WO2011120734A1 - Vorrichtung zur erkennung eines ersten und eines zweiten schaltpunktes - Google Patents

Vorrichtung zur erkennung eines ersten und eines zweiten schaltpunktes Download PDF

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WO2011120734A1
WO2011120734A1 PCT/EP2011/052090 EP2011052090W WO2011120734A1 WO 2011120734 A1 WO2011120734 A1 WO 2011120734A1 EP 2011052090 W EP2011052090 W EP 2011052090W WO 2011120734 A1 WO2011120734 A1 WO 2011120734A1
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hall sensor
sensor
magnetic element
switching point
hall
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Armin Schmidbauer
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices
    • G01R33/072—Constructional adaptation of the sensor to specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

Definitions

  • the present invention relates to a device for detecting a first and a second switching point of a movable magnetic element according to the preamble of claim 1.
  • DE 199 29 435 C2 discloses a device for detecting the position of a movable member in a lock applicable to vehicles.
  • the closure shown in DE 199 29 435 C2 is a locking pin of an electronic steering lock of a motor vehicle.
  • a permanent magnet At the locking pin sits a permanent magnet, in whose active field at least two Hall sensors (a first and a second Hall sensor) are arranged, wherein the first Hall sensor monitors a locking position of the locking pin and the second Hall sensor an unlocking position of the locking pin.
  • the Hall sensors have outputs for delivering a signal, which are connected to an electronic evaluator, which triggers certain functions in the vehicle according to the incoming signals.
  • both Hall sensors are arranged in the active field of the permanent magnet on a component of the vehicle. This leads to high tolerances, which have a negative effect, in particular, when two closely adjacent switching points must be detected. In addition to the respective installation tolerances of the Hall sensors and the permanent magnet and the manufacturing tolerances in the Hall sensors must be taken into account.
  • the object of the present invention is to specify a device for detecting two switching points, which can reliably detect even closely adjacent switching points with the smallest possible tolerance.
  • a device for detecting a first and a second switching point of a movable magnetic element comprising a sensor device for detecting a magnetic field and a relative to the sensor device movably arranged in a direction of movement magnet element which is arranged in the direction of movement along a path between the first switching point and the second switching point reciprocable, wherein the sensor device comprises a first Hall sensor and a the first Hall sensor spaced along the direction of movement arranged second Hall sensor, wherein the first Hall sensor and the second Hall sensor are arranged in a component with a predetermined distance from one another and each having a threshold for the magnetic field passing through, wherein in each of the two Hall sensors by exceeding the respective threshold value causes the output of a first level and by falling below the threshold value the output of a second level, the magnetic element having two north pole-south pole junctions along the movement radius tion, which are arranged such that the magnetic field generated by the magnetic field upon reaching the first switching point in the first Hall sensor or the second Hall sensor passes through the threshold and thus
  • the magnetic element has a surface-magnetized magnet.
  • the magnetic element has two magnets each having a north-south transition.
  • the magnetic element has at least one permanent magnet and / or at least one electromagnet.
  • the sensor device has an evaluation device, which determines on the basis of the levels which are provided by the Hall sensors, the achievement of the first switching point and the second switching point.
  • the component is an integrated semiconductor component.
  • the evaluation device is integrated in the integrated semiconductor component.
  • a device wherein the first Hall sensor and the second Hall sensor are aligned with respect to the magnetic field generated by the magnetic element.
  • a device is proposed according to the invention, wherein the threshold value of the first Hall sensor and the threshold value of the second Hall sensor are identical.
  • FIG. 1 shows by way of example a schematic representation of a first possible embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 2a shows a magnetic element according to the first embodiment
  • FIG. 2b shows by way of example a magnetic element according to a further embodiment of the invention
  • Fig. 3 shows an example of a course of one of an inventive
  • FIG. 5 shows by way of example a signal curve which is applied to the circuit shown in FIG. 4 or is output from the same.
  • FIG. 1 shows an example of a possible embodiment of a device 1 according to the invention, the device 1 having a sensor device 2 for detecting a magnetic field, an evaluation device 3 and a magnetic element 4.
  • the magnetic element 4 is arranged to be movable relative to the sensor device 2 in a direction of movement (indicated by a double arrow 5) and to be movable back and forth in the direction of movement along a travel path between a first and a second position (and also respectively beyond).
  • the sensor device 2 has a first Hall sensor 6 and a second Hall sensor 7 arranged at a distance from the first Hall sensor 6 along the direction of movement.
  • the first Hall sensor 6 and the second Hall sensor 7 each have an upper and a lower threshold for the magnetic field passing through, wherein in each of the two Hall sensors 6, 7 by exceeding the respective upper threshold value, the output of a first and by falling below the lower Threshold the output of a second signal in the form of an electrical level is caused.
  • the upper and lower thresholds are equated (and simply referred to as the threshold) for simplicity.
  • the threshold values are very close to one another and the field change, ie the change of the magnetic flux in the Hall sensors 6, 7 due to the magnetic field generated by the magnetic element 4 in a movement of the magnetic element 4 is very large compared to the difference of the upper and the lower threshold.
  • the magnetic field component which passes through the Hall sensors 6, 7 perpendicularly (or the resulting magnetic flux) is measured or detected.
  • the threshold values of the first Hall sensor 6 and of the second Hall sensor 7 are in particular identical (within the scope of the manufacturing tolerances). In alternative embodiments, different threshold values for the first Hall sensor 6 and the second Hall sensor 7 are conceivable. Furthermore, the threshold values of the two Hall sensors 6, 7 in the described embodiment are at a low absolute value for the magnetic field passing through them. This allows the design to be facilitated in terms of tolerances. In alternative embodiments, thresholds of any magnitude are conceivable, wherein the decision on the thresholds to be used can be made depending on the application.
  • the two Hall sensors 6, 7 are arranged in a single component in the form of a chip 8 (integrated semiconductor component) at a fixed distance from one another, which in particular eliminates installation tolerances of the two Hall sensors 6, 7 relative to one another.
  • the switching point tolerances remain low, since only small tolerances are to be expected in the production process of the corresponding semiconductor component (chip 8).
  • the distance of the Hall sensors 6, 7 in the device according to the invention can be identical for any desired distance between the switching points to be detected.
  • the detection of the two switching points is independent of the distance of the first Hall sensor 6 from the second Hall sensor. 7
  • the magnetic element 4 which is shown in an enlarged view in Fig. 2a, according to the invention has two North Pole-South Pole transitions and is in the embodiment shown in Fig. 1 of two each having a North Pole South Pole transition (single) Magnet, in particular in the form of permanent magnets formed.
  • the magnetic element 4 also by a surface magnetized magnet can be formed.
  • electromagnets may also be part of the magnetic element 4.
  • the evaluation device 3 has e.g. The circuit 9 shown in Fig. 4, which is connected via electrical lines 10 with the Hall sensors 6, 7 in combination.
  • the first and second Hall sensor 6, 7 corresponding electrical outputs, wherein the electrical output of the first Hall sensor 6 with a first input "IN 1" 1 1 of the circuit 9 is in electrical communication, while the electrical output of the second Hall sensor 7 with a second input "IN 2" 12 of the circuit 9 is electrically connected.
  • the electrical circuit 9 has in addition to the two inputs 1 1, 12 an exclusive OR gate (XOR gate) 13 with two inputs 13 a, 13 b, a first AND gate (AN D gate) 14 with two inputs 14 a, 14 b, a second AND gate (AND gate) 15 with two inputs 15 a, 15 b, and a first output "OUT 1" 1 6 and a second output "OUT 2" 17 on.
  • the first input "IN 1" 1 1 is in electrical connection with the input 13 a of the XOR gate 13 and with the input 14 a of the first AND gate 14, while the input "IN 2" 12 is connected to the input 13 b of the XOR gate 13 and to the input 15 a of the second AND gate 15 is in electrical connection.
  • the input 14b of the first AND gate 14 and the input 15b of the second AND gate 15 are in electrical connection with the output 13c of the XOR gate.
  • the output 14c of the first AND gate 14 is connected to the first output 16 of the circuit 9 and the output 15c of the second AND gate 15 is in electrical connection with the second output 17 of the circuit 9.
  • electrical signals defining the position of the magnetic element 4 are provided.
  • Fig. 5 in which the magnetic field strength generated by the magnetic element 4 is shown as a function of its extent along the direction of movement.
  • the waveform shown in Fig. 5 is a distance of 3 mm between the first switching point A and the second switching point B, that is, a travel of the magnetic element 4 of 3 mm between the two switching points A, B should be detected.
  • Fig. 5 it can be seen that during a movement of the magnetic element 4 already before reaching the first switching point A (at a distance from the switching point corresponding to the distance of the two Hall sensors 6, 7 from each other in the direction of movement), the threshold value of the first Hall sensor. 6 is exceeded, so that the circuit 9 (via the first input 1 1), a high level (Hl) is available.
  • the magnetic field passing through the second Hall sensor 7 passes through and exceeds its threshold value and thus causes a change of the second level associated therewith to the level of the first level (H1), while the first level (the level of the first Hall sensor 6) ) remains constant.
  • the magnetic field generated by the magnetic element 4 passes through and falls below the threshold value in the first Hall sensor 6 and thus causes a change of the assigned level to "LO", while the other level (that of the second Hall sensor 7) remains constant (namely "Hl") remains. Only after exceeding the second switching point B by the distance between the two Hall sensors 6, 7 to each other in the direction of movement in the second Hall sensor 7 falls below the threshold and the Hall sensor 7 provides a changed level ("LO") via its output.
  • the circuit 9 outputs the levels and the switching logic corresponding signals at their outputs 1 6, 17, from which the achievement of the switching points A, B can be read.
  • the magnetic element 4 does not have to be moved beyond the switching points A, B in the direction of movement to detect the position. As information rich already the level changes in reaching the Switching points A, B, since these each cause a clear change in the outputs 1 6, 17 of the circuit 9 signals.
  • the circuit 9 also represents an example of a possible circuit for signal evaluation, wherein in alternative embodiments circuits with other logical operations are conceivable. Furthermore, it is conceivable that the evaluation device 3 is integrated into the integrated semiconductor component (chip 8) as an alternative to the embodiment shown in FIG. 1, in which the first Hall sensor 6 and the second Hall sensor 7 are also integrated.
  • a device 1 is, for example, an electronic steering lock, in which, for example, the travel path of a bolt is detected. While the magnetic element 4 is movably arranged together with the bolt, the sensor device 2 is for example fixedly connected to the vehicle. Due to the - as explained above - low tolerances and the precise installation options, it is possible to reliably detect even small travel paths of the bolt.
  • the applications of the present invention are not limited to the field of motor vehicles, ie the use of a device according to the invention is everywhere conceivable where positions of a movable component must be detected.

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Abstract

Vorrichtung (1) zur Erkennung eines ersten und eines zweiten Schaltpunktes (A, B) eines beweglichen Magnetelementes (4), aufweisend eine Sensorvorrichtung (2) und ein beweglich angeordnetes Magnetelement (4), welches zwischen dem ersten Schaltpunkt (A) und dem zweiten Schaltpunkt (B) hin- und herbewegbar angeordnet ist, wobei die Sensorvorrichtung (2) einen ersten Hallsensor (6) und einen zum ersten Hallsensor (6) entlang der Bewegungsrichtung beabstandet angeordneten zweiten Hallsensor (7) aufweist, wobei der erste Hallsensor (6) und der zweite Hallsensor (7) in einem Bauelement mit einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, wobei das Magnetelement (4) zwei Nordpol-Südpol-Übergänge aufweist, die derart angeordnet sind, dass das durch das Magnetelement (4) erzeugte Magnetfeld bei Erreichen des ersten Schaltpunktes (A) in dem ersten Hallsensor (6) oder dem zweiten Hallsensor (7) den Schwellwert durchläuft und dass das durch das Magnetelement (4) erzeugte Magnetfeld bei Erreichen des zweiten Schaltpunktes (B) in dem anderen (zweiten oder ersten) Hallsensor (7, 6) den Schwellwert durchläuft.

Description

Vorrichtung zur Erkennung eines ersten und eines zweiten Schaltpunktes
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erkennung eines ersten und eines zweiten Schaltpunktes eines beweglichen Magnetelements gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Eine Vorrichtung zur Erkennung zweier Schaltpunke ist beispielsweise aus der DE 199 29 435 C2 bekannt. Die DE 199 29 435 C2 offenbart eine Vorrichtung zur Positionserkennung eines beweglichen Gliedes in einem bei Fahrzeugen anwendbaren Verschluss. Bei dem in der DE 199 29 435 C2 dargestellten Verschluss handelt es sich um einen Sperrbolzen einer elektronischen Lenkungsverriegelung eines Kraftfahrzeugs. Am Sperrbolzen sitzt ein Permanentmagnet, in dessen Wirkfeld wenigstens zwei Hallsensoren (ein erster und ein zweiter Hallsensor) angeordnet sind, wobei der erste Hallsensor eine Verriegelungsposition des Sperrbolzens und der zweite Hallsensor eine Entriegelungsposition des Sperrbolzens überwacht. Die Hallsensoren weisen Ausgänge zur Abgabe eines Signals auf, welche mit einem elektronischen Auswerter verbunden sind, der entsprechend den eingehenden Signalen bestimmte Funktionen im Fahrzeug auslöst. Wie bereits obenstehend erwähnt, sind beide Hallsensoren im Wirkfeld des Permanentmagneten an einem Bauteil des Fahrzeugs angeordnet. Dies führt zu hohen Toleranzen, die sich insbesondere dann negativ auswirken, wenn zwei eng benachbarte Schaltpunkte detektiert werden müssen. Neben den jeweiligen Einbautoleranzen der Hallsensoren und des Permanentmagneten müssen auch die Fertigungstoleranzen bei den Hallsensoren in Kauf genommen werden.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erkennung zweier Schaltpunkte anzugeben, die auch eng benachbarte Schaltpunkte mit einer möglichst kleinen Toleranz sicher de- tektieren kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Erkennung eines ersten und eines zweiten Schaltpunktes eines beweglichen Magnetelementes, auf- weisend eine Sensorvorrichtung zur Detektion eines Magnetfeldes und ein relativ zu der Sensorvorrichtung in einer Bewegungsrichtung beweglich angeordnetes Magnetelement, welches in der Bewegungsrichtung entlang eines Verfahrweges zwischen dem ersten Schaltpunkt und dem zweiten Schaltpunkt hin- und herbewegbar angeordnet ist, wobei die Sensorvorrichtung einen ersten Hallsensor und einen zum ersten Hallsensor entlang der Bewegungsrichtung beabstandet angeordneten zweiten Hallsensor aufweist, wobei der erste Hallsensor und der zweite Hallsensor in einem Bauelement mit einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind und jeweils einen Schwellwert für das sie durchsetzende Magnetfeld aufweisen, wobei in jedem der beiden Hallsensoren durch ein Überschreiten des jeweiligen Schwellwertes die Ausgabe eines ersten und durch ein Unterschreiten des Schwellwertes die Ausgabe eines zweiten Pegels veranlasst wird, wobei das Magnetelement zwei Nordpol-Südpol-Übergänge entlang der Bewegungsrichtung aufweist, die derart angeordnet sind, dass das durch das Magnetelement erzeugte Magnetfeld bei Erreichen des ersten Schaltpunktes in dem ersten Hallsensor oder dem zweiten Hallsensor den Schwellwert durchläuft und somit eine Änderung des dem entsprechenden Hallsensor zugeordneten Pegels hervorruft, während der Pegel des anderen (zweiten oder ersten) Hallsensors konstant bleibt und dass das durch das Magnetelement erzeugte Magnetfeld bei Erreichen des zweiten Schaltpunktes in dem anderen (zweiten oder ersten) Hallsensor den Schwellwert durchläuft und somit eine Änderung des zugeordneten Pegels hervorruft, während der andere Pegel konstant bleibt.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung weist das Magnetelement einen oberflächenmagnetisierten Magneten auf.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung weist das Magnetelement zwei jeweils einen Nord-Süd-Übergang aufweisende Magnete auf.
Bei noch einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung weist das Magnetelement wenigstens einen Permanent- und/oder wenigstens einen Elektromagneten auf. Gemäß einem Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Sensorvorrichtung eine Auswertevorrichtung auf, die auf Basis der Pegel, welche von den Hallsensoren bereitgestellt werden, das Erreichen des ersten Schaltpunktes und des zweiten Schaltpunktes ermittelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Bauelement ein integriertes Halbleiterbauelement.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Auswertevorrichtung in dem integrierten Halbleiterbauelement integriert.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung, wobei der erste Hallsensor und der zweite Hallsensor bezüglich des durch das Magnetelement erzeugten Magnetfeldes gleich ausgerichtet sind.
Weiterhin wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgeschlagen, wobei der Schwellwert des ersten Hallsensors und der Schwellwert des zweiten Hallsensors identisch sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung, anhand der
Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 exemplarisch eine schematische Darstellung einer ersten möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2a ein Magnetelement gemäß der ersten Ausführungsform;
Fig. 2b exemplarisch ein Magnetelement gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 exemplarisch einen Verlauf einer von einem erfindungsgemäßen
Magnetelement erzeugten Magnetfeldstärke in Abhängigkeit seiner Erstreckung entlang eines Verfahrweges der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4 exemplarisch eine Schaltung, welche Bestandteil einer Auswerteeinheit der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist; und
Fig. 5 exemplarisch einen Signalverlauf, welcher an der in Fig. 4 dargestellten Schaltung anliegt bzw. von dieser ausgegeben wird.
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen sind gleiche Elemente oder vergleichbare Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt exemplarisch eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 , wobei die Vorrichtung 1 eine Sensorvorrichtung 2 zur Detekti- on eines Magnetfelds, eine Auswertevorrichtung 3 sowie ein Magnetelement 4 aufweist. Das Magnetelement 4 ist relativ zu der Sensorvorrichtung 2 in einer Bewegungsrichtung beweglich angeordnet (angedeutet durch einen Doppelpfeil 5) und in der Bewegungsrichtung entlang eines Verfahrweges zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung (und auch jeweils darüber hinaus) hin- und herbewegbar.
Die Sensorvorrichtung 2 weist einen ersten Hallsensor 6 und einen zum ersten Hallsensor 6 entlang der Bewegungsrichtung beabstandet angeordneten zweiten Hallsensor 7 auf. Der erste Hallsensor 6 und der zweite Hallsensor 7 weisen jeweils einen oberen und einen unteren Schwellwert für das sie durchsetzende Magnetfeld auf, wobei in jedem der beiden Hallsensoren 6, 7 durch ein Überschreiten des jeweiligen oberen Schwellwertes die Ausgabe eines ersten und durch ein Unterschreiten des unteren Schwellwertes die Ausgabe eines zweiten Signals in Form eines elektrischen Pegels veranlasst wird.
In der Folge werden der obere und der untere Schwellwert zur Vereinfachung gleichgesetzt (und einfach als Schwellwert bezeichnet). Dies ist insbesondere dadurch gerechtfertigt, dass die Schwellwerte sehr eng beieinanderliegen und die Feldänderung, d.h. die Änderung des magnetischen Flusses in den Hallsensoren 6, 7 aufgrund des vom Magnetelement 4 erzeugten magnetischen Feldes bei einer Bewegung des Magnetelementes 4 sehr groß im Vergleich zu der Differenz des oberen und des unteren Schwellwertes ist. In der beschriebenen Ausführungsform wird z.B. die Magnetfeldkomponente, die die Hallsensoren 6, 7 senkrecht durchsetzt (bzw. der daraus resultierende magnetische Fluss) gemessen bzw. detektiert.
In der in Fig. 1 exemplarisch dargestellten Ausführungsform sind die Schwellwerte des ersten Hallsensors 6 und des zweiten Hallsensors 7 insbesondere identisch (im Rahmen der Herstellungstoleranzen). In alternativen Ausführungsformen sind auch unterschiedliche Schwellwerte für den ersten Hallsensor 6 und den zweiten Hallsensor 7 denkbar. Ferner liegen die Schwellwerte der beiden Hallsensoren 6, 7 in der beschriebenen Ausführungsform bei einem geringen Absolutwert für das sie durchsetzende Magnetfeld. Dadurch kann das Design hinsichtlich der Toleranzen erleichtert werden. In alternativen Ausführungsformen sind Schwellwerte jeglicher Größenordnung denkbar, wobei die Entscheidung über die zu verwendenden Schwellwerte anwendungsabhängig getroffen werden kann.
Die beiden Hallsensoren 6, 7 sind in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform in einem einzigen Bauteil in Form eines Chips 8 (integriertes Halbleiterbauelement) mit einem festen Abstand zueinander angeordnet, wodurch insbesondere Einbautoleranzen der beiden Hallsensoren 6, 7 zueinander entfallen. Die Schaltpunkttoleranzen bleiben gering, da im Herstellungsprozess des entsprechenden Halbleiterbauelements (Chip 8) nur geringe Toleranzen zu erwarten sind. Erfindungsgemäß kann für jeden beliebigen Abstand der zu detektierenden Schaltpunkte der Abstand der Hallsensoren 6, 7 in der erfindungsgemäßen Vorrichtung identisch sein. Die Erkennung der beiden Schaltpunkte erfolgt unabhängig vom Abstand des ersten Hallsensors 6 vom zweiten Hallsensor 7.
Das Magnetelement 4, welches in einer vergrößerten Darstellung auch in Fig. 2a dargestellt ist, weist erfindungsgemäß zwei Nordpol-Südpol-Übergänge auf und ist in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform aus zwei jeweils einen Nordpol- Südpol-Übergang aufweisenden (Einzel-)Magneten, insbesondere in Form von Permanentmagneten, gebildet. Gemäß Fig. 2b kann das Magnetelement 4 auch durch einen oberflächenmagnetisierten Magneten gebildet werden. In alternativen Ausführungsformen können z.B. auch Elektromagnete Bestandteil des Magnetelements 4 sein.
Die Auswertevorrichtung 3 weist z.B. die in Fig. 4 dargestellte Schaltung 9 auf, welche über elektrische Leitungen 10 mit den Hallsensoren 6, 7 in Verbindung steht. Hierzu weisen der erste und zweite Hallsensor 6, 7 korrespondierende elektrische Ausgänge auf, wobei der elektrische Ausgang des ersten Hallsensors 6 mit einem ersten Eingang "IN 1 " 1 1 der Schaltung 9 in elektrischer Kommunikation steht, während der elektrische Ausgang des zweiten Hallsensors 7 mit einem zweiten Eingang "IN 2" 12 der Schaltung 9 elektrisch verbunden ist.
Die elektrische Schaltung 9 weist neben den beiden Eingängen 1 1 , 12 ein exklusives Oder-Gatter (XOR-Gatter) 13 mit zwei Eingängen 13a, 13b, ein erstes Und- Gatter (AN D-Gatter) 14 mit zwei Eingängen 14a, 14b, ein zweites Und-Gatter (AND- Gatter) 15 mit zwei Eingängen 15 a, 15b, sowie einen ersten Ausgang "OUT 1 " 1 6 und einen zweiten Ausgang "OUT 2" 17 auf. Der erste Eingang "IN 1 " 1 1 steht mit dem Eingang 13a des XOR-Gatters 13 und mit dem Eingang 14a des ersten AND- Gatters 14 in elektrischer Verbindung, während der Eingang "IN 2" 12 mit dem Eingang 13b des XOR-Gatters 13 und mit dem Eingang 15a des zweiten AND-Gatters 15 in elektrischer Verbindung steht. Der Eingang 14b des ersten AND-Gatters 14 und der Eingang 15b des zweiten AND-Gatters 15 stehen mit dem Ausgang 13c des XOR-Gatters in elektrischer Verbindung. Der Ausgang 14c des ersten AND-Gatters 14 steht mit dem ersten Ausgang 1 6 der Schaltung 9 und der Ausgang 15c des zweiten AND-Gatters 15 steht mit dem zweiten Ausgang 17 der Schaltung 9 in elektrischer Verbindung. An den Ausgängen 1 6 und 17 werden elektrische Signale, die die Position des Magnetelements 4 definieren, zur Verfügung gestellt.
Den Verlauf der von den Hallsensoren 6, 7 zur Verfügung gestellten Pegel, die in der beschriebenen Ausführungsform an dem ersten Eingang 1 1 und dem zweiten Eingang 12 anliegen, sowie den Verlauf der Signale, die an dem ersten Ausgang 1 6 und dem zweiten Ausgang 17 der Schaltung 9 in Abhängigkeit des Verfahrweges des Magnetelements 4 anliegen, zeigt beispielhaft Fig. 5. In diesem Zusammenhang wird zum besseren Verständnis auch auf Fig. 3 verwiesen, in der die vom Magnetelement 4 erzeugte Magnetfeldstärke in Abhängigkeit seiner Erstreckung entlang der Bewegungsrichtung dargestellt ist. Bei dem in Fig. 5 dargestellten Signalverlauf liegt eine Wegstrecke von 3 mm zwischen dem ersten Schaltpunkt A und dem zweiten Schaltpunkt B, d.h. es soll ein Verfahrweg des Magnetelements 4 von 3 mm zwischen den beiden Schaltpunkten A, B detektiert werden.
Aus Fig. 5 kann entnommen werden, dass bei einer Bewegung des Magnetelements 4 bereits vor Erreichen des ersten Schaltpunktes A (in einem Abstand vom Schaltpunkt, der dem Abstand der beiden Hallsensoren 6, 7 voneinander in der Bewegungsrichtung entspricht) der Schwellwert des ersten Hallsensors 6 überschritten wird, so dass dieser der Schaltung 9 (über deren ersten Eingang 1 1 ) einen hohen Pegel (Hl) zur Verfügung stellt. Bei Erreichen des ersten Schaltpunktes A durchläuft und überschreitet das den zweiten Hallsensor 7 durchsetzende Magnetfeld dessen Schwellwert und ruft somit eine Änderung des diesem zugeordneten zweiten Pegels auf das Niveau des ersten Pegels (Hl) hervor, während der erste Pegel (der Pegel des ersten Hallsensors 6) konstant bleibt.
Bei Erreichen des zweiten Schaltpunktes B durchläuft und unterschreitet das durch das Magnetelement 4 erzeugte Magnetfeld in dem ersten Hallsensor 6 den Schwellwert und ruft somit eine Änderung des zugeordneten Pegels auf "LO" hervor, während der andere Pegel (derjenige des zweiten Hallsensors 7) konstant (nämlich "Hl") bleibt. Erst nach einem Überschreiten des zweiten Schaltpunktes B um den Abstand der beiden Hallsensoren 6, 7 zueinander in der Bewegungsrichtung wird auch im zweiten Hallsensor 7 der Schwellwert unterschritten und der Hallsensor 7 stellt über seinen Ausgang einen geänderten Pegel ("LO") zur Verfügung. Die Schaltung 9 gibt den Pegeln und der Schaltlogik entsprechende Signale an ihren Ausgängen 1 6, 17 aus, aus denen sich das Erreichen der Schaltpunkte A, B ablesen lässt.
Erfindungsgemäß muss das Magnetelement 4 zu einem Detektieren der Position nicht über die Schaltpunkte A, B hinaus in Bewegungsrichtung verfahren werden. Als Information reichen bereits die Pegeländerungen bei einem Erreichen der Schaltpunkte A, B aus, da diese jeweils eine eindeutige Änderung der an den Ausgängen 1 6, 17 der Schaltung 9 anliegenden Signale hervorrufen.
Dadurch, dass bei Erreichen des ersten Schaltpunktes A eine Änderung des am ersten Ausgang 1 6 der Schaltung 9 anliegenden Signals und bei Erreichen des zweiten Schaltpunktes B eine Änderung des am zweiten Ausgang 17 der Schaltung 9 anliegenden Signals stattfindet, kann zudem eindeutig identifiziert werden, ob der erste Schaltpunkt A oder der zweite Schaltpunkt B erreicht wurde. Eine Auswertung der Bewegungsrichtung aus den Signalen kann z.B. unterbleiben, wodurch Rechenleistung eingespart werden kann.
Neben dem vorstehend beschriebenen beispielhaften Signalverlauf sind auch beliebige andere geeignete Signalverläufe vom Gedanken der Erfindung umfasst. Auch die Schaltung 9 stellt ein Beispiel für eine mögliche Schaltung zur Signalauswertung dar, wobei in alternativen Ausführungsformen Schaltungen mit anderweitigen logischen Verknüpfungen denkbar sind. Weiterhin ist es denkbar, dass die Auswertevorrichtung 3 alternativ zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform in dem integrierten Halbleiterbauelement (Chip 8) integriert ist, in dem auch der erste Hallsensor 6 und der zweite Hallsensor 7 integriert sind.
Ein mögliches Einsatzgebiet für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist z.B. eine elektronische Lenkungsverriegelung, bei der beispielsweise der Verfahrweg eines Bolzens detektiert wird. Während das Magnetelement 4 zusammen mit dem Bolzen beweglich angeordnet ist, ist die Sensorvorrichtung 2 z.B. ortsfest mit dem Fahrzeug verbunden. Aufgrund der - wie vorstehend erläutert - geringen Toleranzen und der präzisen Einbaumöglichkeiten, ist es möglich, auch kleine Verfahrwege des Bolzens sicher zu detektieren. Die Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht auf den Bereich der Kraftfahrzeuge beschränkt, i.e. der Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist überall dort denkbar, wo Positionen einer beweglichen Komponente detektiert werden müssen. Bezuqszeichen
1 Vorrichtung
2 Sensorvorrichtung
3 Auswertevorrichtung
4 Magnetelement
5 Doppelpfeil
6 erster Hallsensor
7 zweiter Hallsensor
8 Chip
9 Schaltung
10 Leitung
1 1 erster Eingang
12 zweiter Eingang
13 XOR-Gatter
13a, b Eingänge XOR-Gatter
13c Ausgang XOR-Gatter
14 erstes AN D-Gatter
14a, b Eingänge
15 zweites AN D-Gatter
15a, b Eingänge
1 6 erster Ausgang
17 zweiter Ausgang
A erster Schaltpunkt
B zweiter Schaltpunkt

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (1 ) zur Erkennung eines ersten und eines zweiten Schaltpunktes (A, B) eines beweglichen Magnetelementes (4), aufweisend eine Sensorvorrichtung (2) zur Detektion eines Magnetfeldes und ein relativ zu der Sensorvorrichtung (2) in einer Bewegungsrichtung beweglich angeordnetes Magnetelement (4), welches in der Bewegungsrichtung entlang eines Verfahrweges zwischen dem ersten Schaltpunkt (A) und dem zweiten Schaltpunkt (B) hin- und herbewegbar angeordnet ist, wobei die Sensorvorrichtung (2) einen ersten Hallsensor (6) und einen zum ersten Hallsensor (6) entlang der Bewegungsrichtung beabstandet angeordneten zweiten Hallsensor (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hallsensor (6) und der zweite Hallsensor (7) in einem Bauelement mit einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind und jeweils einen Schwellwert für das sie durchsetzende Magnetfeld aufweisen, wobei in jedem der beiden Hallsensoren (6, 7) durch ein Überschreiten des jeweiligen Schwellwertes die Ausgabe eines ersten und durch ein Unterschreiten des Schwellwertes die Ausgabe eines zweiten Pegels veranlasst wird, wobei das Magnetelement (4) zwei Nordpol-Südpol-Übergänge entlang der Bewegungsrichtung aufweist, die derart angeordnet sind, dass das durch das Magnetelement (4) erzeugte Magnetfeld bei Erreichen des ersten Schaltpunktes (A) in dem ersten Hallsensor (6) oder dem zweiten Hallsensor (7) den Schwellwert durchläuft und somit eine Änderung des dem entsprechenden Hallsensor (6, 7) zugeordneten Pegels hervorruft, während der Pegel des anderen (zweiten oder ersten) Hallsensors (7, 6) konstant bleibt und dass das durch das Magnetelement (4) erzeugte Magnetfeld bei Erreichen des zweiten Schaltpunktes (B) in dem anderen (zweiten oder ersten) Hallsensor (7, 6) den Schwellwert durchläuft und somit eine Änderung des zugeordneten Pegels hervorruft, während der andere Pegel konstant bleibt.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (4) einen oberflächenmagnetisierten Magneten aufweist.
3. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (4) zwei jeweils einen Nord-Süd-Übergang aufweisende Magnete aufweist.
4. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetelement (4) wenigstens einen Permanent- und/oder wenigstens einen Elektromagneten aufweist.
5. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (2) eine Auswertevorrichtung (3) aufweist, die auf Basis der Pegel, welche von den Hallsensoren (6, 7) bereitgestellt werden, das Erreichen des ersten Schaltpunktes (A) und des zweiten Schaltpunktes (B) ermittelt.
6. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement ein integriertes Halbleiterbauelement (8) ist.
7. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertevorrichtung (3) in dem integrierten Halbleiterbauelement (8) integriert ist.
8. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hallsensor (6) und der zweite Hallsensor (7) bezüglich des durch das Magnetelement (4) erzeugten Magnetfeldes gleich ausgerichtet sind.
9. Vorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert des ersten Hallsensors (6) und der Schwellwert des zweiten Hallsensors (7) identisch sind.
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