WO2017178376A1 - Position sensor device - Google Patents

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WO2017178376A1
WO2017178376A1 PCT/EP2017/058419 EP2017058419W WO2017178376A1 WO 2017178376 A1 WO2017178376 A1 WO 2017178376A1 EP 2017058419 W EP2017058419 W EP 2017058419W WO 2017178376 A1 WO2017178376 A1 WO 2017178376A1
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Steffen Hoppe
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Hella Kgaa Hueck & Co.
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Abstract

The invention relates to a position sensor device (2), which comprises two magnetic circuits (26, 28), a magnet (18), a sensor (20), a reference guide plate (16), and two measurement guide plates (10, 12), wherein the first magnetic circuit is a reference circuit (28) and the second magnetic circuit is a measurement circuit (26). In order to describe a position sensor device (2) that is extensively insensitive to environmental influences and to changes to the material properties of the position sensor device (2) itself, the magnet (18) is designed as an easily magnetizable magnet and the sensor (20) is designed as a magnetic field line direction sensor, wherein the magnet (18) and the sensor (20) are each part of both magnetic circuits (26, 28). The reference circuit (28) additionally comprises the reference guide plate (16) and the measurement circuit (26) additionally comprises the measurement guide plates (10, 12) and a measurement gap (14) is formed between the two measurement guide plates (10, 12). Variations of the width of the measurement gap (14) lead to a change in the distribution of the field lines (22) between the reference circuit (28) and measurement circuit (26) and can be converted into an electrical output signal by means of a sensor (20) which measures the field line direction (24).

Description

Wegsensorvorrichtung  Displacement sensor device
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wegsensorvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. The present invention relates to a displacement sensor device referred to in the preamble of claim 1 Art.
Derartige Wegsensorvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Such displacement sensor devices are already known from the prior art.
Beispielsweise ist aus der US 3,329,012 ein Differenzwegsensor in Form einer Drehmomentsensoreinheit bekannt. Dabei werden zwei Drehscheiben mit sich überlappenden Schlitzen durch den konstant breiten Luftspalt eines magnetischen Kreises eines Differentialübertragers rotiert. Je nach dem Überlappungsgrad der Schlitze wird der magnetische Kreis entsprechend beeinflusst und so auf das Drehmoment geschlossen. Dabei führt der Grad der Überdeckung zu einem veränderten magnetischen Widerstand, der wiederum eine Wechselspannung mit variabler Amplitude beeinflusst, welche als elektrisches Signal ausgewertet wird. For example, from US 3,329,012 a differential travel sensor in the form of a torque sensor unit is known. In this case, two turntables with overlapping slots are rotated by the constant wide air gap of a magnetic circuit of a differential transformer. Depending on the degree of overlap of the slots, the magnetic circuit is influenced accordingly and thus closed to the torque. In this case, the degree of overlap leads to an altered magnetic resistance, which in turn influences an alternating voltage with variable amplitude, which is evaluated as an electrical signal.
Die bekannte Sensorik benötigt üblicherweise hochwertige Materialien, also Materialien mit einem geringen magnetischen Widerstand. Aufgrund der Messung von absoluten magnetischen Größen besteht auch eine Anfälligkeit für Umgebungseinflüsse, wie beispielsweise Temperaturschwankungen, oder für die Alterung des Magneten. The known sensors usually require high-quality materials, ie materials with a low magnetic resistance. Due to the measurement of absolute magnetic quantities, there is also a susceptibility to environmental influences, such as temperature fluctuations, or to the aging of the magnet.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wegsensorvorrichtung anzugeben, die weitestgehend unempfindlich gegen Umgebungseinflüsse und Änderungen der Stoffeigenschaften der Wegsensorvorrichtung selbst ist. Weiterhin soll es möglich sein, auch weniger hochwertige Materialien, also Materialien mit höheren magnetischen Widerständen, zu verwenden. Hierdurch sollen sowohl Kostenvorteile als auch eine Verbesserung anderer Parameter, wie beispielsweise Festigkeit und Zähigkeit, erreicht werden. Diese Aufgabe wird durch eine Wegsensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 9 betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. The present invention has for its object to provide a displacement sensor device which is largely insensitive to environmental influences and changes in the material properties of the displacement sensor device itself. Furthermore, it should be possible to use less high-quality materials, ie materials with higher magnetic resistances. This should be both cost advantages and an improvement of other parameters, such as strength and toughness, can be achieved. This object is achieved by a displacement sensor device having the features of claim 1. The dependent claims 2 to 9 relate to advantageous developments of the invention.
Zwar ist aus der US 9,207,100 B2 bereits ein Positionssensor unter Verwendung einer Magnetfeldlinienrichtungsauswertung bekannt. Jedoch handelt es sich hier um einen partiell unterschiedlich magnetisierten Permanentmagnet, der bewegt wird. Anhand der unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen entlang des Magneten kann mittels der Auswertung der Magnetfeldlinienrichtung auf die Position des Permanentmagneten und damit des sich bewegenden Teils einer Vorrichtung geschlossen werden. Although a position sensor using a magnetic field line direction evaluation is already known from US Pat. No. 9,207,100 B2. However, this is a partially differently magnetized permanent magnet, which is moved. On the basis of the different magnetization directions along the magnet can be closed by means of the evaluation of the magnetic field line direction on the position of the permanent magnet and thus the moving part of a device.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Wegsensorvorrichtung liegt demgegenüber insbesondere darin, dass einfachere und damit kostengünstigere Magnete verwendet werden können. Es sind keine komplexen Magnete mit partiell unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen erforderlich. Auch sind die aus dem vorgenannten Stand der Technik bekannten Permanentmagnete nicht biegbar, was eine Applikation derartiger Magnete erschwert oder die Messtechnik für bestimmte Messaufgaben überhaupt nicht anwendbar macht. In contrast, a significant advantage of the displacement sensor device according to the invention is in particular that simpler and therefore less expensive magnets can be used. There are no complex magnets with partially different magnetization directions required. Also, the known from the aforementioned prior art permanent magnets are not bendable, which makes it difficult application of such magnets or makes the measurement technology for certain measurement tasks not applicable at all.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, dass der Magnet als ein Permanentmagnet ausgebildet ist. Permanentmagnete sind kostengünstiger als Elektromagnete. Darüber hinaus entfallen elektrische Zuleitungen und die Versorgung mit elektrischem Strom. Gerade der Wegfall der elektrischen Zuleitungen erlaubt Applikationen unter schwierigen Einbau- u. Betriebsbedingungen, wie diese beispielsweise bei oder in der Nähe von sich drehenden oder bewegten Teilen im Allgemeinen vorliegen. Ein weiterer Vorteil ist die insgesamt geringere Stromaufnahme des Sensors, weil die sonst erforderliche Energie zum Erzeugen eines Magnetfeldes nicht benötigt wird. An advantageous development of the teaching according to the invention provides that the magnet is designed as a permanent magnet. Permanent magnets are cheaper than electromagnets. In addition, eliminates electrical leads and the supply of electrical power. Just the elimination of electrical leads allows applications under difficult installation u. Operating conditions, such as those at or near rotating or moving parts in general. Another advantage is the overall lower power consumption of the sensor, because the otherwise required energy for generating a magnetic field is not needed.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Magnet, der Sensor und das Referenzleitblech zueinander ortsfest ausgebildet sind. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Bedingungen im Referenzkreis während des Betriebs im Wesentlichen gleich bleiben. Sich ändernde Verhältnisse im Referenzkreis müssten ansonsten bei der nachfolgenden Auswertung der Messsignale berücksichtigt werden. Another advantageous embodiment provides that the magnet, the sensor and the Referenzleitblech are mutually stationary. This ensures that the conditions in the reference circuit during operation substantially stay the same. Changing conditions in the reference circle would otherwise have to be taken into account in the subsequent evaluation of the measurement signals.
Unter Referenz-, Kopplungs- und Messleitblechen sind dabei nicht nur tatsächliche Bleche zu verstehen. Auch andere, die Funktion der Bündelung von magnetischen Feldlinien erzielende Ausbildungsformen sind darunter zu verstehen. Der Begriff„Leitblech" hat sich dafür in der Technik eingebürgert. Reference, coupling and measuring baffles are not just actual plates. Other forms of training which achieve the function of bundling magnetic field lines are also to be understood here. The term "baffle" has become naturalized in the art.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, dass in dem Messkreis zusätzlich zwei Kopplungsleitbleche angeordnet sind, von denen jeweils eines magnetisch zwischen einem der zwei Messleitbleche und den übrigen Komponenten des Messkreises angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine noch bessere Führung der magnetischen Feldlinien erreicht, so dass Störeinflüsse durch die Umgebung weiter vermindert sind. Besonders vorteilhaft ist eine ortsfeste Anordnung der Kopplungsleitbleche, so dass sich die Kopplungsleitbleche nicht bewegen, wenn es zu einer Bewegung der Messleitbleche kommt. Hierdurch ist der konstruktive Aufbau und die magnetische Auslegung weiter vereinfacht. A further advantageous development of the teaching of the invention provides that in the measuring circuit additionally two Kopplungsleitbleche are arranged, one of which is arranged magnetically between one of the two Messleitbleche and the other components of the measuring circuit. In this way, an even better leadership of the magnetic field lines is achieved, so that interference by the environment are further reduced. Particularly advantageous is a stationary arrangement of the coupling baffles, so that the coupling baffles do not move when it comes to a movement of Messleitbleche. As a result, the structural design and the magnetic design is further simplified.
Grundsätzlich ist die Verwendung eines einzigen Sensors ausreichend. Zwecks Redundanz kann in beiden magnetischen Kreisen zusätzlich zu dem Sensor ein weiterer Magnetfeldlinienrichtungssensor angeordnet sein. Dies empfiehlt sich insbesondere bei sicherheitsrelevanten Anwendungen. Eine Steigerung der Sicherheit ist darüber hinaus dadurch möglich, dass ein Magnetfeldlinienrichtungssensor anderer Bauart verwendet wird und/oder der weitere Magnetfeldlinienrichtungssensor relativ zu dem anderen Magnetfeldlinienrichtungssensor an anderer Stelle in der Wegsensorvorrichtung angeordnet ist. Weiterhin ist es auch möglich mehr als zwei Sensoren zu verwenden, um besondere Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Basically, the use of a single sensor is sufficient. For redundancy, in addition to the sensor, a further magnetic field line direction sensor may be arranged in both magnetic circuits. This is particularly recommended for safety-relevant applications. An increase in safety is moreover possible by using a magnetic field line direction sensor of a different type and / or by arranging the further magnetic field line direction sensor relative to the other magnetic field line direction sensor elsewhere in the position sensor device. Furthermore, it is also possible to use more than two sensors to meet special safety requirements.
Die Ausbildung des Messspalts zwischen den beiden Messleitblechen ist grundsätzlich nach Art, Ausdehnung und Anordnung in weiten Grenzen wählbar. Dies gilt auch bei länglichen Spalten. Ist der Messspalt dabei helixförmig ausgebildet, lässt sich eine möglichst große Relativverschiebung und somit ein möglichst großes Ausgangssignal erreichen. Je mehr der Spalt orthogonal zur Bewegungsrichtung der Messleitbleche verläuft, desto größer ist das Ausgangssignal. The design of the measuring gap between the two Messleitblechen is basically selectable by type, extent and arrangement within wide limits. This also applies to oblong columns. If the measuring gap is of helical design, the largest possible relative displacement and thus the largest possible output signal can be achieved to reach. The more the gap is orthogonal to the direction of movement of the measuring baffles, the greater the output signal.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, dass das Referenzleitblech zweiteilig ausgebildet ist und beide Teile durch einen Referenzspalt getrennt sind, wobei die Breite des Referenzspalts mit der Breite des Messspalts in einer Nulllage der Wegsensorvorrichtung übereinstimmt. Unter Nulllage ist dabei die Lage der Wegsensorvorrichtung zu verstehen, bei der eine, beispielsweise baulich, definierte Breite des Messspalts vorliegt, die als„normal" bewertet ist. Abweichungen von dieser Breite, also ein demgegenüber schmalerer oder breiterer Messspalt, führen zu einer Stärkung der magnetischen Feldlinien über den Messkreis oder über den Referenzkreis und dadurch zu einer Veränderung der summierten Feldlinienrichtung in dem Sensor bzw. den Sensoren, was zu einem entsprechenden Ausgangssignal führt. Durch einen Referenzspalt in dem Referenzleitblech ist eine weitere Angleichung der magnetischen Bedingungen in beiden magnetischen Kreisen in der Nulllage und damit eine verbesserte Anpassung von Referenz- und Messkreis ermöglicht. Dies wirkt sich beispielsweise vorteilhaft bei Schwankungen in der Umgebungstemperatur aus. A particularly advantageous development of the teaching according to the invention provides that the reference guide plate is formed in two parts and both parts are separated by a reference gap, wherein the width of the reference gap coincides with the width of the measuring gap in a zero position of the path sensor device. By "zero position" is meant the position of the displacement sensor device in which there is a defined width, for example, of the measuring gap, which is rated as "normal." Deviations from this width, ie a narrower or wider measuring gap, lead to a strengthening of the magnetic field lines across the measuring circle or over the reference circle and thereby to a change in the summed field line direction in the sensor or the sensors, resulting in a corresponding output signal.A reference gap in the Referenzleitblech is a further approximation of the magnetic conditions in both magnetic circuits in Zero position and thus an improved adjustment of reference and measuring circuit allows, for example, this has an advantageous effect in case of fluctuations in the ambient temperature.
Die Wegsensorvorrichtung lässt sich grundsätzlich auch für die Messung von Absolutwegen oder Absolutwinkeln verwenden. Dies wäre der Fall, wenn lediglich eines der Messleitbleche beweglich ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung der Wegsensorvorrichtung als eine Differenzwegsensorvorrichtung, also dass beide Messleitbleche zueinander und zum Rest der Wegsensorvorrichtung beweglich ausgebildet sind. Oft müssen gerade sehr kleine Relativbewegungen zwischen zwei Bauteilen detektiert werden, die sich jeweils in einem größeren Längen- oder Winkelbereich bewegen. Hierfür ist die vorgeschlagene Wegsensorvorrichtung besonders gut geeignet, da die Gleichbewegung der beiden Bauteile und damit der beiden Messleitbleche das Messergebnis im Wesentlichen nicht beeinflusst, wenn der Magnet, der Sensor oder die Sensoren und die Leitbleche derart aufeinander abgestimmt ausgebildet und angeordnet sind, dass eine Bewegung der Messleitbleche in gleicher Richtung und betragsgleich zu keiner Änderung der Breite des Messspalts führt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, dass eine Vorrichtung eine Wegsensorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist, wobei mindestens eines der Messleitbleche mechanisch mit dem mindestens einem beweglichen Teil gekoppelt ist. Entsprechend wäre es denkbar, dass lediglich ein Messleitblech mit einem bewegten Teil oder dass alle beide Messleitbleche mit jeweils einem beweglichen Teil gekoppelt ist. The way sensor device can basically also be used for the measurement of absolute paths or absolute angles. This would be the case if only one of the Meßleitbleche is designed to be movable. Particularly advantageous is the design of the travel sensor device as a differential travel sensor device, so that both Messleitbleche each other and the rest of the travel sensor device are designed to be movable. Often very small relative movements between two components must be detected, each moving in a greater length or angle range. For this purpose, the proposed displacement sensor device is particularly well suited, since the same motion of the two components and thus the two Meßleitbleche not substantially affect the measurement result when the magnet, the sensor or sensors and the baffles are designed and arranged coordinated with each other such that a movement the Meßleitbleche leads in the same direction and the same amount to no change in the width of the measuring gap. A further object of the invention is that a device has a displacement sensor device according to one of claims 1 to 9, wherein at least one of the Meßleitbleche is mechanically coupled to the at least one movable part. Accordingly, it would be conceivable that only one Meßleitblech with a moving part or that both Messleitbleche is each coupled to a movable part.
Anhand der beigefügten, grob schematischen Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt: Reference to the accompanying, rough schematic drawings, the invention will be explained in more detail below. Showing:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in einer teilweisen perspektivischen Ansicht; 1 shows a first embodiment in a partial perspective view.
Fig. 2 das erste Ausführungsbeispiel in einer weiteren perspektivischen Ansicht; Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels; Fig. 4 ein elektrisches Vergleichsschaltbild; 2 shows the first embodiment in a further perspective view. 3 is a simplified representation of the first embodiment; 4 shows an electrical comparison circuit diagram;
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel in ähnlicher Darstellung wie in Fig. 3; 5 shows a second embodiment in a similar representation as in Fig. 3.
Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel in einer teilweisen perspektivischen Ansicht und Fig. 6 shows a third embodiment in a partial perspective view and
Fig. 7 ein viertes Ausführungsbeispiel in einer vereinfachten Darstellung. Im Nachfolgenden wird die erfindungsgemäße Wegsensorvorrichtung anhand der Fig. 1 bis 7 näher erläutert. Fig. 7 shows a fourth embodiment in a simplified representation. In the following, the path sensor device according to the invention will be explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 7.
Gleiche oder gleichwirkende Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Identical or equivalent components are denoted by the same reference numerals.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 teilweise dargestellt, bei der zwei Kolben 4 und 6 der nicht näher dargestellten Vorrichtung 1 entlang einer gedachten Achse hin und her bewegbar sind, was durch einen Doppelpfeil 8 versinnbildlicht ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel können sich die beiden Kolben 4 und 6 jeweils entlang der durch den Doppelpfeil 8 symbolisierten Achse bewegen. Die Kolben 4 und 6 sind jeweils mit einem Messleitblech 10 und 12 mechanisch gekoppelt. In dem Beispiel ist das Messleitblech 10 am Kolben 4 und das Messleitblech 12 am Kolben 6 fixiert. Zwischen den Messleitblechen 10 und 12 befindet sich ein Messspalt 14, der helixformig ausgebildet ist und längs des helixförmigen Verlaufs eine konstante Breite b aufweist. Ein Referenzleitblech 16 ist ebenfalls erkennbar. Die Leitbleche 10, 12 und 16 sind dabei Teil einer erfindungsgemäßen Wegsensorvorrichtung, die nachfolgend näher erläutert wird. In Fig. 1, a device 1 is partially shown, in which two pistons 4 and 6 of the device 1, not shown, are reciprocally movable along an imaginary axis, which is symbolized by a double arrow 8. In this embodiment, the two pistons 4 and 6 can each move along the symbolized by the double arrow 8 axis. The pistons 4 and 6 are each mechanically coupled to a Meßleitblech 10 and 12. In the example, the measuring guide plate 10 is fixed on the piston 4 and the measuring guide plate 12 on the piston 6. Between the Messleitblechen 10 and 12 is a measuring gap 14 which is formed helixformig and along the helical course has a constant width b. A reference baffle 16 is also recognizable. The baffles 10, 12 and 16 are part of a Wegsensorvorrichtung invention, which will be explained in more detail below.
Fig. 2 zeigt die Vorrichtung 1 in vergleichbarer Darstellung, jedoch in einer anderen Betriebslage als in Fig. 1 . Die Kolben 4 und 6 wurden längs des Doppelpfeils 8 aufeinander zubewegt, so dass die Messleitbleche 10 und 12 im Vergleich zur Betriebslage in Fig. 1 einander angenähert worden sind. Die Breite b des Messspalts 14 ist entsprechend reduziert. Fig. 2 shows the device 1 in a comparable representation, but in a different operating position than in Fig. 1st The pistons 4 and 6 were moved towards each other along the double arrow 8, so that the Meßleitbleche 10 and 12 have been compared to the operating position in Fig. 1 to each other. The width b of the measuring gap 14 is reduced accordingly.
In Fig. 3 ist die Wegsensorvorrichtung 2 der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung 1 grob schematisch dargestellt. Die Wegsensorvorrichtung 2 ist in dem ersten Ausführungsbeispiel als Differenzwegsensorvorrichtung ausgebildet. Neben den bereits in den Fig. 1 und 2 erkennbaren Leitblechen 10, 12 und 16 zeigt Fig. 3 auch einen als Permanentmagnet ausgebildeten Magneten 18 und einen als zweidimensionaler Hallsensor ausgebildeten Sensor 20. Die magnetischen Feldlinien sind hier durch Linien 22 symbolisiert. Allgemein gilt: In Fig. 3, the displacement sensor device 2 of the device 1 shown in Figs. 1 and 2 is roughly schematically illustrated. The path sensor device 2 is formed in the first embodiment as Differenzwegsensorvorrichtung. In addition to the baffles 10, 12 and 16 already discernible in FIGS. 1 and 2, FIG. 3 also shows a magnet 18 designed as a permanent magnet and a sensor 20 designed as a two-dimensional Hall sensor. The magnetic field lines are symbolized here by lines 22. In general:
Der Raum, in dem ein Magnet Kraftwirkungen ausübt, wird als magnetisches Feld bezeichnet. Die magnetischen Feldlinien zeigen in einem magnetischen Feld die Richtung der wirkenden Kraft an. The space in which a magnet exerts force is known as the magnetic field. The magnetic field lines indicate the direction of the acting force in a magnetic field.
Der Magnet 18, der Sensor 20 und das Referenzleitblech 16 sind an der Vorrichtung 1 fixiert, so dass diese sich bei einer Bewegung der in Fig. 3 nicht dargestellten Kolben 4 und 6 nicht bewegen, sondern ortsfest sind. The magnet 18, the sensor 20 and the Referenzleitblech 16 are fixed to the device 1, so that they do not move during a movement of the pistons 4 and 6, not shown in FIG. 3, but are stationary.
Die Wegsensorvorrichtung 2 ist von der Konstruktion und der Materialauswahl derart abgestimmt, dass in der in Fig. 3 gezeigten Nulllage, also bei der aus Fig. 3 ersichtlichen Breite b des Messspalts 14, die durch den Sensor 20 erfassbare summierte Feldlinienrichtung in der Blattebene nach rechts zeigt. Siehe hierzu Pfeil 24, der die summierte Feldlinienrichtung 24 versinnbildlicht. Die dargestellte summierte Feldlinienrichtung 24 ist rein exemplarisch; jede andere summierte Feldlinienrichtung 24 wäre für die Nulllage ebenfalls wählbar. Je nach Applikation oder Messbereich wird der Fachmann die Nulllage festlegen. The displacement sensor device 2 is matched to the design and the material selection such that in the zero position shown in FIG. 3, that is to say the width b of the measuring gap 14 shown in FIG. 3, the summed field line direction detectable by the sensor 20 moves to the right in the plane of the page shows. See arrow 24, which symbolizes the summed field line direction 24. The illustrated summed field line direction 24 is purely exemplary; any other summed field line direction 24 would also be eligible for the null position. Depending on the application or measuring range, the specialist will determine the zero position.
Werden nun die Messleitbleche 10 und 12 durch eine Bewegung der Kolben 4 und 6 entlang des Doppelpfeils 8 aufeinander zu bewegt, verringert sich die Breite b des Messspalts 14. Siehe auch die Fig. 1 und 2. Dadurch verringert sich auch der magnetische Widerstand des mit Umgebungsluft gefüllten Messspalts 14. Die magnetischen Feldlinien 22 entlang des Messkreises 26 -der den Magnet 18, den Sensor 20, die Messleitbleche 10 und 12 sowie den Messspalt 14 umfasst- werden im Vergleich zu den magnetischen Feldlinien 22 entlang des Referenzkreises 28 -der den Magnet 18, den Sensor 20 und das Referenzleitblech 16 umfasst- stärker. Die summierte Feldlinienrichtung 24 würde in diesem Fall in der Blattebene nach rechts oben verlaufen. Dies wird durch den Sensor 20 erkannt und in ein entsprechendes Ausgangssignal umgewandelt. Im anderen Fall, also wenn die Breite b des Messspalts 14 durch die Bewegung der Kolben 4 und 6 vergrößert wird, werden die magnetischen Feldlinien 22 entlang des Messkreises 26 im Vergleich zu den magnetischen Feldlinien 22 entlang des Referenzkreises 28 geschwächt, was dazu führt, dass die summierte Feldlinienrichtung 24 in der Blattebene nach rechts unten verlaufen würde; gefolgt von einem entsprechenden Ausgangssignal des Sensors 20. Now, if the Meßleitbleche 10 and 12 moves toward each other by a movement of the pistons 4 and 6 along the double arrow 8, the width b of the measuring gap 14 is reduced. See also Figs. 1 and 2. This also reduces the magnetic resistance of the The magnetic field lines 22 along the measuring circle 26 -the magnet 18, the sensor 20, the Meßleitbleche 10 and 12 and the measuring gap 14 are compared to the magnetic field lines 22 along the reference circle 28 -der the magnet 18, the sensor 20 and the Referenzleitblech 16 includes stronger. The summed field line direction 24 would in this case run in the leaf plane to the top right. This is detected by the sensor 20 and converted into a corresponding output signal. In the other case, ie when the width b of the measuring gap 14 is increased by the movement of the pistons 4 and 6, the magnetic field lines 22 along the measuring circle 26 are weakened compared to the magnetic field lines 22 along the reference circle 28, which leads to the summed field line direction 24 would be in the leaf plane to the bottom right; followed by a corresponding output signal of the sensor 20.
Die Verhältnisse in den beiden magnetischen Kreisen 26 und 28 lassen sich auch mit einem elektrischen Vergleichsschaltbild gemäß Fig. 4 erläutern. Der Einfachheit halber wurde dabei der Sensor 20 nicht berücksichtigt. The relationships in the two magnetic circuits 26 and 28 can also be explained with an electrical comparison circuit diagram according to FIG. 4. For the sake of simplicity, the sensor 20 was not considered.
Dies ist deshalb der Fall, da der magnetische Widerstand, der auch als Reluktanz bezeichnet wird, nach dem Hopkinsonschen Gesetz der Proportionalitätsfaktor Rm zwischen der magnetischen Spannung Um und dem magnetischen Fluss Φ ist. Diese Gleichung This is because magnetoresistance, also referred to as reluctance, is, according to Hopkinson's law, the proportionality factor R m between the magnetic voltage U m and the magnetic flux Φ. This equation
Um = Rm * Φ ist analog zu dem Ohmschen Gesetz für den elektrischen Strom U= R * I. U m = R m * Φ is analogous to Ohm's law for the electric current U = R * I.
Entsprechend lässt sich der magnetische Fluss t>Ref im Referenzkreis 28 in Analogie zum elektrischen Strom I durch Um/RRef und der magnetische Fluss <t>Mess im Messkreis 26 durch Um/Riviess bestimmen. Wie aus dem elektrischen Vergleichsschaltbild hervorgeht gilt Um = URef = Ui iess- Vereinfacht entspricht RRef dem magnetischen Widerstand des Referenzleitblechs 16 und Riviess der Summe der magnetischen Widerstände der Messleitbleche 10, 12 und dem hier mit Luft gefüllten Messspalt 14. Vereinfacht deshalb, weil zwischen den einzelnen Bauteilen der Wegsensorvorrichtung 2 neben dem Messspalt 14 praktisch ja auch noch weitere Spalte, die hier mit Umgebungsluft gefüllt sind, vorhanden sind. Das Verhältnis der magnetischen Flüsse t>Ref / <t>Mess zwischen Referenzkreis 28 und Messkreis 26 bestimmt sich durch die Gleichung Ref / <t>Mess = (RMessieitbieche / RRef + RMessspait / RRef)- Da der Summand (RMessieitbieche / RRef) konstant ist, kann eine direkte Aussage zum magnetischen Widerstand RMessspait des Messspalts 14 getroffen werden. Die magnetische Spannung Um kürzt sich dabei heraus. Accordingly, the magnetic flux can be t> R e f in the reference circuit 28 in analogy to the electrical current I through U m / Re R f and the magnetic flux <t> measurement in the measuring circuit 26 determined by To / Riviess. As can be seen from the electrical comparison diagram, U m = URef = Ui iess- Simplified, R Re f corresponds to the magnetic resistance of Referenzleitblechs 16 and Riviess the sum of the magnetic resistances of Messleitbleche 10, 12 and here filled with air measuring gap 14. Simplifies therefore, because between the individual components of the displacement sensor device 2 in addition to the measuring gap 14 practically even more gaps, which are filled here with ambient air, are available. The ratio of the magnetic fluxes t> R e f / <t> measurement between reference circuit 28 and measuring circuit 26 is determined by the equation Re f / <t> measurement = (RMessieitbieche / RRef + RMessspait / RRef) - since the summand (RMessieitbieche / RRef) is constant, a direct statement about the magnetic resistance RMessspait of the measuring gap 14 can be made. The magnetic voltage U m is shortened.
Der Referenzwiderstand RRef ist dabei auf die bei der jeweiligen Messaufgabe erwartbaren Verhältnisse im Messkreis 26 abzustimmen. Dabei sollten die magnetischen Widerstände der Messleitbleche 10 und 12 möglichst niedrig gewählt werden, um den Summanden RMessieitbieche RRef möglichst klein zu halten. The reference resistance R Re f is to be tuned to the expected in the respective measurement task conditions in the measuring circuit 26. The magnetic resistors of the measuring baffles 10 and 12 should be as low as possible in order to keep the summands RMessieitbieche RRef as small as possible.
Natürlich sind in der Praxis auch die Spalte zwischen Magnet 18 und Sensor 20, zwischen Magnet 18 und Referenzleitblech 16, zwischen Sensor 20 und Referenzleitblech 16, zwischen Magnet 18 und Messleitblech 10 sowie zwischen Messleitblech 12 und Sensor 20 bei der Dimensionierung zu berücksichtigen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lehre sieht vor, diese unvermeidbaren Spalte möglichst eng, also möglichst klein, zu gestalten. Sämtliche Spalte des ersten Ausführungsbeispiels, also auch der Messspalt 14, sind mit Luft gefüllt. Of course, in practice, the gaps between the magnet 18 and the sensor 20, between the magnet 18 and the reference baffle 16, between the sensor 20 and the reference baffle 16, between the magnet 18 and the baffle 10 and between the baffle plate 12 and the sensor 20 must be taken into account in the dimensioning. An advantageous development of the teaching of the invention provides to make this unavoidable gap as closely as possible, so as small as possible. All gaps of the first embodiment, including the measuring gap 14, are filled with air.
Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Differenzwegsensorvorrichtung 2, das dem des ersten Ausführungsbeispiels ähnelt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist die Differenzwegsensorvorrichtung 2 hier zusätzlich zwei Kopplungsleitbleche 30 auf. Je eines der Kopplungsleitbleche 30 ist in dem Messkreis 26 magnetisch zwischen dem Messleitblech 10 und dem Magnet 18 und zwischen dem Messleitblech 12 und dem Sensor 20 angeordnet und im Vergleich zu den Messleitblechen 10 und 12 ortsfest; analog zu dem Referenzleitblech 16. Siehe hierzu auch die Ausführungen zu dem ersten Ausführungsbeispiel. Die grundsätzliche Funktionsweise entspricht der des ersten Ausführungsbeispiels. Fig. 5 shows a second embodiment of a differential path sensor device 2 similar to that of the first embodiment. In contrast to the first exemplary embodiment, the differential travel sensor device 2 here additionally has two coupling guide plates 30. Depending on one of the coupling baffles 30 is magnetically disposed in the measuring circuit 26 between the Meßleitblech 10 and the magnet 18 and between the Meßleitblech 12 and the sensor 20 and in comparison to the Meßleitblechen 10 and 12 stationary; analogous to the Referenzleitblech 16. See also the comments on the first embodiment. The basic mode of operation corresponds to that of the first exemplary embodiment.
Die Kopplungsleitbleche 30 sind dabei derart an die Messleitbleche 10 und 12 magnetisch gekoppelt, dass eine Bewegung der Messleitbleche 10 und 12 in gleicher Richtung und betragsgleich -also beide Messleitbleche 10 und 12 bewegen sich um den gleichen Betrag in der Bildebene nach links oder nach rechts- zu keiner messtech- nisch relevanten Veränderung des magnetischen Widerstands des Messkreises 26 führt. Dies wird durch die gestrichelte Linie 31 dargestellt, welche die magnetische Kopplung der Kopplungsleitbleche 30 mit den beiden Messleitblechen 10 und 12 symbolisiert. Dabei sind die Kopplungsleitbleche 30 mit den beiden Messleitblechen 10 und 12 über die an beiden Enden der gestrichelten Linie 31 angedeuteten magnetischen Feldlinien 22 gekoppelt. Die gestrichelte Linie 31 versinnbildlicht die starre Kopplung der beiden magnetischen Kopplungen. The coupling baffles 30 are magnetically coupled to the measuring baffles 10 and 12 such that a movement of the measuring baffles 10 and 12 in the same direction and the same amount -also both Meßleitbleche 10 and 12 move around the same amount in the image plane to the left or to the right to no metrologically relevant change in the magnetic resistance of the measuring circuit 26 leads. This is shown by the dashed line 31, which symbolizes the magnetic coupling of the coupling baffles 30 with the two Messleitblechen 10 and 12. In this case, the coupling guide plates 30 are coupled to the two measuring guide plates 10 and 12 via the magnetic field lines 22 indicated at both ends of the dashed line 31. The dashed line 31 symbolizes the rigid coupling of the two magnetic couplings.
Bewegen sich die Messleitbleche 10 und 12 in gleicher Richtung und betragsgleich entlang des Doppelpfeils 8 zu den Kopplungsleitblechen 30, so bleibt dadurch der magnetische Widerstand im Messkreis 26 unverändert, da der Weg der magnetischen Feldlinien 22 jeweils durch die Materie und durch die Luft gleich bleibt. Dies wird verdeutlicht, wenn man die gestrichelte Linie 31 gedanklich entlang des Doppelpfeils 8 in der Bildebene nach links oder rechts verschiebt. Dort wo die magnetischen Feldlinien 22 an einer Stelle weniger Weg durch die Materie zurücklegen müssen, durchlaufen die magnetischen Feldlinien 22 an anderer Stelle diesen Weg nun zusätzlich durch Materie. If the measuring baffles 10 and 12 move in the same direction and with the same amount along the double arrow 8 to the coupling baffles 30, the magnetic resistance in the measuring circuit 26 remains unchanged since the path of the magnetic field lines 22 remains the same through the matter and through the air. This is clarified when the dashed line 31 mentally moves along the double arrow 8 in the image plane to the left or right. Where the magnetic field lines 22 have to traverse less path through the matter at one point, the magnetic field lines 22 now additionally pass through this matter through matter.
Eine derartige Bewegung in gleicher Richtung und betragsgleich hat keinen Einfluss auf die Breite b des Messspalts 14 und soll damit auch keine Auswirkungen auf das Ausgangssignal der Differenzwegsensorvorrichtung 2 haben. Deshalb ist die oben genannte Abstimmung der Kopplungsleitbleche 30 mit den Messleitblechen 10 und 12 wichtig. Such a movement in the same direction and the same amount has no effect on the width b of the measuring gap 14 and should thus also have no effect on the output signal of the Differenzwegsensorvorrichtung 2. Therefore, the above tuning of the coupling baffles 30 with the measuring baffles 10 and 12 is important.
In Fig. 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Wegsensorvorrichtung 2 ist hier ebenfalls als eine Differenzwegsensorvorrichtung ausgebildet. Allerdings wird bei diesem Ausführungsbeispiel eine Drehbewegung und damit ein Differenzdrehwinkel sensiert. Die Messleitbleche 10 und 12 sind an nicht dargestellten drehbeweglichen Bauteilen einer ebenfalls nicht dargestellten Vorrichtung befestigt. Um nun den Differenzdrehwinkel dieser beiden Bauteile zu bestimmen, kann das oben erläuterte erfindungsgemäße Prinzip ebenfalls verwendet werden. Um einen in der Breite b verän- derlichen Messspalt 14 zu erhalten, sind die Messleitbleche 10 und 12 wie in Fig. 6 dargestellt ausgebildet und um eine Achse 32 drehbar. Dabei ist wiederum eine winkelgleiche Drehung in gleicher Richtung messtechnisch uninteressant. Entsprechend sind die Messleitbleche 10 und 12 derart auszubilden und aufeinander abzustimmen, dass sich bei einer winkelgleichen Drehung der Messleitbleche 10 und 12 in gleicher Richtung die Breite b des Messspalts 14 nicht verändert. Dreht sich ein Messleitblech 10, 12 weniger weit oder drehen sich beide Messleitbleche 10, 12 in gegensätzliche Richtungen ändert sich jedoch die Breite b des Messspalts 14, was in gewünschter Weise zu einem Ausgangssignal führt. Die Funktionsweise ist im Übrigen mit der des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels identisch. In Fig. 6, a third embodiment is shown. The distance sensor device 2 is likewise designed here as a differential travel sensor device. However, in this embodiment, a rotational movement and thus a differential rotation angle sensed. The Meßleitbleche 10 and 12 are attached to not shown rotatable components of a device, also not shown. In order to determine the differential rotational angle of these two components, the inventive principle explained above can also be used. To change a width b der measuring gap 14, the Meßleitbleche 10 and 12 are formed as shown in FIG. 6 and rotatable about an axis 32. Again, an angle-like rotation in the same direction is unattractive metrologically. Accordingly, the measuring baffles 10 and 12 are to be designed and matched to one another such that the width b of the measuring gap 14 does not change in the same direction when the baffles 10 and 12 rotate in the same direction. If a measurement baffle 10, 12 rotates less or both measuring baffles 10, 12 rotate in opposite directions, however, the width b of the measurement gap 14 changes, which leads to an output signal in the desired manner. Incidentally, the operation is identical to that of the first and second embodiments.
Fig. 7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, welches dem dritten Ausführungsbeispiel ähnelt. Analog zu dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 werden auch hier Kopplungsleitbleche 30 verwendet, um die magnetischen Feldlinien 22 noch besser zu bündeln und Störeinflüsse weiter zu verringern. Auch hier ist eine Abstimmung der Kopplungsleitbleche 30 mit den Messleitblechen 10 und 12 erforderlich, um ungewünschte Einflüsse auf das Ausgangssignal der Wegsensorvorrichtung 2 zu vermeiden. Diese Abstimmung bewirkt, dass allein eine Drehbewegung der beiden Messleitbleche 10 und 12 ohne Änderung der Breite b des Messspalts 14 noch keine Änderung im magnetischen Widerstand des Messkreises 26 und damit noch keine Schwächung oder Verstärkung der magnetischen Feldlinien 22 des Messkreises 26 im Vergleich zum Referenzkreis 28 auslöst. Auch hier ist, analog zum zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 die magnetische Kopplung der Kopplungsleitbleche 30 an die Messleitbleche 10 und 12 durch die gestrichelte Linie 31 symbolisiert. Eine winkelgleiche Drehbewegung in gleicher Drehrichtung, versinnbildlicht durch Doppelpfeil 36, führt hier analog zu dem zweiten Ausführungsbeispiel nicht zu einer Erhöhung des magnetischen Widerstands im Messkreis 26. Auch hier hilft eine gedankliche Verschiebung der gestrichelten Linie 31 entlang des Doppelpfeils 36, um sich dies zu verdeutlichen. Siehe hierzu auch die Anmerkungen zu Fig. 5. Fig. 7 shows a fourth embodiment, which is similar to the third embodiment. Analogous to the second exemplary embodiment according to FIG. 5, coupler baffles 30 are also used here in order to bundle the magnetic field lines 22 even better and to further reduce disturbing influences. Again, a vote of Kopplungsleitbleche 30 with the Meßleitblechen 10 and 12 is required to avoid unwanted influences on the output signal of the Wegsensorvorrichtung 2. This tuning causes only a rotational movement of the two Meßleitbleche 10 and 12 without changing the width b of the measuring gap 14 is still no change in the magnetic resistance of the measuring circuit 26 and thus no weakening or amplification of the magnetic field lines 22 of the measuring circuit 26 in comparison to the reference circle 28th triggers. Again, analogous to the second embodiment shown in FIG. 5, the magnetic coupling of the coupling baffles 30 to the Meßleitbleche 10 and 12 symbolized by the dashed line 31. An angularly equal rotational movement in the same direction of rotation, symbolized by double arrow 36, here analogous to the second embodiment does not increase the magnetic resistance in the measuring circuit 26. Again, a mental displacement of the dashed line 31 along the double arrow 36 helps to illustrate this , See also the comments on Fig. 5.
Im Unterschied zu dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 weist die Differenz- wegsensorvorrichtung 2 hier einen Redundanzsensor 34 auf, der baugleich dem Sen- sor 20 ausgebildet ist. Allerdings wäre es auch denkbar, beispielsweise für noch höhere Sicherheitsanforderungen, einen Magnetfeldrichtungssensor anderer Bauart zu verwenden. Der Redundanzsensor 34 ist Teil sowohl des Messkreises 26 wie auch des Referenzkreises 28. In contrast to the third exemplary embodiment according to FIG. 6, the differential displacement sensor device 2 here has a redundancy sensor 34, which has the same design as the sensor. Sor 20 is formed. However, it would also be conceivable, for example for even higher safety requirements, to use a magnetic field direction sensor of a different design. The redundancy sensor 34 is part of both the measuring circuit 26 and the reference circuit 28.
Die Erfindung ist nicht auf die vorliegenden Ausführungsbeispiele begrenzt. Beispielsweise sind auch andere Bewegungen, Absolut- und Relativbewegungen, durch die erfindungsgemäße Wegsensorvorrichtung erfassbar. Es ist lediglich erforderlich, dass sich die zu messende Größe in eine Änderung der Breite b eines Messspalts transformieren lässt. Neben Permanentmagneten sind auch Elektromagnete verwendbar. Die Ansteuerung kann hierbei mit Gleichspannung, Wechselspannung, wie auch mit speziellen anderen Signalen erfolgen oder auch geregelt realisiert werden, um zum Beispiel eine bestimmte Feldstärke im Sensor zu erreichen. The invention is not limited to the present embodiments. By way of example, other movements, absolute and relative movements, can also be detected by the travel sensor device according to the invention. It is only necessary that the quantity to be measured can be transformed into a change in the width b of a measuring gap. In addition to permanent magnets and electromagnets are used. The control can be carried out here with DC voltage, AC voltage, as well as with special other signals or controlled to achieve, for example, to achieve a certain field strength in the sensor.
Die erfindungsgemäße Wegsensorvorrichtung und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind weniger störanfällig gegenüber Umwelteinflüssen wie beispielsweise Temperaturschwankungen. Darüber hinaus sind sie auch robust gegenüber der unvermeidlichen Alterung der Magnete, da keine absoluten magnetischen Größen gemessen werden, sondern die summierte Magnetfeldlinienrichtungsänderung eines Messkreises und eines Referenzkreises. The displacement sensor device according to the invention and the device according to the invention are less susceptible to interference from environmental influences such as, for example, temperature fluctuations. In addition, they are also robust against the inevitable aging of the magnets, since no absolute magnetic quantities are measured, but the summed magnetic field line direction change of a measuring circuit and a reference circle.
Ferner ist der Einsatz einer breiten Palette von Sensoren möglich. Neben den exemplarisch genannten zweidimensionalen Hallsensoren, wären beispielsweise auch ein oder mehrere dreidimensionale Hallsensoren, aber auch AMR, GMR, CMR und TMR denkbar. Wichtig in diesem Zusammenhang ist nur, dass der oder die ausgewählten Sensoren in zwei Dimensionen messen können und die Messrichtung entsprechend der Änderungen ausgewählt wird. Dies ermöglicht ein sehr breites Einsatzspektrum. Auch ist die Verwendung von günstigen Materialien möglich. Auf hochwertige Werkstoffe mit geringem magnetischen Widerstand oder auf komplex magnetisierbare Magnete kann verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die magnetischen Felder weitgehend in Leitblechen verlaufen. Dadurch wird eine geringe Abstrahlung der Feldstärken erreicht, wodurch zum Beispiel die Gesamtfeldstärke reduziert und auch die gesamte Abstrahlung minimiert werden kann. Der Einfluss externer homogener Störfelder auf das Ausgangssignal der erfindungsgemäßen Wegsensorvorrichtung dürfte vernachlässigbar sein. Durch die Wahl einer entsprechend hohen magnetischen Feldstärke ist eine zusätzliche Reduzierung der Empfindlichkeit gegenüber solchen Störfeldern zu erreichen. Furthermore, the use of a wide range of sensors is possible. In addition to the exemplary two-dimensional Hall sensors, for example, one or more three-dimensional Hall sensors, but also AMR, GMR, CMR and TMR are conceivable. Important in this context is only that the selected sensor (s) can measure in two dimensions and the measuring direction is selected according to the changes. This allows a very wide range of applications. Also, the use of cheap materials is possible. High-quality materials with low magnetic resistance or complex magnetizable magnets can be dispensed with. Another advantage is that the magnetic fields are largely in baffles. As a result, a low radiation of the field strengths is achieved, whereby, for example, reduces the total field strength and the total radiation can be minimized. The influence of external homogeneous interference fields on the output signal of the path sensor device according to the invention should be negligible. By choosing a correspondingly high magnetic field strength, an additional reduction of the sensitivity to such interference fields can be achieved.
Wie bei anderen magnetischen Sensorvorrichtungen auch ist es jedoch unbedingt erforderlich, dass eine Sättigung in den Leitblechen wirksam vermieden wird. Hierfür ist je nach Anwendungsfall ein Kompromiss zwischen der Stärke des verwendeten Magneten, der geometrischen Ausformung der Leitbleche sowie deren Material und der Dimensionierung des Messspalts zu finden. However, as with other magnetic sensor devices, it is imperative that saturation in the baffles be effectively avoided. For this purpose, depending on the application, a compromise between the strength of the magnet used, the geometric shape of the baffles and their material and the dimensioning of the measuring gap to find.
Im Vergleich zu den bekannten Wegsensorvorrichtungen, bei denen der oder die Magnete bewegt werden, muss bei der erfindungsgemäßen Wegsensorvorrichtung lediglich wenig Masse bewegt werden. Dies führt nicht nur zu höherer Energieeffizienz, sondern ermöglicht auch größere Geschwindigkeiten, Drehzahlen und Beschleunigungen bei der Bewegung der zu messenden Bauteile. Auch ist eine im Wesentlichen gleiche Massenverteilung auf diese Bauteile möglich. Die vorgeschlagene Wegsensorvorrichtung ist insbesondere für kleinere Wegmessungen, wie beispielsweise im einstelligen Winkelbereich oder Millimeterbereich, vorteilhaft anwendbar. Compared to the known displacement sensor devices in which the magnet or magnets are moved, only a small amount of mass has to be moved in the position sensor device according to the invention. This not only leads to higher energy efficiency, but also allows for greater speeds, speeds and accelerations in the movement of the components to be measured. Also, a substantially equal mass distribution is possible on these components. The proposed displacement sensor device is advantageously applicable in particular for smaller displacement measurements, such as in the single-digit angular range or millimeter range.
Die erfindungsgemäße Wegsensorvorrichtung sowie eine damit ausgestattete Vorrichtung ist auch in anderer Umgebungsatmosphäre als Luft einsetzbar. Entsprechend wären dann die Spalte, also auch der Messspalt und ein etwaiger Referenzspalt mit einem anderen Gas bzw. Gasgemisch gefüllt. Bezugszeichenliste The path sensor device according to the invention and a device equipped therewith can also be used in a different ambient atmosphere than air. Accordingly, then the column, so also the measuring gap and a possible reference gap would be filled with another gas or gas mixture. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Vorrichtung 1 device
2 Wegsensorvorrichtung  2 way sensor device
4 Erster Kolben  4 First piston
6 Zweiter Kolben  6 second piston
8 Bewegungsrichtungen der Kolben 4 und 6  8 directions of movement of the pistons 4 and 6
10 Erstes Messleitblech  10 First measuring baffle
12 Zweites Messleitblech  12 Second measuring baffle
14 Messspalt  14 measuring gap
16 Referenzleitblech  16 reference guide plate
18 Magnet  18 magnet
20 Sensor  20 sensor
22 Magnetische Feldlinien  22 magnetic field lines
24 Sunnnnierte magnetische Feldlinienrichtung  24 Sunned magnetic field line direction
26 Messkreis  26 measuring circuit
28 Referenzkreis  28 reference circle
30 Kopplungsleitbleche  30 coupling baffles
31 Magnetische Kopplung  31 Magnetic coupling
32 Drehachse  32 axis of rotation
34 Redundanzsensor  34 redundancy sensor
36 Veränderung der magnetischen Kopplung durch Drehbewegung ohne 36 Change of the magnetic coupling by rotary motion without
Messspaltänderung Measurement gap change

Claims

Wegsensorvorrichtung Patentansprüche Distance sensor device claims
1 . Wegsensorvorrichtung (2), die zwei magnetische Kreise (26, 28), einen  1 . Position sensor device (2), the two magnetic circuits (26, 28), a
Magnet (18), einen Sensor (20), ein Referenzleitblech (16) und zwei Messleitbleche (10, 12) aufweist, wobei der erste magnetische Kreis ein Referenzkreis (28) ist und der zweite magnetische Kreis ein Messkreis (26) ist, dadurch gekennzeichnet,  Magnet (18), a sensor (20), a Referenzleitblech (16) and two Messleitbleche (10, 12), wherein the first magnetic circuit is a reference circle (28) and the second magnetic circuit is a measuring circuit (26), characterized in
dass der Magnet (18) als einfach magnetisierter Magnet und der Sensor (20) als Magnetfeldlinienrichtungssensor ausgebildet ist und jeweils Teil beider magnetischen Kreise (26, 28) sind, wobei der Referenzkreis (28) zusätzlich das Referenzleitblech (16) und der Messkreis (26) zusätzlich die Messleitbleche (10, 12) umfasst und zwischen den beiden Messleitblechen (10, 12) ein Messspalt (14) ausgebildet ist und in Abhängigkeit der Breite des Messspalts (14) ein elektrisches Ausgangssignal erzeugbar ist.  the magnet (18) is in the form of a magnet which is simply magnetized, and the sensor (20) is a magnetic field line direction sensor and are respectively part of both magnetic circuits (26, 28), the reference circuit (28) additionally comprising the reference guide plate (16) and the measuring circuit (26 ) In addition, the Meßleitbleche (10, 12) and between the two Messleitblechen (10, 12) a measuring gap (14) is formed and depending on the width of the measuring gap (14), an electrical output signal can be generated.
2. Wegsensorvorrichtung (2) nach Anspruch 1 ,  2. way sensor device (2) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Magnet (18) als ein Permanentmagnet ausgebildet ist.  that the magnet (18) is designed as a permanent magnet.
3. Wegsensorvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2,  3. way sensor device (2) according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Magnet (18), der Sensor (20) und das Referenzleitblech (16) zueinander ortsfest ausgebildet sind.  in that the magnet (18), the sensor (20) and the reference guide plate (16) are stationary relative to one another.
4. Wegsensorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,  4. way sensor device (2) according to one of claims 1 to 3,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass in dem Messkreis (26) zusätzlich zwei Kopplungsleitbleche (30) angeordnet sind, von denen jeweils eines magnetisch zwischen einem der zwei Messleitbleche (10, 12) und den übrigen Komponenten (18, 20; 18, 20, 34) des Messkreises (26) angeordnet ist.  in that in the measuring circuit (26) additionally two Kopplungsleitbleche (30) are arranged, one of which magnetically between one of the two Messleitbleche (10, 12) and the other components (18, 20, 18, 20, 34) of the measuring circuit (26 ) is arranged.
5. Wegsensorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,  5. Distance sensor device (2) according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass in beiden magnetischen Kreisen (26, 28) zusätzlich zu dem Sensor (20) ein weiterer Magnetfeldlinienrichtungssensor (34) angeordnet ist. a further magnetic field line direction sensor (34) is arranged in both magnetic circuits (26, 28) in addition to the sensor (20).
6. Wegsensorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. way sensor device (2) according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Messspalt (14) helixförmig ausgebildet ist.  that the measuring gap (14) is helical.
7. Wegsensorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,  7. way sensor device (2) according to one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass das Referenzleitblech (16) zweiteilig ausgebildet ist und beide Teile durch einen Referenzspalt getrennt sind, wobei die Breite des Referenzspalts mit der Breite des Messspalts (14) in einer Nulllage der Wegsensorvorrichtung (2) übereinstimmt.  that the reference guide plate (16) is formed in two parts and both parts are separated by a reference gap, wherein the width of the reference gap coincides with the width of the measuring gap (14) in a zero position of the position sensor device (2).
8. Wegsensorvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,  8. way sensor device (2) according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Wegsensorvorrichtung (2) als eine Differenzwegsensorvorrichtung ausgebildet ist und beide Messleitbleche (10, 12) zueinander und zum Rest der Wegsensorvorrichtung (2) beweglich ausgebildet sind.  the travel sensor device (2) is designed as a differential travel sensor device and both measurement baffles (10, 12) are designed to be movable relative to one another and to the remainder of the travel sensor device (2).
9. Wegsensorvorrichtung (2) nach Anspruch 8,  9. way sensor device (2) according to claim 8,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass der Magnet (18), der Sensor (20) oder die Sensoren (20, 34) und die Leitbleche (10, 12, 16; 10, 12, 16, 30) derart aufeinander abgestimmt ausgebildet und angeordnet sind, dass eine Bewegung der Messleitbleche (10, 12) in gleicher Richtung und betragsgleich zu keiner Änderung der Breite des Messspalts (14) führt.  in that the magnet (18), the sensor (20) or the sensors (20, 34) and the baffles (10, 12, 16; 10, 12, 16, 30) are designed and arranged in such a way that a movement of the Messleitbleche (10, 12) in the same direction and the same amount to no change in the width of the measuring gap (14) leads.
10. Vorrichtung (1 ) mit mindestens einem beweglichen Teil (4, 6),  10. Device (1) with at least one movable part (4, 6),
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass die Vorrichtung (1 ) eine Wegsensorvorrichtung (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist, wobei mindestens eines der Messleitbleche (10, 12) mechanisch mit dem mindestens einem beweglichen Teil (4, 6) gekoppelt ist.  in that the device (1) has a displacement sensor device (2) according to one of claims 1 to 9, wherein at least one of the measuring baffles (10, 12) is mechanically coupled to the at least one movable part (4, 6).
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