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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von bekannten Positionssensoren zur Erfassung
einer Position eines Elements. Derartige Positionssensoren können
insbesondere zur Erfassung von Getriebeelementen eingesetzt werden.
In elektronischen Getriebesteuerungssystemen wird in vielen Fällen
eine Information über eine Position eines Kolbens oder
eines anderen Getriebeelements, welches den Getriebemodus einstellt,
benötigt. Das Getriebeelement kann beispielsweise vom Fahrer über
einen Wählhebel und ein mechanisches Übertragungssystem
betätigt werden. Die sensorische Ermittlung der Position
des Getriebeelements wird auch als Fahrerwunscherfassung bezeichnet.
Auch in anderen Einsatzgebieten im Automobilbereich und/oder in
den Naturwissenschaften und der Technik ist es oft erforderlich,
eine Positionsinformation mindestens eines Elementes zu erhalten.
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Zur
Ermittlung der benötigten Positionsinformation können
beispielsweise Positionssensoren eingesetzt werden, welche beispielsweise
als Wegsensoren ausgestaltet sein können, um eine Position
entlang eines linearen und/oder gekrümmten Weges zu erfassen.
Derartige Positionssensoren können beispielsweise innerhalb
eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs unter direkter Einwirkung von
Getriebeöl (Automatic Transmission Fluid, ATF) eingesetzt
werden. Positionssensoren können beispielsweise auch in
eine Mechatronik-Baugruppe, beispielsweise ein Elektronikmodul mit
einem Getriebesteuergerät, Sensoren und gegebenenfalls
auch Aktuatoren, integriert sein. Beispiele von Positionssensoren,
welche auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt und
erfindungsgemäß modifiziert werden können,
sind in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe
2007, Seiten 136–138 beschrieben.
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Positionssensoren
weisen in der Regel einen feststehenden Teil auf, welcher auch als
Stator bezeichnet wird, und einen Schlitten, welcher mit dem Element
verbunden ist, dessen Position zu sensieren ist. Im Stator kann
sich beispielsweise in einer ATF-dichten Verpackung eine Sensor-Auswerteelektronik
befinden. Die Sensierung der Schlittenposition relativ zum Stator
kann beispielsweise magnetisch erfolgen. Auch andere Sensorprinzipien
sind jedoch grundsätzlich bekannt. Der Schlitten wird in
der Regel in einer Führung am Stator geführt und
vom zu sensierenden Getriebeelement bewegt. Der Schlitten trägt,
je nach ausgewähltem Sensorprinzip, das die Sensor-Auswerteelektronik
anregende Element. Der Schlitten wird in der Regel an seinen Außenkanten
in der Schlittenführung linear und parallel zur Bewegungsrichtung
des zu sensierenden Getriebeelements, geführt, beispielsweise
an Außenkanten parallel zu einer Schlittenebene. Die Anbindung
des Schlittens an das zu sensierende Getriebeelement ist in der
Regel über eine Spielanpassung realisiert.
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Problematisch
an derartigen Schlittenführungen ist jedoch in vielen Fällen,
dass die Betätigungskraft des Schlittens in der Führung
in de Regel vom Verhältnis der zur Verfügung stehenden
Führungslänge zur Kraftangriffs-Hebellänge
abhängt. Die Sensiergenauigkeit wird, unabhängig
vom gewählten Sensorprinzip, wesentlich mitbestimmt von
den Verkippeinflüssen des Schlittens gegenüber
dem Stator und der Entfernung des zu sensierenden Getriebeelements
von der Auswerteelektronik im Stator. Die Verkippung hängt
vom notwendigen Spiel in der Führung und der zur Verfügung
stehenden Führungslänge ab. Speziell bei kürzeren
Magnetschlitten und bei außermittigem Kraftangriff auf
dem Schlitten werden die Führungseigenschaften des Schlittens
in seiner Führung am Stator negativ beeinflusst. Die erforderliche
Betätigungskraft steigt. Bei ungünstigen Verhältnissen
kann es sogar zu einem Klemmen des Schlittens kommen. Verkippungseffekte
beeinflussen die Sensiergenauigkeit bei gleichem Führungsspiel stärker,
je kürzer der Schlitten ist. Wünschenswert wäre
daher ein Positionssensor mit einer verbesserten Führung,
insbesondere einer Linearführung, und einem reduzierten
Anbindungsspiel. Insbesondere wäre ein Positionssensor
wünschenswert, bei welchem die Schlittenführung
hinsichtlich des Führungsverhaltens, insbesondere einer
Linearführung, verbessert ist und bei welcher die erforderliche
Betätigungskraft des Schlittens verringert ist, bei gleichzeitiger
Verringerung von Verkippungseinflüssen auf die Gesamt-Sensierungstoleranz.
Weiterhin wäre eine Verringerung der Gesamt-Sensierungstoleranz
durch eine Minimierung bzw. Eliminierung eines Umkehrspiels einer
Schlitten-Mitnahme wünschenswert.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
wird daher ein Positionssensor zur Erfassung einer Position eines
Elements vorgeschlagen, welcher die Nachteile bekannter Positionssensoren zumindest
weitgehend vermeidet. Unter einem Positionssensor ist dabei allgemein
eine Vorrichtung zu verstehen, welche eingerichtet ist, um eine
Position des Elements entlang eines linearen oder auch gekrümmten
Verschiebungsweges und/oder eine Orientierung des Elements zu erfassen.
Im Folgenden wird im Wesentlichen von einem linearen Verschiebungsweg
ausgegangen. Sind gekrümmte Verschiebungswege und/oder
andere Arten von Orientierungen zu sensieren, so ist der Verschiebungsweg
entsprechend durch den lokalen Verschiebungsweg, beispielsweise
eine Tangente des Verschiebungswegs, zu ersetzen. Bei dem Element
kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen Gegenstand
handeln, welcher in der Lage ist, seine Position zu verändern.
Insbesondere kann es sich dabei um Maschinenelemente handeln, vorzugsweise
Getriebeelemente. Dementsprechend ist der Positionssensor vorzugsweise
einsetzbar gemäß der obigen Beschreibung in der
Kraftfahrzeugtechnik, insbesondere in Getriebesteuerungssystemen.
Auch andere Anwendungen sind jedoch grundsätzlich möglich.
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Der
Positionssensor umfasst mindestens einen Stator, also eine Vorrichtung,
welche im Wesentlichen ortsfest angeordnet ist und vorzugsweise
ihre Position bei einer Änderung der Position des Elements
nicht verändert. Weiterhin umfasst der Positionssensor
mindestens einen entlang eines Verschiebungsweges relativ zu dem
Stator beweglich gelagerten Schlitten. Unter einem Schlitten ist
dabei allgemein ein bewegliches Element zu verstehen. Vorzugsweise
kann der Schlitten, wie unten noch näher ausgeführt
wird, eine, beispielsweise im Wesentlichen ebene, Schlittenplatte
umfassen, welche in der beschriebenen Weise geführt wird.
Durch die Führung wird der Verschiebungsweg des Schlittens
vorgegeben, beispielsweise, wie oben beschrieben, ein linearer Verschiebungsweg
und/oder ein gekrümmter Verschiebungsweg. Durch die Führung
wird das Spiel des Schlittens senkrecht zum Verschiebungsweg sowie
vorzugsweise auf die Ausdehnung des Verschiebungsweges begrenzt.
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Der
Schlitten ist über mindestens eine Schlittenanbindung mit
dem Element verbunden, dessen Position sensiert werden soll. Unter
einer Schlittenanbindung kann dabei grundsätzlich eine
beliebige Verbindung zwischen dem Element und dem Schlitten verstanden
werden, welche geeignet ist, eine Position des Elements in eine
Schlittenposition entlang des Verschiebungsweges umzusetzen. Der Positionssensor
ist eingerichtet, um eine relative Position des Schlittens zum Stator
zu erfassen. Beispielsweise können zu diesem Zweck ein
oder mehrere Sensorelemente vorgesehen sein, welche diese relative
Position erfassen können. Beispielsweise kann dies bezüglich
auf den oben genannten Stand der Technik verwiesen werden. So kann
das mindestens eine Sensorelement beispielsweise mindestens einen
mit dem Schlitten und/oder dem Stator verbundenen Felderzeuger,
insbesondere mindestens einen Magnetfelderzeuger, und mir Bestens
ein mit dem jeweils anderen dieser Elemente verbundenen Sensor,
insbesondere einen Feldsensor, beispielsweise einen Magnetfeldsensor,
umfassen. Auch andere Messprinzipien sind jedoch grundsätzlich
möglich, beispielsweise optische Messprinzipien und/oder
elektrische Messprinzipien.
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Zur
Vermeidung der Nachteile der oben beschriebenen, bekannten Positionssensoren
wird weiterhin vorgeschlagen, dass der erfindungsgemäße Positionssensor
weiterhin mindestens ein Toleranzausgleichselement aufweist. Dieses
zusätzliche Toleranzausgleichselement ist eingerichtet,
um ein Spiel in einer Übertragungskette zwischen einer
Bewegung des Elements und einer Bewegung des Schlittens zumindest
teilweise zu verringern. Unter einem Spiel ist dabei im Rahmen der
vorliegenden Erfindung allgemein ein fertigungs- und/oder anwendungsbedingter
Bewegungsfreiraum zu verstehen, in dem sich ein mechanisches Bauteil
nach einer Montage innerhalb einer Baugruppe und/oder Funktionseinheit
ohne Kraftübertragung frei bewegen lässt. Ein definiert
großes Spiel zwischen zwei Einzelteilen ist durch eine
geeignete Tolerierung der Einzelteile erreichbar. Als Passung oder
Spielpassung kann eine Verbindung zweier ineinandergreifender Teile
bezeichnet werden, wobei beide Teile insbesondere das gleiche Nennmaß aufweisen
können, jedoch Lage und Größe der Toleranzfelder
unterschiedlich sein können. Eine Passung gibt in der Regel
eine Toleranz an, in der sich die Istmaße bewegen dürfen.
Im vorliegenden Fall kann ein Resultat des Spiels insbesondere eine
Abweichung von einer linearen Übertragung einer Position
des Elements in eine Schlittenposition entlang des Verschiebungsweges
sein. Dieses Spiel kann auf verschiedene Weise zustande kommen und
kann grundsätzlich beliebige Glieder in der Übertragungskette
umfassen. Die Übertragungskette umfasst dabei grundsätzlich
alle Elemente, welche an der Übertragung von Kräften
und/oder Drehmomenten und/oder Positionen zwischen dem Schlitten
bzw. der Schlittenposition und dem Element beteiligt sind. Das Spiel
kann beispielsweise ein Spiel senkrecht zum Verschiebungsweg und/oder
ein Spiel parallel zum Verschiebungsweg und/oder auch eine Verkippung
umfassen, beispielsweise eine Verkippung um eine Verkippungsachse
senkrecht zu einer Schlittenebene. Unter einem Toleranzausgleichselement
ist allgemein ein Element zu verstehen, welches dieses Spiel vermindert
oder vorzugsweise vollständig eliminiert. Beispielsweise
kann es sich dabei, wie oben dargestellt, um eine Verminderung und/oder
Eliminierung eines Umkehrspiels einer Schlittenmitnahme und/oder
um eine Verminderung und/oder Eliminierung eines Verkippungsspiels
handeln. Die genannten Arten der Verminderung von Spiel können
dabei auch kombiniert eingesetzt werden. Verschiedene Beispiele
der Realisierung derartiger Toleranzausgleichselemente werden unten
näher erläutert.
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Das
Toleranzausgleichselement kann beispielsweise mindestens ein Linearführungselement umfassen,
welches eingerichtet ist, um ein Verkippen des Schlittens senkrecht
zum Verschiebungsweg zumindest weitgehend zu verhindern. Unter einer
zumindest weitgehenden Verhinderung kann dabei auch eine Verminderung
verstanden werden gegenüber einer Ausführungsform
ohne das Linearführungselement. Das Linearführungselement
ist vorzugsweise vollständig von der Führung des
Schlittens ausgebildet. Ist der Verschiebungsweg gekrümmt
ausgebildet, so ist der Begriff des Linearführungselements
weit zu fassen und umfasst auch ein Linearführungselement
entlang dieses gekrümmten Verschiebungsweges. Unter einer
Verkippung des Schlittens kann dabei insbesondere eine Verkippung um
eine Verkippungsachse senkrecht zu einer Schlittenebene verstanden
werden. Auch andere Verkippungswinkel sind jedoch grundsätzlich
möglich und durch das Linearführungselement vermeidbar.
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Beispielsweise
kann der Schlitten an seinen Außenkanten in einer Schlittenführung
parallel zum Verschiebungsweg geführt sein, beispielsweise
an Außenkanten parallel zu einer Schlittenebene. Vorzugsweise
handelt es sich dabei um eine lineare Führung. Ist der
Verschiebungsweg gekrümmt ausgestaltet, so ist auch die
Schlittenführung gekrümmt ausgestaltet, so dass
die Parallelität sich auf einen lokalen Verlauf des Verschiebungsweges
bezieht. Das Linearführungsele ment weist in diesem Ausführungsbeispiel
vorzugsweise mindestens ein parallel zum Verschiebungsweg angeordnetes
Schienenelement auf, wobei der Begriff der Parallelität
auch hier wieder bei einem verkrümmten Verschiebungsweg lediglich
lokal zu verstehen ist. Insbesondere handelt es sich bei diesem
Schienenelement um ein von der Schlittenführung getrennt
ausgebildetes Schienenelement. Unter einem Schienenelement ist dabei
allgemein ein Element zu verstehen, welches mindestens einen Vorsprung
und mindestens eine Vertiefung aufweist, wobei der Vorsprung in
die Vertiefung eingreift und in dieser gleiten kann.
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Der
Schlitten kann insbesondere eine in einer zum Verschiebungsweg im
Wesentlichen parallelen Schlittenebene angeordnete Schlittenplatte
umfassen. Unter einer Schlittenplatte kann dabei beispielsweise
ein ebenes Element verstanden werden, wobei jedoch auch Abweichungen
von einer ebenen Geometrie möglich sind, beispielsweise
durch Vorsprünge, auf die Schlittenplatte aufgebrachte
Elemente oder Ähnliches. Die Schlittenplatte kann dabei beispielsweise
rechteckig ausgestaltet sein, wobei vorzugsweise längere
Kanten des Rechtecks parallel zum Verschiebungsweg ausgestaltet
sind. Ist eine derartige Schlittenebene vorgesehen, so ist das optionale
Schienenelement vorzugsweise derart ausgestaltet, dass dieses sich
in die Schlittenebene hinein erstreckt. Dies bedeutet, dass ein
Eingriff der Teilelemente des Schienenelements, beispielsweise des Vorsprungs
und der Vertiefung, ineinander in einer Richtung erfolgt, welche
im Wesentlichen senkrecht zu der Schlittenebene angeordnet ist.
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So
kann das Linearführungselement, insbesondere das Schienenelement,
beispielsweise mindestens eine Führungsnut und mindestens
eine in die Führungsnut eingreifende Führungsrippe
aufweisen. Dieser Eingriff kann vorzugsweise, wie oben dargelegt,
senkrecht zu der Schlittenebene erfolgen. Dies bedeutet, dass sich
die Erhebung der Führungsrippe vorzugsweise im Wesentlichen
senkrecht zu der Schlittenebene erstreckt, und ebenso die Dimension der
Tiefe der Führungsnut. Diese Ausgestaltung bewirkt eine
zumindest weitgehende Verminderung der Verkippungsneigung des Schlittens.
Die Außenkanten des Schlittens sollten dabei nicht in Berührung
mit der Schlittenführung stehen. Das sollte vielmehr möglichst
steht ein Luftspalt sichergestellt sein.
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Das
Schienenelement kann beispielsweise mittig zwischen den Führungen
an der Außenkante angeordnet sein und/oder innerhalb eines
mittleren Drittels zwischen diesen Führungen. Grundsätzlich können
auch mehrere Führungsnuten und mehrere Führungsrippen
vorgesehen sein. Bevorzugt ist es jedoch, wenn genau eine Führungsnut
und genau eine Führungsrippe vorgesehen ist, da sich dann
das Spiel und die Verkettung besonders effizient reduzieren oder
sogar minimieren lassen. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Stator
die Führungsrippe aufweist und der Schlitten die Führungsnut.
Auch umgekehrte Ausgestaltungen sind jedoch möglich. Sind mehrere
Führungsnuten und mehrere Führungsrippen vorgesehen,
was, wie oben dargestellt, weniger bevorzugt ist, so können
diese auch unterschiedlich auf den Stator und den Schlitten verteilt
werden, so dass beispielsweise der Stator mindestens eine Führungsrippe
und mindestens eine Führungsnut aufweist und der Schlitten
die jeweils korrespondierenden Gegenelemente. Besonders bevorzugt
ist, jedoch genau eine Führungsrippe und genau eine Führungsnut,
wobei die Führungsrippe auf dem Stator vorgesehen sein
kann und die Führungsnut auf dem Schlitten, oder umgekehrt.
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Die
Führung der Außenkanten des Schlittens kann beispielsweise
in Außenschienen des Stators erfolgen, also Schienen, welche
beispielsweise den Schlitten, beispielsweise eine Schlittenplatte,
geringfügig umfassen. Vorzugsweise ist das Schienenelement
dann derart eingerichtet, dass dieses den Schlitten derart relativ
zu den Außenschienen positioniert, dass bei einer Verschiebung
des Schlittens entlang des Verschiebungswegs die Außenkanten der
Schlittenplatte in einer Dimension der Schlittenebene senkrecht
zum Verschiebungsweg die Außenschienen nicht berühren.
In anderen Worten sollen die Außenkanten der Schlittenplatte,
also die Kanten der Schlittenplatte parallel zum Verschiebungsweg und
senkrecht zur Schlittenebene, nicht in den Außenschienen
schleifen.
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Die
voran gehend beschriebenen Ausführungsbeispiele des Toleranzausgleichselements
betreffen insbesondere eine Verbesserung der Schlittenführung
hinsichtlich des Führungsverhaltens einer Linearführung.
Durch die genannten Ausführungen lässt sich, wie
oben dargelegt, die erforderliche Betätigungskraft des
Schlittens verringern, bei gleichzeitiger Verringerung der Verkippeinflüsse
auf die Gesamt-Sensierungstoleranz. Durch Einführung des
Linearführungselements, insbesondere in Form des Schienenelements,
beispielsweise in Form einer schmalen Rippe in einer Nut, können
die oben beschriebenen Verkippungseffek te wirkungsvoll kompensiert
werden. Da derartige Konstruktionselemente mit geringen Toleranzen
hergestellt werden können, insbesondere mit geringeren
Toleranzen als eine Führung der Außenkanten des
Schlittens in Außenschienen, und da derartige Konstruktionselemente
weniger verzugsanfällig gestaltet werden können, kann
ein geringeres Spiel in der Führung des Schlittens realisiert
werden. Dies verbessert die Sensiergenauigkeit durch Verringerung
der Verkippungseffekte. Es ist nunmehr sogar möglich, mit
vertretbarem Sensiergenauigkeitsverlust den Magnetschlitten auch
außermittig an das zu sensierende Getriebeelement anzubinden.
Dementsprechend kann die Schlittenanbindung beispielsweise an dem
Schlitten außermittig angreifen, ohne dass beispielsweise
ein Verhaken des Schlittens in größerem Maße
zu befürchten ist. Das ungünstige Führungslänge-Kraftangriffshebellänge-Verhältnis
wird bei Nutzung der genannten Erfindung ebenfalls verbessert. Dies
erhöht den Gestaltungsspielraum bei der Gesamtkonstruktion
des Positionssensors und/oder der Vorrichtung, in welcher der Positionssensor
eingesetzt werden soll, beispielsweise bei der Konstruktion des
Getriebes. Die Verbesserung der Führungseigenschaften und der
Sensiergenauigkeit durch das optionale Nut/Rippe-Design ist auch
unabhängig vom gewählten Sensorprinzip anwendbar.
Wie oben dargelegt, kann sowohl die Nut am Schlitten und die Rippe
an der Schlittenführung bzw. dem Stator ausgestaltet sein
als auch umgekehrt die Rippe am Schlitten und die Nut an der Schlittenführung
bzw. dem Stator.
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Des
Weiteren hängt die Sensiergenauigkeit in der Regel von
der Größe des Umkehrspiels in der Schlittenanbindung
ab. Unter einem Umkehrspiel ist dabei allgemein das Spiel zu verstehen,
mit welchem bei einer Umkehr der Bewegungsrichtung des zu sensierenden
Elements die Position des Elements auf eine Schlittenposition entlang
des Verschiebungswegs übertragen wird. Dieses Umkehrspiel
ergibt sich in der Regel aus der mechanischen Spielanpassung beider
Teile, also des Positionssensors und des zu sensierenden Elements.
Um dieses Spiel klein zu halten, sind in der Regel sehr enge Fertigungstoleranzen
für die Maße an beiden Teilen, insbesondere an
die Elemente der Übertragungskette, insbesondere Elemente,
die eine Mitnehmer-Passung bilden, erforderlich.
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Wie
oben beschrieben, kann das mindestens eine Toleranzausgleichselement
auch eingerichtet sein, um das genannte Umkehrspiel zu reduzieren, bzw.
vollständig zu eliminieren. Zu diesem Zweck kann das Toleranzausgleichselement als
Ganzes oder in Teilen derart auf die Übertragungskette
einwirken, um das Umkehrspiel zu verringern. Insbesondere kann das
Toleranzausgleichselement ganz oder teilweise die Schlittenanbindung
umfassen und/oder mindestens einen mit der Schlittenanbindung verbundenes
Element. Die Schlittenanbindung kann sich beispielsweise senkrecht
zum Verschiebungsweg erstrecken, wobei jedoch auch Winkelabweichungen
von einer senkrechten Ausrichtung zum Verschiebungsweg möglich
sind. Weiterhin kann die Schlittenanbindung sich im Wesentlichen
zu der im Verschiebungsweg im Wesentlichen parallelen Schlittenebene
erstrecken, also beispielsweise in der Schlittenebene angeordnet
sein oder parallel zu dieser Schlittenebene außerhalb der
Schlittenebene. Verschiedene Beispiele werden unten näher
erläutert.
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Um
insbesondere das Umkehrspiel zu reduzieren, jedoch auch um andere
Arten von Spiel in der Übertragungskette zu reduzieren,
kann das Toleranzausgleichselement dementsprechend alternativ oder
zusätzlich zu dem oben beschriebenem Linearführungselement
in einer oder mehreren der beschriebenen Ausgestaltungen, mindest
ein Federelement aufweisen. Dieses mindestens eine Federelement
ist eingerichtet, um eine Federkraft parallel zum Verschiebungsweg
aufzunehmen. In anderen Worten kann das Federelement ausgestaltet
sein, um seine Ausdehnung parallel zum Verschiebungsweg oder mit
zumindest einer Richtungskomponente parallel zum Verschiebungsweg
entsprechend einer Kraft entlang des Verschiebungswegs und/oder
mit einer Komponente parallel zum Verschiebungsweg zumindest teilweise
elastisch zu ändern. Das mindestens eine Federelement kann
beispielsweise ein elastisches Material umfassen, beispielsweise
ein elastisches Kunststoffmaterial. Alternativ oder zusätzlich
kann das mindestens eine Federelement jedoch auch mindestens eine
mechanische Feder umfassen, beispielsweise mindestens eine Spiralfeder und/oder
mindestens eine Blattfeder. Beispielsweise kann das Federelement
mindestens ein starres Teil umfassen sowie ein relativ zu dem starren
Teil gelagertes Federteil, beispielsweise eine Blattfeder. Verschiedene
Ausgestaltungen werden unten näher dargestellt. Das Federelement
kann grundsätzlich an mindestens einem Ort in der Übertragungskette
angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Federelement
zumindest teilweise mit der Schlittenanbindung verbunden ist. Dies
kann auch implizieren, dass das Federelement als Teil der Schlittenanbindung
ausgestaltet ist.
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Insbesondere
kann die Schlittenanbindung zumindest einen sich von dem Schlitten
aus erstreckenden und vorzugsweise mit dem Schlitten fest verbundenen
Anbindungshebel umfassen. Beispielsweise kann dieser Anbindungshebel,
wie oben dargestellt, in einer Schlittenebene angeordnet sein und/oder
senkrecht zu dem Verschiebungsweg. Ist ein derartiger Anbindungshebel
vorgesehen, so kann das Federelement beispielsweise an einem dem
zu sensierenden Element zuweisenden Kopf des Anbindungshebels ausgebildet
sein. Beispielsweise kann das Federelement an diesem Kopf zumindest
teilweise als Bestandteil des Anbindungshebels ausgebildet sein,
insbesondere einstückig mit dem Anbindungshebel. Auch eine
mehrstückige Ausgestaltung ist jedoch grundsätzlich
möglich. Alternativ oder zusätzlich kann das Federelement
auch zumindest teilweise als von dem Anbindungshebel getrenntes
Federelement zwischen dem Anbindungshebel und dem zu sensierenden
Element ausgebildet sein. Verschiedene Ausgestaltungen sind möglich.
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Durch
die federnde Gestaltung der Anbindung des Schlittens, beispielsweise
des Magnetschlittens, an das zu sensierende Element, beispielsweise
das Getriebeelement, kann das Umkehrspiel dieser Anbindung zumindest
verringert und vorzugsweise eliminiert werden. Dies hat den Vorteil,
dass dieses Umkehrspiel aus der Gesamttoleranzkette der Sensiergenauigkeit
herausfällt und somit die Genauigkeit der Positionssensierung
erhöht werden kann. Dies erhöht den Gestaltungsspielraum
beim Design der gesamten Vorrichtung, welche den Postitionssensor
einsetzt, beispielsweise beim Getriebedesign. Für definierte
Verhältnisse kann dabei auch beispielsweise lediglich eine
Seite der Schlittenanbindung, beispielsweise lediglich eine Seite
des Anbindungshebels, mit dem Federelement ausgestattet werden.
Die andere Seite der Schlittenanbindung, beispielsweise des Anbindungshebels,
kann jedoch steif ausgestaltet werden. Die steife Seite stellt dann die
definierte Referenzkante beispielsweise für die Lage der
Umschaltpunkte des Positionssensors und/oder beispielsweise für
die Lage eines Sensormessbereichs dar. Die Verbesserung der Sensiergenauigkeit
durch die Eliminierung des Umkehrspiels in der Anbindung ist unabhängig
vom gewählten Sensorprinzip anwendbar. Das Federelement
kann beispielsweise bei der Herstellung des Schlittens mit ausgeformt
werden, beispielsweise gemeinsam mit dem Anbindungshebel. Auf diese
Weise lässt sich die Herstellung eines separaten Teils
vermeiden. Alternativ kann das Federelement jedoch auch ganz oder teilweise
als Zusatzteil ausgebildet sein, beispielsweise einem beliebigen
geeig neten Material, beispielsweise einem Kunststoff und/oder einem
Metall und/oder einem Elastomer. Verschiedene Ausgestaltungen sind
denkbar.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in den nachfolgenden
Beschreibungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1A und 1B ein
Beispiel eines Positionssensors gemäß dem Stand
der Technik;
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2A und 2B ein
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Positionssensors mit einem Linearführungselement;
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3 ein
erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Positionssensors mit einem Federelement; und
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4 ein
zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Positionssensors mit einem Federelement.
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Ausführungsbeispiele
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In
den 1A und 1B ist
in einer Vorderansicht (1A) bzw.
einer Ansicht von der Seite (1B) ein
dem Stand der Technik entsprechendes Beispiel eines Positionssensors 110 dargestellt.
Beispielsweise kann es sich bei diesem Positionssensor 110 um
einen 4bit-Positionssensor handeln, welcher beispielsweise in einem
Getriebesteuerungsmodul eines Automatikbetriebes einsetzbar ist.
Der Positionssensor 110 umfasst einen Stator 112,
in welchem ein im Wesentlichen als rechteckige Platte ausgeformter
Schlitten 114 randseitig in einer Schlittenführung 116 beweglich
gelagert ist. Ein möglicher Verschiebungsweg ist in 1A durch
den Pfeil 118 symbolisiert. Der Verschiebungsweg 118 verläuft
in 1A in der Zeichenebene und in 1B in
die Zeichenebene hinein.
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Der
Schlitten 114 ist über eine Schlittenanbindung 120 mit
einem Getriebeelement 122 gekoppelt. Das Getriebeelement 122,
welches hier als zu sensierendes Element fungiert, kann sich in
einer Bewegungsrichtung 124 bewegen. Die Schlittenanbindung 120 umfasst
einen Anbindungshebel 126, welcher sich im Wesentlichen
parallel zu einer durch die Platte des Schlittens 114 definierten
Schlittenebene 128 (siehe 1B, in 1A parallel
zur Zeichenebene) erstreckt. Über den Anbindungshebel 126, welcher
in einen Kopplungskopf 130 des Getriebeelements 122 über
eine Spielanpassung eingreift, kann eine Bewegung des Getriebeelements 122 auf den
Schlitten 114 übertragen werden. Eine Position des
Schlittens 114 entlang des Verschiebungswegs 118 kann
mittels geeigneter, in den 1A und 1B nicht
dargestellter Sensoren ermittelt werden, beispielsweise mittels
Magnetfelderzeugern und Magnetsensoren, welche mit dem Schlitten 114 bzw. dem
Statur 112 gekoppelt sind.
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Der
in den 1A und 1B dargestellte Positionssensor 110 weist
die oben beschriebenen Nachteile auf, dass der Schlitten 114 zu
einer Verkippung um eine Achse senkrecht zur Zeichenebene in 1A neigt,
was zu einer Verkantung und damit zu einer erheblichen Erhöhung
der Betätigungskraft sowie Ungenauigkeiten hinsichtlich
der Sensierung führen kann. Zudem wird durch die Kopplung
des Anbindungshebels 126 an den Kopplungskopf 130 die
Gesamt-Sensierungstoleranz insgesamt erhöht, insbesondere
da diese Kopplung ein vergleichsweise hohes Umkehrspiel bezüglich
einer Schlittenmitnahme aufweist.
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In
den 2A und 2B ist
ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Positionssensors in einer perspektivischen Darstellung schräg
von vorne (2A) bzw. einer Ansicht von der
Seite (2B) dargestellt. Das Ausführungsbeispiel
ist zunächst im Wesentlichen analog zu dem Positionssensor 110 gemäß den 1A und 1B ausgestaltet,
so dass für die Details dieses Ausführungsbeispiels
weitgehend auf diese Figuren verwiesen werden kann. Im Unterschied
zum Stand der Technik weist der Positionssensor 110 gemäß dem
in den 2A und 2B dargestellten
Ausführungsbeispiel zusätzlich ein Toleranzausgleichselement 132 in
Form eines Linearführungselements 134 mit einem
Schienenelement 136 auf. Das Toleranzausgleichselement 132 verfügt
im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine
Führungsrippe 138. Die Führungsrippe 138 erstreckt
sich von einer Rückwand 142 des Stators 112 aus
senkrecht zur Schlittenebene 128 in eine Führungsnut 144 der
Schlittenplatte 140 hinein.
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Die
Führungsnut 144 und die Führungsrippe 138 bilden
in diesem Ausführungsbeispiel das Schienenelement 136,
welches als Linearführungselement 134 wirkt. Wie
insbesondere aus 2A hervorgeht, erstreckt sich
das Linearführungselement 134 im Wesentlichen
parallel zum Verschiebungsweg 118. Das Linearführungselement 134,
welches mit geringer Toleranz hergestellt werden kann, verhindert
wirksam ein Verkippen des Schlittens 114 um eine Verkippungsachse
senkrecht zur Schlittenebene 128, auch bei einem außermittigen
Hebelangriff durch den Anbindungshebel 126. Weiterhin ist
das Linearführungselement 134 eingerichtet, um
Reibungsverluste in der Schlittenführung 116 zu
verringern. Zu diesem Zweck ist das Linearführungselement 134 beispielsweise
derart ausgestaltet, dass Außenkanten 146 der
Schlittenplatte 140 Außenschienen 148 der Schlittenführung 116 nicht
berühren, so dass zwischen diesen Außenkanten 146 und
den Außenschienen 148 ein Luftspalt 150 verbleibt.
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In
den 3 und 4 sind weitere Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Positionssensoren 110 dargestellt,
welche ebenfalls über Toleranzausgleichselemente 132 verfügen.
Für weite Teile der Ausgestaltung dieser Positionssensoren 110 kann
auf die Beschreibung der obigen Ausführungsbeispiele verwiesen
werden. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den 2A und 2B umfasst
das Toleranzausgleichselement 132 in den in den 3 und 4 dargestellten
Ausführungsbeispielen, alternativ oder zusätzlich,
mindestens ein Federelement 152, welches in eine Übertragungskette
zwischen einer Bewegung des Getriebeelements 122 und einer
Bewegung des Schlittens 114 eingekoppelt ist. Die Ausführungsbeispiele
in den 3 und 4 unterscheiden sich in der
Anordnung und Ausgestaltung dieses Federelements 152. Das
Federelement 152 kann eine Federkraft parallel zum Verschiebungsweg 118 aufzunehmen.
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In
dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
das Federelement 152 als Teil des Anbindungshebels 126 ausgestaltet,
an einem dem Kopplungskopf 130 des Getriebeelements 122 zuweisenden
Kopf 154 des Anbindungshebels 126. Die Schlittenanbindung 120 ist
also auf Seiten des Schlittens 114 in dem dargestellten
Beispiel fest mit dem Schlitten 114 verbunden, wohingegen
diese auf Seiten des Getriebeelements 122 federnd ausgestaltet
ist. Das Federelement 152 umfasst in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ein steifes Element 156 und
ein federndes Element 158, welches zumindest teilweise flexibel
ausgestaltet ist und mit dem steifen Element 156 verbunden
ist. Im Gegensatz zu der einstückigen Ausgestaltung des
Federelements 152 mit dem Anbindungshebel 126 gemäß 3 ist
in 4 ein Ausführungsbeispiel mit einer mehrteiligen
Ausgestaltung des Federelements 152 gezeigt. Wiederum umfasst
in diesem Ausführungsbeispiel die Schlittenanbindung 120 einen
Anbindungshebel 126, welcher fest mit dem Schlitten 114 verbunden
ist. Dieser Anbindungshebel 126 ist als steifes Element 156 ausgestaltet.
Als separates Bauteil umfasst die Schlittenanbindung 120 jedoch
weiterhin ein federndes Element 158, welches flexibel ausgestaltet
ist und beispielsweise in eine entsprechende Aussparung 160 des
steifen Elements 156 eingesteckt werden kann, so dass das
federnde Element 158 einen von dem steifen Element 156 abstehenden
Federarm bildet. Das steife Element 156 und das federnde
Element 158 können jeweils Vorsprünge 162 aufweisen, welche
an dem Getriebeelement 122, beispielsweise dem Kopplungskopf 130 des
Getriebeelements 132, anliegen können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Robert Bosch
GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 136–138 [0002]