DE19947370A1

DE19947370A1 - Position sensor matches coupling pieces of deflection wheel of rotation angle sensor with primary coupling portions of belt embracing deflection wheel to enable rotation of same sensor during shifting

Info

Publication number: DE19947370A1
Application number: DE1999147370
Authority: DE
Inventors: Dieter Schoedlbauer; Reinhard Hochholzer
Original assignee: Ruf Electronics GmbH
Current assignee: Bourns Inc
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2019-10-02
Also published as: DE19947370C2

Abstract

One rotational angle sensor (16,17) set in a housing (2) is provided with a deflection wheel (20). A sector of the outside periphery of the deflection wheel is embraced by a belt (13). The secondary coupling pieces (23) provided at the periphery of the deflection wheels mesh with primary coupling portions (24) of the band to enable sensor rotor (18) rotation when the shifting device (6) is moved.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wegsensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a displacement sensor according to the Preamble of claim 1.

Ein solcher Wegsensor ist aus der US 5,532,585 bekannt. Dort wird ein Permanentmagnet in einem Primärluftspalt zwischen ferromagnetischen Flußleitstücken linear verschoben. Senkrecht zu dem Primärluftspalt ist zwischen zwei Flußleit stücken ein Arbeitsluftspalt vorhanden, der einen Magnet sensor in Form einer Hallsonde aufweist, deren Empfindlich keitsrichtung parallel zur Verschieberichtung des Magneten ist.Such a displacement sensor is known from US 5,532,585. There is a permanent magnet in a primary air gap linearly shifted between ferromagnetic flux guides. Perpendicular to the primary air gap is between two flow guides pieces of a working air gap present that have a magnet Sensor in the form of a Hall probe, the sensitivity direction parallel to the direction of displacement of the magnet is.

Wesentliches Grundprinzip dieses Wegsensors ist es, die Länge des Magneten so abzustimmen, daß seine Enden in den beiden Grenzlagen noch nicht mit dem Arbeitsluftspalt ausge richtet sind. Damit ist die Baulänge des Wegsensors minde stens das Doppelte des Hubes bzw. des Meßbereiches. In der Praxis wird dieser Wegsensor daher auch nur für einen Meßbereich bis ca. 40 mm eingesetzt. Weiter sind dort beid seitig des Primärluftspaltes Flußleitstücke vorhanden, wodurch der Wegsensor im Querschnitt relativ groß ist.The essential basic principle of this displacement sensor is that Adjust the length of the magnet so that its ends in the the two border positions have not yet been filled with the working air gap are aimed. This means that the overall length of the displacement sensor is minimal at least twice the stroke or the measuring range. In In practice, this displacement sensor is therefore only for one Measuring range up to approx. 40 mm used. Both are further there flux guide pieces on the side of the primary air gap, whereby the displacement sensor is relatively large in cross section.

Bei vielen Anwendungszwecken, wie z. B. im Automobilbau, steht aber nur ein begrenzter Einbauraum für Sensoren zur Verfügung, was die Anwendungsmöglichkeiten für diesen bekann ten Wegsensor einschränkt.For many applications, such as. B. in automotive engineering, however, there is only a limited installation space for sensors Available what the possible uses for this limit sensor.

Die EP 0 386 334 A2 zeigt eine Vorrichtung zur Positionser fassung, bei der zwei Endlos-Potentiometer mittels eines Stellantriebes angetrieben werden. Die Schleifer der beiden Endlos-Potentiometer werden mit zueinander unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen angetrieben. Aus der Differenz spannung der von den Schleifern an den Potentiometern abge griffenen Spannungen läßt sich die Winkelstellung des An triebs mit hoher Genauigkeit bestimmen. Das Übersetzungsver hältnis für den Antrieb der beiden Potentiometer ist so gewählt, daß das eine Potentiometer im vollem Meßbereich gerade eine Umdrehung mehr vollführt als das andere Potentio meter. Bei dieser Anordnung besteht ein linearer Zusammenhang zwischen dem elektrischen Ausgangssignal der Potentiometer und deren Drehstellung.EP 0 386 334 A2 shows a device for positioners version, in which two endless potentiometers by means of one Actuator are driven. The grinders of the two Endless potentiometers are different from each other Gear ratios driven. From the difference voltage of the potentiometers measured by the grinders gripped voltages can be the angular position of the determine drive with high accuracy. The translation ver The ratio for driving the two potentiometers is like this chosen that a potentiometer in the full measuring range just completed one turn more than the other potentio meter. This arrangement has a linear relationship between the electrical output signal of the potentiometer and their rotational position.

Die DE 197 47 753 C1 beschreibt ein "Verfahren zum Ermitteln des Phasenwinkels bei Positionsgebern mit sinusförmigen Ausgangssignalen". Solche sinusförmigen Signale können z. B. mit einem ersten magneto-resistiven Dünnschichtsensor erzeugt werden, wenn die interne Magnetisierung dieser Schichten mit einem rotierenden Dauermagneten gedreht wird. Hierbei entspricht eine Drehung des Magneten um jeweils 180° einer vollen Periode der Sinussignale. Bei einer Um setzung einer Linearbewegung in eine Drehbewegung lassen sich somit sinusförmige Signalspannungen erzeugen, wobei diese im allgemeinen mehrere Perioden umfassen können. Mit Hilfe des in dieser Schrift genannten Auswerteverfahrens kann dann der Phasenwinkel und somit die relative Position innerhalb der aktuellen Periode ermittelt werden. Zur Be stimmung der aktuellen Periode und damit der Absolutposition dient eine zweite Sensoranordnung, die direkt oder indirekt mit der ersten Sensoranordnung gekoppelt ist, wobei das Übersetzungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Sensor so gewählt ist, daß der eine Sensor im vollen Meßbe reich eine Signalperiode weniger überstreicht als der andere Sensor. Dies führt zu einer auswertbaren Phasendifferenz zwischen den beiden Ausgangssignalen der Sensoren, die proportional zur Wegstrecke und damit zur aktuellen Perioden nummer des ersten Sensors ist. Ein hierfür geeignetes Auswer teprinzip ist in der älteren, nicht vorveröffentlichten DE 198 49 554 beschrieben.DE 197 47 753 C1 describes a "method for determining the phase angle for position sensors with sinusoidal Output signals ". Such sinusoidal signals can e.g. B. with a first magneto-resistive thin-film sensor generated when the internal magnetization of this Layers are rotated with a rotating permanent magnet. Here, one rotation of the magnet corresponds to each 180 ° of a full period of the sinusoidal signals. At one order let a linear movement set in a rotary movement thus generate sinusoidal signal voltages, whereby these can generally span several periods. With the help of the evaluation procedure mentioned in this document can then the phase angle and thus the relative position can be determined within the current period. To Be the current period and thus the absolute position serves a second sensor arrangement, directly or indirectly is coupled to the first sensor arrangement, the Gear ratio between the first and the second Sensor is selected so that the one sensor in full measuring range ranges less than one signal period than the other Sensor. This leads to an evaluable phase difference between the two output signals of the sensors that proportional to the distance and thus to the current periods is the number of the first sensor. A suitable tool for this The principle is in the older, not pre-published DE 198 49 554.

Weitere Auswerteverfahren zur hochgenauen Bestimmung von Drehwinkeln sind der DE 195 39 134 A1 und der DE 195 48 385 A1 zu entnehmen.Further evaluation methods for the highly precise determination of Rotation angles are DE 195 39 134 A1 and DE 195 48 385 A1.

Generell sind Wegsensoren sehr vielseitig einsetzbar, z. B. in der Fahrzeugtechnik, wie im Lenkungssystem von Fahrzeugen, im Fahrwerksbereich, etc., sowie auch in der industriellen Meßtechnik und sonstigen Anwendungen. Insbesondere im Fahr zeugbereich wird eine kompakte Bauweise, eine hohe Meßge nauigkeit, eine lange Lebensdauer und Unempfindlichkeit gegenüber Erschütterungen und Vibrationen verlangt. Der Wegsensor soll sowohl die Messung eines Verschiebeweges als auch - ohne vorherige Bewegung - die Bestimmung der momentanen Position eines Verschiebeelementes ermöglichen. Auch soll er einen relativ großen Hub aufweisen, der bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Bereich von < 40 mm bis etwa 200 mm liegt. Diese Forderungen werden von dem eingangs genannten Wegsensor der US 5,532,585 nicht vollständig erfüllt. Insbesondere ist das Einbauvolumen (Baulänge und Querschnitt) bei großem Hub nicht zufrieden stellend.In general, displacement sensors are very versatile, e.g. B. in vehicle technology, such as in the steering system of vehicles, in the chassis area, etc., as well as in the industrial Measurement technology and other applications. Especially when driving test area is a compact design, a high Meßge accuracy, long life and insensitivity against shocks and vibrations. The Displacement sensor should measure both a displacement path as well - without prior movement - the determination of the enable the current position of a sliding element. It should also have a relatively large stroke, which at a preferred embodiment of the invention in Range is from <40 mm to about 200 mm. These demands are from the above-mentioned displacement sensor of US 5,532,585 not fully met. In particular, the installation volume (Overall length and cross section) not satisfied with a large stroke posed.

Will man mit Drehsensoren einen Linearsensor bauen, so ist die Linearbewegung in eine Drehbewegung zu überführen, was in naheliegender Weise durch ein Zahnstangengetriebe erfolgt. Nachteilig daran ist aber der Bauraumbedarf, ein "toter Gang" zwischen Zahnstange und Zahnrädern und damit auch eine Hysterese. Diese Nachteile sollen mit der Erfindung vermieden werden.If you want to build a linear sensor with rotary sensors, so is to convert the linear movement into a rotary movement, what in an obvious way through a rack and pinion gear he follows. The disadvantage of this is the space requirement, however "dead gear" between rack and gears and thus also a hysteresis. These disadvantages are intended with the invention be avoided.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Wegsensor (Linear sensor) unter Verwendung von Drehgebern zu schaffen, der bei geringem Bauvolumen hochgenaue Meßsignale liefert. Der Wegsensor soll darüber hinaus kostengünstig herzustellen sein und eine lange Lebensdauer haben sowie auch unter ungünstigen Einsatzbedingungen, wie beispielsweise in Fahr zeugen, einwandfrei arbeiten.The object of the invention is therefore to provide a displacement sensor (linear sensor) using encoders to create the delivers high-precision measurement signals with a small volume. The displacement sensor should also be inexpensive to manufacture be and have a long life as well as under unfavorable operating conditions, such as in driving witness, work flawlessly.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved by the features of claim 1 solved. Advantageous refinements and developments the invention can be found in the subclaims.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht in einem Wegsensor mit einem Gehäuse, in das ein Verschiebeelement einschiebbar ist, wobei an dem in das Gehäuseinnere ragenden Ende des Verschiebelements ein Ende eines Bandes fixiert ist, das über Rastelemente mit dem Rotor eines Drehwinkelsensors gekoppelt ist und eine Verschiebung des Verschiebeelementes in eine Drehbewegung des Rotors umwandelt. Mit Hilfe einer elektronischen Auswerteeinrichtung wird aus dem gemessenen Drehwinkel der Verschiebeweg bzw. die Position des Ver schiebeelements bestimmt.The basic principle of the invention is a displacement sensor with a housing into which a sliding element can be inserted is, at the end projecting into the housing interior Sliding element is fixed to one end of a band via locking elements with the rotor of a rotation angle sensor is coupled and a displacement of the displacement element converted into a rotary movement of the rotor. With the help of a electronic evaluation device is measured from the Angle of rotation of the displacement path or the position of the ver sliding element determined.

Das Band ist in seiner Längsrichtung weitgehend starr, in einer seiner Querrichtungen jedoch biegeelastisch. Das Band hat quer zu seiner Längsrichtung ein bogenförmiges Profil, das eine Versteifung in Längsrichtung bewirkt. Diese Versteifung in Längsrichtung kann durch eine radiale Umlenkung, die vorzugsweise nach der bogeninneren Seite stattfindet, aufgelöst werden. Ist das Band in Berührung mit dem Rotor, so schmiegt es sich an dessen Zylinderform an und ist im Querschnitt eben. Damit ergibt sich die Mög lichkeit, eine schiebende oder ziehende Linearbewegung in eine radiale Abwälzung bzw. eine Drehbewegung umzuwandeln. Im Gehäuse vorgesehene Führungen stellen sicher, daß das Band trotz seiner Querelastizität Schubkräfte in Bandlängs richtung übertragen kann und die bogenförmige Profilform einnimmt bzw. beibehält.The tape is largely rigid in its longitudinal direction, however, flexible in one of its transverse directions. The Band has an arcuate shape transverse to its longitudinal direction Profile that causes stiffening in the longitudinal direction. This stiffening in the longitudinal direction can be a radial Redirection, preferably towards the inside of the bow takes place, be resolved. Is the tape in touch with the rotor, it clings to its cylindrical shape on and is flat in cross section. This results in the poss a pushing or pulling linear movement to convert into a radial rolling or a rotary movement. Guides provided in the housing ensure that the Band, despite its transverse elasticity, thrusts in the length of the band can transfer direction and the arcuate profile shape occupies or maintains.

Zwischen Band und Rotor ist zur Vermeidung eines Schlupfes eine formschlüssige Kopplung vorgesehen. Nach einer Variante der Erfindung weist das Band Durchgangslöcher auf, in die vom Außenumfang des Rotors abstehende Zapfen oder Vorsprünge eingreifen. Die Löcher haben vorzugsweise einen über das Querschnittsprofil des Bandes herausstehenden konusförmigen Rand, der in Zusammenwirken mit den Zapfen für eine Zentrie rung und damit für einen schlupffreien Antrieb sorgt. Nach einer anderen Variante der Erfindung sind am Band Sicken oder Vorsprünge vorgesehen, die in entsprechende Ausnehmungen des Rotors eingreifen, womit man ebenfalls die formschlüssige Kopplung zwischen Rotor und Band erreicht. Das Band ist um die Außenseite des Rotors herumgeführt und liegt bei spielsweise in einem Winkelbereich von 180° außen am Rotor an. Dadurch stehen stets mehrere formschlüssige Verbindungen zwischen Band und Rotor miteinander in Eingriff.Between the belt and the rotor is to avoid slippage a positive coupling is provided. According to a variant In the invention, the tape has through holes into which Pins or projections protruding from the outer circumference of the rotor intervention. The holes preferably have one over that Cross-sectional profile of the band protruding conical Edge that in cooperation with the pegs for a center tion and thus ensures a slip-free drive. To Another variant of the invention are beads on the belt or projections provided in corresponding recesses intervene of the rotor, which is also the positive Coupling between rotor and belt reached. The tape is led around the outside of the rotor and is included for example in an angular range of 180 ° on the outside of the rotor on. As a result, there are always several positive connections between band and rotor in engagement.

Das Band ist im Verhältnis zu einer Zahnstange sehr dünn, wodurch eine kompakte Bauweise erreicht wird. Der Querschnitt des Sensors wird daher im wesentlichen nur durch den Durch messer des (größeren) Rotors bestimmt. Durch die schlupf freie, formschlüssige Kopplung zwischen Band und Rotor erhält man einen präzisen Antrieb des Rotors ohne Hysterese und damit eine hohe Meßgenauigkeit. Das Band selbst ist weitaus kostengünstiger als eine Zahnstange, so daß auch hierdurch, in Verbindung mit der kompakten Bauweise, ein Kostenvorteil erzielt wird.The tape is very thin compared to a rack, whereby a compact design is achieved. The cross section the sensor is therefore essentially only through knife of the (larger) rotor. Through the hatch free, positive coupling between belt and rotor you get a precise drive of the rotor without hysteresis and thus a high measuring accuracy. The tape itself is far less expensive than a rack, so that too hereby, in connection with the compact design Cost advantage is achieved.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist im Gehäuse des Wegsensors ein zweiter Drehwinkelsensor vorgesehen, der ebenfalls durch Verschieben des Verschiebeelementes betätig bar ist, dessen "Übersetzungsverhältnis", sich jedoch von dem des ersten Drehwinkelsensors unterscheidet. Unter dem "Übersetzungsverhältnis" ist hier das Verhältnis zwischen Verschiebeweg des Verschiebeelementes und dem Drehwinkel des jeweiligen Drehwinkelsensors zu verstehen. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß der mit dem Band ge koppelte Rotor des ersten Drehwinkelsensors über eine Ver zahnung den Rotor des zweiten Drehwinkelsensors antreibt, wobei sich die Zähnezahlen bzw. die Durchmesser der beiden Rotoren unterscheiden, so daß sich bei einer Verschiebung des Verschiebeelementes an den beiden Rotoren unterschied liche Drehwinkel einstellen.According to a development of the invention is in the housing Position sensor provided a second angle of rotation sensor, the also actuated by moving the sliding element bar, whose "gear ratio" is different from differs from that of the first rotation angle sensor. Under the "Gear ratio" here is the ratio between Displacement of the displacement element and the angle of rotation to understand the respective angle of rotation sensor. It can for example, be provided that the ge with the tape coupled rotor of the first angle of rotation sensor via a ver toothing drives the rotor of the second angle of rotation sensor, where the number of teeth or the diameter of the two Rotors differ so that there is a shift of the displacement element on the two rotors Set the angle of rotation.

Es ist auch möglich, die beiden Rotoren nur über das Band miteinander zu koppeln, das dann mit beiden Rotoren im Eingriff ist. Hierzu müßte dann das Band durch Umlenkungen so geführt werden, daß es auch den zweiten Rotor in einem ausreichend großen Winkelbereich umschlingt.It is also possible to use the two rotors only on the belt to couple with each other, which then with both rotors in the Intervention is. To do this, the belt would then have to be deflected so that it is also the second rotor in one surrounds a sufficiently large angular range.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind im Gehäuse Gleitkufen bzw. Führungen für das Band vorgesehen, an denen das Band entlanggleitet. Dadurch wird sichergestellt, daß das Band überall "gestreckt" ist und die bogenförmige Profil form annimmt, so daß es vor allem auch Schubkräfte übertragen kann. Weiter sind Führungselemente vorgesehen, die das Band gegen den Außenumfang des Rotors drücken, so daß es dort vollflächig anliegt und die ebene Profilform aufweist.According to a development of the invention are in the housing Skids or guides for the belt provided on which the tape slides along. This ensures that the tape is "stretched" everywhere and the arched profile takes shape so that it primarily transfers thrust can. Furthermore, guide elements are provided which Press the band against the outer circumference of the rotor so that it is there lies over the entire surface and has the flat profile shape.

Vorzugsweise erzeugen die Drehwinkelsensoren dem Drehwinkel entsprechende sinusförmige Ausgangssignale, was beispielswei se mit anisotropen magneto-resistiven Dünnschichtsensoren (MR), sogenannten giant magneto-resistiven Dünnschichtsenso ren (GMR), oder Hall-Sensoren erreicht wird.The rotation angle sensors preferably generate the rotation angle corresponding sinusoidal output signals, which for example with anisotropic magnetoresistive thin-film sensors (MR), so-called giant magneto-resistive thin-film sensors ren (GMR), or Hall sensors is reached.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt: In the following the invention is based on exemplary embodiments play in more detail in connection with the drawing explained. It shows:

Fig. 1 eine geschnittene Aufrißansicht des Wegsensors; Fig. 1 is a sectional elevation view of the displacement sensor;

Fig. 2 eine geschnittene Draufsicht des Wegsensors der Fig. 1; Fig. 2 is a sectional plan view of the displacement sensor of Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Wegsensor längs der Linie A-A der Fig. 2; und Fig. 3 shows a cross section through the distance sensor along the line AA of Fig. 2; and

Fig. 4 eine Variante des Bandantriebes. Fig. 4 shows a variant of the belt drive.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Wegsensor 1 mit einem Gehäuse, das aus einem ersten stirnseitigen Gehäuseteil 2, einem zweiten stirnseitigen Gehäuseteil 3 und einem Gehäuse mittelteil 4 besteht. Im zweiten stirnseitigen Gehäuseteil 3 ist eine Öffnung 5 vorgesehen, in die ein Ende eines Ver schiebeelementes 6 eingeschoben ist, wobei das Verschiebe element 6 gegenüber dem Gehäuseteil 3 durch eine Dichtung 7 abgedichtet ist. Das Gehäuseteil 3 dient auch zur Führung des in das Gehäuse ragenden Abschnitts des Verschiebeelemen tes 6. Figs. 1 and 2 show a position sensor comprising a housing 1, which consists of a first end housing part 2, a second end housing part 3 and a housing part 4. In the second face-side housing part 3, an opening 5 is provided, into which one end of a Ver is inserted the sliding element 6, wherein the sliding element 6 is sealed against the housing part 3 by a seal. 7 The housing part 3 also serves to guide the projecting into the housing section of the Verschiebeelemen tes 6th

Im Bereich des Gehäusemittelteils 4 ist im Gehäuse ein Führungselement 8 angeordnet, in dem das Verschiebeelement 6 in seiner Längsrichtung gleiten kann. Das Führungselement 8 kann z. B. ein Profilrohr sein. Es ist so im Gehäuse angeord net, daß zwischen der Außenseite des Führungselementes 8 und der Innenseite des Gehäusemittelteils 4 ein Freiraum 9 bleibt.In the area of the middle housing part 4 , a guide element 8 is arranged in the housing, in which the sliding element 6 can slide in its longitudinal direction. The guide element 8 can, for. B. be a profile tube. It is in the housing angeord net that a space 9 remains between the outside of the guide element 8 and the inside of the housing middle part 4 .

Aus Fig. 2 ist ferner zu erkennen, daß das Führungselement 8 einen sich über seine gesamte Länge erstreckenden seitlichen Schlitz 10 aufweist. Im Bereich des freien Endes 11 des Verschiebeelementes 6 ist ein Stift 12 in das Verschiebeele ment 6 eingesteckt, der durch den Schlitz 10 hindurchragt und an dessen aus dem Führungselement 8 herausragenden Ende ein dünnes Band 13 befestigt ist, was z. B. mit einem Niet erreicht wird. Das Band 13 ist im Freiraum 9 geführt und wird bei einer Verschiebung des Verschiebeelementes 6 durch den Stift 12 im Gehäuse mitverschoben.From Fig. 2 it can also be seen that the guide element 8 has a lateral slot 10 extending over its entire length. In the area of the free end 11 of the displacement element 6 , a pin 12 is inserted into the element 6 Verschiebeele, which protrudes through the slot 10 and at the end projecting from the guide element 8, a thin band 13 is attached, which z. B. is achieved with a rivet. The band 13 is guided in the free space 9 and is also displaced by the pin 12 in the housing when the displacement element 6 is displaced.

Der Verschiebeweg des Verschiebeelementes 6 wird zum einen durch einen äußeren Anschlag 14 begrenzt, der ein vollständi ges Herausziehen des Verschiebeelementes verhindert. In der anderen Richtung ist der Verschiebeweg durch einen Stift 15 begrenzt.The displacement of the displacement element 6 is limited on the one hand by an outer stop 14 , which prevents a complete pulling out of the displacement element. In the other direction, the displacement path is limited by a pin 15 .

Im Bereich des stirnseitigen Gehäuseteils 2 sind ein erster Drehwinkelsensor 16 und ein zweiter Drehwinkelsensor 17 vorgesehen, die jeweils einen Rotor 18 bzw. 19 aufweisen. Am Rotor 18 ist ein Umlenkrad 20 fixiert, das in seinen axialen Randbereichen eine Verzahnung 21 aufweist. Dazwi schen, d. h. im mittleren Umfangsbereichbereich des Umlenk rades 20 ist eine radial vorstehende Rippe 22 vorgesehen, auf deren Umfang in konstanten Winkelabständen Eingriffs sicken 23 vorhanden sind. Entlang der Innenseite des Bandes 13 sind ebenfalls Sicken 24 vorgesehen, die form schlüssig in die Eingriffssicken 23 eingreifen und die bei einer Verschiebung des Verschiebeelementes 6 das Umlenk rad 20 bzw. den Rotor 18 des ersten Drehwinkelsensors 16 mitdrehen.A first angle of rotation sensor 16 and a second angle of rotation sensor 17 are provided in the area of the front housing part 2 , each having a rotor 18 and 19 , respectively. A deflection wheel 20 is fixed to the rotor 18 and has teeth 21 in its axial edge regions. Dazwi rule, ie in the central peripheral region of the deflection wheel 20 , a radially projecting rib 22 is provided, on the circumference of which beads 23 are present at constant angular intervals. Along the inside of the belt 13 beads 24 are also provided, which engage positively in the engagement beads 23 and which rotate the deflection wheel 20 or the rotor 18 of the first angle sensor 16 when the displacement element 6 is displaced.

Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Band 13 um 180° um das Umlenkrad 20 herumgeführt und mit seinen beiden freien Enden im Freiraum 9 geführt. Es ist also sichergestellt, daß stets mehrere Sicken 24 mit Eingriffs sicken 23 in Eingriff stehen, so daß eine schlupffreie Übertragung sowohl von Zug- als auch von Schubkräften vom Verschiebeelement 6 auf den Rotor des ersten Drehwinkelsen sors möglich ist.In the embodiment shown here, the band 13 is guided through 180 ° around the deflection wheel 20 and guided with its two free ends in the free space 9 . It is thus ensured that a plurality of beads 24 are always engaged with engagement beads 23 , so that a slip-free transmission of both tensile and shear forces from the displacement element 6 to the rotor of the first angle of rotation sensor is possible.

An der Innenseite des stirnseitigen Gehäuseteils 2 sind ferner Führungskufen 25, 25a, 25b vorgesehen, die entspre chend dem Radius des Umlenkrades 20 gekrümmt sind und die sicherstellen, daß das Band "glatt" am Umlenkrad 20 anliegt.On the inside of the front housing part 2 guide runners 25 , 25 a, 25 b are also provided, which are accordingly curved the radius of the deflecting wheel 20 and ensure that the tape is "smooth" on the deflecting wheel 20 .

Am Umlenkrad 20 bzw. am Rotor 18 des Drehwinkelsensors 16 ist ein Permanentmagnet 26 vorgesehen, dessen Magnetfeld einen Sensorbaustein 27 durchsetzt, der auf einer Platine 28 angeordnet ist. Der Sensorbaustein 27 erzeugt ein der Dreh stellung des Permanentmagneten 26 entsprechendes Ausgangs signal, das einer Auswerteelektronik 38 zugeführt wird und nach Auswertung an einer Sensorleitung 29 ausgegeben wird. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt somit eine berührungslose Wegabtastung.A permanent magnet 26 is provided on the deflection wheel 20 or on the rotor 18 of the angle of rotation sensor 16 , the magnetic field of which passes through a sensor module 27 which is arranged on a circuit board 28 . The sensor module 27 generates an output signal corresponding to the rotational position of the permanent magnet 26 , which is fed to an evaluation electronics 38 and is output on a sensor line 29 after evaluation. In the exemplary embodiment shown here, contactless path scanning is thus carried out.

Der Drehwinkelsensor 16 kann - wie hier schematisch darge stellt - ein magneto-resistiver Dünnschichtsensor bzw. ein auf dem Halleffekt basierender Drehwinkelsensor sein. Alternativ dazu kann auch ein Drehpotentiometer verwendet werden.The angle of rotation sensor 16 can - as shown schematically here - be a magneto-resistive thin-film sensor or a rotation angle sensor based on the Hall effect. Alternatively, a rotary potentiometer can be used.

Am Rotor 19 des zweiten Drehwinkelsensors 17 ist ein Zahn rad 30 befestigt, das durch die Verzahnung 21 des Umlenk rades 20 angetrieben wird und sich bei einer Verschiebung des Verschiebeelementes durch das Umlenkrad 20 mitdreht. Die Zähnezahl, d. h. der Durchmesser des Zahnrades 30 ist hier geringer als der des Umlenkrades 20, so daß sich bei einer Verschiebung des Verschiebeelementes 6 eine Drehwinkel differenz zwischen dem ersten Drehwinkelsensor 16 und dem zweiten Drehwinkelsensor 17 einstellt. Auch der zweite Drehwinkelsensor 17 weist hier einen Permanentmagneten 31 und einen zugeordneten Sensorbaustein 32 auf, der ein der Drehstellung des zweiten Drehwinkelsensors 17 entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, das ebenfalls der auf der Platine 28 angeordneten Auswerteelektronik 38 zugeführt wird.On the rotor 19 of the second angle of rotation sensor 17 , a toothed wheel 30 is fastened, which is driven by the toothing 21 of the deflection wheel 20 and rotates when the displacement element 20 is displaced by the deflection wheel 20 . The number of teeth, ie the diameter of the gear 30 is less than that of the deflection wheel 20 , so that when the displacement element 6 is displaced, an angle of rotation difference between the first angle of rotation sensor 16 and the second angle of rotation sensor 17 is set. The second angle of rotation sensor 17 here also has a permanent magnet 31 and an associated sensor module 32 , which generates an output signal corresponding to the rotational position of the second angle of rotation sensor 17 , which is also fed to the evaluation electronics 38 arranged on the board 28 .

Aus den Drehwinkelsignalen der Drehwinkelsensoren 16 bzw. 17 und aus der Drehwinkeldifferenz wird mit Hilfe einer Auswerteelektronik, die ebenfalls auf der Platine 28 vorge sehen sein kann, ein absoluter Drehwinkel des ersten Dreh winkelsensors 16 ermittelt. 16 and 17, and from the rotational angle difference of a transmitter, which may also be pre-placed on the circuit board 28, an absolute rotation angle of the first rotation angle sensor 16 is determined with the aid of the rotational angle signals from the rotational angle sensors.

Am freien Ende des stirnseitigen Gehäuseteils 2 und am freien Ende des Verschiebeelements 6 ist jeweils eine Be festigungseinrichtung 36 bzw. 37 zur Verbindung mit anderen Bauteilen vorgesehen. At the free end of the front housing part 2 and at the free end of the displacement element 6 , a fastening device 36 or 37 is provided for connection to other components.

Der oben beschriebene Wegsensor ist vielseitig einsetzbar und kann in verschiedenen Größen, d. h. für verschieden lange Verschiebewege von z. B. 40 mm bis 200 mm hergestellt werden. Der oben erläuterte "Bandantrieb" zeichnet sich vor allem durch eine geringe Baugröße aus. Durch die Steifig keit des Antriebsbandes in seiner Längsrichtung kann bei den beiden Drehwinkelsensoren auf eine Rückholfeder verzich tet werden, d. h. das Band kann sowohl Schub- als auch Zug kräfte übertragen. Aufgrund der geringen Dicke des Antriebs bandes hat es einen geringen Biegewiderstand, so daß geringe Kräfte zum Verschieben nötig sind, auch tritt praktisch keine Hysterese zwischen einer Schub- und einer Zugbewegung auf. Aufgrund der nahezu kraftlosen Umlenkung des Antriebs bandes ergibt sich eine sehr geringe Belastung der Lagerung des Umlenkrades und damit eine hohe Lebensdauer der mechani schen Bauteile. Durch eine geeignete Materialpaarung, bei der z. B. das Band aus Metall und die Führungsflächen des Gehäuses, auf denen das Band gleitet, aus Kunststoff sind, werden sehr geringe Gleitreibungskräfte, insbesondere an den Gleitkufen, erreicht, was einen geringen Verschleiß und eine lange Lebensdauer ermöglicht.The displacement sensor described above is very versatile and can come in different sizes, i.e. H. for different long displacement distances from z. B. 40 mm to 200 mm become. The "belt drive" explained above stands out mainly due to its small size. Through the stiff speed of the drive belt in its longitudinal direction can the two rotation angle sensors do without a return spring be tested, d. H. the belt can do both push and pull transfer forces. Due to the small thickness of the drive bandes it has a low bending resistance, so low Forces to move are also practical no hysteresis between a push and a pull movement on. Due to the almost powerless deflection of the drive bandes there is a very low load on the storage of the deflection wheel and thus a long service life of the mechani components. Through a suitable material combination, at the z. B. the band of metal and the guide surfaces of the Housing on which the tape slides are made of plastic, become very low sliding friction forces, in particular the skids, which achieves little wear and enables a long service life.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt längs der Linie A-A der Fig. 2. Aus ihr ist insbesondere zu erkennen, daß der Frei raum 9 zwischen der Außenseite des Führungselementes 8 und der Innenseite des Gehäusemittelteils so bemessen ist, daß das Band 13 die bogenförmige Profilform einnimmt und dadurch in Längsrichtung steif wird, um Schubkräfte übertra gen zu können. Ein "Knicken" des Bandes 13 ist durch die Führung in dem Freiraum 9 ausgeschlossen. Das Band ist vorzugsweise aus Federstahl und sogenannten Bogenform vorge bogen. Fig. 3 shows a cross section along the line AA of Fig. 2. From it can be seen in particular that the free space 9 between the outside of the guide element 8 and the inside of the middle part of the housing is dimensioned so that the band 13 assumes the arcuate profile shape and thereby becomes stiff in the longitudinal direction in order to be able to transmit thrust forces. A "buckling" of the band 13 is excluded by the guidance in the free space 9 . The band is preferably pre-bent from spring steel and so-called arch shape.

Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem das Band im Gegensatz zu den Fig. 1, 2 und 3 in Längsrich tung äquidistant verteilte Löcher 33 aufweist, die kegel stumpfförmige bzw. konische Verstärkungsringe 34 aufweisen, die beim Stanzen der Löcher 33 durch Tiefziehen hergestellt werden. Am Außenumfang des Umlenkrades 20 sind in äquidistan ten Winkelabständen kalottenartige Erhebungen 35 bzw. Stifte vorgesehen, die in die Löcher 33 des Bandes 13 eingreifen. Die Stifte 35 können auch kegelstumpfförmige Seitenwände aufweisen, wodurch in Zusammenwirken mit den Verstärkungs ringen 34 eine präzise Zentrierung zwischen Vorsprung 35 und Loch 33 erreicht wird und damit ein absolut schlupffreier und hysteresefreier Antrieb. Diese Variante hat den Vorteil, daß die Verstärkungsringe 34 an der dem Rotor 20 abgewandten Außenseite des Bandes 13 angeordnet sind, so daß sie beim bogenförmigen Profil (Fig. 3) zur Bogenaußenseite weisen und damit bei Erreichen des Rotors 20 das Abbiegen des Bandes und bei Auflösung des bogenförmigen Profils (Fig. 3) nur einen geringen Versteifungseffekt haben im Vergleich zu den innenliegenden Sicken im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2. In Fig. 4 ist schließlich auch noch eine Verzahnung 30' angedeutet, die das Zahnrad 30 bildet, welches mit dem Zahnrad 21 des ersten Rotors kämmt. Fig. 4 shows a preferred embodiment, in which the band in contrast to FIGS. 1, 2 and 3 in the longitudinal direction direction equidistantly distributed holes 33 which have truncated conical or conical reinforcing rings 34 , which by punching the holes 33 by deep drawing getting produced. On the outer circumference of the deflection wheel 20 dome-like elevations 35 or pins are provided at equidistant angular intervals, which engage in the holes 33 of the band 13 . The pins 35 can also have frusto-conical side walls, whereby in cooperation with the reinforcing rings 34 a precise centering between the projection 35 and hole 33 is achieved and thus an absolutely slip-free and hysteresis-free drive. This variant has the advantage that the reinforcing rings 34 are arranged on the outside of the belt 13 facing away from the rotor 20 , so that they point towards the outside of the bow in the arcuate profile ( FIG. 3) and thus when the rotor 20 reaches the bending of the belt and Resolution of the arcuate profile ( FIG. 3) has only a slight stiffening effect compared to the internal beads in the exemplary embodiment of FIGS. 1 and 2. Finally, FIG. 4 also shows a toothing 30 ′ which forms the gearwheel 30 , which meshes with the gear 21 of the first rotor.

Claims

1. displacement sensor with a housing and an axially insertable sliding element, characterized in that
that on the displacement element ( 6 ) a band ( 13 ) be fastened, which is rigid in its longitudinal direction in wesentli chen and resilient in a transverse direction and has along its longitudinal direction first coupling elements ( 24 ),
that at least one angle of rotation sensor ( 16 , 17 ) is provided in the housing, the rotor ( 18 ) of which has a deflection wheel ( 20 ), one sector of the outer circumference of the deflection wheel ( 20 ) being wrapped by the band ( 13 ) and the deflection wheel ( 20 ) has on its outer circumference second coupling elements ( 23 ) which engage in a form-fitting manner in the first coupling elements ( 24 ) and rotate the rotor ( 18 ) when the displacement elements ( 6 ) are moved.

2. Travel sensor according to claim 1, characterized in that the band ( 13 ) in its out of engagement with the deflection wheel ( 20 ) lying area has an arcuate cross-sectional profile.

3. Position sensor according to claim 1 or 2, characterized in that in the housing ( 2 , 3 , 4 ) a second rotation sensor ( 17 ) is provided, which is also operable by shifting ben of the displacement element ( 6 ), one on the displacement of the Verschiebeelemen tes ( 6 ) related angle of rotation of the first angle of rotation sensor ( 16 ) from the angle of rotation related to the displacement of the second angle of rotation sensor ( 17 ) differentiates.

4. Travel sensor according to claim 3, characterized in that the deflecting wheel ( 20 ) has an external toothing ( 21 ) which engages in an external toothing of a toothed wheel ( 30 ) attached to the rotor ( 19 ) of the second angle of rotation sensor ( 17 ), wherein the number of teeth of the deflection wheel ( 20 ) of that of the gear ( 30 ) differentiate.

5. Travel sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first locking elements ( 24 ) are embossed beads in the band.

6. Travel sensor according to claim 5, characterized in that the beads ( 24 ) protrude from the inside of the bent band ( 13 ) and the second locking elements ( 23 ) are recesses which are adapted in shape to the beads.

7. Displacement sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first locking elements provided in the band are holes ( 34 ) and that the second locking elements protrude from the outer circumference of the deflection wheel ( 20 ) to the holes ( 33 ) adapted elevations ( 35 ) are.

8. Position sensor according to claim 7, characterized in that the elevations ( 35 ) have the shape of spherical caps or frustoconical side walls and the holes ( 33 ) from the plane of the band ( 13 ) in front of a frustoconical edge ( 34 ).

9. Travel sensor according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the housing ( 2 , 3 , 4 ) guide elements ( 9 , 25 , 26 , 27 ) are provided, which the band ( 13 ) smoothly lying on the guide wheel ( 20 ) press.

10. Displacement sensor according to one of claims 1 to 9, characterized in that in the housing ( 2 , 3 , 4 ) an electronic evaluation unit is provided, the kelsensoren from the angles of rotation of the two Drehwin ( 16 , 17 ) and their angle of rotation difference the displacement position or determines the displacement of the displacement element ( 6 ).

11. Travel sensor according to one of claims 1 to 10, characterized in that the band ( 13 ) consists of metal.

12. Travel sensor according to one of claims 1 to 11, characterized in that the band is guided around the deflection wheel ( 20 ) and bears in an angular range of approximately 180 ° on the outer side of the deflection wheel ( 20 ).

13. Travel sensor according to one of claims 1 to 12, characterized in that the displacement path of the displacement element ( 6 ) is limited in both directions by stops ( 14 , 15 ).