DE29700862U1 - Pedal device - Google Patents
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Description
VDO Adolf Schindling AG Rüsselsheimer Str. 22VDO Adolf Schindling AG Rüsselsheimer Str. 22
60326 Frankfurt
K46-R/RA-ah
349560326 Frankfurt
K46-R/RA-ah
3495
Die Erfindung betrifft eine Pedaleinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem kraftbeaufschlagbaren Pedalkörper, der infolge der Kraftbeaufschlagung seine Position ändert, wobei an einem fest mit der Pedaleinrichtung verbundenen Widerstandsnetzwerk ein der Position des Pedalkörpers entsprechendes elektrisches Signal abnehmbar ist.The invention relates to a pedal device, in particular for a motor vehicle, with a force-loadable pedal body which changes its position as a result of the force being applied, wherein an electrical signal corresponding to the position of the pedal body can be taken from a resistance network firmly connected to the pedal device.
Derartige Pedaleinrichtungen sind allgemein bekannt. Üblicherweise hat jedes Kraftfahrzeug zwei bzw. drei Pedaleinrichtungen zur Betätigung von Gas, Bremse und Kupplung. Das Kupplungspedal entfällt bei Kraftfahrzeugen mit Automatikgetrieben.Such pedal devices are well known. Usually, every motor vehicle has two or three pedal devices for operating the accelerator, brake and clutch. The clutch pedal is omitted in motor vehicles with automatic transmissions.
in Abhängigkeit von der Position des Pedalkörpers wird an einem Schieiferpotentiometer ein elektrisches Signal abgenommen, das zur Steuerung des Kraftfahrzeuges genutzt wird.Depending on the position of the pedal body, an electrical signal is picked up from a slate potentiometer, which is used to control the motor vehicle.
Derartige Schleiferpotentiometer unterliegen einem Verschleiß ihrer mechanischen Teiie und sind nur schwer gegen äußere Einflüsse abzudichten.Such wiper potentiometers are subject to wear of their mechanical parts and are difficult to seal against external influences.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Pedaleinrichtung anzugeben, welche verschleißarm arbeitet, billig herstellbar ist und trotzdem eine hohe Genauigkeit aufweist.The invention is therefore based on the object of specifying a pedal device which operates with little wear, is inexpensive to manufacture and nevertheless has a high level of accuracy.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Widerstandsnetzwerk eine Kontaktstruktur zugeordnet ist, die unter Einwirkung einer durch den Pedalkörper bewegbaren Magneteinrichtung in der Art aus-According to the invention, the object is achieved in that the resistance network is assigned a contact structure which, under the influence of a magnetic device movable by the pedal body, is designed in the manner
lenkbar ist, daß eine von der Position des Pedalkörpers abhängige elektrische Verbindung bewirkt wird.is steerable so that an electrical connection is created which depends on the position of the pedal body.
Der Vorteil dieser Pedaleinrichtung besteht darin, daß sie vollständig verschleißfrei arbeitet. Weiterhin besitzt sie eine hohe Kontaktzuverlässigkeit und weist eine hohe Auflösung auf. Die Kontaktstruktur kann dabei jede Struktur sein, die auf irgendeine Art und Weise zungenartige Federelemente aufweist, egal ob diese Federelemente einzeln aufgesetzt werden oder im Verbund von mehreren Federelementen als einstückige Struktur ausgebildet sind.The advantage of this pedal device is that it is completely wear-free. It also has a high contact reliability and a high resolution. The contact structure can be any structure that has tongue-like spring elements in any way, regardless of whether these spring elements are attached individually or are formed as a one-piece structure in a combination of several spring elements.
In einer Weiterbildung ist die Magneteinrichtung über mechanische Mittel mit dem Pedalkörper verbunden. Dabei ist der Pedalkörper als Pedalhebel ausgebildet, der an seinem einem Endbereich kraftbeaufschlagbar ist und an seinem anderen Endbereich um eine Schwenkachse drehbar gelagert ist. Der schwenkbar gelagerte Endbereich des Pedalhebels ragt durch eine Öffnung in ein Lagergehäuse hinein und ist auf einer Welle gelagert, wobei ein die Magneteinrichtung tragender Hebel im Lagergehäuse an der Welle drehfest befestigt ist.In a further development, the magnetic device is connected to the pedal body via mechanical means. The pedal body is designed as a pedal lever, which can be subjected to force at one end and is mounted so that it can rotate about a pivot axis at its other end. The pivotally mounted end region of the pedal lever protrudes through an opening into a bearing housing and is mounted on a shaft, with a lever carrying the magnetic device being attached to the shaft in the bearing housing so that it cannot rotate.
In einer anderen Ausführung ist der Pedalkörper als ein zumindest teilweise elastisch ausgebildetes Pedalgehäuse ausgebildet, durch dessen Verformung die Magneteinrichtung auslenkbar ist. Das elastische Pedalgehäuse ist mit einem Druckmittel gefüllt, durch welches die Kraftbeaufschlagung auf die Magneteinrichtung übertragbar ist.In another embodiment, the pedal body is designed as an at least partially elastic pedal housing, the deformation of which allows the magnetic device to be deflected. The elastic pedal housing is filled with a pressure medium, through which the force can be transferred to the magnetic device.
Vorteilhafterweise ist das Widerstandsnetzwerk auf einem Substrat angeordnet und die Knotenpunkte des Widerstandsnetzwerkes sind mit ebenfalls auf dem Substrat aufgebrachten Kontaktflächen verbunden. Die Verbesserung der Kontaktfähigkeit erfolgt durch die auf dem Substrat aufgebrachten Kontaktflächen, wodurch ein erschütterungsfreier und robuster Aufbau des Positionssensors mit nur geringen Abmessungen möglich ist, was besonders fürThe resistance network is advantageously arranged on a substrate and the nodes of the resistance network are connected to contact surfaces that are also applied to the substrate. The improvement in the contact capability is achieved by the contact surfaces applied to the substrate, which enables a vibration-free and robust construction of the position sensor with only small dimensions, which is particularly important for
den Einsatz in Kraftfahrzeugen vorteilhaft ist.advantageous for use in motor vehicles.
In einer Weiterbildung sind auf dem Substrat Leiterbahnen angeordnet, wobei das Ende jeder Leiterbahn eine Kontaktfiäche bildet.In a further development, conductor tracks are arranged on the substrate, whereby the end of each conductor track forms a contact surface.
Die Kontaktstruktur ist dabei im konstanten Abstand zu den Kontaktflächen angeordnet, welche unter Einwirkung der Magneteinrichtung mit der Kontaktstruktur in Berührung treten. Die Kontaktstruktur kann dabei eine Kontaktfederstruktur sein oder aus separaten Kontaktfedern bestehen. Die Kontaktfederstruktur kann aber auch eine einstückige Biegebalkenstruktur sein.The contact structure is arranged at a constant distance from the contact surfaces, which come into contact with the contact structure under the influence of the magnetic device. The contact structure can be a contact spring structure or consist of separate contact springs. The contact spring structure can also be a one-piece bending beam structure.
In einer Ausführung ist das Widerstandsnetzwerk als schichtförmige Widerstandsbahn ausgebildet und kann sowohl in Dünnschicht- oder in Dickschichttechnik hergestellt sein. Die Leiterbahnen sind teilweise mit der Widerstandsbahn bedeckt und das Ende jeder Leiterbahn bildet dabei die Kontaktfläche.In one version, the resistance network is designed as a layered resistance track and can be manufactured using either thin-film or thick-film technology. The conductor tracks are partially covered with the resistance track and the end of each conductor track forms the contact surface.
Vorteilhafterweise sind mindestens die Kontaktflächen und die Kontaktstruktur in einem dichten Gehäuse eingeschlossen und die Magneteinrichtung ist außerhalb des dichten Gehäuses bewegbar. Eine solche Pedaleinrichtung weist keine offenen Kontakte gegenüber dem ihn umgebenden Medium auf.Advantageously, at least the contact surfaces and the contact structure are enclosed in a sealed housing and the magnetic device is movable outside the sealed housing. Such a pedal device has no open contacts with respect to the medium surrounding it.
In einer Ausführung dient das das Widerstandsnetzwerk tragende isolierende Substrat gleichzeitig als Gehäusewandung, welches mit einer Gehäuseabdeckung dicht verschlossen ist. So ist nur mit wenigen Bauteilen eine Pedaleinrichtung herstellbar, die unempfindlich gegenüber aggressiven Umgebungsbedingungen ist.In one version, the insulating substrate that supports the resistance network also serves as the housing wall, which is tightly sealed with a housing cover. This means that a pedal device that is insensitive to aggressive environmental conditions can be manufactured using just a few components.
Eine zuverlässige Arbeitsweise wird ermöglicht, wenn die Magneteinrichtung gegen die Außenseite des Gehäuses vorgespannt ist, so daß sie leicht berührend bewegbar ist.Reliable operation is possible if the magnetic device is pre-tensioned against the outside of the housing so that it can be easily moved with contact.
Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further embodiments are characterized in the subclaims.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu, wobei eine anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden soll.The invention allows for numerous embodiments, one of which will be explained in more detail with reference to the figures shown in the drawing.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1A eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Pedaleinrichtung mit einem Vertikalschnitt durch einen Lagerbock,Fig. 1A a first embodiment of the pedal device according to the invention with a vertical section through a bearing block,
Fig. 1B eine Draufsicht der Pedaleinrichtung mit Horizontalschnitt durch den Lagerbock,Fig. 1B a top view of the pedal device with horizontal section through the bearing block,
Figur 2 als Potentiometer ausgebildete magnetischer Positionssensor,Figure 2 Magnetic position sensor designed as a potentiometer,
Figur 3 Widerstandsbahn mit Leiterbahn im Schnitt,Figure 3 Resistor track with conductor track in section,
Figur 4 Ausgangssignal der Pedaleinrichtung,Figure 4 Output signal of the pedal device,
Figur 5 Ersatzschaltbild des magnetischen Positionssensors,Figure 5 Equivalent circuit of the magnetic position sensor,
Figur 6 Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse,Figure 6 Contacting of the electrical connections,
Figur 7 magnetischer Positionssensor in Dünnschichttechnik,Figure 7 magnetic position sensor in thin film technology,
Figur 8 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pedaleinrichtung, Figure 8 shows a second embodiment of the pedal device according to the invention,
Figur 9 linearer magnetischer Positionssensor,Figure 9 linear magnetic position sensor,
Fig. 10 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pedaieinrichtung. Fig. 10 shows a third embodiment of the pedal device according to the invention.
Gleiche Merkmale sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Identical features are identified with the same reference numerals in all figures.
Das Fahrpedal 1, z. B. ein Gaspedal, ist drehfest mit der Welle 2 verbunden, die ihrerseits drehbar im Lagerbock 3 gelagert ist. Die Rückstellfeder 28The accelerator pedal 1, e.g. an accelerator pedal, is connected in a rotationally fixed manner to the shaft 2, which in turn is rotatably mounted in the bearing block 3. The return spring 28
stützt sich einerseits an einem mit dem Fahrpedal 1 einstückig ausgebildeten Ansatz 29 und andererseits an einem um eine Welle 30 drehbaren Hebel 31 ab, der mit seinem anderen Ende reibend gegen eine Drehfläche 32 des Fahrpedals 1 anliegt. Dadurch wird ein der Schwenkbewegung des Fahrpedals 1 in beiden Richtungen entgegenwirkender Reibwiderstand (Hysterese) gebildet, wodurch unbeabsichtigte Schwingungen des Fahrpedals 1 weitgehend unterdrückt werden.is supported on the one hand on a projection 29 formed in one piece with the accelerator pedal 1 and on the other hand on a lever 31 which can be rotated about a shaft 30 and which with its other end rubs against a rotating surface 32 of the accelerator pedal 1. This creates a frictional resistance (hysteresis) which counteracts the pivoting movement of the accelerator pedal 1 in both directions, whereby unintentional vibrations of the accelerator pedal 1 are largely suppressed.
Die Wirkung der Rückstellfeder 28 ist durch einen inneren Anschlag 33 begrenzt, an dem der Ansatz 29 zur Anlage kommt, wenn das Fahrpedal 1 nicht bedient wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch noch ein äußerer Anschlag 34 vorgesehen werden.The effect of the return spring 28 is limited by an inner stop 33, on which the projection 29 comes into contact when the accelerator pedal 1 is not operated. Alternatively or additionally, an outer stop 34 can also be provided.
Außerdem kann ein der Schwenkbewegung des Fahrpedals 1 entgegenwirkender Widerstand 35 in Form eines federbelasteten, verschieblichen Anschlags vorgesehen werden, der bei einem vorgegebenen Schwenkwinkel dem Fahrer bewußt macht, daß ein bestimmter Pedalweg zurückgelegt ist und daß bei einem weiteren Durchtreten des Fahrpedais 1 ein neuer Bereich der Leistungsregelung beginnt (Kick-Down-Effekt). Der hier nur stark vereinfacht dargestellte Widerstand 35 wird zweckmäßigerweise mit dem Lagerbock 3 zu einer Baueinheit verbunden.In addition, a resistance 35 in the form of a spring-loaded, movable stop can be provided that counteracts the swiveling movement of the accelerator pedal 1 and that, at a given swiveling angle, the driver is aware that a certain pedal travel has been covered and that a new area of power control begins when the accelerator pedal 1 is pressed further (kick-down effect). The resistance 35, which is only shown here in a very simplified manner, is expediently connected to the bearing block 3 to form a structural unit.
Aus Fig. 1B ist ersichtlich, daß ein magnetischer Positionsgeber 7, 8 vorgesehen ist, dessen nicht weiter dargestelltes Widerstandsnetzwerk halbkreisförmig zur Drehachse des Fahrpedals 1 angeordnet ist. Ein Hebel 36 ist drehfest an der Welle 2 befestigt. Der magnetische Positionsgeber ist dabei durch sein Gehäuse dargestellt, welches aus einem die Widerstandsbahn tragenden Substrat 7 und einer Gehäuseabdeckung 8 besteht.From Fig. 1B it can be seen that a magnetic position sensor 7, 8 is provided, whose resistance network (not shown in more detail) is arranged semicircularly to the axis of rotation of the accelerator pedal 1. A lever 36 is attached to the shaft 2 in a rotationally fixed manner. The magnetic position sensor is represented by its housing, which consists of a substrate 7 carrying the resistance track and a housing cover 8.
Das Gehäuse 7, 8 besteht aus einem isolierenden Substrat 7, welches mit einer Gehäuseabdeckung dicht verlötet, verschweißt oder verklebt ist. Das Substrat 7 und die Gehäuseabdeckung bestehen aus Material mit gleichemThe housing 7, 8 consists of an insulating substrate 7, which is tightly soldered, welded or glued to a housing cover. The substrate 7 and the housing cover are made of material with the same
bzw. ähnlichem Temperaturausdehnungskoeffizienten. Das Gehäuse 7, 8 ist mittels einer an einer Montageeinrichtung 10 angeordneten Klipseinrichtung 9 (vgl. Fig. 8) befestigt. Die Montageeinrichtung 10 ist selbst fest mit dem Lagerbock 3 verbunden. Aus dem Substrat 7 sind die elektrischen Anschlüsse 11, 12, 13 eines magnetischen Positonssensors herausgeführt, welche im Gehäuse 7, 8 montiert ist.or similar thermal expansion coefficient. The housing 7, 8 is secured by means of a clip device 9 (see Fig. 8) arranged on a mounting device 10. The mounting device 10 is itself firmly connected to the bearing block 3. The electrical connections 11, 12, 13 of a magnetic position sensor, which is mounted in the housing 7, 8, are led out of the substrate 7.
Der in dem Gehäuse 7, 8 angeordnete Positionssensor soll mit Hilfe der Fig. 2 erläutert werden.The position sensor arranged in the housing 7, 8 will be explained with the help of Fig. 2.
Der magnetische Positionssensor ist in Figur 2a schematisch auf der Basis einer Dickschichtanordnung in Form eines bogenförmigen Potentiometers in seinen einzelnen Teilen dargestellt. Figur 2b ist ein Schnitt durch den montierten Positionssensor entlang der Linie l-l zu entnehmen.The magnetic position sensor is shown schematically in Figure 2a on the basis of a thick-film arrangement in the form of an arc-shaped potentiometer in its individual parts. Figure 2b shows a section through the assembled position sensor along the line l-l.
Das unmagnetische Substrat 7 trägt ein Widerstandsnetzwerk in Form einer schichtförmigen Widerstandsbahn 14, welche sich zwischen den elektrischen Anschlüssen 11 und 12 erstreckt.The non-magnetic substrate 7 carries a resistance network in the form of a layered resistance track 14, which extends between the electrical connections 11 and 12.
Unter der Widerstandsbahn 14 sind auf dem Substrat 7 mehrere Leiterbahnen 15 angeordnet. Die Leiterbahnen 15 werden teilweise von der Widerstandsbahn 14 abgedeckt. Dabei bildet ein von der Widerstandsbahn nicht bedecktes Ende jeder Leiterbahn 15 eine Kontaktfläche 16, die mit Gold oder Silber beschichtet ist.Below the resistance track 14, several conductor tracks 15 are arranged on the substrate 7. The conductor tracks 15 are partially covered by the resistance track 14. An end of each conductor track 15 not covered by the resistance track forms a contact surface 16 that is coated with gold or silver.
Die Schnittdarstellung in Figur 3 zeigt, daß die Leiterbahnen 15 im Bereich der Widerstandsbahn 14 vollständig von dieser umschlossen sind, um eine zuverlässige elektrische Kontaktierung zu gewährleisten. Gemäß Figur 2 ist auf dem Substrat 7 deckungsgleich zur Widerstandsbahn 14 ein Abstandshalter 17 angeordnet, auf welchem eine einstückige, kammförmige Biegebalkenstruktur 18 in Form einer weichmagnetischen Folie aufgebracht ist.The sectional view in Figure 3 shows that the conductor tracks 15 in the area of the resistance track 14 are completely enclosed by it in order to ensure reliable electrical contact. According to Figure 2, a spacer 17 is arranged on the substrate 7 congruent with the resistance track 14, on which a one-piece, comb-shaped bending beam structure 18 in the form of a soft magnetic film is applied.
Alternativ dazu besteht die Biegebalkenstruktur 18 aus nicht magnetischem Material, welches mit einer magnetischen Schicht versehen ist.Alternatively, the bending beam structure 18 consists of non-magnetic material which is provided with a magnetic layer.
Die kammförmige weichmagnetische Biegebalkenstruktur 18 besteht aus einseitig gestützten, frei beweglichen Biegebalken 19. Die Biegebalken 19 sind zur Reduzierung des Kontaktwiderstandes galvanisch mit einer Goldoder Silberschicht beschichtet.The comb-shaped soft magnetic bending beam structure 18 consists of cantilevered, freely movable bending beams 19. The bending beams 19 are galvanically coated with a gold or silver layer to reduce the contact resistance.
Der Abstandshalter 17 hält die frei beweglichen Enden der Biegebalkenstruktur 18 in einem definierten Abstand zu den Kontaktflächen 16.The spacer 17 keeps the freely movable ends of the bending beam structure 18 at a defined distance from the contact surfaces 16.
Die frei beweglichen Enden der Biegebalken 19 sind überdeckend zu den Kontaktflächen 16 angeordnet. Dabei ist die als weichmagnetische Folie ausgebildete Biegebalkenstruktur 18 selbst elektrisch leitfähig und steht mit dem außenliegenden elektrischen Anschluß 13 in Verbindung.The freely movable ends of the bending beams 19 are arranged to overlap the contact surfaces 16. The bending beam structure 18, which is designed as a soft magnetic foil, is itself electrically conductive and is connected to the external electrical connection 13.
Die Widerstandsbahn 14 ist, wie bereits erläutert, über die Anschlüsse 11 und 12 elektrisch mit Masse und der Betriebsspannung U5 verbunden. Die Signalspannung UAUS des Positionsgebers ist über den elektrischen Anschluß 13 abgreifbar, der mit der Biegebalkenstruktur 18 verbunden ist. Die Signalspannung UAUS ist im Bereich von 0 V bis UB variierbar und stellt die Position eines Permanentmagneten 5 dar.As already explained, the resistance track 14 is electrically connected to ground and the operating voltage U 5 via the connections 11 and 12. The signal voltage U AUS of the position sensor can be tapped via the electrical connection 13, which is connected to the bending beam structure 18. The signal voltage U AUS can be varied in the range from 0 V to U B and represents the position of a permanent magnet 5.
Der Permanentmagnet 5, welcher wie beschrieben außerhalb des Gehäuses 7, 8 beweglich gegenüber der abgewandten Seite des die Widerstandsbahn 2 tragenden Substrats 1 angeordnet ist, wird im Bereich der Überlagerung der Kontaktflächen 16 mit den frei beweglichen Enden 19 der einseitig gestützten Biegebalken 19 bewegt. Der Permanentmagnet 5 kann dabei mittels einer Feder derart vorgespannt sein, daß er entlang der Gehäuseaußenseite, z. B. der Substrataußenseite, berührend bewegbar ist.The permanent magnet 5, which as described is arranged outside the housing 7, 8 so as to be movable relative to the opposite side of the substrate 1 carrying the resistance track 2, is moved in the area of the overlap of the contact surfaces 16 with the freely movable ends 19 of the bending beams 19 supported on one side. The permanent magnet 5 can be pre-tensioned by means of a spring in such a way that it can be moved in contact along the outside of the housing, e.g. the outside of the substrate.
Die frei beweglichen Enden der Biegebalken 19 der Biegebalkenstruktur 18 werden durch das Magnetfeld des Permanentmagneten 5 auf die Kontakt-The freely movable ends of the bending beams 19 of the bending beam structure 18 are guided by the magnetic field of the permanent magnet 5 onto the contact
flächen 16 gezogen und kontaktiert. Entsprechend der Position des Permanentmagneten 5 wird eine elektrische Verbindung zu den dazugehörigen Widerständen des Widerstandsnetzwerkes erzeugt und eine dieser Position entsprechende Signalspannung UAUS abgegriffen. Es wird dabei ein gestuftes Ausgangssignal erzeugt, wie es in Figur 4 dargestellt ist.surfaces 16 and contact is made. Depending on the position of the permanent magnet 5, an electrical connection is created to the associated resistors of the resistor network and a signal voltage U AUS corresponding to this position is tapped. This generates a stepped output signal as shown in Figure 4.
Die Breite des Dauermagneten 5 ist so dimensioniert, daß mehrere nebeneinander liegende, frei bewegliche Enden 19 der Biegebalkenstruktur 18 gleichzeitig mit den entsprechenden Kontaktflächen 16 kontaktiert werden und somit redundant wirken, so daß etwaige Kontaktunterbrechungen nicht zum völligen Signalausfall des Meßsystems führen.The width of the permanent magnet 5 is dimensioned such that several adjacent, freely movable ends 19 of the bending beam structure 18 are simultaneously contacted with the corresponding contact surfaces 16 and thus act redundantly, so that any contact interruptions do not lead to a complete signal failure of the measuring system.
Dies ist im elektrischen Ersatzschaltbild des Positionssensors gemäß Figur 5 noch einmal verdeutlicht.This is illustrated again in the electrical equivalent circuit diagram of the position sensor according to Figure 5.
Die Einzelwiderstände des Widerstandsnetzwerkes 14 können, wie beschrieben, als Bahn oder ais separate Einzelwiderstände ausgebildet sein.The individual resistors of the resistor network 14 can, as described, be designed as a track or as separate individual resistors.
Die Berührung der Biegebalkenelemente 19 mit den Kontaktflächen 16 an den Leiterbahnen 15 führt zum Schließen eines Schalters 20, wodurch das Ausgangssignal UAUS erzeugt wird.The contact of the bending beam elements 19 with the contact surfaces 16 on the conductor tracks 15 leads to the closing of a switch 20, whereby the output signal U OFF is generated.
Der Abstandshalter 17 ist mittels einer temperaturbeständigen und ausgasungsfreien selbstklebenden Folie sowohl an der Biegebalkenstruktur 18 als auch am isolierenden Substrat 7 befestigt. Zur Herstellung einer direkten elektrischen Verbindung kann der Abstandshalter 17 metallisch ausgebildet sein.The spacer 17 is attached to both the bending beam structure 18 and the insulating substrate 7 by means of a temperature-resistant and outgassing-free self-adhesive film. To create a direct electrical connection, the spacer 17 can be made of metal.
Der Abstandshalter 17 kann vorzugsweise auch aus dem gleichen Material wie das Substrat 7 hergestellt sein.The spacer 17 can preferably also be made of the same material as the substrate 7.
Auch kann eine quer gebogene Biegebalkenstruktur 18 zur Abstandsgewinnung der Biegebalken 19 zu den Kontaktflächen 16 genutzt werden.A transversely bent bending beam structure 18 can also be used to create a distance between the bending beams 19 and the contact surfaces 16.
Das die Widerstandsbahn 14 und die weichmagnetische Folie 18 tragende isolierende Substrat 7 besteht aus einer Keramikplatte. Es ist aber auch der Einsatz von Glas- oder Kunststoffträgern oder glas- oder isolationsbeschichteten Metallplatten, sowie Silizium oder Epoxid-Leiterplattenmaterial denkbar.The insulating substrate 7 carrying the resistance track 14 and the soft magnetic film 18 consists of a ceramic plate. However, the use of glass or plastic carriers or glass or insulation-coated metal plates, as well as silicon or epoxy circuit board material is also conceivable.
Das isolierende Substrat 7, welches die Widerstandsbahn 14, die Leiterbahnen 15 mit den Kontaktflächen 16, den Abstandshalter 17 sowie die Biegebalkenstruktur 18 trägt, dient gleichzeitig als Gehäusewandung des Positionssensors, die mit einer Gehäuseabdeckung 8 verschlossen wird.The insulating substrate 7, which carries the resistance track 14, the conductor tracks 15 with the contact surfaces 16, the spacer 17 and the bending beam structure 18, simultaneously serves as the housing wall of the position sensor, which is closed with a housing cover 8.
Bei der Verwendung einer metallischen Gehäuseabdeckung 8 kann die Abdeckung zum Korrosionsschutz und zur Verbesserung der Lötbarkeit vollständig verzinnt werden.When using a metallic housing cover 8, the cover can be fully tinned to protect against corrosion and to improve solderability.
Ansteile der metallische Gehäuseabdeckung 8 ist auch eine lötfähige metallisierte Keramikabdeckung verwendbar.Instead of the metallic housing cover 8, a solderable metallized ceramic cover can also be used.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Gehäusedeckel 8 mit dem Substrat 7 mit Kleber oder einer Schmelzfolie zu verkleben.Another possibility is to bond the housing cover 8 to the substrate 7 with adhesive or a melt film.
Eine metallisierte Schicht 22 als umlaufender Rand auf dem isolierenden Substrat 1 dient zur Verkapselung des Positionssensors. Zur Verbesserung der Lötbarkeit wird die Metallschicht 22 verzinnt.A metallized layer 22 as a peripheral edge on the insulating substrate 1 serves to encapsulate the position sensor. To improve solderability, the metal layer 22 is tinned.
Zur Realisierung der elektrischen Anschlüsse 11, 12, 13 werden Stifte durch das isolierende Substrat 7 geführt und dort hermetisch dicht und damit korrosionsbeständig mit der Widerstandsbahn 14 bzw. der Biegebalkenstruktur 18 verlötet oder verschweißt.To realize the electrical connections 11, 12, 13, pins are guided through the insulating substrate 7 and are soldered or welded there to the resistance track 14 or the bending beam structure 18 in a hermetically sealed and thus corrosion-resistant manner.
Alternativ können aber auch Verbindungsdrähte 23 über je eine dichte Glasdurchführung 27 nach außen geführt werden, wobei jede Glasdurchführung entweder durch das Substrat 7 oder durch die Gehäuseabdeckung 8 geführt wird.Alternatively, connecting wires 23 can also be led out via a sealed glass feedthrough 27, whereby each glass feedthrough is led either through the substrate 7 or through the housing cover 8.
In einer weiteren Ausführung, wie sie in Figur 6 dargestellt ist, können die Durchführungslöcher für die elektrischen Anschlüsse, z.B. Anschluß 11 im Substrat 7 (oder der Gehäuseabdeckung 8), durch Zulöten mittels Auffüllen des Durchführungsloches mit Lötmittel 24 ohne Verbindungsdrähte abgedichtet werden. Der entstehende Lötpunkt 25 dient gleichzeitig als elektrischer Anschluß für von außen zugeführte Drähte 23. Dadurch wird zuverlässig verhindert, daß Feuchtigkeit durch die Durchführungslöcher in den Positonssensor eindringt. Das Widerstandsnetzwerk 14 ist über eine auf dem Substrat 7 befindliche Anschlußleiterbahn 21 mit dem Lötpunkt 25a des Lötmittels verbunden.In a further embodiment, as shown in Figure 6, the feedthrough holes for the electrical connections, e.g. connection 11 in the substrate 7 (or the housing cover 8), can be sealed by soldering by filling the feedthrough hole with solder 24 without connecting wires. The resulting soldering point 25 simultaneously serves as an electrical connection for wires 23 fed in from the outside. This reliably prevents moisture from penetrating the position sensor through the feedthrough holes. The resistance network 14 is connected to the soldering point 25a of the solder via a connecting conductor track 21 located on the substrate 7.
Im Bereich des umlaufenden Randes 26 der Gehäuseabdeckung 8 sind Substrat 7 und Gehäuseabdeckung 8, wie beschrieben, über die metallisierte Schicht 22 verlötet, verschweißt oder verklebt.In the area of the peripheral edge 26 of the housing cover 8, the substrate 7 and the housing cover 8 are soldered, welded or glued via the metallized layer 22, as described.
Anstelle der beschriebenen einstückigen Biegebalkenstruktur 18 können einzelne Biegebalkenelemente verwendet werden. Auch diese Biegebalkenelemente bestehen aus einer weichmagnetischen Folie und sind elektrisch leitfähig ausgebildet. Sie werden ebenfalls mittels einer selbstklebenden Folie am Abstandshalter 17 befestigt. Die Biegebalkenelemente sind so dimensioniert, daß sie durch eigene Federkraft ohne zusätzliche Hilfsmittel bei Nachlassen der Magneteinwirkung zurücksteilen. Diese selbsttätige Rückstellung gilt auch für die zuvor beschriebene Biegebalkenstruktur.Instead of the described one-piece bending beam structure 18, individual bending beam elements can be used. These bending beam elements also consist of a soft magnetic film and are electrically conductive. They are also attached to the spacer 17 using a self-adhesive film. The bending beam elements are dimensioned in such a way that they spring back under their own spring force without additional aids when the magnetic effect is reduced. This automatic resetting also applies to the bending beam structure described above.
Die Biegebalkenelemente sind elektrisch mit dem Abgriff 13 zur Lieferung des Positionssignals UAUS verbunden. Diese Biegebalkenelemente können entweder aus weichmagnetischem Material oder aus einem nicht magnetischen Material bestehen, welches mit magnetischen Schichten versehen ist. Die Biegebalkenelemente sind dabei ebenfalls partiell mit einer Edelmetallschicht überzogen.The bending beam elements are electrically connected to the tap 13 for supplying the position signal U OUT . These bending beam elements can either consist of soft magnetic material or of a non-magnetic material which is provided with magnetic layers. The bending beam elements are also partially coated with a precious metal layer.
Der magnetische Positionssensor ist, wie beschrieben, einfach in Dick-The magnetic position sensor is, as described, easy to install in thick
Schichttechnik herstellbar. Dabei beträgt die Dicke der Schicht 5-50 pm, die Breite annähernd 0,2 mm und die Länge ungefähr 100 mm. Die Schichten werden in bekannter Dickschichttechnik mit Siebdruck aufgebracht und anschließend eingebrannt.The thickness of the layer is 5-50 pm, the width is approximately 0.2 mm and the length is approximately 100 mm. The layers are applied using the well-known thick-film technique with screen printing and then baked.
Das Widerstandsnetzwerk 14 des Positionssensors kann auf dem Substrat aber auch in Dünnschichttechnik hergestellt werden. Hier beträgt die Schichtdicke üblicherweise 0,5 bis 2 pm, die Schichtbreite wird zwischen 5 pm und 5 mm gewählt, während die Schichtlänge 1 mm bis 100 mm beträgt.The resistance network 14 of the position sensor can be manufactured on the substrate or using thin-film technology. Here, the layer thickness is usually 0.5 to 2 pm, the layer width is selected between 5 pm and 5 mm, while the layer length is 1 mm to 100 mm.
Die Leiterbahnen 15 liegen entweder zwischen Substrat 7 und Widerstandsbahn 14 oder die Widerstandsbahn 14 ist direkt auf dem Substrat 7 angeordnet und die Leiterbahnen 15 sind in der beschriebenen Konfiguration auf der Widerstandsbahn 14 angeordnet. Dies hat den Vorteil, daß die gesamte Fläche einer Leiterbahn 15 als Kontaktfläche 16 in der beschriebenen Art und Weise verwendbar ist. Es ist auch denkbar, daß Widerstandsbahn 14 und Kontaktflächen 16 in einem Layout auf das Substrat aufgebracht werden (Figur 7a). Die Widerstandsbahn 14 weist dabei eine mäanderförmige Struktur auf, wodurch eine bessere Unterteilung der Widerstandsbahn 14 in Einzelwiderstände möglich ist. An jeden Mäander schließt sich einstückig eine Kontaktfläche 16 an. Bei der in Figur 7b dargestellten Biegebalkenstruktur 18 sind die Biegebalken 19 in ihrem Mitteistück tailliert ausgebildet, was eine bessere Beweglichkeit des einzelnen Biegebalkens ermöglicht.The conductor tracks 15 are either located between the substrate 7 and the resistance track 14 or the resistance track 14 is arranged directly on the substrate 7 and the conductor tracks 15 are arranged on the resistance track 14 in the described configuration. This has the advantage that the entire surface of a conductor track 15 can be used as a contact surface 16 in the manner described. It is also conceivable that the resistance track 14 and contact surfaces 16 are applied to the substrate in a layout (Figure 7a). The resistance track 14 has a meandering structure, which enables a better division of the resistance track 14 into individual resistors. A contact surface 16 is integrally connected to each meander. In the bending beam structure 18 shown in Figure 7b, the bending beams 19 are tapered in their middle section, which enables better mobility of the individual bending beams.
In Fig. 8 ist eine weitere Ausführung der Erfindung dargestellt. Der aus einem elastischen Material bestehende Gehäusekörper 1 wirkt in Pfeilrichtung auf einen Hebel 44, der in Form eines Stößels ausgebildet ist, ein. Dieser Stößel 44 trägt an dem dem Pedalkörper 1 entgegengesetzten Ende in einer Öffnung 4 in einer Hülse 6 den Dauermagneten 5. Entsprechend der Position des Pedalkörpers 1 bewegt sich der fest am Stößel 44 verankerte Magnet 5 schleifend an dem Substrat 7,8 des magnetischen Positionssensors, welcher die Widerstandsbahn 14 trägt. Der Positionssensor ist dabei linear aus-A further embodiment of the invention is shown in Fig. 8. The housing body 1, which is made of an elastic material, acts in the direction of the arrow on a lever 44, which is designed in the form of a plunger. This plunger 44 carries the permanent magnet 5 in an opening 4 in a sleeve 6 at the end opposite the pedal body 1. Depending on the position of the pedal body 1, the magnet 5, which is firmly anchored to the plunger 44, moves in a sliding manner on the substrate 7, 8 of the magnetic position sensor, which carries the resistance track 14. The position sensor is designed linearly.
gebildet, wie er in Fig. 9 dargestellt ist.formed as shown in Fig. 9.
Wie schon ausgeführt, ist das Substrat 7 dicht mit der Gehäuseabdeckung 8 verbunden und über eine Klipseinrichtung 9 mit einem Gebergehäuse 37 versehen, das mit einem Deckel 38 geschlossen ist und nur die elektrischen Anschlüsse 11, 12, 13 des Positionsgebers sind aus dem Gebergehäuse 37 herausgeführt. Der Stößel 44 liegt an dem Pedalkörper 1 an und wird durch die Öffnung einer Montageplatte 39 geführt. Der Stößel 44 ist gegen den Pedalkörper 1 durch eine Feder 40 vorgespannt, die an der Innenseite des Deckels 38 des Gebergehäuses 37 befestigt ist.As already explained, the substrate 7 is tightly connected to the housing cover 8 and is provided with a sensor housing 37 via a clip device 9, which is closed with a cover 38 and only the electrical connections 11, 12, 13 of the position sensor are led out of the sensor housing 37. The plunger 44 rests against the pedal body 1 and is guided through the opening of a mounting plate 39. The plunger 44 is preloaded against the pedal body 1 by a spring 40, which is attached to the inside of the cover 38 of the sensor housing 37.
Die Ausführungsform der Fig. 10 unterscheidet sich hinsichtlich der Fig. 8 dadurch, daß das elastisch ausgebildete Pedalgehäuse 1 dicht mit der Montageplatte 39 verbunden ist und in seinem Innenraum ein Druckmittel 41 z. B. eine Flüssigkeit enthält. Die Montageplatte 39 weist im Bereich des Druckmittels 41 eine Öffnung 42 auf, die vollständig durch eine Membran 43 abgedeckt ist und gegen welche der Stößel 44 vorgespannt ist. Bei einer Kraftbeaufschlagung wird die Verformung des Pedalgehäuses 1 über das Druckmittel 41 auf die Membran 43 übertragen. Die Auslenkung der Membran 43 führt zur Verschiebung des Stößels 44 und somit zur Veränderung der Position des Magneten 5 gegenüber dem Positionssensor 7, 8.The embodiment of Fig. 10 differs from Fig. 8 in that the elastically designed pedal housing 1 is tightly connected to the mounting plate 39 and contains a pressure medium 41, e.g. a liquid, in its interior. The mounting plate 39 has an opening 42 in the area of the pressure medium 41, which is completely covered by a membrane 43 and against which the tappet 44 is prestressed. When a force is applied, the deformation of the pedal housing 1 is transferred to the membrane 43 via the pressure medium 41. The deflection of the membrane 43 leads to the displacement of the tappet 44 and thus to a change in the position of the magnet 5 relative to the position sensor 7, 8.
Eine solche Pedaleinrichtung ist besonders für Bremspedale geeignet.Such a pedal device is particularly suitable for brake pedals.
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