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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von elektrischen Positionssensoren. Neben optischen und auf Wirbelstrom basierenden Positionssensoren sind Sensoren bekannt, die durch Abtasten eines Magnetfelds eine Position ermitteln.
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Derartige Magnetsensoren erfassen ein Magnetfeld eines Magnetelements, das auf den Sensor wirkt. Der Sensor umfasst ein Hall-Element, dessen Widerstand oder Spannung aufgrund der Lorentzkraft, die auf Ladungsträger innerhalb des Hall-Elements wirkt, die magnetische Flussdichte erfasst, die das Hall-Element durchdringt. Dadurch kann die Position eines Magnetelements relativ zum Sensor über die Flussdichte des Magnetelements am Ort des Hall-Elements erfasst werden. Dieser Wirkmechanismus wird in zahlreichen Anwendungen verwendet, beispielsweise bei der Erfassung von Drehbewegungen oder translatorischen Bewegungen.
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Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Erfassung von diskreten Positionen; d.h., ob sich ein Magnetelement an einer Position befindet, oder nicht. Gemäß einem besonderen Anwendungsgebiet der Erfindung wird der Sensor verwendet, um zu ermitteln, in welcher Orientierung sich ein Magnetelement befindet, d.h. in welcher Position einer Vielzahl von verschiedenen diskreten Positionen sich ein Magnetelement befindet.
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Sowohl das Hall-Element des Sensors als auch das Magnetelement, das von dem Sensor erfasst wird, sind nicht unmittelbar auf zwei Körpern befestigt, die sich relativ zueinander bewegen, sondern sind über Kapselungen, Gehäuse, Leiterplatten und Führungselemente, die wiederum an den Leiterplatten angebracht sind, an den beiden zueinander beweglichen Körpern befestigt, deren Relativposition zueinander erfasst werden soll.
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Es ergibt sich somit eine Toleranzkette zwischen der exakten Position und der tatsächlichen Position des Hall-Element, unter anderem durch fertigungsbedingte Positionstoleranzen, die durch die Anordnung des Hall-Elements auf einem Stanzgitter, der Kapselung des Hall-Elements, zusammen mit dem Stanzgitter in Form eines Chip-Gehäuses, der Montage des Chips auf der Leiterplatte und der Befestigung der Leiterplatte an dem tatsächlichen Einsatzort des Sensors. In gleicher Weise ergibt sich eine zusätzliche Toleranzkette durch die Anordnung des Magnetelements (d.h. Magnetmaterials) an dem zugehörigen Einsatzort, insbesondere durch die Anordnung des Magnetelements in ein Gehäuse, beispielsweise durch Kapselung mittels Spritzguss-Kunststoff, durch die Anordnung des gekapselten Magnetelements an ein Befestigungs- oder Führungselement, und durch die Montage dieses Führungselements an dem zugehörigen präzisen Einsatzort.
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Insbesondere bei der Verwendung im Automobilbereich, beispielsweise bei der Getriebetechnik, ist eine äußerst präzise Positionsmessung notwendig, die mit der oben beschriebenen Anordnung nur erreicht werden kann, wenn sehr kostenintensive hochpräzise Bauelemente verwendet werden, oder wenn ein aufwändiger und kostenintensiver mechanischer Justierungsschritt nach der Montage des Sensors und des Magnetelements durchgeführt wird. Ein derartiger Justierungsschritt stellt zudem eine weitere Fehlerquelle dar und ist gegebenenfalls mit einer Justierungsmechanik verknüpft, die bei Erschütterungen durch Verrutschen des jeweiligen Bauelements einen systematischen Fehler erzeugt.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzusehen, die die präzise und gleichzeitig kostengünstige Anordnung von Magnetfeld-Positionssensoren erlauben.
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Aus der
US 5 644 225 A ist ein Kalibrierverfahren für einen Drehwinkelpositionssensor bekannt, bei dem eine Spule in zwei Winkelstellungen mit einem definierten Strom beauschlagt wird.
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Aus der
DE 10 2007 044 485 A1 ist ein Magnetfeldsensor mit einem Sensorelement, das aus einer einzigen Kurzschlusswicklung besteht, bekannt.
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Aus der
DE 101 23 513 A1 ist eine Magnetsteuereinheit für magnetoresistive Drehwinkelsensoren mit einem mehrpolig axial magnetisierten Permanentmagneten bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung ermöglicht den Einsatz von preiswerten Bauelementen ohne besondere Toleranzvorgaben und eine einfache Anordnung der Sensorkomponenten innerhalb eines Herstellungsprozesses ohne aufwändige Justierungsschritte. Insbesondere erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren einen Herstellungsprozess mit einem Abgleichschritt, der ohne hochgenaue Messungen auskommt und gleichzeitig sämtliche fertigungsbedingte Toleranzen der Abmaße des Magnetsensors und des zugehörigen Magnetelements ausklammert. Dadurch ermöglicht die Erfindung den Einsatz von Bauelementen, die keinen besonderen Toleranzvorgaben entsprechen, bei hochgenauen und kritischen Anwendungen wie im Getriebebereich, beispielsweise zur Erfassung der Getriebestellung eines Kfz-Antriebsstrangs, insbesondere der Stellung eines Hebels zu Wahl der Getriebestellung.
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Insbesondere ist die Erfindung geeignet zum Einsatz bei der Positionierung von diskreten Positionssensoren, bei denen eine oder mehrere diskrete Positionen vorgegeben sind und bei denen erfasst wird, wenn sich ein Magnetelement exakt über dieser Position oder über einer dieser diskreten Positionen befindet.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Konzept liegt darin, zunächst Magnetelement und zugehörigen Sensor so weit wie möglich in der Anwendungsumgebung anzuordnen und erst nach dieser Paarung des Magnetelements mit dem Magnetsensor das Magnetelement gemäß der gewünschten Magnetisierungsstruktur zu magnetisieren. Gemäß der Erfindung wird zunächst der Magnetsensor an seinem späteren Anwendungsort, d.h. in seiner späteren Anwendungsumgebung, fest montiert. Gleichermaßen wird das Magnetelement in der Anwendungsumgebung positioniert, jedoch ohne feste sondern nur mittels einer vorübergehenden Montage bzw. Anordnung. Vorzugsweise wird das Magnetelement an einem Anschlag oder gemäß einer Markierung an der Anwendungsumgebung befestigt.
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Die Anwendungsumgebung, beispielsweise zwei gegeneinander bewegliche Körper, beispielsweise eines Getriebes, werden gemäß einer vorgegebenen Sollorientierung relativ zueinander orientiert. Damit werden Magnetelement und Magnetsensor ebenfalls gemäß dieser Sollorientierung relativ zueinander positioniert. Die Sollorientierung entspricht beispielsweise einer bestimmten, exakten Getriebestellung oder Stellung eines Getriebe-Wahlhebels, die der Sensor später in der Anwendung mittels des Magnetelements erfassen soll. In dieser Positionierung wird ein (äußerer) Versatz zwischen dem Magnetelement und dem Magnetsensor bzw. deren räumliche Position zueinander erfasst. Insbesondere wird ein Versatz, d.h. eine Relativposition, zwischen Führungen oder Befestigungselementen des Sensors und des unmagnetisierten Magnetelements erfasst. Hierbei können insbesondere Markierungen oder Kanten des Magnetelements und des Magnetsensors verwendet werden, oder auch Leiterplatten, auf denen diese befestigt sind, oder ebenso Führungselemente oder Befestigungsmittel wie Zapfen, die bereits fest mit dem Magnetelement bzw. mit dem Magnetsensor verbunden sind. Dadurch überspannt die Aneinanderreihung von Befestigungs- und Gehäusemerkmalen die gesamte Toleranzkette zwischen innerem Hall-Element und äußerem (körperlichem) Magnetsensormerkmal bzw. gesamte Toleranzkette zwischen innerem Magnetwerkstoff und äußerem Magnetelementmerkmal.
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Somit werden bereits vorgefertigte Magnetelemente und Magnetsensoren inklusive der zugehörigen Herstellungstoleranzen verwendet. Erfindungsgemäß wird der Versatz zwischen Magnetelement und Magnetsensor bzw. zwischen deren äußeren Abmaßen oder anderen äußeren Strukturmerkmalen in Form der konkreten räumlichen Anordnung von Magnetfeld und Magnetsensor zueinander erfasst, um diesen bei der folgenden Magnetisierung wiederzugeben. Da gemäß zahlreicher Ausführungsformen der Erfindung das Magnetelement außerhalb der Anwendungsumgebung und nach dem Erfassen des Versatzes magnetisiert wird, muss der Versatz wiedergegeben werden, so dass das Magnetelement mit einer Magnetisierungsstruktur versehen wird, die derjenigen Struktur entspricht, welche das Magnetelement bei optimaler Orientierung zum Magnetsensor in der Sollorientierung haben sollte.
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Die Sollorientierung entspricht hierbei der magnetischen Flussdichte innerhalb des Magnetsensors bzw. dem Signal, das der Magnetsensor in der entsprechend ausgerichteten Anwendungsumgebung abgeben sollte. Der Versatz, zusammen mit der Sollorientierung, ersetzt hierbei die konkrete Anordnung des Magnetsensors zum Magnetelement während dem Magnetisieren des Magnetelements. Der Ersatz der konkreten Anordnung ist notwendig, da der Magnetsensor bereits in der Anwendung in seiner Endlage montiert ist und das Magnetelement in zahlreichen Ausführungsformen der Erfindung nicht korrekt magnetisiert werden kann, wenn es sich in seiner Endposition und in Sollorientierung zum Magnetsensor befindet. Die Schwierigkeit bei der Magnetisierung des Magnetelements direkt vor Ort liegt darin, dass üblicherweise die Anwendungsumgebung es nicht zulässt, dass eine Magnetisierungseinrichtung ohne weiteres korrekt am Magnetelement angeordnet werden kann, um dieses zu magnetisieren. Daher wird erfindungsgemäß der Magnetsensor vorzugsweise bereits fest in der Anwendungsumgebung orientiert, das Magnetelement (lösbar) in der Anwendungsumgebung befestigt, um daraufhin diese beiden gemäß einer Sollorientierung zueinander zu positionieren. Um zum einen die Magnetisierungsstruktur in dem Magnetelement außerhalb der Anwendungsumgebung korrekt vorzusehen und um das Magnetelement wieder in der ursprünglichen Lage in der Anwendungsumgebung montieren zu können, wird der Versatz erfasst, der zwischen dem (äußeren) Magnetelement und dem (äußeren) Magnetsensor besteht. Der Versatz ermöglicht somit den Transfer des Magnetelements von der späteren Endlage zum Magnetisierungsort, die korrekte Positionierung der Magnetisierungsstruktur des Magnetelements und den korrekten Rücktransfer vom Magnetisierungsort zur (ursprünglichen) Endlage des Magnetelements in der Anwendungsumgebung. Das Erfassen des Versatzes, um das Magnetelement von der Anwendungsumgebung zum Magnetisierungsort hin- und rückzutransferieren, kann mit einer Schablone verglichen werden, die zunächst gemäß einer Sollorientierung von Körpern erstellt wird, woraufhin sich die Körper trennen lassen und darauf folgend wieder gemäß der Schablone zusammensetzen lassen, ohne dass Fehler in der Orientierung zwischen den einzelnen Körpern entstehen. Mit dieser Schablone lassen sich die Toleranzketten des Magnetsensors und des Magnetelements umgehen.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Magnetelement bereits mit einem Befestigungselement und einem Führungselement (und insbesondere mit einem Gehäuse) ausgestattet, und der Magnetsensor ist bereits auf eine Leiterplatte montiert. Daraufhin wird der Abstand zwischen dem Befestigungs- oder Führungselement, beispielsweise einem Zapfen, der fest an dem Magnetelement fixiert ist, und dem Magnetsensor in Form eines ICs (mit Gehäuse) erfasst. Hierbei können beispielsweise die Abstände der Mitten verwendet werden, d.h. die Entfernung zwischen der Mitte des Befestigungselements des Magnetelements und der Mitte des Magnetsensorchips, oder andere äußere körperliche Merkmale des Befestigungselements und des Magnetsensors, beispielsweise Gehäusekanten oder ähnliches. Insbesondere können Markierungen auf dem Magnetelement oder damit fest verbundene Elementen und Markierungen auf dem Magnetsensor, auf dem Gehäuse, das den Magnetsensor umschließt, oder auf der Leiterplatte, die den Magnetsensorchip trägt, verwendet werden. Zwischen Magnetelement und Magnetsensor kann ein Sollversatz bestehen, der der Orientierung von Magnetelement zu Magnetsensor bei vollkommen exakter Fertigung entspricht, wobei sich hierzu ein nicht vorhersehbarer zusätzlicher Toleranzversatz addiert. Erfasst wird der Gesamtversatz, der die Orientierung des Magnetelements zum Magnetsensor wiedergibt, wenn diese in der vorgegebenen Sollorientierung zueinander angeordnet sind. Dieser Versatz wird daraufhin beim Magnetisieren und gegebenenfalls auch beim endgültigen Montieren des Magnetelements verwendet. Der Versatz stellt somit eine Schablone für die äußeren Abmaße bzw. die äußere Orientierung des Magnetsensors und des Magnetelements dar, die einen toleranzbedingten Versatz sowie gegebenenfalls auch einen Sollversatz widerspiegelt. Ist beispielsweise der Magnetsensor selbst (d.h. der Halbleiterchip innerhalb des Gehäuses, das wiederum auf der Leiterplatte montiert ist) fertigungsbedingt in einer ersten Richtung versetzt, so gibt der erfasste Versatz diese zusätzliche Verschiebung wieder, welche wiederum bei der Magnetisierung des Magnetelements berücksichtigt wird. Diese Berücksichtigung ist gleichbedeutend mit einer vollständigen Kompensierung des ursprünglichen Versatzes durch eine entsprechende Versetzung der Magnetisierungsstruktur zur Sollposition der Magnetisierungsstruktur, die bei einem optimalen Magnetsensor verwendet werden würde. Ist somit der Hall-Sensor zu weit in eine erste Richtung versetzt, so wird auch die Magnetisierungsstruktur in diese Richtung innerhalb des Magnetelement versetzt, so dass die Sollorientierung des Magnetelements zum Magnetsensor beide optimal zueinander ausgerichtet sind.
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Das der Erfindung zugrunde liegende Konzept unterscheidet sich somit vom bekanntem Stand der Technik dadurch, dass nicht fertigungsbedingt Toleranzen erfasst werden oder mit hohem Aufwand verringert werden, um sie durch zusätzliche Justierung zu kompensieren, sondern dass das Magnetelement erfindungsgemäß nicht magnetisiert wird und somit auch ohne Toleranzen versehen an den späteren endgültigen Bestimmungsort der Anwendungsumgebung gebracht wird und gemäß einer Sollorientierung dieser Anwendungsumgebung (beispielsweise gegenüberstehend von zwei Zapfen einer Getriebeanordnung) durch Magnetisieren geprägt wird. Damit entspricht Genauigkeit nicht der Genauigkeit der Justierung oder der Herstellung wie beim Stand der Technik, sondern ist allein durch die Genauigkeit gegeben, mit der der Versatz (die Schablone) aufgezeichnet wird und durch das Magnetisieren in Form der Magnetisierungsstruktur wiedergegeben wird. Da beim anfänglichen Positionieren des Magnetelements (während der Erfassung des Versatzes) und dem Montieren nach dem Magnetisieren des Magnetelements durch sehr einfache mechanische Mittel, beispielsweise ein Anschlag oder eine Markierung, eine hohe Genauigkeit erreicht werden kann, stellt auch das Transferieren des Magnetelements von der Anwendungsumgebung zum Magnetisierungsort und wieder zurück keinen Schritt dar, der substantielle Toleranzen in das System einbringt. Vielmehr wird beim Transferieren beispielsweise ein mechanisches oder elektronisches System verwendet, das aufgrund der geringen Komplexität geringe oder im wesentlichen keine Toleranzen oder Ungenauigkeiten aufweist.
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Die Erfindung eignet sich daher besonders für diskrete Magnetsensoren, die beispielsweise nur Polübergänge feststellen und die nicht zur wertkontinuierlichen Messung eines magnetischen Flusses verwendet werden. Der zur Positionserfassung signifikante Polübergang kann durch das nachgelagerte Magnetisieren, d.h. nach dem Paaren des Magnetelements und des Magnetsensors unmittelbar an der maximal empfindlichen Stelle des Sensors durch entsprechendes Magnetisieren angebracht werden. Daher eignen sich das Verfahren und die Vorrichtung insbesondere zum Abgleich von diskreten Positionssensoren, die nur zwei unterschiedliche Signale kennen (Polwechsel, d.h. Nullstelle, liegt vor bzw. liegt nicht vor), wodurch insbesondere binäre Positionskodierungen erreicht werden können.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Magnetisierungsstruktur in Längsstreifen vorgesehen, wobei die Polwechsel zueinander versetzt sind. Diese sich ergebende Struktur wird zur binären Kodierung der Position verwendet, beispielsweise indem diese einen Gray-Code wiedergeben. Bei einer Positionskodierung mit n Bit werden beispielsweise n Streifen verwendet, die zusammen eine Magnetisierungsstruktur bilden, und deren Polübergänge zueinander versetzt sind. Hierbei kann ein Streifen ein Polübergang (n-s) oder zwei Polübergänge (beispielsweise n-s-n) aufweisen. Als Magnetelemente werden vorzugsweise Hall-Sensoren verwendet, beispielsweise Hall-Schalter, von denen lediglich das Vorzeichen der Hall-Spannung erfasst werden muss. Bei der Verwendung eines Hall-Widerstands als Magnetsensor kann das Signal binär ausgewertet werden, beispielsweise Widerstand/Spannung liegt über oder unter Schwellwert.
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Die Erfindung betrifft daher ein Abgleichverfahren zum Abgleich der Orientierung eines Magnetelements relativ zu einem Magnetsensor mit den Schritten: Vorsehen des Magnetelements und des Magnetsensors und Positionieren des Magnetelements und des Magnetsensors gemäß einer vorgegebenen Sollorientierung relativ zueinander. Die Sollorientierung kann eine Stellung wiedergeben, in der ein Schaltpunkt des Magnetsensors auftritt.
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Diese Sollorientierung wird für die spätere Montage und die Magnetisierung gespeichert, indem die relative Position, d.h. ein Versatz zwischen dem Magnetelement und dem Magnetsensor während der Positionierung gemäß der Sollorientierung erfasst wird. Die Sollorientierung kann durch die spätere Anwendungsumgebung vorgegeben sein. Beispielsweise können Körper, deren Position zu erfassen ist, in eine bestimmte Zielstellung gebracht werden, in der vom Magnetsensor ein Polwechsel erfasst werden soll, do dass diese Orientierung einem Schaltpunkt des Magnetsensors entspricht. Sind Magnetelement und Magnetsensor gemäß dieser Sollorientierung positioniert, und der sich ergebende Versatz zwischen Magnetelement und Magnetsensor erfasst. Hierbei werden Magnetelement und Magnetsensor nicht beide endgültig an ihrem späteren Einsatzort der Anwendungsumgebung befestigt, sondern zumindest das Magnetelement wird nur lösbar befestigt, um es zum Magnetisieren vom späteren Einsatzort zum Magnetisierungsort transferieren zu können.
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Das Magnetelement wird durch Vorsehen eines Magnetfelds magnetisiert, wodurch das Magnetelement dauerhaft mit einer Magnetisierungsstruktur versehen wird. Diese Magnetisierungsstruktur entspricht der Sollorientierung, und insbesondere dem Versatz. Die Sollorientierung kann hierbei die Position zweier beweglicher Körper sein, und der Versatz entspricht der Relativposition, die das Magnetelement aufgrund der Toleranzen relativ zum Magnetsensor einnimmt, wenn diese gemäß Sollorientierung zueinander positioniert sind. Die Sollorientierung kann eine Vorgabe sein, die auf einer bestimmten Stellung der zu erfassenden Körper basiert, oder kann eine beliebige Vorgabe sein, beispielsweise ein angenommener Mittenzustand oder eine Extremposition des Magnetelements bezogen auf den Magnetsensor.
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Nachdem das Magnetelement magnetisiert wurde, wird das Magnetelement (und gegebenenfalls auch der Magnetsensor) in der Anwendungsumgebung an ihrem Einsatzort dauerhaft befestigt. Beim Befestigen ist darauf zu achten, dass Magnetelement und Magnetsensor gemäß der anfänglichen Sollorientierung zueinander positioniert sind. Ist die Sollorientierung eine Relativposition zweier beweglicher Körper (deren Position später von dem Sensor ermittelt wird), dann ist das Magnetelement (und gegebenenfalls auch der Magnetsensor) dann zu befestigen, wenn diese beweglichen Körper in der Anwendungsumgebung ihre Sollorientierung zueinander einnehmen.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst das Positionieren einen Schritt des Vormontierens des Magnetelements auf einer Magnetelement-Befestigungsvorrichtung, wobei alternativ oder in Kombination hierzu auch der Magnetsensor auf einer Magnetsensor-Befestigungsvorrichtung vormontiert werden kann. Mit der Vormontage werden im Wesentlichen alle Befestigungs- und Führungselemente an das Magnetelement bzw. an den Magnetsensor angebracht, da diese eine zusätzliche Toleranz einführen würden, wenn sie nach dem Magnetisieren in das System eingebracht werden würden. Die Vormontage des Magnetsensors kann auch vorgesehen werden, indem dieser mit sämtlichen Befestigungsvorrichtungen und Führungen vollständig an seinem späteren Einsatzort verbaut wird. Gleichermaßen kann das Bauelement bereits mit allen Befestigungs- und Führungselementen ausgestattet sein, wobei jedoch das Magnetelement vorzugsweise nicht endgültig und unlösbar an dem Einsatzort verbaut wird, sondern lediglich mit einer lösbaren Verbindung dort angeordnet wird. Somit werden alle Bauteile der Positionserfassungsvorrichtung (einschließlich Magnetelement und Magnetsensor) so weit wie möglich am Einsatzort vormontiert, so dass alle Befestigungs- und Führungselemente bereits an ihrem Ort vorgesehen sind, wenn der Versatz erfasst wird.
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Jedoch müssen weder Magnetsensor noch Magnetelement notwendigerweise an ihrem späteren Einsatzort montiert werden, um den Versatz zu erfassen, da mit einfachen Mitteln (beispielsweise Anschläge oder Markierung) sichergestellt werden kann, dass bei der späteren Montage kein zusätzlicher Fehler bzw. keine zusätzliche Toleranz in das Positionsmesssystem eingebracht wird. Beispielsweise kann eine Sollorientierung verwendet werden, gemäß der die Befestigungsvorrichtung mit dem darauf befestigten Magnetelement und die Befestigungsvorrichtung mit dem darauf befestigten Magnetsensor zueinander angeordnet werden, beispielsweise mit Kanten oder anderen körperlichen Merkmalen oder Markierungen unmittelbar übereinander. Bei der Anordnung der Magnetisierungsstruktur wird darauf geachtet, dass diese (beliebige) Sollorientierung wiedergegeben wird, wobei beim späteren Montieren eben diese (beliebige) Sollorientierung wieder verwendet wird, um Magnetelement und Magnetsensor an ihrem späteren Einsatzort zu fixieren. Der spätere Einsatzort entspricht der Verwendungs-Endposition in der Anwendungsumgebung, wie beispielsweise mit einem Anschlag oder mit einer Markierung an den Elementen definiert ist, deren Position von Sensor und Magnetelement später erfasst werden soll. Insbesondere kann als Anschlag eine Aufnahme verwendet werden, in die ein Führungselement des Magnetelements oder des Magnetsensors bzw. der zugehörigen Befestigungsvorrichtungen eingreift. Insbesondere wird die Führungsvorrichtung als Zapfen vorgesehen, wobei dieser in ein entsprechendes Gegenstück, d.h. Sackloch oder Durchgangsloch der Anwendungsumgebung eingreift und dadurch an seine Verwendungs-Endposition gebracht wird.
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Der erfasste Versatz wird erfindungsgemäß beim Magnetisieren des Magnetelements wieder verwendet, bzw. von der Positionierung des Magnetelements zum Magnetsensor gemäß Sollorientierung zu dem Schritt des Magnetisierens transferiert. Dieser Versatz wird danach auch beim Montieren wieder verwendet, um die ursprüngliche Position wieder herstellen zu können. Der Versatz kann daher gemessen werden, beispielsweise mit einem Distanzmesser und beispielsweise in Form von Daten gespeichert werden. Diese gespeicherten Daten werden dann beim Magnetisieren und danach auch beim Montieren abgerufen und verwendet. Um beim Transfer des Magnetelements zwischen Positionieren, Magnetisieren und Montieren den Versatz nicht zu verlieren, kann dieser auch durch ein vordefiniertes räumliches Verhältnis vorgegeben werden, dass die Anordnung der Magnetisierungseinrichtung (und somit der Ort des magnetischen Flusses, der zur Magnetisierung verwendet wird) und der Sollorientierung vorgegeben ist. Dadurch lässt sich der Magnetisierungsschritt an einem anderen Ort durchführen als der Schritt des Positionierens, wobei jedoch das unveränderliche vordefinierte räumliche Verhältnis die Beibehaltung des Versatzes gewährleistet. Das vordefinierte räumliche Verhältnis zwischen Magnetisierungseinrichtung und Sollorientierung bzw. Anwendungsumgebung oder einem anderen Ort, an dem Magnetelement und Magnetsensor gemäß Sollorientierung relativ zueinander positioniert werden, ist erfindungsgemäß konstant zwischen den Schritten Positionieren, Magnetisieren und Montieren. Das vordefinierte räumliche Verhältnis entspricht beispielsweise dem Transfer des Magnetelements in einer ersten Richtung um einen ersten Abstand vom Ort des Positionierens zur Magnetisierungseinrichtung, und entspricht derselben Richtung, jedoch entgegengesetzt und demselben Abstand, gemäß dem das Magnetelement nach dem Magnetisieren zur ursprünglichen Sollorientierung zurück verbracht wird.
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Als weitere Möglichkeit, den Versatz während dem Positionieren, Magnetisieren und Montieren beizubehalten, ist die Verwendung einer Markierung, die anfänglich beim Positionieren an dem Magnetelement und insbesondere an dessen Befestigungselementen angebracht wird. Weist das Befestigungselement des Magnetelements bereits ein körperliches Merkmal auf, das als Markierung dienen kann (beispielsweise die Mitte eines Zapfens, eine Kante des Gehäuses oder des Führungselements o. ä.), so kann diese Markierung für das Positionieren, Magnetisieren und Montieren verwendet werden. Dies gilt in gleicher Weise für den Magnetsensor. Weist das Magnetelement bereits eine Markierung auf, so erhält der Magnetsensor bzw. das zugehörige Befestigungselement eine zugehörige Markierung, wenn Magnetelement und Magnetsensor in Sollorientierung zueinander sind, oder das Magnetelement erhält eine Markierung, wenn der Magnetsensor bereits ein als Markierung dienendes körperliches Merkmal aufweist, wobei die neu zu schaffende Markierung (d.h. auch immer Magnetelement oder Magnetsensor) vorzugsweise dem Merkmal bzw. der Markierung des komplementären Bauteils gegenüberliegt, wenn die Sollorientierung im Schritt des Positionierens eingenommen ist. Vorzugsweise erhält das Magnetelement bzw. das zugehörige Befestigungselement eine Markierung, um die Ausrichtung zu dem Magnetsensor in Sollorientierung für spätere Schritte zu speichern, wobei während dem Magnetisieren diese hinzugefügte Markierung an dem Magnetelement oder an der Befestigungsvorrichtung des Magnetelements zur Ausrichtung zwischen Magnetfeld und Magnetelement dient. In gleicher Weise wird diese Markierung wieder verwendet, wenn das Magnetelement montiert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfasst der Magnetsensor zumindest eine diskrete Position und umfasst einen Schalter, der beim Vorzeichenwechsel des Magnetfelds (Nord-/Südpol) schaltet. In diesem Fall wird die Verteilung des beim Magnetisieren verwendeten magnetischen Flusses derart vorgesehen, dass die Magnetisierungsstruktur einen Polübergang an einer vorbestimmten Stelle erzeugt, der bei einer bestimmten vorgegebenen Sollorientierung (Schaltpunkt) dem Magnetsensor gegenübersteht.
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Der Schritt des Magnetisierens umfasst vorzugsweise das Vorsehen der Magnetisierungsstruktur in Form mehrerer zueinander paralleler Längsverläufe, wobei jeder Längsverlauf mindestens einen Polübergang aufweist und mindestens zwei aller Polübergänge verschiedene Längsverläufe in Richtung der Längsverläufe zueinander versetzt sind. Es ergibt sich somit ein Polwechselmuster, bei dem der Polübergang der verschiedenen Längsverläufe zueinander in ihrer Höhe versetzt sind, wodurch sich ein wie oben beschriebener binärer Positionssensor ergibt. Die erfassten Codes bzw. die von der Magnetisierungsstruktur vorgegebenen Codes entsprechen jeweils einer Positionsangabe, wobei die Positionsangaben verschieden sind.
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Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird das Montieren nach dem Positionieren ausgeführt, das Positionieren umfasst hierbei das mittelbare Befestigen eines magnetisierbaren Magnetwerkstoffs (d.h. der Kern) des Magnetelements und das mittelbarer Befestigen des Magnetsensorhalbleiters (d.h. der Magnetsensorkem) des Magnetsensors. Das mittelbare Befestigen entspricht hierbei der gesamten durch die Anwendungsumgebung notwendigen Anordnung, inklusive Umgießen bzw. Umspritzen, Befestigen des umspritzten Magnetwerkstoffs oder Magnetsensor-Halbleiters an einer weiteren Befestigungshilfe, beispielsweise an einer Leiterplatte oder einer anderen Halterung, und gegebenenfalls Anbringen der so befestigten und mit Gehäuse versehenen Elemente (d.h. Magnetwerkstoff oder Magnetsensorhalbleiter) an einer Führungsvorrichtung. Um die Toleranzen durch die mittelbare Befestigung ausschließen zu können, muss der wirkende Magnetmaterialkern des Magnetelements und des Magnetsensors (Werkstoff bzw. Halbleiter) so weit wie möglich vormontiert sein, bevor die Paarung, d.h. die Positionierung und die Magnetisierung ausgeführt wird. Gegebenenfalls werden zudem Kapselungen, Führungen wie die Führung des Magneten oder des Sensors zur Vormontage verwendet, bevor die Positionierung und die Magnetisierung ausgeführt wird. Gegebenenfalls kann der Magnetsensor bereits über ein Element in der Anwendungsumgebung, d.h. am späteren Einsatzort befestigt werden, um die zugehörigen Befestigungselemente der Anwendungsumgebung in das Paaren einfließen zu lassen, wodurch die bestehenden Toleranzen der Befestigungselemente der Anwendungsumgebung ebenso dadurch ausgeklammert werden, dass die Befestigung mit diesen Elementen vor der Positionierung ausgeführt wird. Vorzugsweise verbleibt nach dem Positionieren und nach dem Magnetisieren lediglich ein einziger Befestigungsschritt, der mittels Markierungen oder durch Anschläge oder präzise Abstandsdaten keine nennenswerte Toleranz erzeugt. Durch diese Vorgehensweise kann nach dem Positionieren das Element entfernt werden, an einem entfernt gelegenen Magnetisierungsort gemäß Versatz und Sollorientierung magnetisiert werden und ohne wesentlichen Fehler oder Toleranzen in der Anwendungsumgebung endgültig montiert werden.
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Zur Ausführung des Abgleichverfahrens wird eine Abgleichvorrichtung vorgesehen, das Magnetelement und Magnetsensor gemäß Sollorientierung zueinander positioniert. Das Betätigungselement arbeitet gemäß einer Positionierungsvorgabe, welche die Sollorientierung wiedergibt. Eine Erfassungseinrichtung der Abgleichvorrichtung ist eingerichtet zum Erfassen des Versatzes und gegebenenfalls auch zur späteren Speicherung und erneuten Ausgabe des Versatzes beim Magnetisieren und gegebenenfalls auch beim Montieren. Die Abgleichvorrichtung umfasst ferner eine Magnetisierungseinrichtung, die das Magnetelement gemäß Sollorientierung und Versatz magnetisiert, entweder indem das Magnetelement entsprechend positioniert wird mittels Positionierungsmittel und das Magnetfeld feststeht, oder indem das Magnetfeld von der Magnetisierungseinrichtung derart gestaltet bzw. versetzt werden kann, dass die Magnetisierungseinrichtung das Magnetfeld zum Magnetelement gemäß Sollorientierung und Versatz ausrichtet.
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Bevorzugt umfasst die Erfassungseinrichtung einen Distanzmesser, der den Versatz zwischen Magnetelement und Magnetsensor erfasst. Dieser hat ein Signalausgang, der den Versatz in Form von Daten (numerische Werte) an die Magnetisierungseinrichtung übermittelt. Hierzu ist die Magnetisierungseinrichtung mit einem Eingang ausgestattet, der wiederum über eine Datenverbindung mit dem Distanzmesser verbunden ist. Alternativ kann die Erfassungseinrichtung einen Positionierungsmarkierer umfassen, der eine Orientierungskennung an dem Äußeren des Elements oder einem daran befestigten Element anbringen kann. Der Versatz wird in diesem Fall von dem Positionierungsmarkierer auf das Magnetelement geschrieben, wobei die Magnetisierungseinrichtung eben diese Markierung bzw. deren Position wieder erfassen kann bzw. das Magnetelement relativ zur Magnetisierungseinrichtung gemäß dieser Markierung ausgerichtet werden kann, so dass diese Ausrichtung die Sollorientierung und den Versatz wiedergibt. Die Position dieser Markierung wird vorzugsweise von der Magnetisierungseinrichtung erfasst durch ein entsprechendes Erfassungselement, wobei jedoch auch externe Vorrichtungen verwendet werden können, um die Position der Markierung zu erfassen und das Magnetelement direkt oder indirekt über die Abgleichvorrichtung gemäß Sollorientierung und Versatz auszurichten.
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Die Vorgabe für die Positionierung, d.h. die Information, gemäß der die Positionierungseinrichtung arbeitet, kann eine elektronische Vorgabe sein in Form eines Werts, der die Sollorientierung des Magnetelements wiedergibt, wobei die Positionierungseinrichtung einen Aktor umfasst, der den Magnetsensor (oder das Magnetfeld) entsprechend ausrichtet. Die Positionierungsvorgabe kann ebenso eine mechanische Vorgabe sein, beispielsweise in Form eines Anschlags oder eines Maßstabs bzw. einer körperlich ausgeformten Schablone, die die Sollorientierung wiedergibt. Die äußere Form, d.h. mindestens zwei Oberflächen dieser mechanischen Positionierungsvorgabe, dienen zur Orientierung des Magnetelements zum Magnetsensor während dem Positionieren gemäß der Sollorientierung. Beide Oberflächen sind in diesem Fall fest miteinander verbunden und werden vorzugsweise von einem Körper ausgebildet, der einteilig ausgeführt ist und beide Oberflächen ausbildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die Positionierungsmittel der Magnetisierungseinrichtung einen Aktor, der das Magnetelement relativ zur Magnetisierungseinrichtung (d.h. relativ zum magnetischen Fluss) positioniert. Alternativ umfassen die Positionierungsmittel einen Abstandshalter, der zwischen Magnetisierungseinrichtung und Anwendungsumgebung angeordnet ist. Durch diesen Abstandshalter wird die Strecke genau definiert, gemäß der das Magnetelement zunächst nach dem Positionieren zur Magnetisierungseinrichtung bewegt wird und entlang der, in dieser Richtung, nach dem Magnetisieren von der Magnetisierungseinrichtung bzw. von dem Magnetisierungsort zurück zur ursprünglichen Stelle der Anwendungsumgebung transferiert wird. Dieser Abstandshalter ermöglicht somit eine Magnetisierung außerhalb der Anwendungsumgebung bzw. außerhalb des Einsatzorts des Sensors- bzw. Magnetelements und stellt sicher, dass trotz der Bewegung die Sollorientierung und der erfasste Versatz im Wesentlichen ohne Anordnungsfehler bei Positionierung, Magnetisierung und Montage berücksichtigt werden können.
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Der Begriff Positionierungseinrichtung beschreibt eine Vorrichtung zum Positionieren des Magnetelements und des Magnetsensors gemäß der Sollorientierung im Schritt des Positionierens, wohingegen der Begriff Positionierungsmittel eine Vorrichtung betrifft, die das Magnetelement zum magnetischen Feld ausrichtet, das von der Positionierungseinrichtung erzeugt wird. Die Positionierungsmittel betreffen somit den Schritt des Magnetisierens (und der zugehörigen Anordnung des Magnetelements am Magnetisierungsort) und die Positionierungseinrichtung betrifft somit die Anordnung von Magnetelement und Magnetsensor gemäß Sollorientierung im Rahmen des Positionieru ngssch ritts.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen
- 1a, 1b Querschnitte des Magnetelements und des Magnetsensors;
- 2a-c Anordnungen des Magnetelements und des Magnetsensors gemäß dem erfindungsgemäßen Abgleichverfahren;
- 3 einen beispielhaften Magnetsensor;
- 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Abgleichvorrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der 1a ist ein erfindungsgemäßes Magnetelement 10 dargestellt mit Magnetwerkstoff 11, das in einem Kunststoffgehäuse 12 eingegossen ist. Das Kunststoffgehäuse 12 ist wiederum auf einer Befestigungsvorrichtung 13 befestigt, welche ein daran angeordnetes Führungselement 14 aufweist. Zur Bestimmung des Abstandes zwischen dem Magnetwerkstoff 11 (d.h. dem Kern des Magnetelements) und der Führungsvorrichtung 14, das zur Befestigung in der Anwendungsumgebung dient, müssen die Fertigungstoleranzen des Gehäuses 12, der Befestigungsvorrichtung 13 und der Führungsvorrichtung 14 berücksichtigt werden. Darüber hinaus müssen Toleranzen bei Befestigung berücksichtigt werden aufgrund des Eingießens des magnetischen Materials 11 im Gehäuse 12, aufgrund der Befestigung des Gehäuses 12 auf der Befestigungsvorrichtung 13 und aufgrund der Befestigung des Führungselements 14 an dem Befestigungselement 13. Es ist unmittelbar ersichtlich, dass diese Toleranzkette auch bei genauer Herstellung des Magnetelements 10 zu großen, sich aufsummierenden Gesamttoleranzen führt, wenn das Magnetelement von Anfang an einen definierten Polwechsel aufweist wie im Stand der Technik.
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In gleicher Weise zeigt 1b den Magnetsensor 20 mit einem Halbleiterchip 21, der auf einer Metallplatte 22 befestigt ist, welche wiederum auf einem Stanzgitter 23 befestigt ist. Der Halbleiterchip 21, die Metallplatte 22 und das Stanzgitter 23, welches auch die Kontakte ausbildet, sind eingegossen in einem Gehäuse 24. Das gesamte Gehäuse 24 ist über die elektrischen Kontakte des Stanzgitters 23 mit einer Leiterplatte 24' verbunden durch Lötverbindungen. Die Leiterplatte 24' ist auf einer Befestigungsvorrichtung 25 montiert, die wiederum in einer Halterung 26 befestigt ist. Die Halterung 26 dient zur Befestigung des Magnetsensors in der Anwendungsumgebung. Diese beispielhafte schematische Darstellung zeigt, dass sich bei Montageverfahren gemäß dem Stand der Technik eine wesentliche Toleranzkette ergibt, wie auch bei der Darstellung von 1a aufgrund von Herstellungs- und Fertigungstoleranzen sowie durch die zahlreichen Befestigungsschritte. Wird daher eine Außenkante der Halterung 26 verwendet, um daraus auf die exakte Position des Halbleiterchips 21 zu schließen, so ergeben sich auch bei hohen Herstellungs- und Befestigungsgenauigkeiten große Gesamttoleranzen.
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Die Erfindung erlaubt die Paarung, d.h. die Anordnung eines Magnetelements/Magnetsensor-Paars zueinander, ohne dass sich die Herstellungs- und Befestigungstoleranzen aufsummieren.
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In der 2a ist zunächst ein Magnetelement 110 (vergleichbar mit dem Magnetelement der 1a) und ein Magnetsensor 120 (vergleichbar mit dem Magnetsensor 20 der 1b) während des Schritts des Positionierens dargestellt. Hierbei werden äußerliche körperliche Merkmale des Magnetelements 120 und des Magnetsensors 110 gemäß einer Sollorientierung relativ zueinander orientiert. In dem in 2a dargestellten Fall dient die Mitte der Führungsvorrichtung 114 des Magnetelements 110 sowie eine Außenkante des Magnetsensors 120 der Orientierung. Der sich ergebene Fehler, der den Versatz zwischen magnetischem Material und Halbleiterelement des Sensors darstellt, ist als Versatz v in 2a dargestellt. Dieser Versatz gründet auf der sich aufsummierenden Gesamttoleranz der 1a und 1 b.
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Erfindungsgemäß wird diese Sollorientierung O vorgegeben. Alternativ können auch nicht vorgegebene Sollorientierungen verwendet werden, beispielsweise Sollorientierungen, die sich durch bevorzugte Anordnungen der Anwendungsumgebung (beispielsweise ein Schaltpunkt eines Getriebewahlhebels) ergeben, so dass die Sollorientierung O zwischengespeichert wird. Gleichzeitig wird der (nicht bekannte) Versatz v automatisch mit in Kauf genommen, wobei bei der späteren Magnetisierung durch die Anordnung gemäß der Orientierung O an äußeren Merkmalen des Magnetelements und des Magnetsensors dadurch kompensiert wird, dass die Magnetstruktur automatisch um v versetzt in das magnetische Material eingeprägt wird. Vorzugsweise wird die Orientierung O nicht als feste Strecke oder als fester Wert vorgegeben, sondern Teile bzw. Körper der Anwendungsumgebung werden in eine spezifische Position gebracht, beispielsweise ein gewünschter Schaltpunkt, woraufhin sich die Sollorientierung zwischen Magnetelement und Magnetsensor dadurch ergibt, in welcher Weise diese mit den jeweiligen Teilen verbunden sind und wie sich die bevorzugte Position der Anwendungsumgebung (Schaltpunkt) auf die relative Orientierung zwischen dem Magnetelement und dem Magnetsensor niederschlägt. Hierzu kann beispielsweise ein Anschlag oder eine Schablone verwendet werden, die die Anwendungsumgebung in die gewünschte Position bringt, beispielsweise wenn sich zwei Zapfen der Anwendungsumgebung (beispielsweise Getriebe) exakt gegenüber stehen sollen, wenn sich eine Polumkehr des Magnetelements exakt über dem Magnetsensor befindet. Im Allgemeinen ist daher die Orientierung O variabel und die Sollposition der Anwendungsumgebung wird vorgegeben.
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Nachdem die Sollorientierung O erfasst wurde, wird in 2b das Magnetelement 110 an einem Magnetisierungsort 130 magnetisiert, wobei an dem Magnetisierungsort 130 die Magnetisierungsstruktur B in Form eines magnetischen Feldes vorgesehen wird. Die Positionierung des Magnetelements zu dem Magnetisierungsort wird vorgesehen durch eine Orientierung O', die zwischen dem Magnetisierungsortende 30 und einem äußeren Merkmal des Magnetelements vorgesehen wird. Die Orientierung O' entspricht der Orientierung O bis auf einen konstanten Versatz, der durch den Aufbau der Magnetisierungsvorrichtung am Magnetisierungsort vordefiniert ist. O' entspricht somit bis auf eine Summationskonstante der Orientierung O. Erfindungsgemäß wird zur Orientierung das selbe Element des Magnetelements während des Magnetisierungsschritts verwendet, das auch während des Schritts des Positionierens verwendet wurde. In 2a, 2b dargestellten Fall ist dies das Führungselement 514 bzw. dessen Mitte das zunächst zur Positionierung und zur Erfassung des Versatzes in 2a verwendet wurde, und das auch in 2b zur Orientierung des Magnetelements 110 während dem Magnetisieren verwendet wird. Auf Grund der Verwendung des selben Merkmals lässt sich die gesamte Toleranzkette umgehen, die ansonsten auszugleichen wäre.
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In der 2c ist der darauf folgende Schritt des Montierens des Magnetelements 110 und des Sensors 120 dargestellt. Magnetelement 110 und Sensor 120 werden in der Anwendungsumgebung 140 angeordnet, das heißt in deren Endpositionen, die sie während des späteren Betriebs in der Anwendungsumgebung einnehmen. Beim Montieren wird der Magnetsensor 120 und das Magnetelement 110 gemäß der ursprünglichen Orientierung O zueinander ausgerichtet, wobei diese Orientierung der Orientierung von 2a entspricht. Demgemäß werden die selben körperlichen äußeren Merkmale des Magnetelements 110 und des Magnetsensors 120 während dem Montieren verwendet, wie sie auch beim Positionieren und Erfassen (vergleiche 2a) verwendet wurden. In den 2a und 2c sind dies die Mitte der Führungsvorrichtung 114 des Magnetelements und die (linke) Außenkante des Magnetsensors. Diese äußeren körperlichen Merkmale sind beliebig austauschbar, wobei vorzugsweise äußere körperliche Merkmale des Elements verwendet werden, mit dem das Magnetelement bzw. der Magnetsensor an der Anwendungsumgebung befestigt ist. Bei der Verwendung von Zwischenbefestigungselementen als Orientierungspunkte würden nicht alle Toleranzen der Gesamttoleranzkette ausgeschlossen werden. Daher wird in 2c (und auch in der 2a) die Führungsvorrichtung 114 zur Befestigung verwendet, wobei in 2c der Punkt 150 symbolisch den Befestigungsort darstellt, und der Magnetsensor 120 mittels der Halterung 126 an der Anwendungsumgebung 140 (beispielsweise ein Getriebe-Wahlhebel) befestigt wird. Der entsprechende Befestigungspunkt des Magnetsensors, Bezugszeichen 150', wird daher von einer unmittelbaren Verbindung zwischen Anwendungsumgebung 140 und äußerer Halterung 126 des Magnetsensors 120 vorgesehen. Die 2a-2c sind nur eine symbolische Darstellung der Anordnung gemäß dem erfindungsgemäßen Abgleichverfahren. Tatsächlich können deutlich komplexere Befestigungs- und Führungsvorrichtungen verwendet werden. Insbesondere wird die Führungsvorrichtung 114 an einer Seite des Magnetelements angebracht, die von dem Magnetsensor abgewandt ist.
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In 2c ist der für den Magnetsensor relevante Polumkehrpunkt 160 (d.h. der Punkt des Polwechsels) zur Mitte des Magnetmaterials des Magnetsensors um den Versatz v versetzt. Gleichzeitig liegt der Polübergang 160 exakt über der Mitte des Magnetsensors bzw. des Halbleiterchips des Magnetsensors. Im Vergleich mit 2a ist ersichtlich, dass der Versatz v sich durch die Verschiebung des Polübergangs 160 um den gleichen Betrag vollständig kompensiert wurde. Der Versatz v spiegelt somit sämtliche Fertigungstoleranzen wieder und kann in gewissen Grenzen veränderlich sein. Die Grenzen hängen von der Länge des magnetischen Materials des Magnetsensors 110 ab. Die Magnetisierungsrichtung, d.h. die Polart des magnetisierten Materials in 2c ist mit unterschiedlichen Schraffuren dargestellt. Die Darstellung ist lediglich symbolhaft, es sind beliebig weitere Ausgestaltungen denkbar, wobei jedoch der Polübergang an der Stelle 160 vorgesehen sein muss.
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Die 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetelements und insbesondere die Magnetisierungsstruktur in vier verschiedenen parallelen Längsverläufen 270a-d. Die Polarität der jeweiligen Bereiche ist durch die unterschiedlichen Schraffuren dargestellt. Es ist aus 3 ersichtlich, dass die Magnetisierungsstruktur pro Streifen mindestens zwei Polübergänge vorsieht, wobei die Strukturen der einzelnen Längsverläufe verschieden sind und insbesondere die Polübergänge zueinander versetzt sind. Mit der in 3 dargestellten Ausführung lassen sich Positionssensoren für diskrete Positionen erfassen, wobei die einzelnen Positionen einem zugehörigen binären Code zugeordnet sind. Jedes Bit dieses Codes entspricht einem Längsstreifen 270a-d. Die Richtungen R, R' stellen die Bewegungsrichtung des Magnetelements dar, der vorzugsweise auf einem Schlitten angeordnet ist, welcher an ein bewegliches Bauteil in der Anwendungsumgebung angeordnet ist. Die Position des Bauteils, das das Magnetelement mitnimmt wird somit durch den erfassten Code dargestellt. Die Erfassung wird vorgesehen durch ein mehrzelliges Sensorelement, d.h. mit einem Magnetsensor, der eine Anzahl an Sensoren aufweist, die der Anzahl der Längsstreifen entspricht.
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Der beispielhafte Punkt P1 entspricht dem Punkt eines Polübergangs für den Fall, dass das Magnetisierungselement der 3 zu seiner eigenen Mitte oder zu seinen eigenen Außenkanten hin ausgerichtet ist. Der Punkt P2 zeigt den erfindungsgemäß erlangten Polübergang, der den Versatz v berücksichtigt, welcher wiederum sämtliche Herstellungs- und Befestigungstoleranzen widerspiegelt. Zwischen den Punkten P1 und P2 ist somit ein Abstand, der dem Versatz v entspricht. Wie bereits bemerkt orientiert sich erfindungsgemäß die Magnetisierungsstruktur des Magnetelements nicht an geometrischen Merkmalen des Magnetelements selbst (beispielsweise dessen Mitte oder dessen Außenkante), sondern berücksichtigt Toleranzen sowohl des Magnetelements als auch des Magnetsensors, einschließlich weiterer Befestigungs- und Führungselementen und -vorrichtungen.
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Die 4 zeigt symbolhaft die erfindungsgemäße Abgleichrichtung mit einer Positionierungsvorrichtung 310, die gemäß der Sollorientierung O ein Magnetelement 10 zu einem Magnetsensor 20 anordnet. Die Abgleichvorrichtung von 4 umfasst ferner eine Erfassungseinrichtung 320, die den Versatz zwischen äußeren Merkmalen des Magnetelements 10 und des Magnetsensors 20 erfasst. Da die Positionierungseinrichtung gemäß einer Positionierungsvorgabe (nicht dargestellt) arbeitet, ist die Orientierung O variabel. Die Positionierungsvorgabe ergibt sich durch die Orientierung der Anwendungsumgebung und der darauf folgenden räumlichen Orientierung der daran (teilweise lösbar) befestigten Komponenten Magnetelement und Magnetsensor. Die Abgleichvorrichtung umfasst ferner eine Magnetisierungseinrichtung 330, die Positionierungsmittel 332 umfasst, welche das Magnetelement 10 innerhalb der Magnetisierungseinrichtung 330, gestrichelt dargestellt, platzieren. Das Positionierungsmittel 332 und die Positionierungseinrichtung 310 können vom gleichen Aktor 340 betrieben werden und gegebenenfalls von dem selben Greifer vorgesehen sein. Insbesondere das Betätigungselement 312 der Positionierungseinrichtung 310 wird von dem Aktor 340 betätigt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind Positionierungsmittel 332 und Positionierungseinrichtung 310, d.h. die Komponenten zur Positionierung während des Positionierungsschritts und des Magnetisierungsschritts unterschiedlich und über eine Datenverbindung gekoppelt, um den erfassten Versatz zu übertragen. Darüber hinaus kann die Erfassungseinrichtung 320 über eine Datenverbindung 350 mit der Magnetisierungseinrichtung 330 verbunden sein, so dass diese das Magnetelement (in 4 gestrichelt dargestellt) innerhalb der Magnetisierungseinrichtung 330 gemäß dem erfassten Versatz positionieren kann. Hierzu kann entweder die Magnetisierungseinrichtung 330 oder Teile hiervon bewegt werden, und/oder es können Einrichtungen vorgesehen sein, die das Magnetelement (in 4 in der gestrichelten Position) innerhalb der Magnetisierungseinrichtung 330 positioniert. Beispielsweise der Aktor 340 kann über eine Datenverbindung 360 mit der Erfassungseinrichtung 320 gekoppelt sein, um von dieser den erfassten Versatz zu empfangen und um demgemäß die Positionierungsmittel 332 anzusteuern, um das Magnetelement zur Magnetisierung relativ zur Magnetisierungseinrichtung 330 auszurichten.