DE102019213387A1

DE102019213387A1 - Induktive Verschiebungs- und/oder Positionserfassung

Info

Publication number: DE102019213387A1
Application number: DE102019213387.8A
Authority: DE
Inventors: Ajoy Palit
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2021-03-04
Also published as: CN114364939A; WO2021043643A1; US12044527B2; EP4025876A1; US20220316852A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (7) zur Erfassung einer Position und/oder einer Verschiebung einer Flusselementgruppe (8) entlang in eine Längsrichtung, mit einer Spulengruppe (1) und der Flusselementgruppe (8), wobei die Spulengruppe (1) mindestens zwei Flachspulen (2a, b) umfasst, wobei die Flusselementgruppe (8) mindestens zwei Flusselemente (9a, b) umfasst, wobei die mindestens zwei Flusselemente (9a, b) benachbart zueinander in Längsrichtung und in Querrichtung versetzt angeordnet sind, wobei die Flusselementgruppe (8) und die Spulengruppe (1) relativ zueinander in Längsrichtung beweglich und/oder verschiebbar sind, wobei die Flachspulen (2a, b) derart ausgebildet sind, dass eine aktuelle Induktivität (L1, L2) jeder Flachspule (2a, b) von der aktuellen Verschiebung der Flusselementgruppe (8) zur Spulengruppe (1) abhängig ist, mit einer Auswerteeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, für jede Flachspule (2a, b) die aktuelle Induktivität (L1, L2) zu ermitteln und die aktuelle Verschiebung basierend auf den ermittelten aktuellen Induktivitäten (L1, L2) zu bestimmen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Erfassung einer Verschiebung und/oder einer Position entlang einer Längsrichtung. Die Sensoranordnung umfasst eine Flusselementgruppe und eine Spulengruppe sowie eine Auswerteeinrichtung. Die Sensoranordnung ist insbesondere für eine Gurtbandanordnung oder einen Schalthebel einer Automatikschaltung eines Fahrzeugs ausgebildet.
Die Erfassung einer Längsverschiebung und/oder einer Position in Längsrichtung wird in vielen technischen Gebieten, insbesondere im Automobilbereich, benötigt. Vorzugsweise werden hier Sensoranordnungen verwendet, die möglichst kleinbauend und verdeckt in ein Interieur integrierbar sind. Beispielsweise werden dergleichen Sensoranordnungen in Gurtbandanordnungen eingesetzt, um die Auszugslänge des Gurtes zu bestimmen. Ferner finden derartige Sensoranordnungen in Schalthebeln, insbesondere von Automatikgetrieben, ihren Einsatz, um eine aktuelle Schalthebelstellung bestimmen zu können.
In der Veröffentlichung „Frequency Response Modeling of Inductive Position Sensor with Finite Element Tools‟ von A. K. Palit, https://www.comsol.de/paper/frequencyresponse-modelinq-of-inductive-position-sensor-with-finite-element-too-18933 (abgerufen am 28.8.2019) ist ein induktiver Sensor zur Verschiebungsbestimmung in Längsrichtung offenbart.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die induktive Bestimmung einer Verschiebung und/oder Position entlang einer Längsrichtung zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoranordnung zur Erfassung einer Verschiebung einer Flusselementgruppe entlang einer Längsrichtung, sowie durch eine Gurtbandanordnung und ein Verfahren gemäß Anspruch 13. Bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Erfassung einer Position, insbesondere einer Position einer Flusselementgruppe und/oder eines Flusselementes entlang einer Längsrichtung. Die Sensoranordnung ist insbesondere zur Erfassung eine Verschiebung einer Flusselementgruppe und/oder eines Flusselements entlang einer Längsrichtung ausgebildet. Beispielsweise kann mittels der Sensoranordnung eine relative Verschiebung der Flusselementgruppe und/oder eines Flusselementes entlang einer Längsrichtung relativ zu einer Spulengruppe und/oder Flachspule bestimmt werden. Die Sensoranordnung ist zur induktiven Erfassung der Verschiebung und/oder Position in Längsrichtung ausgebildet. Die Sensoranordnung ist beispielsweise für eine Gurtbandandanordnung in einem Fahrzeug oder einen Schalthebel in einem Fahrzeug ausgebildet. Beispielsweise ist die Sensoranordnung ausgebildet, die Stellung eines Schalthebels, insbesondere einer Automatikgetriebeschaltung, zu bestimmen, im Speziellen ob N, P oder D gewählt ist. Ferner kann die Sensoranordnung ausgebildet sein, basierend auf der Verschiebung der Flusselementgruppe zu bestimmen, wie weit ein Gurt einer Gurtbandanordnung ausgezogen ist. Die Verschiebung in Längsrichtung ist beispielsweise einer Verschiebung entlang einer ungekrümmten Bahn, alternativ kann die Verschiebung entlang einer Kreisbahn oder krummlinigen Bahn in Längsrichtung mittels der Sensoranordnung bestimmbar sein.
Die Sensoranordnung umfasst die Flusselementgruppe, eine Spulengruppe und eine Auswerteeinrichtung. Vorzugsweise bildet die Spulengruppe eine stationäre Spulengruppe, beispielsweise stationär in der Umgebung, einem Bauteil, Gehäuse oder Fahrzeug angeordnet oder anordenbar. Die Flusselementgruppe ist vorzugsweise eine bewegliche Flusselementgruppe.
Die Spulengruppe weist mindestens zwei Flachspulen auf. Vorzugsweise umfasst die Spulengruppe exakt zwei Flachspulen, alternativ drei, vier oder mehr Flachspulen. Die Flachspulen der Spulengruppe sind vorzugsweise gleichartig, beispielsweise mit gleicher Geometrie und/oder Induktivitäten, ausgebildet. Alternativ können die Flachspulen der Spulengruppe unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise mit unterschiedlichen Geometrien und/oder Induktivitäten. Die Flachspulen sind benachbart in Querrichtung angeordnet. Die Querrichtung ist quer zur Längsrichtung angeordnet. Beispielsweise steht die Querrichtung senkrecht zu der Längsrichtung. Insbesondere versteht man unter Flachspulen, elektrische Spulen, die flächig ausgebildet sind. Vorzugsweise liegen die flächig ausgebildeten Flachspulen mit ihrer flächigen Erstreckung in der Ebene Querrichtung-Längsrichtung, welche durch die Richtungsvektoren in Längsrichtung und Querrichtung aufgespannt wird. Im Speziellen sind die Flachspulen unmittelbar nebeneinander in Richtung der Querrichtung angeordnet. Im Speziellen kann die Spulengruppe mehr als zwei Flachspulen umfassen, wobei die mehr als zwei Flachspulen vorzugsweise nebeneinander in Querrichtung angeordnet sind. Die Flachspulen können beispielsweise als gedruckte Spulen ausgebildet sein. Insbesondere bilden die Flachspulen einlagige Spulen. Alternativ können die Flachstudien mehrlagige Flachspulen bilden. Die Flachspulen weisen vorzugsweise eine rechteckige und/oder quadratische Fläche und/oder Kontur auf, wobei diese Fläche insbesondere in der Längsrichtung-Querrichtung Ebene liegt.
Die Flusselementgruppe umfasst mindestens zwei Flusselemente. Im Speziellen umfasst die Flusselementgruppe exakt zwei Flusselemente, alternativ mehr als zwei Flusselemente, beispielsweise fünf oder zehn Flusselemente. Die Flusselemente sind vorzugsweise flächig ausgebildet. Beispielsweise weisen die Flusselemente eine rechteckige, quadratische, runde oder elliptische Fläche auf. Die flächige Erstreckung der Flusselemente ist insbesondere so angeordnet, dass diese parallel und/oder gleichgerichtet zur Ebene Querrichtung-Längsrichtung liegen. Die mindestens zwei Flusselemente sind zueinander in Längsrichtung und in Querrichtung versetzt angeordnet. Insbesondere sind die zwei Flusselemente benachbart zueinander angeordnet. Im Speziellen sind immer zwei benachbart angeordnete Flusselemente zueinander in Längsrichtung und in Querrichtung versetzt und/oder verschoben angeordnet. Insbesondere sind die Flusselemente in der Flusselementgruppe so angeordnet, dass bei einer Anordnung der Flusselementgruppe über der Spulengruppe ein Flusselement eine der mindestens zwei Spulen abgedeckt, wobei die 2. Spule nicht durch die benachbarten Flusselemente abgedeckt ist, wobei das Abdecken in Form einer Projektion verstanden wird. Die Flusselemente sind beispielsweise und/oder umfassen beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Material. Insbesondere können die Flusselemente ferromagnetisch oder diamagnetisch ausgebildet sein. Umfasst die Flusselementgruppe mehr als zwei Flusselemente, so sind ein erstes und zweites Flusselement in Längsrichtung gezählt zueinander in Längsrichtung und Querrichtung versetzt angeordnet, wobei ein drittes Flusselement, welches auf das zweite Flusselement in Längsrichtung folgt, bezüglich des ersten Flusselementes nur in Längsrichtung versetzt ist.
Die Flusselementgruppe definiert und/oder bestimmt eine Flusselementebene. Beispielsweise ist die Flusselementebene die Ebene, in welcher alle Flusselemente der Flusselementgruppe liegen. Alternativ kann als Flusselementebene die Ebene verstanden werden, die durch die Flusselemente aufgespannt wird die aktuell parallel und/oder minimal beanstandet zur Spulengruppe und/oder Spulenebene sind. Die Spulenebene ist insbesondere durch die Spulengruppe definiert. Beispielsweise ist die Spulenebene die Ebene, in der die flächigen Flachspulen angeordnet sind.
Die Spulenebene ist beabstandet zur Flusselementebene angeordnet. Insbesondere sind Spulenebene und Flusselementebene äquidistant und/oder parallel zueinander angeordnet. Im Speziellen, beispielsweise bei einer biegeschlaffen und/oder gekrümmten Spulenebene oder Flusselementebene, sind Spulenebene und Flusselementebene zumindest abschnittsweise äquidistant beanstandet und/oder parallel zueinander angeordnet, wobei diese abschnittsweise Anordnung insbesondere im Bereich der Flachspulen vorliegt.
Die Flusselementgruppe und die Spulengruppe sind relativ zueinander in Längsrichtung beweglich und/oder verschiebbar. Insbesondere sind Flusselementgruppe und/oder Spulengruppe geführt zueinander in Längsrichtung beweglich. Die Bewegung der Flusselementgruppe relativ zur Spulengruppe ist beispielsweise als Trajektorie vorgegeben und/oder zu verstehen. Die Trajektorie weist insbesondere in Längsrichtung und/oder besitzt als Freiheitsgrad der Bewegung nur die Längsrichtung. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Spulengruppe in der Sensoranordnung und/oder an ihrem Einbauort stationär angeordnet ist, wobei die Flusselementgruppe in Längsrichtung relativ zu Spulengruppe beweglich und/oder verschiebbar ist. Durch das Verschieben und/oder Bewegen der Flusselementgruppe entlang der Längsrichtung werden beispielsweise die Flusselemente der Flusselementgruppe relativ zu der Spulengruppe und im Speziellen zu den Flachspulen bewegt. Im Speziellen werden durch die Bewegung und/oder das Verschieben der Flusselementgruppe und/oder der Flusselemente Flachspulen entsprechend der aktuellen Verschiebung von unterschiedlichen Flusselementen und/oder unterschiedlich stark abgedeckt und/oder bedeckt.
Die Flachspuren sind derart ausgebildet und wurden angeordnet, dass die aktuellen Induktivitäten jeder Flachspule von der Verschiebung der Flusselementgruppe und/oder der Flusselemente relativ zur Spulengruppe abhängig ist. Je nach Verschiebung ist eine Flachspule in der Projektion auf die Spulenebene unterschiedlich stark und/oder von einer unterschiedlichen Anzahl an Flusselementen bedeckt. Der Grad der Bedeckung, Abdeckung und/oder ein veränderter Abstand eines Flusselementes zur Flachspule beeinflusst und/oder verändert die aktuelle Induktivität der Flachspule. Beispielsweise führt eine Induktion von Wirbelströmen in die Flusselementgruppe und/oder Flusselement zu Veränderung der Induktivitäten der jeweils benachbarten und/oder induzierenden Flachspulen.
Die Auswerteinrichtung ist ausgebildet und/oder eingerichtet, für jede Flachspule die aktuellen Induktivitäten zu ermitteln und/oder zu bestimmen. Beispielsweise ist die Auswerteinrichtung ausgebildet die Flachspulen mit einer Frequenz elektrisch anzuregen und darauf basierend die aktuelle Induktivität zu bestimmen. Je nach Bedeckung der jeweiligen Flachspule und/oder Beabstandung der jeweiligen Flachspule durch die Flusselemente ist die aktuelle Induktivitäten unterschiedlich. Die Auswerteeinrichtung ist ausgebildet, basierend auf den aktuellen Induktivitäten der Flachspullen, insbesondere aller Flachspulen der Spulengruppe oder einer Teilmenge davon, die Verschiebung und/oder die Position in Längsrichtung zu bestimmen. Beispielsweise ist die Auswerteeinrichtung durch Bestimmung der aktuellen Induktivitäten in der Lage, die relative Position von Flusselementgruppe und Spulengruppe zueinander zu bestimmen, wobei auf dieser Bestimmung im Speziellen auch die Verschiebung und/oder Position bestimmbar ist.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, Spulen einer Spulengruppe nicht in Längsrichtung benachbart anzuordnen, sondern in Querrichtung, sodass ich hier eine besonders kleinbauende Spulengruppe erzielbar ist. Um eine gute Verschiebungsauflösung und/oder Positionsauflösung zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, die Flusselementgruppe derart zu realisieren, dass durch die versetztes anordnen der Flusselemente in Quer- und Längsrichtung einen Ausgleich zur Anordnung der Spulen in Querrichtung erzielt wird.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Flachspulen jeweils eine Spulenfläche definieren. Als Spulenfläche wird insbesondere Flächeninhalt, Kontur und/oder Form der Fläche verstanden. Die Flusselemente definieren jeweils eine Flusselementfläche. Die Spulenfläche und die Flusselementfläche sind insbesondere jeweils die Flächen, die parallel und/oder gleichgerichtet zur Ebene Längsrichtung-Querrichtung liegen. Die Ausgestaltung sieht vor, dass die Flusselementflächen und die Spulenflächen kongruent und/oder deckungsgleich ausgebildet sind. Beispielsweise sind die Flusselementflächen und Spulenflächen als Rechtecke, im Speziellen Quadrate ausgebildet. Als Kongruent wird im Speziellen verstanden, dass bei einer Anordnung eines Flusselementes senkrecht über der Spulenfläche und/oder der Flachspule, die Spulenfläche und Flusselementfläche in Deckung sind und/oder bringbar sind.
Optional ist es vorgesehen, dass die Flusselementgruppe eine Mehrzahl, insbesondere mehr als zwei Flusselemente, aufweist und/oder umfasst. Dabei ist es vorgesehen, dass zwei benachbarte Flusselemente in Längsrichtung und in Querrichtung versetzt angeordnet sind, wobei ein Flusselement zu dem übernächsten Flusselement lediglich in Längsrichtung und ohne Querversetzung angeordnet ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, jeweils eine zickzackartige Struktur der Flusselemente entlang der Längsrichtung in der Flusselementgruppe zu erzeugen. Durch ein Bewegen und/oder Verschieben der Flusselementgruppe in Längsrichtung wird so jeweils abwechselnd eine der zwei Flachspulen der Spulengruppe durch ein Flusselement bedeckt, abgedeckt und/oder deren Induktivitäten beeinflusst.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Flusselemente in der Flusselementgruppe schachbrettartig angeordnet sind. Beispielsweise ist die Flusselementgruppe in Querrichtung in zwei Hälften und/oder Abschnitte geteilt, wobei in Längsrichtung innerhalb der Hälften und/oder Abschnitte jeweils Flusselemente abwechselnd mit einer Lücke bzw. keinem Flusselement angeordnet sind. Beispielsweise kann die Flusselementgruppe als eine Matrix mit Zeilen und Spalten aufgefasst werden, wobei sowohl entlang der Zeilen als auch entlang der Spalten jeweils abwechselnd Flusselement und kein Flusselement bzw. Lücke angeordnet sind. Kein Flusselement kann beispielsweise als eine Lehrstelle, eine Lücke, Luft oder Trägermaterial sein. Besonders bevorzugt ist eine matrixartige Aufteilung der Flusselementgruppe mit zwei Zeilen in Querrichtung und n Flusselementen in Längsrichtung, wobei n eine natürliche Zahl größer 2, insbesondere größer als 4, ist.
Im Speziellen ist es vorgesehen, dass die Flusselemente jeweils einen Meßflächenbereich aufweisen und/oder definieren. Beispielsweise ist der Meßflächenbereich die flächige Erstreckung des Flusselementes, vorzugsweise parallel zur Spulenebene und im Speziellen der metallische Abschnitt der flächigen Erstreckung. Dabei ist es vorgesehen, dass die Flusselemente innerhalb der Flusselementgruppe so angeordnet sind, dass in Längsrichtung die Meßflächenbereiche nicht überlappend aber lückenlos angeordnet sind. Beispielsweise sind die Flusselemente als Rechtecke ausgebildet, wobei sich 2 benachbarte Flusselemente jeweils an den Eckbereichen kontaktieren.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Flusselemente als flächige Metallelemente ausgebildet sind. Beispielsweise sind die flächigen Metallelemente Metallplättchen oder Metallfolienabschnitte. Beispielsweise sind die Metallelemente aus Messing, Aluminium oder Eisen. Im Speziellen sind die Metallelemente als Kupferplättchen und/oder Kupferfolienabschnitte ausgebildet.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Flusselementgruppe einen Träger aufweist. Die Flusselemente sind beispielsweise auf den Träger aufgedruckt, aufgeklebt, aufgedreht, eingewebt, angenäht oder aufgebracht. Insbesondere sind Träger und Flusselement einstückig miteinander verbunden. Der Träger ist vorzugsweise als ein flächiger Träger ausgebildet, insbesondere mit Erstreckung in Längsrichtung und Querrichtung.
Besonders bevorzugt ist es, dass der Träger flexibel und/oder biegeschlaff ausgebildet ist. Beispielsweise ist der Träger als eine Folie, Kunststoff oder Metallfolie ausgebildet. Alternativ kann der Träger biegesteif ausgebildet sein, beispielsweise als Kunststoff- oder Metallplatte.
Optional ist es vorgesehen, dass der Träger ein Textil bildet. Beispielsweise ist der Träger als ein Gewirk oder Gewebe ausgebildet. Im Speziellen kann der Träger als ein Gurtband ausgebildet sein.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Flachspulen jeweils eine Wicklungsebene aufweisen und definieren. Die Wicklungsebene ist insbesondere gleichgerichtet zur Flusselementebene. Insbesondere sind die Wicklungen der Flachspule innerhalb der Wicklungsebene angeordnet, beispielsweise als eine schneckenförmige Wicklung und im Speziellen als eine quadratische Wicklung.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Spulengruppe stationär ausgebildet und/oder angeordnet ist. Beispielsweise ist die Spulengruppe stationär und/oder fixiert in der Sensoranordnung oder einem Gehäuse der Sensoranordnung angeordnet. Insbesondere ist es dabei vorgesehen, dass die Flusselementgruppe, der Träger und/oder die Flusselemente beweglich und/oder verschiebbar ausgebildet sind, insbesondere relativ zur Spulengruppe, den Flachspulen und/oder dem Gehäuse der Sensoranordnung.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Gurtbandanordnung für ein Fahrzeug die Gurtbandanordnung umfasst ein Gurtband und eine Spulengruppe. Die Spulengruppe ist insbesondere ausgebildet wie oben beschrieben und/oder wie in der Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1-11. Auf dem Gurtband sind Flusselemente angeordnet, aufgeprägt, aufgeklebt, aufgedruckt oder eingewebt. Insbesondere definiert das Gurtband oder der Abschnitt über und/oder parallel zur Spulengruppe die Flusselementebene. Die Flusselemente sind auf dem Gurtband so angeordnet, dass zwei benachbarte Flusselemente jeweils in Längsrichtung und in Querrichtung zueinander beanstandet sind. Insbesondere bildet das Gurtband einen Träger wie für die Sensoranordnung beschrieben. Das Gurtband ist relativ zu der Spulengruppe bewegbar und/oder verschiebbar. Insbesondere ist das Gurtband relativ in Längsrichtung zur Spulengruppe bewegbar und/oder verschiebbar. Durch das Verschieben und/oder Bewegen des Gurtband in Längsrichtung werden Flachspulen der Spulengruppe, die in Querrichtung angeordnet sind, jeweils abwechselnd bedeckt und/oder freigegeben von Flusselementen der Flusselementgruppe. Die Flusselemente und/oder die Flusselementgruppe beeinflusst die aktuellen Induktivitäten der Flachspulen. Die Gurtanordnung umfasst insbesondere eine, im Speziellen die Auswerteeinrichtung wie vorher beschrieben. Die Auswerteeinrichtung ist ausgebildet, basierend auf den gemessenen aktuellen Induktivitäten eine Verschiebung und/oder Position des Gurtbands, der Flusselemente und/oder Flusselementgruppe in Längsrichtung zu bestimmen. Beispielsweise wird dazu die Induktivitäten der mindestens zwei in Querrichtung beanstandeten Flachspulen bestimmt, wobei basierend auf dieser Bestimmung die Anordnung und/oder ein Bedeckungsgrad üblich der Elemente bestimmbar ist, bei darauf basierend die Auszugslänge und/oder Position des Gurtbands bestimmbar ist.
Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Bestimmung einer Verschiebung und/oder Position in und/oder entlang einer Längsrichtung. Das Verfahren ist zur Erfassung der Verschiebung und/oder der Position mittels der Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1-11 und/oder der Gurtband Anordnung ausgebildet. Das Verfahren sieht dabei vor, dass für jede der Flachspulen die aktuelle Induktivität ermittelt wird und die Verschiebung und/oder Position basierend auf den ermittelten aktuellen Induktivitäten bestimmt wird.
Weitere Vorteile, Wirkungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den beigefügten Figuren und deren Beschreibung. Dabei zeigen:

1 eine Spulengruppe;
2 eine Sensoranordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 Induktivitätsverlauf der Flachspulen aus 2;
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung;
5 Induktivitätsverlauf für die Sensoranordnung aus 4.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Spulengruppe 1. Die Spulengruppe 1 umfasst zwei Flachspulen 2a und 2b. Die Spulengruppe 1 und die Flachspulen 2a, 2b sind flächig ausgebildet, und definieren eine Spulenebene 3, wobei in der Spulenebene 3 die Wicklungen der Flachspulen 2a, 2b liegen.
Zur Erläuterung der später gezeigten Sensoranordnung sind hilfsweise Richtungsvektoren 4a und 4b eingezeichnet. Die Längsrichtung ist dabei entlang des Richtungsvektor 4a orientiert, wobei die Querrichtung senkrecht auf der Längsrichtung steht und durch den Richtungsvektor 4b dargestellt ist. Die Spulenebene 3 ist gleichgerichtet zur Ebene die durch die Richtungsvektoren 4a und 4b aufgespannt wird. Diese durch die Richtungsvektoren 4a und 4b auf gespannte Ebene wird auch als Ebene Längsrichtung-Querrichtung bezeichnet.
Die Flachspulen 2a, 2b sind nebeneinander angeordnet. Insbesondere sind die Flachspulen 2a, 2b in Querrichtung unmittelbar nebeneinander angeordnet. Die Flachspulen 2a, 2b unterteilen die Spulenebene 3 in Querrichtung in zwei Teile, auch Zeilen 5a und 5b genannt. Insbesondere ist die Teilung in Querrichtung durch die Flachspulen 2a, 2b eine hälftige Teilung. Die Flachspulen 2a, 2b sind somit flächengleich ausgebildet, insbesondere sowohl bezüglich des Flächeninhalts als auch bezüglich der Form.
Die Flachspulen 2a, 2b weisen jeweils einen Kontakt 6 auf, wobei der Kontakt 6 der Kontaktierung mit einer Auswerteeinrichtung dient. Die Auswerteeinrichtung ist ausgebildet, die jeweiligen Induktivitäten L, insbesondere aktuelle Induktivitäten L der beiden Flachspulen 2a, 2b zu bestimmen. Dabei wird beispielsweise die Physik und/oder Mathematik eines Schwingkreises zur Messung der Interaktivität L genutzt. Beispielsweise wird die Flachspule 2a, 2b mittels der Auswerteeinrichtung über den Kontakt 6 Wechselspannung bestimmter Frequenzen bestromt und basierend auf der Reaktion darauf die Induktivität L bestimmt.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung 7. Die Sensoranordnung 7 umfasst die Spulengruppe 1 aus 1. Ferner umfasst die Sensoranordnung 7 eine Flusselementgruppe 8. Die Flusselementgruppe 8 umfasst zwei Flusselemente 9a und 9b. Die Flusselemente 9a und 9b sind als metallische flächige Elemente ausgebildet. Beispielsweise sind die Flusselemente 9a und 9b als Kupfer Plättchen ausgebildet. Die Flusselemente 9a und 9b sind benachbart zueinander angeordnet, insbesondere kontaktieren sich diese in einem Kontaktbereich 10. Die Kontaktierung im Kontaktbereich 10 erfolgt an Eckbereichen der Flusselemente 9a und 9b. Die Flusselemente 9a und 9b sind in einer gemeinsamen Ebene, der Flusselementebene 11 angeordnet. Die Flusselementebene 11 ist parallel zur Spulenebene 3 angeordnet. Insbesondere sind Spurenebene 3 und Flusselementebene 11 parallel zueinander angeordnet. Innerhalb der Flusselementebene 11 sind die Flusselemente 9a und 9b sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung versetzt zueinander angeordnet. Die Anordnung der Flusselemente 9a und 9b ist insbesondere schachbrettartig. Mit anderen Worten kann die Anordnung der Flusselemente 9a und 9b insbesondere wie bei gegenüberliegenden Windmühlenflügel angesehen werden.
Die Flusselementgruppe 8 und die Flusselemente 9a und 9b sind in Längsrichtung verschiebbar. Insbesondere erfolgt die Verschiebung innerhalb der Flusselementebene und/oder parallel zur Spulenebene 3. Durch das Verschieben der Spulengruppe 8 verändert sich die Abdeckung und/oder Bedeckung der Flachspulen 2a, 2b durch die Flusselemente 9a und 9b. Als Abdeckung und/oder Bedeckung wird insbesondere das Bedecken in eine Draufsicht von oben, im Speziellen senkrecht zur Spulenebene 3, der Flachspulen 2a, 2b durch die Flusselemente 9a, 9b verstanden. Beispielsweise ist in der gezeigten Darstellung die Flachspule 2a vollständig durch das Flusselement 9a bedeckt und/oder abgedeckt. Die Flachspule 2b ist in der gezeigten Darstellung weder durch das Flusselement 9a noch durch das Flusselement 9b bedeckt. Durch ein Verschieben der Flusselementgruppe 8, in diesem Beispiel nach rechts, wird die Abdeckung der Flachspule 2a reduziert und die Flachspule 2b wird durch das Flusselement 9b mehr und mehr bedeckt.
Die Induktivitäten der Flachspulen 2a, 2b hängen von der Bedeckung und/oder Abdeckung durch die Flusselemente 9a und 9b ab. In dem hier ausgeführten Beispiel verstärkt die Abdeckung einer Flachspule 2a, 2b die aktuelle Induktivität L der Flachspule 2a, 2b. Dementsprechend ist im gezeigten Zustand die gemessene aktuelle Induktivität L₁ der Flachspule 2a größer als die aktuelle Induktivität L₂ der Flachspule 2b. Durch das Bestimmen beider aktuellen Induktivitäten L₁ , L₂ , ist von der Auswerteeinrichtung die Positionsbestimmung des Flusselements 9a, 9b bzw. der Flusselementgruppe 8 bestimmbar. Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, basierend auf dieser Bestimmung die Verschiebung, beispielsweise als Verschiebung der Flusselementgruppe 8 relativ zur Spulengruppe 1, zu bestimmen.
3 zeigt für die Sensoranordnung 7 aus 2 einen gemessenen und/oder zu erwartenden Induktivitätsverlauf für die beiden Flachspulen 2a, 2b. In der Darstellung ist entlang der Abszisse die Längsverschiebung x der Flusselementgruppe 8 relativ zur Spulengruppe 1 in Millimetern aufgetragen. Insbesondere entspricht dies der gemessenen und/oder zu bestimmenden Verschiebung. Auf der Ordinate sind die Induktivitäten in Nanohenry aufgetragen.
Die Darstellung zeigt dabei die Induktivitäten L₁ und L₂ . Die Induktivität L₁ entspricht der Induktivität der Flachspule 2a aus 2. Diese ist für eine Verschiebung von 0 vollständig durch das Flusselement 9a abgedeckt, sodass die aktuelle Induktivität L₁ für x=0 maximal ist. In diesem Fall beträgt die maximale Induktivität L₁ für die Flachspule 2a etwa 800 Nanohenry. Die Induktivität L₂ stellt die aktuelle Induktivität der Flachspule 2b aus 2 dar. Für die Verschiebung von 0 ist diese vollständig unbedeckt und/oder vollständig unabgedeckt. Die aktuelle gemessene Induktivität L₂ ist somit für x=0 minimal, da diese durch zunehmende Bedeckung nur zunehmen kann. Diese minimale Induktivität für L₂ beträgt ungefähr 270 Nano Henry. Durch eine Verschiebung der Flusselementgruppe 8, beispielsweise hier der Verschiebung der Flusselementgruppe 8 nach rechts in 2, nimmt die Abdeckung der Flachspule 2a ab, sodass die aktuelle Induktivitäten L₁ der Fachschule 2a mit zunehmender Verschiebung abnimmt, wohingegen die Flachspule 2b durch zunehmende Verschiebung mehr und mehr von dem Flusselement 9b abgedeckt wird, sodass hierfür eine steigende Induktivität L₂ verzeichnet wird. Somit sind die Induktivitäten L₁ und L₂ gegenläufig, sodass durch die Messung der aktuellen Induktivitäten L₁ , L₂ beider Flachspulen 9a, 9b die Positionierung der Flusselementgruppe relativ zur Spulengruppe 1 von der Auswerte Einrichtung bestimmbar ist.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung 7, das wiederum zwei Flachspulen 2a, 2b in einer Spulengruppe 1 umfasst. Die Spulengruppe 1 ist ausgebildet wie die Spulengruppe aus 1.
Im Unterschied zur Sensoranordnung 7 aus Figur zwei umfasst die Flusselementgruppe 8 hier vier Flusselemente 9a, 9b, 9c und 9d. Die Flusselemente 9a, 9b, 9c und 9d sind in der Flusselementebene, einer Ebene parallel zur Spulenebene 3, schachbrettartig angeordnet. Innerhalb einer Zeile 5a, 5b wechseln sich Flusselemente 9a, 9b, 9c und 9d jeweils mit einer Lücke ab. Eine Lücke in einer Zeile 5a, 5b korrespondiert in der anderen Zeile 5b, 5a in Querrichtung mit einem Flusselemente 9a, 9b, 9c und 9d.
Durch die Verschiebung der Flusselementgruppe 8 in Längsrichtung wird jede Flachspule 2a, 2b mehrmals, hier zweimal, vollständig abgedeckt und vollständig freigegeben. Die Induktivitäten L₁ , L₂ werden durch diese Verschiebung mehrere Minima und Maxima durchlaufen, die zur Positionsbestimmung und/oder Verschiebungsbestimmung durch die Auswerteeinrichtung genutzt werden.
5 zeigt den zugehörigen Induktionsverlauf in den Flachspulen 2a, 2b für die Sensoranordnung 7 aus 4. Die Induktivität L1, der Spule 2a beginnt wegen maximaler Bedeckung bei x=0 durch das Flusselement 9a bei einem Maximum, wobei die Induktivität L₁ für zunehmende Verschiebung auf ein Minimum sind, nämlich dann wenn das Flusselement 9b die Spule 2b vollständig bedeckt, das nächste Maximum der Induktivität L₁ wird für die Verschiebung erreicht, wenn das Flusselement 9c die Spule 2a vollständig bedeckt. Einen analogen Verlauf erhält man für die Induktivität L₂ der Spule 2b, wobei diese für x=0 bei einem Minimum beginnt, da die Spule hier vollständig unabgedeckt von Flusselementen ist. Basierend auf diesem Verlauf wird von der Auswerteeinrichtung die Verschiebung und/oder Position in Längsrichtung bestimmt.
Bezugszeichenliste

1: Spulengruppe
2a,b: Flachspulen
3: Spulenebene
4a,b: Richtungsvektoren
5a,b: Zeilen
6: Kontakt
7: Sensoranordnung
8: Flusselementgruppe
9a-d: Flusselemente
10: Kontaktbereich
11: Flusselementebene
L₁, L₂,: Indutkivitäten
x: Längsverschiebung

Claims

Sensoranordnung (7) zur Erfassung einer Position und/oder einer Verschiebung einer Flusselementgruppe (8) entlang einer Längsrichtung, mit einer Spulengruppe (1) und der Flusselementgruppe (8), wobei die Spulengruppe (1) mindestens zwei Flachspulen (2a, b) umfasst, wobei die mindestens zwei Flachspulen (2a, b) in eine Querrichtung quer zur Längsrichtung angeordnet sind, wobei die Flusselementgruppe (8) mindestens zwei Flusselemente (9a, b) umfasst, wobei die mindestens zwei Flusselemente (9a, b) benachbart zueinander in Längsrichtung und in Querrichtung versetzt angeordnet sind, wobei die Flusselementgruppe (8) eine Flusselementebene (11) definiert und die Spulengruppe (1) eine Spulenebene (3) definiert, wobei die Spulenebene (3) beabstandet zur Flusselementebene (11) angeordnet ist, wobei die Flusselementgruppe (8) und die Spulengruppe (1) relativ zueinander in Längsrichtung beweglich und/oder verschiebbar sind, wobei die Flachspulen (2a, b) derart ausgebildet sind, dass eine aktuelle Induktivität (L₁, L₂) jeder Flachspule (2a,b) von der aktuellen Verschiebung der Flusselementgruppe (8) zur Spulengruppe (1) abhängig ist, mit einer Auswerteeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, für jede Flachspule (2a, b) die aktuelle Induktivität (L₁, L₂) zu ermitteln und die aktuelle Verschiebung basierend auf den ermittelten aktuellen Induktivitäten (L₁, L₂) zu bestimmen.
Sensoranordnung (7) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachspulen (2a, b) jeweils eine Spulenfläche definieren und die Flusselemente (9a-d) jeweils eine Flusselementfläche definieren, wobei die Flusselementfläche und die Spulenfläche kongruent ausgebildet sind.
Sensoranordnung (7) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flusselementgruppe (8) eine Mehrzahl an Flusselementen (9a-d) aufweist, wobei zwei benachbarte Flusselemente (9a-d) in Längsrichtung und in Querrichtung versetzt angeordnet sind, wobei die Flusselemente (9a-d) bezüglich des zum benachbarten benachbart angeordneten Flusselements (9a-d) in Längsrichtung beabstandet und ohne Querversetzung angeordnet ist.
Sensoranordnung (7) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flusselemente (9a-d) in der Flusselementgruppe (8) schachbrettartig angeordnet sind.
Sensoranordnung (7) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flusselemente (9a-d) als flächige Metallelemente ausgebildet sind.
Sensoranordnung (7) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flusselemente (9a-d) jeweils einen Messflächenbereich aufweisen, wobei die Flusselemente (9a-d) in der Flusselementgruppe (8) so angeordnet sind, dass in Längsrichtung die Messflächenbereiche nicht überlappend und lückenlos angeordnet sind.
Sensoranordnung (7) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flusselementgruppe (8) einen Träger aufweist, wobei die Flusselemente (9a-d) auf den Träger aufgedruckt, aufgeklebt, aufgeprägt, eingewebt und/oder aufgebracht sind.
Sensoranordnung (7) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger flexibel und/oder biegeschlaff ausgebildet ist.
Sensoranordnung (7) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger ein Textil bildet.
Sensoranordnung (7) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachspulen (2a, b) jeweils eine Wicklungsebene aufweisen, wobei die Flachspulen (2a, b) mit ihren Wicklungseben gleichgerichtet zur Flusselementebene (11) angeordnet sind.
Sensoranordnung (7) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulengruppe (1) stationär ausgebildet ist und die Flusselementgruppe (8) beweglich und/oder verschiebbar ausgebildet ist.
Gurtbandanordnung für ein Fahrzeug, mit einem Gurtband und einer Spulengruppe (1), wobei die Spulengruppe (1) mindestens zwei Flachspulen (2a, 2b) umfasst, wobei die Flachspulen quer zur Längsrichtung angeordnet sind, wobei das Gurtband eine Flusselementgruppe (8) mit mindestens zwei Flusselementen (9a, b) umfasst, wobei die mindestens zwei Flusselemente (9a, b) benachbart zueinander in Längsrichtung und in Querrichtung versetzt angeordnet sind, wobei die Flusselementgruppe (8) eine Flusselementebene (11) definiert und die Spulengruppe (1) eine Spulenebene (3) definiert, wobei die Spulenebene (3) beabstandet zur Flusselementebene (11) angeordnet ist, wobei die Flusselementgruppe (8) und die Spulengruppe (1) relativ zueinander in Längsrichtung beweglich und/oder verschiebbar sind, wobei die Flachspulen (2a, b) derart ausgebildet sind, dass eine aktuelle Induktivität (L₁, L₂) jeder Flachspule (2a, b) von der aktuellen Verschiebung der Flusselementgruppe (8) zur Spulengruppe (1) abhängig ist, mit einer Auswerteeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, für jede Flachspule (2a, b) die aktuelle Induktivität (L₁, L₂) zu ermitteln und die aktuelle Verschiebung und/oder eine Auszugslänge des Gurtbands basierend auf den ermittelten aktuellen Induktivitäten (L₁, L₂) zu bestimmen.
Verfahren zur Bestimmung einer Verschiebung und/oder Position mittels der Sensoranordnung (7) nach einem der Ansprüche 1-11, wobei für jede der Flachspulen (2a, 2b) die aktuelle Induktivität (L₁, L₂) ermittelt wird und die Verschiebung und/oder Position basierend auf den ermittelten aktuellen Induktivitäten (L₁, L₂) bestimmt wird.