DE19944203A1 - Vorrichtung zum Erfassen einer Stellung eines Stellelements - Google Patents
Vorrichtung zum Erfassen einer Stellung eines StellelementsInfo
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Erfassen einer Stellung eines Stellelements (11, 12) mit mindestens einem Signalgeber (15 bis 19, 21 bis 25, 27 bis 31), der mit einem in einer Stellrichtung (7) langgestreckten Sensor (13, 14) zusammenwirkt, der als Bezugspunkt dient und ein Signal erzeugt, das der Stellung des Signalgebers (15 bis 19, 21 bis 25, 27 bis 31) bezogen auf die Stellrichtung entspricht. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß das Stellelement (11, 12) in zwei Stellrichtungen (7, 8 bzw. 9) verstellbar ist, der Sensor (13, 14) in einer ersten Stellrichtung (7) ausgerichtet ist und seine Länge mindestens dem maximalen Stellweg (6) in dieser Stellrichtung (7, 8 bzw. 9) entspricht, wobei mehrere Signalgeber (15 bis 19, 21 bis 25, 27 bis 31) in einer zweiten Stellrichtung (8, 9) versetzt zueinander angeordnet sind und so definierte Lagen einnehmen, daß jeweils nur ein Signalgeber (15 bis 19, 21 bis 25, 27 bis 31) gleichzeitig mit dem Sensor (13, 14) zusammenwirkt und ein für seine Lage in der zweiten Stellrichtung (8, 9) spezifisches Signal erzeugt. Somit kann mit wenig Aufwand in einem kleinen Bauraum mit einem einzigen Sensor die Stellung des Stellelements in zwei Stellrichtungen erfaßt werden.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen
einer Stellung eines Stellelements nach dem Oberbegriff von
Anspruch 1.
Verfahren und Vorrichtungen zum Erfassen der Bewegun
gen von Wellen sind vielfältig bekannt und insbesondere in
der Kraftfahrzeugtechnik für Steuerzwecke notwendig. So ist
es z. B. üblich, die Drehzahl und die Drehrichtung eines
Drehantriebs mittels zweier um 90° versetzt zueinander an
geordneter Hallsensoren zu ermitteln. Dazu wird zentrisch
auf der Drehantriebsachse ein mit dieser drehfest verbunde
ner Ringmagnet angeordnet. Bei Rotation des Ringmagneten
werden die beiden seitlich des Ringmagneten angeordneten
Hallsensoren jeweils von einem veränderlichen Magnetfeld
durchsetzt. Die an den beiden Sensoren auftretenden Magnet
feldänderungen werden in zueinander versetzte binäre Im
pulsfolgen umgesetzt. Die Drehzahl kann durch Zählen der
Impulsanzahl pro Zeiteinheit und die Drehrichtung des Dreh
antriebs durch Vergleich der beiden Impulsfolgen bestimmt
werden.
Aus der DE 40 38 284 A1 ist ein Verfahren zum Erfassen
der Position und der Bewegungsrichtung translatorisch oder
rotatorisch bewegter Teile eines Aggregats bekannt. Aus
einem Drehantrieb des Aggregates werden Zählimpulse in
drehrichtungscodierten Impulsfolgen oder Zählimpulse mit
drehrichtungscodierter Form abgeleitet. Dazu ist eine mit
dem Drehantrieb verbundene Scheibe vorgesehen, auf der ein
Ring aus einer vorbestimmten Anzahl in Folgen angeordneter
Marken ausgebildet ist. Neben der Scheibe befindet sich im
Bereich des Rings ein auf diese Marken ansprechendes Hall
element.
Die DE 42 43 549 A1 beschreibt ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Erfassen der Drehzahl und der Drehrichtung
eines Drehantriebs, insbesondere für Fensterheber und
Schiebedächer für Kraftfahrzeuge, unter Verwendung eines
mit dem Drehantrieb drehfest verbundenen signalgebenden
oder signalverändernden Elements, eines Sensors sowie einer
elektronischen Auswerteeinheit, wobei bei Rotation des si
gnalgebenden oder signalverändernden Elements ein periodi
sches, drehrichtungscodiertes Signal entsteht, das vom Sen
sor erfaßt und der elektronischen Auswerteeinheit zugeführt
wird. Das periodische, drehrichtungscodierte Signal weist
mindestens einen Extremwert auf. Bei Annäherung von unter
schiedlichen Seiten an den Extremwert liegen unterschied
lich ansteigende bzw. abfallende Signalamplituden vor
und/oder sind die Extremwerte bezüglich einer 360° Periode
ungleichmäßig verteilt, mit mindestens einer Teilung, die
ungleich dem Verhältnis von 360° zu der Anzahl der Extrem
werte ist. Das signalgebende Element weist mindestens einen
Permanentmagneten auf, der bei Rotation ein drehrich
tungscodiertes Magnetfeld am Sensor erzeugt.
Schließlich beschreibt die DE 196 53 785 A1 eine Aus
rückvorrichtung für eine hydraulisch betätigte Reibungs
kupplung. Diese umfaßt ein Gehäuse, in dem auf einer Füh
rungshülse ein Ringkolben axial verschiebbar geführt ist.
Der Ringkolben wirkt über ein Ausrücklager auf einen Aus
rückhebel der Reibungskupplung. Die Ausrückvorrichtung um
faßt ein Sensorsystem zur Stellwegerfassung des Ringkol
bens, das aus einem stirnseitig am Gehäuse angeordneten
kreisringförmigen Hallsensor besteht, der mit einem den
Ringkolben umschließenden Impulsgeber zusammenwirkt.
Bei Schaltgetrieben in Kraftfahrzeugen, die mit Zug
kraftunterbrechung geschaltet werden, besteht oftmals der
Wunsch, über elektrische Signale den Schaltzustand des Ge
triebes zu ermitteln und dies auch, wenn das Fahrzeug steht
oder das Getriebe momentan nicht geschaltet wird. Mit der
artigen Informationen lassen sich Strategien für das An
triebsstrangmanagement festlegen, Synchronisationsabläufe
steuern und Schaltungen automatisieren.
Das zentrale Schaltelement in einem solchen Schaltge
triebe ist die Hauptschaltwelle, die sowohl verdreht als
auch axial verschoben wird, d. h. die eine rotatorische und
eine translatorische Stellbewegung ausführt. Das Erfassen
von Verdrehung und Verschiebung liefert als Ergebnis eine
exakte Aussage über den Getriebezustand. Wünschenswerte und
auswertbare Informationen sind dabei die Bezeichnung des
eingelegten Gangs und eine Aussage über den Kraftschluß
(neutral, Synchronphase, eingelegter Gang). Bei mechani
schen Handschaltgetrieben kann aus der Stellung des Hand
schalthebels auf die Schaltsituation im Getriebe geschlos
sen werden. Werden hydraulische oder elektrische Schaltmit
tel verwendet, ist dies nur bedingt möglich und zuverläs
sig, insbesondere wenn die Schaltung durch eine Steuerein
heit automatisch durchgeführt wird.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die zu messenden Grö
ßen, Weg und Winkel, voneinander zu entkoppeln und durch
zwei unabhängige Sensoren zu erfassen. Dieses können zwei
Wegsensoren oder auch zwei Winkelsensoren sein oder aber
eine Kombination aus Wegsensor und Winkelsensor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor
richtung zum Erfassen einer Stellung eines Stellelements
insbesondere der Hauptschaltwelle eines Schaltgetriebes zu
schaffen, die zuverlässig im Einsatz, preisgünstig in der
Herstellung und äußerst raumsparend ist. Sie wird gemäß der
Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weite
re Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach der Erfindung ist das Stellelement in zwei Stell
richtungen verstellbar und der Sensor in einer ersten
Stellrichtung ausgerichtet. Seine Länge entspricht minde
stens dem maximalen Stellweg in dieser Steilrichtung. Fer
ner sind mehrere Signalgeber in einer zweiten Stellrichtung
versetzt zueinander angeordnet und nehmen so definierte
Lagen ein, daß jeweils nur ein Signalgeber gleichzeitig mit
dem Sensor zusammenwirkt und ein für seine Lage in der
zweiten Stellrichtung spezifisches Signal erzeugt. Die er
ste und zweite Stellrichtung können translatorischen oder
rotatorischen Stellbewegungen entsprechen. Im Falle einer
Schaltwelle als Stellelement wird in der Regel die Drehbe
wegung um eine Drehachse zur Wahl einer Schaltgasse be
nutzt, während eine translatorische Verstellung in Richtung
der Drehachse zum Schalten der einzelnen Gänge genutzt
wird. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, durch die
translatorische Bewegung die Gassen zu wählen, während
durch die Rotationsbewegung die einzelnen Gänge geschaltet
werden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nur ein Sen
sor erforderlich, der zusammen mit Signalgebern, die sich
durch ihre Lage zum Sensor, durch die Art und/oder Stärke
ihrer Signale unterscheiden, und somit in Verbindung mit
dem Sensor spezifische Sensorsignale erzeugen, die von ei
ner elektronischen Auswerteeinheit bezüglich der Lage der
Signalgeber am Stellelement sowie deren relative Lage zum
Sensor ausgewertet werden.
Dadurch kann mit einem einzigen Sensor die Stellung
des Stellelements, z. B. die Position der Hauptschaltwelle
in einem Stufengetriebe in zwei Stellrichtungen ermittelt
werden. Der erforderliche Aufwand und Bauraum sind sehr
klein.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung beträgt der
Meßbereich des Sensors ein Vielfaches des maximalen Stell
wegs in der ersten Stellrichtung, wobei das Vielfache der
Anzahl der Signalgeber entspricht. Der Meßbereich ist in
entsprechend viele Bereiche aufgeteilt, wobei jedem Bereich
ein Signalgeber zugeordnet ist, der mit dem Sensor ein Sig
nal erzeugt, das der Stellung des jeweiligen Signalgebers
in der ersten Stellrichtung kennzeichnet. Da die Signalge
ber in der zweiten Stellrichtung versetzt zueinander ange
ordnet sind und immer nur ein Signalgeber gleichzeitig mit
dem Sensor zusammenwirkt, kann aus dem Sensorsignal eindeu
tig sowohl auf die Lage des Signalgebers und damit des
Stellelements in der ersten Stellrichtung als auch auf die
Lage des Stellelements in der zweiten Stellrichtung ge
schlossen werden. In dieser Ausgestaltung können die Sig
nalgeber der einzelnen Bereiche in vorteilhafter Weise ein
ander gleich sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird
vorgeschlagen, daß die Signalgeber entsprechend ihrer Lage
in der zweiten Stellrichtung unterschiedlich ausgebildet
sind und entsprechend unterschiedliche Signale am Sensor
erzeugen. Hierbei ist es nicht erforderlich, daß der Meßbe
reich des Sensors ein Vielfaches des maximalen Stellwegs
beträgt. Die Vorrichtung und insbesondere der Sensor bauen
kürzer, da durch die Unterschiede der Signalgeber eindeutig
ihre Lage in der zweiten Stellrichtung erkannt werden kann.
Allerdings können auch beide Ausgestaltungen der Erfindung
miteinander kombiniert werden, um die Signalabstände zu
vergrößern.
Die Signalgeber können sich in verschiedener Weise un
tereinander unterscheiden, z. B. in ihrer Erstreckung in
Richtung der ersten Stellrichtung, in der Art ihres Signals
in Bezug auf die Frequenz und Wellenlänge und in der Stärke
ihres Signals, die u. a. durch den Wirkabstand zwischen dem
Signalgeber und dem Sensor variiert werden kann, indem die
Signalgeber z. B. einen unterschiedlichen Abstand zur Dreh
achse aufweisen.
Als Sensor eignet sich ein in der Nähe des Stellele
ments, z. B. der Schaltwelle, angeordneter linearer indukti
ver berührungsloser Wegsensor, der von mindestens einem mit
der Schaltwelle verbundenen Permanentmagneten als Signalge
ber angesteuert wird. Ein derartiger Sensor, der von einem
Dauermagneten ansteuerbar ist, wird bereits von der Firma
Siemens unter der Bezeichnung PLCD-Wegsensor angeboten,
wobei der Sensor im wesentlichen aus einem speziellen nicht
magnetischen Kern besteht, der auf seiner gesamten Länge
von einer Spule umwickelt ist und an den Enden je eine wei
tere kurze Spule trägt. Ein an den Sensor angenäherter Dau
ermagnet führt zu einer lokalen magnetischen Sättigung des
Kerns, wobei die Position dieses gesättigten Bereiches ent
lang der Sensorachse durch das Spulensystem an den Enden
des weichmagnetischen Kerns ermittelt werden kann. Ein die
sem Sensor zugeordnetes Elektronikmodul erzeugt eine geeig
nete Betriebsfrequenz und verarbeitet die Sensorsignale
durch phasenempfindliche Gleichrichtung, wobei am Ausgang
ein linear vom Ort des Dauermagneten abhängiger Strom zur
Verfügung steht, der eine Funktion des Verhältnisses der
von den beiden Spulen abgegebenen Spannungen ist. Dieses
Verhältnis entspricht der Lage des Dauermagneten innerhalb
des durch die Längsabmessung des Sensors bestimmten Meßbe
reichs, nämlich in der ersten Stellrichtung.
Erfindungsgemäß kann die Stellung der Hauptschaltwelle
in einem Schaltgetriebe zum Ermitteln der jeweiligen
Schaltgasse und des eingelegten Gangs dadurch erfolgen, daß
entweder die Schaltwelle in axialer Richtung in mehrere
lineare Abschnitte unterteilt ist, wobei auf der Außenseite
der Schaltwelle mehrere Permanentmagnete angeordnet sind,
die sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung
zueinander versetzt sind, oder dadurch, daß auf der Außen
seite der Schaltwelle mehrere Permanentmagnete unterschied
licher Abmessungen in demselben axialen Bereich angeordnet
sind, die in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind und
somit unterschiedliche Drehwinkelbereiche abdecken und
kennzeichnen, wobei in beiden Fällen die Permanentmagnete
mit einem ihnen zugeordneten oben beschriebenen linearen
induktiven berührungslosen Sensor zusammenwirken.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist
der Sensor ein Strahlungssensor und die Signalgeber sind
Strahlungsquellen und/oder Strahlungsreflektoren. Als Sen
soren eignen sich z. B. optische Wegsensoren wie CCD-Zeilen
sensoren. Mit diesen Sensoren kann sowohl die Lage der an
geregten Zelle als auch die Breite des angeregten Bereichs
ausgelesen werden. Als Signalgeber sind lichtaussendende
Bauelemente in Betracht zu ziehen, die sichtbares oder un
sichtbares Licht aussenden, wie z. B. LED-Bauelemente oder
Laserbauelemente. Die Strahlen können sich hinsichtlich
ihrer Frequenz und Wellenlänge unterscheiden. Es ist mög
lich, für jeden Signalgeber eine separate Strahlungsquelle
zu verwenden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch in
vorteilhafter Weise nur eine Strahlungsquelle vorgesehen,
die parallel zum Sensor angeordnet ist und mit Reflektoren
auf dem Stellelement zusammenwirkt, die als Signalgeber
dienen. Die Reflektoren reflektieren die von der Strah
lungsquelle ausgesandten Strahlen entsprechend der Stellung
des Stellelements auf den Sensor und erzeugen somit ent
sprechende Sensorsignale. Für Schaltzwecke in Schaltgetrie
ben ist es sinnvoll, die Signalgeber in der zweiten Stell
richtung entsprechend den Schaltgassen gestuft anzuordnen,
um eindeutige Schaltpositionen besser erfassen zu können.
Dabei hängt die Stufung von der Erstreckung der Signalgeber
in der zweiten Stellrichtung ab. Um eine feinere Abstufung
zu erhalten, kann es zweckmäßig sein, daß sich Signalgeber,
die in der ersten Stellrichtung versetzt zueinander ange
ordnet sind, in der zweiten Stellrichtung teilweise über
lappen. Die Überlappungsbereiche können dann als zusätzli
che Positionsbereiche identifiziert werden.
Unterscheiden sich die einzelnen Signalgeber unterein
ander, kann es zweckmäßig sein, daß die Unterschiede in der
zweiten Stellrichtung stufenlos ineinander übergehen, so
daß die Positionen in der zweiten Stellrichtung des Stelle
lements stufenlos erfaßt werden können.
Werden zwei Steilpositionen nacheinander erfaßt, kann
aus der Differenz im Ergebnis der Stellweg ermittelt wer
den. Unter Berücksichtigung der Zeit kann durch Differen
zierung des Stellwegs nach der Zeit die Stellgeschwindig
keit, die Stellbeschleunigung usw. errechnet werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeich
nungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbei
spiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die
Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der
Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln
betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusam
menfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild eines Stufengetriebes,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Dauer
magneten als Signalgeber,
Fig. 3 eine Ansicht einer Vorrichtung nach Fig. 2
in Längsrichtung,
Fig. 4 eine Variante zu Fig. 2,
Fig. 5 eine Ansicht einer Vorrichtung nach Fig. 4
in Längsrichtung,
Fig. 6 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Strah
lungsquellen als Signalgeber,
Fig. 7 eine Ansicht einer Vorrichtung nach Fig. 6
in Längsrichtung,
Fig. 8 eine Variante zu Fig. 6,
Fig. 9 eine Ansicht einer Vorrichtung nach Fig. 8
in Längsrichtung,
Fig. 10 eine Variante zu Fig. 8,
Fig. 11 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Re
flektoren als Signalgeber,
Fig. 12 eine Ansicht einer Vorrichtung nach Fig. 11
in Längsrichtung,
Fig. 13 eine Variante zu Fig. 11,
Fig. 14 eine Ansicht einer Vorrichtung nach Fig. 13
in Längsrichtung und
Fig. 15 eine Variante zu Fig. 13.
Als Stellelement 11 ist in den Fig. 2 bis 9 und Fig.
11 bis 14 eine Schaltwelle eines nicht näher dargestellten
Schaltgetriebes dargestellt. Das Stellelement 11 kann in
einer ersten Stellrichtung 7 in Richtung seiner Drehachse
20 verschoben und in einer zweiten Stellrichtung 8 um die
Drehachse 20 gedreht werden. In der zweiten Stellrichtung 8
werden die Gassen I, II, III, IV des Getriebes gewählt
(Fig. 1), in denen ausgehend von einer Neutralstellung N
fünf Vorwärtsgänge 1 bis 5 und ein Rückwärtsgang R in der
zweiten Stellrichtung 8 geschaltet werden können. An den
Enden eines maximalen Stellwegs 6 in der ersten Stellrich
tung 7 werden symmetrisch zur Neutralstellung N eine erste
Schaltstellung S1 für den Rückwärtsgang R und die Vorwärts
gänge 1, 3, 5 sowie eine zweite Schaltstellung S2 für die
Vorwärtsgänge 2 und 4 erreicht.
Parallel zum Stellelement 11 ist ein länglicher Sensor
13, 14 ausgerichtet, der in den Ausführungsbeispielen nach
Fig. 2 bis Fig. 5 ein induktiver, berührungsloser Wegsensor
ist, der im wesentlichen aus einem speziellen weichmagneti
schen Kern besteht, und der auf seiner gesamten Länge von
einer Spule umwickelt ist. An seinen Enden trägt er je eine
kurze Spule 39, 40, die über Klemmen 41, 42 an einer in der
Regel elektronischen Auswerteeinheit 43 angeschlossen sind.
Von den vier Wählpositionen für die Gassen I bis IV
sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur zwei, nämlich
die Wählposition für die Gasse I und II, in Fig. 2 und den
folgenden Figuren dargestellt. Bei der Ausführung nach Fig.
2 und Fig. 3 sind auf dem Stellelement 11 als Signalgeber
zwei im wesentlichen gleiche Permanentmagnete 15 und 16
angebracht, und zwar in der zweiten Stellrichtung 8, also
in Umfangsrichtung des Stellelements 11 um den Abstand ver
setzt, der dem Abstand zwischen den Gassen I und II ent
spricht. In axialer Richtung, also in der ersten Stellrich
tung 7, sind sie um mindestens einen Betrag versetzt, der
dem maximalen Stellweg 6 entspricht. Der Sensor 13 besitzt
einen Meßbereich 10, der mindestens einem Vielfachen des
maximalen Stellwegs 6 entspricht, das durch die Anzahl der
Permanentmagnete 15, 16 bestimmt ist. Somit ist jedem der
Permanentmagnete 15 und 16 ein Teilbereich des Meßbereichs
10 zugeordnet, der mindestens dem maximalen Stellweg 6 ent
spricht. Da aufgrund des Versatzes in der zweiten Stell
richtung 8 immer nur ein Permanentmagnet 15 oder 16 mit dem
Sensor 13 zusammenwirkt, können bestimmte Signalbereiche
des Sensors 13 einem bestimmten Signalgeber 15 oder 16 und
damit einer bestimmten Gasse I bis IV zugeordnet werden.
Die Lage der als Signalgeber wirkenden Permanentmagnete 15,
16 in der zweiten Stellrichtung 8 kann durch die Drehwin
kelposition ϕI und ϕII definiert werden.
Die Ausführungen nach Fig. 4 und 5 unterscheidet sich
von der vorhergehenden Ausführung dadurch, daß die als Si
gnalgeber wirkenden Permanentmagnete 17, 18, 19 in der er
sten Stellrichtung 7 eine unterschiedliche Länge 36, 37, 38
aufweisen und somit spezifische, identifizierbare Sensor
signale erzeugen. Der Meßbereich 10 des Sensors 13 braucht
daher nur dem maximalen Stellweg 6 zu entsprechen, um die
Stellung des Stellelements 11 in der ersten Stellrichtung 7
und in der zweiten Stellrichtung 8 eindeutig identifizieren
zu können.
Die Ausführung nach Fig. 6 und Fig. 7 sowie nach Fig.
9 und 10 ähneln den vorher beschriebenen Ausführungen. Sie
unterschieden sich von diesen im wesentlichen dadurch, daß
als Signalgeber Strahlungsquellen 21 bis 25 dienen. Bei der
Ausführung nach Fig. 6 und 7 sind diese in Umfangsrichtung
entsprechend dem Abstand der Gassen I bis IV in der zweiten
Stellrichtung 8 versetzt am Stellelement 11 angebracht,
während die Strahlungsquellen 23 bis 25 sich im Bezug auf
ihre Strahlungsqualität untereinander unterscheiden, z. B.
in der ersten Stellrichtung 7 unterschiedliche Längen 36
bis 38 haben. Die Strahlungsquellen 21 bis 25 senden belie
bige sichtbar oder unsichtbare Strahlen aus und arbeiten
mit entsprechenden Sensoren zusammen. Es können z. B. licht
aussendende LED-Bauelemente oder Laserelemente mit einem
optischen Sensor 14, z. B. einem CCD-Zeilensensor zusammen
arbeiten, mit denen sowohl die Lage der angeregten Zelle
als auch die Breite der angeregten Meßzone 33, 34 ausgele
sen werden kann. Aus dieser Information kann ermittelt wer
den, welche der Strahlungsquellen 23 bis 25 momentan mit
dem Sensor 14 zusammenwirkt und wie ihre Lage im Bezug auf
die erste Stellrichtung 7 ist. Die zweite Stellrichtung 8
des Stellelements 11 muß nicht notwendigerweise eine Dreh
richtung sein, es können auch zwei translatorische Stellbe
wegungen und entsprechende Positionen festgestellt werden.
So zeigt die Ausführung nach Fig. 10 ein Stellelement 12
mit zwei linearen Stellrichtungen, nämlich einer ersten
Stellrichtung 7 und einer zweiten Stellrichtung 9.
Die Strahlen 35 der sich unterscheidenden Strahlungs
quellen 23 bis 25 treffen auf eine Meßzone 34 des Sensors
14. Sie erzeugen dort Sensorsignale, die zudem durch die
Lage der Meßzone 34 in der ersten Stellrichtung 7 geprägt
sind, so daß für jede Stellung in der ersten und zweiten
Stellrichtung 7, 8 ein unverwechselbares Sensorsignal ent
steht.
Die Ausführungen nach Fig. 6 bis Fig. 10 können da
durch vereinfacht werden, daß eine ortsfeste Strahlungs
quelle 26 mit Reflektoren 27 bis 31 zusammenwirkt, die als
Signalgeber an dem Stellelement 11 bzw. 12 angebracht sind.
Die Strahlungsquelle 26 sendet Strahlen 32 aus, die die
Reflektoren 27 bis 31 auf den Sensor 14 in einer Meßzone 34
bzw. 35 reflektieren. Die gewonnenen Signale des Sensors 14
werden durch eine Auswerteeinheit 43 in gleicher Weise aus
gewertet wie bei den anderen Ausführungen.
Die Signale der als Signalgeber dienenden Permanent
magnete 15 bis 19, der Strahlungsquellen 21 bis 25 und der
Reflektoren 27 bis 31 können auch durch die Signalstärke
differenziert werden, z. B. indem sie einen unterschiedli
chen Wirkabstand 44 (Fig. 3) zum Sensor 13, 14 aufweisen.
Der Wirkabstand 44 kann durch den Abstand des Signalgebers
von der Drehachse 20 bestimmt werden.
1
Erster Gang
2
Zweiter Gang
3
Dritter Gang
4
Vierter Gang
5
Fünfter Gang
6
Stellweg
7
Erste Stellrichtung
8
Zweite Stellrichtung
9
Zweite Stellrichtung
10
Meßbereich
11
Stellelement
12
Stellelement
13
Sensor
14
Sensor
15
Permanentmagnet
16
Permanentmagnet
17
Permanentmagnet
18
Permanentmagnet
19
Permanentmagnet
20
Drehachse
21
Strahlungsquelle
22
Strahlungsquelle
23
Strahlungsquelle
24
Strahlungsquelle
25
Strahlungsquelle
26
Strahlungsquelle
27
Reflektor
27
Reflektor
29
Reflektor
30
Reflektor
31
Reflektor
32
Strahl
33
Meßzone
34
Meßzone
35
Strahl
36
Länge
37
Länge
38
Länge
39
Spule
40
Spule
41
Klemme
42
Klemme
43
Auswerteeinheit
44
Wirkabstand
ϕI
ϕI
Drehwinkel
ϕII
ϕII
Drehwinkel
I Erste Gasse
II Zweite Gasse
III Dritte Gasse
IV Vierte Gasse
R Rückwärtsgang
N Neutralstellung
S1 Erste Schaltstellung
S2 Zweite Schaltstellung
I Erste Gasse
II Zweite Gasse
III Dritte Gasse
IV Vierte Gasse
R Rückwärtsgang
N Neutralstellung
S1 Erste Schaltstellung
S2 Zweite Schaltstellung
Claims (13)
1. Vorrichtung zum Erfassen einer Stellung eines
Stellelements (11, 12) mit mindestens einem Signalgeber (15
bis 19, 21 bis 25, 27 bis 31), der mit einem in einer
Stellrichtung (7) langgestreckten Sensor (13, 14) zusammen
wirkt, der als Bezugspunkt dient und ein Signal erzeugt,
das der Stellung des Signalgebers (15 bis 19, 21 bis 25, 27
bis 31) bezogen auf die Stellrichtung entspricht, dadurch
gekennzeichnet, daß das Stellelement (11,
12) in zwei Stellrichtungen (7, 8 bzw. 9) verstellbar ist,
der Sensor (13, 14) in einer ersten Stellrichtung (7) aus
gerichtet ist und seine Länge mindestens dem maximalen
Stellweg (6) in dieser Stellrichtung (7, 8 bzw. 9) ent
spricht, wobei mehrere Signalgeber (15 bis 19, 21 bis 25,
27 bis 31) in einer zweiten Stellrichtung (8, 9) versetzt
zueinander angeordnet sind und so definierte Lagen einneh
men, daß jeweils nur ein Signalgeber (15 bis 19, 21 bis 25,
27 bis 31) gleichzeitig mit dem Sensor (13, 14) zusammen
wirkt und ein für seine Lage in der zweiten Stellrichtung
(8, 9) spezifisches Signal erzeugt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Meßbereich (10) des
Sensors (13, 14) ein Vielfaches, das der Anzahl der Signal
geber (15, 16; 21, 22; 27, 28) entspricht, des maximalen
Stellwegs (6) in der ersten Stellrichtung (7) beträgt und
in entsprechend viele Bereiche (6) aufgeteilt ist, wobei
jedem Bereich (6) ein Signalgeber (15, 16; 21, 22; 27, 28)
zugeordnet ist, der mit dem Sensor (13, 14) ein Signal er
zeugt, das der Stellung des jeweiligen Signalgebers (15,
16; 21, 22; 27, 28) in der ersten Stellrichtung (7) kenn
zeichnet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Signalgeber (15, 16; 21,
22; 27, 28) der einzelnen Bereiche (6) einander gleich
sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß die Signalgeber
(17 bis 19, 23 bis 25, 29 bis 31) entsprechend ihrer Lage
in der zweiten Stellrichtung (8, 9) unterschiedlich ausge
bildet sind und entsprechend unterschiedliche Signale am
Sensor (13, 14) erzeugen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß sich die Wirkab
stände (44) der Signalgeber (15 bis 19, 21 bis 25, 27 bis
31) vom Sensor (13, 14) unterscheiden, so daß sich die
Stärke der am Sensor (13, 14) erzeugten Signale entspre
chend unterscheiden.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor
(13) aus einem langgestreckten magnetischen Kern besteht,
der über seiner gesamten Länge von einer Spule umwickelt
ist und dessen beide Enden mit je einer weiteren kurzen
Spule (39, 40) versehen sind, die mit einer elektronischen
Auswerteeinheit (43) verbunden sind, wobei als Signalgeber
(15 bis 19) Permanentmagnete gleicher oder unterschiedli
cher Länge dienen, die in der Nähe des Sensors (13) zu ei
ner Variation der lokalen magnetischen Sättigung des Kerns
führen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß der Sensor (14)
ein Strahlungssensor ist und die Signalgeber Strahlungs
quellen (21 bis 25) und/oder Strahlungsreflektoren (27 bis
31) sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß der Sensor (14)
ein optischer Sensor ist und die Signalgeber (21 bis 25, 27
bis 31) lichtaussendende Bauelemente bzw. lichtreflektie
rende Reflektoren sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das Stel
lelement (11) eine Schaltwelle eines Stufengetriebes ist,
deren erste Stellrichtung (7) linear und deren zweite
Stellrichtung (8) eine Drehrichtung ist oder umgekehrt.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Si
gnalgeber (15 bis 19, 21 bis 25, 27 bis 31) in Stufen zu
einander versetzt sind und ihre Erstreckung in der zweiten
Stellrichtung (8, 9) kleiner ist als der Stufensprung.
11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich die Signalgeber (15, 16; 21, 22;
27, 28) in der zweiten Stellrichtung (8, 9)überlappen.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß aus zwei
nacheinander erfaßten Stellungen mit einer Auswerteeinheit
(43) der Stellweg ermittelt wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß durch einmalige bzw. mehrma
lige Ableitung des Stellwegs nach der Zeit die Stellge
schwindigkeit, die Stellbeschleunigung und/oder die Verän
derungen der errechneten Größen über der Zeit berechnet
werden.
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