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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltwellenmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine in dieser Druckschrift fälschlicherweise als „Schaltwelle” bezeichnete, die eigentliche Schaltwelle radial außen umgebende Schalthülse, welche einen Schaltfinger trägt, ist an ihrer Außenfläche mit Rastkonturen versehen, in welche federvorgespannte Rastkugeln überwindbar einrasten.
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Die Rastkonturen sind dabei mit unterschiedlichen radialen Höhenniveaus ausgebildet, so dass die Rastkugel relativ zu ihrem Gehäuse im Rasteingriff mit unterschiedlichen Rastkonturen eine unterschiedliche Auskragstrecke auskragt. Die Rastkugel bzw. das die Rastkugel tragende Rastierelement ist mit einem Sensor ausgebildet, welcher die Auskragstrecke der Rastkugel erfasst.
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In diesem Sinne stellen die Rastkonturen mit ihrem unterschiedlichen radialen Abstand von der Schaltwellenlängsachse eine Informationsträgereinrichtung im Sinne der vorliegenden Anmeldung dar, welche Informationen über Schaltstellungen des Schaltwellenmoduls, insbesondere des Schalffunktionsteils, preisgeben kann.
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In ähnlicher Weise können über ein zweites Rastierelement axiale Verschiebestellungen des Schalffunktionsteils erfasst werden.
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Nachteilig an der bekannten Lösung ist zum einen ihr komplexer Aufbau und zum anderen die Beeinflussung von Schaltkräften an dem aus dem Stand der Technik bekannten Schaltwellenmodul mit Gangstellungserkennung.
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Da die Rastierelemente in radialer Richtung vorgespannt sind und die Rastkonturen zur Unterscheidung der jeweils gewählten Schaltstellung des Schaltfunktionsteils unterschiedliche radiale Höhenniveaus aufweisen, werden in den unterschiedlichen Raststellungen unterschiedliche Rastkräfte wirksam, welche vom Fahrer beim manuellen Schaltvorgang im Falle eines Gangwechsels überwunden werden müssen.
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Außerdem offenbart die
DE 2008 058 165 A1 ein Schaltwellenmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
US 2008/0006113 A1 und die
DE 197 48 115 A1 beschreiben jeweils Automatikschaltungen, bei welchen die Gangstufenerfassung mittels mindestens eines Magneten und mehrerer Hall-Sensoren erfolgt.
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Die
DE 10 2008 036 107 B4 offenbart die Verwendung von Spritzgussteilen mit magnetisierbarem Material bei Schaltwellenmodulen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Schaltwellenmodul mit Gangstellungserkennung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem gattungsgemäßen Schaltwellenmodul durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.
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Durch die Verwendung von Bit-Informationselementen, von welchen jedes zwei Zustände aufweisen kann, ist es möglich, unterschiedliche Schaltstellungen binär zu kodieren und mit der Sensoreinrichtung zu erfassen.
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Dadurch, dass mehr Bit-Informationselemente vorgesehen sind, als zur Erfassung einer Schaltstellung des Schaltfunktionsteils von der Sensoreinrichtung abgefragt bzw. erfasst werden, kann sichergestellt sein, dass mehr als eine Schaltstellung des Schaltfunktionsteils durch die Sensoreinrichtung erfassbar ist.
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Die Erfassung von Bit-Informationselementen mit nur zwei Zuständen gestattet eine Erfassung von Schaltstellungen, ohne wesentlichen Einfluss auf die Schaltkräfte zu nehmen. Dies gilt selbst für den nicht bevorzugten Fall von mechanisch abgetasteten Bit-Informationselementen, da diese lediglich zwei unterschiedliche Höhenniveaus aufweisen würden und die Kodierung unterschiedlicher Schaltstellungen nicht über eine Mehrzahl von Höhenniveaus, sondern über eine Mehrzahl von Bit-Informationselementen erfolgt.
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Vorzugsweise erfolgt die Erfassung der Schaltstellungen jedoch berührungslos.
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In der vorliegenden Anmeldung sind die Begriffe der „Schaltstellung des Schaltwellenmoduls” und der „Schaltstellung des Schaltfunktionsteils” synonym gebraucht.
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Die Funktion des hier beschriebenen Schaltwellenmoduls sei im Folgenden zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung kurz erläutert:
Das Schaltfunktionsteil, etwa ein Schaltfinger, ist zur Auswahl einer Schaltgasse in der Regel in axialer Richtung längs der Schaltwellenlängsachse verschieblich. So können beispielsweise die Schaltgasse für den ersten und den zweiten Gang oder die Schaltgasse für den dritten und den vierten Gang oder, je nach zu schaltendem Getriebe, die Schaltgasse für Rückwärtsgang und fünften Gang bzw. die Schaltgasse für fünften und sechsten Gang und davon gesondert die Schaltgasse für den Rückwärtsgang angewählt werden.
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Durch die Drehbewegung des Schaltfunktionsteils kann innerhalb einer Schaltgasse ein in dieser Schaltgasse erreichbarer Gang eingelegt oder ausgerückt werden. Üblicherweise weist das Schaltfunktionsteil in den Schaltgassen drei Wählstellungen auf, nämlich eine in Umfangsrichtung jeweils mittlere Stellung, die üblicherweise eine Neutralstellung ist, in der kein der jeweiligen Schaltgasse zugeordneter Gang eingelegt ist, und zwei in Umfangsrichtung der Neutralstellung in entgegengesetzten Richtungen benachbarte Endstellungen, wobei jeder Endstellung ein anderer von zwei in der Schaltgasse erreichbaren Gänge eingelegt ist.
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Das Schaltfunktionsteil kann starr zur gemeinsamen Bewegung mit der Schaltwelle verbunden sein. Dann ist die Schaltwelle axial verschieblich und drehbar im Modulgehäuse gelagert.
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Bei zwei axialen Spuren mit jeweils vier Sensorelementen können also acht Zustände abgefragt werden, was grundsätzlich die Darstellung von 28, also 256 unterschiedlichen Schaltstellungen ermöglichen würde. Eine Kodierung von derart vielen Schaltstellungen würde jedoch zu einem Code mit einem wenig vorteilhaften Hamming-Wert von 1 führen, weil die Änderung lediglich eines Bits stets zu einem gültigen, einer anderen als der tatsächlichen Schaltstellung zugeordneten Signal führen würde.
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Kodiert man dagegen mit den so auf geringem Bauraum erreichbaren 256 unterschiedlichen Bit-Folgen lediglich die derzeit maximal 7 tatsächlich vorgesehenen Schaltstellungen, so erhält man einen Code mit dem Hamming-Wert von 3. Dies bedeutet, dass wenigstens drei Bits einer erfassten Bit-Folge geändert werden müssen, um von einem gültigen Schaltstellungserfassungssignal zu einem anderen gültigen Schaltstellungserfassungssignal zu gelangen.
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Dies bietet andererseits die Möglichkeit, dass selbst bei Ausfall eines Sensorelements oder bei Wegfall eines Bit-Informationselements die tatsächlich vorhandene Schaltstellung immer noch sicher erkannt werden kann und dass bei Ausfall von zwei Sensorelementen oder bei Wegfall von zwei Bit-Informationselementen der vorhandene Fehler sicher erkannt werden kann. Dies erhöht die Betriebssicherheit des vorliegend diskutierten Schaltwellenmoduls.
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Zur Bereitstellung einer größeren mit Funktionsbauteilen oder -abschnitten versehbaren Oberfläche als sie die Schaltwelle bietet kann das Schaltwellenmodul eine Schalthülse aufweisen, welche die Schaltwelle radial außen umgibt. Um die Anzahl an Bauelementen des Schaltwellenmoduls gering zu halten, kann die Schalthülse das Schaltfunktionsteil tragen oder sonstwie zur gemeinsamen Bewegung mit diesem ausgebildet sein.
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Die Schalthülse kann dabei relativ zur Schaltwelle axial verschiebbar, jedoch gemeinsam mit dieser verdrehbar im Modulgehäuse aufgenommen sein.
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Dies bedeutet, dass die Schaltwelle im Modulgehäuse axial festgelegt, jedoch um die Schaltwellenlängsachse drehbar gelagert ist.
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Alternativ kann auch die Schalthülse vollständig zur gemeinsamen Bewegung mit der Schaltwelle verbunden sein, was es wiederum erforderlich macht, dass die Schaltwelle sowohl um die Schaltwellenlängsachse drehbar als auch in axialer Richtung verschiebbar im Modulgehäuse gelagert ist.
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Für die Funktionstüchtigkeit der Schalthülse als Träger des Schaltfunktionsteils kommt es allein darauf an, dass die Schalthülse relativ zum Modulgehäuse in axialer Richtung verschieblich und in Umfangsrichtung drehbar ist.
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In dieser Anmeldung beziehen sich Koordinatenangaben wie „axial”, „Umfangsrichtung” und „radial” auf die Schaltwellenlängsachse der Schaltwelle.
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Grundsätzlich kann daran gedacht sein, die Sensoreinrichtung an der Schalthülse oder der Schaltwelle und die Informationsträgereinrichtung am Modulgehäuse vorzusehen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass von der Sensoreinrichtung üblicherweise ausgehende Signalleitungen die Bewegung der Schalthülse oder Schaltwelle relativ zum Modulgehäuse mitmachen müssen, was möglicherweise der Lebensdauer des hier diskutierten Schaltwellenmoduls abträglich ist.
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Es ist daher bevorzugt, dass die Informationsträgereinrichtung an der Schaltwelle oder aus Gründen des erhöhten Bauraums noch bevorzugter an der zuvor genannten mit dem Schaltfunktionsteil zur gemeinsamen Bewegung verbundenen Schalthülse vorgesehen ist und dass weiter die Sensoreinrichtung der Informationsträgereinrichtung mit Abstand in radialer Richtung gegenüberliegend vorgesehen ist. Dann kann die Sensoreinrichtung ortsfest am Modulgehäuse vorgesehen sein, was die Signalübertragung durch Leitungen erheblich erleichtert. Gleiches gilt für eine etwaige Energieversorgung der Sensoreinrichtung.
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Die Anordnung an der Schaltwelle kommt nur in Frage, wenn das Schaltfunktionsteil zur gemeinsamen axialen und rotatorischen Bewegung mit der Schaltwelle verbunden ist.
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Grundsätzlich wäre es auch denkbar, die Informationsträgereinrichtung auch auf der nach radial innen weisenden Innenfläche der zur gemeinsamen Bewegung mit dem Schaltfunktionsteil ausgebildeten Schalthülse vorzusehen und die Sensoreinrichtung in einen Spaltraum zwischen Schaltwelle und Schalthülseninnenwand einragen zu lassen. Dies ist jedoch konstruktiv aufwändig und erfordert einen radialen Mindestabstand zwischen Schaltwelle und Schalthülseninnenfläche, welcher den Konstrukteur in seiner Konstruktionsfreiheit unerwünschterweise einschränkt.
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Die oben angesprochene vorzugsweise berührungslose Erfassung der Zustände der Bit-Informationselemente der Informationsträgereinrichtung kann grundsätzlich induktiv, kapazitiv und dergleichen erfolgen. Aufgrund ihrer mechanischen Robustheit in dem mechanisch und thermisch durchaus belasteten Modulgehäuse ist es von Vorteil, wenn die Bit-Informationselemente Magnete sind, von denen ein Magnetpol der Sensoreinrichtung zugewandt angeordnet ist. Dann repräsentiert der Nordpol eines magnetischen Bit-Informationselements einen ersten Zustand und repräsentiert der Südpol einen zweiten Zustand des Bit-Informationselements, oder umgekehrt. Weitere magnetische Zustände eines magnetischen Bit-Informationselements sind aus technisch makroskopischer Sicht unmöglich, was die Erkennungssicherheit erhöht.
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Zur Sicherstellung einer hohen Erkennungsgenauigkeit einer Gangstellung können in der Sensoreinrichtung eine Mehrzahl von Sensorelementen vorgesehen sein, von welchen jedes dazu ausgebildet ist, den Zustand genau eines Bit-Informationselements zu erfassen.
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Grundsätzlich ist es zwar abweichend hiervon auch möglich, mit einem Sensorelement mehrere Bit-Informationselemente zu erfassen, jedoch ist dies nur während einer Relativbewegung von Informationsträgereinrichtung und Sensoreinrichtung zusammen mit einer Speichereinrichtung möglich.
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Da die hier diskutierte Gangerkennung jedoch gerade bei modernen Start-Stopp-Steuerungen von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden soll, also bei Verbrennungsmotoren, welche im Leerlaufbetrieb vorübergehend abgeschaltet werden, ist es vorteilhaft, wenn die Gangstellungserkennung auch bei relativ zueinander ruhenden Einrichtungen aus Informationsträgereinrichtung und Sensoreinrichtung funktioniert. Hierdurch kann eine Speichereinrichtung eingespart werden. Überdies wird die Erkennungsgenauigkeit erhöht.
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Die oben genannte Bedingung, dass die Sensoreinrichtung in einer Schaltstellung des Schaltwellenmoduls zwar eine Mehrzahl von Bit-Informationselementen, aber nicht die Zustände aller vorhandenen Bit-Informationselemente erfasst, kann in der hier beschriebenen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung einfach dadurch realisiert sein, dass die Sensoreinrichtung weniger Sensorelemente umfasst als die Informationsträgereinrichtung Bit-Informationselemente umfasst.
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Im Falle der oben genannten magnetischen Bit-Informationselemente ist es vorteilhaft, wenn die Sensoreinrichtung Hall-Sensorelemente als Sensorelemente aufweist, da diese abhängig von der ihrer Sensorfläche gegenüberliegenden magnetischen Polarität unterschiedliche Signale liefern. Mit anderen Worten ist ein Hall-Sensorelement in der Lage zu erkennen, ob ihm ein magnetischer Nord- oder Südpol gegenüberliegt.
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Aus der oben genannten Funktionsbeschreibung des Schaltfunktionsteils an der Schalthülse bzw. an der Schaltwelle und den dort beschriebenen unterschiedlichen Relativdrehstellungen in Umfangsrichtung um die Schaltwellenlängsachse ist es zur ausreichenden Erkennbarkeit einer derartigen Relativdrehstellung vorteilhaft, wenn die Schalthülse bzw. Schaltwelle in drei unterschiedliche Relativdrehstellungen bringbar ist, wobei die Informationsträgereinrichtung zur Unterscheidung dieser Relativdrehstellungen für jede Relativdrehstellung wenigstens ein Paar von in axialer Richtung aufeinanderfolgender Bit-Informationselemente an unterschiedlichen Umfangspositionen bezüglich der Schaltwellenlängsachse aufweist. Mit einem Paar von in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Bit-Informationselementen an wenigstens drei unterschiedlichen Umfangspositionen bezüglich der Schaltwellenlängsachse lassen sich drei Relativdrehstellungen eindeutig kodieren.
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Es ist ebenso vorteilhaft, wenn die Schalthülse bzw. Schaltwelle in drei unterschiedliche Relativdrehstellungen bringbar ist, wobei die Informationsträgereinrichtung zur Unterscheidung dieser Relativdrehstellungen für jede Relativdrehstellung wenigstens vier Bit-Informationselemente an unterschiedlichen Umfangspositionen bezüglich der Schaltwellenlängsachse aufweist. Drei unterschiedliche Drehstellungen lassen sich auch eindeutig kodieren, wenn wenigstens vier Bit-Informationselemente an unterschiedlichen Umfangspositionen vorgesehen sind und die Sensoreinrichtung in jeder Relativdrehstellung die Zustände von wenigstens zwei in Umfangsrichtung benachbarten Bit-Informationselementen erfasst.
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Da die bevorzugten Hall-Sensorelemente in der Regel nur auf einen Magnetpol ansprechen, während sie in Gegenüberstellung des jeweils anderen Magnetpols ein Signal liefern, welches von einer Gegenüberstellung eines unmagnetischen Materials nicht zu unterscheiden ist, reicht es aus, nur die tatsächlich von den jeweils gewählten Hall-Sensorelementen erfassbaren Magnetpole den Hall-Sensorelementen zugewandt anzuordnen. Wählt man beispielsweise für die Sensoreinrichtung Hall-Sensorelemente, welche auf magnetische Nordpole, nicht jedoch auf magnetische Südpole ansprechen, so reicht es aus, nur jene Umfangspositionen der Informationsträgereinrichtung mit körperlichen Bit-Informationselementen zu besetzen, an welchen ein magnetischer Nordpol zur Sensoreinrichtung hinweisend vorgesehen sein muss. An den übrigen Umfangspositionen ist es unerheblich, ob ein magnetischer Südpol oder eine nicht magnetisierte Bauteilfläche der Sensoreinrichtung zugewandt ist. Auch eine ein Signal liefernde „Lücke” ist daher ein Bit-Informationselement im Sinne dieser Anmeldung.
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Dies hilft, die tatsächlich erforderlichen körperlichen Bit-Informationselemente zu reduzieren.
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Grundsätzlich ist jeder der beiden möglichen Zustände von Bit-Informationselementen mehrfach in der Informationsträgereinrichtung vorhanden.
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Derzeit sind manuell schaltbare Getriebe mit sechs Vorwärtsfahrt-Gangstufen und einer Rückwärtsfahrt-Gangstufe verfügbar, welche deshalb vier Schaltgassen mit jeweils maximal zwei Gangstufen aufweisen. Zur Erkennung aller Schaltgassen eines derartig komplexen Getriebes ist es vorteilhaft, wenn die Schaltwelle und/oder die Schalthülse in drei unterschiedliche Relativdrehstellungen bringbar ist, wobei die Informationsträgereinrichtung zur Unterscheidung dieser Relativdrehstellungen für jede Relativdrehstellung wenigstens ein Paar von in axialer Richtung aufeinanderfolgender Bit-Informationselemente an unterschiedlichen Umfangspositionen bezüglich der Schaltwellenlängsachse aufweist oder/und wengistens vier Bit-Informationselemente an unterschiedlichen Umfangspositionen bezüglich der Schaltwellenlängsachse aufweist.
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In diesem Falle kann zur Sicherstellung einer möglichst hohen Erkennungsgenauigkeit vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung in axialer Richtung wenigstens vier aufeinanderfolgende Sensorelemente aufweist.
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In diesem Fall kann die Sensoranordnung in den vier axialen Relativstellungen nacheinander die ersten drei, die ersten vier, die letzten vier und die letzten drei Bit-Informationselemente erfassen, wobei in der ersten Schaltstellung einem an einem axialen Längsende vorgesehenen Sensorelement kein körperliches Bit-Informationselemente gegenüberliegt und dieses deshalb ein Nicht-Erfassungsignal liefert. Gleiches gilt für das Sensorelement in der vierten axialen Relativstellung am anderen Längsende der Sensorelementreihe.
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Je mehr Bit-Informationselemente an der Darstellung einer Schaltstellung teilnehmen, desto größer ist die Erkennungsgenauigkeit, da bei beispielsweise sieben Schaltstellungen lediglich sieben unterschiedliche Erfassungssignale bereitgestellt werden müssen, in Abhängigkeit von der Anzahl an pro Kodierung einer Schaltstellung benutzten Bit-Informationselementen jedoch der Unterschied zwischen zwei Kodierungen vergrößert werden kann.
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Beispielsweise kann die Informationsträgereinrichtung eine Matrix von Bit-Informationselementen mit wenigstens drei in Umfangsrichtung um die Schaltwellenlängsachse mit Abstand voneinander vorgesehenen, zueinander im Wesentlichen parallelen axialen Spuren von Bit-Informationselementen mit jeweils wenigstens fünf in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Bit-Informationselementen pro Spur umfassen. Ein noch höherer Abstand zwischen den Kodierungen einzelner Schaltstellungen kann dadurch erreicht werden, dass vier derartige axiale Spuren von Bit-Informationselementen vorgesehen sind.
