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Dokumentenidentifikation DE102006024680A1 29.11.2007
Titel Positionsmeßvorrichtung
Anmelder Leopold Kostal GmbH & Co. KG, 58513 Lüdenscheid, DE
Erfinder Heinrich, Anett, 58515 Lüdenscheid, DE;
Piwkowski, Sandra, 44227 Dortmund, DE
DE-Anmeldedatum 26.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006024680
Offenlegungstag 29.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse G01B 7/02(2006.01)A, F, I, 20060526, B, H, DE
Zusammenfassung Beschrieben wird eine Positionsmeßvorrichtung mit mindestens einem magnetfeldempfindlichen Sensor und mit mindestens einem Magneten, der insbesondere von einem Magnethalter eingefaßt sein kann, wobei der Magnet oder der Magnethalter an einer Anlagefläche eines Sockels verschieblich gelagert ist, wobei federnde Elemente vorgesehen sind, die den Magneten oder den Magnethalter gegen die Anlagefläche pressen.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positionsmeßvorrichtung mit mindestens einem magnetfeldempfindlichen Sensor und mit mindestens einem Magneten, der insbesondere von einem Magnethalter eingefaßt sein kann, wobei der Magnet oder der Magnethalter an einer Anlagefläche eines Sockels verschieblich gelagert ist.

Ein derartige Positionsmeßvorrichtung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 17 464 A1 bekannt. Hierbei ist ein Magnet in einem Schlitten aus magnetisch nicht leitendem Material angeordnet, der wiederum von einem Rahmen aus einem magnetisch leitenden Material umgeben ist. Die Positionsmeßvorrichtung ist durch den magnetisch leitenden Rahmen relativ aufwendig ausgebildet.

Um eine gleitende Bewegung des Schlittens zu ermöglichen, ist zwischen dem Schlitten und dem Rahmen oder einem Gehäuse eine keilförmige Führung vorgesehen. Die schiefen Ebenen der Führung ermöglichen eine vertikalspielfreie Bewegung des Schlittens. Nachteilig ist, daß der absolute Abstand zwischen dem Magneten und einem innerhalb des Rahmens angeordneten magnetfeldempfindlichen Sensor wesentlich von Maßtoleranzen des Schlittens und der Führung abhängt. Bei kleinem Schlitten und großer Führungsbreite rutscht der Schlitten tiefer in die Führung. Bei großem Schlitten und schmaler Führung ist es umgekehrt; in diesem Fall liegt der Schlitten nicht tief genug in der Führung. Die Höhenlage des Schlittens in der Führung schwankt somit bei jedem Zusammenbau aufgrund von Fertigungstoleranzen.

Der Abstand zwischen dem Magneten und dem magnetfeldempfindlichen Sensor ist für den Kennlinienverlauf des Sensorsignals von signifikantem Einfluß. Daher ist eine möglichst spielfreie und zugleich toleranzarme Lagerung des Magneten gegenüber dem magnetfeldempfindlichen Sensor erwünscht.

Gleichzeitig wird ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau angestrebt, was einen Verzicht auf kostenaufwendige magnetleitende Materialien erfordert. Hierdurch wird jedoch das Sensorsignal noch stärker vom Abstand zwischen Magnet und Sensor bestimmt, so daß sich die Anforderungen an eine besonders toleranzarme Führung des Magneten weiter vergrößern.

Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Positionsmeßvorrichtung zu schaffen, die sich sowohl durch einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau als auch durch eine besonders spielarme und zugleich toleranzarme Magnetführung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß federnde Elemente vorgesehen sind, die den Magneten oder den Magnethalter gegen die Anlagefläche pressen.

Die erfindungsgemäße Positionsmeßvorrichtung zeichnet sich insbesondere durch eine besonders einfache Führung eines Magneten aus.

Vorteilhaft ist es, den Magneten durch einen kunststoffgebundenen Magnetwerkstoff auszubilden, wodurch die Form des Magneten leicht an die Form der Anlageflächen des Sockels anpaßbar ist.

Ebenfalls vorteilhaft kann der Magnet auch als einfacher Permanentmagnet ausgeführt sein, der zwar weniger gut formbar, dafür aber besonders kostengünstig ist und sich durch eine hohe spezifische Feldstärke auszeichnet.

Die Vorteile der beiden vorgenannten Ausführungen lassen sich weitgehend kombinieren, wenn man als Magneten einen Permanentmagneten vorsieht, der in einen Magnethalter eingesetzt ist. Der Magnethalter kann dabei durch eine einfache Kunststoffumspritzung des Magneten gebildet sein.

Besonders vorteilhaft kann der Magnethalter auch als ein aus Kunststoff gespritzter Hohlkörper ausgebildet sein, in den der Magnet eingesetzt werden kann. Durch Verkleben, Verschweißen oder Verspritzen kann der Magnet, vorzugsweise auch formschlüssig, innerhalb des Hohlkörpers befestigt sein.

Eine gleitende Lagerung des Magnethalters kann durch einen aus Kunststoff gefertigten Distanzrahmen oder durch ein einfaches Distanzblech erreicht werden, welches vorzugsweise über Rastelemente mit dem Sockel verbunden ist. Durch angeformte federnde Elemente wird ein Vertikalspiel, also eine Beweglichkeit des Magneten oder des Magnethalters senkrecht zu seiner Verschieberichtung wirkungsvoll vermieden. Die federnden Elemente können besonders vorteilhaft als angespritzte oder gestanzte Federzungen ausgeführt sein.

Die erfindungsgemäße Positionsmeßvorrichtung kann alternativ zur nachfolgend beschriebenen Ausführung als Wegsensor zur Erfassung von Linearbewegungen auch als ein Drehsensor zur Erfassung von Winkelpositionen ausgebildet sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung hervor. Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und näher erläutert.

Es zeigen

1 einen Längsschnitt durch eine Positionsmeßvorrichtung,

2 einen Querschnitt durch eine Positionsmeßvorrichtung und

3 eine bevorzugte Anwendung einer Positionsmeßvorrichtung.

Eine erfindungsgemäß ausgeführte Positionsmeßvorrichtung ist in der 1 als Längsschnitt und in der 2 als Querschnitt dargestellt. Sie besteht aus wenigstens einem Magneten (4) und mindestens einem magnetfeldempfindlichen Sensor, der beispielsweise als analoger Hallsensor (7) ausgeführt sein kann. Wird der Magnet (4) relativ zum Hallsensor (7) bewegt, so ändert sich das magnetische Feld am Ort des Hallsensors (7). Dieser gibt abhängig von der Stärke des Magnetfelds ein Spannungssignal aus. Der Kennlinienverlauf des Spannungssignals wird maßgeblich durch die Lagerung des Magneten (4) während seiner Bewegung beeinflußt. Es ist erforderlich, daß die Führung des Magneten (4) einen optimalen Höhenabstand zwischen dem Hallsensor (7) und dem Magneten (4) in allen Positionen seiner Bewegung möglichst toleranzarm und zugleich spielfrei einhält.

Um dies zu erreichen, ist ein Distanzblech (6) eingesetzt, das durch angeformte federnde Elemente (9) den Magneten (4) gegen Anlageflächen (5) des Sockels (1) drückt. Die Leiterplatte (8), die den Hallsensor (7) trägt, ist gegen den Sockel (1) fixiert. Dabei kann das Distanzblech (6) oberhalb des Magneten (4) oder, wie hier dargestellt, zwischen Magnet (4) und Leiterplatte (8) angeordnet sein.

In weiteren möglichen, hier nicht dargestellten Ausführungen sind die federnden Elemente statt an einem separaten Bauteil, am Magnethalter bzw. dem Magneten, dem Sockel, der Leiterplatte, einem Gehäusedeckel oder einem ähnlichen anderen Teil angeordnet. Durch die Federkraft wird der Magnet stets gegen Anlageflächen oder eine sonstige Führung des Sockels gedrückt, so daß eine toleranzarme und spielfreie Lagerung des Magneten gegenüber dem magnetfeldempfindlichen Sensor gewährleistet ist.

Im dargestellten Beispiel befindet sich der Magnet (4) fest in einem Magnethalter (2). Dies birgt zum einen den Vorteil, daß die Formgebung des Magneten (4), die einen Einfluss auf das Magnetfeld hat, entkoppelt ist von der benötigten Formgebung, die für eine optimale Krafteinleitung und Führung des Magneten (4) notwendig ist. Zum anderen kann der Magnetwerkstoff ausschließlich aufgrund guter Magnetfeldeigenschaften ausgewählt werden. Besonderen Ansprüchen an das Gleitverhalten in den Anlageflächen (5) und der Festigkeit im Krafteinleitungsbereich muß er nicht genügen. Die Funktionen Führung und Krafteinleitung übernimmt allein der Magnethalter (4). Dieser kann dadurch im Hinblick auf Geometrie und Werkstoff optimal für diese Anforderungen ausgelegt sein.

Eine bevorzugte Anwendung für eine Positionsmeßvorrichtung zeigt die 3 in einer Explosionszeichnung. Dargestellt ist ein Lenkstockschalter, der etwa einen Gangwahlschalter ausbildet. Dieser besteht aus einem Schalthebel (12), der mittels eines Lagerstifts (15) schwenkbar in einem Sockel (1) gelagert ist. Am sockelseitigen Endabschnitt des Schalthebels (12) ist ein federbelasteter Rastbolzen (14) angeordnet, der mit einer in den Sockel (1) einfügbaren Rastkontur (13) zusammenwirkt. Hierdurch ist der Schalthebel (12) nicht kontinuierlich verschwenkbar, sondern kann in mehrere diskrete Schaltstellungen gebracht werden.

Unterhalb des Sockels (1) ist die Positionsmeßvorrichtung zur Erfassung der Bewegung des Schalthebels (12) und damit konkret der jeweiligen Schaltstellung des Schalthebels (12) erkennbar. Diese weist einen aus Kunststoff gespritzten, eine Aufnahmekammer ausbildenden Magnethalter (2) auf. Über eine Aufnahmeöffnung kann ein Magnet (4) in den Magnethalter (2) eingefügt werden. Der dargestellte Magnet (4) weist auf einer Unterseite zwei bogenförmige Ausnehmungen (16) auf, die nach dem Einsetzen des Magneten (4) in den Magnethalter (2) mit einem Kunststoff- oder einem Klebematerial ausgefüllt werden können, welches sich mit dem Material des Magnethalters (2) verbindet. Damit ist der Magnet (4) nach dem Aushärten dieses Materials formschlüssig und spielfrei innerhalb des Magnethalters (2) befestigt.

Die Aufnahmeöffnung des Magnethalters (2) wird nach dem Einsetzen des Magneten (4) durch einen durch die Gehäusewandungen des Magnethalters (2) geführten Stift (3) abgeschlossen. Dieser Stift (3) wirkt zugleich als Mitnehmerstift für den Magnethalter (2) und ist nach dem Zusammenbau des Lenkstockschalters in eine Mitnehmeröse (11) des Schalthebels (12) eingefügt. Der Schalthebel (12) ist damit so mit dem Magnethalter (2) gekoppelt, daß eine Drehbewegung des Schalthebels (1) in eine lineare Bewegung des Magnethalter (2) umgesetzt wird.

Die Lagerung des Magnethalters (2) am Sockel (1) erfolgt mittels eines Distanzblechs (6), welches über Rastmittel (10) mit dem Sockel (1) verbunden ist. Mehrere an das Distanzblech (6) angeformte federnde Elemente (9) drücken den Magnethalter (2) gegen den Sockel (1) und sorgen dadurch für eine Verschiebbarkeit des Magnethalters (2) mit einem äußerst geringen Vertikalspiel.

Mit der Unterseite des Distanzblechs (6) ist ein Schaltungsträger (8) verbunden, der hier beispielhaft als Leiterplatte ausgeführt ist. Der Schaltungsträger (8) trägt aus Redundanzgründen hier zwei magnetfeldempfindliche Sensoren (7), die vorzugsweise als analoge Hallsensoren ausgebildet sind, sowie weitere Bausteine zur Verstärkung und zur Auswertung der Sensorsignale, so daß sich ein Ausgangssignal ergibt, welches in einem eindeutigen Zusammenhang mit der aktuellen Position des Schalthebels (12) steht.

1
Sockel
2
Magnethalter
3
Magnethalterstift
4
Magnet
5
Anlageflächen
6
Distanzblech
7
Hallsensor (magnetfeldempfindlicher Sensor)
8
Leiterplatte (Schaltungsträger)
9
federnde Elemente (Federzungen)
10
Rastösen (Rastmittel)
11
Mitnehmeröse
12
Schalthebel
13
Rastkontur
14
Rastbolzen
15
Lagerstift
16
bogenförmige Ausnehmungen


Anspruch[de]
Positionsmeßvorrichtung mit mindestens einem magnetfeldempfindlichen Sensor und mit mindestens einem Magneten, der insbesondere von einem Magnethalter eingefaßt sein kann, wobei der Magnet oder der Magnethalter an einer Anlagefläche eines Sockels verschieblich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß federnde Elemente (9) vorgesehen sind, die den Magneten oder den Magnethalter (2) gegen die Anlagefläche (5) pressen. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Elemente als Federzungen (9) ausgebildet sind. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federzungen (9) Bestandteile eines aus Kunststoff gefertigten Distanzrahmens sind. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federzungen (9) Bestandteile eines Distanzblechs (6) sind. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federzungen (9) aus einer Fläche des Distanzblechs (6) gestanzt sind, die parallel zur Verschiebebene des Magnethalters (2) angeordnet ist. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzblech (6) mit dem Sockel (1) verbunden ist. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzblech (6) über Rastmittel (10) mit dem Sockel (1) verbunden ist. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet aus einem kunststoffgebundenen Magnetwerkstoff besteht. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnethalter (2) als Kunststoffumspritzung des Magneten (4) ausgebildet ist. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnethalter (2) als vorgefertigter Kunststoffhohlkörper ausgebildet ist, der eine Aufnahmeöffnung zum Einsetzen des Magneten (4) aufweist. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeöffnung verschlossen ist. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeöffnung durch Vergießen, Verkleben oder Verschweißen verschlossen ist. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeöffnung durch eine durch Wandungen des Magnethalters (2) geführten Stift (3) abgeschlossen ist. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (3) zugleich den Mitnahmestift zur Verschiebung des Magnethalters (2) relativ zu dem magnetfeldempfindlichen Sensor (7) ausbildet. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (4) innerhalb des Magnethalters (2) formschlüssig befestigt ist. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (4) innerhalb des Magnethalters (2) durch Verkleben oder Vergießen formschlüssig befestigt ist. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei magnetfeldempfindliche Sensoren (7) vorgesehen sind. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine magnetfeldempfindliche Sensor (7) als Hallsensor ausgebildet ist. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine magnetfeldempfindliche Sensor (7) auf einem Schaltungsträger (8), der vorzugsweise als Leiterplatte ausgebildet ist, angeordnet ist. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsträger (8) mit dem Sockel (1) verschraubt ist. Positionsmeßvorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Schaltungsträger (8) relativ zum Sockel (1) durch Positionierzapfen festgelegt ist.






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