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EINFUHRUNG
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Die Aussagen in diesem Abschnitt geben lediglich Hintergrundinformationen über die vorliegende Offenbarung und stellen keinen Stand der Technik dar.
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Kraftfahrzeuge, insbesondere auf Fahrstufenauswahlsensoren von Kraftfahrzeuggetrieben. Viele Fahrzeuge verhindern oder erlauben den Betrieb bestimmter Funktionen, wenn ein Getriebe des Fahrzeugs in einer Position außerhalb des Parkposition (Außerparkposition) positioniert ist. So kann beispielsweise eine Motorzündanlage außerhalb der Parkposition deaktiviert sein. Um zu bestimmen, ob sich das Getriebe in der Außerparkposition befindet, kann das Fahrzeug mit einem Getriebepositionssensor ausgestattet sein, der die Position einer oder mehrerer Komponenten eines Getriebesteuerungssystems erfasst. Die Position des Getriebes kann einer oder mehreren Fahrzeugsteuerungen mitgeteilt werden, um gegebenenfalls verschiedene Fahrzeugfunktionen zu aktivieren oder zu deaktivieren. Die Fahrstufenauswahlsensoren des Kraftfahrzeuggetriebes bestimmen oft die Positionen des Getriebes, indem sie Magnetfeldinformationen interpretieren, die von strategisch im Getriebe platzierten Magnetmaterialien erzeugt werden. Da Magnetfeldinformationen, wie z.B. Magnetfeldvektorrichtungsinformationen und dergleichen, von der physikalischen Konstruktion und der Richtung der magnetischen Polarisation der magnetischen Materialien abhängig sind, ist die von den Fahrstufenauswahlsensoren erfasste Magnetfeldinformation auch von der Konstruktion und Polarisationsrichtung der magnetischen Materialien abhängig.
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In einigen Getrieben sind magnetische Materialien auf oder in der Nähe von Schaltwellen angeordnet. Um die Magnete auf der Schaltwelle zu lokalisieren, können die magnetischen Materialien mit einer Eigenschaft konstruiert werden, die so geformt ist, dass sie die Schaltwelle aufnehmen kann. In Fällen, in denen die magnetischen Materialien eine im Wesentlichen zylindrische Öffnung aufweisen, können sich die magnetischen Materialien jedoch mit der Zeit um die Welle drehen. Wenn die Richtung der magnetischen Polarisation der magnetischen Materialien von der Achse der zylindrischen Öffnung versetzt ist, kann die Richtung des von den Getriebepositionssensoren erfassten Magnetfeldes eine ungenaue oder fehlerhafte Position erkennen. So kann die im Wesentlichen zylindrische Bohrung in einigen Beispielen sowohl zur Verringerung des Rotationspotenzials als auch zur Verringerung des Potenzials für eine außeraxiale Neigung der Polarisationsrichtung des Magnetfeldes der magnetischen Materialien eine Passfedernut oder einen abgeflachten Abschnitt beinhalten, der optimiert ist, um eine Drehung um die Achse zu verhindern. Magnetische Materialien mit geringer Magnetfeldstärke können in Fahrstufenauswahlsensorvorrichtungen verwendet werden. Da magnetische Materialien jedoch tendenziell dicht und schwer sind, ist es wünschenswert, magnetische Materialien mit hoher Magnetfeldstärke zu verwenden, um den Fahrstufenauswahlsensoren einen ausreichenden Magnetfluss zu gewährleisten und gleichzeitig das Gewicht zu reduzieren und den Kraftstoffverbrauch zu verbessern. Aus Kostengründen ist es daher wichtig, magnetische Materialien mit hoher Magnetfeldstärke zu verwenden und relativ kleine Mengen davon zu verwenden. Daher kann es schwierig sein, die Drehung der magnetischen Materialien und die Axialneigung der Magnetfeldpolarisation dieser magnetischen Materialien so weit zu begrenzen, dass das Potenzial für Getriebepositionssensoren zur genauen Erfassung der Position der magnetischen Materialien ausreichend gering ist. Selbst in den derzeit verwendeten Beispielen, in denen Passfedernuten verwendet werden, um das Potenzial für eine Drehung zu reduzieren oder anderweitig zu begrenzen, wurde während der Produktion experimentell festgestellt, dass die Magnetfeldorientierung bis zu etwa 3° axial neigt und bis zu etwa 9° in beide Richtungen drehbar variiert.
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Dementsprechend, während aktuelle magnetische Materialien und Fahrstufenauswahlsensoren für ihren Verwendungszweck funktionieren, besteht ein Bedarf an magnetischen Materialien, die in bestehende Getriebe und Getriebepositionssensoren passen und nachgerüstet werden können und die eine präzise und genau kontrollierte Magnetfeldrichtung aufweisen, während die Produktionskosten aufrechterhalten oder reduziert werden und die Genauigkeit und Präzision der Messungen, die von den Getriebepositionssensoren innerhalb von Getrieben durchgeführt werden, erhöht wird.
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BESCHREIBUNG
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Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein elektronisches Fahrstufenauswahlsystem (ETRS-System, Electronic Transmission Range Selection System) für ein Kraftfahrzeuggetriebe ein am Getriebe angeordnetes ETRS-Gehäuse, wobei das ETRS-Gehäuse einen Magnetfeldsensor in kommunikativer Verbindung mit einer Getriebesteuerung aufweist; und eine Magnetfeldquelle, die eine Magnetkomponente und eine Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität beinhaltet. Die Magnetfeldquelle ist auf einer Getriebeschaltwelle angeordnet, wobei die Magnetfeldquelle durch den Magnetfeldsensor an einer Vielzahl von vorbestimmten Positionen entlang eines Bewegungspfades der Getriebeschaltwelle erfasst werden kann; und der Magnetfeldsensor erfasst den von der Magnetfeldquelle erzeugten Magnetfluss und übermittelt Positionsinformationen der Magnetfeldquelle an die Steuerung. Die Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität homogenisiert den von der Magnetkomponente erzeugten Magnetfluss und die Steuerung erzeugt ein elektronisches Getriebemodus-Signal basierend auf den Positionsinformationen der Magnetfeldquelle.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der Magnetfeldsensor durch eine Befestigungsvorrichtung am ETRS-Gehäuse befestigt.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst die Befestigungsvorrichtung einen Bolzen, eine Mutter, einen Zapfen, eine Schraube, einen Niet oder einen Clip.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst die Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität Stahl oder Mu-Metalle wie weiche ferromagnetische Nickel-Eisen-Legierungen.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität axial neben der Magnetkomponente angeordnet.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das ETRS-System weiterhin eine Flusskonzentratorplatte, die in der Nähe des Magnetfeldsensors angeordnet ist und den Magnetfluss von der Magnetfeldquelle auf den Magnetfeldsensor konzentriert.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Magnetkomponente im Wesentlichen zylindrisch und weist eine erste axiale Höhe, einen ersten Innendurchmesser, der so bemessen ist, dass er um die Getriebeschaltwelle passt, und einen ersten Außendurchmesser auf, der so bemessen ist, dass er in einen Abschnitt des Gehäuses passt.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität mindestens eine Befestigungsvorrichtung und eine im Wesentlichen zylindrische Platte, wobei die im Wesentlichen zylindrische Platte eine zweite axiale Höhe, einen zweiten Innendurchmesser größer als oder gleich dem ersten Innendurchmesser und einen zweiten Außendurchmesser kleiner als oder gleich dem ersten Außendurchmesser aufweist.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung liegt die erste axiale Höhe zwischen dem etwa 1- und dem etwa 7-fachen der zweiten axialen Höhe.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung liegt die erste axiale Höhe zwischen dem etwa 1- und dem etwa 3-fachen der zweiten axialen Höhe.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung liegt die erste axiale Höhe zwischen dem etwa 1- und dem etwa 2-fachen der zweiten axialen Höhe.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung betragen die erste axiale Höhe und die zweite axiale Höhe in Kombination etwa 4mm.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein ETRS-System (engl. Electronic Transmission Range Selection System) für ein Kraftfahrzeuggetriebe ein am Kraftfahrzeuggetriebe angeordnetes ETRS-Gehäuse, wobei das ETRS-Gehäuse einen Magnetfeldsensor in kommunikativer Verbindung mit einer Getriebesteuerung aufweist, wobei der Magnetfeldsensor über eine Befestigungsvorrichtung am ETRS-Gehäuse befestigt ist. Das ETRS-System beinhaltet ferner eine Magnetfeldquelle mit einer Magnetkomponente und einer Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität, wobei die Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität Stahl oder Mu-Metall wie weiche ferromagnetische Nickel-Eisen-Legierungen beinhaltet, wobei die Magnetfeldquelle auf einer Getriebeschaltwelle angeordnet ist und die Magnetfeldquelle vom Magnetfeldsensor an einer Vielzahl von vorbestimmten Positionen entlang eines Bewegungspfades der Getriebeschaltwelle erfasst werden kann. Die Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität homogenisiert den vom Magneten erzeugten Magnetfluss, der Magnetfeldsensor erkennt den von der Magnetfeldquelle erzeugten Magnetfluss und übermittelt die Positionsinformationen der Magnetfeldquelle an die Steuerung, und die Steuerung erzeugt ein elektronisches Getriebemodus-Signal basierend auf den Positionsinformationen der Magnetfeldquelle.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität axial neben der Magnetkomponente angeordnet.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das ETRS-System weiterhin eine Flusskonzentratorplatte, die in der Nähe des Magnetfeldsensors angeordnet ist und den Magnetfluss von der Magnetfeldquelle auf den Magnetfeldsensor konzentriert.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Magnetkomponente im Wesentlichen zylindrisch und weist eine erste axiale Höhe, einen ersten Innendurchmesser, der so bemessen ist, dass er um die Getriebeschaltwelle passt, und einen ersten Außendurchmesser auf, der so bemessen ist, dass er in einen Abschnitt des Gehäuses passt.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität mindestens eines der Befestigungsvorrichtung und eine im Wesentlichen zylindrische Platte, wobei die im Wesentlichen zylindrische Platte eine zweite axiale Höhe, einen zweiten Innendurchmesser größer als oder gleich dem ersten Innendurchmesser und einen zweiten Außendurchmesser kleiner als oder gleich dem ersten Außendurchmesser aufweist.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird die erste axiale Höhe ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: zwischen etwa dem 1- und etwa dem 7-fachen der zweiten axialen Höhe, zwischen etwa dem 1- und etwa dem 3-fachen der zweiten axialen Höhe und zwischen dem 1- und etwa dem 2-fachen der zweiten axialen Höhe.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung sind die erste axiale Höhe und die zweite axiale Höhe in Kombination maximal etwa 4mm.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein ETRS-System (engl. Electronic Transmission Range Selection System) für ein Kraftfahrzeuggetriebe ein am Kraftfahrzeuggetriebe angeordnetes ETRS-Gehäuse, wobei das ETRS-Gehäuse einen Magnetfeldsensor in kommunikativer Verbindung mit einer Getriebesteuerung aufweist, wobei der Magnetfeldsensor über eine Befestigungsvorrichtung am ETRS-Gehäuse befestigt ist. Das ETRS-System beinhaltet ferner eine Magnetfeldquelle mit einer Magnetkomponente, die Samarium-Kobalt (SmCo), Alnico, Keramik, Ferrit, Neodym-Eisen-Bor-Magnetmaterialien und eine Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität, die Stahl oder Mu-Metalle wie weiche ferromagnetische Nickel-Eisen-Legierungen umfasst, wobei die Magnetfeldquelle auf einer Getriebeschaltwelle angeordnet ist, wobei die Magnetfeldquelle vom Magnetfeldsensor an einer Vielzahl von vorbestimmten Positionen entlang eines Bewegungspfades der Getriebeschaltwelle erfasst werden kann. Das ETRS-System beinhaltet weiterhin eine Flusskonzentratorplatte, die in der Nähe des Magnetfeldsensors angeordnet ist und den von der Magnetfeldquelle erzeugten Magnetfluss auf den Magnetfeldsensor konzentriert. Die Magnetkomponente ist im Wesentlichen zylindrisch und weist eine erste axiale Höhe, einen ersten Innendurchmesser, der so bemessen ist, dass er um die Getriebeschaltwelle herum passt, und einen ersten Außendurchmesser auf, der so bemessen ist, dass er in einen Abschnitt des Gehäuses passt, und wobei die Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität eine im Wesentlichen zylindrische Platte umfasst, wobei die im Wesentlichen zylindrische Platte eine zweite axiale Höhe, einen zweiten Innendurchmesser, der größer oder gleich dem ersten Innendurchmesser ist, und einen zweiten Außendurchmesser, der kleiner oder gleich dem ersten Außendurchmesser ist, aufweist, wobei die Magnetkomponente eine erste axiale Höhe aufweist und das Material mit hoher magnetischer Permeabilität eine zweite axiale Höhe aufweist, wobei die Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität axial angrenzend an die Magnetkomponente angeordnet ist und die wobei die erste und zweite axiale Höhe eine kombinierte axiale Höhe von etwa 4 mm haben, wobei die Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität den von der Magnetkomponente erzeugten Magnetfluss homogenisiert, der Magnetfeldsensor den von der Magnetfeldquelle erzeugten Magnetfluss erfasst und der Steuerung Positionsinformationen der Magnetfeldquelle übermittelt, und die Steuerung ein elektronisches Getriebemodus-Signal basierend auf den Positionsinformationen der Magnetfeldquelle erzeugt.
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Weitere Anwendungsbereiche ergeben sich aus der hierin enthaltenen Beschreibung. Es ist zu verstehen, dass die Beschreibung und die konkreten Beispiele nur zur Veranschaulichung dienen und nicht dazu dienen, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
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Figurenliste
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
- 1 ist eine Umgebungsansicht eines Kraftfahrzeugs, das mit einem Getriebe ausgestattet ist, das ein ETRS-System (engl. Electronic Transmission Range Selection System) mit einer Magnetfeldquelle mit einer Magnetkomponente und einer Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung aufweist;
- 2 ist eine Querschnittsansicht eines Teils des ETRS-Systems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
- 3 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetfeldquelle mit einer Magnetkomponente und einer Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
- 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetfeldquelle mit einer Magnetkomponente und einer Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
- 5 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetfeldquelle mit einer Magnetkomponente und einer Komponente mit hoher magnetischer Permeabilität gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
- 6 ist eine zweite Querschnittsansicht eines Teils des ETRS-Systems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung; und
- 7 ist eine dritte Querschnittsansicht eines Teils des ETRS-Systems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es wird nun ausführlich auf mehrere Ausführungsformen der Offenbarung verwiesen, die in beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind. Wenn immer möglich, werden in den Zeichnungen und der Beschreibung dieselben oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, um sich auf dieselben oder ähnliche Teile oder Schritte zu beziehen. Die Zeichnungen sind in vereinfachter Form und nicht maßstabsgetreu. Aus Gründen der Einfachheit und Übersichtlichkeit können in Bezug auf die Zeichnungen Richtungsbegriffe wie oben, unten, links, rechts, obere, darüber, darunter, unterhalb, hinten und vorne verwendet werden. Diese und ähnliche Richtungsbegriffe sind nicht so auszulegen, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränken.
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Beispielhafte Ausführungsformen werden bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Umfang vollständig an diejenigen weitergibt, die über Fachkenntnisse verfügen. Zahlreiche spezifische Details werden erläutert, wie z.B. Beispiele für spezifische Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Den Fachleuten wird klar sein, dass auf spezifische Details verzichtet werden muss, dass exemplarische Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden können und dass nichts hiervon den Umfang der Offenbarung einschränken sollte. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden bekannte Prozesse, bekannte Vorrichtungsstrukturen und bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
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Die hierin verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und ist nicht als Einschränkung gedacht. Wie hierin verwendet, können die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext nichts anderes bestimmt. Die Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „aufweisen“, „haben“, „einschließen“ sind inklusive und spezifizieren daher das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten, schließen aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon aus. Die hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Operationen sind nicht so auszulegen, dass sie notwendigerweise ihre Ausführung in der jeweils besprochenen oder veranschaulichten Reihenfolge erfordern, es sei denn, sie sind ausdrücklich in einer bestimmten Ausführungsordnung gekennzeichnet. Es ist auch zu verstehen, dass zusätzliche oder alternative Schritte eingesetzt werden können.
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Wenn ein Element oder eine Schicht als „auf/an“, „in Eingriff mit“, „angeordnet an“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann es direkt auf/an dem anderen Element oder der anderen Schicht angeordnet, damit in Eingriff, verbunden oder mit diesem gekoppelt sein, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als „direkt auf“, „direkt in Eingriff mit“, „direkt angeordnet auf“, „direkt verbunden mit“, „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, dürfen keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen den Elementen verwendet werden, sollten in ähnlicher Weise interpretiert werden (z.B. „zwischen“ und „direkt dazwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“, etc.). Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Punkte.
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Obwohl die Begriffe erste, zweite, dritte usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe mögen nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, eine Region, eine Schicht oder einen Abschnitt von einer anderen Region, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und andere numerische Begriffe, wenn sie hierin verwendet werden, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, sie werden durch den Kontext eindeutig angegeben. So könnte ein erstes Element, eine Komponente, eine Region, eine Schicht oder ein Abschnitt, die im Folgenden besprochen werden, als zweites Element, Komponente, Region, Schicht oder Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der exemplarischen Ausführungsformen abzuweichen.
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Räumlich relative Begriffe, wie „innere“, „äußere“, „darunter“, „unterhalb“, „tiefer“, „über“, „oberhalb“ und dergleichen, können hier zur besseren Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder einem anderen Merkmal, wie in den Abbildungen dargestellt, zu beschreiben. Räumlich relative Begriffe können so angelegt sein, dass sie neben der in den Abbildungen dargestellten Ausrichtung auch unterschiedliche Ausrichtungen des verwendeten oder betriebenen Gerätes umfassen. Wenn beispielsweise die Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird, würden die als „unterhalb“ oder „unter“ beschriebenen Elemente oder Merkmale dann „über“ den anderen Elementen oder Merkmalen ausgerichtet. So kann der Beispielbegriff „unten“ sowohl eine Orientierung von oben als auch von unten umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) und die hierin verwendeten räumlich relativen Deskriptoren entsprechend ausgelegt werden.
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Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken.
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Das hierin beschriebene System und die Methodik können verwendet werden, um eine Bestimmung zu verbessern, wenn sich ein Getriebe in einer Parkposition oder in einer Außerparkposition befindet. Während der Ansatz und die Methodik im Folgenden in Bezug auf Fahrzeuganwendungen beschrieben werden, würde eine Fachmann mit üblichen Fertigkeiten verstehen, dass eine Automobilanwendung nur exemplarisch ist und dass die hierin offenbarten Konzepte auch auf alle anderen geeigneten Systeme angewendet werden können, die Getriebe verwenden, insbesondere auf solche, die Magnetmaterialien und Magnetfeldsensoren verwenden, um eine Position einer Vorrichtungskomponente zu bestimmen. Der hierin beschriebene Begriff „Fahrzeug“ kann im weitesten Sinne so ausgelegt werden, dass er nicht nur ein Personenkraftwagen, sondern jedes andere Fahrzeug umfasst, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Schienensysteme, Flugzeuge, Geländesportfahrzeuge, Roboterfahrzeuge, Motorräder, Lastkraftwagen, Sport Utility Vehicles (SUVs), Freizeitfahrzeuge (RVs), Seeschiffe, Flugzeuge, landwirtschaftliche Fahrzeuge, Baufahrzeuge und dergleichen.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Kraftfahrzeug dargestellt und im Allgemeinen durch dase Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Während das abgebildete Kraftfahrzeug 10 ein Auto ist, ist zu beachten, dass das Kraftfahrzeug 10 jede Art von Fahrzeug sein kann, einschließlich eines Autos, eines Lieferwagens, eines Lastwagens, eines Wohnmobils usw. Das Kraftfahrzeug 10 beinhaltet einen Antriebsstrang 12, der dazu dient, chemische oder elektrische Energie in Fahrzeugbewegungen umzuwandeln. In mehreren Aspekten beinhaltet der Antriebsstrang 12 einen Motor 14, der mit einem Getriebe 16 gekoppelt ist. Der Motor 14 kann ein Verbrennungsmotor sein, wie beispielsweise ein fremdgezündeter Viertakt- oder Zweitaktmotor, ein Selbstzündungsmotor, ein Elektromotor, ein Hybridmotor oder eine andere Art von Antriebsmaschine, ohne vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Der Motor 14 liefert dem Getriebe 16 ein Antriebsmoment, das durch das Getriebe 16 mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen übertragen wird, um mindestens ein Radpaar (nicht ausdrücklich dargestellt) über eine mechanische oder hydraulische Kupplung 18, wie beispielsweise eine Nass- oder Trockenkupplung, einen Drehmomentwandler oder einen Elektromotor, anzutreiben.
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Eine Fahrer-Schnittstellenvorrichtung 20 ermöglicht es einem Fahrzeugführer, verschiedene Übersetzungspositionen des Getriebes 16 auszuwählen. Die Fahrer-Schnittstellenvorrichtung 20 kann einen Hebel, Schalter, Drehregler, Drucktasten oder jede andere gewünschte Art von Eingabeschnittstelle beinhalten. Die Übersetzungspositionen des Getriebes beinhalten im Allgemeinen, sind aber nicht notwendigerweise beschränkt auf die Positionen Park, Rückwärts, Neutral und Drive (PRND), sowie manuelle Schaltungen und Hochschalt-/Herunterschalt-Funktionen durch Betätigung der Fahrer-Schnittstellenvorrichtung 20. Im Betrieb sendet die Fahrer-Schnittstellenvorrichtung 20 ein elektronisches Modus-Signal an eine Steuerung 22, basierend auf dem gewählten Übersetzungsbereich des Getriebes 16.
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Die Steuerung 22 ist eine nicht verallgemeinerte, elektronische Steuervorrichtung mit einem vorprogrammierten digitalen Computer oder Prozessor 24, einem Speicher oder einem nichtflüchtigen, computerlesbaren Medium 26 zum Speichern von Daten wie Steuerlogik, Anweisungen, Nachschlagetabellen usw. sowie einer Vielzahl von Ein-/Ausgabeperipheriegeräten oder Ports 28. Der Prozessor 24 ist konfiguriert, um die Steuerlogik oder Anweisungen auszuführen. Die Steuerung 22 kann zusätzliche Prozessoren 24 oder zusätzliche integrierte Schaltungen, die in Verbindung mit dem Prozessor 24 stehen, aufweisen, wie beispielsweise Schaltsteuerschaltungen zur Analyse und Steuerung des Betriebs des Getriebes 16.
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Die Steuerung 22 signalisiert einem elektronischen Getriebebereichswahlsystem (ETRS) 30, das Getriebe 16 als Reaktion auf das elektronische Modussignal in den entsprechenden Bereich zu schalten. Aus Gründen der Übersichtlichkeit gilt das ETRS-System 30 als in einem „Park“-Modus betrieben, wenn sich das Getriebe 16 im Bereich (Getriebemodus) „Parken“ befindet, und als in einem „Außer-Park“-Modus, wenn sich das Getriebe 16 in einem anderen der verfügbaren Bereiche befindet.
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Unter Bezugnahme nun auf 2 und mit weiterem Bezug auf 1 ist das ETRS-System 30 ein integraler Bestandteil des Getriebes 16 und kann den Strom des unter Druck stehenden Fluids manipulieren, um das Getriebe 16 zwischen den verfügbaren Übertragungsbereichen zu schalten. Das ETRS-System 30 beinhaltet verschiedene Komponenten wie ein Parkservoventil (nicht dargestellt), einen Parkservoventil-Magneten (nicht dargestellt), ein Vorwärts-Rückwärts-Freigabeventil (FRE) (nicht dargestellt), eine hydraulische Servoanordnung (nicht dargestellt) und andere solcher Komponenten. Das ETRS-System 30 beinhaltet auch einen Parkmagneten (nicht dargestellt), der verhindert, dass bei einem Verlust von druckbeaufschlagtem Fluid unter bestimmten Umständen vom Außer-Park-Modus in den Park-Modus gewechselt wird. Die Komponenten des ETRS-Systems 30 sind in einem dem Getriebe 16 zugeordneten Gehäuse 32 gelagert, das einen Ventilkörper mit einer Reihe von Fluiddurchgängen definiert. 2 veranschaulicht die Position der verschiedenen Komponenten, wenn das ETRS-System 30 in den Park-Modus versetzt wird.
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Ein ETRS-Positionssensor 34 ist im Gehäuse 32 gelagert. Der ETRS-Positionssensor 34 erkennt magnetische Flussschwankungen, wenn ein Quellmagnet 36 bewegt wird. In mehreren Aspekten ist der ETRS-Positionssensor 34 ein Hall-Sensor, ein Wirbelstromsensor, ein anisotroper magnetoresistiver (AMR) Sensor oder ein anderer solcher Positionssensor 34, der in der Lage ist, magnetische Flussschwankungen zu erkennen, wenn der Magnet 36 während des Betriebs des Getriebes 16 von Position zu Position bewegt wird.
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Der Magnet 36 besteht aus einer Vielzahl verschiedener magnetischer oder magnetisierbarer Materialien, wie Samarium-Kobalt (SmCo), Alnico, Keramik, Ferrit, Neodym-Eisen-Bor (NdFeB oder NIB) oder dergleichen. Je nach Anwendung, den physikalischen Platzverhältnissen des Gehäuses 32 sowie Gewichts- und Kostenaspekten ist es wünschenswert, Magnete 36 mit einer möglichst hohen Magnetfeldstärke einzusetzen. In einigen Aspekten ist der Magnet 36 ein im Wesentlichen zylindrischer oder Donut-förmiger Magnet 36, der an einer Schaltwelle 38 des ETRS-Systems 30 montiert oder anderweitig angeordnet ist. In einem bestimmten Beispiel hat der zylindrische Magnet 36 einen Magnetaußendurchmesser (MOD) 40 von ca. 23mm und einen Magnetinnendurchmesser (MID) 42 von ca. 12mm. Zusätzlich hat der Magnet 36 eine axiale Magnethöhe (MAH) 44 von ca. 4mm. In anderen Beispielen kann der Magnet 36 in MOD und MID 40, 42 und MAH 44 je nach den Platzverhältnissen der jeweiligen Anwendung variieren.
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Da der ETRS-Positionssensor 34 Änderungen des Magnetflusses während der Bewegung des Magneten 36 erkennt, ist es wichtig, dass der Magnet 36 eine gut verstandene, konsistente, relativ einheitliche und konsequent reproduzierbare Magnetfeldorientierung aufweist. Das heißt, es ist wichtig, dass der Magnet 36 ein homogenisiertes, konsistentes und richtig ausgerichtetes Magnetfeld aufweist, damit der ETRS-Positionssensor 34 die Position des Magneten 36 in Bezug auf den ETRS-Positionssensor 34 genau und präzise bestimmen kann, wenn sich der Magnet 36 relativ zum ETRS-Positionssensor 34 bewegt. In einem Beispiel wird der Magnet 36 zur Verbesserung der Homogenität, Konsistenz und Magnetfeldausrichtung des Magneten 36 während des Prozesses, in dem der Magnet 36 hergestellt wird, in einer Magnetfelderzeugungsvorrichtung stationär gehalten, während ein Magnetfeld um und durch das Magnetmaterial erzeugt wird. In einigen Aspekten ist die Magnetfelderzeugungsvorrichtung eine Spule aus leitfähigem Draht, durch den ein elektrischer Strom geleitet wird. Der Magnet 36 ist konzentrisch in einem Inneren der Spule aus leitfähigem Draht aufgehängt, und wenn der elektrische Strom durch den leitfähigen Draht geleitet wird, wird ein Magnetfeld im Wesentlichen axial durch eine Mitte der Spule aus leitfähigem Draht gemäß der rechte-Hand-Regel geleitet. Wenn Strom durch die Spule fließt, fließt der Magnetfluss durch und interagiert mit magnetisierbarem Material im Magneten 36, wodurch die magnetische Struktur des Magneten 36 ausgerichtet wird. Da es jedoch wünschenswert ist, NIB, SmCo oder andere derartige magnetische Materialien mit hoher Magnetfeldstärke zu verwenden, können die nach dem oben genannten Verfahren hergestellten Magnete 36 und andere in einigen Aspekten während der Produktion kippen, drehen oder anderweitig aus einer gewünschten Ausrichtung ausweichen. Es wurde experimentell erkannt, dass Magnete 36 des hierin beschriebenen Typs unter dem oben beschriebenen Magnetisierungsverfahren eine außeraxiale Magnetfeldorientierungsverschiebung von bis zu etwa 3° aufweisen können. Messungen an realen Geräten zeigen, dass die Magnete eine Rotationsverschiebung von bis zu etwa 9° in beide Richtungen erfahren können, insgesamt etwa 18° Rotationsverschiebung. Wenn sich die Magnete 36 aus der gewünschten Ausrichtung herausbewegen, verschiebt sich die Magnetfeldorientierung der Magnete 36. Da sich die Magnetfeldorientierung der Magnete 36 während der Produktion verschieben kann, ist es daher wichtig, das Magnetfeld der Magnete 36 zu homogenisieren, um Magnetfeldorientierungsverschiebungen und Konzentrationsverschiebungen zu mildern und/oder zu beseitigen, so dass die Magnete 36 mit ETRS-Positionssensoren 34 verwendet werden können, ohne Ungenauigkeiten oder falsch erfasste Positionen zu erzeugen.
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Mit Bezug zu den 3 - 4, und mit weiterem Bezug auf die 1 und 2 wird ein Magnet 36 mit einer korrigierten Magnetfeldorientierung näher dargestellt. Um die Magnetfelder eines im Wesentlichen zylindrischen Magneten 36 richtig ausrichten und homogenisieren zu können, werden dem Magneten 36 in mehreren Aspekten Strukturen mit hoher magnetischer Permeabilität 46 überlagert. Die Strukturen mit hoher magnetischer Permeabilität 46 können aus Stahl, Mu-Metallen wie weichen ferromagnetischen Nickel-Eisen-Legierungen oder dergleichen bestehen. In einigen Beispielen sind die Strukturen 46 mit hoher magnetischer Permeabilität zylindrische Scheiben oder Unterlegscheiben 48. Die Unterlegscheiben 48 weisen einen Scheibenaußendurchmesser (WOD) 50 von nicht mehr als dem MOD 40 und einen Scheibeninnendurchmesser (WID) 52 von nicht weniger als dem MID 42 auf. Die Unterlegscheiben 48 haben auch eine axiale Höhe der Scheibe (WAH) 54. Wenn vor und/oder hinter dem Magneten 36 Strukturen mit hoher magnetischer Permeabilität 46 eingeführt werden, wird die Homogenität des Magnetfeldes des Magneten 36 erheblich verbessert. Das heißt, Fertigungsfehler oder Ausrichtungsveränderungen des Magnetfeldes des Magneten 36 verschwinden im Wesentlichen und funktionell. Angesichts der Platzbeschränkungen bereits vorhandener ETRS-Systeme 30 müssen jedoch der Magnet 36 und die Strukturen mit hoher magnetischer Permeabilität 46, um einen Magneten 36 in Kombination mit Strukturen 46 mit hoher magnetischer Permeabilität in bestehende ETRS-Systeme 30 umzurüsten, in das gleiche Volumen innerhalb der ETRS-Systeme 30 passen, wie es der Magnet 36 ursprünglich besetzt hätte. Dementsprechend muss die Verbesserung der Magnetfeldhomogenität der Magnete 36 gegen die Platzverhältnisse eines gegebenen ETRS-Systems 30 abgewogen werden.
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In 3 ist ein erstes Beispiel für die Unterlegscheiben 48 in Kombination mit dem Magneten 36 dargestellt. Im ersten Beispiel haben die Unterlegscheiben 48 jeweils eine WAH 54 von ca. 1mm und die MAH 44 beträgt ca. 2mm, und die Unterlegscheiben 48 liegen auf zwei Seiten des Magneten 36 in einer Sandwich-Struktur. Somit weisen die Unterlegscheiben 48 und der Magnet 36 in Kombination eine Gesamt-Axialhöhe (TAH) 56 von ca. 4 mm auf. In 4 ist ein zweites Beispiel für die Unterlegscheiben 48 in Kombination mit dem Magneten 36 dargestellt. Im zweiten Beispiel umgeben die Unterlegscheiben 48 den Magneten 36 in einer Sandwich-Struktur und jede der Unterlegscheiben 48 weist eine WAH 54 von ca. 0,5 mm auf, und der Magnet 36 weist eine MAH 44 von ca. 3 mm auf. Somit weisen die Unterlegscheiben 48 und der Magnet 36 in Kombination eine TAH 56 von ca. 4mm auf. In 5 ist ein drittes Beispiel einer einzelnen Scheibe 48 in Kombination mit dem Magneten 36 dargestellt. Im dritten Beispiel hat die einzelne Unterlegscheibe eine WAH 54 von ca. 1mm und der Magnet 36 eine MAH 44 von ca. 3mm für eine kombinierte TAH 56 von ca. 4mm. Während in den Beispielen der 3, 4 und 5 eine oder zwei Unterlegscheiben 48 dargestellt und beschrieben wurden, ist zu beachten, dass je nach Anwendung, den Platzverhältnissen usw. mehr als zwei oder weniger als eine Unterlegscheibe 48 verwendet werden kann. In einigen Aspekten ist die Scheibe 48 entweder in der Nähe des Gehäuses 32 angeordnet oder durch den Magneten 36 vom Gehäuse 32 getrennt. In mehreren Aspekten können mehrere Unterlegscheiben 48 direkt aneinander gestapelt werden, ohne vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Während der MAH 44 vorstehend entweder als 2mm oder 3mm beschrieben wurde, ist zu beachten, dass der Magnet 36 je nach Zusammensetzung des Magneten 36 und je nach Anwendung, den Platzverhältnissen usw. einen MAH 44 aufweisen kann, der wesentlich von den bisher genannten Werten abweicht. In einem Aspekt kann der Magnet 36 einen MAH 44 im Bereich von ca. 1mm bis ca. 3mm aufweisen. In einem weiteren Aspekt kann der Magnet 36 einen MAH 44 im Bereich von etwa 1mm bis etwa 3,5mm aufweisen. Auch wenn die WAH 54 vorstehend als 0,5 mm oder 1 mm beschrieben wurde, ist zu beachten, dass je nach Zusammensetzung des Magneten 36, der Zusammensetzung der Unterlegscheibe oder der Unterlegscheiben 48, der Anwendung, den Platzverhältnissen usw. die Unterlegscheibe oder die Unterlegscheiben 48 eine WAH 54 aufweisen können, die von den bisher genannten Werten abweicht. In mehreren Aspekten kann die Unterlegscheibe oder die Unterlegscheiben 48 etwa 1/4 bis 3/4 des MAH 44 betragen, oder etwa 0,5 mm bis etwa 1,5 mm, wenn die Unterlegscheiben 48 aus Stahl oder ähnlichen Verbindungen bestehen. In anderen Aspekten können die Unterlegscheiben 48 eine WAH 54 von etwa 1/4 mm bis 1/2 mm aufweisen, wenn die Unterlegscheiben 48 aus Mu-Metall oder dergleichen bestehen.
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Mit Bezug zu den 6 und 7 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1 - 5 ist ein weiteres Beispiel für eine Unterlegscheibe 48 in Kombination mit einem Magneten 36 dargestellt. Im Beispiel der 6 und 7 ist der ETRS-Positionssensor 34 über die Befestigungsvorrichtungen 58 am Gehäuse 32 befestigt. Angesichts der Nähe der Befestigungsvorrichtungen 58 zum Magneten 36 und zur Platte oder zu den Platten 48 können die Befestigungsvorrichtungen 58 einen Teil eines Magnetkreises bilden, der die Magnetfeldrichtung und/oder die Magnetfeldstärke an verschiedenen Positionen der Schaltwelle 38 ändert, wenn die Schaltwelle 38 vom Fahrer betätigt wird. Um die Homogenität des Magnetfeldes des Magneten 36 zu verbessern, werden in einigen Beispielen die Befestigungsvorrichtungen 58 aus Materialien mit geringer magnetischer Permeabilität, wie beispielsweise Edelstahl oder dergleichen, hergestellt. Durch die Verwendung von Materialien mit geringer magnetischer Permeabilität, aber hoher mechanischer Festigkeit, wird die strukturelle und/oder mechanische Leistung der Befestigungsvorrichtungen 58 nicht beeinträchtigt, aber die Magnetfeldverzerrung wird drastisch reduziert. Durch die Reduzierung der Verzerrung des Magnetfeldes des Magneten 36 ist der vom ETRS-Positionssensor 34 gemessene Magnetfluss an verschiedenen Positionen der Schaltwelle 38 genau, präzise und wiederholbar messbar. In mehreren Aspekten werden innerhalb des ETRS-Systems 30 zusätzliche Materialien mit geringer magnetischer Permeabilität und hoher mechanischer Festigkeit angeordnet. So trennt beispielsweise eine Abstandsplatte 60 aus Aluminium, Kupfer, Messing oder anderen Materialien mit geringer magnetischer Permeabilität einen eisenhaltigen Kolben und Kolbenbolzen 62 auf der Schaltwelle 38 vom Magneten 36 und reduziert so die Verzerrung des Magnetfeldes des Magneten 36. In einem weiteren Beispiel besteht eine Verriegelungsplatte 64, die innerhalb des Gehäuses 32 angeordnet und so betreibbar ist, dass sie den Kolben und den Kolbenbolzen 62 auf der Schaltwelle 38 selektiv gegen die Bewegung sichert, ebenfalls aus Materialien mit geringer magnetischer Permeabilität. Wie bei den Befestigungsvorrichtungen 58, der Abstandsplatte 60 und dem Kolben und dem Kolbenbolzen 62 reduziert die aus Materialien mit geringer magnetischer Permeabilität bestehende Verriegelungsplatte 64 die Verzerrung des Magnetfeldes des Magneten 36 und verbessert dadurch die Genauigkeit der vom ETRS-Positionssensor 34 durchgeführten Positionsmessungen. Zusätzliche Materialien mit geringer magnetischer Permeabilität können ebenfalls an anderer Stelle im ETRS-System 30 und im Gehäuse 32 verwendet werden, um Magnetfeldverzerrungen zu reduzieren und die Genauigkeit des ETRS-Positionssensors 34 zu verbessern, ohne vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Obwohl die Befestigungsvorrichtungen 58 als Bolzen dargestellt wurden, ist zu beachten, dass die Befestigungsvorrichtungen 58 andere Formen annehmen können, wie Schrauben, Clips, Nieten, Schlitten, Nut-Feder-Verbindungen oder dergleichen, ohne vom Umfang oder Zweck der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Insbesondere mit Bezug zu 7, in einem weiteren Beispiel, wird der magnetische Fluss durch die Verwendung einer Flusskonzentratorplatte, eines Rings oder einer Abschirmung 66 zum ETRS-Positionssensor 34 gezogen. Die Flusskonzentratorplatte 66 ist in mehreren Aspekten eine eisenhaltige, magnetisch leitfähige Komponente, die am Gehäuse 32 in der Nähe des ETRS-Positionssensors 34 montiert ist. Die Flusskonzentratorplatte 66 leitet den Magnetfluss zum ETRS-Positionssensor 34 und erhöht so den Magnetfluss am ETRS-Positionssensor 34 gegenüber dem, was normalerweise vom Magneten 36 erzeugt wird. Durch die Verwendung einer Flusskonzentratorplatte 66 kann die Menge und Stärke des zur Herstellung des Magneten 36 verwendeten magnetischen Materials reduziert werden. In einem Beispiel, in dem der Magnet 36 durch zwei Unterlegscheiben 48 mit je einem WAH 54 von 1,5 mm sandwichartig angeordnet ist, hat der Magnet 36 ein MAH 44 von mindestens 1 mm. Der 1 mm MAH 44 Magnet 36 hat ein minimales Volumen und eine minimale Masse und erzeugt daher eine minimale Menge an Magnetfluss. Im Beispiel ist der Magnet 36 im Vergleich zu größeren MAH 44 Magneten 36 aus dem gleichen Magnetmaterial relativ schwach. Um eine maximale Menge an Magnetfluss auf den ETRS-Positionssensor 34 zu lenken, sammelt und fokussiert die Flusskonzentratorplatte 66 einen Teil des Magnetfeldes und des Magnetflusses, die vom Magneten 36 erzeugt werden, auf den ETRS-Positionssensor 34, und erhöht dadurch die Genauigkeit und Präzision der Messwerte des ETRS-Positionssensors 34. In weiteren Beispielen kann eine Abschirmung vor magnetischem Fluss 68 mit der Flusskonzentratorplatte 66 und/oder Materialien mit hoher oder niedriger magnetischer Permeabilität verwendet werden, die im gesamten ETRS-System 30 angeordnet sind, um die Genauigkeit, Präzision und Wiederholbarkeit der vom ETRS-Positionssensor 34 durchgeführten Messungen zu verbessern. Die Abschirmung vor magnetischem Fluss 68 besteht, wie die Flusskonzentratorplatte 66, aus Eisen oder anderweitig magnetisch leitfähigem Material, das strategisch in, auf oder um das ETRS-System 30 und insbesondere in der Nähe des ETRS-Positionssensors 34 angeordnet ist.
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Ein Magnet 36 mit robuster Magnetfeldhomogenität und verbesserten Signal-Rausch-Verhältnissen für einen ETRS Positionssensor 34 eines Getriebes 16 der vorliegenden Offenbarung bietet mehrere Vorteile. Dazu gehört die Möglichkeit, aktuelle und zukünftige ETRS-Systeme 30 ohne zusätzliche Konstruktionsänderungen nachzurüsten, wodurch die Herstellungskosten bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung, Kraftstoffeinsparung und Verbesserung der Präzision, Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Robustheit der vom ETRS-Positionssensor 34 erfassten Messwerte durch Erhöhung der Magnetfeldhomogenität, beibehalten und/oder reduziert werden.
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Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist lediglich exemplarischer Natur und Abweichungen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sollen im Rahmen der vorliegenden Offenbarung liegen. Solche Abweichungen sind nicht als Abweichung von Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.
