Positionserkennungsvorrichtung für ein Getriebe oder eine Bremseinrichtung und Getriebe sowie Bremseinrichtung mit einer derartigen Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Positionserkennungsvorrichtung insbesondere für ein Getriebe oder eine Bremseinrichtung, ein Getriebe mit einer Positionserkennungsvorrichtung und eine Bremseinrichtung mit einer Positionserkennungsvorrichtung .

Eine Positionserkennungsvorrichtung ist aus der DE 201 20 658 Ul bekannt. Diese herkömmliche induktive Positionserkennungsvorrichtung verwendet einen Positionsgeber als Bedämpfungselement, der im Bereich einer Planarspule angeordnet ist. Der Positionsgeber ist im Zentrum der ringförmigen Planarspule auf einer axial verschieb- und drehbaren Stange befestigt, wobei eine Mess- und Auswerteeinheit aufgrund der Induktionsänderung die Lage des Positionsgebers ermittelt. Dadurch ist neben der Wegerfassung eine Drehwinkelerfassung des Positionsgebers möglich. Nachteilig bei einer derartigen Vorrichtung ist, dass es zur Montage bzw. Demontage der Planarspule erforderlich ist, die Stange zu demontieren. Ein einfaches Aufsetzen oder Abnehmen der Planarspule ist nicht möglich. Dadurch ist die Montage bzw. Demontage der Planarspule fertigungstechnisch aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Positionserkennungsvorrichtung sowie ein Getriebe und eine Bremseinrichtung mit einer

derartigen Vorrichtung zu schaffen, die eine einfach montierbare bzw. demontierbare Planarspule aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst . Weitere Ausführungsformen sind in den auf diese rückbezogenen Unteransprüche angegeben.

Nach der Erfindung ist eine Positionserkennungsvorrichtung mit einem Gehäuseteil, mit zumindest einer von diesem aufgenommenen und einer Planarspule zur Erzeugung eines Magnetfelds in einem Magnetfeldbereich, mit mindestens einem von einer relativ zum Gehäuseteil bewegbaren Stellvorrichtung gehaltenen Positionsgeber und mit einer mit der Planarspule funktional gekoppelten Mess- und Auswerte- einrichtung vorgesehen. Der Positionsgeber ist derart im Magnetfeldbereich angeordnet, dass eine Bewegung des Positionsgebers mittels der Stell-Vorrichtung eine Induktivitätsänderung der Planarspule verursacht und die Mess- und Auswerteeinrichtung eine Funktion aufweist, mit der die Induktivitätsänderung der Planarspule erfasst und daraus die Position der Stell-Vorrichtung ermittelt wird. Das Gehäuseteil weist eine Ausnehmung mit einer Innenwand auf, die derart gestaltet ist, dass das Gehäuseteil den Außenumfang der Planarspule abschnittsweise umläuft .

Die erfindungsgemäße Positionserkennungsvorrichtung verwendet also zumindest eine Planarspule, die ein Magnetfeld erzeugt und mindestens einen im Bereich des Magnetfelds angeordneten Positionsgeber. Die Planarspule und der Positionsgeber sind relativ zueinander bewegbar und der Positionsgeber erzeugt dabei Wirbelstromverluste, die eine Induktivitätsänderung der Planarspule verursachen. Die

Mess- und Auswerteeinrichtung erfasst die Induktivitäts- änderung der Planarspule und ermittelt daraus die Position des Positionsgebers.

Der Positionsgeber kann dazu aus einem elektrisch leitfähigen Material und insbesondere aus einem nichtmagnetischem Material wie Aluminium und/oder Kupfer gebildet sein.

Erfindungsgemäß kann der der Positionsgeber ringförmig gebildet sein und dabei insbesondere einen Querschnitt mit einer kreisförmigen Innenkontur und/oder einer kreisförmigen Außenkontur aufweisen.

Die Ausnehmung des Gehäuseteils kann einen Querschnitt aufweisen, bei dem die Ausnehmung bei Aufnahme des Positionsgebers ein Zentrum desselben mit einem Winkelbereich umgibt, der zwischen 90 Grad und 200 Grad gelegen ist. Das Zentrum kann bei der ringförmigen Ausbildung des Positionsgebers der Flächenmittelpunkt und generell der Flächenschwerpunkt eines Querschnitts der Verstell -Vorrichtung sein, der quer oder vertikal zur Längsachse derselben verläuft . Insbesondere kann die Ausnehmung einen Querschnitt mit einer kreisabschnitts- förmigen Innenkontur aufweisen, die einen öffnungswinkel zwischen 90 Grad und 200 Grad hat.

Dadurch ist die Planarspule einem den Positionsgeber abschnittsweise umgreifenden Gehäuseteil oder Abnehmer- gehäuse zugeordnet, wobei das Gehäuseteil zumindest eine

Ausnehmung zur radialen Montage und Demontage auf bzw. von dem Positionsgeber aufweist. Dadurch ist das Gehäuseteil .

mit der Planarspule fertigungstechnisch einfach, ohne Demontage des Positionsgebers radial, beispielsweise auf eine Schaltstange eines Getriebes, aufsetz- und abnehmbar. Bei dieser Lösung erfolgt die Montage bzw. Demontage des Gehäuseteils mit der Planarspule vorzugsweise etwa senkrecht zu der Relativbewegungsrichtung des Positions- gebers relativ zu dem Gehäuseteil. Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Montage und Demontage des Gehäuseteils auch unter begrenzten Platzverhältnissen, beispielsweise in einem Fahrzeuggetriebe, durchgeführt werden kann.

Die Mess- und Auswerteeinrichtung ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass diese Informationen über einen vom Positionsgeber zurückgelegten Weg bereitstellt. Die zumindest eine Planarspule kann sich insbesondere über die gesamte Messstrecke oder darüber hinaus erstrecken. Dadurch wird eine Vielzahl von Magnetfeldlinien des Magnetfelds von dem Positionsgeber geschnitten und eine große änderung der Induktivität erreicht. Die Bedämpfung durch den Positions- geber verändert die Induktivität und dadurch die Frequenz des vorzugsweise als Reihen- oder ParallelSchwingkreis ausgebildeten Schwingkreises zur Positionsermittlung.

Die Planarspule ist bei einem bevorzugten Ausführungs- beispiel räumlich getrennt oder beabstandet von dem

Positionsgeber in dem Gehäuseteil angeordnet. Aufgrund der räumlichen Trennung ist die Planarspule geschützt vor äußeren Einflüssen, wie öl und Metallpartikeln. Dadurch wird eine Verschmutzung der Planarspule wirkungsvoll verhindert und eine dauerhafte Funktion der Messanordnung mit hoher Messgenauigkeit sichergestellt.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Planarspule an einer Innenumfangswandung des Gehäuseteils befestigt ist und den Positionsgeber vorzugsweise halbkreisförmig in einem Winkelbereich von etwa 180° umgreift. Dadurch wird eine großflächige Anordnung der Planarspule mit einer entsprechend hohen Feldstärke erreicht, so dass relativ große Luftspalte zwischen der Planarspule und dem Positionsgeber möglich sind. Da der Positionsgeber näherungsweise kreisförmig umgriffen ist, hat eine Luftspaltänderungen durch seitlichen Versatz des Positionsgebers relativ zu der Ausnehmung des Gehäuseteils lediglich einen geringen Einfluss auf das Messergebnis.

Bei einer besonders einfachen Lösung bildet die Planarspule einen Erreger und einen Aufnehmer aus. Das Magnetfeld der Planarspule erzeugt in dem elektrisch leitenden Positions- geber einen elektrischen Wirbelstrom. Dieser Wirbelstrom bewirkt ein sekundäres Magnetfeld, welches das ursächliche Magnetfeld überlagert und dämpft. Das ursächliche Magnetfeld wird von der Planarspule erzeugt, so dass ihre Induktivität durch die Feldschwächung lageabhängig verkleinert wird und zur Positionsermittlung dient .

Die zumindest eine Planarspule ist vorzugsweise als gedruckte Schaltung auf einer Leiterplatte (PCB Printed Circuit Board) oder einer flexiblen Folie (Flexfolie) ausgebildet. Es wird bevorzugt, die Planarspule entsprechend der Krümmung der Ausnehmung an der Innenumfangswandung des Gehäuseteil zu fixieren.

Ferner kann die Planarspule eine Multilayer-Anordnung aufweisen. Hierbei werden mehrere dünne Leiterplatten

miteinander verbunden, beispielsweise verklebt. Diese mehrlagigen Leiterplatten können eine Vielzahl von Schichten aufweisen und ermöglichen eine hohe Felddichte bei äußerst kompaktem Aufbau der Planarspule.

Zur Steigerung der Induktivität können zwei oder mehr Planarspulen übereinander als Stapel angeordnet werden. Hierbei finden vorzugsweise einlagige Leiterplatten oder Multilayer-Leiterplatten Verwendung .

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Positionsgeber ein elektrisch leitfähiger Ring mit kreisförmigem Querschnitt. Der Ring wird vorzugsweise abschnittsweise beabstandet von dem Gehäuseteil umgriffen. Aufgrund der Ausbildung des Positionsgebers als rotationssymmetrischer Ring beeinflusst eine Drehung des Positionsgebers die Wegmessung im Wesentlichen nicht.

Der Positionsgeber ist vorzugsweise aus nichtmagnetischem Material, beispielsweise Aluminium oder Kupfer ausgebildet. Derartige nichtmagnetische Materialien sind gegenüber Magnetwerkstoffen robuster und kostengünstiger. Ferritische Teile im Bereich des Positionsgebers, wie Zahnräder und Schaltgabeln in einem Getriebe, beeinflussen das Messergebnis daher nicht. Ein Anhaften von Metallpartikeln wie an Magnetwerkstoffen tritt nicht auf .

Die Positionserkennungsvorrichtung kann für ein Getriebe und/oder eine Bremse, insbesondere für ein Fahrzeuggetriebe oder eine Fahrzeugbremse, mit zumindest einer Schalt- oder Betätigungsstange als Stell-Vorrichtung vorgesehen sein, wobei der Positionsgeber mit der Schalt- oder

Betätigungsstange gekoppelt ist. Der Positionsgeber ist vorzugsweise mit der Schalt- oder Betätigungsstange axial verschiebbar in der Ausnehmung geführt .

Vorzugsweise ist der, insbesondere ringförmig ausgebildete, Positionsgeber auf eine Schalt- oder Betätigungsstange aufgeschoben. Hierbei können mehrere Ringe auf die Schaltoder Betätigungsstange aufgeschoben sein. Der Positionsgeber kann kraft-, Stoff- und/oder formschlüssig an der Schalt- oder Betätigungsstange festgelegt sein.

Beispielsweise wird der Positionsgeber mittels zumindest einer Schraube oder einer Klebeverbindung an der Schalt- oder Betätigungsstange fixiert.

Erfindungsgemäß ist auch eine Bremseinrichtung mit einer Positionserkennungsvorrichtung vorgesehen, wobei die Stell-Vorrichtung eine SchaltStange ist und die Positionserkennungsvorrichtung zur Erkennung der Position der Betätigungsstange gebildet ist. Dieses erfindungsgemäße Getriebe kann insbesondere ein Fahrzeuggetriebe sein und verwendet zumindest eine derartige Positionserkennungsvorrichtung zur Erkennung der Position mindestens einer Schaltstange des Getriebes.

Erfindungsgemäß ist auch eine Bremseinrichtung mit einer

Positionserkennungsvorrichtung vorgesehen, wobei die Stellvorrichtung eine Betätigungsstange ist und die Positionserkennungsvorrichtung zur Erkennung der Position der Betätigungsstange gebildet ist. Diese erfindungsgemäße Bremseinrichtung, insbesondere eine Fahrzeugbrems- einrichtung, verwendet zumindest eine derartige

Positionserkennungsvorrichtung zur Erkennung der Position mindestens einer Betätigungsstange der Bremseinrichtung.

Mittels der Positionserkennungsvorrichtung wird ein berührungsloses Wegmesssystem zur Erkennung der

Schaltstangenposition im Getriebe bzw. der Betätigungsstangenposition der Bremseinrichtung bereitgestellt.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Die einzige Figur ist eine schematische

Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positionserkennungsvorrichtung .

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Positionserkennungsvorrichtung 1, die im Rahmen einer Getriebesteuerung zur berührungslosen Wegmessung einer schematisch angedeuteten Schaltstange 2, mit etwa zylinderförmigem Querschnitt, eines Fahrzeuggetriebes verwendet wird. Die Positionserkennungs- Vorrichtung 1 weist eine Planarspule 4 auf, die ein

Magnetfeld erzeugt und einen im Bereich des Magnetfelds angeordneten Positionsgeber 6. Der Positionsgeber 6 ist relativ zu der Planarspule 4 entlang einer Messstrecke s bewegbar, wobei dieser WirbelStromverluste erzeugt, die eine Induktivitätsänderung der Planarspule 4 verursachen. Diese Induktivitätsänderung wird mittels einer in einem Gehäuseteil 8 angeordneten Mess- und Auswerteeinrichtung 10 erfasst und daraus die Position des Positionsgebers 6 und damit die Schaltstangenposition des Getriebes ermittelt. Als Positionsgeber 6 ist bei dem dargestellten

Ausführungsbeispiel der Erfindung ein elektrisch leitfähiger Aluminium-Ring 12 mit kreisförmigem Querschnitt

vorgesehen, der abschnittsweise beabstandet von dem Gehäuseteil 8 umgriffen ist. Aufgrund der Ausbildung des Positionsgebers 6 als rotationssymmetrischer Ring beeinflusst eine Drehung des Positionsgebers 6 die Wegmessung nicht . Das für den Ring 12 verwendete Aluminium ist gegenüber Magnetwerkstoffen robuster und kostengünstiger. Ein Anhaften von Metallpartikeln wie an Magnetwerkstoffen tritt nicht auf. Der Ring 12 ist auf die Schaltstange 2 aufgeschoben und mittels einer nicht dargestellten Schraube an dieser fixiert. Dadurch ist der Ring 12 axial mit einer Stell-Vorrichtung in Form einer Schaltstange 2 bewegbar. Eine Bewegung des Positionsgebers 6 mittels der Stell-Vorrichtung 2 verursacht eine Induktivitätsänderung der Planarspule 4 und die Mess- und Auswerteeinrichtung 10 eine Funktion aufweist, mit der die Induktivitätsänderung der Planarspule 4 erfasst und daraus die Position der Stell-Vorrichtung 2 ermittelt wird.

Die Mess- und Auswerteeinrichtung 10 weist z.B. eine Auswerteelektronik auf, die derart ausgelegt ist, dass diese die Position der Stell -Vorrichtung (2) ermitteln kann und vorzugsweise auch Informationen über den vom Positionsgeber 6 zurückgelegten Weg s bereitstellt. Die Mess- und Auswerteeinrichtung 10 misst hierzu die Induktivitäts- und Güteänderung der Planarspule 4 in Abhängigkeit der

Linearposition des Positionsgebers 6 und ermittelt aus diesen Werten die Position des Positionsgebers 6. Die Mess- und Auswerteeinrichtung 10 zur Erfassung und Auswertung der Induktivitätsänderung der Planarspule 6 kann mit bekannten Messverfahren, wie beispielsweise dem Resonanzkreis- verfahren arbeiten und ist geeignet, die absolute Position des Positionsgebers 6 anzugeben und/oder den Weg s zu

ermitteln, den der Positionsgeber 6 innerhalb eines definierten Zeitraumes zurückgelegt hat.

Das Gehäuseteil 8 umgibt oder umgreift den Positionsgeber 6 abschnittsweise und weist eine Ausnehmung 14 zur radialen Montage und Demontage auf bzw. von der SchaltStange 2 mit dem Positionsgeber 6 auf. Dadurch ist das Gehäuseteil 8 mit der Planarspule 4 fertigungstechnisch einfach, ohne Demontage des Positionsgebers 6 oder der Schaltstange 2 radial auf die Schaltstange 2 aufsetz- und von dieser abnehmbar. Die Planarspule 4 erstreckt sich über den gesamten Weg s weiter bis in einen Rand- oder Kantenbereich des Gehäuseteils 8. Dadurch werden eine Vielzahl von Magnetfeldlinien des Magnetfelds von dem Positionsgeber 6 geschnitten und eine große änderung der Induktivität bei einer Lageänderung des Positionsgebers 6 erreicht. Die Bedämpfung durch den Positionsgeber 6 verändert die Induktivität und dadurch die Frequenz des als Reihen- oder ParallelSchwingkreis ausgebildeten Schwingkreises.

Die Ausnehmung 14 des Gehäuseteils 8 hat einen kreissegmentfδrmigen Querschnitt, so dass das Gehäuseteil 8 den Positionsgeber 6 in einem Winkelbereich von etwa 200° umgreift. Dadurch wird eine große Auflagefläche 16 für die Planarspule 4 erreicht. Die Planarspule 4 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel räumlich getrennt von dem Positionsgeber 6 an einer Innenumfangswandung 18 des Gehäuseteils 8 befestigt und umgreift den Positionsgeber 6 halbkreisförmig in einem Winkelbereich von etwa 180° (Anlegebereich) . Dadurch wird eine großflächige Anordnung der Planarspule 4 mit einer entsprechend hohen Feldstärke erreicht, so dass relativ große Luftspalte L zwischen der

Planarspule 4 und dem Positionsgeber 6 möglich sind. Da der Positionsgeber 6 näherungsweise kreisförmig umgriffen ist, hat eine Luftspaltänderungen durch seitlichen Versatz des Positionsgebers 6 relativ zu der Ausnehmung 14 des Gehäuseteils 8 lediglich einen geringen Einfluss auf das Messergebnis. Aufgrund der räumlichen Trennung ist die Planarspule 4 geschützt vor äußeren Einflüssen, wie öl und Metallpartikeln. Dadurch wird eine Verschmutzung der Planarspule 4 wirkungsvoll verhindert und eine dauerhafte Funktion mit hoher Messgenauigkeit sichergestellt. Die Planarspule 4 ist als gedruckte Schaltung auf einer Leiterplatte oder einer flexiblen Folie ausgebildet und entsprechend der Krümmung der Ausnehmung 14 an der Innenumfangswandung 18 des Gehäuseteils 8 fixiert. Die Planarspule 4 kann eine Multilayer-Anordnung aus mehreren Leiterplatten aufweisen. Zur weiteren Steigerung der Induktivität können zwei oder mehr Planarspulen 4 übereinander als Stapel angeordnet werden. Hierbei können einlagige Leiterplatten oder Multilayer-Leiterplatten verwendet werden. Die Planarspule 4 bildet vorzugsweise einen Erreger und einen Aufnehmer aus. Das Magnetfeld der Planarspule 4 erzeugt in dem elektrisch leitenden Positionsgeber 6 einen elektrischen Wirbelstrom. Dieser Wirbelstrom bewirkt ein sekundäres Magnetfeld, welches das ursächliche Magnetfeld überlagert und dämpft. Das ursächliche Magnetfeld wird von der Planarspule 4 erzeugt, so dass ihre Induktivität durch die Feldschwächung lageabhängig verkleinert wird. Diese Induktivitätsänderung wird zur Positionsbestimmung des Positionsgebers verwendet.

Die erfindungsgemäße Positionserkennungsvorrichtung 1 ist nicht auf die beschriebene Anwendung zur berührungslosen

Wegmessung einer Schaltstange 2 eines Getriebes beschränkt, vielmehr kann der Positionsgeber 6 an praktisch jedem aus dem Stand der Technik bekannten Bewegungsteil, insbesondere einer Betätigungsstange einer Bremseinrichtung, Verwendung finden.

Offenbart ist eine Positionserkennungsvorrichtung 1 mit zumindest einer Planarspule 4, die ein Magnetfeld erzeugt, und mit mindestens einem im Bereich des Magnetfelds angeordneten Positionsgeber 6, wobei die Planarspule 4 und der Positionsgeber 6 relativ zueinander beweglich sind und der Positionsgeber 6 eine Induktivitätsänderung der Planarspule 4 verursacht, wobei eine Mess- und Auswerteeinrichtung 10 vorgesehen ist, die die Induktivitäts- änderung der Planarspule 4 erfasst und daraus die Position des Positionsgebers 6 ermittelt. Erfindungsgemäß ist die Planarspule 4 einem den Positionsgeber 6 abschnittsweise umgreifenden Gehäuseteil 8 zugeordnet, wobei das Gehäuseteil 8 zumindest eine Ausnehmung 14 zur radialen Montage und Demontage auf bzw. von dem Positionsgeber 6 aufweist. Ferner offenbart sind ein Getriebe und eine Bremseinrichtung mit einer derartigen Positionserkennungsvorrichtung 1.

Bezugszeichenliste

1 Positionserkennungsvorrichtung

2 Schaltstange

4 Planarspule

6 Positionsgeber

8 Gehäuseteil 10 Mess- und Auswerteeinrichtung

12 Ring

14 Ausnehmung

16 Auflagefläche

18 Innenumfangswandung