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Dokumentenidentifikation DE102006020621A1 30.08.2007
Titel Sensoranordnung
Anmelder Heggemann Aerospace AG, 33142 Büren, DE
Erfinder Casey, Thomas, 33142 Büren, DE;
Steinig, Dirk, 33175 Bad Lippspringe, DE
Vertreter Eikel & Partner GbR, 32760 Detmold
DE-Anmeldedatum 02.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006020621
Offenlegungstag 30.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.08.2007
IPC-Hauptklasse G01B 7/02(2006.01)A, F, I, 20060502, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B62D 37/02(2006.01)A, L, I, 20060502, B, H, DE   
Zusammenfassung Bei einer Sensoranordnung, aufweisend einen stabförmigen, magnetostriktiven Wellenleiter 16 mit angeschlossener Auswerteelektronik für die Lagebestimmung eines längs des Wellenleiters 16 verschiebbaren Positionsmagneten 18, ist der Wellenleiter 16 in einem nichtmagnetischen Führungsrohr 15 angeordnet, ist auf dem Führungsrohr 15 ein Schlitten 14 geführt und ist an dem Schlitten 14 der Positionsmagnet 18 angeordnet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Sensoranordnungen mit einem magnetostriktiven Positionssensor, aufweisend einen stabförmigen, magnetostriktiven Wellenleiter mit angeschlossener Auswerteelektronik für die Lagebestimmung eines längs des Wellenleiters verschiebbaren Positionsmagneten sowie Anwendungen derartiger Sensoranordnungen.

Magnetostriktive Positionssensoren sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt geworden. Zumeist beruht das Messprinzip auf der Auswertung des Wiedemann- und des Villari-Effekts.

Wird durch den Wellenleiter ein Stromimpuls geschickt, erzeugt dieser ein mit Lichtgeschwindigkeit sich zirkular ausbreitendes Magnetfeld um denselben. Trifft nun dieses zirkulare Magnetfeld mit dem Magnetfeld eines längs des Wellenleiters verschiebbaren Magneten zusammen, so wird an der Überlagerungsstelle der beiden Magnetfelder durch Magnetostriktion eine torsionale, mechanisch-elastische Dichtewelle ausgelöst, die sich mit Ultraschallgeschwindigkeit ausbreitet, bekannt als Wiedemann-Effekt.

Endseitig des Wellenleiters ist eine Auswerteelektronik angeschlossen, die die Ankunft dieser Welle erkennt und zur Detektion den magnetoelastischen Villari-Effekt ausnutzt. Damit kann der Abstand zwischen einer Detektorspule der Auswerteelektronik und dem längs des Wellenleiters verschiebbaren Positionsmagneten aus der Zeitdifferenz des elektrischen Erregerstromimpulses und des in der Detektorspule durch den Villari-Effekt erzeugten Spannungsimpulses bestimmt werden.

Bei einer derartigen Sensoranordnung, aufweisend einen stabförmigen, magnetostriktiven Wellenleiter mit angeschlossener Auswerteelektronik für die Lagebestimmung eines längs des Wellenleiters verschiebbaren Positionsmagneten, wird gemäß des Anspruchs 1 darauf abgestellt, dass der Wellenleiter in einem nichtmagnetischen Führungsrohr angeordnet ist, dass auf dem Führungsrohr ein Schlitten geführt ist und dass an dem Schlitten der Positionsmagnet angeordnet ist.

Eine derartige Sensoranordnung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere ist durch die Anordnung des vergleichsweise empfindlichen Wellenleiters in einem Führungsrohr dieser vor Umgebungseinflüssen geschützt. Darüber hinaus ist eine exakte Positionierung des Positionsmagneten gegenüber dem Wellenleiter sichergestellt, da dieser fest mit dem Schlitten auf dem Führungsrohr verfahren wird. Fehlerquellen beispielsweise durch eine schlechte Justierung sind damit sicher auch vermieden.

Verständlicherweise ist das Führungsrohr aus einem nicht magnetischen Werkstoff, vorzugsweise einem Aluminium. Es weist damit auch ausreichende mechanische Stabilität auf, um als Führung auch bei größeren Belastungen zu dienen.

Alternativ können geeignete Kunststoffprofile bei geringer mechanischer Belastung auch als Führungsrohr vorgesehen werden.

In konstruktiver Ausgestaltung der Sensoranordnung ist vorgesehen, dass der Schlitten das Führungsrohr umfasst. Ist das Führungsrohr von einem unrunden Querschnitt, beispielsweise quadratisch, ist damit ein Verdrehen des Schlittens unmöglich.

Ist ein runder Querschnitt des Führungsrohrs vorgesehen, so ist ein sicheres Gleiten des Schlittens auf dem Führungsrohr ermöglicht. Ein Verkanten an Längskanten kann nicht auftreten.

Unabhängig von dem Querschnitt wird der Wellenleiter bevorzugt zentral angeordnet sein, insbesondere dann, wenn der Positionsmagnet ringförmig ausgebildet das Führungsrohr umfasst.

In weiterer konstruktiver Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Führungsrohr einerends von einem Gehäuse der Auswerteelektronik geschlossen ist, insbesondere ein oberes Ende des Führungsrohrs, so dass der Wellenleiter in einfacher weise vor herabfallenden Gegenständen geschützt ist.

Bei einer weiteren Sensoranordnung nach der Erfindung, aufweisend einen stabförmigen, magnetostriktiven Wellenleiter mit angeschlossener Auswerteelektronik für die Lagebestimmung eines längs des Wellenleiters verschiebbaren Positionsmagneten, wird gemäß des Anspruchs 6 darauf abgestellt, dass der Wellenleiter radial außenliegend und parallel zu einem nichtmagnetischen Führungsrohr angeordnet ist und dass an einem innerhalb des Führungsrohrs geführten Gleitstück der Positionsmagnet unverdrehbar neben dem Wellenleiter angeordnet ist.

Auch bei dieser Sensoranordnung ist eine korrekte Ausrichtung des Wellenleiters und des Positionsmagneten grundsätzlich vorgegeben.

Insbesondere kann bei einer derartigen Sensoranordnung weiter daran gedacht sein, dass das Führungsrohr das Gehäuse eines Zylinders ist und dass der Positionsmagnet kolbenfest angeordnet ist. Damit kann die Stellung des Kolbens gegenüber dem Zylinder exakt vermessen werden.

Die voranstehend erläuterten Sensoranordnungen sind bestens geeignet, Lageänderungen vielfältiger Art zu vermessen. Anwendungen bei Kraftfahrzeugen, Booten, Flugzeugen oder dergleichen, bei denen Vorrichtung geschwindigkeitsabhängig beispielsweise gestellt werden müssen, und deren Stellweg es zu überwachen gilt, sind vielfältig möglich.

So wird beispielsweise bei einer Vorrichtung für das Ausfahren und Anstellen eines Spoilers eines Kraftfahrzeuges, eines Bootes oder dergleichen, aufweisend Sensoranordnungen der eingangs erläuterten Art, gemäß des Anspruchs 8 darauf abgestellt, dass eine Sensoranordnung für das Monitoring der Spoilerhöhe und eine Sensoranordnung für das Monitoring des Anstellwinkels des Spoilers vorgesehen ist. Damit ist ein optimales Ausfahren und Anstellen des Spoilers, bspw. abhängig von der Geschwindigkeit der anströmenden Luft, gewährleistet.

Dabei ist insbesondere daran gedacht, dass eine den Anstellwinkel des Spoilers einstellende Vorrichtung auf einem Führungsrohr einer Sensoranordnung verschiebbar angeordnet höhenverstellbar ist. Damit kann sicher die Höhe des Spoilers beispielsweise über dem Fahrzeugheck bestimmt werden.

Eine solche Vorrichtung kann durch eine Zahnstange, einem elektrischen Antrieb oder dergleichen ausgebildet werden. Bevorzugt wird insbesondere ein Zylinder, der hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden kann.

Für die Feststellung des Anstellwinkels wird dann zweckmäßigerweise das Gehäuse des Zylinders nichtmagnetisch ausgebildet das Führungsrohr einer Sensoranordnung sein und ist ein Positionsmagnet in dem Zylinder kolbenfest angeordnet.

Anhand der einzigen Figur der Zeichnung werden die Sensoranordnungen nach der Erfindung in einer derartigen Vorrichtung weiter erläutert.

1 zeigt in einem Schnitt eine Vorrichtung 1, wie sie beispielsweise für das Ausfahren und Anstellen eines Spoilers regelmäßig paarweise verwendbar ist, der auf einer Befestigungsplatte 2 aufsitzt.

Die Höhenverstellung eines derartigen Spoilers erfolgt mittels eines Zylinders 3, an dessen Kolbenstange 4 die Befestigungsplatte 2 um eine Achse 5 verschwenkbar festgelegt ist.

Für das Anstellen des Spoilers bzw. der Befestigungsplatte 2 ist ein weiterer Zylinder 6 vorgesehen, der von dem Hydraulikzylinder 3 mitbewegt wird.

Um den Anstellwinkel der um die Achse 5 angelenkten Befestigungsplatte 2 festzustellen, wenn die Kolbenstange 7 des Zylinders 6 ausgefahren wird, ist eine magnetostriktive Sensoranordnung vorgesehen.

Diese weist einen magnetostriktiven, stabförmigen Wellenleiter 8 auf, der einerends mit einem Gehäuse 9 für die Aufnahme einer Auswerteelektronik versehen ist.

Der Wellenleiter 8 ist radial außenliegend und parallel zur Längserstreckung eines Gehäuses 10 aus einem nicht magnetischen Werkstoffs des Zylinders 6 angeordnet. Das Innere des Gehäuses 10 ist als Führungsrohr 11 eines Gleitstücks 12 ausgebildet, durch das auch der Kolben des Zylinders 6 mit ausgebildet wird. An dem Gleitstück 12 ist, verdrehsicher um die Längsachse, ein Positionsmagnet 13 angeordnet.

Durch diese Sensoranordnung ist der Abstand zwischen dem Positionsmagneten 13 und der in dem Gehäuse 10 angeordneten Detektorspule exakt bestimmbar und damit der Anstellwinkel der Befestigungsplatte 2 berechenbar.

Das Gehäuse 10 des Zylinders 6 ist an einen Schlitten 14 angeschlossen, der ein weiteres Führungsrohr 15 einer zweiten Sensoranordnung umschließt, das aus einem nicht magnetischen Werkstoff, insbesondere aus einem Aluminium gefertigt ist.

In dem Führungsrohr 15 zentral angeordnet ist ein zweiter Wellenleiter 16, der einerends ein das Führungsrohr 15 schließendes Gehäuse 17 für eine Auswerteelektronik aufweist.

Der Schlitten 14 ist mit einem ringförmig ausgebildeten, das Führungsrohr 15 gleichfalls umfassenden Positionsmagneten 18 versehen, so dass der Verfahrweg des Schlittens 14 auf dem Führungsrohr 15 exakt bestimmbar ist. Hieraus lässt sich die Höhe der Befestigungsplatte 2 und damit des Spoilers beispielsweise über einem Kofferraum eines Pkws problemlos berechnen.

1
Vorrichtung
2
Befestigungsplatte
3
Zylinder
4
Kolbenstange
5
Achse
6
Zylinder
7
Kolbenstange
8
Wellenleiter
9
Gehäuse
10
Gehäuse
11
Führungsrohr
12
Gleitstück
13
Positionsmagnet
14
Schlitten
15
Führungsrohr
16
Wellenleiter
17
Gehäuse
18
Positionsmagnet


Anspruch[de]
Sensoranordnung, aufweisend einen stabförmigen, magnetostriktiven Wellenleiter mit angeschlossener Auswerteelektronik für die Lagebestimmung eines längs des Wellenleiters verschiebbaren Positionsmagneten, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (16) in einem nichtmagnetischen Führungsrohr (15) angeordnet ist, dass auf dem Führungsrohr (15) ein Schlitten (14) geführt ist und dass an dem Schlitten (14) der Positionsmagnet (18) angeordnet ist. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (15) aus einem Aluminium ist: Sensoranordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten (14) das Führungsrohr (15) umfasst. Sensoranordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsmagnet (18) ringförmig ausgebildet das Führungsrohr (15) umfasst. Sensoranordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (15) einerends von einem Gehäuse (17) der Auswerteelektronik geschlossen ist. Sensoranordnung, aufweisend einen stabförmigen, magnetostriktiven Wellenleiter mit angeschlossener Auswerteelektronik für die Lagebestimmung eines längs des Wellenleiters verschiebbaren Positionsmagneten, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (8) radial außen liegend und parallel zu einem nichtmagnetischen Führungsrohr (11) angeordnet ist und dass an einem innerhalb des Führungsrohrs (11) geführten Gleitstück (12) der Positionsmagnet (13) unverdrehbar neben dem Wellenleiter (8) angeordnet ist. Sensoranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (11) durch das Gehäuse eines Zylinders (6) ist und dass der Positionsmagnet (8) kolbenfest angeordnet ist. Vorrichtung für das Ausfahren und Anstellen eines Spoilers eines Kraftfahrzeuges, eines Bootes oder dergleichen, aufweisend Sensoranordnungen nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoranordnung für das Monitoring der Spoilerhöhe und eine Sensoranordnung für das Monitoring des Anstellwinkels des Spoilers vorgesehen ist. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Anstellwinkel des Spoilers einstellende Vorrichtung auf einem Führungsrohr (15) einer Sensoranordnung verschiebbar angeordnet höhenverstellbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die den Anstellwinkel einstellende Vorrichtung ein Zylinder (6) ist. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Zylinder (6) nichtmagnetisch ausgebildet das Führungsrohr (11) einer Sensoranordnung ist und dass ein Positionsmagnet (13) in dem Zylinder (6) kolbenfest angeordnet ist.






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