DE102018200564A1

DE102018200564A1 - Gebermagnetanordnung und Verfahren zur Montage

Info

Publication number: DE102018200564A1
Application number: DE102018200564.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Weiss; Maximilian Scheufler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2018-01-15
Publication date: 2019-07-18
Also published as: US11867531B2; CN111602027A; US20200340835A1; WO2019137950A1

Abstract

Gebermagnetanordnung (1) auf einer Schaltschiene (9) mit einem Gebermagneten (4), welcher von einem Magnetträger (3) gehalten wird, und einem Kopplungsring (2), wobei der Kopplungsring (2) die Schaltschiene (9) umfasst und der Magnetträger (3) den Kopplungsring (2) verschließt, so dass der Kopplungsring (2) an der Schaltschiene (9) gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gebermagnetanordnung sowie eine entsprechende Wegsensoranordnung und ein zugehöriges Verfahren zur Montage entsprechend dem Oberbegriff aus den unabhängigen Ansprüchen.
Wegsensoren und dazugehörige Geberelemete werden in unterschiedlichen technischen Anwendungsbereichen eingesetzt. Ein typischer Anwendungsbereich findet sich bei Getrieben, bei denen die Zahnräder über Schaltgabeln geschaltet werden, die mit manuell, halbautomatisch oder automatisch betätigten, längs verschiebbaren Schaltschienen verbunden sind. Der mittels der Wegsensoranordnung erfasste Verschiebeweg einer Schaltschiene wird als Wegsignal in einer Funktionssteuerung weiterverarbeitet, beispielsweise um den Synchronisiervorgang in einem synchronisierten Schaltgetriebe zu optimieren.
Bei herkömmlichen Wegsensoranordnungen wird ein Sensor an einem ersten Bauteil und getrennt davon ein Geberelement an einem zweiten Bauteil montiert. Unter dem Begriff Sensor bzw. Sensorelement wird der Teil der Wegsensoranordnung verstanden, welcher den Weg des Geberelements erfasst und als Wegsignal an eine Steuerungseinheit weitergibt. Unter dem Begriff Geberelement wird der Teil der Wegsensoranordnung verstanden, der sich bei der Zustandsänderung mit bewegt und damit ein Wegsignal erzeugt, was vom Sensor erfasst bzw. gelesen werden kann. Anstatt Geberelement kann zum Beispiel auch der Begriff Signalgeber oder Signalgeberelement verwendet werden.
DE102005004489 A1 beschreibt eine Wegsensoranordnung mit einem Sensorschlitten, der z.B. auf einer Schaltschiene montiert ist. Das Sensorgehäuse und der Sensorschlitten bilden eine untrennbare, nach den Regeln eines präzisen Gerätebaus hergestellte Baueinheit, wobei der Sensorschlitten bei der Montage der Wegsensoranordnung mit demjenigen Bauteil, dessen Verschiebebewegung gemessen werden soll, mitnahmeverbunden wird. Damit soll die Montage vereinfacht und sicherer, sowie die Schnittstellen- und Luftspalttoleranzproblematik verringert werden. Der Sensorschlitten soll dabei stets verliersicher mit dem Sensorgehäuse verbunden bleiben. DE 10 2011 114 394 A1 beschreibt eine Befestigungsvorrichtung zum Befestigen eines Signalgeberelements, insbesondere eines Magneten, an einem in wenigstens einer Richtung bewegbaren Bauteil, dessen Relativposition zu einem Erfassungselement mittels eines Signalgeberelements erfassbar ist. Die Befestigungsvorrichtung umfasst wenigstens ein Federelement, ein Halteelement und eine Aufnahme aufweisendes Aufnahmeelement, in dessen Aufnahme das Signalgeberelement zumindest bereichsweise anzuordnen und mittels des Halteelements zu halten ist. Das Aufnahmeelement und das mit dem Aufnahmeelement verbindbare Haltelement sind mittels des Federelements an dem Bauteil zu halten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die Koppelung eines Signalgebers an einer Schaltschiene hinsichtlich Kosten und Aufwand weiter zu verbessern. Gleichzeitig soll die Montage einfach sein und einem Problem mit einem Luftspalt zwischen Sensorelement und Geberelement entgegengewirkt werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den diesen Ansprüchen jeweils nachgeordneten abhängigen Ansprüchen entnehmbar sind.
Es wird eine Gebermagnetanordnung auf einer Schaltschiene vorgeschlagen, mit einem Gebermagneten, welcher von einem Magnetträger gehalten wird, und einem Kopplungsring, wobei der Kopplungsring die Schaltschiene umfasst und der Magnetträger den Kopplungsring verschließt, so dass der Kopplungsring an der Schaltwelle gehalten wird.
Der Kopplungsring ist wie der Name bereits sagt ringförmig ausgebildet und umgreift bzw. umschließt die Schaltschiene annähernd komplett, bzw. zumindest soweit, dass sich der Kopplungsring eigenständig an der Schaltschiene halten kann. Der Ring ist an einer Seite offen, so dass er zur Montage gespreizt werden kann. Auf der offenen Seite des Kopplungsrings ist jeweils am Ende des Ringes eine Ausformung bzw. ein Vorsprung zur Verbindung des Kopplungsringes mit dem Magnetträger angebracht. Die Ausformungen erstrecken sich vom Kopplungsring radial nach außen. Jede Ausformung umfasst mindestens einen Haken oder auch Nase genannt, durch welche der Kopplungsring verriegelt werden kann. Der Magnetträger umschließt nach der Montage die beiden Ausformungen des Kopplungsringes, so dass die beiden Enden des Kopplungsringes und die beiden damit verbundenen Ausformungen sich nicht mehr voneinander weg bewegen können und sich der Kopplungsring damit nicht öffnen bzw. spreizen kann.
Der Magnetträger nimmt den Gebermagneten zumindest teilweise auf. Der Gebermagnet ist dabei auf einer zu einem Sensorelement ausgerichteten Seite des Magnetträgers angeordnet, welche der zur Schalschiene hin ausgerichteten Seite entgegensteht, und wird direkt vom Magnetträger gehalten. Bevorzugt wird der Magnetträger aus Kunststoffspritzguss gefertigt, wobei der Magnet direkt mit eingespritzt werden kann. Dabei kann der Magnet komplett oder nur teilweise umspritzt werden. Der Magnet wird damit zu einem Teil des Magnetträgers und kann als eine Baueinheit mit dem Magnetträger verbaut werden.
Der Magnetträger verriegelt wie beschrieben den Kupplungsring. Dies geschieht durch eine sogenannte Schnappverbindung. Der Magnetträger wird dabei über die zwei Nasen entlang der Seitenflächen der Vorsprünge des Kupplungsringes geschoben, wobei sich die Nasen mit dem Magnetträger verhaken, sobald der Magnetträger über sie hinweggeschoben wurde. Damit wird lediglich eine radiale, von der Schaltschiene hin- oder wegführende Bewegung des Magnetträgers geführt von den Seitenflächen der Vorsprünge des Kopplungsringes zugelassen, welche von radial au-βen von den Haltenasen und radial innen vom Kopplungsring begrenzt wird.
Der Kopplungsring und/oder der Magnetträger können bevorzugt aus Kunststoffspritzguss hergestellt werden.
Die Gebermagnetanordnung kann zusätzlich ein Federelement zum Sensortoleranzausgleich aufweisen. Das Federelement kann dabei radial zwischen Schaltschiene und Magnetträger angeordnet und als Druckfeder ausgeführt sein. Axial zur Schaltschiene ist das Federelement bevorzugt mittig im Magnetträger angeordnet bzw. quer zur Schaltschiene zwischen zwei Seiten des Magnetträgers und damit zwischen den beiden Enden sowie den Vorsprüngen des Kopplungsringes. Eine alternative Ausführung des Federelements wäre zum Beispiel mindestens ein Kunststoffelement, welches direkt am Magnetträger angebrachte bzw. angespritzt wurde und die Federkraft ausübt. Ein Federelement aus weiteren Materialien, welches aber zumindest teilweise mit dem Magnetträgermaterial umspritzt wäre und dadurch als ein Bauteil mit dem Magnetträger ausgeführt ist, ist ebenfalls denkbar. Durch die Nasen am Kopplungsring wird der Magnetträger gegen die Federkraft verriegelt.
Zu Montage einer Gebermagnetanordnung wird der Kopplungsring durch eine Spreizung des Ringes auf die Schaltschiene geschoben. Der Kopplungsring wird solange verschoben, bis ein innerer Radius bzw. eine innere Ausformung des Kopplungsringes in einer entsprechend ausgebildeten Nut oder Ausnehmung auf der Schaltschiene einrastet und die Spreizung des Kopplungsringes damit ganz oder zumindest teilweise aufgehoben wird.
Im Falle eines separat ausgeführten Federelements wird zur Montage des Magnetträgers und des Federelements das Federelement auf der dem Geberelement abgewandten Seite in den Magnetträger eingelegt. Dies geschieht in einer Ausnehmung mittig im Geberelement unterhalb des Gebermagneten, wo das Federelement von der Magnetkraft des Gebermagneten in seiner Position gehalten wird und anschließend mit dem Magnetträger zusammen als eine Baueinheit verbaut wird. Es könnten alternativ weiter Haltenasen am Magnetträger angeordnet sein, welche das Federelement im Magnetträger halten. Im Falle eines Federelements ausgeführt als ein oder mehrere ausgeformte Kunststoffelemente, welche Teil des Magnetträgers sind, entfällt ein Halten des Federelements am Magnetträger. Der Magnetträger und das Federelement sind einstückig ausgeführt und können zusammen als Baueinheit montiert werden. Die Baueinheit aus Magnetträger und Federelement wird auf den Kopplungsring entgegen der Federkraft aufgesteckt und der Kopplungsring durch eine Schnappverbindung mit den Nasen des Kopplungsringes verriegelt.
Die Gebermagnetanordnung stützt sich nach dem kompletten Einbau radial am Sensorelement ab und axial über die Nut auf der Schaltschiene.
Die erfindungsgemäßen Ausführungen sind nachfolgend anhand von Figuren weiter beschrieben und genauer erläutert:

1: erfindungsgemäßer Aufbau einer Gebermagnetanordnung
2: erste Schnittansicht durch montierte Gebermagnetanordnung
3: Verriegelung des Kopplungsringes mit Magnetträger
4: zweite Schnittansicht durch montierte Gebermagnetanordnung
5: Gesamtaufbau Wegsensoranordnung mit erfindungsgemäßer Gebermagnetanordnung

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Aufbau einer Gebermagnetanordnung 1. Die Gebermagnetanordnung 1 umfasst einen Kopplungsring 2, welcher die Gebermagnetanordnung 1 mit einer entsprechenden Schaltschiene 9 koppelt, einen Magnetträger 3, welcher einen Gebermagneten 4 auf einer einem Sensorelement 11 zugewandten bzw. von der Schaltschiene 9 abgewandten Seite aufnimmt. Der Gebermagnet 4 kann dabei vollständig oder nur teilweise vom Material des Magnetträgers 3 umgeben sein und wird vom Magnetträger 3 direkt oder indirekt gehalten. Der Kopplungsring 2 ist an einer Stelle offen, so dass er zur Montage auf einer Schaltschiene 9 gespreizt werden kann. An jedem Ende des Kopplungsringes 2 zur Öffnung hin, ist eine Ausformung 5 ausgebildet, über welche der Magnetträger 3 geschoben wird und den Kopplungsring 2 damit verschlossen hält. Eine Spreizung des Kopplungsringes 2 ist bei montiertem Magnetträger 3 nicht mehr möglich. Die Vorsprünge 5 des Kopplungsringes 2 haben jeweils zumindest eine Nase 6, über welche der Magnetträger 3 geschoben wird und durch welche eine Schnappverbindung den Magnetträger 3 daran gehindert wird, wieder über die Ausformungen 5 vom Kopplungsring 2 abzurutschen. Der Magnetträger 3 wird damit von den Nasen 6 daran gehindert den Kopplungsring 2 wieder frei zu geben, wobei eine radiale Bewegung, eine Bewegung von der Schaltschiene 9 weg nach außen oder nach innen zur Schaltschiene 9 hin, geführt von den Ausformungen 5 erlaubt und möglich ist. Um Toleranzen, sowie Durchbiegungen der Schaltschiene 9 im Endanschlag auszugleichen, wird der Magnetträger 3 über ein Federelement 7 gegen das hier nicht abgebildete Sensorelement 11 gedrückt. Gleichzeitig hat das Federelement 7 eine Auswirkung auf die Montage der Gebermagnetanordnung 1. Über die Reibkraft an der Lagerseite der Schaltschiene 9 wird der Magnetträger 3 in Umfangsrichtung in Position gehalten, um die verdeckte Montage des Sensorelements 11 nach einer Vorpositionierung zu ermöglichen. An der Innenseite des Kopplungsringes 2 ist eine Innenausformung 8 vorhanden, welche in einer entsprechenden Nut oder Ausnehmung 14 auf der Schaltschiene 9 einrasten kann und damit die axiale Position des Kopplungsringes 2 auf der Schaltschiene 9 formschlüssig hält. Der Magnetträger 3 weist im Bereich des Gebermagneten 4 zwei Laschen 12 auf, welche zur Anlage an einem zugehörigen Sensorelement 11 dienen und zur radialen Abstützung in Umfangsrichtung gedacht sind.
2 zeigt eine erste Schnittansicht durch eine montierte Gebermagnetanordnung 1. Dabei ist der Kopplungsring 2 auf der Schaltschiene 9 montiert und wird axial durch die formschlüssige Verbindung der Innenausformung 8 des Kopplungsringes 2 und der Nut 14 auf der Schaltschiene 9 gehalten. Der Magnetträger 3 ist auf dem Kopplungsring 2 montiert und beinhaltet den Gebermagneten 4, wobei der Magnetträger radial zur Schaltschiene 9 verschiebbar gelagert ist und durch das Federelement 7 in Richtung eines hier nicht dargestellten Sensorelements 11 gedrückt wird.
3 zeigt im Detail die Verriegelung des Kopplungsringes 2 mit Magnetträger 3. Der Magnetträger 3 ist wiederum auf dem Kopplungsring 2 montiert und wird von den Nasen 6 auf dem Kopplungsring 2 gehalten. Gleichzeitig ist der Magnetträger 3 aber wie bereits beschrieben axial zur Schaltschiene 9 auf einer Achse beweglich verschiebbar. Dies ist in 3 mit Hilfe eines Pfeiles für die Bewegungsrichtungen 10 abgebildet. Ein Federelement 7, eine Druckfeder, drückt dabei den Magnetträger 3 von der Schaltschiene 9 weg und damit gegen das Sensorelement 11, welches in 4 abgebildet ist. Damit wird für einen optimalen Kontakt des Magnetträgers 3, bzw. des Gebermagneten 4 zum Sensorelement 11 gesorgt.
4 zeigt eine zweite Schnittansicht durch die montierte Gebermagnetanordnung1 in der Gesamtansicht der Wegsensoranordnung 13. Das Sensorelement 11 liegt dabei am Gebermagnet 4 und/oder am Magnetträger 3 an, je nachdem, ob der Gebermagnet 4 vollumfänglich vom Magnetträger 3 umschlossen ist oder nur teilweise. In der hier dargestellten Form ist der Gebermagnet 4 nur teilweise vom Magnetträger 3 umschlossen, somit liegt das Sensorelement 11 am Gebermagneten 4 und am Magnetträger 3 an. Die Verdrehungen der Schaltschiene 9 werden zwischen dem Kopplungsring 2 und der Schaltschiene 9 ausgeglichen. Die Abstützung des Kopplungsringes 2 in Umfangsrichtung erfolgt an den Laschen 12 des Magnetträgers 3 zum Sensorelement 11.
5 zeigt eine Wegsensoranordnung 13 mit erfindungsgemäßer Gebermagnetanordnung 1 im Einbau. Der Kopplungsring 2 umfasst die Schaltschiene 9. Der Magnetträger 3 umfasst den Gebermagneten 4 und verschließt den Kopplungsring 2. Gleichzeitig dienen die Laschen 12 des Magnetträgers 3 zur Anlage am Sensorelement 11. Der Magnetträger 3 ist dabei beweglich verschiebbar auf den Ausformungen 5 des Kopplungsringes 2, wobei eine Federkraft des Federelements 7 den magnetträger 3 in Richtung der Nasen 6 des Kopplungsringes 2 und damit, in montiertem Zustand, in Richtung des Sensorelements 11 drückt.
Bezugszeichenliste

1: Gebermagnetanordnung
2: Kopplungsring
3: Magnetträger
4: Gebermagnet
5: Ausformung
6: Nase
7: Federelement
8: Innenausformung
9: Schaltschiene
10: Bewegungsrichtung
11: Sensorelement
12: Laschen des Magnetträgers
13: Wegsensoranordnung
14: Nut/Ausnehmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005004489 A1 [0004]
DE 102011114394 A1 [0004]

Claims

Gebermagnetanordnung (1) auf einer Schaltschiene (9) mit einem Gebermagneten (4), welcher von einem Magnetträger (3) gehalten wird, und einem Kopplungsring (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsring (2) die Schaltschiene (9) umfasst und der Magnetträger (3) den Kopplungsring (2) verschließt, so dass der Kopplungsring (2) an der Schaltschiene (9) gehalten wird.
Gebermagnetanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetträger (3) den Gebermagneten (4) zumindest teilweise aufnimmt.
Gebermagnetanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetträger (3) den Kupplungsring (2) verriegelt, durch eine Schnappverbindung.
Gebermagnetanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsring (2) und/oder der Magnetträger (3) aus Kunststoffspritzguss hergestellt sind.
Gebermagnetanordnung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gebermagnet (4) komplett umspritzt im Magnetträger (3) angeordnet ist.
Gebermagnetanordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebermagnetanordnung (1) ein Federelement (7) zum Sensortoleranzausgleich aufweist.
Gebermagnetanordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7) radial zwischen Schaltschiene (9) und Magnetträger (3) angeordnet ist.
Gebermagnetanordnung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (7) mittig im Magnetträger (3) angeordnet ist.
Wegsensoranordnung (13) mit einer Gebermagnetanordnung (1) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 8 und einem Sensorelement (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Gebermagnetanordnung (1) sich radial, in Umfangsrichtung der Schaltschiene (9) am Sensorelement (11) abstützt.
Wegsensoranordnung (13) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebermagnetanordnung (1) sich axial über eine Nut oder Ausnehmung an der Schaltschiene (9) abstützt.
Verfahren zur Montage einer Gebermagnetanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsring (2) über eine Spreizung des Kopplungsringes (2) auf die Schaltschiene (9) geschoben wird.
Verfahren zur Montage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsring (2) solange auf der Schaltschiene (9) verschoben wird, bis ein innerer Radius bzw. eine innere Ausformung (8) des Kopplungsringes (2) in einer entsprechenden Nut oder Ausnehmung auf der Schaltschiene (9) einrastet und die Spreizung des Kopplungsringes (2) damit zumindest teilweise aufgehoben wird.
Verfahren zur Montage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Montage des Magnetträgers (3) und des Federelements (7) das Federelement (7) in den Magnetträger (3) eingelegt wird, wo es von einer Magnetkraft in seiner Position gehalten wird und anschließend mit dem Magnetträger (3) zusammen als Baueinheit verbaut wird.
Verfahren zur Montage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Montage des Magnetträgers (3) und des Federelements (7) das Federelement (7) in den Magnetträger (3) eingelegt wird, wo es von mindestens einer weiteren Haltenase in seiner Position gehalten wird und anschließend mit dem Magnetträger (3) zusammen als Baueinheit verbaut wird.
Verfahren zur Montage nach Anspruch 11, 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit aus Magnetträger (3) und Federelement (7) auf den Kopplungsring (2) entgegen einer Federkraft des Federelements (7) aufgesteckt wird und den Kopplungsring (2) durch eine Schnappverbindung verriegelt.