DE19724388A1

DE19724388A1 - Wegsensor

Info

Publication number: DE19724388A1
Application number: DE19724388A
Authority: DE
Inventors: Matthias Moerbe
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 1998-12-17
Also published as: US6466010B1; WO1998057127A1; EP0917643A1; JP2000517059A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Wegsensor nach dem Oberbe griff des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, daß zur Wegmessung an mechanischen Vor richtungen über einen Stangenantrieb ein veränderbarer elektrischer Widerstand betätigt wird. Durch eine Bewe gung eines Schleifers über eine Widerstandsbahn kann ein analoges elektrisches Signal entsprechend einer zurückge legten Wegstrecke erzeugt werden.

Vorteile der Erfindung

Ein Wegsensor der eingangs beschriebenen Gattung ist in der Weiterbildung mit den erfindungsgemäßen Merkmalen des Kennzeichens des Hauptanspruchs dadurch vorteilhaft, daß mittels eines magnetisierten Bandes unter Erfassung von Polaritätswechsel bei einer Bewegung des Bandes ein elek trischen Ausgangssignals erzeugt wird. Auf einfache Weise kann damit eine berührungslose Wegmessung realisiert wer den, die eine äußerst geringe Baugröße aufweist.

Auch die Erfassung längerer von einem mechanischen Bau element zurückgelegter Wege, zum Beispiel vom Bremspedal eines Kraftfahrzeuges, kann in vorteilhafter Weise durch den Einsatz eines in seiner Länge an die Anwendungsbedin gungen leicht anpaßbaren magnetisierbaren Bandes er reicht werden, welches in seiner Längsrichtung an einer Detektionseinrichtung vorbeibewegbar ist. Das Band kann hierbei mit für sich bekannten Methoden in vorgegebenen Abschnitten zur Bildung von Einzelmagneten mit jeweils wechselnder Polarität magnetisiert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Band beidseitig in den Abschnitten mit Einzelmagneten verse hen, die jeweils an einer Detektionseinrichtung vorbeibe wegbar sind. Eine höhere Auflösung ist dadurch erreich bar, daß die sich auf den Bandseiten jeweils gegenüber liegenden Einzelmagnete in Längsrichtung des Bandes ge geneinander um ihre halbe Länge versetzt sind. Es ist hierdurch ein Wegsensor aufgebaut, mit dem eine inkremen tale Auflösung des Weges des Bandes mit der halben Ab schnittsbreite möglich ist.

In vorteilhafter Weise besteht das Band gemäß einer wei teren Ausführungsform aus einem magnetisierbaren und vul kanisierbaren dauerelastischen Werkstoff und ist aus zwei Teilbändern hergestellt. Bei der Herstellung ist zwischen die Teilbänder ein Stützgewebe derart einvulkanisiert, daß das Band in Längsrichtung flexibel und in der Senk rechten dazu versteift ist. Somit ist eine sichere Füh rung und ein einfaches Aufwickeln des Bandes bei einer genauen Wegerfassung auch unter mechanischen Belastungen gewährleistet.

Ein einfacher und kompakter Aufbau des Wegsensors ist da durch möglich, daß die eine, bzw. zwei Detektionsein richtungen in eine Meßzelle eingebaut sind, wobei das in Band direkt an diesen Detektionseinrichtungen vorbei führ bar ist. Zum sicheren Aufwickeln des Bandes sind in der Meßzelle schneckenförmige Führungsbahnen vorhanden, in die das Band hineinbewegbar ist. Außerdem kann auf einfa che Weise der Wegsensor direkt mit einer Leiterplatte versehen werden, die eine elektrische Schaltung zur Aus wertung, Weiterverarbeitung und gegebenenfalls Digitali sierung des Ausgangssignals der Detektionseinrichtungen trägt.

Für die Wegmessung mit dem erfindungsgemäßen Wegsensor können auch vorhandene Techniken für eine berührungslose hochauflösende Erfassung der Änderungen in einem Magnet feld herangezogen werden. Für sich gesehen ist hierzu die Anwendung eine sogenannten AMR(anisotrop magnetoresi stiv)-Meßelements, GMR(giant magnetoresistiv)-Meßele ments oder eines Hall-Meßelements als Detektionseinrich tung bekannt.

Beispielhaft ist in dem VDI-Bericht Nr. 509, (VDI-Verlag 1984), Seiten 263 bis 268, im Aufsatz "Neue, alternative Lösungen für Drehzahlsensoren im Kraftfahrzeug auf magne toresistiver Basis" beschrieben, wie mit magnetischen Sonden als Meßelemente eine besonders einfache und un empfindliche Drehwinkelerfassung an einer drehenden Wel len oder an Zahnrädern durchführbar ist. Dies ist mög lich, weil die Feldlinienrichtung eines im Sensor befind lichen Dauermagneten durch eine Bewegung des Dauermagne ten veränderbar und detektierbar ist.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wegsensors wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Bremsvor richtung in einem Kraftfahrzeug mit einem Wegsensor in einer Meßzelle;

Fig. 2 ein Detailbild eines Wegsensors mit einem magnetisierbaren Band in der Bremsvorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht einer Meßzelle mit dem Band nach Fig. 2;

Fig. 4 ein Detailbild einer Führungsbahn für das magnetisierbare Band;

Fig. 5 eine Ansicht eines Bandes mit einem Stützge webe;

Fig. 6 ein Prinzipbild der magnetisierten Abschnit te des Bandes;

Fig. 7 eine Darstellung eines Wegsensors mit einer Leiterplatte;

Fig. 8 ein Diagramm des Spannungsverlaufs am Aus gang der Detektionseinrichtung und

Fig. 9 ein Beispiel einer Auswerteschaltung für die Ausgangssignale der Detektionseinrichtung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Aus Fig. 1 ist eine Bremsvorrichtung 1 für ein Kraft fahrzeug ersichtlich, bei der ein Bremspedal 2 als mecha nisches Bauteil an einem Ende 3 gelagert ist und an sei nem anderen Ende gemäß des Pfeils 4 auslenkbar ist. Eine Betätigung des Bremspedals 2 führt zu einer Bewegung ei ner Druckstange 5, die auf einen nachgeschalteten Brems zylinder 6 einwirkt. Am Gehäuse des Bremszylinders 6 ist eine Meßzelle 7 angeordnet, in die zur Wegmessung, pro portional zur Bewegung der Druckstange 5, ein Band 8 ein führbar ist. An Ausgangsanschlüssen 9 der Meßzelle 7 steht somit ein dem Weg der Druckstange 5 proportionales elektrisches Signal zur Auswertung und/oder zur Weiter verarbeitung zur Verfügung.

Ein Wegsensor 10 nach Fig. 2 ist in der Meßzelle 7 nach Fig. 1 untergebracht. Das Band 8 weist in Abschnitten 11 mit wechselnder Polarität magnetisierte Felder auf, die in einer Ausnehmung 12 des Wegsensors 10 an Detektions einrichtungen 13 und 14 vorbeigeführt werden. Diese De tektionseinrichtungen 13 und 14 können vorzugsweise soge nannte AMR(anisotrop magnetoresisitiv)-Meßelemente, GMR (giant magnetoresistiv)-Meßelmente oder Hall-Meßelemen te sein, die in der Beschreibungseinleitung bereits er wähnt sind. Über Anschlüsse 15 können die Ausgangssignale der Detektionseinrichtungen herausgeführt werden.

Aus der Ansicht nach Fig. 3 ist die prinzipielle Führung des Bandes 8 zwischen den Detektionseinrichtungen 13 und 14 sowie die schneckenförmige Aufwicklung in der Meßzel le 7 gezeigt. Eine sichere Führung des Bandes 8 ist mit Führungsbahnen 16 nach Fig. 4 erreichbar, die innerhalb der Meßzelle 7 angeordnet werden.

Ein besonders belastbare Ausführung des Bandes 8 wird an hand Fig. 5 erläutert. Das Band 8 besteht aus einem ma gnetisierbaren und vulkanisierbaren dauerelastischen Werkstoff und ist aus zwei Teilbändern 8' und 8'' herge stellt, wobei bei der Herstellung des Bandes 8 zwischen die Teilbänder 8' und 8'' ein Stützgewebe 17 eingefügt ist. Das Stützgewebe 17 ist hier derart in das Band 8 einvulkanisiert, daß aufgrund der Lage des Stützgewebes 17 das Band 8 in Längsrichtung, das heißt in der Bewe gungsrichtung, flexibel und senkrecht dazu versteift ist.

Aus Fig. 6 sind die Abschnitte 11 mit jeweils in Längs richtung magnetisierten Teilmagneten erkennbar, die hier in den Teilbändern 8' und 8'' jeweils um eine halbe Ab schnittslänge gegeneinander versetzt sind.

Beim Wegsensor 10 nach Fig. 7 ist eine Leiterplatte 18 mit einer elektrischen Auswerteschaltung direkt oberhalb der Detektionseinrichtungen am Wegsensor 10 angebracht, wobei die Anschlüsse 15 direkt mit hier nicht näher er kennbaren Leiterbahnen kontaktiert sind. Eine Befestigung der Leiterplatte 18 ist mittels an den Wegsensor ange spritzter Zapfen 19 möglich, die nach der Montage, bei spielsweise durch Thermokompression, verstemmbar sind.

Aus einem Diagramm nach Fig. 8 sind die Verläufe 20 und 21 der Ausgangsspannungen U der Detektionseinrichtungen 13 und 14 ersichtlich. Es ergeben sich hier Schaltvorgän ge S bei einer Vorbeiführung des Bandes 8, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Jeweils bei einem Polaritätswech sel beim Vorbeiführen der Abschnitte 11 entsteht ein Schaltimpuls S, wobei die Schaltimpulse der Detektions einrichtungen 13 und 14 jeweils um eine halbe Abschnitts breite gegeneinander versetzt sind, so daß sich eine meßtechnische Auflösung in der Größe einer halben Ab schnittsbreite ergibt.

Eine Auswertung des Ausgangssignals der Detektionsein richtungen 13 und 14 kann durch Zählen der Schaltimpulse S erfolgen, woraus sich der Absolutwert des zurückgeleg ten Weges des Bandes 8 ergibt. Es kann aber auch eine analoge Auswertung der sich gegeneinander auffüllenden Schaltvorgänge S vorgenommen werden, so daß in etwa eine lineare Änderung des Ausgangssignals bei einer Bewegung des Bandes 8 nach einem Verlauf 23 erreichbar ist.

Eine mögliche Realisierung der Auswertung der anhand der Fig. 8 beschriebenen Schaltvorgänge S ist mit einer Schaltung nach Fig. 9 durchführbar. Die Schaltung ist mit herkömmlichen elektronischen Bauteilen aufgebaut und soll hier nur prinzipiell in Anwendung auf den Wegsensor 10 erläutert werden. Beim Aufbau des Bandes 8 mit den Teilbändern 8' und 8'' nach der Fig. 6 ergibt sich an der Detektionseinrichtung 13 ein analoger Spannungsver lauf 24 und ein Digitalsignal 26; an der Detektionsein richtung 14 ergibt sich ein analoger Spannungsverlauf 25 und ein Digitalsignal 27. Eine Verarbeitung dieser Signa le kann in einem elektronischen Baustein 28 derart vorge nommen werden, daß am Ausgang 29 ein Ausgangssignal U anliegt, das sich gemäß des Spannungsverlaufs 23 nach der Fig. 8 linear mit der gemessenen Weggröße ändert.

Claims

1. Wegsensor, bei dem

- ein absoluter Wert des Weges eines mechanischen Bau teils (2) oder eine Wegänderung detektierbar und ein ent sprechendes elektrisches Ausgangssignal erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- das mechanische Bauteil (2) mit einem magnetisierbaren Band (8; 8', 8'') verbunden ist, welches in seiner Längs richtung an mindestens einer Detektionseinrichtung (13, 14) vorbeibewegbar ist, wobei
- das Band (8; 8', 8'') in vorgegebenen Abschnitten (11) mit jeweils wechselnder Polarität magnetisiert ist und Polaritätswechsel bei einer Bewegung des Bandes (8; 8', 8'') zur Erzeugung des elektrischen Ausgangssignals erfaßt werden.

2. Wegsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- in den vorgegebenen Abschnitten (11) jeweils Einzelma gnete gebildet sind die in Längsrichtung der Bewegung des Bandes (8; 8', 8'') magnetisiert sind.

3. Wegsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Band (8; 8', 8'') beidseitig mit Einzelmagneten ver sehen ist, die jeweils an einer Detektionseinrichtung (13, 14) vorbeibewegbar sind.

4. Wegsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- die sich auf dem Band (8; 8', 8'') jeweils gegenüberlie genden Einzelmagnete in Längsrichtung des Bandes (8; 8', 8'') gegeneinander um ihre halbe Länge versetzt sind.

5. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß

- das Band (8; 8', 8'') aus einem magnetisierbaren und vul kanisierbaren dauerelastischen Werkstoff besteht und aus zwei Teilbändern (8', 8'') hergestellt, wobei bei der Her stellung zwischen die Teilbänder ein Stützgewebe (17) derart einvulkanisiert ist, daß das Band (8; 8', 8'') in Längsrichtung flexibel und in der Senkrechten dazu ver steift ist.

6. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß

- die mindestens eine Detektionseinrichtung (13, 14) Be standteil einer Meßzelle (7) ist, in der das in Band (8; 8', 8'') an der mindestens einen Detektionseinrichtung (13, 14) vorbeiführbar ist und weitere teilweise schnec kenförmige Führungsbahnen (16) in der Meßzelle (7) vor handen sind, in die das Band (8; 8', 8'') hineinbewegbar ist.

7. Wegsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Wegsensor (10) eine Leiterplatte (18) trägt, die eine elektrische Schaltung (28) zur Auswertung und Wei terverarbeitung des Ausgangssignals der Detektionsein richtung (13, 14) aufweist.

8. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß

- die mindestens eine Detektionseinrichtung (13, 14) ein anisotrop oder giant magnetoresistives Meßelement ist.

9. Wegsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß

- die mindestens eine Detektionseinrichtung (13, 14) ein Hall-Meßelement ist.

10. Wegsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- das mechanische Bauteil ein Bremspedal (2) in einer Bremsvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeugs ist.