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Title:
METHOD AND DEVICE FOR MEASURING AN ANGULAR POSITION FOR A CLUTCH RELEASE SYSTEM HAVING A SENSOR HAVING DIFFERENT MEASUREMENT RANGES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/001411
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for measuring the angular position of a rotor (4) relative to a stator (3) of a clutch release system (2) of a motor vehicle, wherein an electric sensor (6) for detecting at least one magnet present on the rotor (4) is used in such a way that the angular position of the rotor (4) to the stator (3) is detected, wherein the sensor (6) has different measurement ranges, of which one measurement region is pre-set in a targeted manner onto the magnetic field (5) acting on the sensor (6). The invention further relates to a rotor position sensor assembly (1) for a clutch release system (2), having a rotor (4) that is rotatable relative to a stator (3), wherein on the stator (3), an electric sensor (6) is mounted, which is prepared for detecting a magnetic field generated by the at least one magnet (5). The electric sensor (6) has different, specific selectable measurement ranges, of which one is selected as a function of the magnetic field acting on the sensor. The invention further relates to a clutch release system (2) having a rotor position sensor assembly (1) according to the invention.

Inventors:
KOCHAN ÖMER (DE)
KÄSHAMMER WOLFGANG (DE)
ZHOU JIE (DE)
Application Number:
PCT/DE2017/100521
Publication Date:
January 04, 2018
Filing Date:
June 21, 2017
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG (DE)
International Classes:
H02K29/08; G01B7/30; G01D5/14; F16D28/00
Foreign References:
US20140184209A12014-07-03
EP1481846A12004-12-01
DE202005016726U12007-03-01
DE102014218544A12016-03-17
DE102013203388B32014-03-20
Other References:
A. NONIMOUS: "HAL2455 - Hardware Documentation High-Precision Programmable Linear Hall-Effect Sensor with PWM Output Data Sheet", 14 January 2016 (2016-01-14), Freiburg, Germany, XP055418522, Retrieved from the Internet [retrieved on 20171024]
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Claims:
Patentansprüche

1 . Verfahren zum Messen der Winkellage eines Rotors (4) relativ zu einem Stator (3) für ein Kupplungsausrücksystem (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei ein elektrischer Sensor (6) zum Detektieren von wenigstens einem am Rotor (4) vorhandenen Magneten (5) so eingesetzt wird, dass die Winkellage des Rotors (4) zum Stator (3) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (6) unterschiedliche Messbereiche besitzt, von denen ein Messbereich gezielt auf das auf den Sensor (6) einwirkende Magnetfeld (5) voreingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass ein solcher

Messbereich ausgewählt wird, der das auf den Sensor (6) einwirkende Magnetfeld zu ca. 100% seiner Stärke oder ca. 140% seiner Stärke abdeckt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen auswählbaren und aneinander angrenzenden Messbereiche sich zumindest um ca. 50% überlappen

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrischer Sensor ein Hall-Sensor (1 1 , 12) eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbereich in Abhängigkeit von der Entfernung des elektrischen Sensors (6) zum Magneten gewählt wird.

6. Rotorlagesensorbaugruppe (1 ) für ein Kupplungsausrücksystem (2), mit einem relativ zu einem Stator (3) verdrehbaren Rotor (4), wobei am Stator (3) ein elektrischer Sensor (6) angebracht ist, der zum Detektieren eines durch den wenigstens einen Magneten (5) hervorgerufenen Magnetfeld vorbereitet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Sensor (6) unterschiedliche, gezielt auswählbare Messbereiche besitzt, von denen einer in Abhängigkeit von dem auf den Sensor einwirkenden Magnetfeld ausgewählt ist.

Rotorlagesensorbaugruppe (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Sensor (6) von einer Stirnseite eines Trägers (9) auf den der Stator (3) befestigt ist, in diesen hineingreift oder hindurchgreift, um in Wirkkontakt mit dem wenigstens einen Magneten (5) zu gelangen und der Rotor (4) von einer gegenüberliegenden Stirnseite des Trägers (9) statornah und sensornah angeordnet ist.

Rotorlagesensorbaugruppe (1 ) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Magnete (5) eingesetzt sind.

Rotorlagesensorbaugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Sensor (6) eine Platine (10) besitzt, wobei auf einer dem Rotor (4) zugewandten Seite der Platine (10) eine Mehrzahl digitaler Switch Hall Sensoren (1 1 ) angeordnet ist und/oder auf einer der Rotor (4) abgewandten Seite der Platine (10) eine Mehrzahl analoger Hall-Sensoren (12) angeordnet ist. Kupplungsausrücksystem (2) mit einer Rotorlagesensorbaugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 8.

Description:
Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer Winkellage für ein Kupplunqsaus- rücksystem mit einem Sensor mit unterschiedlichen Messbereichen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer Winkellage eines Rotors relativ zu einem Stator für ein Kupplungsausrücksystem eines Kraftfahrzeugs, wobei ein elektrischer Sensor zum Detektieren von wenigstens einem am Rotor vorhandenen Magneten so eingesetzt wird, dass die Winkellage des Rotors zum Stator erfasst wird sowie eine Rotorlagensensorbaugruppe für ein Kupplungsausrückungs- system, mit einem relativ zu einem startvertretbaren Rotor, wobei am Start ein elektri- scher Sensor angebracht ist, der zum Detektieren eines durch den wenigstens ein Magneten hervorgerufenen Magnetfeld vorbereitet ist. Auch betrifft die Erfindung ein Kupplungsausrücksystem .

Eine Rotorlagesensorik eines elektronisch zentralen Ausrückers wird als Grundmess- Vorrichtung bei der Kommutierung eines Motors beziehungsweise der Positionierung bei einer Kupplung eingesetzt. Diese umfasst im Wesentlichen aus einem Magnetring/Magnetgeberring mit mehreren Polpaaren sowie zwei analogen Hallsensoren und drei Switch-Hall-Sensoren. Aus der DE 10 2014 218 544 A1 ist eine Sensorikeinheit zur Bestimmung einer Rotorlage eines Elektromotors und ein Elektromotor, vorzugsweise für ein Kupplungsaktua- tor eines Kupplungsbetätigungssystems eines Kraftfahrzeugs bekannt, das eine Sensorikeinheit zur Bestimmung einer Rotorlage eines Elektromotors betrifft, welche mindestens einen Magnetfeldsensor umfasst, welcher auf einem Trägerelement befestigt ist. Bei einer Sensorikeinheit, bei welcher die Sensorik einfach austauschbar ist, ist das Trägerelement in einem Sensorikgehäuse positioniert, welches einseitig offen gestaltet ist und eine sensitive Oberfläche des mindestens ein Magnetfeldsensors in Richtung der offengestalteten Seite des Sensorikgehäuses aufweist. Aus der DE 10 2013 203 388 B3 ist ein Rotorlagegeber für eine elektronisch kommu- tierte elektrische Maschine mit einem Referenzgeber bekannt. Sie betrifft einen Rotorlagegeber für einen Stator und einen Rotor aufweisende elektronisch kommutierte elektrische Maschine umfassend einen am Stator drehfestgelagerten Motorrotorlagesensor zur Erfassung der rotarischen Lage des Rotors gegenüber dem Magnetfeld des Stators und einen am Rotor drehfestgelagerten Signalgeber. Der dort offenbarte Rotorlagegeber zeichnet sich dadurch aus, dass er ein Referenzgeber zum Erfassen von Referenzwerten der magnetischen Flussdichte des Rotorfeldes aufweist, wobei die Referenzwerte zur Ermittlung eines Winkeloffsets zwischen Signalgeber und der Lage des Rotors dienen.

Bei einer älteren Sensorbaugruppe sind fünf Sensoren auf einer Seite einer Platine bestückt und durch einen Stahlgrundkörper stabilisiert. Die Montage kann aufgrund des geringen Bauraums ausschließlich von der Aktorseite her erfolgen. Da die analogen Sensoren einen engen Messbereich haben und die axiale Toleranz zwischen den sensitiven Elementen und der Magnetoberfläche sehr groß ist, wird bisher die Senso- rik durch eine zusätzliche Abstandsscheibe mechanisch ausgeglichen.

Ein Problem hierbei ist, dass nach Einsetzen der Sensorik in den Stator, diese nicht mehr zerstörungsfrei abmontiert werden kann. Sobald ein Sensor oder eine Verbindung defekt ist, ist das gesamte Kupplungsausrücksystem nicht mehr funktionsfähig. Daher muss eine Lösung gefunden werden eine austauschbare und einen kleinen Bauraum benötigende Sensorbaugruppe bereit zu stellen. Des Weiteren wird bisher aufgrund der Montagerichtung und der dadurch benötigten Dichtung gegenüber der Getriebeseite eine weitere Anpassung der Sensorbaugruppe schwierig.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik abzustel- len oder wenigstens zu mindern und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, das/die weniger Bauraum bei guter Montagemöglichkeit benötigt und präzise misst. Des Weiteren soll ein Verfahren zum elektronischen Kompensieren eines axialen Versatzes eines analogen Hall-Sensors geschaffen werden. Die Aufgabe der Erfindung wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass der Sensor unterschiedliche/veränderbare Messbereiche oder Messstufen besitzt, von dem ein Messbereich oder eine Messstufe gezielt auf das auf den Sensor einwirkende Magnetfeld voreingestellt/vorausgewählt wird. Durch das erfindungsge- mäße Konzept erhöht sich zwar die axiale Toleranz zwischen elektrischen Sensor/sensitiven Element und der Magnetoberfläche, aber es wird eine kompakte und von der Stirnseite des Trägers montierbare Rotorlagesensorbaugrupe geschaffen. Eine weitere Anpassung der Sensorbaugruppe wird zumindest besser möglich.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend erläutert.

Jegliche Offenbarung im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen einer Winkellage für ein Kupplungsausrücksystem für ein Fahrzeug gilt auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Messen einer Winkellage für ein Kupplungsausrücksystem für ein Fahrzeug, ebenso wie jegliche Offenbarung im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen einer Winkellage für ein Kupplungsausrücksystem für ein Fahrzeug auch für das erfindungsgemäße Ver- fahren zum Messen einer Winkellage für ein Kupplungsausrücksystem für ein Fahrzeug gilt.

So ist es von Vorteil, wenn ein solcher Messbereich ausgewählt wird, der das auf den Sensor einwirkende Magnetfeld zu ca. oder exakt 100 % seiner Stärke oder ca. /exakt (120 % oder) 140% seiner Stärke abdeckt. Dadurch kann das gesamte Magnetfeld er- fasst und vom Sensor verarbeitet werden, ohne dass aufgrund der limitierten Detekti- on des Magnetfeldes durch einen Sensor, ein Detektions-Bereich abgeschnitten bzw. nicht berücksichtigt würde. Durch die Abdeckung des Messbereichs einer Stärke von 120 % wird dem Messsignal ein gewisser Spielraum eingeräumt, so dass die maxima- le Amplitude des Magnetfeldes nicht das Maximum des Messbereiches ausnutzen muss. Unter anderem trägt diese Eigenschaft der Einstellung eines Sensors Rechnung, dass diese einen vom Hersteller vorbestimmten Diagnosebereich besitzen, welcher nicht verwendet werden soll, d.h. eine Amplitude eines gemessenes Signals würde eben gerade nicht in einem als Diagnosebereich reservierten Messbereich des Sensors liegen.

Es ist weiter von Vorteil, dass die einzelnen auswählbaren und aneinander angrenzenden Messbereiche sich zumindest um 50 % überlappen. Dadurch wird eine gefor- derte Auflösung eines Ausgabesignals gewährleistet. Es kann so von einem Messbereich in den nächsten Messbereich geschalten werden, also anders ausgedrückt, der Messbereich kann gezielt geändert werden, ohne bei einer bestimmten Stärke eines Magnetfelds bei einem Messbereich eine geforderte Auflösung zu unterschreiten.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn als elektrischer Sensor ein vorzugsweise analoger Hall-Sensor eingesetzt wird. Der elektrische Sensor kann natürlich ebenso zwei, drei, vier, und insbesondere fünf oder mehr Hallsensoren aufweisen. Hall- Sensoren sind weit verbreitet, kostengünstig und haben einen geringen Bedarf an Bauraum. Diese Hall-Sensoren gibt es in verschiedenen Varianten und verschiedenen Spezifikationen, welche in der vorliegenden Erfindung insbesondere in einem Messbereich zwischen +/- 6 mT und +/- 200 mT liegen. Insbesondere weist der analoge Hallsensor mindestens sechs variierbare Messbereiche auf. Der Messbereich des Hall-Sensors kann natürlich auch weitere Messbereiche und eine unterschiedliche Anzahl an Messbereichs-Einstellungen aufweisen. Er kann beispielsweise auch eine untere Grenze von +/- 1 mT aufweisen und/oder eine obere Grenze von +/- 1 T. Die Anzahl der Messbereiche kann insbesondere drei, vier, fünf, sechs, zehn, zwanzig oder mehr betragen. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Messbereich oder die Messstufe in Abhängigkeit von der in Längsrichtung des Kupplungsausrücksystems definierten Entfernung des elektrischen Sensors zum Magneten gewählt wird. Das Magnetfeld eines Magneten nimmt über den Abstand hin ab, üblicherweise nicht-linear. Eine Amplitude eines durch den Sensor gemessenen Magnetfeldes, bei dem der Abstand zwischen elektrischem Sensor und Magneten geringer ist, ist daher größer gegenüber einer Amplitude eines durch den Sensor gemessenen Magnetfeldes, bei dem der Abstand zwischen dem elektrischen Sensor und Magneten größer ist. Ein Sensor mit einem großen Messbereich, beispielsweise +/- 200 mT, wird daher bei einem geringen Abstand von Magnet zu Sensor verwendet, wohingegen bei einem relativ gesehen gro- ßen Abstand von Magnet zu Sensor, ein Sensor mit einem kleinen Messbereich, beispielsweise +/- 6 mT gewählt wird. Die Amplitude des Magnetfeldes wird bei einem sich vergrößerndem Abstand kleiner. Bei der vorliegenden Erfindung kann ein einziger elektrischer Sensor den Messbereich entsprechend des Magnetfelds einstellen. Die Erfindung betrifft neben dem Verfahren zum Messen einer Winkellage für ein Kupplungsausrücksystem ebenso eine Vorrichtung zum Messen einer Winkellage für ein Kupplungsausrücksystem mit einem Sensor mit unterschiedlichen Messbereichen.

Die Aufgabe der Erfindung wird bei einem gattungsgemäßen Rotorlagesensorbaugruppe für ein Kupplungsausrücksystem, dadurch gelöst, dass der elektrische Sensor unterschiedliche gezielt auswählbare Messbereiche besitzt, von dem einer in Abhängigkeit von dem auf den Sensor einwirkenden Magnetfeld ausgewählt ist.

Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass der elektrische Sensor von einer Stirnseite eines Trägers aus auf dem Träger oder einem statorfesten Bauteil befestigt ist, in diesen hineingreift oder hindurchgreift, um in Wirkkontakt mit dem wenigstens einen Magneten zu gelangen und der Rotor von einer gegenüberliegenden Stirnseite des Trägers/Trägerbauteil statornah und sensornah angeordnet/montiert ist. Hierdurch erhöht sich zwar die axiale Toleranz zwischen dem sensitiven Element/elektrischen Sensor und der Magnetoberfläche, allerdings ermöglicht diese Anordnung eine Montage von einer Stirnseite eines Trägers, wobei der Rotor auf der gegenüberliegenden Stirnseite des Trägers angeordnet ist. Ein Austausch bei einem Defekt oder bei einer Wartung ist hierdurch leichter möglich. Außerdem kann eine komplette Dichtung gegenüber dem Rotorraum erreicht werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Magnete eingesetzt sind, die vorzugsweise einen Magnet- ring/Magnetgebering, etwa mit in Umfangsrichtung abwechselnder Polarität, ausformen. Dadurch können, während des Betriebs des elektrischen Motors, fortlaufende Referenzwerte zur Verfügung gestellt werden. Ebenso lässt sich ein Winkeloffset bestimmen, welcher bei einer Kommutierung berücksichtigt werden kann. Vorteilhaft ist, dass der elektrische Sensor eine Platine besitzt, wobei auf einer dem Rotor zugewandten Seite der Platine eine Mehrzahl (insbesondere zwei, drei, vier, fünf oder mehr) digitale Switch-Hall-Sensoren angeordnet sind und/oder auf einer der Rotor abgewandten Seite der Platine eine Mehrzahl (insbesondere zwei, drei, vier oder mehr) Hall-Sensoren angeordnet sind.

Die Ebene der Platine stellt hierbei eine Normale zur Drehachse des Rotors dar. Die auf der Platine angebrachten Hall-Sensoren detektieren daher bestmöglich das Magnetfeld des Magnetrings. Die Platine der Sensorbaugruppe weist eine Sensor- Endumspritzung auf, welche auch als Abdichtung gegenüber der Seite des Rotors dient und die Platine gegenüber dem Umfeld fluiddicht abschließt. Durch die Endum- spritzung des elektrischen Sensors kann auch ein gewünschter Abstand zum Magne- ten (mit-)eingestellt werden.

Es ist von Vorteil, ein Kupplungsausrücksystem mit einer Rotorlagesensorbaugruppe auszustatten. Diese Rotorlagesensorbaugruppe benötigt im Kupplungsausrücksystem wenig Bauraum und misst präzise eine Winkellage. Insbesondere wird die Rotorlage- sensorbaugruppe in einem elektrischen Zentralausrücker (EZA) eines Kupplungsausrücksystems verwendet.

Mit anderen Worten betrifft die Erfindung ein Verfahren zum elektronischen Kompensieren eines axialen Versatzes eines analogen Hallsensors sowie einer entsprechen- den Vorrichtung. In einer Rotorlagesensorik zur Verwendung in einem elektronischen Kupplungsausrücksystem, schwankt ein Abstand zwischen einem analogen Hallsensor und einem magnetischen Ring innerhalb eines ersten vorbestimmten Bereichs, insbesondere in einem Bereich von ca. 3,3 mm +/- 1 mm, was zu einer entsprechenden Stärke eines Magnetfeldes innerhalb eines zweiten vorbestimmten Be- reichs, insbesondere in einem Bereich von ca. 22 - 60 mT führt. Um ein Messen einer Rotorlage mit einer ausreichenden Genauigkeit über den gesamten zweiten vorbestimmten Bereich zuzulassen, wird ein analoger Hallsensor mit einem veränderbaren Messbereich verwendet. Genauer gesagt weist der veränderbare Messbereich eine Mehrzahl von Messstufen auf, wobei angrenzende Messstufen aneinander um eine vorbestimmte Höhe überlappen.

Es ist also eine Lösung gesucht um eine Sensorik elektronisch auszugleichen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Rotorlagesensorbaugruppe in einem Elektrischen Zentral-Ausrücker

(EZA) eines Kupplungsausrücksystems,

Fig. 2 eine Rotorlagesensorbaugruppe für ein Kupplungsausrücksystem,

Fig. 3 eine Rotorlagesensorbaugruppe mit dargestellter Endumspritzung des elektrischen Sensors,

Fig. 4 ein Diagramm eines Magnetfeldes in Abhängigkeit des Abstandes von einem Magneten zu dem Sensor, Fig. 5 eine Tabelle des Sensors mit variierbarem Messbereich, und

Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung eines Ausgabesignals über dem Winkel einer Rotorlagesensorbaugruppe. Die Figuren sind schematischer Natur und sollen nur dem Verständnis der Erfindung dienen. Gleich Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Rotorlagesensorbaugruppe 1 für ein Kupplungsausrücksystem 2, die in einem elektrischen Zentralausrücker (EZA) eingebracht ist, mit einem relativ zu einem Stator 3 verdrehbaren Rotor 4, wobei der Rotor 4 einen Magnetring 5 besitzt, der in Wirkkontakt mit dem am Stator 3 eingebrachten elektrischen Sensor 6 der Rotorlagesensorbaugruppe 1 steht.

Im Unterschied zum bisher bekannten Stand der Technik besitzt der elektrische Sen- sor 6 einen änderbaren Messbereich. Eine Endumspritzung 7 des Sensors aus Plastik, wie Duroplast, sowie eine Sensordichtung 8, wie beispielsweise eine umlaufende Gummidichtung, dienen als Dichtung und Bereichsabtrennung gegenüber der Rotorseite des EZA. Auf dem (EZA-)Träger 9 ist der Stator 3 umfänglich angeordnet. Der Rotor 4 aktuiert über seine Drehbewegung über einen Kugelgewindetrieb ein Ausrücksystem in Axialrichtung des Rotors 4. Anhand des Aufbaus lässt sich erkennen, dass die Sensorbaugruppe 1 von der Stirnseite des Trägers her eingesetzt werden kann.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung des Aufbaus einer Rotorlagesensorbaugruppe 1 für ein Kupplungsausrücksystem 2 und zwar ohne Endumspritzung 7 des elektrischen Sensors 6. Man erkennt die gebogene Platine 10, auf deren Oberseite (bzw. der dem Rotor zugewandten Seite) drei digitale Switch-Hall-Sensoren 1 1 aufgebracht sind, sowie auf der Unterseite der Platine (bzw. der dem Rotor abgewandten Seite) zwei analoge Hallsensoren 12 liegen. Man kann bei der gebogenen Platine 10 die Biegestelle der Platine 14 erkennen, wodurch diese, insbesondere um im Wesentlichen 90°, abgewinkelt/abgebogen werden kann. Die gebogene Platine 10 besitzt einen steckbaren Anschluss 17, welcher an das Sensorkabel 16 im Sensorträger 13 angeschlos- sen/angesteckt werden kann. Links und rechts des Sensorträgers 13 sieht man jeweils Einsatzbuchsen für Schrauben 15, mit denen, wie in Fig.1 ersichtlich, die Rotorlagesensorbaugruppe 1 im Träger 9 befestigt werden kann.

In Fig. 3 ist die Rotorlagesensorbaugruppe 1 mit einer Sensor-Endumspritzung 7 ge- zeigt. Die umlaufende Sensordichtung 8, insbesondere eine Gummidichtung, dichtet die Sensorbaugruppe gegenüber der Rotorseite ab.

In Fig. 4 zeigt ein Diagramm einer Magnetfeldkennlinie M. Diese zeigt die Magnetfeldstärke in Abhängigkeit vom Abstand Magneten zu elektrischem Sensor. Anhand der Kurve M, welche die entsprechende Korrelation zeigt, ist deutlich der (nicht lineare) Abfall der Magnetfeldstärke B über den Abstand A zu erkennen. Anhand eines Ab- standes kann eine entsprechend auftretende Amplitude des Magnetfeldes vorbestimmt werden. Alternativ kann anhand eines Magnetfeldes ebenso ein Abstand vom Sensor zum Magneten abgeschätzt werden. Die vorliegende Ausführungsform der Rotorlagesensorbaugruppe für eine Kupplungsausrücksystem weist einen Abstand von insbesondere 3,3 mm bei einer Toleranz von +/-1 mm auf. Anhand der Magnetfeldkennlinie M des Diagramms in Fig. 4 lässt sich die entsprechende Magnetfeldstärke zwischen 22 mT und 60 mT ablesen. Der Messbereich des Sensors kann entsprechend des Magnetfeldes oder entsprechend des Abstandes eingestellt werden. Fig. 5 zeigt eine Tabelle für einen in der Ausführungsform verwendeten Sensor mit variablem Messbereich. Als elektrischer Sensor wird der Hall-Sensor der Firma micronas mit der Bezeichnung Hal2455 verwendet. Dieser Sensor besitzt sechs mögliche Einstellungen S1 , wobei der Messbereich S2 zwischen +/- 6 mT und +/- 200 mT variiert werden kann. Der Sensor arbeitet intern mit 16 Bit S3, deren High Bit S3.1 und Low Bit S3.2 für eine Verarbeitung entsprechend der Tabelle gewählt werden. Als Ausgabe in Form einer Pulsweitenmodulation (PWM) werden 12 Bit (PWM) S4 verwendet. Für die Ausgabe werden die High Bit S4.1 sowie Low Bit S4.2 entsprechend eingestellt. Die Auflösung kann in S4.3 und die Genauigkeit in S4.4 abgelesen werden. Um die Funktion des Sensors bzw. die angeforderte Auflösung für alle Magnetstärken zwi- sehen 20 mT und 60 mT zu gewährleisten, muss eine Überlappung eines gültigen Messbereichs zur nächsten Stufe unter allen Bedingungen größer als 50 % sein.

Die gemessenen Signale werden zudem in einem Digital Signal Process (DSP) kalibriert, wobei als Voraussetzung für eine solche Kalibrierung eine Auflösung der Win- kelerkennung von 0,5el° ist. Dies bedeutet, dass die Anzahl der Werte A_erf mindestens 512 (9Bit) betragen muss (A_erf = 8Bit / 0,5el° = 9Bit). Daraus folgt, dass die Amplitude der Signale A_S größer als 6,25% des PWM-Signals sein muss (A_S=9Bit / 12 Bit * 100% / 2=6,25%). Dies bedeutet, dass ein Bereich zu niedriger Auflösung AU symmetrisch zu 50% PWM liegt, mit einer Ausdehnung von je 6,25% des PWM Sig- nals, also insgesamt 12,5% des PWM Signals.

Fig. 6 zeigt ein Diagramm des PWM Signals über dem Winkel Θ, bzw. bei einer konstanten Winkelgeschwindigkeit des Rotors, über die Zeit t. Das 50% PWM-Signal entspricht der Magnetfeldstärke von B=0 mT. Symmetrisch zum 50% PWM-Signal liegen die Amplituden ausgewerteter positiver und negativer (bzw. richtungsabhängig Nord- Süd oder Süd-Nord des Magnetfeldes) Magnetfelder, die in ein entsprechendes PWM- Signal umgewandelt werden. Ein Signal S, mit entsprechend eingestelltem Messbereich des Sensors, ist beispielhaft über dem Winkel dargestellt. Man kann einen peri- odischen/sinusähnlichen Verlauf über dem Winkel (bzw. bei konstanter Winkelgeschwindigkeit über der Zeit t) erkennen, welcher um 50% des PWM-Signals oszilliert. Weiter ist im Bereich von 90 bis 100 % PWM bzw. von 0 bis 10 % PWM ein Diagnosebereich D zu sehen.

Diese beiden Diagnosebereiche D sind vom Hersteller für Diagnosezwecke reserviert und nicht für eine Messung einer Winkellage nutzbar. Symmetrisch zu 50 % des PWM Signals erstreckt sich ein Bereich zu niedriger Auflösung AU. In diesem Bereich von 12,5% des PWM-Signals ist die Auflösung der Winkelerkennung zu schlecht. Liegt al- so die Amplitude eines entsprechenden PWM Signals in diesem Bereich, so muss der Messbereich des elektrischen Sensors in einen nächsten Messbereich umgestellt werden, solange bis sich die Amplitude oberhalb, respektive unterhalb, der zu niedrigen Auflösung AU befindet. Zwischen den Diagnosebereichen D und der zu niedrigen Auflösung AU liegen die gültigen Messbereiche ME. Diese gültigen Messbereiche ME sind für die Winkelauswertung zu verwenden, d. h. alle Maxima des Signals sollten im oberen grünen Bereich liegen, während alle Minima des Signals sich im unteren grünen Bereich befinden. Die 50% Überlappung ist so zu verstehen, dass die Summe aller gültigen Messbereiche größer als 40% des PWM-Signals sein sollte. Die Summe der gültigen Messbereiche ist gleich 50% abzüglich des Diagnosebereiches D.

Bei der vorliegenden Erfindung müssen folgende technische Einflüsse berücksichtigt werden, welche die gültigen Messbereiche ME weiter reduzieren. Annähernd proportional zur Remanenz und unabhängig von der Magnetisierungsart und -form des Magneten ändert sich das Magnetfeld reversibel mit der Temperatur (ca.15%). Diese Um- kehrbare Änderung ist in erster Näherung linear und entspricht einer konstanten Zu- und Abnahme pro Grad Celsius. Des Weiteren kann bei Seltenerdmagneten unter erhöhter Temperatur und bei Ferriten bei tiefer Temperatur eine teilweise Entmagneti- sierung auftreten (ca.15%). Dies führt zu einer Änderung des Magnetfeldes bei einem erstmaligem Erreichen der Temperatur. Der Verlust wird durch die Rückführung der Temperatur nicht mehr kompensiert und ist daher irreversibel. Des Weiteren kann ein Offset des Signals durch eine mechanisch-elektrische Umwandlung des Sensorsignals auftreten (ca.4%). Eine Taumelbewegung des Rotors würde ebenso eine Signalverschlechterung bewirken (ca. 8%). Diese oben beschriebenen technischen Einflüs- se können dazu führen, dass die die 40%-Grenze schnell überschritten wird und das System ein schlechteres Signal bzw. eine niedrigere Auflösung liefert. Um dem zu begegnen sollen folgende Maßnahmen eingesetzt werden. Um den reversiblen bzw. irreversiblen magnetischen Verlust zu reduzieren bzw. vorzubeugen, kann dem Magnetwerkstoff ein Anteil von zusätzlichem Dysprosium (Dy) oder Cobalt (Co) beigefügt werden (ca. 5%). Ebenso kann ein Voralterungsprozess (pre-ageing process) durchgeführt werden um das Magnetfeld zu stabilisieren (ca. 10%). Eine verzögerte thermische Entmagnetisierung folgt im sogenannten Arrhenius Gesetzt, d.h. die Fortschreitung verläuft logarithmisch über der Auslagerungszeit. Dies bedeutet, dass weitere Änderungen über Tage und Monate nur noch sehr gering sich auswirken. Ebenso ist von Vorteil, wenn das Lagerkonzept des Rotors optimiert wird, um ein Taumeln zu unterdrücken bzw. zu verringern (ca. 4%).

Bezugszeichenliste

1 Sensorbaugruppe

Kupplungsausrücksystem

3 Stator

Rotor

5 Magnetring

6 Elektrischer Sensor

7 Sensor-Endumspritzung

8 Sensordichtung

9 Träger

10 Gebogene Platine

1 1 Digitaler Switch-Hall-Sensor

12 Analoger Hall-Sensor

13 Sensorträger

14 Biegestelle der Platine

15 Einsetzbuchsen für Schrauben

16 Sensorkable

M Magnetfeldkennlinie

S1 Einstellung

S2 Messbereich

S3 16 Bit (sensorintern)

S3.1 High bit

S3.2 low bit

S4 12 bit (PWM)

S4.1 High bit

S4.2 Low bit

S4.3 Auflösung

S4.4 Genauigkeit

ME gültiger Messbereich

D Diagnosebereich

AU zu niedrige Auflösung A Abstand B Magnetfeld t Zeit

Θ Winkellage