DE19944203A1

DE19944203A1 - Vorrichtung zum Erfassen einer Stellung eines Stellelements

Info

Publication number: DE19944203A1
Application number: DE1999144203
Authority: DE
Inventors: Reiner Keller; Tilo Marschall
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-09-15
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2001-03-22
Also published as: WO2001020197A1; EP1192369A1

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 ϕ_I und ϕ_II 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.

Bezugszeichen

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
ϕ_I

Drehwinkel
ϕ_II

Drehwinkel
I Erste Gasse
II Zweite Gasse
III Dritte Gasse
IV Vierte Gasse
R Rückwärtsgang
N Neutralstellung
S1 Erste Schaltstellung
S2 Zweite Schaltstellung

Claims

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.