DE102008018432A1

DE102008018432A1 - Positionsmesssystem

Info

Publication number: DE102008018432A1
Application number: DE102008018432A
Authority: DE
Inventors: Timo Gerlach; Mike Heurich; Tino Wiggers
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Europe BV
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2009-10-15
Also published as: US20090256554A1; US8049492B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Positionsmesssystem mit (a) einer Hülse (14), die ein offenes erstes Ende (16) und ein dem ersten Ende (16) gegenüberliegendes, zweites Ende (18) besitzt, (b) einem zumindest teilweise in der Hülse (14) geführten Führungsstift (20), (c) einer Feder (28), (d) einem linearen Magnetfeldsensor (34) und (e) einem Magneten (26), der benachbart zum linearen Magnetfeldsensor (34) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Magnet (26) an einer dem zweiten Ende (18) zugewandten Seite des Führungsstifts (20) angeordnet ist und die Feder (28) zwischen dem zweiten Ende (18) und dem Magneten (26) so angeordnet ist, dass die Feder (28) den Magneten (26) gegen den Führungsstift (20) drückt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Positionsmesssystem mit (a) einer Hülse, die ein offenes erstes Ende und ein dem offenen ersten Ende gegenüberliegendes, zweites Ende besitzt, (b) einen zumindest teilweise in der Hülse geführten Führungsstift, (c) einer Feder, (d) einem linearen Magnetfeldsensor und (e) einem Magneten, der benachbart zum linearen Magnetfeldsensor angeordnet ist. Derartige Positionsmesssysteme werden beispielsweise in Getriebestellern eingesetzt und dienen dann dazu, die Position einer Getriebestange eines dem Getriebesteller zugeordneten Getriebes zu erfassen. Nachteilig an bekannten Positionsmesssystemen ist, dass sie altern und mit der Zeit ungenauere Positions-Messdaten liefern. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn das Positionsmesssystem starken Temperaturschwankungen ausgesetzt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Positionsmesssystem vorzuschlagen, das auch bei starken Temperaturschwankungen wenig altert.
Die Erfindung löst das Problem durch ein gattungsgemäßes Positionsmesssystem, bei dem der Magnet an einer dem zweiten Ende zugewandten Seite des Führungsstifts angeordnet ist und die Feder zwischen dem zweiten Ende und dem Magneten so angeordnet ist, dass die Feder den Magneten gegen den Führungsstift drückt und ihn so entlang einer Längsrichtung des Führungsstifts relativ zum Führungsstift fixiert.
Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Positionsmesssystem ist, dass es deutlich weniger altert. Der Magnet muss stets aus ferromagnetischem Material gefertigt sein und die übrigen Komponenten des Positionsmesssystem sind beispielsweise aus Kunststoff spritzgegossen. Da ferromagnetische Materialien und Kunststoff unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten besitzen, kommt es bei Temperaturschwankungen zu unterschiedlich starken Längsausdehnungen. Dadurch, dass die Feder zwischen dem zweiten Ende und dem Magneten so angeordnet ist, dass die Feder den Magneten gegen den Führungsstift drückt, kann sich der Magnet in Längsrichtung frei ausdehnen. Der Magnet übt damit stets eine gleich bleibende Kraft auf den Führungsstift aus und ein Altern wird vermieden. Demgegenüber führt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Klippsen oder Schrauben dazu, dass eine thermische Ausdehnung des Magneten relativ zum Führungsstift Kräfte auf die Klipps- oder Schraubverbindung ausübt, so dass dieser altert.
Vorteilhaft ist zudem, dass bei jeder Temperatur zwischen dem Magneten und dem Führungsstift kein Spiel existiert. Die Position des Magneten relativ zum Führungsstift ist damit konstant, so dass eine dauerhaft hohe Messgenauigkeit erreicht wird.
Da Temperaturschwankungen zu keinen internen Kräften führen, hat das erfindungsgemäße Positionsmesssystem zudem eine deutlich erhöhte Lebensdauer im Vergleich zu bekannten Positionsmesssystemen.
Es ist ein weiterer Vorteil, dass ein kleiner Abstand zwischen dem Magneten und dem linearen Magnetfeldsensor eingestellt werden kann, da keine Kräfte aufgrund von temperaturinduzierten Spannungen durch Toleranzen ausgeglichen werden muss.
Ein weiterer Vorteil ist es, dass das erfindungsgemäße Positionsmesssystem einfach zu montieren ist. Ein Verfahren zum Montieren des Positionsmesssystems besteht darin, dass zunächst die Feder in die Hülse eingeführt wird. Anschließend wird der Führungsstift mit auf dem Führungsdorn aufgesetzten Magneten so ebenfalls in die Hülse eingeführt, dass Führungsstift, Magnet und Feder im Wesentlichen koaxial zueinander verlaufen.
Dadurch, dass die Feder den Magneten stets gegen den Führungsstift drückt, wird zudem eine spielfreie Verbindung zwischen dem Magneten und dem Führungsstift gewährleistet. Dadurch ist eine hohe Messgenauigkeit erreichbar. Des Weiteren ergibt sich ein klein bauendes Positioniersystem.
Im Rahmen der folgenden Beschreibung wird unter dem Merkmal, dass der Führungsstift zumindest teilweise in der Hülse geführt ist, insbesondere verstanden, dass es möglich, nicht aber notwendig ist, dass der Führungsstift entlang seiner Längserstreckung in Längsrichtung an der Hülse anliegt. In Abhängigkeit von einem maximalen Hub, der mit dem Positionsmesssystem erfasst werden soll, ist der Führungsstift so in der Hülse geführt, dass er in keinem Betriebszustand verkantet.
Unter dem Merkmal, dass der Magnet an einer dem zweiten Ende zugewandten Seite des Führungsstifts angeordnet ist, ist insbesondere zu verstehen, dass es möglich ist, nicht aber notwendig, dass der Magnet auf dem Führungsstift aufliegt. Es ist beispielsweise möglich, dass der Führungsstift an seiner dem zweiten Ende zugewandten Ende eine Führungsnut besitzt, in der der Magnet sitzt. Der Magnet ist insbesondere so angeordnet, dass ausschließlich die Feder den Magneten in Längsrichtung auf den Führungsstift drückt.
Es ist günstig, wenn die Feder mit einem Ende gegen den Magnet drückt und mit ihrem anderen Ende in der Nähe des zweiten Endes der Hülse befestigt ist. Beispielsweise ist die Hülse an ihrem zweiten Ende geschlossen und die Feder liegt an dem geschlossenen Ende an.
Bevorzugt ist der Magnet ein Ringmagnet und besitzt eine zentrale Öffnung, wobei der Führungsstift einen Führungsdorn besitzt, der die zentrale Öffnung durchgreift. Auf diese Weise ist der Magnet sicher gegen eine radiale Verschiebung relativ zum Führungsstift gesichert, ohne dass eine Bewegung in Längsrichtung des Führungsstifts unterbunden wird. Das führt zu einem besonders geringen Verschleiß und damit zu einer besonders hohen Lebensdauer.
Bevorzugt hat der Ringmagnet einen Ringmagnet-Außendurchmesser, der um einen kleinen Betrag, insbesondere um weniger als 100 μm, kleiner ist als ein Hülsen-Innendurchmesser der Hülse an einer dem Ringmagnet benachbart liegenden Stelle. Besonders kleine Toleranzen werden bei dem erfindungsgemäßen Positionsmesssystem ermöglicht, da Temperaturdifferenzen zu keinen mechanischen Kräften führen. Es ist daher möglich, die Komponenten mit einer besonders kleinen Toleranz in Bezug aufeinander vorzusehen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Feder eine Spiralfeder und besitzt einen Spiralfeder-Außendurchmesser, der um einen kleinen Betrag, insbesondere um weniger als 100 μm, kleiner ist als der Hülsen-Innendurchmesser an einer der Spiralfeder benachbart liegenden Stelle.
Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn der Ringmagnet, die Spiralfeder und der Führungsdorn koaxial angeordnet sind. Ein derartiges Positionsmesssystem ist zudem besonders einfach zu fertigen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Hülse benachbart zu ihrem offenen Ende einen Rastvorsprung, der so ausgebildet ist, dass der Führungsstift im Zylinder gehalten wird. Der Rastvorsprung ist insbesondere so ausgebildet, dass zum Einführen des Führungsstifts in die Hülse zunächst ein Rast-Widerstand des Rastvorsprungs überwunden werden muss. Ist der Führungsstift teilweise oder vollständig in die Hülse eingeführt, schnappt der Rastvorsprung ein. Wenn der Führungsstift in der Hülse aufgenommen ist, übt der Rastvorsprung keine radiale Kraft auf den Führungsstift aus. Um den Führungsstift wieder aus der Hülse herauszubewegen, muss jedoch erneut der Rest-Widerstand des Rastvorsprungs überwunden werden. Dadurch wird der Führungsstift sicher in der Hülse gehalten.
Besonders bevorzugt weist der Führungsstift benachbart zum Rastvorsprung einen Rastwulst zum Zusammenwirken mit dem Rastvorsprung auf. Es ergibt sich so ein besonders sicherer Halt des Führungsstifts in der Hülse.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Positionsmesssystem ein Gehäuse, in dem die Hülse ausgebildet ist, wobei der lineare Magnetfeldsensor in dem Gehäuse angeordnet, beispielsweise eingespritzt, ist. In diesem Fall ist das Positionsmesssystem eine abgeschlossene Einheit und kann einfach in eine über geordnete Einheit integriert werden. Dazu wird lediglich das Gehäuse mit der übergeordneten Einheit verbunden.
Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist zudem ein Getriebesteller mit einem oben beschriebenen Positionssensor, wobei der Führungsstift angeordnet ist, um an einem der Feder abgewandten Ende in Kontakt mit einer Getriebestange gebracht zu werden. Dabei ist die Feder bevorzugt so angeordnet, dass sie zugleich den Führungsstift gegen die Getriebestange oder ein Übertragungselement zur Getriebestange drückt. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Getriebe, das zumindest eine Getriebestange aufweist, die über ihre Stirnseite in Kontakt mit dem Führungsstift steht. Es kann sich dabei um einen unmittelbaren Kontakt handeln, das ist aber nicht notwendig. So ist es möglich, dass zwischen der Stirnseite der Getriebestange und dem Führungsstift Übertragungselemente zum Übertagen einer Bewegung der Getriebestange auf den Führungsstift angeordnet sind.
Im Folgenden wird ein exemplarisches Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Positionsmesssystem und
2 eine perspektivische Ansicht einer Feder, eines Magneten und eines Führungsstifts des Positionsmesssystems.
1 zeigt ein Positionsmesssystem 10, das ein Gehäuse 12 und eine in dem Gehäuse 12 ausgebildete Hülse 14 umfasst. Die Hülse 14 ist ein abschnittsweise im Wesentlichen zylinderförmiger Hohlraum in dem Gehäuse 12. Die Hülse 14 hat ein offenes erstes Ende 16 und ein dem ersten Ende 16 gegenüberliegendes zweites Ende 18, das im vorliegenden Fall geschlossen ist.
In der Hülse 14 ist ein Führungsstift 20 entlang einer Längsrichtung L verschieblich gelagert. Der Führungsstift 20 besitzt eine Stirnseite 22, die dem zweiten Ende 18 zugewandt ist. Auf der Stirnseite 22 ist ein Führungsdorn 24 angeordnet, der einen integralen Bestandteil des Führungsstifts 20 darstellt. Der Führungsstift 20 ist als Kunststoff-Spritzgussteil hergestellt.
Der Führungsdorn 24 ist zylinderförmig und koaxial zum Rest des Führungsstifts 20 angeordnet. Der Führungsdorn 24 durchgreift einen Ringmagneten 26 zentral und steht über diesen über. Der Ringmagnet 26 ist um den Führungsdorn 24 frei drehbar.
Eine Spiralfeder 28 aus Edelstahl umgibt den Führungsdorn 24 bezüglich der Längsrichtung L teilweise und stützt sich mit einem Ende 30 an dem zweiten Ende 18 der Hülse 14 ab. Mit einem dem Ende 30 gegenüberliegenden Ende 32 übt die so vorgespannte Spiralfeder 28 eine Kraft entlang der Längsrichtung L auf den Ringmagneten 26 aus, so dass dieser gegen den Führungsstift 20 gedrückt wird. Es kann zwischen dem Ringmagneten 26 und der Spiralfeder 28 eine Isolationsscheibe vorgesehen sein, die einer Verzerrung des magnetischen Felds des Ringmagneten 26 durch die Spiralfeder 28 entgegen wirkt.
In dem Gehäuse 12 ist ein linearer Magnetfeldsensor 34 angeordnet, der auch als PLCD (permanent magnetic linear contactless displacement sensor) bezeichnet werden kann. Der Magnetfeldsensor 34 ist benachbart zum Ringmagnet 26 angeordnet und bildet mit diesem eine Sensoranordnung zum Erfassen einer Position des Führungsstifts 20 relativ zum Gehäuse 12.
Der Führungsdorn 24 besitzt einen Rastvorsprung 36, der aus mehreren Teil-Rastvorsprüngen 36.1, 36.2, ... (vgl. 2) aufgebaut ist. Der Rastvorsprung 36 wirkt mit einer Rastwulst 38 zusammen, die benachbart zum offenen ersten Ende 16 der Hülse 18 am Gehäuse 12 ausgebildet ist.
2 zeigt den Führungsstift 20, die Feder 28 und den aufgesteckten Ringmagnet 26 in einer perspektivischen Ansicht.
1 zeigt schematisch eine Verbindungsstange 40, die mit einer nicht eingezeichneten Getriebestange eines ebenfalls nicht eingezeichneten Getriebes in mechanischer Verbindung steht. Bewegt sich die Getriebestange, so bewegt sich auch die Verbindungsstange 40 und damit der Führungsstift 20. Es ändert sich dann die Position des Ringmagneten 26 relativ zum Magnetfeldsensor 34. Die Position des Ringmagneten 26 relativ zum Magnetfeldsensor 34 wird von einer nicht eingezeichneten elektrischen Steuereinheit ausgelesen, die mit dem Magnetfeldsensor 34 elektrisch verbunden ist. Der Führungsstift 20 liegt in zwei Lagerstellen 44, 46 an der hülse an und wird so geführt. Die erste Lagerstelle 44 befindet sich benachbart zum Führungsdorn 24, die zweite Lagerstelle 46 besitzt einen größeren Durchmesser als die erste Lagerstelle 44 und befindet sich benachbart zum ersten Ende 16 in einem in einem aufgeweiteten Abschnitt der Hülse 14.
In einem erfindungsgemäßen Getriebe ist die Verbindungsstange 40 mit dem Führungsstift 20 verbunden. Über einen im Gehäuse 12 ausgebildeten Ölablaufkanal 42 wird die Hülse 14 gegebenenfalls entölt. Die Verbindungsstange 40 ragt in das Gehäuse 12 ein und bildet an der Durchtrittsstelle einen Ringspalt 48, der die einzige Öffnung der hülse 14 nach außen darstellt.

Claims

Positionsmesssystem mit (a) einer Hülse (14), die ein offenes erstes Ende (16) und ein dem ersten Ende (16) gegenüber liegendes, zweites Ende (18) besitzt, (b) einem zumindest teilweise in der Hülse (14) geführten Führungsstift (20), (c) einer Feder (28), (d) einem linearen Magnetfeldsensor (34) und (e) einem Magneten (26), der benachbart zum linearen Magnetfeldsensor (34) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass (f) der Magnet (26) an einer dem zweiten Ende (18) zugewandten Seite des Führungsstifts (20) angeordnet ist und (g) die Feder (28) zwischen dem zweiten Ende (18) und dem Magneten (26) so angeordnet ist, dass die Feder (28) den Magneten (26) gegen den Führungsstift (20) drückt.
Positionsmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Magnet ein Ringmagnet (26) ist und eine zentrale Öffnung hat und – der Führungsstift (20) einen Führungsdorn (24) besitzt, der die zentrale Öffnung durchgreift.
Positionsmesssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringmagnet (26) einen Ringmagnet-Außendurchmesser (D) besitzt, der um einen kleinen Betrag, insbesondere um weniger als 100 μm, kleiner ist als ein Hülsen-Innendurchmesser der Hülse (14) an einer dem Ringmagnet benachbart liegenden Stelle.
Positionsmesssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder eine Spiralfeder (28) ist und einen Spiralfeder-Außendurchmesser besitzt, der um einen kleinen Betrag, insbesondere um weniger als 100 μm, kleiner ist als der Hülsen-Innendurchmesser an einer der Spiralfeder (28) benachbart liegenden Stelle.
Positionsmesssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringmagnet (26), die Spiralfeder (28) und der Führungsdorn (24) koaxial angeordnet sind.
Positionsmesssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (14) benachbart zu ihrem offenen Ende (18) einen Rastvorsprung (36) besitzt, der so ausgebildet ist, dass der Führungsstift (20) in der Hülse (14) gehalten wird.
Positionsmesssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsstift benachbart zum Rastvorsprung (36) einen Rastwulst (38) zum Zusammenwirken mit dem Rastvorsprung (36) besitzt.
Positionsmesssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12), in dem die Hülse (14) ausgebildet ist, wobei der lineare Magnetfeldsensor (34) in dem Gehäuse (12) angeordnet ist.
Getriebesteller mit einem Positionssensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsstift (20) angeordnet ist, um an einem der Feder (28) abgewandten Ende in Kontakt mit einer Getriebestange (40) verbunden zu werden.