DE19622545A1 - Vorrichtung zum Messen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Bewe­ gung eines relativ zu einem anderen Bauteil bewegbaren Bau­ teils.

Bei den bekannten Vorrichtungen wird es als nachteilig ange­ sehen, daß diese lediglich einen eingeschränkten Meßbereich aufweisen. Der Meßbereich erstreckt sich regelmäßig in nur eine Koordinatenrichtung und eine Bewegung des zu sensieren­ den Bauteiles in eine andere Koordinatenrichtung, beispiels­ weise um dessen eigene Achse, muß vermieden werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung bereitzustellen, welche bei hoher Genauigkeit einen beliebig großen Meßbereich aufweist und darüber hinaus eine Bewegung des zu sensierenden Bauteils in andere Koordi­ natenrichtungen zuläßt.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Besonders vorteilhaft ist, daß durch die Verwendung magne­ tisch wirksamer Geberelemente ein berührungsfreier und ver­ schleißarmer Betrieb der Vorrichtung zum Messen gewährlei­ stet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spieles, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher be­ schrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 Prinzipskizze einer Meßvorrichtung nach der Erfin­ dung;

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild nach der Erfindung;

Fig. 3 schematische Darstellung der Signalverläufe.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Vorrichtung zum Messen 1 ein in Bewegungsrichtung 2 bewegbares Bauteil 3 sowie ein vorzugs­ weise ortsfest dazu angeordnetes, anderes Bauteil 4. Das zu sensierende Bauteil 3 ist gemäß dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel um seine eigene Achse 5 drehbar. Dies führt zu einer besonders kostengünstigen und montagefreundlichen Bau­ weise, weil eine Verdrehsicherung nicht notwendig ist. Die Achse 5 erstreckt sich parallel zur Bewegungsrichtung 2.

Das Bauteil 3 verfügt über gleichartige, magnetisch wirksame Geberelemente 6, die in Bewegungsrichtung 2 regelmäßige Ab­ stände a zueinander aufweisen und die Breite d besitzen. Die Geberelemente 6 sind ringförmig sowie am Umfang 7 des Bauteiles 3 angeordnet und weisen stufenartig, senkrecht zur Bewegungsrichtung 2, nach radial außen. Bei fluchtender Lage eines Geberelementes 6 mit dem Sensor 8,9 führt der Quer­ schnitt der Geberelemente 6 zu einer Veringerung des Luft­ spaltes, was zu einem höheren magnetischen Fluß im Sensor 8, 9 führt. Allerdings sind ganz grundsätzlich auch Geber­ elemente 6 denkbar, welche mit dem Umfang 7 des Bauteiles 3 fluchtend abschließen. Jedes Geberelement 6 besteht aus weichmagnetischem Werkstoff, und ist beispielsweise als Ei­ senring ausgebildet.

An dem anderen Bauteil 4 ist zumindest ein Sensor 8 angeord­ net, welcher wie vorstehend erläutert wurde, dazu dient, Magnetfeldänderungen zu sensiert, die durch vorbeibewegte Geberelemente 6 verursacht werden. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein zusätzlicher, in Bewegungsrich­ tung 2 versetzt zu dem ersten Sensor 8 angeordneter zweiter Sensor 9 vorgesehen. Der Versatz b und auch die Breite d ist abhängig von dem verwendeten Sensortyp und dem gewünschten Phasenverhältnis der Ausgangssignale. Zweckmäßigerweise wird der Versatz b so eingestellt, daß eine Phasenverschiebung der Ausgangssignale 10, 11 von 90° eintritt. Dies wird er­ reicht, wenn a + b = 2 _* b ist (b ungleich d). Der Versatz b liegt üblicherweise bei etwa 1,5 mm. Die Sensoren 8, 9 sind beispielsweise auf einem Dauermagneten montiert und signali­ sieren die Annäherung eines weichmagnetischen Bauteils oder eines Geberelementes 6 durch Änderung ihres analogen Aus­ gangssignales 10, 11. Als Sensoren 8, 9 können auch grundsätz­ lich bekannte Hall-Sensoren eingesetzt werden. Es ist an­ zumerken, daß eine rotatorische Bewegung des Bauteiles 3 keine Änderung der Ausgangssignale 10, 11 verursacht. Es be­ steht aber die Möglichkeit, eine zusätzliche Einrichtung zur Drehwegerfassung vorzusehen. Ebenso besteht die Möglichkeit, die beschriebene Vorrichtung derart abzuwandeln, daß eine Drehwegerfassung möglich ist. Dies kann insbesondere ermög­ licht werden durch Anordnung der Sensoren 8, 9 bzw. der Ge­ berelemente 6 am Umfang der Bauteile 3, 4.

Die analogen Ausgangssignale 10, 11 der Sensoren 8,9 sind über dem Verschiebungsweg sinusförmig sowie periodisch und werden einem, in Fig. 2 prinzipiell gezeigten Schaltungs­ aufbau 12 zugeführt. Die gewonnenen Ausgangssignale 13, 14, 15 werden zur weiteren Verarbeitung abgetastet und mittels ei­ nes A/D-Wandlers 16 in Digitalsignale umgewandelt.

Ein prinzipieller Schaltungsaufbau 12 gemäß Fig. 2 umfaßt die Sensoren 8, 9, welche mit einer Versorgungsspannung U_b versorgt werden und mit einem Zweig 17 der Schaltung 12 ver­ bunden sind. Der Zweig 17 weist zwei in Serie geschaltete Widerstände R₃ und R₄ auf. Zwischen den Widerständen R₃ und R₄ befindet sich ein Abgriff für das Potential A, welches dem A/D-Wandler 16 zugeführt wird. Darüber hinaus wird der A/D- Wandler 16 noch mit dem Potential B des Sensors 8 und dem Potential C des Sensors 9 versorgt. Diese Signale werden mit Hilfe des A/D-Wandlers 16 und mit Hilfe von EDV weiterver­ arbeitet.

Fig. 3 zeigt in einer Skizze die Auswertung periodischer Ausgangssignale 10, 11 zweier Sensoren 8,9. Das Signal 10 des ersten Sensors 8 ist sinusförmig und weist Wellenberge 18, 18′, 18′′ sowie Wellentäler 19, 19′, 19′′ sowie in jeder Peri­ ode zwei Nulldurchgänge 20, 21 auf. In einem Bereich c um jeden Nulldurchgang 20, 21 verläuft das Signal 10 annähernd linear und kann, wie nachstehend beschrieben, als Wegsignal weiterverarbeitet werden.

Der in Bewegungsrichtung verschobene zweite Sensor 9 liefert ein gegenüber dem ersten Signal 10 vorzugsweise um 90° pha­ senverschobenes Ausgangssignal 11. Das zweite Signal 11 um­ faßt ferner Wellenberge 22, Wellentäler 23 sowie Nulldurch­ gänge 24. Die beiden Ausgangssignale 10, 11 kreuzen sich in Kreuzungspunkten 25. Es versteht sich, daß ein Wellenberg 18, 18′, 18′′ der Ausgangssignale 10, 11 in der Meßvorrichtung einem, dem jeweiligen Sensor 8,9 gegenüberliegendes Geber­ element 6 entspricht, weil der zwischengeordnete Luftspalt dadurch minimal ist. Ein Wellental 19, 19′, 19′′ der Ausgangs­ signale 10, 11 entspricht dem auf Lücke stehen zweier Geber­ elemente 6 zu dem betreffenden Sensor 8,9, das heißt, der Sensor 8,9 liegt genau zwischen zwei Geberelementen 6. Jedes Wellental 19, 19′, 19′′ wird somit verursacht durch einen maxi­ malen Luftspalt.

Zur Ermittlung des Ausmaßes der Bewegung dient im wesentli­ chen die Anzahl der Kreuzungspunkte 25 der beiden Ausgangs­ signale. Zwischen den Kreuzungspunkten 25 liefert immer ei­ ner der beiden Sensoren 8, 9 ein annähernd lineares Signal 10, 11. Die Verschiebung wird im Rahmen einer logischen Aus­ wertung dadurch ermittelt, daß die Anzahl der gezählten Kreuzungspunkte 25 mit der, dem linearen Arbeitsbereich der Sensoren 8, 9 entsprechenden, Wegstrecke multipliziert wird und der Meßweg des in der Nähe des Nulldurchganges 20, 21, 24 befindlichen Sensors 8, 9 hinzuaddiert wird.

Die vorgestellte Vorrichtung eignet sich insbesonders zur Verwendung in einer KFZ-Bremsanlage zur Sensierung einer Kolbenbewegung, insbesondere der Bewegung eines Bremskolbens oder eines Tandem-Hauptbremszylinder-Kolbens.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Messen der Bewegung eines relativ zu einem anderen Bauteil (4) bewegbaren Bauteils (3), ge­ kennzeichnet durch am bewegbaren Bauteil (3) in Bewe­ gungsrichtung (2) in regelmäßigen Abständen( a ) zuein­ ander angeordnete, magnetisch wirksame Geberelemente (6) und zumindest einem, an dem anderen Bauteil (4) angeord­ neten, die Magnetfeldänderung sensierenden, Sensor (8, 9).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberelemente (6) ringförmig an dem bewegbaren Bau­ teil (3) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberelemente (6) eine senkrecht zur Bewegungsrichtung (2) wirksame und einen den Luftspalt zwischen Geberelement (6) und Sensor (8,9) reduzierenden Querschnitt aufweist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei in Bewegungsrich­ tung (2) versetzt zueinander angeordnete, zueinander phasenverschobene Ausgangssignale (10, 11) liefernde Sen­ soren (8, 9).

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenver­ schiebung der Signale (10, 11) 90° beträgt.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu sensieren­ de Wegstück dem Wert entspricht, der sich ergibt, wenn die Anzahl der Kreuzungspunkte (25) mit der dem linearen Arbeitsbereich der Sensoren entsprechenden Wegstrecke multipliziert wird und der Meßweg des in der Nähe des Nulldurchganges befindlichen Sensors (8,9) hinzuaddiert wird.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Wegsignals das Ausgangssignal (10, 11) dient, welches nahe am Nulldurchgang (20, 21, 24, 24′) liegt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch deren Verwendung in ei­ ner Kraftfahrzeug-Bremsanlage zur Sensierung einer Kol­ benbewegung, insbesondere der Bewegung eines Bremskol­ bens oder eines Tandem-Hauptbremszylinder-Kolbens.