DE102006036696A1

DE102006036696A1 - Sensoranordnung

Info

Publication number: DE102006036696A1
Application number: DE200610036696
Authority: DE
Inventors: Stanislav Dipl.-Ing. Massini (FH); Arnold Dipl.-Wirt. Ing. Trißler (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-08-05
Filing date: 2006-08-05
Publication date: 2008-02-07
Also published as: CN101501801A; WO2008017520A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (31) zur Bestimmung von Stellungen wenigstens eines Getriebebauteils (34), die Sensoranordnung (31) mit wenigstesn einer Sensorik (2, 20) und mit zumindest einem Abtastbolzen (4, 35) der hubbeweglichen in einem ersten Gehäuse (10) gelagert ist, wobei ein aus dem Gehäuse (10) ragendes Ende des Abtastbolzens (4, 35) hubbeweglich gegen wenistens eine dem Getriebebauteil (34) zugeordnete Ablaufbahn (36) elastisch vorspannbar ist und wobei die Sensorik (2, 20) wenigstens einen Impulsgeber (18, 25, 39, 46) an einem Träger (24, 27, 38, 47) und zumindest einen mit dem Impulsgeber (18, 25, 39, 46) in berührungsloser Wirkverbindung stehenden Sensor (13, 21, 41, 45) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Bestimmung von Stellungen wenigstens eines Getriebebauteils, die Sensoranordnung mit wenigstens einer Sensorik und mit zumindest einem Abtastbolzen der hubbeweglichen in einem ersten Gehäuse gelagert ist, wobei ein aus dem Gehäuse ragendes Ende des Abtastbolzens hubbeweglich gegen wenigstens eine dem Getriebebauteil zugeordnete Ablaufbahn elastisch vorspannbar ist und wobei die Sensorik wenigstens einen Impulsgeber an einem Träger und zumindest einen mit dem Impulsgeber in berührungsloser Wirkverbindung stehenden Sensor aufweist.
Hintergrund der Erfindung
EP 13 50 991 B1 zeigt derartige Sensoranordnung mit der Schaltstellungen eines als Schaltwalze ausgebildeten Getriebebauteils erfasst werden. Die Näherungssensorik ist als nicht näher beschriebene Hallsensorik beschrieben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensoranordnung die sich mit einfachen Mitteln robust und kostengünstig herstellen lässt.
Diese Aufgabe ist nach dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Unter Impulsgeber sind alle Signalgeber zu verstehen, die permanent oder temporär Signale konstanter oder wechselnder Folge abgeben, die geeignet sind durch einen oder mehrere berührungslos zum Impulsgeber bzw. zur Signalquelle angeordneten Sensoren erfasst zu werden und die zum Beispiel Lichtsignale, Schallwellen oder magnetische Impulse abgeben. Beispiele für permanente Impulsgeber sind Dauermagneten, z.B. mit einander abwechselnder oder entgegen gerichteter Polarisation. Unter berührungslos ist das kontaktlose Erfassen der vom Signalgeber abgehenden Signale durch einen oder mehrere Sensoren, die somit berührungslos zum Signalgeber/Impulsgeber zu verstehen, wobei die Sensoren von den/dem Impulsgeber(n) z.B. durch einen Gas- oder Flüssigkeitsspalt von diesem getrennt diesem gegenüber liegen. Dabei ist Kontakt zwischen dem Träger des Impulsgebers und dem Sensor solange nicht ausgeschlossen, solange sich nicht der Sensor mit dem Signalgeber berührt.
Der Abtastbolzen ist federnd gegen die Ablaufbahn vorgespannt. Die Ablaufbahn ist durch Positionsdaten von Wähl- und Schaltstellungen und durch Positionsdaten der Kontur der Ablaufbahn zwischen den Wähl- und Schaltstellungen beschrieben. Die Kontur der Ablaufbahn weist Gefälle, Steigungen, Vertiefungen, Peaks, Plateaus usw. auf, die sich durch die Positionsdaten beschreiben lassen. Konkreten Stellungen des Getriebebauteils, die Neutralstellungen, Wähl- und Schaltstellungen wiedergeben sind charakteristische Positionsdaten zugeordnet. Konkrete Stellungen sind zum Beispiel die Neutralstellungen „normal" und eventuell weitere Neutralstellungen zur Abbildung von Referenzwerten sowie die konkreten Stellungen der Vorwärtsgänge oder des Rückwärtsgangs. Einzelne konkrete Schaltstellungen weisen in der Regel jeweils die gleichen wiederholbaren charakteristischen Positionsdaten, alternativ auch wechselnde Positionsdaten, auf.
Die charakteristischen Positionsdaten sind nach einem bestimmten Schema durch eine Kette dazwischen aneinander gereihter Positionsdaten miteinander verbunden, die den Weg für die Abtasteinrichtung auf der Ablaufbahn von einer der Stellungen zur anderen definieren. Das Schema ist durch eine zwei- oder dreidimensionale Struktur aus Vertiefungen und Erhöhungen an der Oberfläche der Ablaufbahn vorgegeben. Die verschiedenen Vertiefungen und Erhöhungen an der Oberfläche der Ablaufbahnen sind rampenartig aufsteigend oder abfallend miteinander zu einer Rampenkontur verbunden, die zu der Kette von beliebig vielen nebeneinander angeordneten und übergangslos miteinander verbundenen Positionsdaten aneinander gereiht sind. Die Positionsdaten sind somit in der einfachen Form ein- bzw. zweidimensionale Koordinaten oder Strecken, die Höhenunterschiede der Oberfläche zu definierten Bezugsebenen oder Bezugslinien der Ablaufbahn wiedergeben, auf die der Abtastbolzen mit entsprechenden Längshüben reagiert.
Die Sensorik der Abtasteinrichtung ist auf mindestens einen Referenzwert eingestellt. Dieser Referenzwert ist eine „Nullstellung", in der/die Impulsgeber an dem Abtastbolzen in einer definierten Stellung zum/zu den Näherungssensor(en) seht/stehen. Diese Stellung liefert einen Referenzwert für die Messung der Positionsdaten. Die Referenzstellung ist beispielsweise die Neutralstellung oder eine Stellung zwischen zwei benachbarten Gängen, der eine Referenzlage des Impulsgebers zum Sensor zugeordnet ist.
Wenn der Abtastbolzen von dieser Referenzposition weg auf der Abtastbahn entlang fährt, wird der Abtastbolzen sich dieser aufgrund der Höhenunterschiede vom Referenzwert um bestimmte Hübe entfernen oder sich schließlich diesem um bestimmte Hübe wieder nähern. Die mit dem Abtastbolzen gekoppelte(n) Impulsgeber werden somit von der Referenzlage abweichende Positionen zu dem/den Näherungssensor(en) einnehmen.
Jeder der Stellungen des Getriebebauteils ist somit ein bestimmter Hub des Abtastbolzens zugeordnet. Dem jeweiligen Hub des Abtastbolzens ist eine Lage eines oder mehrerer Impulsgeber zum Näherungssensor zugeordnet. Ausgehend von der Referenzlage, die die Impulsgeber bei Referenzstellung des Abtastbolzens eingenommen haben, sind diese je nach Stellung des Getriebebauteils im Vergleich zur Referenzlage gleich dicht bzw. dichter an dem/den Näherungssensor(en) oder weiter weg von diesem. Denkbar ist auch, dass jeder charakteristischen Stellung ein anderer Sensor bzw. ein anderer Impulsgeber gleicher in gleicher oder anderer Ausführung zum vorherigen zugeordnet ist.
Den vorausgehenden Ausführungen folgend, ist somit jeder der Wähl- oder Schaltstellung des Getriebebauteils ein bestimmter Längshub des Abtastbolzens zugeordnet. Das dem Hub entsprechende Signal wird mit der Sensorik und Auswerteelektronik in eine Information über die Stellung des Getriebebauteils umgewandelt. Das Signal wird beispielsweise an die Bordelektronik zur Regelung von Betriebs- und Fahrzuständen weitergeleitet oder in einem Display als Wähl- bzw. Gangstellung angezeigt.
Jeder Wähl- oder Schaltstellung ist ein bestimmtes Höhenniveau der Rampenkontur der Ablaufbahn zugeordnet. Im einfachen Fall ist jeder der Stellungen eine andere Höhe zugeordnet, so dass jeder der unterschiedlichen Wähl- oder Schaltstellung ein anderer Hub des Abtastbolzens und somit das Signal aus einer anderen Lage des Impulsgebers zum Sensor zugeordnet ist.
Alternativ oder gleichzeitig dazu ist jeder Wähl- oder Schaltstellung eine definierte Reihenfolge von Positionsdaten zugeordnet, die das Abtastelement beim Wechsel von einem zum anderen Gang auf vorbestimmten Weg immer auf der Ablaufbahn zurücklegt. In diesem Fall ist kann das Höhenniveau der Rampenkontur und damit der Hub für mehrere Wähl- oder Schaltstellungen eines Getriebes sogar gleich sein. Die tatsächliche Stellung des Getriebebauteils wird dann nicht nur dem Hub zugeordnet, sondern einer definierten Menge von reproduzierbaren Positionsdaten, die in wiederholbarer und definierter Reihenfolge von der Abtasteinrichtung beim Wechsel zu der jeweiligen Stellung zwangs läufig durchfahren werden müssen und die durch die Sensorik entsprechend aufgenommen und ausgewertet werden.
Vertiefungen an der Oberfläche der Ablaufbahn sind auch als Rastvertiefungen ausgebildet, in die der Abtastbolzen der Abtasteinheit mit der Spitze einrastet und beispielsweise das Getriebebauteil in den Schaltstellungen arretiert. Diesen Raststellungen ist ebenfalls ein entsprechender Hub bzw. einer definierte Messmenge von Positionsdaten zugeordnet.
Positionsdaten sind unterschiedliche Durchmesser oder Radialhübe umfangseitig verlaufender Laufbahnen, die radial abgetastet werden und die somit in radial gerichteten Längshüben des Abtastbolzens resultieren. Außerdem geben bestimmte reproduzierbare Reihenfolgen, mit denen Positionsdaten abgetastet bzw. erfasst werden, die Dreh- bzw. Schwenkrichtung bzw. die Änderung der Dreh- und Schwenkrichtung wieder. Der Veränderung der Durchmesser oder Radialtiefen ist in diesem Fall einer Veränderung des Schwenkwinkels des Getriebebauteils zugeordnet. Die Ablaufbahn verläuft in Umfangsrichtung auf einer Umfangslinie. Die Änderung der Positionsdaten wird durch Änderung der Durchmesser oder des radialen Abstands zur Rotationsachse oder zur Schwenkachse des Getriebebauteils in dieser einen Ebene erfasst. Der Abtastbolzen ist radial in Richtung der Rotations- bzw. Schwenkachse hubbeweglich und alternativ senkrecht zur Längsachse eines längsbeweglichen Getriebebauteils gerichtet. Die relative axiale Position des Abtastbolzens zur Ablaufbahn ist fix.
Positionsdaten sind, gleichzeitig oder alternativ zu vorgenannter Variante, die Tiefen und Höhen von axialen Vertiefungen und Erhöhungen in unterschiedlichen Ebenen einer axial oder in Längsrichtung abgetasteten und somit in axiale Richtung unebenen Ablaufbahn. Der Abtastbolzen ist in diesem Fall axial und somit mit der Rotations-, Schwenk bzw. Längsachse gleich ausgerichtet hubbeweglich. Der relative radiale Abstand des Abtastbolzens zur Rotations-, Schwenkachse bzw. Längsachse ist konstant. Änderungen der Positionsdaten werden durch Änderung des axialen Hubs des Abtastbolzens signalisiert. Posi tionsdaten, unterschiedliche axiale Abstände oder Axialtiefen der Ablaufbahn, werden in axialer Richtung von der Abtasteinrichtung abgetastet und resultieren in unterschiedlichen Längshüben des Abtastbolzens. Der Abtastbolzen kann gleichzeitig bei Abtastung einer Ablaufbahn oder unabhängig davon zur Messung von Verschiebungen des Getriebebauteils in seine Längsrichtungen eingesetzt werden.
Positionsdaten sind alternativ, oder gleichzeitig zu vorgenannten Varianten, die Durchmesser oder Radialabstände beliebiger Mengen von axial zueinander benachbarten Umfangslinien, die in axialer Reihenfolge nacheinander abgetastet werden. Die Ablaufbahn verläuft in diesem Fall in Längsrichtung – also senkrecht zur Radialrichtung. Dabei ist entweder der Abtastbolzen in einer axial fixen Position zum axialbewegliche Getriebebauteil oder der Abtastbolzen ist axial beweglich zum axial fixen bzw. axial beweglichen Getriebebauteil. Der Abtastbolzen ist radial zur Rotations- bzw. Schwenkachse bzw. senkrecht zur Längsachse ausgerichtet und der Hub des Bolzens ist somit radial.
Positionsdaten sind auch alle möglichen Kombinationen der vorhergehenden Ausgestaltungen der Erfindung. Denkbar ist der Einsatz von Abtastbolzen die zur Rotationsachse oder Schwenkachse geneigte Hübe ausführen. Denkbar ist auch, dass die Abtasteinrichtungen mit Abtastbolzen nicht relativ axial oder radial fixiert sind, sondern dass diese unabhängig vom Hub in axiale und oder radiale Richtung beweglich angeordnet sind und eine Ablaufbahn entlang eines schwenkenden oder rotierenden und oder axialbeweglichen Getriebebauteils abtasten. Denkbar ist auch der Einsatz von mehreren gleichgerichteten oder gleichbeweglichen bzw. in unterschiedliche Richtungen gerichteten oder unterschiedlich beweglichen Abtasteinrichtungen in einer Schaltvorrichtung.
Die Ablaufbahnen sind vorzugsweise mit spanlosen Formgebungsverfahren, insbesondere durch Kaltumformen in Bleche oder in das Getriebebauteil bzw. in Bauteile, die mit dem Getriebebauteil synchronbeweglich gekoppelt sind, eingebracht. Denkbar ist auch die Ausbildung von Rast- und oder Kulissenkonturen durch spanabhebende Verfahren.
Die Sensoreinheit weist außer der Ablaufbahn die Sensorik und zumindest die Abtasteinrichtung auf. Die Abtasteinrichtung besteht mindestens aus einem Abtastbolzen. Der Ablaufbolzen ist längsbeweglich in einem Gehäuse gelagert. Wenigstens eine Feder ist in die gleiche Längsrichtung in dem oder in einem weiteren Gehäuse abgestützt und spannt zumindest bei Betrieb der Abtasteinrichtung den Bolzen gegen die Ablaufbahn. Der Abtastbolzen ist beispielsweise innen hohl und führt einen Teil der in diesem Fall als Druckfeder ausgebildeten Feder. Alternativ ist der Ablaufbolzen aus Vollmaterial und wird außen zum Beispiel durch eine Spiralfeder teilweise umgriffen. Die Spitze des Abtastbolzens ist für den Kontakt mit der Ablaufbahn verrundet oder mit einer Kugel versehen. Die in einer Kalotte ums eigene Zentrum rotierbar aufgenommene Kugel ist wahlweise in der Kalotte kugelgelagert.
Die relative Verschiebung, das heißt die Änderung des Hubs, wird mit einer geeigneten berührungslosen Sensorik gemessen. Unter berührungsloser Sensorik sind alle die Impulsgeber – Sensoranordnungen zu verstehen, in denen die Kommunikation des Impulsgebers mit dem entsprechenden Sensor über Flüssigkeits- oder Gasspalte, in der bevorzugten Ausführung über Luftspalte, also ohne direkte Berührung zwischen diesen beiden Elementen möglich ist. Beispiele sind optische Messeinrichtungen oder Messeinrichtungen mit Magnetfeldern.
Die Sensorik weist mindestens einen Träger für Impulsgeber und zumindest einen Sensor auf. Der Träger ist zumindest dann durch den Abtastbolzen aktivierbar, wenn die Positionsdaten erfasst werden sollen und ist vorzugsweise eine Stange. Der Träger ist vorzugsweise koaxial mit dem Abtastbolzen in die gleiche Längsrichtung in einem Gehäuse gelagert. Das Gehäuse ist das gleiche Gehäuse, in dem auch der Abtastbolzen längsbeweglich ist, oder ist, wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht ein separates Gehäuse aus Kunststoff. Zwischen dem Abtastbolzen ist entweder permanent oder zeitweise in Längsrichtung Kontakt. Alternativ ist zwischen Abtastbolzen und Träger eine Übertragungseinrichtung für permanenten oder bedarfsweise Verbindung angeordnet.
Der Träger ist entweder an dem Abtastbolzen befestigt oder an diesem geführt oder liegt durch Wirkung einer Feder an diesem an.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Sensorik vor, in der magnetische Mittel eingesetzt sind. Die Erfassung bzw. Auswertung der Informationen ist in diesem Fall vorzugsweise mit einem oder mehrer Hall-Element Sensoren vorgesehen. Der Träger ist Träger des/der Impulsgeber oder der so genannten Targets von denen die Impulse für die Sensorik ausgehen. Magnetische Mittel sind Dauermagnete oder temporäre Erreger wie Spulen.
Es sind alternativ folgende Anordnungen vorgesehen:

a.) Ein Sensor oder mehrerer werden mit einem Magnetfeld eines oder mehrerer magnetischer Impulsgeber beaufschlagt. Das Magnetfeld bestimmter Stärke wird von einem oder mehr Magneten hervorgerufen, der/die an dem Träger befestigt sind. Der Träger trägt die Magnete an vorbestimmten Stellen. Die vorbestimmten Stellen entsprechen den zu signalisierenden Schalt- oder Wählstellungen bei einem bestimmten Hub des Abtastbolzens. Die auf den Sensor wirkende Magnetfeldstärke der Magnete nimmt gerichtet in eine Richtung zu, wenn sich der vorgesehene Hub ausgeführt wird. Der jeweilige Sensor
– reagiert entweder erst, wenn die Feldstärke einen Wert erreicht hat, der der maximalen Feldstärke oder mehr entspricht, die das Magnetfeld aufweist wenn der Impulsgeber und der Sensor bei erreichen des vorgesehenen Hubs zueinander ausgerichtet sind und schaltet ab, wenn diese Stellung verlassen wird, oder
– erfasst das Magnetfeld auch schon bei Einleitung des Hubs und somit ein Magnetfeld mit Feldstärke, die solange zu oder abnimmt bis der Impulsgeber und der Sensor in vorbestimmter Stellung zueinander ausgerichtet sind.
b.) Ein oder mehrere Sensoren werden mit einem Magnetfeld beaufschlagt, dass durch einen oder mehrere ferromagnetische Impulsgeber geschwächt ist.
– Ein oder mehrere ferromagnetische Impulsgeber sind an dem Träger fest oder
– der Träger ist zumindest partiell selbst aus ferromagnetischen Material und weist an Stellen, die charakteristischen Hüben entsprechen, Strukturerhebungen und/oder -Vertiefungen wie Vorsprünge oder Vertiefungen auf ein oder mehrere Magnete sind mit einem festgelegten unveränderlichen Abstand zu einem oder mehren Sensoren in einer Einheit in der Nähe des beweglichen Trägers angeordnet. Die Stellen, an denen das das ferromagnetische Material am Träger befestigt ist oder die Stellen des ferromagnetischen Trägers die durch die vorgenannten Strukturerhebungen und/oder -Vertiefungen unterbrochen sind, entsprechen Schalt- oder Wählpositionen. Durch die Bewegungen des ferromagnetischen Materials und der Strukturerhebungen/Vertiefungen bei Hüben in die Feldlinien des Magneten werden definierte Schwächungen des betreffenden Magnetfeldes hervorgerufen und vom Sensor erfasst.
c.) Ein oder mehrere Magnete sind in der Sensorik mit einem festgelegten unveränderlichen Abstand zu einem oder mehreren Sensoren so angeordnet, dass die Feldstärke durch die Sensoren erfasst wird. Der oder die Magnete sind gleichzeitig auch mit einem festgelegten Abstand zu dem Träger aber nicht an dem Träger so angeordnet, dass die Impulsgeber am Träger bei Hubbewegungen des Abtastelements das jeweilige Magnetfeld schneiden oder in dessen Einfluss bewegt werden. Die Impulsgeber sind Strukturerhebungen und/oder -Vertiefungen (Schlitze oder Erhebungen) an der Oberfläche des nicht ferromagnetischen Trägers. Die Lage der Strukturerhebungen und/oder -Vertiefungen ist durch charakteristische Wähl- oder Schaltstellungen bestimmt. Die durch die Schlitze oder Erhebungen hervorgerufenen Änderungen des Magnetfeldes werden vom Sensor erfasst.
d.) Anordnung eines Magneten und eines oder mehr Sensoren pro Sensorik;
e.) Anordnung eines oder mehrerer Magnete und eines Sensors pro Sensorik;
f.) Anordnung von mindestens zwei Impulsgebern und wenigstens zwei Sensoren in einer Sensorik
g.) Skalenartig aneinander gereihte Magnete, Magnetisierungsmuster usw. gleicher oder entgegengesetzter Polarisation nach einem vorbestimmten Muster wie:
– axial spiralförmig um den Träger gelegte und aufeinander folgende Magnetfelder unterschiedlicher Polarisation
– ringartige Magnetfelder gleicher axialer Abmessung und Feldstärke sind mit abwechselnder Polarisation axial direkt zu einander benachbart oder zueinander beabstandet angeordnet
– axial zueinander benachbarte Magnete abwechselnde Polarisation deren Länge sich voneinander unterscheidet – die Länge nimmt zum Beispiel von Feld zu Feld in eine axiale Richtung zu (linear oder progressiv) oder die benachbarten Magnetfelder in Gruppen von Feldern, die in periodischer Reihenfolge wiederkehren weisen unterschiedliche Abmessungen in axiale Richtung auf
h.) achsparallele Anordnung von zwei Strängen von Magnetfeldern wechselnder Polarität, von denen entweder die Stränge zueinander gleiche Magnetisierungsmuster aufweisen oder von Strängen deren Magnetisierungsmuster sich voneinander unterscheiden.

Strukturerhebungen und/oder -Vertiefungen wie Schlitze, insbesondere Durchgangsschlitze oder Löcher bzw. Erhebungen an dem Träger sind auch für fotoelektronische Sensorik vorgesehen.
Magnete sind Permanentmagnete oder Elektromagnete. Der Träger ist je nach Anwendung aus ferromagnetischen oder nicht ferromagnetischen Metallen oder Nichtmetallen. Die Verwendung von Kunststoff für den Träger und auch für das Gehäuse der Sensorik ist vorgesehen. Der Kunststoff des Trägers und auch des Gehäuses kann dabei zumindest partiell mit magnetisierbaren Partikeln durchsetzt sein, die nach verschiedensten Mustern magnetisiert sind. Das Gehäuse der Sensorik ist wahlweise auf das Gehäuse der Abtasteinrichtung aufgeschnappt, auf- oder eingepresst oder mit diesem verschraubt. Das Gehäuse der Sensorik kann demontierbar aber auch ausgegossen sein und nimmt wahlweise auch weitere Auswerteelektronik, Energieversorgung, Verbindungsleitungen und Steckelemente auf. Das Gehäuse kann auch Einschraubgewinde oder andere Befestigungsmittel zur Befestigung am Getriebe aufweisen und mit Dichtelementen versehen sein.
Die Abtasteinrichtung ist, wie eine Ausgestaltung der Erfindung vorsieht, gleichzeitig eine Arretiereinrichtung zum lösbaren Arretieren von Getriebebauteilen in vorbestimmten Schaltstellungen. Der Abtastbolzen, der gleichzeitig der Arretierbolzen sein kann, ist wahlweise in seinem Gehäuse gleit- oder wälzgelagert. Eine oder mehrere Federn sind Schraubenfedern und/oder Tellerfedern pro Abtast/Arretiereinrichtung. Mit der Erfindung ist eine Einrichtung zu Mehrbe reichsmessung von Schalt und Wählstellungen geschaffen, die sich einfach, robust und kostengünstig herstellen lässt.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Abtasteinrichtung 1 mit Sensorik 2 als Baueinheit 3 in einer Gesamtansicht. In 2 ist die Baueinheit 3 in einem Vollschnitt abgebildet. In 2a ist eine weitere Baueinheit 19 im Vollschnitt abgebildet, deren Aufbau mit Ausnahme einer anders ausgeführten Sensorik 20 der Baueinheit 19 entspricht. Die Abtasteinrichtung 1 weist einen Abtastbolzen 4 aus Metall auf. Der Abtastbolzen 4 ist aus einem Schaft 5 und aus einer Kalotte 6 gebildet. Die Spitze 7 des Abtastbolzens 4 ist eine Kugel 8, die mittels weiterer Kugeln 9 in der Kalotte 6 wälzgelagert ist.
Der Abtastbolzen 4 ist mittels eines Wälzlagers 11 in einem Gehäuse 10 (erstes Gehäuse) aus Metall in die Richtungen des Doppelpfeils hubbeweglich gelagert und geführt. Der Schaft 5 ist mit einem Sackloch 29 versehen, in dem eine Feder 12 in Form einer Schraubenfeder aufgenommen ist. Die Feder 12 ist in die Richtungen des Doppelpfeils vorgespannt und dabei zum Abtastbolzen 4 entgegengesetzt an dem Gehäuse 10 abgestützt.
Das Gehäuse 10 weist ein Außengewinde 10a und einen Sechskant 10b für eine Schraubbefestigung der Baueinheit 3 in einem nicht dargestellten Loch mit Innengewinde auf. Es ist auch denkbar, dass das Gehäuse eine einfache Hülse aus Blech ist, die mit einem Presssitz in einem entsprechenden Loch eines Getriebegehäuses sitzt.
Die Sensorik 2 weist mindestens einen Sensor 13 und weitere nicht weiter beschriebene elektronische Bauelemente einer Auswerteelektronik 14 auf. Der Sensor 13 und die Auswerteelektronik 14 sind in ein Gehäuse 15 (zweites Gehäuse) montiert oder in diesem vergossen. Das Gehäuse 15 ist entweder aus Kunststoff oder aus Metall. Die Sensorik 2 weist weiterhin eine Schnittstelle (Interface) zum Fahrzeug in Form von Steckkontakten 16 auf. Die Sensorik 20 weist dagegen einen Sensor 21 auf, der in einen Schaft 22 des Gehäuses 15 integriert ist.
Das Gehäuse 15 mit Sensorik 2 oder 20 ist auf das Gehäuse 10 der Abtasteinrichtung 1 aufgesetzt und mittels einer nicht weiter beschriebenen Schnapp-, Kleb- oder Steckverbindung gehalten. Die Gehäuse 15 und 10 sind mittels einer Dichtung 17 gegeneinander abgedichtet.
Der Sensor 13 ist auf einen oder mehrere magnetische Impulsgeber 18, beispielsweise auf einen Magnet (50), gerichtet, die an einem Ende 23 eines Trägers 24 aus Kunststoff fest sind. Der Magnet (50), ist beispielsweise ein Dauermagnet.
Ein Impulsgeber 25 ist ringförmig ausgebildet und sitzt an dem Ende 26 eines Trägers 27 aus Metall in der Baueinheit 19. Ein Sensor 21 ist ringförmig ausgebildet und umgreift berührungslos den Impulsgeber 25, ist auf diesen gerichtet und mit einer nicht näher beschriebenen Auswerteelektronik 28 verbunden.
Der Schaft 5 des Abtastbolzens 4 ist, wie schon erwähnt, mit einem Sackloch 29 versehen. Das Sackloch 29 ist eine Aufnahme für den jeweiligen Träger 24 oder 27. Die Träger 24 und 27 weisen jeweils einen pilzkopfartig ausgebildetes Ende 30 auf, gegen das die Feder 12 vorgespannt ist, so dass jeder der Träger 24 und 27 und damit der jeweilige Impulsgeber 18 bzw. 25 genau zum Abtastbolzen 4 positioniert ist.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung hervorgeht, weisen beide Baueinheiten 3 und 19 die gleiche Abtasteinrichtung 1 und das gleiche Gehäuse 15 für die Sensorik 13 bzw. 20 auf. Dieses Baukastenprinzip macht es möglich, aufgrund der reduzierten Teileanzahl größere Stückzahlen der Gleichteile wirtschaftlich zu fertigen, reduziert die Werkzeug- und Herstellkosten sowie Lagerhaltung und Transport. Die Bauteile sind austauschbar. So lässt sich beispielsweise die Sensorik einer auf ein Getriebe aufgesetzten Baueinheit im Reparaturfall austauschen, ohne dass die Abtasteinrichtung demontiert werden muss.
Es ist auch denkbar, die Abtastcharakteristik der Abtasteinrichtung 1, wie den Hub bzw. die Vorspannung des Abtastbolzens 4, mit einfachen Mitteln anwendungsspezifisch anzupassen. Dazu kann lediglich die Feder 12 gegen eine andere Feder mit veränderter Federkennlinie ausgetauscht werden.
Denkbar ist auch, dass in einem Getriebe mehrere im wesentlichen gleiche Sensoranordnungen eingesetzt werden, deren Sensorik an voneinander abweichende Anforderungen unterschiedlicher Einbaustellen des Getriebes angepasst ist. So kann auf eine Abtasteinheit an der einen Stelle im Getriebe ein einfacher kontaktloser nach der Erfindung gestalteter Näherungsschalter zur Anzeige der Rückwärtsgangposition oder zur Schaltung des Rückfahrscheinwerfers montiert sein. An anderer Stelle kann auf eine weitere Abtasteinheit gleichen Aufbaus oder auf eine Abtasteinheit ansonsten gleichen Aufbaus jedoch mit anderer Feder eine komplexe nach der Erfindung ausgebildete Sensorik zu Feststellung von Schaltpositionen montiert sein. Es ist denkbar, dass die zuletzt genannte Sensorik in den selben Typ des Sensorgehäuses, der auch für die Aufnahme des Rückwärtsgangschalters vorgesehen ist, oder in einen anderen Typ integriert ist.
Die 3 und 4 zeigen die Anwendung einer Sensoranordnung 31, deren Abtasteinrichtung 32 in unterschiedlichen Hubstellungen des Abtastbolzens 35 gegen eine Rampenkontur 33 eines schwenkbaren Getriebebauteils 34 vorgespannt ist. Mit den 3a bzw. 4a sind mit einfacher schematischer Darstellung die unterschiedlichen Hübe dargestellt, die der Abtastbolzen 35 im Vergleich zu einer Referenzposition ausführt. Die Referenzposition ist der Durchmesser D bzw. der Radius R der Ablaufbahn 36 zur Schwenkachse 37 des Getriebebauteils 34, an der der Abtastbolzen 35 anliegt. Der Träger 38 des Impulsgebers 39 ist eine Verlängerung des Abtastbolzens 35. In das Gehäuse 40 ist wenigstens ein Sensor 41 integriert.
In der Ausgangsstellung nach 3, 3a ist der Bolzen mit dem Hub H = 0 gegen die Ablaufbahn 36 vorgespannt. Wenn das Getriebebauteil 34 in Pfeil richtung geschwenkt wird, steigt der Abtastbolzen 35 an der Rampenkontur 33 auf. Dabei nähert sich der Impulsgeber 39 dem Sensor 41 solange bis die Spitze 42 des Abtastbolzens 35 auf dem Peak 43 der Rampenkontur 33 steht. In den Darstellungen nach 4 und 4a hat der Abtastbolzen 35 von R bis zum Peak 43 längs den Hub H zurückgelegt. Der Impulsgeber 39 steht dem Sensor 41 an einem Luftspalt gegenüber und im Magnetfeld 44 des Impulsgebers 39.
Die 5 bis 9 beschreiben Ausführungsbeispiele der Anordnungen a.) bis h.) des vorhergehenden Kapitels „Zusammenfassung der Erfindung".
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung nach a.). Ein Sensor 45 wird mit einem Magnetfeld eines Impulsgebers 46 beaufschlagt. Der Impulsgebers 46 ist an einem Träger 47 fest. Der Träger 47 ist an einem nicht dargestellten Abtastbolzen fest und folgt somit dessen Hubbewegungen. Das Magnetfeld bestimmter Stärke wird von einem oder mehr Magneten hervorgerufen, der/die an den Impulsgeber 46 bilden. Der Träger 47 trägt den Impulsgeber 46 an einer vorbestimmten Stelle, die einer zu signalisierenden Schalt- oder Wählstellungen bei einem bestimmten Hub des Abtastbolzens entspricht. Die auf den Sensor wirkende Magnetfeldstärke der Magnete nimmt gerichtet in eine Richtung zu, wenn der Impulsgeber 46 auf den Sensor 45 zugeführt wird. Je nach Ausführung der Sensorik reagiert der Sensor 45 entweder erst, wenn die Feldstärke einen Wert erreicht hat, der der maximalen Feldstärke oder mehr entspricht und schaltet ab, wenn diese Stellung verlassen wird, oder der Sensor 45 erfasst das Magnetfeld auch schon bei Einleitung des Hubs und somit ein Magnetfeld mit Feldstärke, die solange zu oder abnimmt bis der Impulsgeber 46 und der Sensor 45 in vorbestimmter Stellung zueinander ausgerichtet sind und der Sensor der maximalen Feldstärke ausgesetzt ist.
6 zeigt eine Ausgestaltung der Erfindung mit einem Impulsgeber 46 einer Anordnung, wie diese unter g.) im Kapitel „Zusammenfassung der Erfindung" beschrieben ist. Der Impulsgeber 46 weist in diesem Fall axial spiralförmig um den Träger 47 gelegte und aufeinander folgende Magnetfelder eines Magneten 50 auf, die hubabhängig berührungslos an dem Sensor 45 vorbeigeführt wer den. 7 dagegen zeigt dagegen einen Impulsgeber 46, mit ringartigen Magnetfeldern wechselnder Polarisation eines Magnets 50, die gleiche axiale Abmessungen aufweisen und die hubabhängig berührungslos an dem Sensor 45 vorbeigeführt werden.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, mit dem eine Anordnung nach b.) aber auch nach c.) realisiert sein kann.
Ausführungsbeispiel mit Anordnung nach b.) – Der Sensor 45 wird mit einem Magnetfeld eines Magneten 50 beaufschlagt, das durch den ferromagnetisch ausgebildeten Impulsgeber 46 geschwächt ist. Der Impulsgeber 46 ist an dem Träger 47 fest oder der Träger 47 ist zumindest partiell selbst aus ferromagnetischen Material und weist an Stellen, die charakteristischen Hüben entsprechen, Strukturvertiefungen 49 auf. Der Magnet 50 ist nicht an dem Träger 47 befestigt sondern mit einem festgelegten unveränderlichen Abstand zu dem Sensor 45 in der Nähe des beweglichen Trägers angeordnet. Die Stellen, an denen das das ferromagnetische Material am Träger 47 befestigt ist oder die Stellen des ferromagnetischen Trägers 47 die durch die vorgenannten Strukturvertiefungen 49 unterbrochen sind, entsprechen Schalt- oder Wählpositionen. Durch die Bewegungen des ferromagnetischen Materials und der Strukturerhebungen/Vertiefungen bei Hüben in die Feldlinien des Magneten 50 werden definierte Schwächungen des betreffenden Magnetfeldes hervorgerufen und vom Sensor 45 erfasst.
Ausführungsbeispiel mit Anordnung nach c.) – Ein oder mehrere Magnete 50 sind in der Sensorik mit einem festgelegten unveränderlichen Abstand zu dem Sensor 45 so angeordnet, dass die Feldstärke durch den Sensor 45 erfasst wird. Der Magnet 50 ist gleichzeitig auch mit einem festgelegten Abstand zu dem Träger 47 aber nicht an dem Träger 47 angeordnet. Impulsgeber 46 sind Strukturvertiefungen 49 (Schlitze oder Erhebungen) an der Oberfläche des nicht ferromagnetischen Trägers 47, die bei Hubbewegungen das Magnetfeld schneiden oder in dessen Einfluss bewegt werden. Die Lage der Strukturvertiefungen 49 ist durch charakteristische Wähl- oder Schaltstellungen bestimmt.
Die durch die Strukturvertiefungen 49 hervorgerufenen Änderungen des Magnetfeldes werden vom Sensor 45 erfasst.
Denkbar sind auch nach dem Beispiel der vorhergehend beschriebenen Anordnungen Anordnungen mit zwei oder mehrere der Sensoren und/oder mit zwei oder mehreren der Impulsgeber. 9 zeigt zum Beispiel eine Sensorik für Ausführungsbeispiele mit Anordnungen nach 2b.) und 2c.) mit zwei der Sensoren 45 und zwei der Magnete 50 die jeweils Strukturerhebungen 48 unterschiedlicher axialer Länge des Impulsgebers 46 an dem Träger 47 gegenüberliegen.

1: Abtasteinrichtung
2: Sensorik
3: Baueinheit
4: Abtastbolzen
5: Schaft
6: Kalotte
7: Spitze
8: Kugel
9: Kugel
10: erstes Gehäuse
10a: Außengewinde
10b: Sechskant
11: Wälzlager
12: Feder
13: Sensor
14: Auswerteelektronik
15: zweites Gehäuse
16: Steckkontakte
17: Dichtung
18: Impulsgeber
19: Baueinheit
20: Sensorik
21: Sensor
22: Schaft
23: Ende
24: Träger
25: Impulsgeber
26: Ende
27: Träger
28: Auswerteelektronik
29: Sackloch
30: Ende
31: Sensoranordnung
32: Abtasteinrichtung
33: Rampenkontur
34: Getriebebauteil
35: Abtastbolzen
36: Ablaufbahn
37: Schwenkachse
38: Träger
39: Impulsgeber
40: Gehäuse
41: Sensor
42: Spitze
43: Peak
44: Magnetfeld
45: Sensor
46: Impulsgeber
47: Träger
48: Strukturerhebungen
49: Strukturvertiefungen
50: Magnet

Claims

Sensoranordnung (31) zur Bestimmung von Stellungen wenigstens eines Getriebebauteils (34), die Sensoranordnung (31) mit wenigstens einer Sensorik (2, 20) und mit zumindest einem Abtastbolzen (4, 35) der hubbeweglichen in einem ersten Gehäuse (10) gelagert ist, wobei ein aus dem Gehäuse (10) ragendes Ende des Abtastbolzens (4, 35) hubbeweglich gegen wenigstens eine dem Getriebebauteil (34) zugeordnete Ablaufbahn (36) elastisch vorspannbar ist und wobei die Sensorik (2, 20) wenigstens einen Impulsgeber (18, 25. 39, 46) an einem Träger (24, 27, 38, 47) und zumindest einen mit dem Impulsgeber (18, 25, 39, 46) in berührungsloser Wirkverbindung stehenden Sensor (13, 21, 41, 45) aufweist, wobei der Träger (24, 27, 38, 47) zumindest zeitweise mit dem Abtastbolzen (4, 35) hubbeweglich ist und zumindest der Sensor (13, 21, 41, 45) in einem zweiten Gehäuse (15) aufgenommen und dabei das zweite Gehäuse (15) an dem ersten Gehäuse (10) befestigt ist und wobei der Träger (24, 27, 38, 47) aus dem ersten Gehäuse (10) in das zweite Gehäuse (15) ragt.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, in der das zweite Gehäuse (15) zumindest partiell aus einem Kunststoff ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, in der der Impulsgeber wenigstens ein Magnet (50) an dem Träger (24, 47) ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, in der der Impulsgeber (46) zumindest abschnittsweise aus ferromagnetischen Material ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, in der der Impulsgeber (46) wenigstens ein von dem Träger abstehende Strukturerhebung (48) ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, in der der Impulsgeber (46) wenigstens eine Strukturvertiefung (49) in einer Oberfläche ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, in der in das zweite Gehäuse (15) zumindest ein Magnet (50) mit wenigstens einem vom Sensor (45) erfassbaren und vom Impulsgeber (46) beeinflussbaren Magnetfeld integriert ist.