in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel des Hebelarms 10 erzeugt wird, welches über elektrische Leitungen 14 aus dem Kraftstoffbehälter 12 einer Auswerteeinheit zugeführt wird.
Figur 2 zeigt eine stark vergrößerte Ansicht des Positionssensors 1. Auf der Grundplatte 2 sind von dem Widerstands- netzwerk zur besseren Darstellung lediglich die Kontakte 4 gezeigt. Über den Kontakten 4 sind die Kontaktfederelemente 5 mit dem Grundkörper 8 angeordnet. Der Biegebereich 6 ist zum besseren Auslenken schmaler als der Kontaktbereich 7 gestaltet. Für eine Redundanz sind immer zwei Kontaktfederelemente 5 einem Kontakt 4 gegenüberliegend vorgesehen. Unterhalb der Grundplatte 2 ist der Magnet 13 angeordnet. Durch das Magnetfeld werden die Kontaktfederelemente 5a-d gegen die Kontakte 4a, 4b gezogen. Die jeweils benachbarten Kontaktfederelemente 5' , 5' ' werden aufgrund des in diesen Bereichen schwächer werdenden Magnetfeldes nur gering ausgelenkt, ohne die Kontakte 4', 4'' zu berühren. Aufgrund von Querkräften wird das Kontaktfederelement 5b in Richtung des Kontaktes 4b ausgelenkt .
In Figur 3 ist der erfindungsgemäße Positionssensor in einer Ansicht gemäß Figur 2 dargestellt. Der Positionssensor unterscheidet sich in den Kontaktfederelementen 5. jeweils zwei Kontaktfederelemente 5 sind in ihren Biegebereichen 6 durch einen Steg 15 mechanisch miteinander verbunden. Der Steg 15 ist wie der Grundkörper 8 einteilig mit den Kontaktfederele- menten verbunden. Treten wie in Figur 2 beschrieben Querkräfte auf, verhindert der Steg 15 das unerwünschte Auslenken der Kontaktfederelemente 5. Die Kontaktfederelemente 5 treten somit trotz vorhandener Querkräfte ausschließlich mit dem ihnen gegenüberliegenden Kontakt 4 in Verbindung.

Claims

Patentansprüche
1. Magnetischer passiver Positionssensor mit einer Grundplatte und einem Deckel, die ein Gehäuse bilden, einem außerhalb des Gehäuses bewegbaren Magneten, mit einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Widerstandsnetzwerk, welches mehrere einzelne, elektrische Kontakte besitzt, mit einer Vielzahl von im Bewegungsbereich des Magneten angeordneten Kontaktfederelementen, die über einen ge- meinsamen Grundkörper miteinander verbunden sind und aus einem Biegebereich und einem Kontaktbereich bestehen, wobei die Kontaktfederelemente den Kontakten des Widerstandsnetzwerkes derart gegenüberstehen, dass die Kontaktbereiche von dem Magneten gegen die Kontakte des Wi- derstandsnetzwerkes bewegbar sind, wobei jedem einzelnen Kontakt des Widerstandsnetzwerkes die Kontaktbereiche zumindest zweier Kontaktfederelemente zugeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jeweils zwei benachbarte Kontaktfederelemente (5a-5d) mechanisch miteinander verbunden sind.
2. Magnetischer passiver Positionssensor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jeweils zwei Kontaktfederelemente (5a, 5b; 5c, 5d) , die einem Kontakt (4a; 4b) zugeordnet sind, mechanisch miteinander verbunden sind.
3. Magnetischer passiver Positionssensor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jeweils zwei benachbarte Kontaktfederelemente (5b, 5c) , von denen jedes jeweils einem Kontakt (4a; 4b) zugeordnet ist, mechanisch miteinander verbunden sind.
4. Magnetischer passiver Positionssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kontaktfederelemente (5a-5d) in ihren Biegebereichen (6) miteinander verbunden sind.
5. Magnetischer passiver Positionssensor nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Abstand der Verbindung (15) zwischen zwei Kontaktfederelementen (5) zum Grundkörper (8) kleiner als die Hälfte der Länge des Biegebereichs (6) eines Kontaktfederelementes (5) ist.
6. Magnetischer passiver Positionssensor nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Ver- bindung (15) zwischen zwei Kontaktfederelementen (5) mindestens die gleiche Breite wie die Breite des Biege¬ bereichs (6) besitzt.
7. Magnetischer passiver Positionssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verbindung (15) zwischen zwei Kontaktfederelementen (5) ein separates Teil ist, wel¬ ches mit den Kontaktfederelementen (5) verbunden ist.
8. Magnetischer passiver Positionssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verbindung (15) zwischen zwei Kontakt¬ federelementen (5) einteilig mit diesen verbunden ist.
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