BRPI1107464A2

BRPI1107464A2 - Disposição de sensores para o registro tanto da posição axial como também da posição de rotação de um eixo deslocável ou rotatório na direção longitudinal

Info

Publication number: BRPI1107464A2
Application number: BRPI1107464-7A
Authority: BR
Inventors: Ralf Moenkemoller
Original assignee: Paragon Ag
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2014-01-21
Also published as: DE102010056271A1; JP6066033B2; JP2012137487A; CN102607501A; KR20120073149A; CN102607501B; DE102010056271B4

Abstract

DISPOSIÇÃO DE SENSORES PARA O REGISTRO TANTO DA POSIÇÃO AXIAL COMO TAMBÉM DA POSIÇÃO DE ROTAÇÃO DE UM EIXO DESLOCÁVEL OU ROTATÓRIO NA DIREÇÃO LONGITUDINAL . A fim de criar uma disposição de sensor, que por meio de um único sensor possa registrar com segurança, de forma simples e descomplicada, tanto o movimento de transíação, como também o movimento de rota-ção de um eixo (2) é sugerido que, a disposição de sensor (1) apresente um sensor (3) com, pelo menos, dois elementos do sensor (5) que estão dispostos na direção longitudinal do eixo (2), de preferência, em uma fileira, paralelos ao eixo (2) e estacionários em relação ao eixo (2), e um elemento transmissor (4), que é conformado de tal modo que durante um movimento rotatório do eixo (2) ocorre uma alteração inequívoca do sinal de medição dependente do ângulo de rotação em, pelo menos, um dos elementos do sensor (5), que podem ser avaliados separadamente.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSIÇÃO DE SENSORES PARA O REGISTRO TANTO DA POSIÇÃO AXIAL COMO TAMBÉM DA POSIÇÃO DE ROTAÇÃO DE UM EIXO DESLOCÁVEL OU ROTATÓRIO NA DIREÇÃO LONGITUDINAL".

A presente invenção refere-se a uma disposição de sensor para

o registro tanto da posição axial como também da posição de rotação de um eixo deslocável na direção longitudinal ou rotatório, por exemplo, de um eixo de engate de uma engrenagem de engate manual.

Por meio do movimento longitudinal ou de translação de um 10 eixo de engate desse tipo é selecionada, por exemplo, uma das vias de engate possível da engrenagem de engate manual. Em seguida, por meio de um movimento de giro ou rotatório do eixo de engate dentro da via de engate é desencadeado um processo de engate. Em engrenagens de en- gate manual típicas, em uma via de engate estão dispostas até duas mar- 15 chas elegíveis, por exemplo, o par de marchas "1" e "2", ou o par de mar- chas "3" e "4".

Se uma marcha for engatada, de forma simples, a partir da ve- locidade resultante e do número de rotações do motor é determinada a rela- ção de multiplicação, e uma marcha é coordenada.

Para diversos processos de controle e supervisão é interessante

saber com antecedência que justamente que está sendo realizado um pro- cesso de engate. Além disso, para uma aplicação de controle do motor pode ser interessante saber, antecipadamente, ainda antes da entrada do fecho devido à força, qual marcha é justamente engatada, ou deve ser engatada.

É conhecido prever um sensor linear de posição para o registro

do movimento de translação do eixo de engate ou da via de engate, e adi- cionalmente um sensor do ângulo de rotação, para o registro do movimento rotatório do eixo de engate. Os sinais do sensor linear de posição e do sen- sor do ângulo de rotação são, então, ligados em um aparelho de controle. 30 Como resultado dessa ligação, então, está à disposição uma posição ine- quívoca para aplicações desejadas.

No caso desse estado da técnica é desvantajoso o fato de que precisam ser usados dois sensores, ou seja, o sensor linear de posição e o sensor do ângulo de rotação. Deste modo os custos para a montagem do sensor e a instalação de cabos do sensor resultam em dobro. Além disso, muitas vezes ocorre que, os espaços de construção necessários para os 5 dois sensores não está à disposição na área da engrenagem de engate ma- nual.

No requerimento de patente DE 4415668 é descrito um sensor para o registro sem contato de determinadas posições de um eixo que pode ser deslocado axialmente, e girado em torno de um certo ângulo. No caso 10 da solução descrita é desvantajosa a ambigüidade da informação. Ao valor instantâneo do sensor não pode ser deduzido se o eixo se encontra, por e- xemplo, em uma posição "G2" ou, se é executado um movimento de trans- lação entre as vias de engate.

A patente DE 10 2007 032 972 A descreve um dispositivo de medição e um processo para o registro de um deslocamento axial de um eixo. O processo emprega um outro equipamento de sensor, que fornece sinais, que se correlacionam com um deslocamento do eixo perpendicular ao deslocamento axial.

Na patente DE 19813318 A é divulgado um processo para de- 20 terminar o ângulo de rotação de um eixo através da medição do intervalo dependente do ângulo em relação a um disco excêntrico ligado com o eixo giratório. Adicionalmente, esse texto divulga a compensação de falhas me- cânicas através do emprego de uma superfície de referência em relação à posição radial do eixo.

A patente DE 3244891 A descreve um sensor de comprimento

com bobinas. As bobinas estão dispostas ao longo do trajeto de medição, e podem ser selecionadas individualmente por meio de um multiplexer analó- gico.

Partindo do estado da técnica apresentado anteriormente à in- venção cabe a tarefa de criar uma disposição de sensor para o registro tanto da posição axial como também da posição de rotação de um eixo deslocável e rotatório na direção longitudinal, por exemplo, de um eixo de engate de uma engrenagem de engate manual, na qual por meio de um único sensor possa ser registrado com segurança tanto o movimento de translação como também o movimento de rotação do eixo deslocável e rotatório na direção longitudinal.

Essa tarefa é solucionada de acordo com a invenção por uma

disposição de sensor com um sensor linear com, pelo menos, dois elemen- tos do sensor, que estão dispostos na direção longitudinal do eixo, de prefe- rência, em uma fileira, paralelos ao eixo e estacionários em relação ao eixo, e com um elemento transmissor, que é conformado de tal modo que durante 10 um movimento rotatório do eixo ocorre uma alteração inequívoca do sinal de medição dependente do ângulo de rotação em, pelo menos, um dos ele- mentos do sensor, que podem ser avaliados separadamente.

De acordo com um aperfeiçoamento vantajoso da disposição de sensor de acordo com a invenção, essa disposição tem um sistema eletrôni- 15 co de medição, que está coordenado aos, pelo menos dois, elementos do sensor, e por meio dos quais cada um dos, pelo menos dois, elementos do sensor (5) pode ser avaliado separadamente, sendo que, o elemento trans- missor está disposto no eixo e pode ser deslocado e girado com esse eixo, e por meio do elemento transmissor nos, pelo menos dois, elementos do 20 sensor pode ser gerado, respectivamente, um sinal, que apresenta um de- curso de sinal característico e inequívoco para o deslocamento do eixo na direção longitudinal e para a posição de rotação do eixo.

Para os elementos do sensor da disposição de sensor de acordo com a invenção deve ser executado o seguinte:

de modo vantajoso, os elementos do sensor do sensor são pro-

jetados de modo mecânico, magnético ou capacitivo, e são executados co- mo botões de medição, bobinas, elementos do sensor indutivo, elementos do sensor de corrente de turbulência, de preferência, elementos do sensor de Hall pretensionados magneticamente, elementos do sensor capacitivos ou similares.

A base para a solução de acordo com a invenção, em todo ca- so, é a existência de um elemento transmissor, que está na situação de ge- rar nos elementos do sensor uma alteração do sinal de medição que pode ser reproduzida.

O elemento transmissor está ligado fixamente com aquele obje- to, cuja posição em relação a um outro objeto deve ser determinada. Por 5 sua vez, o sensor está ligado fixamente com esse outro objeto.

No caso de uma engrenagem de engate manual o elemento transmissor está ligado fixamente com o eixo de engate. O sensor está liga- do fixamente com a carcaça da engrenagem. Nessa disposição, por conse- guinte, a posição do eixo de engate é determinada em relação à carcaça da φ 10 engrenagem.

O efeito do elemento transmissor que pode ser reproduzido so- bre os elementos do sensor e, com isso, sobre os sinais de medição no sen- tido de uma alteração no sinal de medição pode ser obtido de diversas ma- neiras e formas conhecidas do especialista.

No caso do emprego de elementos do sensor sondando meca-

nicamente, o intervalo entre o contorno do elemento transmissor e o ele- mento do sensor a ser explorado na posição da exploração é a propriedade do elemento transmissor que altera o sinal de medição.

No caso do emprego de uma combinação de um elemento transmissor ferromagnético e elementos do sensor indutivos há diversas φ possibilidades, através da forma e expressão do elemento transmissor fer-

romagnético, de alcançar uma influência sobre o sinal de medição.

Dependendo do local, o intervalo do elemento transmissor e/ ou a quantidade de material efetiva podem ser variados. Também a combina- ção visada de materiais com permeabilidades diferentes pode produzir a variação dependendo da posição desejada dos sinais de medição registra- dos nos elementos do sensor.

Uma execução possível é uma alteração do intervalo dependen- te do ângulo de rotação em relação ao elemento do sensor. Com intervalo crescente a influência ferromagnética do elemento transmissor sobre o ele- mento do sensor se reduz e, com isso, o sinal de medição registrado no e- Iemento do sensor torna-se menor. Uma outra execução consiste em uma geometria do transmis- sor, na qual em função do ângulo de rotação a quantidade do material fer- romagnético na área do campo do elemento do sensor indutivo ou da bobina varia, por exemplo, pelo fato de que, a largura do elemento transmissor não 5 é constante. Uma quantidade maior do material ferromagnético leva a um aumento do sinal de medição.

Além disso, é possível combinar as duas possibilidades de exe- cução mencionadas acima.

Ao invés da combinação de um elemento transmissor ferromag- nético com um sensor indutivo, na qual a alteração da indutividade do ele- mento do sensor, ou a alteração do fluxo magnético é medida, também po- de ser aplicada a combinação de um elemento transmissor eletricamente condutivo com um sensor de corrente parasita que atua indutivamente. No caso desses sensores de corrente parasita é medida em série a diferente evaporação de um circuito oscilatório. O impacto sobre o sinal de medição, por sua vez, depende da condutividade do material transmissor. Para a apli- cação de acordo com a invenção, por sua vez, o elemento transmissor, nes- te caso, condutivo pode ser executado de tal modo que, resulta um efeito dependente da posição sobre o sinal de medição. Esse efeito dependente da posição pode ser obtido pelo fato de que, o intervalo entre o elemento transmissor e o elemento do sensor de corrente parasita el ou a superfície efetiva do elemento transmissor na área de registro do elemento do sensor de corrente parasita varia dependendo da posição.

A função básica da disposição de sensor de acordo com a in- 25 venção é realizada com um sensor linear, constituído de elementos do sen- sor dispostos ao longo do trajeto de medição, que podem ser avaliados indi- vidualmente, e com um elemento transmissor, que é executado de tal modo que, no caso de um movimento rotatório ocorre uma alteração do sinal de medição inequívoca, dependente do ângulo de rotação em, pelo menos, um 30 dos elementos do sensor que podem ser avaliados separadamente.

O dispositivo de acordo com a invenção é executado de tal mo- do que, os, pelo menos dois, elementos do sensor que podem ser avaliados separadamente, registram o deslocamento axial do eixo através de, pelo menos, um elemento transmissor fixado no eixo.

A fim de poder registrar o deslocamento axial, o elemento transmissor é executado de tal modo que, nos elementos do sensor que po- dem ser avaliados separadamente, são gerados diversos sinais de medição correspondentes ao deslocamento axial.

O elemento transmissor, por exemplo, pode ser uma saliência no eixo. No caso de vários elementos do sensor, o elemento transmissor se movimenta passando pelos elementos do sensor individualmente. A partir do processamento de todos os valores de medição separados a posição axial do eixo pode ser calculada.

Para o registro também do movimento de rotação do eixo, de acordo com a invenção essa disposição de sensor linear que realiza a fun- ção básica é expandida de tal modo que, o elemento transmissor não é de 15 rotação simétrica, mas através do ângulo da circunferência, pelo menos, na área angular a ser registrada com técnica de medição sofre uma modifica- ção.

Isto pode ser, por exemplo, uma altura do elemento transmissor dependente do ângulo, na área do ângulo a ser registrada. Com isso, a cada altura pode ser coordenado um ângulo de modo inequívoco.

A fim de garantir medições confiáveis no caso de relações de ambiente difíceis, possivelmente na área do veículo automotor é vantajoso se o elemento transmissor for executado de tal modo que, da combinação dos, pelo menos dois, sinais de medição individuais registrados nos elemen- 25 tos do sensor, com desistência da avaliação de valores de medição absolu- tos, tanto a posição axial como também o ângulo de rotação do eixo podem ser determinados.

Por exemplo, a permeabilidade de um elemento transmissor fer- romagnético fabricado de um aço ST37 pode se alterar na faixa de tempera- tura de -40 graus C até 150 graus C em torno de cerca de 23%. Esse com- portamento pode ser compensado por meio da medição da temperatura no sensor, sendo que, contudo, nunca é assegurado que, a temperatura na carcaça do sensor corresponde à temperatura do elemento transmissor na engrenagem de engate manual. Uma concordância correspondente é antes, até mesmo improvável. Outras falhas de medição surgem devido à depen- dência da temperatura dos elementos do sensor e do sistema eletrônico de avaliação.

No caso da disposição de sensor de acordo com a invenção, os problemas mencionados anteriormente são solucionados pelo fato de que, a disposição de sensor para a determinação da posição do ângulo dispõe de uma ou de várias superfícies de referência, para com isso registrar e com- pensar as influências de temperatura.

Para isso, a, pelo menos uma, superfície de referência é dispos- ta e conformada, de tal modo que, o registro do valor de referência pode ocorrer com, pelo menos um, dos elementos do sensor da disposição de sensor, que podem ser avaliados separadamente. Em particular, não está previsto empregar um dispositivo de sensor adicional.

Para isso a, pelo menos uma, superfície de referência é fixada firmemente com o eixo em um intervalo axial fixo, conhecido em relação ao elemento transmissor.

Após a determinação da posição axial do elemento transmissor é definida automaticamente a posição das superfícies de referência, uma vez que o intervalo entre a posição do elemento transmissor e a posição das superfícies de referência é predeterminada mecanicamente fixa e é conhe- cida .

Do mesmo modo, naturalmente pode ser possível determinar a posição de uma superfície de referência e, neste caso, derivar da posição do elemento transmissor.

É vantajoso se, pelo menos, uma das superfícies de referência, através daquela área do ângulo de rotação do eixo, na qual devem ser regis- tradas diferentes posições de rotação do eixo, apresentar um intervalo con- sideravelmente constante em relação ao sensor.

Em uma execução vantajosa, a superfície de referência com o intervalo, em essência, constante em relação ao sensor tem sempre um in- tervalo em relação ao sensor menor que os outros contornos a serem explo- rados separadamente. A definição da posição dessa superfície de referência ocorre, então, com um algoritmo de valor máximo relativamente simples ou algoritmo de busca de valor mínimo.

Com esse projeto, de agora em diante é relativamente menos

dispendioso determinar a partir dos sinais de medição dos elementos do sensor discretos, aquele sinal, que está coordenado a essa superfície de referência.

A partir da relação entre o sinal de medição coordenado à su- 10 perfície de referência e ao sinal de medição coordenado à superfície de re- ferência, e o sinal de medição coordenado ao, pelo menos um, contorno do elemento transmissor com um intervalo variável dependente do ângulo, um sistema eletrônico de avaliação pode determinar, por exemplo, o ângulo de rotação do eixo através de uma tabela de look-up pré-calculada.

Uma vez que o curso da temperatura do elemento do sensor

que registra a superfície de referência, e o curso da temperatura do elemen- to do sensor que registra o sinal do, pelo menos um, contorno do elemento transmissor com um intervalo variável dependente do ângulo são iguais, a relação dos valores do sensor é independente da temperatura e da permea- bilidade do material transmissor ferromagnético.

Se o elemento transmissor em uma outra conformação apresen- tar duas superfícies de medição, cujo intervalo em relação ao sensor se alte- ra na direção oposta, naquela área do ângulo de rotação do eixo, na qual devem ser registradas diversas posições de rotação do eixo, então, são ge- 25 rados dois sinais de medição na direção oposta, pelo que é possibilitada uma melhor resolução do angulo de rotação do eixo, ou no caso de aplica- ções de segurança relevante é obtida uma redundância de sinal e, com isso, uma segurança maior na avaliação.

O elemento transmissor pode apresentar duas superfícies de medição, das quais a primeira ou a segunda superfície, em uma primeira ou segunda área parcial daquela área do ângulo de rotação do eixo, na qual devem ser registradas diversas posições de rotação do eixo, apresenta um intervalo na maior parte constante em relação ao sensor. Neste caso, é pos- sível, respectivamente, receber um sinal de referência, sendo que, o sinal de uma superfície de medição se altera naquela área com o intervalo em rela- ção ao sensor, na qual o sinal da outra superfície de medição permanece 5 igual ou o inverso. Uma superfície de referência adicional, então, pode ser suprimida.

Se a superfície de medição ou as superfícies de medição do e- Iemento transmissor na posição de marcha em vazio da engrenagem de en- gate manual apresentar ou apresentarem o intervalo mínimo em relação ao 10 sensor, então, a resolução do sinal exatamente na área da posição de mar- cha em vazio da engrenagem de engate manual é a máxima, na qual as máximas exigências são apresentadas à resolução do sinal e à exatidão da disposição de sensor.

Além disso, pode ser vantajoso se a modificação do elemento transmissor através do ângulo de rotação não é executada constantemente, mas nas áreas, onde é necessária uma resolução maior, é marcada mais forte do que nas áreas onde somente é necessária uma resolução menor.

No caso de uma engrenagem de engate manual, na área da po- sição neutra é exigida uma alta resolução. Na área das posições finais da marcha é exigida apenas uma resolução pequena. Com isso é vantajoso executar a modificação através do ângulo de rotação na área da posição neutra mais forte que na área das posições finais da marcha.

De acordo com uma outra forma de execução vantajosa, a cada posição axial principal ou via de engate de um eixo de engate de uma en- grenagem de engate manual está coordenado, pelo menos, um elemento do sensor do sensor.

Uma execução vantajosa do processamento de sinal da disposi- ção de sensor ou do sensor é obtida se, por meio dela, por exemplo, por meio de um processador coordenado a ela uma dependência não linear do 30 intervalo entre o elemento transmissor e o sensor, por um lado, e o decurso do sinal característico, por outro lado, pode ser Iinearizado com técnica de programa. Se o sensor for formado de elementos do sensor indutivos, é a- propriado que durante a medição, respectivamente, dois elementos do sen- sor indutivos estejam ligados no sentido contrário em série, de tal modo que, através de campos externos as tensões de interferência induzidas sejam eliminadas.

Uma segurança maior à interferência e uma resolução do sinal mais alta é obtida se o campo magnético for conduzido através de corpos de bobina e corpos condutores ferromagnéticos em, pelo menos, uma parte do campo magnético, que não é essencial para a medição da geometria do transmissor.

De modo vantajoso, no processamento de sinal está instalado um algoritmo, por exemplo, em forma de uma tabela de look-up preparada, por meio da qual os valores de medição podem ser recalculados para uma posição de rotação do eixo.

A fim de poder definir também o ângulo de rotação para posi-

ções entre os elementos do sensor individuais é apropriado se, o algoritmo instalado no processamento de sinal for expandido, de preferência, em for- ma de uma tabela de look-up tridimensional. Se no caso dessas formas de execução a demanda de memória tiver que ser reduzida, é possível limitar o 20 número das tabelas de look-up e para as posições intermediárias realizar uma interpolação entre as tabelas de look-up.

A disposição de sensor de acordo com a invenção pode transmi- tir, através de um protocolo qualquer, a posição axial e o ângulo de rotação aos outros aparelhos de controle.

De forma vantajosa, já no sensor ocorre uma classificação da

posição momentânea. Essas informações discretas podem, então, ser transmitidas a outros aparelhos de controle através de um ponto de inter- secção de PWM relativamente favorável e robusto.

É sugerida uma classificação com a seguinte subdivisão em uma engrenagem de seis marchas, a título de exemplo.

Posição final marcha a ré, neutra, posição final marcha 1, posi- ção final marcha 2, posição final marcha 3, posição final marcha 4, posição final marcha 5, posição final marcha 6, posição intermediária neutra - posi- ção final marcha 1, posição intermediária neutra - posição final marcha 2, posição intermediária neutra - posição final marcha 3, posição intermediária neutra - posição final marcha 4, posição intermediária neutra - posição final 5 marcha 5, posição intermediária neutra - posição final marcha 6, posição intermediária neutra - posição final marcha a ré.

De forma vantajosa, antes da emissão de um sinal a integridade dos sinais do sensor é testada. Isto se configura relativamente simples no caso de um sensor com vários elementos do sensor analógicos, que podem 10 ser registrados separadamente. Em função do projeto do elemento trans- missor uma consulta seqüencial dos elementos do sensor resulta típicos decursos de sinal dependentes da posição. Esses decursos podem ser de- positados no sensor juntamente com uma faixa de tolerância permitida. Se o teste técnico de programa resultar que os valores do sensor determinados 15 seqüencialmente não estão dentro dessa faixa de tolerância definida, então o sensor emite um sinal de falha.

A seguir, a invenção será esclarecida em detalhes com auxílio de uma forma de execução, com referência ao desenho.

São mostradas:

na figura 1, uma representação básica de uma forma de exe-

cução de uma disposição de sensor de acordo com a invenção, para o re- gistro tanto da posição axial como também da posição de rotação de um eixo deslocável ou rotatório na direção longitudinal;

na figura 2, uma representação em perspectiva de um sensor da disposição de sensor mostrada na figura 1;

na figura 3, uma representação do sensor mostrado na figura 2, pelo lado de baixo;

na figura 4, uma representação em perspectiva de um elemento transmissor da disposição de sensor mostrada na figura 1;

na figura 5, uma outra representação da disposição de sen-

sor de acordo com a invenção;

na figura 6, a atuação em conjunto de elementos do sensor do sensor com o elemento transmissor da disposição de sensor;

na figura 7, um elemento transmissor, no qual a altura varia a- través do ângulo;

na figura 8, um elemento transmissor, no qual a largura varia através do ângulo;

na figura 9, um elemento transmissor, no qual a largura de um recesso varia através do ângulo;

na figura 10, um elemento transmissor, no qual uma folha fer- romagnética está colada sobre um elemento não ferromagnético;

na figura 11, um elemento transmissor, correspondente à figu-

ra 7, que está expandido em torno de uma superfície de referência com altu- ra constante na área do ângulo de rotação a ser registrado;

na figura 12, o elemento transmissor mostrado na figura 11, em uma outra vista;

na figura 13, o elemento transmissor mostrado na figura 11,

em uma outra perspectiva;

na figura 14, um elemento transmissor, correspondente à figu- ra 8, que está expandido em torno de uma superfície de referência com altu- ra constante na área do ângulo de rotação a ser registrado;

na figura 15, um elemento transmissor correspondente à figura

9, que apresenta à direita e à esquerda do recesso superfícies com altura constante, que podem ser empregadas como superfícies de referência; e

na figura 16, um elemento transmissor correspondente à figura

10, que está expandido em torno de uma folha com largura constante na área do ângulo de rotação a ser registrado.

Uma forma de execução de uma disposição de sensor 1 de a- cordo com a invenção, esclarecida em detalhes a seguir com auxílio das figuras de 1 a 6 serve para o registro tanto da posição axial como também da posição de rotação de um eixo 2 deslocável ou rotatório na direção Iongi- 30 tudinal. No caso do eixo 2 pode se tratar, em particular, de um eixo de enga- te 2 de uma engrenagem de engate manual de um veículo automotor, não representada de resto. Por meio do movimento longitudinal ou de translação desse eixo de engate 2, é selecionada uma das possíveis vias de engate da engrena- gem de engate manual. Em típicas engrenagens de engate manual do tipo de construção usual, em uma dessas vias de engate estão dispostas até 5 duas marchas opcionais, por exemplo, o par de marchas "1" e "2", o par de marchas "3" e "4", e o par de marchas "5" e "R". Depois da seleção da via de engate, através de uma rotação do eixo em torno de seu eixo longitudinal ou eixo de rotação dentro da via de engate selecionada é escolhida a mar- cha desejada.

No caso de uma mudança para uma outra marcha, a fim de re-

conhecer o mais cedo possível, qual a marcha que deve ser engatada, a disposição de sensor 1 tem um sensor 3 e uma elemento transmissor 4.

Como pode ser visto melhor na figura 5, o sensor 3 está dispos- to estacionário em relação ao eixo de engate 2. De forma apropriada, o ele- 15 mento transmissor 4 está fixado no eixo de engate 2, e consequentemente pode ser deslocado com esse eixo, tanto em sua direção longitudinal, como também - durante uma rotação do eixo de engate 2, em torno de seu eixo de rotação - pode ser girado ou rodado em torno desse eixo de rotação.

Como pode ser visto melhor nas figuras 3 e 6, no exemplo de 20 execução representado, a esse sensor 3 pertencem seis elementos do sen- sor 5, que estão dispostos na direção longitudinal do eixo de engate 2 em uma fileira, um após o outro. No caso de um deslocamento de translação ou longitudinal do eixo 2, com isso, o elemento transmissor 4 é movimentado ao longo dos elementos do sensor 5 dispostos em uma série do sensor 3. 25 Dentro do sensor 3 da disposição de sensor 1 está previsto um processa- mento de sinal não representado em detalhes nas figuras, que está coorde- nado aos seis elementos do sensor 5 no exemplo de execução representa- do. Por meio desse processamento de sinal, cada um dos elementos do sensor 5 pode ser avaliado separadamente.

Os elementos do sensor 5 do sensor 3 no exemplo de execução

representado da disposição de sensor 1 são executados como elementos do sensor 5 indutivos em forma de bobinas energizadas. Esses elementos do sensor 5 indutivos têm um campo magnético, que sai na área de medição do sensor 3. Quando nesse campo magnético entra um material ferromag- nético, então, com o engate de avaliação, que está previsto no processa- mento de sinal do sensor 3, pode ser medida a alteração da indutividade da 5 bobina para cada um dos elementos do sensor 5. Essa alteração da induti- vidade da bobina de cada um dos elementos do sensor 5, no elemento transmissor 4, em essência, é dependente do intervalo entre esse elemento transmissor 4, por um lado, e os elementos do sensor 5 do sensor 3, por outro lado.

Por conseguinte, o elemento transmissor 4 gera nos elementos

do sensor 5 do sensor 3 um sinal, sendo que, o decurso do sinal desse sinal é característico para o deslocamento do eixo 2 na direção longitudinal, e para a posição de rotação do eixo 2. Ao processamento de sinal do sensor 3 pertence um processador, que pode Iinearizar uma dependência não linear 15 do intervalo entre o elemento transmissor 4 e os elementos do sensor 5 do sensor 3 com técnica de programa.

Para o aumento da indutividade os elementos do sensor 5 do sensor 3 indutivos, executados como bobinas energizadas, são enrolados em um corpo de enrolamento ou núcleo de enrolamento de um material fer- romagnético. Deste modo a sensibilidade da ligação de avaliação prevista no processamento de sinal pode ser menor.

Os sinais dos elementos do sensor 5 individuais são avaliados na ligação de avaliação integrada no processamento de sinal por meio de um algoritmo específico da tarefa.

Em primeiro lugar deve ser definida a posição do elemento

transmissor 4 ao longo da disposição dos elementos do sensor 5 do sensor 3. Na medida que a cada possível posição discreta do eixo 2 e, com isso, do elemento transmissor 4 está coordenado um elemento do sensor 5 inequí- voco, o algoritmo mencionado anteriormente consiste somente em encontrar 30 os dois elementos do sensor 5, cujos sinais indicam o intervalo mínimo. Es- ses sinais podem, então, ser coordenados de modo inequívoco a uma via. Neste caso, uma linearização pode ser abolida. Também as posições intermediárias entre os elementos do sen- sor 5 individuais podem ser definidas de modo simples, através de um algo- ritmo de interpolação.

No caso de um sensor linear conformado desse modo existe a vantagem que, o resultado da interpolação em uma ampla área é indepen- dente do intervalo entre o sensor 3 e o elemento transmissor 4.

No exemplo de execução representado, o elemento transmissor

4 é conformado de tal modo que, o intervalo entre o sensor 3 ou seus ele- mentos do sensor 5 e o elemento transmissor 4 varia em função do ângulo de rotação do eixo 2; a indutividade dos elementos do sensor 5 do sensor 3, por conseguinte, é dependente do respectivo ângulo de rotação do eixo de engate 2.

Se como, por exemplo, em uma engrenagem de engate manual, na direção de translação do eixo de engate 2 existirem somente poucas po- 15 sições discretas em forma de vias de engate, e a cada uma dessas posições discretas do eixo de engate 2 forem coordenados, de modo inequívoco dois elementos do sensor 5, então, os elementos do sensor 5 correspondem com a máxima indutividade das vias de engate escolhidas e a altura da indutivi- dade é uma correspondência para o ângulo de rotação do eixo de engate 2. 20 Através de um algoritmo apropriado, por exemplo, uma tabela de look-up pré-calculada, a altura da indutividade do elemento do sensor 5 pode ser recalculada em um ângulo de rotação do eixo de engate 2.

É possível formar um algoritmo expandido, a fim de poder definir também o ângulo de rotação do eixo de engate 2 para posições entre os elementos do sensor 5 individuais. Neste caso, resulta uma tabela de look- up tridimensional. A fim de reduzir a demanda de memória é possível limitar

o número das tabelas de look-up, e para as posições intermediárias realizar uma interpolação entre as tabelas de look-up.

A medição absoluta do intervalo apresentado acima, entre os e- Iementos do sensor 5 do sensor 3, por um lado, e o elemento transmissor 4, por outro lado, em princípio é suficiente.

Para isso, o elemento transmissor 4 apresenta uma superfície de medição de um material ferromagnético. O intervalo entre essa superfície de medição, por um lado, e o sensor 3 ou seus elementos do sensor 5, por outro lado, se altera através daquela área do ângulo de rotação do eixo 2, na qual devem ser registradas diversas posições de rotação do eixo 2, cor- 5 respondente à posição de rotação do eixo de engate 2 que se altera. Natu- ralmente, também alterações da posição de translação do eixo de engate 2 levam a alterações de intervalo correspondentes.

A fim de realizar uma medição relativa suscetível a interferên- cias em extensão muito menor, ao invés de uma medição absoluta do inter- valo entre o elemento do sensor 5, por um lado, e o elemento transmissor 4, por outro lado, como resulta da figura 4, está prevista uma superfície de re- ferência de um material ferromagnético, que através daquela área do ângulo de rotação do eixo 2, na qual devem ser registradas as diversas posições de rotação do eixo de engate 2, apresenta um intervalo em grande parte cons- tante em relação ao sensor 3 ou a seus elementos do sensor 5. Essa super- fície de referência de material ferromagnético está disposta na seção do e- Iemento transmissor 7, representada à direita na figura 4, de tal modo que, seu intervalo em relação ao elemento do sensor 5 que, como está represen- tado na figura 6 a título de exemplo, está coordenado a essa seção do ele- mento transmissor 7, quando o eixo de engate 2 na área de rotação especi- ficada ou em torno do ângulo de rotação especificado é girado em torno de seu eixo de rotação. Na seção do elemento transmissor 6 à esquerda na figura 4, está prevista a superfície de medição de material ferromagnético já mencionada acima, cujo intervalo varia em relação ao elemento do sensor 5 do sensor 3 coordenado a ela, em função do ângulo de rotação do eixo de engate 2.

A superfície de referência prevista na seção do elemento trans- missor 7 à direita na figura 4, através da área do ângulo de rotação prevista para o eixo de engate 2 apresenta um intervalo constante em relação ao 30 elemento do sensor 5 do sensor 3, ao passo que, a superfície de medição prevista na seção do elemento transmissor 6 à esquerda na figura 4 apre- senta um intervalo dependente do ângulo de rotação do eixo de engate 2, em relação ao respectivo elemento do sensor 5.

No engate de avaliação do processamento de sinal, dos sinais re- cebidos dos elementos do sensor 5 discretos pode ser determinado, sem pro- blemas, aquele sinal, que está coordenado à superfície de medição da seção 5 do elemento transmissor 6 do elemento transmissor 4 à esquerda na figura 4. A relação entre esse sinal de medição e o sinal de referência, que é gerado pela superfície de referência na seção do elemento transmissor 7 à direita na figura 4 é uma medida para o do ângulo de rotação do eixo de engate 2.

Além disso, é possível expandir o elemento transmissor 4 em 10 torno de uma segunda superfície de medição, sendo que, as alterações de intervalo entre as, então, duas superfícies de medição e os elementos do sensor 5, pelo menos, em uma área parcial do ângulo de rotação do eixo de engate 2 são em sentido contrário. Deste modo obtêm-se dois valores de sinal independentes e, com isso, uma melhor resolução do ângulo de rota- 15 ção do eixo de engate 2. Uma renúncia da superfície de referência apresen- tada acima é possível quando as duas superfícies de medição são referen- ciadas uma contra a outra.

Por exemplo, a primeira superfície de medição poderia apresen- tar, em essência, um intervalo constante através do ângulo de rotação em 20 relação ao elemento do sensor 5. Somente na faixa do ângulo de 0 até +25 graus o intervalo entre a primeira superfície de medição e o elemento do sensor 5 torna-se maior. Também a segunda superfície de medição tem um intervalo constante, em essência, através do ângulo de rotação em relação ao elemento do sensor 5. Somente na faixa do ângulo de 0 até -25 graus o 25 intervalo entre a segunda superfície de medição e o elemento do sensor 5 torna-se maior.

No caso dessa forma de execução apresentada acima, não são possíveis ângulos de rotação fora da faixa de -25 graus até +25 graus, em virtude de limitações mecânicas.

Enquanto os sinais dos elementos do sensor 5 coordenados às

duas superfícies de medição forem iguais, existe um ângulo de rotação de exatamente 0 grau. Se o sinal coordenado à primeira superfície de medição for me- nor que o sinal coordenado à segunda superfície de medição, então a dire- ção de rotação do eixo de engate 2 é na direção de +25 graus. Para a defi- nição exata do ângulo de rotação do eixo de engate 2, então, pode ser refe- 5 rido ao sinal coordenado à segunda superfície de medição, o qual não se altera na faixa de 0 grau até 25 graus.

Se o sinal coordenado à segunda superfície de medição for me- nor que o sinal coordenado à primeira superfície de medição, então, a dire- ção de rotação do eixo de engate é na direção de -25 graus. Para a defini- 10 ção exata do ângulo de rotação, então, pode ser referido ao sinal coordena- do à primeira superfície de medição, o qual não se altera entre 0 grau 25 graus.

O elemento transmissor 4 mostrado nas figuras está previsto pa- ra uma faixa de medição do ângulo de rotação de +25 graus até -25 graus. Isto é um valor típico para uma engrenagem de engate manual.

Uma vez que no caso de sensores 3 com elementos do sensor 5 indutivos a resolução de sinal com intervalo de medição crescente é menor, no caso da execução do elemento transmissor 4 nas áreas com as exigên- cias máximas à exatidão de medição é apropriado estar o mais próximo 20 possível ao sensor 3. Na aplicação em uma engrenagem de comutação a exigência máxima ao sinal é apresentada para a posição de marcha em va- zio com 0 grau. Por isso, as superfícies de medição são executadas, de tal modo que, nessa posição elas têm o intervalo menor em relação ao sensor

3, a fim de poder definir a posição de marcha em vazio de modo segura e com a máxima resolução.

No caso de uma forma de execução mostrada na figura 7, do elemento transmissor 4 colocado no eixo de engate 2 a superfície de medi- ção é conformada, de tal modo que, seu intervalo em relação ao eixo longi- tudinal do eixo de engate 2 se altera com o decurso da circunferência do 30 eixo de engate 2. O intervalo da superfície de medição em relação ao ele- mento do sensor 5 varia, por conseguinte, com o ângulo de rotação do eixo de engate 2. No caso da forma de execução mostrada na figura 8 do elemen- to transmissor 4, que está colocado no eixo de engate 2, representado ape- nas parcialmente, a largura do elemento transmissor 4 se altera e, com isso, a largura da superfície de medição ao longo da extensão do eixo de engate 5 2. De modo correspondente, o sinal de medição registrado no elemento do sensor 5 coordenado é dependente do ângulo de rotação do eixo de engate

2.

No caso da forma de execução mostrada na figura 9 do elemen- to transmissor 4, no elemento transmissor 4 ou em sua superfície de medi- ção está previsto um recesso, que varia na direção da circunferência do eixo de engate 2, com relação à sua largura. De modo correspondente, o sinal de medição registrado no respectivo elemento do sensor 5 se altera.

No caso da forma de execução mostrada na figura 10 do ele- mento transmissor 4, esse elemento não é por si ferromagnético. Nesse e- 15 Iemento transmissor 4, está colada uma folha 8 ferromagnética, que forma a superfície de medição do elemento transmissor 4. A largura da folha 8 varia através da extensão do eixo de engate 2, de tal modo que, no respectivo elemento do sensor 5 é registrado um sinal de medição em função do ângu- lo de medição do eixo de engate 2.

No caso do elemento transmissor 4 mostrado com auxílio das fi-

guras de 11 a 13, está prevista uma primeira seção do elemento transmissor

9 e uma segunda seção do elemento transmissor 10. A primeira seção do elemento transmissor 9 forma a superfície de medição, cujo intervalo varia em relação ao eixo longitudinal do eixo de engate 2 na direção da circunfe- 25 rência. Na segunda seção do elemento transmissor 10 está formada a su- perfície de referência cujo intervalo em relação ao eixo do eixo de engate 2 é constante.

No caso do elemento transmissor 4 mostrado na figura 14, do mesmo modo, está prevista uma primeira seção do elemento transmissor 9 e uma segunda seção do elemento transmissor 10. No caso da primeira se- ção do elemento transmissor 9 a largura da superfície de medição varia na direção da circunferência do eixo de engate 2. A superfície de referência formada pela segunda seção do elemento transmissor 10 tem uma largura constante através da circunferência do eixo de engate 2.

No caso do elemento transmissor 4 mostrado na figura 15, à di- reita e à esquerda de um recesso que varia com respeito à sua largura atra- 5 vés da circunferência do eixo de engate 2, estão previstas superfície de re- ferência, que apresentam um intervalo constante em relação ao eixo do eixo de engate 2, e de modo correspondente, podem ser empregadas como su- perfícies de referência.

No caso do elemento transmissor 4 não ferromagnético em si, 10 mostrado na figura 16, sobre esse elemento, com respeito a sua largura, na direção da circunferência do eixo de engate 2, estão coladas uma folha 8 ferromagnética, bem como, uma folha 11 ferromagnética correspondente, que é constante na direção da circunferência do eixo de engate 2, com res- peito à sua largura. Através dessa folha 11 constante, com respeito à sua 15 largura, que - como a folha 8 - está colada sobre o elemento transmissor 4, pode ser formada a superfície de referência do elemento transmissor.

Claims

1. Disposição de sensor para o registro tanto da posição axial como também da posição de rotação de um eixo (2) deslocável na direção longitudinal ou rotatório, por exemplo, de um eixo de engate (2) de uma en- grenagem de engate manual, com um sensor linear (3) com, pelo menos, dois elementos do sensor (5) que estão dispostos na direção longitudinal do eixo (2), de preferência, em uma fileira, paralelos ao eixo (2) e estacionários em relação ao eixo (2), e com um elemento transmissor (4), que é confor- mado de tal modo que durante um movimento rotatório do eixo (2) ocorre uma alteração inequívoca do sinal de medição dependente do ângulo de rotação em, pelo menos, um dos elementos do sensor (5), que podem ser avaliados separadamente.

2. Disposição de sensor de acordo com a reivindicação 1, com um sistema eletrônico de medição, que está coordenado aos, pelo menos dois, elementos do sensor (5), e por meio dos quais cada um dos, pelo me- nos dois, elementos do sensor (5) pode ser avaliado separadamente, sendo que, o elemento transmissor (4) está disposto no eixo (2) e pode ser deslo- cado e girado com esse eixo, e por meio do elemento transmissor (4) nos, pelo menos dois, elementos do sensor (5) pode ser gerado, respectivamen- te, um sinal, que apresenta um decurso de sinal característico e inequívoco para o deslocamento do eixo (2) na direção longitudinal e para a posição de rotação do eixo (2).

3. Disposição de sensor de acordo com a reivindicação 1 ou 2, na qual os elementos do sensor (5) do sensor (3) são projetados de modo mecânico, magnético ou capacitivo, e são executados como botões de me- dição, bobinas, elementos do sensor indutivo, elementos do sensor de cor- rente de turbulência, de preferência, elementos do sensor de Hall pretensio- nados magneticamente, elementos do sensor capacitivos ou similares.

4. Disposição de sensor de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, na qual o elemento transmissor (4) apresenta uma superfície de me- dição executada de um material ferromagnético, cujo intervalo em relação ao sensor (3) se altera através daquela área do ângulo de rotação do eixo (2), na qual devem ser registradas diversas posições de rotação do eixo (2), correspondente à posição de rotação do eixo que se altera.

5. Disposição de sensor de acordo com uma das reivindicações1a 3, na qual o elemento transmissor (4) apresenta uma superfície de refe- rência, que através daquela área do ângulo de rotação do eixo (2), na qual devem ser registradas diversas posições de rotação do eixo (2), apresenta um intervalo na maior parte constante em relação ao sensor (3).

6. Disposição de sensor de acordo com a reivindicação 4 ou 5, na qual o elemento transmissor (4) apresenta uma superfície de medição, cujo intervalo em relação ao sensor (3) se altera no sentido contrário naque- la área do ângulo de rotação do eixo (2), na qual devem ser registradas di- versas posições de rotação do eixo (2).

7. Disposição de sensor de acordo com uma das reivindicações4 a 6, na qual o elemento transmissor (4) apresenta duas superfícies de medição, das quais a primeira ou a segunda superfície, em uma primeira ou segunda área parcial daquela área do ângulo de rotação do eixo (2), na qual devem ser registradas diversas posições de rotação do eixo (2), apresenta um intervalo na maior parte constante em relação ao sensor (3).

8. Disposição de sensor de acordo com uma das reivindicações 4 a 7, na qual a superfície de medição ou as superfícies de medição do ele- mento transmissor (4) na posição de marcha em vazio da engrenagem de engate manual apresentam o intervalo menor em relação ao sensor (3).

9.Disposição de sensor de acordo com uma das reivindicações1a 8, na qual a cada discreta posição axial ou via de engate de um eixo de engate (2) de uma engrenagem de engate manual está coordenado um e- Iemento do sensor (5) do sensor (3).

10. Disposição de sensor de acordo com uma das reivindica- ções 2 a 9, na qual o processamento de sinal da disposição de sensor (1) ou do sensor (3) está equipado de tal modo que, por meio dela, por exem- pio, por meio de um processador coordenado a ela uma dependência não linear do intervalo entre o elemento transmissor (4) e o sensor (3), por um lado, e o decurso do sinal característico, por outro lado, pode ser Iinearizado com técnica de programa.

11. Disposição de sensor de acordo com uma das reivindica- ções 1 a 10, na qual o sensor (3) é formado de elementos do sensor (5) indutivos, dos quais, respectivamente, dois estão ligados no sentido contrá- rio em série.

12. Disposição de sensor de acordo com a reivindicação 11, na qual o corpo de enrolamento dos elementos do sensor (5) indutivos são en- rolados em um núcleo de material ferromagnético.

13. Disposição de sensor de acordo com a reivindicação 11 ou 12, na qual no processamento de sinal é instalado um algoritmo, por exem- plo, em forma de uma tabela de look-up preparada, por meio do qual a altu- ra da indutividade de um elemento do sensor indutivo pode ser recalculado para uma posição de rotação ou eixo (2).

14. Disposição de sensor de acordo com a reivindicação 13, na qual o algoritmo instalado no processamento de sinal é expandido, de prefe- rência, em forma de uma tabela de look-up tridimensional.

15. Disposição de sensor de acordo com uma das reivindica- ções 2 a 14, na qual o sistema eletrônico de medição, ou processamento de sinal da disposição de sensor (1) ou do sensor (3) está conformado de tal modo que, por meio dela, por exemplo, por meio de um processador coor- denado a ela pode ser realizada uma classificação dos sinais.

16. Disposição de sensor de acordo com uma das reivindica- ções 1 a 15, na qual através de um ponto de intersecção serial qualquer a posição axial e o eixo de rotação podem ser fornecidos.

17. Disposição de sensor de acordo com a reivindicação 15 ou 16, na qual através de um ponto de intersecção de PWM ou de um ponto de intersecção serial qualquer é fornecido o resultado da classificação.

18. Disposição de sensor de acordo com uma das reivindica- ções 1 a 17, na qual dentro do sensor (3) ocorre uma comparação com téc- nica de programa dos sinais do sensor registrados com uma ou várias cur- vas de valor teórico depositadas, e no caso de desvios é emitido um sinal de falha.

19. Disposição de sensor de acordo com uma das reivindica- ções 1 a 18, na qual as alterações de contorno do elemento transmissor (4) não são constantes, através do ângulo de rotação.