WO2012010311A1 - Lineare wegmessung mit hilfe eines magnetsystemes bestehend aus einzelmagneten - Google Patents

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WO2012010311A1
WO2012010311A1 PCT/EP2011/003662 EP2011003662W WO2012010311A1 WO 2012010311 A1 WO2012010311 A1 WO 2012010311A1 EP 2011003662 W EP2011003662 W EP 2011003662W WO 2012010311 A1 WO2012010311 A1 WO 2012010311A1
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WO
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permanent magnets
magnet system
magnet
sensor device
carrier
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/003662
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar Mähr
Thomas Lorenz
Original Assignee
Hirschmann Automotive Gmbh
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Publication date
Application filed by Hirschmann Automotive Gmbh filed Critical Hirschmann Automotive Gmbh
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    • 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
    • G01D5/00—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
    • G01D5/12—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
    • 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
    • G01D5/20—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 by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/2006—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 by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils
    • G01D5/2033—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 by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils controlling the saturation of a magnetic circuit by means of a movable element, e.g. a magnet
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness

Definitions

  • the invention relates to a sensor device, designed to detect a linear movement of a measurement object, wherein a sensor and a cooperating magnet system is provided, according to the features of the preamble of claim 1.
  • a generic sensor device is known from DE 10 2010 053 217 A1.
  • This prior art discloses a sensor arrangement adapted to detect the position of a linearly movable element, the sensor arrangement comprising a magnet and a sensor element detecting the position of the magnet, a stationary support being provided and the support for receiving the sensor element and for receiving the sensor element is formed linear and relative to the magnet comprehensive movable element.
  • this sensor arrangement only a single magnet cooperating with the magnetically sensitive sensor element is present, wherein the magnet is elongate and has a polygonal cross section and which is magnetized diagonally along its extent.
  • the magnet is either designed as a plastic-bonded magnet or formed by an anisotropic magnetic material. In order for the mode of operation of this sensor arrangement to be realized, it is necessary for the magnet to be elongated and thus formed over the entire path of the measurement object to be detected. In practice it has been found that with a sensor arrangement
  • CONFIRMATION COPY very good medium-length ways, in particular of a few centimeters, can be detected.
  • this sensor arrangement has the disadvantage that just medium-length paths and thus not arbitrarily long paths of the measurement object can be detected.
  • plastic-bonded magnets and magnets, which are formed by an anisotropic magnetic material can not readily and above all not at reasonable cost, especially in a mass production, produce.
  • the invention is therefore based on the object to provide a sensor device which is improved over the prior art or represents an alternative.
  • the magnet system is formed by at least two, preferably more than two, diametrically magnetized permanent magnets and has a defined angular displacement relative to each other in the axial direction.
  • the sensor is moved at a defined distance via the magnet system (or vice versa).
  • the sensor measures the magnetic field generated by the magnet system and outputs a corresponding output signal to a subsequent evaluation circuit.
  • the magnet system according to the invention consists of a plurality of permanent magnets, which are assembled in a corresponding number and installed in the application. The number of permanent magnets to use depends on their size, in particular their axial extent, and on the distance that the measurement object can cover and should be detected.
  • so many permanent magnets are combined to form a magnet system, so that the axial extension of this magnet system corresponds to the axial extent of the path.
  • the length of the magnet system is also larger or smaller than the distance to be detected.
  • the individual permanent magnets are or are diametrically magnetized and are joined together in such a way that their angular arrangement produces an angular displacement during the assembly of the individual permanent magnets.
  • the magnet system should be designed so that the magnetic angle over the entire measuring length (distance of the measurement object) rotates by 360 degrees.
  • the magnetic angle rotates more than once over the entire measuring length by 360 degrees or even less than 360 degrees.
  • the number of rotations of the magnet system is counted 360 degrees over the entire measuring length, in order to be able to ensure at any time at which point the magnet system (and thus the measuring object) relative to the sensor (in general relative to a reference point) is located.
  • the sensor is stationary and the magnet system is arranged to be movable.
  • the reverse arrangement is also conceivable.
  • the invention is thus based on the fundamental idea of arranging a plurality of permanent magnets, which are diametrically magnetized, immovably relative to one another in the axial direction, so that a defined angular displacement in the axial direction is realized by this arrangement of the individual permanent magnets.
  • the magnetic angle rotates through a defined measuring length, in particular the entire measuring length, by 360 degrees during movement of the measuring object or the magnet system, so that the length of the measuring system can thus be defined by the angular displacement of the guide geometry.
  • a statement can be made as to where the measurement object is relative to a reference point, preferably the installation location of the sensor.
  • the permanent magnets are joined together with their end faces, so that the defined angular displacement results in the axial direction.
  • This joining takes place in an advantageous manner by an adhesive process, so that a rod-shaped magnet system results in succession through the axial arrangement of a plurality of permanent magnets.
  • the permanent magnets have an opening and are arranged on a support.
  • the permanent magnets can be arranged in a simple manner on the carrier in a simple manner, wherein it must be ensured that, in the arrangement of the permanent magnets on the carrier, the defined angular displacement of the permanent magnets in the axial direction is realized.
  • the opening in the permanent magnet is a round opening and the carrier is designed as a rod. With or after the production of a round opening and the carrier is designed as a rod. With or after the production of the permanent magnet, the opening can be provided, which is introduced in particular subsequently after the production of the permanent magnet as a bore.
  • the permanent magnet consists of a magnetic or magnetizable plastic material.
  • the trained as a rod carrier can also be implemented in a simple manner and can be brought by simply cutting a rod to the desired length, in particular the gauge length.
  • the permanent magnets are clamped immovably to each other on the carrier.
  • the plurality of permanent magnets are arranged in the defined angular displacement in the axial direction to each other on the carrier and the two permanent magnets at the beginning and at the end of the carrier under axial pressure on the other permanent magnets on the rod fixed, for example glued, become ,
  • the permanent magnets on the carrier in particular the rod, glued.
  • the magnet system is encapsulated in plastic. After the permanent magnets have been fixed in the correct position on the carrier, but can not, the magnet system can be overmolded with a plastic.
  • FIG. 1 shows a sensor device 1 which comprises (at least) a sensor 2 and a magnet system 3.
  • the magnet system 3 extends in the axial direction and can be moved past the sensor 2.
  • the sensor 2 for example a Hall element, is stationary, in which case the magnet system 3 is movable relative to the stationary sensor 2.
  • the magnet system 3 is stationary and the sensor 2, which is then located on the measurement object, can be moved relative to the magnet system 3.
  • the basic embodiment of the invention can be seen that in fact two or more than two permanent magnets 4 are present. It is also essential to the invention that the two or more than two permanent magnets 4 are diametrically magnetized and have a defined angular displacement to each other in the axial direction, thereby resulting in a rotating about the axial axis of the magnetic field from the sensor 2 in the relative movement between the sensor 2 and the magnet system 3 can be detected and evaluated.
  • a total of eleven permanent magnets 4 are present, wherein the number of permanent magnets 4 according to the geometry of the permanent magnets 4, in particular their axial length, and the length of the magnet system 3 judges.
  • the permanent magnets 4 have a mechanical guide geometry on the end faces in order to assemble the permanent magnets 4 clearly. This will be explained in more detail in connection with FIG. In Figure 1 it is shown that in this embodiment, the existing permanent magnets 4 are arranged on a support 5.
  • This carrier 5 may for example be a rod, preferably made of a non-magnetic material such as plastic.
  • This carrier 5 terminates either with the respective end face of the two outer permanent magnets 4 or is slightly beyond. The latter will be the case if there is provided in the protruding region a thread on which a nut is screwed, wherein the two nuts are countered at the front end to permanently and immovably set the existing on the carrier 5 permanent magnets 4. With this measure, however, care must be taken that the defined angular displacement in the axial direction is achieved by the permanent magnets 4 arranged on the carrier 5.
  • FIG. 2 shows that a single permanent magnet 4, which is diametrically magnetized, has a mechanical guide geometry on its end faces in order to be able to uniquely assemble the plurality of permanent magnets 4, in particular on the carrier 5.
  • each permanent magnet first, regardless of its mechanical guide geometry, an opening, in particular a bore 6 has. Without a mechanical guide geometry such permanent magnets 4 are fixed on the carrier 5 and glued or clamped in the manner described above on the carrier 5.
  • the permanent magnets have the guide geometry.
  • each permanent magnet 4 has on its one end face a projection 7 and on its other end face a recess 8 corresponding thereto, which are aligned offset from one another. If the individual permanent magnets 4 are successively applied in the axial direction on the carrier 5, in particular the rod, engages a projection 7 of a permanent magnet 4 in the corresponding recess 8 of the other permanent magnet 4, etc. By the offset of the respective projections 7 and the corresponding recesses 8, the defined angular displacement in the axial direction is realized by applying the permanent magnets 4 on the carrier 5, so that this angular displacement results in the assembly of the plurality of individual permanent magnets 4, a rotating about the axial axis of the carrier 5 magnetic field.
  • the projection 7 always at the same point (for example, on the y-axis) on one end face and the corresponding recess 8 to a certain angle relative to the y-axis is arranged offset.
  • a magnetic field rotating about the axial axis of the carrier 5 can thus be generated as a function of the desired length of the magnet system 3 or the desired measuring path. This makes it possible to measure and evaluate the magnetic angle.
  • the magnet system 3 are designed so that the magnetic angle over the entire measuring length (axial length of the magnet system 3) rotates 360 degrees.
  • all permanent magnets 4 regardless of whether with or without mechanical guide geometry on the front sides, are the same.
  • the previously described magnet system 3 can be implemented cost-effectively.
  • This is particularly advantageous in the series production of such magnet systems 3 for sensor devices 1, as this also provides high flexibility.
  • the high flexibility results from the fact that, depending on the axial length of the magnet system 3 and / or depending on the distance to be detected, the permanent magnets 4 can be assembled in a suitable number or arranged on the support 5.
  • the permanent magnets 4 are designed cylindrical, so that they have a round cross-section. This makes it particularly easy to implement the magnetic system 3, since a very good automated handling is given in a round cross-section of the permanent magnets 4.
  • such cylindrical magnet systems 3 can be used very well in a plastic injection molding process, regardless of whether the magnet system 3 is extrusion-coated by a plastic (as external protection) or is inserted into a tool during the extrusion coating process for producing the object to be measured.
  • N north pole of the magnet S: south pole of the magnet

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Abstract

Sensorvorrichtung (1), ausgebildet zur Erfassung einer linearen Bewegung eines Messobjektes, wobei ein Sensor (2) und ein damit zusammenwirkendes Magnetsystem (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetsystem (3) von mindestens zwei, vorzugsweise mehr als zwei diametral magnetisierten und axial zueinander ausgerichteten Permanentmagneten (4) gebildet ist und eine definierte Winkelverschiebung der Permanentmagnete (4) zueinander in axialer Richtung aufweist.

Description

Lineare Wegmessung mit Hilfe eines Magnetsystemes bestehend aus Einzelmagneten
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung, ausgebildet zur Erfassung einer linearen Bewegung eines Messobjektes, wobei ein Sensor und ein damit zusammenwirkendes Magnetsystem vorgesehen ist, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
Eine gattungsgemäße Sensorvorrichtung ist aus der DE 10 2010 053 217 A1 bekannt. Dieser Stand der Technik offenbart eine Sensoranordnung, ausgebildet zur Erfassung der Position eines linear bewegbaren Elementes, wobei die Sensoranordnung einen Magneten sowie ein die Position des Magneten erfassendes Sensorelement aufweist, wobei ein ortsfester Träger vorgesehen ist und der Träger zur Aufnahme des Sensorelementes und zur Aufnahme des linear und relativ zu dem Magneten umfassenden bewegbaren Elementes ausgebildet ist. Bei dieser Sensoranordnung ist lediglich ein einziger mit dem magnetisch sensitiven arbeitenden Sensorelement zusammenwirkender Magnet vorhanden, wobei der Magnet länglich ist und einen eckigen Querschnitt aufweist und der längs seiner Erstreckung diagonal mag- netisiert ist. Dabei ist der Magnet entweder als kunststoffgebundener Magnet ausgebildet oder von einem anisotropen Magnetmaterial gebildet. Damit die Funktionsweise dieser Sensoranordnung realisiert werden kann, ist es erforderlich, dass der Magnet länglich und damit über die gesamte zu erfassende Wegstrecke des Messobjektes ausgebildet ist. In der Praxis hat sich herausgestellt, dass mit einer Sensoranord-
BESTÄTIGUNGSKOPIE nung sehr gut mittellange Wege, insbesondere von wenigen Zentimetern, erfasst werden können. Jedoch hat diese Sensoranordnung den Nachteil, dass eben nur mittellange Wege und damit nicht beliebig lange Wege des Messobjektes erfasst werden können. Außerdem besteht eine Schwierigkeit in der Herstellung des länglichen Magnetes, der sich über die gesamte zu messende Wegstrecke erstreckt, da solche Magnete nur sehr schwierig reproduzierbar zu vertretbaren Kosten herstellbar sind. Insbesondere kunststoffgebundene Magnete und Magnete, die von einem anisotropen Magnetmaterial gebildet sind, lassen sich nicht ohne weiteres und vor allen Dingen nicht zu vertretbaren Kosten, insbesondere in einer Serienproduktion, herstellen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensorvorrichtung bereitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist bzw. eine Alternative darstellt.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Magnetsystem von mindestens zwei, vorzugsweise mehr als zwei diametral magnetisierten Permanentmagneten gebildet ist und eine definierte Winkelverschiebung zueinander in axialer Richtung aufweist. Für die lineare Wegmessung der Bewegung eines Messobjektes wird der Sensor in einem definierten Abstand über das Magnetsystem (oder umgekehrt) bewegt. Der Sensor misst das Magnetfeld, welches durch das Magnetsystem erzeugt wird und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal an eine nachfolgende Auswerteschaltung aus. Das Magnetsystem besteht in erfindungsgemäßer Weise aus mehreren Permanentmagneten, die in entsprechender Anzahl zusammengesetzt werden und in der Anwendung verbaut werden. Die Anzahl der zu verwendenden Permanentmagneten richtet sich nach deren Größe, insbesondere deren axialer Erstreckung, und nach der Wegstrecke, die das Messobjekt zurücklegen kann und erfasst werden soll. Vorzugsweise werden so viele Permanentmagnete zu einem Magnetsystem zusam- mengefasst, so dass die axiale Erstreckung dieses Magnetsystemes der axialen Erstreckung der Wegstrecke entspricht. Darüber hinaus ist es denkbar, dass die Länge des Magnetsystemes auch größer oder kleiner der Wegstrecke, die erfasst werden soll, ist.
Die einzelnen Permanentmagnete werden oder sind diametral magnetisiert und werden derart zusammengefügt, dass durch ihre Anordnung zueinander eine Winkelverschiebung beim Zusammenbau der einzelnen Permanentmagnete entsteht. Daraus resultiert ein sich um die axiale Achse des Magnetsystemes drehendes Magnetfeld. Dadurch ist es möglich, mit dem Sensor den magnetischen Winkel zu messen und auszuwerten. In vorteilhafter Weise sollte das Magnetsystem so ausgelegt werden, dass sich der magnetische Winkel über die gesamte Messlänge (Wegstrecke des Messobjektes) um 360 Grad dreht. Hierbei ist es allerdings ebenso denkbar, dass sich der magnetische Winkel über die gesamte Messlänge mehr als einmal um 360 Grad oder auch weniger als 360 Grad dreht. In solchen Fällen ist es erforderlich, dass die Anzahl der Drehungen des Magnetsystemes um 360 Grad über die gesamte Messlänge gezählt wird, um jederzeit sicherstellen zu können, an welcher Stelle sich das Magnetsystem (und damit das Messobjekt) relativ zu dem Sensor (allgemein relativ zu einem Bezugspunkt) befindet. Ergänzend wird noch darauf hingewiesen, dass bisher davon ausgegangen worden ist, dass der Sensor ortsfest und das Magnetsystem bewegbar angeordnet ist. Die umgekehrte Anordnung ist ebenfalls denkbar. Der Erfindung liegt damit die grundsätzliche Idee zugrunde, in axialer Richtung mehrere Permanentmagnete, die diametral magnetisiert sind, relativ zueinander unbewegbar anzuordnen, so dass durch diese Anordnung der einzelnen Permanentmagnete eine definierte Winkelverschiebung in axialer Richtung realisiert ist. Durch diese Winkelverschiebung dreht sich bei Bewegung des Messobjektes bzw. des Magnetsystemes der magnetische Winkel über eine definierte Messlänge, insbesondere die gesamte Messlänge, um 360 Grad, so dass durch die Winkelverschiebung der Führungsgeometrie somit die Länge des Messsystemes definiert werden kann. Außerdem kann jederzeit aufgrund der Bestimmung des festgestellten magnetischen Winkels eine Aussage darüber getroffen werden, an welcher Stelle sich das Messobjekt relativ in Bezug zu einem Bezugspunkt, vorzugsweise der Einbauort des Sensors, befindet.
Im Folgenden werden verschiedene Realisierungen eines solchen Magnetsystemes vorgestellt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Permanentmagnete mit ihren Stirnseiten zueinander aneinandergefügt, so dass sich die definierte Winkelverschiebung in axialer Richtung ergibt. Dieses Zusammenfügen erfolgt in vorteilhafter Weise durch einen Klebevorgang, so dass sich durch die axiale Anordnung mehrerer Permanentmagnete hintereinander ein stangenförmiges Magnetsystem ergibt.
In einer alternativen Ausgestaltung weisen die Permanentmagnete eine Öffnung auf und sind auf einem Träger angeordnet. Dadurch lassen sich auf einfache Art und Weise in geeigneter Anzahl die Permanentmagnete auf dem Träger anordnen, wobei dabei sicherzustellen ist, dass bei der Anordnung der Permanentmagnete auf dem Träger die definierte Winkelverschiebung der Permanentmagnete in axialer Richtung realisiert ist. Zur einfachen Herstellung solcher Permanentmagnete ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Öffnung in dem Permanentmagnet eine runde Öffnung ist und der Träger als Stange ausgebildet ist. Mit oder nach der Herstellung des eine runde Öffnung ist und der Träger als Stange ausgebildet ist. Mit oder nach der Herstellung des Permanentmagnetes kann die Öffnung vorgesehen werden, die insbesondere nachträglich nach der Herstellung des Permanentmagneten als Bohrung eingebracht wird. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn der Permanentmagnet aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Kunststoffmaterial besteht. Der als Stange ausgebildete Träger lässt sich ebenfalls auf einfache Art und Weise realisieren und kann durch einfaches Abschneiden einer Stange auf die gewünschte Länge, insbesondere die Messlänge, gebracht werden. Auch hierbei ist wieder darauf zu achten, dass die einzelnen Permanentmagnete die definierte Winkelverschiebung in axialer Richtung aufweisen, wenn sie auf dem Träger angeordnet sind. Dazu ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Permanentmagnete auf dem Träger verspannt unbewegbar zueinander angeordnet sind. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die mehreren Permanentmagnete in der definierten Winkelverschiebung in axialer Richtung zueinander auf dem Träger angeordnet werden und die beiden Permanentmagnete am Anfang und am Ende des Trägers unter axialem Druck auf die anderen Permanentmagnete auf der Stange festgelegt, beispielsweise verklebt, werden. Alternativ dazu ist es denkbar, am Anfang und am Ende der Stange ein Außengewinde aufzubringen, so dass dort entweder ein Permanentmagnet und/oder ein zusätzliches Element (zum Beispiel eine Mutter) aufgeschraubt werden, nachdem die einzelnen Permanentmagnete in ihrer lagerichtigen Position auf der Stange angeordnet worden sind, um diese damit auf dem Träger verspannt unbewegbar zueinander anzuordnen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Permanentmagnete auf dem Träger, insbesondere der Stange, verklebt. Damit steht eine besonders einfache Möglichkeit zur Verfügung, um die Permanentmagnete lagerichtig auf dem Träger dauerhaft anzuordnen und unbewegbar zueinander zu befestigen, um das Magnetsystem realisieren zu können. Dabei kann daran gedacht werden, einen ersten Permanentmagnet auf dem Träger zu verkleben und abzuwarten, bis der Kleber ausgehärtet ist. Danach wird der nächste Permanentmagnet aufgeklebt und wiederum abgewartet, bis der Klebstoff ausgehärtet ist. Dieses Vorgehen wird so lange durchgeführt, bis das gesamte Magnetsystem fertig ist, das heißt bis alle Permanentmagnete lagerichtig auf dem Träger angeordnet sind. Um alternativ das Verfahren zu beschleunigen, kann daran gedacht werden, mit geeigneten Maßnahmen alle Permanentmagnete (oder gruppenweise) auf dem Träger anzuordnen und dann in einem einzigen Schritt diese auf dem Träger zu verkleben. Dies hat den Vorteil, dass alle Permanentmagnete auf dem Träger lagerichtig angeordnet werden können und dann, wenn sichergestellt ist, dass die einzelnen Permanentmagnete eine definierte Winkelverschiebung in axialer Richtung aufweisen, der Kleber aktiviert und damit die einzelnen Magnete unbewegbar zueinander und dauerhaft auf dem Träger festgelegt werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Magnetsystem mit Kunststoff umspritzt. Nachdem die Permanentmagnete auf dem Träger lagerichtig festgesetzt worden sind, kann, aber muss nicht, das Magnetsystem mit einem Kunststoff umspritzt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Permanentmagnete vor äußeren Einflüssen geschützt sind. Von ganz besonderem Vorteil ist es, wenn das Magnetsystem Bestandteil des Messobjektes wird und in diesem vorzugsweise durch Kunststoffumspritzung integriert ist. Das bedeutet, dass mit Herstellung des Messobjektes oder einem Teil des Messobjektes das Magnetsystem in diesem schon integriert werden kann, so dass weitere Herstellungsschritte zur separaten Realisierung des Magnetsystemes entfallen können.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die einzelnen Permanentmagnete eine mechanische Führungsgeometrie aufweisen, die im Folgenden anhand der Figuren 1 und 2 unter Bezugnahme auf weitere Unteransprüche beschrieben und näher erläutert werden.
Figur 1 zeigt, soweit im Einzelnen dargestellt, eine Sensorvorrichtung 1 , die (zumindest) einen Sensor 2 und ein Magnetsystem 3 umfasst. Das Magnetsystem 3 erstreckt sich in axialer Richtung und kann an dem Sensor 2 vorbeibewegt werden. Der Sensor 2, beispielsweise ein Hall-Element, ist ortsfest, wobei in diesem Fall das Magnetsystem 3 relativ zu dem ortsfesten Sensor 2 bewegbar ist. Ebenso ist es umgekehrt denkbar, dass das Magnetsystem 3 ortsfest ist und der Sensor 2, der sich dann an dem Messobjekt befindet, relativ zu dem Magnetsystem 3 bewegt werden kann.
In Figur 1 ist die grundsätzliche Ausgestaltung der Erfindung erkennbar, dass nämlich zwei oder mehr als zwei Permanentmagnete 4 vorhanden sind. Dabei ist es ebenfalls erfindungswesentlich, dass die zwei oder mehr als zwei Permanentmagnete 4 diametral magnetisiert sind und eine definierte Winkelverschiebung zueinander in axialer Richtung aufweisen, so dass sich dadurch ein um die axiale Achse drehendes Magnetfeld ergibt, das von dem Sensor 2 bei der relativen Bewegung zwischen dem Sensor 2 und dem Magnetsystem 3 erfasst und ausgewertet werden kann. In Figur 1 ist erkennbar, dass insgesamt elf Permanentmagnete 4 vorhanden sind, wobei sich die Anzahl der Permanentmagnete 4 nach der Geometrie der Permanentmagnete 4, insbesondere deren axialer Länge, und der Länge des Magnetsystemes 3 richtet. In Figur 1 ist noch nicht dargestellt, dass die Permanentmagnete 4 eine mechanische Führungsgeometrie an den Stirnseiten aufweisen, um die Permanentmagnete 4 eindeutig zusammenbauen zu können. Dies wird in Zusammenhang mit Figur 2 noch näher erläutert. In Figur 1 ist gezeigt, dass bei diesem Ausführungsbeispiel die vorhandenen Permanentmagnete 4 auf einem Träger 5 angeordnet sind. Dieser Träger 5 kann beispielsweise eine Stange, vorzugsweise aus einem nicht magnetischen Material wie Kunststoff, hergestellt sein. Dieser Träger 5 schließt entweder mit der jeweiligen Stirnseite der beiden äußeren Permanentmagnete 4 ab oder steht etwas darüber hinaus. Letztgenanntes wird dann der Fall sein, wenn dort in dem überstehenden Bereich ein Gewinde vorgesehen ist, auf das eine Mutter aufgeschraubt wird, wobei die beiden Muttern am stirnseitigen Ende gekontert werden, um die auf dem Träger 5 vorhandenen Permanentmagnete 4 dauerhaft und unbewegbar zueinander festzulegen. Bei dieser Maßnahme ist allerdings darauf zu achten, dass die definierte Winkelverschiebung in axialer Richtung durch die auf dem Träger 5 angeordneten Permanentmagnete 4 erzielt wird.
In Figur 2 ist dargestellt, dass ein einzelner Permanentmagnet 4, der diametral mag- netisiert ist, eine mechanische Führungsgeometrie an seinen Stirnseiten hat, um die mehreren Permanentmagnete 4 eindeutig zusammenbauen, insbesondere auf dem Träger 5, festlegen zu können. So ist in Figur 2, wie auch im zugehörigen Unteranspruch, angegeben und ersichtlich, dass jeder Permanentmagnet zunächst, unabhängig von seiner mechanischen Führungsgeometrie, eine Öffnung, insbesondere eine Bohrung 6 aufweist. Ohne eine mechanische Führungsgeometrie werden solche Permanentmagnete 4 auf dem Träger 5 festgelegt und in der vorstehend beschriebenen Weise auf dem Träger 5 verklebt oder verspannt. Ergänzend oder alternativ dazu können, müssen aber nicht, die Permanentmagnete die Führungsgeometrie aufweisen. Diese ist in vorteilhafter Weise dadurch realisiert, dass jeder Permanentmagnet 4 auf seiner einen Stirnseite einen Vorsprung 7 und auf seiner anderen Stirnseite eine damit korrespondierende Ausnehmung 8 aufweist, die zueinander versetzt ausgerichtet sind. Werden die einzelnen Permanentmagnete 4 nacheinander in axialer Richtung auf dem Träger 5, insbesondere die Stange, aufgebracht, greift ein Vorsprung 7 des einen Permanentmagneten 4 in die korrespondierende Ausnehmung 8 des anderen Permanentmagneten 4 usw. Durch den Versatz der jeweiligen Vorsprünge 7 und der korrespondierenden Ausnehmungen 8 wird mit Aufbringen der Permanentmagnete 4 auf dem Träger 5 die definierte Winkelverschiebung in axialer Richtung realisiert, so dass durch diese Winkelverschiebung beim Zusammenbau der mehreren einzelnen Permanentmagnete 4 ein sich um die axiale Achse des Trägers 5 drehendes Magnetfeld ergibt. So ist zur Realisierung des Versatzes zweier Permanentmagnete 4 zueinander vorgesehen, dass (bei Betrachtung der Figur 2) zum Beispiel der Vorsprung 7 immer an der gleichen Stelle (zum Beispiel auf der y-Achse) auf der einen Stirnseite und die korrespondierende Ausnehmung 8 um einen bestimmten Winkel gegenüber der y-Achse versetzt angeordnet ist. Durch geeignete Wahl des Winkelversatzes von Vorsprung 7 und Ausnehmung 8 eines jeweiligen Permanentmagneten 4 kann somit in Abhängigkeit der gewünschten Länge des Magnetsystemes 3 bzw. der gewünschten Messstrecke ein sich um die axiale Achse des Trägers 5 drehendes Magnetfeld erzeugt werden. Dadurch ist es möglich, den magnetischen Winkel zu messen und auszuwerten. In besonders vorteilhafter Weise kann, muss aber nicht, das Magnetsystem 3 so ausgelegt werden, dass sich der magnetische Winkel über die gesamte Messlänge (axiale Länge des Magnetsystemes 3) um 360 Grad dreht. Von ganz besonderem Vorteil ist es, wenn alle Permanentmagnete 4, egal ob mit oder ohne mechanische Führungsgeometrie an den Stirnseiten, gleichgestaltet sind. Dadurch lässt sich kostengünstig das zuvor beschriebene Magnetsystem 3 realisieren. Dies ist insbesondere bei der Serienproduktion solcher Magnetsysteme 3 für Sensorvorrichtungen 1 von Vorteil, da dadurch auch eine hohe Flexibilität gegeben ist. Die hohe Flexibilität resultiert daraus, dass in Abhängigkeit der axialen Länge des Magnetsystemes 3 und/oder in Abhängigkeit der Wegstrecke, die erfasst werden soll, in geeigneter Anzahl die Permanentmagnete 4 zusammengefügt bzw. auf dem Träger 5 angeordnet werden können. Weiterhin ist es von besonderem Vorteil, wenn die Permanentmagnete 4 zylinderförmig gestaltet sind, so dass sie einen runden Querschnitt aufweisen. Hierdurch ist es besonders einfach, das Magnetsystem 3 zu realisieren, da bei einem runden Querschnitt der Permanentmagnete 4 eine sehr gute automatisierte Handhabbarkeit gegeben ist. Außerdem lassen sich solche zylinderförmigen Magnetsysteme 3 sehr gut in einem Kunststoffspritzgussverfahren einsetzen, egal ob das Magnetsystem 3 eigenständig von einem Kunststoff (als äußeren Schutz) umspritzt ist oder beim Umspritzvorgang zur Herstellung des Messobjektes mit in ein Werkzeug eingelegt wird.
Wenn alle einzelnen Permanentmagnete dieselben mechanischen Abmessungen und magnetischen Eigenschaften aufweisen, können dadurch alle Permanentmagnete zur Realisierung des Magnetsystemes 3 als Gleichteil verwendet werden, wodurch eine sehr hohe Kostenersparnis gegeben ist. Bezugszeichenliste
1. Sensorvorrichtung
2. Sensor
3. Magnetsystem
4. Permanentmagnet
5. Träger
6. Bohrung
7. Vorsprung
8. Ausnehmung
X: X-Achse
Y: Y-Achse
N: Nordpol des Magneten S: Südpol des Magneten

Claims

Lineare Wegmessung mit Hilfe eines Magnetsystemes bestehend aus Einzelmagneten Patentansprüche
1. Sensorvorrichtung (1 ), ausgebildet zur Erfassung einer linearen Bewegung eines Messobjektes, wobei ein Sensor (2) und ein damit zusammenwirkendes Magnetsystem (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetsystem (3) von mindestens zwei, vorzugsweise mehr als zwei diametral magnetisierten und axial zueinander ausgerichteten Permanentmagneten (4) gebildet ist und eine definierte Winkelverschiebung der Permanentmagnete 4 zueinander in axialer Richtung aufweist.
2. Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (4) mit ihren Stirnseiten zueinander aneinandergefügt sind.
3. Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (4) eine Öffnung aufweisen und auf einem Träger (5) angeordnet sind.
4. Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung eine runde Öffnung, insbesondere eine Bohrung (6), ist und der Träger (5) als Stange, insbesondere eine Kunststoffstange, ausgebildet ist.
5. Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (4) auf dem Träger (5) verspannt unbewegbar zueinander angeordnet sind.
6. Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (4) auf dem Träger (5) verklebt angeordnet sind.
7. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetsystem (3) mit Kunststoff umspritzt ist.
8. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Permanentmagnet (4) auf seiner einen Stirnseite einen Vorsprung (7) und auf seiner anderen Stirnseite eine damit korrespondierende Ausnehmung (8) aufweist, die zueinander versetzt ausgerichtet sind.
9. Sensorvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Permanentmagnete (4) als Gleichteile ausgebildet sind.
10. Sensorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (4) zylinderförmig gestaltet sind.
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