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Der vorliegende Gegenstand bezieht sich im Allgemeinen auf Sensoranordnungen, die zum Detektieren der Position von wenigstens einer beweglichen Komponente verwendet werden.
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Einige bekannte Vorrichtungen verwenden eine elektromagnetische Spule, um eine Bewegung einer anderen Komponente der Vorrichtung auf der Basis eines Magnetfelds hervorzurufen, das durch die elektromagnetische Spule erzeugt wird. Beispiele für solche bekannten Vorrichtungen beinhalten einige Fahrzeug-Differentialsysteme und Getriebekupplungssysteme in Fahrzeuganwendungen. Bei dem Differentialsystem kann es sich um ein Sperrdifferential oder um ein Differential mit begrenztem Schlupf handeln, so dass die elektromagnetische Spule ein Magnetfeld zum Bewegen einer Scheibe oder eines Rings, die bzw. der rotierend oder stationär sein kann, axial relativ zu der Spule erzeugt. Die Scheibe kann in einem Sperrdifferential verwendet werden, um zwei auf derselben Achse angebrachte Räder zu verriegeln, so dass sich die beiden Räder mit der gleichen Geschwindigkeit drehen. Die Scheibe kann alternativ bei einem Differential mit begrenztem Schlupf verwendet werden, das eine Rotation der Räder der gleichen Achse mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ermöglicht, während das auf jedes der beiden Räder aufgebrachte Drehmoment individuell gesteuert wird. Es kann wünschenswert sein, die axiale Position der Scheibe relativ zu der elektromagnetischen Spule zu verfolgen, da derartige Daten zum Bestimmen oder Verifizieren verwendet werden können, ob die Scheibe zu bestimmten Zeiten mit einem mit der Scheibe zusammenwirkenden Feststellrad des Differentialsystems zusammenwirkt oder von dem Feststellrad getrennt ist. Die Daten hinsichtlich der Position der Scheibe können auch für die Bestimmung von Nutzen sein, ob eine Wartung empfohlen wird oder notwendig ist, da Verschleiß an der Scheibe, dem Feststellrad oder einer anderen Komponente das Bewegungsausmaß der Scheibe sowie die Stopppositionen der Scheibe in Reaktion auf das Magnetfeld beeinträchtigen kann.
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Sensoren werden zum Verfolgen von Positionen von beweglichen Komponenten häufig genutzt. Die Sensoren müssen kompakt sein, damit sie in ein Gehäuse einer jeweiligen Vorrichtung passen, um die Bewegung der beweglichen Komponente zu überwachen. Obwohl kontaktlose Magnetsensoren im Allgemeinen zuverlässig sind, arbeiten derartige Magnetsensoren auf der Basis eines Sensormagnetfelds, wobei sie anfällig für Fehler und Ungenauigkeiten aufgrund von Magnetfeldstörungen sind. Beispielsweise verursacht das von der elektromagnetischen Spule erzeugte Spulen-Magnetfeld eine Störung gegenüber einem typischen Magnetsensor, der sich innerhalb des Spulen-Magnetfelds befindet, durch Erzeugen von Rauschen, das es für den Sensor schwierig macht, den auf das Sensor-Magnetfeld zurückzuführenden, detektierten Magnetfluss von dem auf das Spulen-Magnetfeld zurückzuführenden Magnetfluss zu unterscheiden, so dass es zu Ungenauigkeiten kommt. Ein Bewegen des Magnetsensors weiter von der elektromagnetischen Spule weg, um das Rauschen von dem Spulen-Magnetfeld in dem detektierten Signal zu reduzieren, kann aufgrund von Platzgründen nicht praktikabel sein.
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US 2008 / 0 042 791 A1 offenbart eine elektromagnetische Aktuatorbaugruppe, die einen ringförmigen Rahmen, eine Spulenbaugruppe, einen ringförmigen Anker, einen Kolben und einen Sensor umfasst. Die Spulenbaugruppe ist mit dem Rahmen verbunden und umfasst einen ringförmigen Kern und eine ringförmige Spule. Der ringförmige Anker wird in dem Rahmen aufgenommen und liegt am Kolben an. Ein Sensor-Target kann mit dem Anker oder mit dem Kolben gekoppelt sein und umfasst ein sich radial nach außen erstreckendes Sensor-Target. Der Sensor ist mit dem Rahmen gekoppelt und so konfiguriert, dass er die Position des Sensor-Targets erfasst. Es wird auch ein Verfahren zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktuators beschrieben.
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WO 2009 / 080 603 A1 beschreibt ein Druckmessgerät mit mindestens einem HallEffekt-Drucksensor und mindestens einem zugehörigen Magneten, der relativ zu dem Drucksensor entsprechend dem zu messenden Druck beweglich ist. Eine Abschirmung aus ferromagnetischem Material umschließt den Sensor und den Magneten. Um die Intensität des magnetischen Flusses zu erhöhen, kann die Abschirmung in der Nähe des Sensors einen vertieften Bereich haben.
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Es besteht weiterhin ein Bedarf für ein Positionserfassungssystem, das die Genauigkeit der Positionserfassung durch Reduzieren der Wirkung eines externen Magnetfelds verbessert.
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Eine Lösung wird durch eine Sensoranordnung bereitgestellt, die ein Gehäuse, ein Abschirmelement, einen Erfassungsmagneten und einen Magnetfeldsensor aufweist. Das Gehäuse erstreckt sich zwischen einer Vorderseite und einer Rückseite. Das Gehäuse ist dazu ausgebildet, zumindest an oder in der Nähe einer elektromagnetischen Spule angebracht zu werden, die zum Erzeugen eines ersten Magnetfelds ausgebildet ist, um eine bewegliche Komponente auf der Basis einer Stärke des ersten Magnetfelds in linearer Weise entlang einer Achse zwischen einer vorbewegten Position und einer zurückbewegten Position relativ zu der elektromagnetischen Spule zu bewegen. Das Abschirmelement ist in dem Gehäuse angeordnet. Das Abschirmelement bildet eine abgeschirmte Kammer. Der Erfassungsmagnet ist dazu ausgebildet, derart mit der beweglichen Komponente gekoppelt zu werden, dass sich der Erfassungsmagnet zusammen mit der beweglichen Komponente bewegt. Der Erfassungsmagnet ist in der abgeschirmten Kammer angeordnet. Der Magnetfeldsensor ist in der abgeschirmten Kammer angeordnet. Der Magnetfeldsensor detektiert eine elektrische Eigenschaft in Reaktion auf ein von dem Erfassungsmagneten erzeugtes zweites Magnetfeld, um eine Position der beweglichen Komponente entlang der Achse zu überwachen. Das Abschirmelement ist aus einem Eisenmaterial gebildet, um den Magnetfeldsensor und den Erfassungsmagneten gegenüber dem von der elektromagnetischen Spule erzeugten ersten Magnetfeld abzuschirmen. Das Gehäuse weist Wände auf, die sich zwischen der Vorderseite und der Rückseite erstrecken. Die Wände bilden einen geschlossenen Hohlraum, der nicht zu einer äußeren Umgebung freiliegt, und einen offenen Hohlraum , der zu der äußeren Umgebung freiliegt. Das Abschirmelement und der Magnetfeldsensor sind in dem geschlossenen Hohlraum angeordnet und der Erfassungsmagnet ist in dem offenen Hohlraum angeordnet.
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Eine weitere Lösung wird durch eine Sensoranordnung bereitgestellt, die ein Gehäuse, ein Abschirmelement, einen Erfassungsmagneten und einen Magnetfeldsensor aufweist. Das Gehäuse erstreckt sich zwischen einer Vorderseite und einer Rückseite. Das Gehäuse ist dazu ausgebildet, zumindest an oder in der Nähe einer elektromagnetischen Spule angebracht zu werden, die zum Erzeugen eines ersten Magnetfelds ausgebildet ist, um eine bewegliche Komponente auf der Basis einer Stärke des ersten Magnetfelds in linearer Weise entlang einer Achse zwischen einer vorbewegten Position und einer zurückbewegten Position relativ zu der elektromagnetischen Spule zu bewegen. Das Abschirmelement ist in dem Gehäuse angeordnet. Das Abschirmelement bildet eine abgeschirmte Kammer. Der Erfassungsmagnet ist dazu ausgebildet, derart mit der beweglichen Komponente gekoppelt zu werden, dass sich der Erfassungsmagnet zusammen mit der beweglichen Komponente bewegt. Der Erfassungsmagnet ist in der abgeschirmten Kammer angeordnet. Der Magnetfeldsensor ist in der abgeschirmten Kammer angeordnet. Der Magnetfeldsensor detektiert eine elektrische Eigenschaft in Reaktion auf ein von dem Erfassungsmagneten erzeugtes zweites Magnetfeld, um eine Position der beweglichen Komponente entlang der Achse zu überwachen. Das Abschirmelement ist aus einem Eisenmaterial gebildet, um den Magnetfeldsensor und den Erfassungsmagneten gegenüber dem von der elektromagnetischen Spule erzeugten ersten Magnetfeld abzuschirmen. Bei dem Erfassungsmagneten handelt es sich um eine Komponente einer Magnetanordnung, wobei die Magnetanordnung ferner einen dielektrischen Halter, der mit dem Erfassungsmagneten zusammenwirkt und diesen wenigstens teilweise umgibt, sowie einen an dem dielektrischen Halter festgelegten Befestigungsarm aufweist, der aus einem Nichteisen-Metallmaterial gebildet ist. Der Befestigungsarm erstreckt von dem Gehäuse weg und ist mit der beweglichen Komponente über ein mechanisches Befestigungselement gekoppelt, um den Erfassungsmagneten mit der beweglichen Komponente zu koppeln.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben; darin zeigen:
- 1 eine von links betrachtete Perspektivansicht eines Positionserfassungssystems an einer mechanischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
- 2 eine von rechts betrachtete Perspektivansicht des Positionserfassungssystems an der mechanischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
- 3 eine Perspektivansicht einer Sensoranordnung, die ohne Erfassungsmagneten der Sensoranordnung dargestellt ist;
- 4 eine auseinandergezogene Perspektivansicht der Sensoranordnung ohne Darstellung des Erfassungsmagneten;
- 5 eine von vorne betrachtete Perspektivansicht der Sensoranordnung sowie eines Teils der elektromagnetischen Verriegelungsanordnung gemäß einer Ausführungsform;
- 6 eine von hinten betrachtete Perspektivansicht der Sensoranordnung sowie eines Teils der elektromagnetischen Verriegelungsanordnung gemäß einer Ausführungsform;
- 7 eine vereinfachte Draufsicht von oben auf die Sensoranordnung und die elektromagnetische Verriegelungsanordnung in einer Position gemäß einer Ausführungsform;
- 8 eine vereinfachte Draufsicht von oben auf die Sensoranordnung und die elektromagnetische Verriegelungsanordnung in einer weiteren Position gemäß einer Ausführungsform;
- 9 eine vereinfachte Draufsicht von oben auf die Sensoranordnung und die elektromagnetische Verriegelungsanordnung in einer dritten Position gemäß einer Ausführungsform;
- 10 eine grafische Darstellung, in der von dem Magnetfeldsensor detektierte elektrische Eigenschaften gegenüber linearen Positionen eines Verriegelungsrings gemäß einer Ausführungsform dargestellt sind.
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1 zeigt eine von links betrachtete Perspektivansicht eines Positionserfassungssystems 100 an einer mechanischen Vorrichtung 102 gemäß einer Ausführungsform. Das Positionserfassungssystem 100 kann in verschiedenen Anwendungen in Fahrzeugen und der Industrie eingesetzt werden, um eine Position einer beweglichen Komponente der mechanischen Vorrichtung 102 zu detektieren, wie z.B. einer Komponente, die sich linear einen vorgegebenen Weg entlang bewegt. Als ein nicht einschränkendes Beispiel, das in 1 gezeigt ist, handelt es sich bei der mechanischen Vorrichtung 102 um ein Differentialsystem 102 eines Fahrzeugs, wie z.B. eines PKWs oder eines LKWs. Das Differentialsystem 102 weist mehrere Zahnräder 104 (in 2 detaillierter dargestellt) sowie ein die Zahnräder 104 umgebendes Gehäuse 106 auf. Das Differentialsystem 102 definiert auch zwei Bohrungen 108, die jeweilige Wellen (nicht gezeigt) aufnehmen, um das Differentialsystem 102 mit entsprechenden Rädern (nicht gezeigt) zu koppeln.
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Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Differentialsystem 102 um ein Sperrdifferential, um ein Differential mit begrenztem Schlupf oder einen anderen Typ eines Differentials, bei dem es sich nicht um ein einfaches offenes Differential handelt. Das Differentialsystem 102 beinhaltet eine elektromagnetische Verriegelungsanordnung 110, die dazu ausgebildet ist, die Konfiguration des Differentialsystems 102 selektiv zu steuern, um die Verteilung von Drehmoment und/oder die relativen Geschwindigkeiten der Räder zu steuern. Die elektromagnetische Verriegelungsanordnung 110 weist eine elektromagnetische Spule 112 und eine bewegliche Komponente 114 auf. Die elektromagnetische Spule 112 (die vorliegend auch als Spule 112 bezeichnet wird) ist für die Zufuhr von elektrischem Strom ausgebildet, um ein Magnetfeld (das vorliegend auch als erstes Magnetfeld bezeichnet wird) zu erzeugen. Die bewegliche Komponente 114 ist der Spule 112 benachbart angeordnet und ist zumindest teilweise aus einem Eisenmaterial gebildet, so dass das erste Magnetfeld eine magnetische Kraft auf die bewegliche Komponente 114 in Abhängigkeit von der Stärke des Magnetfelds ausübt. Die magnetische Kraft ist dazu ausgebildet, die bewegliche Komponente 114 axial in Richtung zu einem oder mehreren der Zahnräder 104 des Differentialsystems 102 hin und/oder von diesem bzw. diesen weg zu bewegen. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen handelt es sich bei der beweglichen Komponente 114 um eine Platte oder eine Scheibe, die allgemein planar ist und vorliegend als Verriegelungsring 114 bezeichnet wird.
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Das Positionserfassungssystem 100 beinhaltet die elektromagnetische Verriegelungsanordnung 110 des Differentialsystems 102 und eine Sensoranordnung 118. Die Sensoranordnung 118 ist zum Überwachen der Position des Verriegelungsrings 114 ausgebildet. Die Sensoranordnung 118 ist dazu ausgebildet, die Position des Verriegelungsrings 114 darstellende elektrische Signale zu einer entfernt vorgesehenen Vorrichtung oder einem entfernt vorgesehenen Steuersystem (nicht gezeigt) zu übertragen. Die Position des Verriegelungsrings 114 kann dazu verwendet werden, eine aktuelle Konfiguration des Differentialsystems 102 zu bestimmen oder zu verifizieren, zu bestimmen, ob eine Wartung an dem Differentialsystem 102 empfohlen wird oder erforderlich ist, oder dergleichen. Beispielsweise kann die Sensoranordnung 118 Änderungen in der Art detektieren, in der sich der Verriegelungsring 114 bewegt, wie z.B. das Ausmaß der Bewegung in einer Richtung oder die Geschwindigkeit der Bewegung im Vergleich dazu, wie sich der Verriegelungsring 114 in der Vergangenheit normalerweise bewegt hat. Diese Information kann für eine Anzeige genutzt werden, ob eine Wartung empfohlen wird oder erforderlich ist.
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Die Sensoranordnung 118 ist an oder in der Nähe der elektromagnetischen Verriegelungsanordnung 110 angebracht. In der dargestellten Ausführungsform ist die Sensoranordnung 118 an einer die Spule 112 umgebenden Abdeckung 120 der elektromagnetischen Verriegelungsanordnung 110 angebracht. In 1 ist ein Bereich der Abdeckung 120 in einem weggenommenen Zustand dargestellt, um die Spule 112 im Inneren der Abdeckung 120 zu zeigen. Die Sensoranordnung 118 ist an der Abdeckung 120 indirekt angebracht, und zwar über einen Verbinderkörper 122, der zum Zuführen von Strom zu der Spule 112 mit der Abdeckung 120 verbunden ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die Sensoranordnung 118 direkt an der Abdeckung 120 angebracht sein, sie kann an dem Gehäuse 106 angebracht sein oder auch an einer Tafel oder Vorrichtung angebracht sein, die von dem Differentialsystem 102 separat vorgesehen ist, sich jedoch in der Nähe der elektromagnetischen Verriegelungsanordnung 110 befindet.
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2 zeigt eine von rechts betrachtete Perspektivansicht des Positionserfassungssystems 100 an der mechanischen Vorrichtung 102 gemäß einer Ausführungsform. In 2 ist das Gehäuse 106 von dem Differentialsystem 102 entfernt, um die Zahnräder 104 innerhalb des Gehäuses 106 besser zu zeigen. Der Verriegelungsring 114 ist dazu ausgebildet, sich in linearer Weise entlang einer Verriegelungsachse 116 zwischen einer vorbewegten Position und einer zurückbewegten Position relativ zu der Spule 112 zu bewegen. Bei der zurückbewegten Position handelt es sich um die engste (z.B. näheste) Position des Verriegelungsrings 114 relativ zu der Spule 112 entlang der von dem Verriegelungsring 114 beschriebenen Bewegungsbahn. In der dargestellten Ausführungsform befindet sich der Verriegelungsring 114 in der zurückbewegten Position. Bei der vorbewegten bzw. nach vorne bewegten Position handelt es sich um die weiteste (z.B. entfernteste) Position des Verriegelungsrings 114 relativ zu der Spule 112 entlang der Bewegungsbahn. Die Bewegung des Verriegelungsrings 114 kann zumindest teilweise auf der Stärke des von der Spule 112 erzeugten ersten Magnetfelds basieren. Die elektromagnetische Verriegelungsanordnung 110 kann derart ausgebildet sein, dass der Verriegelungsring 114 in Richtung auf die zurückbewegte Position vorgespannt ist und sich in der zurückbewegten Position befindet, bis der Spule 112 ausreichend Strom zugeführt wird, um das erste Magnetfeld mit einer ausreichenden Stärke zum Bewegen des Verriegelungsrings 114 aus der zurückbewegten Position in Richtung auf die vorbewegte Position zu bewegen. Wenn die Stromzufuhr zu der Spule 112 endet oder zumindest geringer wird, fällt die Stärke des ersten Magnetfelds ab, und der Verriegelungsring 114 kehrt aufgrund einer von einer Feder oder dergleichen bereitgestellten Vorspannkraft in Richtung auf die zurückbewegte Position zurück. Alternativ hierzu kann der Verriegelungsring 114 in Richtung auf die vorbewegte Position vorgespannt sein, und das erzeugte Magnetfeld kann den Verriegelungsring 114 in Richtung auf die zurückbewegte Position ziehen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die elektromagnetische Spule 112 zum derartigen Ändern der Orientierung des ersten Magnetfelds gesteuert werden, dass das Magnetfeld den Verriegelungsring 114 in einer ersten Feldorientierung in die vorbewegte Position schiebt und den Verriegelungsring 114 in einer zweiten Feldorientierung in die zurückbewegte Position zieht. Bei einer derartigen Ausführungsform ist der Verriegelungsring 114 optional in Richtung auf keine der zurückbewegten und der vorbewegten Position vorgespannt, da die Bewegung in beiden Richtungen durch das Magnetfeld gesteuert wird.
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Die verschiedenen Positionen des Verriegelungsrings 114 relativ zu der Spule 112 lösen die Betätigung der verschiedenen Konfigurationen des Differentialsystems 102 aus. Beispielsweise kann eine Bewegung des Verriegelungsrings 114 von der Spule 112 weg in die vorbewegte Position den Verriegelungsring 114 zum Zusammenwirken mit einem komplementären der Zahnräder 104A veranlassen, um das Differentialsystem 102 derart zu verriegeln, dass die an dem Differentialsystem 102 angebrachten Räder sich mit einer gemeinsamen Geschwindigkeit drehen. Fortsätze 128 oder andere Vorsprünge von dem Zahnrad 104A können in Schlitzen 130 des Verriegelungsrings 114 aufgenommen werden, wenn der Verriegelungsring 114 mit dem Zahnrad 104A zusammenwirkt bzw. in Eingriff steht. Der Verriegelungsring 114 kann rotationsmäßig in seiner Position fixiert werden, so dass das Zahnrad 104A an einer Rotationsbewegung gehindert ist, während es mit dem Verriegelungsring 114 zusammenwirkt. Durch eine Bewegung des Verriegelungsrings 114 in Richtung auf die zurückbewegte Position kann der Verriegelungsring 114 von dem Zahnrad 104A gelöst werden und dadurch das Differentialsystem 102 entriegelt bzw. gelöst werden, so dass die Räder nicht auf eine Rotationsbewegung mit derselben Geschwindigkeit beschränkt sind. Die Sensoranordnung 118 ist dazu ausgebildet, die Position des Verriegelungsrings 114 zu überwachen, um festzustellen, ob der Verriegelungsring 114 mit dem Zahnrad 104A zusammenwirkt oder nicht. Das Differentialsystem 102 kann sich in einer verriegelten Konfiguration befinden, wenn der Verriegelungsring 114 mit dem Zahnrad 104A zusammenwirkt, und kann sich in einer entriegelten Konfiguration befinden, wenn der Verriegelungsring 114 nicht mit dem Zahnrad 104A zusammenwirkt. Die Sensoranordnung 118 kann somit für die Bestimmung verwendet werden, ob sich das Differentialsystem 102 in der verriegelten oder der entriegelten Konfiguration befindet.
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Obwohl das vorstehende Beispiel eine verriegelte und eine entriegelte Konfiguration des Differentialsystems 102 beschreibt, kann die Bewegung des Verriegelungsrings 114 alternativ ein Schlupfausmaß zwischen den Rädern (z.B. in einem Differentialsystem mit begrenztem Schlupf) steuern, das zwischen der verriegelten Konfiguration, die Schlupf verhindert, und der entriegelten Konfiguration vorhanden ist, die vollständigen Schlupf zulässt. Ferner kann der Verriegelungsring 114 optional dazu ausgebildet sein, gegen eine ebene Oberfläche, wie z.B. eine Unterlegscheibe oder das Ende eines Lagers oder einer Hülse, zu drücken anstatt mit einem Zahnrad 104 zusammenzuwirken.
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Bei der mechanischen Vorrichtung 102 in 1 handelt es sich zwar um ein Differentialsystem 102, jedoch ist der Gegenstand des vorliegend beschriebenen Positionserfassungssystems 100 nicht auf die Verwendung bei einem Differentialsystem beschränkt. Das Positionserfassungssystem 100 kann alternativ bei Getriebesystemen und anderen an Fahrzeugen vorhandenen oder nicht an Fahrzeugen vorhandenen Vorrichtungen verwendet werden, die sich bewegende Komponenten beinhalten. Beispielsweise kann die Sensoranordnung 118 zum Überwachen einer Position einer beweglichen Kupplung verwendet werden, die durch ein Magnetfeld betätigt wird.
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Bei einer exemplarischen Ausführungsform ist die Sensoranordnung 118 dazu ausgebildet, innerhalb der Sensoranordnung 118 untergebrachte elektromagnetische Erfassungskomponenten während einer normalen Nutzung des Differentialsystems 102 gegenüber dem ersten Magnetfeld abzuschirmen, das von der Spule 112 erzeugt wird. Die Abschirmung reduziert von dem ersten Magnetfeld verursachte elektromagnetische Interferenz, wodurch das Rauschen in den erfassten elektrischen Signalen vermindert wird und die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Sensoranordnung 118 bei der Überwachung der Position des Verriegelungsrings 114 verbessert werden.
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Die Sensoranordnung 118 ist dazu ausgebildet, die Position des Verriegelungsrings 114 durch Detektieren einer Position eines Erfassungsmagneten 126 zu überwachen, der mit dem Verriegelungsring 114 mechanisch gekoppelt ist, so dass sich der Erfassungsmagnet 126 zusammen mit der Bewegung des Verriegelungsrings 114 bewegt. Das von der Spule 112 erzeugte erste Magnetfeld erzwingt somit eine Bewegung sowohl des Verriegelungsrings 114 und in Erweiterung auch des Erfassungsmagneten 126. Der Erfassungsmagnet 126 kann über einen Verbindungsarm bzw. Kopplungsarm 132 und ein oder mehrere Befestigungselemente (nicht gezeigt) mit dem Verriegelungsring 114 mechanisch gekoppelt sein. Bei dem Erfassungsmagneten 126 kann es sich um einen Permanent-Dipolmagneten handeln. Wie vorliegend noch ausführlicher beschrieben wird, ist die Sensoranordnung 118 dazu ausgebildet, die Position und die Bewegung des Erfassungsmagneten 126 auf der Basis eines von dem Erfassungsmagneten 126 erzeugten Magnetfelds (das vorliegend auch als zweites Magnetfeld bezeichnet wird) zu detektieren. Der Erfassungsmagnet 126 und die elektrischen Erfassungskomponenten, die das zweite Magnetfeld detektieren, sind durch die Sensoranordnung 118 vor elektromagnetischer Interferenz abgeschirmt, die durch das von der elektromagnetischen Spule 112 erzeugte erste Magnetfeld verursacht wird.
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3 zeigt eine Perspektivansicht der Sensoranordnung 118 ohne Darstellung des Erfassungsmagneten 126. Die Sensoranordnung 118 weist ein Gehäuse 134 auf, das sich zwischen einer Vorderseite 136 und einer Rückseite 138 erstreckt. Das Gehäuse 134 besitzt Wände 140, die sich zwischen der Vorderseite 136 und der Rückseite 138 erstrecken. Die Wände 140 des Gehäuses 134 bilden einen geschlossenen Hohlraum 142. Ein Deckel 144 bedeckt eine Öffnung 146 (in 4 gezeigt) an der Vorderseite 136 des Gehäuses 134. Weiterhin bildet das Gehäuse 134 eine Bodenseite 148, eine Oberseite 150, eine linke Seite 152 und eine rechte Seite 154. Relative oder räumliche Begriffe, wie „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „erster“, „zweiter“, „links“ und „rechts“, wie sie vorliegend verwendet werden, werden lediglich zur Unterscheidung der damit bezeichneten Elemente verwendet und erfordern nicht notwendigerweise bestimmte Positionen oder Orientierungen in der Sensoranordnung 118 relativ zur Schwerkraft oder in der Umgebung der Sensoranordnung 118.
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4 zeigt eine auseinandergezogene Perspektivansicht der Sensoranordnung 118 ohne Darstellung des Sensormagneten 126. Zusätzlich zu dem Gehäuse 134, dem Deckel 144 und dem Erfassungsmagneten 126 (in 1 gezeigt) beinhaltet die Sensoranordnung 118 ein Abschirmelement 156 und einen Magnetfeldsensor 158. Das Abschirmelement 156 erstreckt sich von einem ersten Ende 160 zu einem zweiten Ende 162. Das Abschirmelement 156 kann wenigstens drei Wände 164 aufweisen, die sich jeweils von dem ersten Ende 160 zu dem zweiten Ende 162 erstrecken. Das Abschirmelement 156 bildet eine abgeschirmte Kammer 166 zwischen den wenigstens drei Wänden 164. Der Magnetfeldsensor 158 und der Erfassungsmagnet 126 sind nach der Montage der Sensoranordnung 118 im Inneren der abgeschirmten Kammer 166 angeordnet. Das Abschirmelement 156 ist aus einem Eisenmetallmaterial, wie z.B. einem Eisen enthaltenden Metall oder einer Eisen enthaltenden Metalllegierung, gebildet. Beispielsweise kann das Abschirmelement 156 aus Baustahl, Kohlenstoffstahl, ferritischem nicht rostendem Stahl, martensitischem nicht rostendem Stahl oder dergleichen gebildet sein.
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Das Eisenmetallmaterial des Abschirmelements 156 ermöglicht dem Abschirmelement 156 ein Abschirmen des Magnetfeldsensors 158 und des Erfassungsmagneten 126 (in 2 gezeigt) gegenüber dem von der elektromagnetischen Spule 112 (in 1 gezeigt) erzeugten ersten Magnetfeld. Die Eisenwände 164 des Abschirmelements 156 ziehen das erste Magnetfeld an, so dass die Magnetfeldlinien in Abhängigkeit von der Richtung des Stromflusses durch die Spule 112 von dem ersten Ende 160 zu dem zweiten Ende 162 oder umgekehrt durch das Abschirmelement 156 verlaufen. Beispielsweise kann das erste Magnetfeld entlang der oder über die Wände 164 des Abschirmelements 156 geführt werden, anstatt durch oder in einem signifikant größeren Ausmaß durch die abgeschirmte Kammer 166 geführt zu werden. Als Ergebnis davon, dass das erste Magnetfeld um die abgeschirmte Kammer 166 herum geführt wird, sind der Magnetfeldsensor 158 und der Erfassungsmagnet 126 innerhalb der abgeschirmten Kammer 166 weniger Interferenz ausgesetzt, die auf das erste Magnetfeld zurückzuführen ist. Obwohl das erste Magnetfeld gemäß der Beschreibung einen durch die Wände 164 des Abschirmelements 156 definierten Weg entlang geführt wird, wird anerkannt, dass sich Magnetfelder nicht physisch bewegen oder wie elektrischer Strom fließen, und die Bezugnahme auf eine solche Bewegung dient lediglich der Erläuterung, um die Richtung der Magnetfeldlinien des ersten Magnetfelds zu beschreiben, die mit der Sensoranordnung 118 in Wechselwirkung stehen.
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Das Abschirmelement 156 kann eine allgemein rechteckige, ellipsenförmige, kreisförmige, dreieckige oder dergleichen Querschnittsform durch die Wände 164 hindurch aufweisen. Bei der dargestellten Ausführungsform weist das Abschirmelement 156 vier Wände 164 auf, die eine Rechteckform mit abgerundeten Ecken bilden, jedoch kann das Abschirmelement 156 bei anderen Ausführungsformen verschiedene andere Formgebungen aufweisen. Eine der Wände 164 kann ein erstes offenes Segment 168 in der Wand 164 bilden, das sich zumindest über einen Teil der Länge zwischen dem ersten Ende 160 und dem zweiten Ende 162 erstreckt. Das offene Segment 168 ermöglicht für den Erfassungsmagneten 126 (in 2 gezeigt) einen Zugang zu der abgeschirmten Kammer 166. Bei der dargestellten Ausführungsform erstreckt sich das erste offene Segment 168 durch eine Bodenwand 164A des Abschirmelements 156. Das erste offene Segment 168 erstreckt sich über die volle Länge des Abschirmelements 156 zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 160, 162, so dass das Abschirmelement 156 über das offene Segment 168 nicht kontinuierlich ausgebildet ist. Beispielsweise erstreckt sich bei der dargestellten Ausführungsform die Bodenwand 164A nicht über das erste offene Segment 168 und steht nicht in Verbindung mit einer rechten Wand 164B des Abschirmelements 156. Das Abschirmelement 156 bildet auch ein zweites offenes Segment 170 entlang einer linken Wand 164C des Abschirmelements 156, so dass sich elektrische Leiter 172 von der abgeschirmten Kammer 166 zu einem komplementären Verbinder (nicht gezeigt), einem Kabelbaum oder einer elektrischen Vorrichtung zum elektrischen Anschluss daran erstrecken können. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das zweite offene Segment 170 in der linken Wand 164C von dem zweiten Ende 162 gebildet, erstreckt sich jedoch nicht vollständig bis zu dem ersten Ende 160, so dass sich ein Teil der linken Wand 164C über das zweite offene Segment 170 erstreckt. Ferner ist das Abschirmelement 156 bei einer Ausführungsform sowohl an dem ersten Ende 160 als auch an dem zweiten Ende 162 offen. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Abschirmelement 156 eine Wand entlang des zweiten Endes 162 zwischen den Wänden 164 und/oder eine Wand entlang des ersten Endes 160 zwischen den Wänden 164 aufweisen, so dass das zweite Ende 162 und/oder das erste Ende 160 zumindest teilweise geschlossen sind.
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Bei einer Ausführungsform sind das Gehäuse 134 und der Deckel 144 beide aus dielektrischen Materialien gebildet, wie z.B. aus einem oder mehreren Kunststoffen oder anderen Polymeren. Beispielsweise können eines von dem Gehäuse 134 und dem Deckel 144 oder beide derselben aus Nylon hergestellt sein. Das Gehäuse 134 und der Deckel 144 sind nicht leitfähig und nicht magnetisch und stehen somit nicht in Wechselwirkung mit dem ersten und dem zweiten Magnetfeld, die von der Spule 112 (in 1 gezeigt) bzw. dem Erfassungsmagneten 126 (in 2 gezeigt) erzeugt werden. Die Wände 140 des Gehäuses 134 beinhalten Außenwände 174 und Innenwände 176. Der geschlossene Hohlraum 142 ist durch die Außenwände 174 und die Innenwände 176 gebildet und liegt nach der Montage der Sensoranordnung 118 nicht zur äußeren Umgebung frei. Obwohl das Gehäuse 134 eine Öffnung 146 an der Vorderseite 136 bildet, ist die Öffnung 146 während der Montage durch den Deckel 144 dicht verschlossen. Der Magnetfeldsensor 158 und das Abschirmelement 156 innerhalb des geschlossenen Hohlraums 142 können somit allgemein vor Verunreinigungen, Feuchtigkeit, Hitze und anderen rauen Bedingungen geschützt werden. Die Innenwände 176 bilden einen offenen Hohlraum 178, der zur äußeren Umgebung freiliegt. Der offene Hohlraum 178 wird nicht von den Außenwänden 174 gebildet. Bei dem offenen Hohlraum 178 handelt es sich um einen Vertiefungsbereich des Gehäuses 134, der entlang der Vorderseite 136 und der Bodenseite 148 gebildet ist. Der offene Hohlraum 178 schafft einen Weg für die Bewegung des Erfassungsmagneten 126 entlang einer linearen Bahn des Erfassungsmagneten 126, wie dies hierin noch beschrieben wird. Der Erfassungsmagnet 126 ist innerhalb des offenen Hohlraums 178 externen Bedingungen ausgesetzt, wie z.B. Öl, Wasser, Schmutz und anderen Verunreinigungen, hohen Temperaturen und dergleichen.
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Das Gehäuse 134 kann optional eine Verbindungsschnittstelle 180 aufweisen, die sich von der linken Seite 152 weg erstreckt. Bei der Verbindungsschnittstelle 180 handelt es sich um einen Fortsatz, der eine Fassung bzw. Aufnahme 182 bildet, die zum Aufnehmen von komplementären Kontakten (nicht gezeigt) eines komplementären Verbinders ausgebildet ist, um den komplementären Verbinder mit der Sensoranordnung 118 elektrisch zu verbinden. Die Verbindungsschnittstelle 180 ist dazu ausgebildet, mit einem Gehäuse des komplementären Verbinders zusammenzuwirken, um den komplementären Verbinder an der Sensoranordnung 118 mechanisch zu befestigen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann sich die Verbindungsschnittstelle 180 von einer anderen Seite des Gehäuses 134 weg erstrecken, beispielsweise von der rechten Seite 154. Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann anstatt einer von dem Gehäuse 134 wegragenden Verbindungsschnittstelle 180 das Gehäuse 134 eine Öffnung bilden, die entlang einer der Seiten offen ist und durch die Drähte, Kabel oder andere Leiter sich von dem geschlossenen Hohlraum 142 des Gehäuses 134 nach außen erstrecken können, um an einer entfernt gelegenen Stelle an einen komplementären Verbinder, eine elektrische Vorrichtung oder dergleichen elektrisch angeschlossen zu werden (anstatt eines elektrischen Anschlusses innerhalb der Verbindungsschnittstelle 180).
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Die Sensoranordnung 118 ist an einer Konstruktion angebracht, um die Sensoranordnung 118 relativ zu der mechanischen Vorrichtung 102 (in 1 gezeigt) in ihrer Position zu befestigen. Die Sensoranordnung 118 kann mittels einer Welle, eines Befestigungselements oder dergleichen angebracht sein. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Hülse 184, wie z.B. ein Kompressionsbegrenzer, zum Befestigen des Gehäuses 134 an der Konstruktion verwendet. Die Hülse 184 kann aus einem nicht magnetischen Metallmaterial gebildet sein, wie z.B. aus einem austenitischen nicht rostenden Nichteisen-Stahl (z.B. Qualität 304). Wie in 1 dargestellt, kann es sich bei der Konstruktion um den Verbinderkörper 122 der elektromagnetischen Verriegelungsanordnung 110 handeln.
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Der Magnetfeldsensor 158 ist zum Detektieren der Position des Erfassungsmagneten 126 (in 2) ausgebildet, indem er eine elektrische Eigenschaft auf der Basis des von dem Erfassungsmagneten 126 erzeugten zweiten Magnetfelds detektiert. Beispielsweise kann der Magnetfeldsensor 158 die Wirkung des zweiten Magnetfelds auf einen elektrischen Strom durch den Magnetfeldsensor 158 detektieren und kann die wechselnden Positionen des Erfassungsmagneten 126 auf der Basis von Änderungen dahingehend bestimmen, wie das zweite Magnetfeld den elektrischen Strom beeinflusst. Bei der elektrischen Eigenschaft auf der Basis des zweiten Magnetfelds kann es sich um eine gemessene Spannung, ein elektrisches Potential, einen elektrischen Strom oder dergleichen handeln. Der Magnetfeldsensor 158 ist zum Erzeugen eines elektrischen Signals ausgebildet, das die gemessene elektrische Eigenschaft darstellt und das zu einer Verarbeitungseinheit übermittelt werden kann. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem Magnetfeldsensor 158 um einen Halleffekt-Sensor (z.B. linear oder dreidimensional), jedoch kann es sich bei dem Magnetfeldsensor 158 bei einer weiteren Ausführungsform auch um einen anderen Magnetsensor handeln, wie z.B. einen Sensor auf Magnetowiderstands-Basis, einen Fluxgate- bzw. Luftspalt-Magnetometer oder dergleichen.
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Der Magnetfeldsensor 158 ist über eine oder mehrere leitfähige Leitungen 188 an eine Leiterplatte 186 elektrisch angeschlossen. Die Leiterplatte 186 kann die elektrischen Signale, die für die elektrische Eigenschaft repräsentativ sind, auf der Basis des zweiten Magnetfelds von dem Magnetfeldsensor 158 empfangen und kann auch elektrischen Strom in Form von Leistung und/oder Datensignalen zu dem Magnetfeldsensor 158 übermitteln. Die Leiterplatte 186 ist in dem geschlossenen Hohlraum 142 des Gehäuses 134 sowie in der abgeschirmten Kammer 166 des Abschirmelements 156 untergebracht. Bei der dargestellten Ausführungsform sind drei Leiter 172 zum Anschluss an die Leiterplatte 186 ausgebildet. Bei den Leitern 172 handelt es sich um Anschlüsse, die sich in die Verbindungsschnittstelle 180 hinein erstrecken, um mit den komplementären Kontakten des komplementären Verbinders zusammenzuwirken sowie elektrisch mit diesen in Verbindung zu treten. Die Anschlüsse 172 können aus Messing oder einem anderen elektrisch leitfähigen Metall gebildet sein. Die Anschlüsse 172 können optional mit Silber oder einem anderen leitfähigen Metall plattiert sein. Bei einer alternativen Ausführungsform kann es sich bei den Leitern 172 um Drähte oder Kabel handeln, die sich von der Sensoranordnung 118 weg zu einer entfernten Stelle erstrecken.
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5 zeigt eine von vorne betrachtete Perspektivansicht der Sensoranordnung 118 sowie eines Teils der elektromagnetischen Verriegelungsanordnung 110 gemäß einer Ausführungsform. Die Sensoranordnung 118 ist ohne den Deckel 144 dargestellt, um die Komponenten im Inneren des geschlossenen Hohlraums 142 zu zeigen. Die Sensoranordnung 118 wird montiert, indem das Abschirmelement 156 und die Leiterplatte 186 mit dem integrierten Magnetfeldsensor 158 (in 6 gezeigt) in den geschlossenen Hohlraum 142 des Gehäuses 134 eingebracht werden. Das Abschirmelement 156 erstreckt sich entlang der Innenflächen 190 der Außenwände 174 des Gehäuses 134. Beispielsweise ist das Abschirmelement 156 in der Nähe von wenigstens einigen der Außenwände 174 angeordnet und kann mit diesen zusammenwirken. Das Abschirmelement 156 kann eine Formgebung aufweisen, die mit den Außenwänden 174 des Gehäuses 134 allgemein ausgerichtet ist. Das erste Ende 160 des Abschirmelements 156 ist in der Nähe der Vorderseite 136 des Gehäuses 134 angeordnet, und das zweite Ende 162 des Abschirmelements 156 befindet sich in der Nähe der Rückseite 138 des Gehäuses 134, obwohl dies in 5 nicht gezeigt ist. Die Leiterplatte 186 und der Magnetfeldsensor 158 sind innerhalb der abgeschirmten Kammer 166 des Abschirmelements 156 angeordnet. Die Leiterplatte 186 ist an dem Gehäuse 134 und/oder dem Abschirmelement 156 befestigt, um eine Bewegung des Magnetfeldsensors 158 relativ dazu zu unterbinden.
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Wie in 5 dargestellt, ist der Erfassungsmagnet 126 der Sensoranordnung 118 in dem offenen Hohlraum 178 des Gehäuses 134 angeordnet. Der Erfassungsmagnet 126 wirkt nicht mechanisch mit den Wänden 140 des Gehäuses 134 (wobei dies die Innenwände 176 und die Außenwände 174 beinhaltet) zusammen, so dass die Bewegung des Erfassungsmagneten 126 nicht durch das Gehäuse 134 eingeschränkt wird. Der Erfassungsmagnet 126 in dem offenen Hohlraum 178 ist von der Leiterplatte 186 und dem Magnetfeldsensor 158 (in 6 gezeigt) in dem geschlossenen Hohlraum 142 durch eine der Innenwände 176A des Gehäuses 134 getrennt. Bei dem Erfassungsmagneten 126 kann es sich um einen Permanent-Dipolmagneten handeln.
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Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Erfassungsmagneten 126 um eine Komponente einer Magnetanordnung 124. Die Magnetanordnung 124 beinhaltet ferner einen dielektrischen Halter 192, der mit dem Erfassungsmagneten 126 zusammenwirkt und diesen wenigstens teilweise umgibt, sowie einen an dem dielektrischen Halter 192 festgelegten Befestigungsarm 194. Beispielsweise kann sich ein Fortsatz 196 des dielektrischen Halters 192 durch den Befestigungsarm 194 hindurch erstrecken, um den dielektrischen Halter 192 mit dem Befestigungsarm 194 zu koppeln. Alternativ kann der Befestigungsarm 194 einen Fortsatz aufweisen, der sich in den dielektrischen Halter 192 hinein erstreckt. Der Befestigungsarm 194 ist aus einem Nichteisen-Metallmaterial hergestellt, wie z.B. aus austenitischem nicht rostendem Stahl (z.B. Qualität 304). Wenigstens ein beträchtlicher Teil der Magnetanordnung 124 ist in der abgeschirmten Kammer 166 des Abschirmelements 156 angeordnet. Der Befestigungsarm 194 erstreckt sich lateral (z.B. in Richtung nach vorne) von der abgeschirmten Kammer 166 des Abschirmelements 156 sowie von dem offenen Hohlraum 178 des Gehäuses 134 weg. Der Befestigungsarm 194 bildet eine Öffnung 198, die zum Aufnehmen eines Befestigungselements (nicht gezeigt), wie z.B. einer Schraube, ausgebildet ist, um die Magnetanordnung 124 mit dem Kopplungsarm 132 des Verriegelungsrings 114 zu koppeln. Alternativ kann der Kopplungsarm 132 einen Zapfen aufweisen, der in der Öffnung 198 aufgenommen wird, anstatt dass ein separates Befestigungselement verwendet wird, oder der Kopplungsarm 132 kann einen Zapfen aufnehmen, der von dem Befestigungsarm 194 der Magnetanordnung 124 wegragt.
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6 zeigt eine von hinten betrachtete Perspektivansicht der Sensoranordnung 118 sowie eines Teils der elektromagnetischen Verriegelungsanordnung 110 gemäß einer Ausführungsform. Die Sensoranordnung 118 ist ohne das Gehäuse 134 und den Deckel 144 dargestellt. Wie in 6 gezeigt, befinden sich der Magnetfeldsensor 158 und der Erfassungsmagnet 126 der Magnetanordnung 124 innerhalb der abgeschirmten Kammer 166 des Abschirmelements 156. Der Magnetfeldsensor 158 ist nahe dem Erfassungsmagneten 126 angeordnet, obwohl sich, wie in 5 gezeigt, die Innenwand 176A des Gehäuses 134 zwischen dem Magnetfeldsensor 158 und dem Erfassungsmagneten 126 erstreckt. Der Magnetfluss des zweiten Magnetfelds durchdringt die Innenwand 176A und wird von dem Magnetfeldsensor 158 detektiert. Das Abschirmelement 156 führt das von der elektromagnetischen Spule 112 erzeugte erste Magnetfeld die Wände 164 des Abschirmelements 156 entlang, und zwar von dem ersten Ende 160 zu dem zweiten Ende 162 oder von dem zweiten Ende 162 zu dem ersten Ende 160. Das Eisenmaterial des Abschirmelements 156 zieht das erste Magnetfeld an, um das Ausmaß an magnetischem Fluss des ersten Magnetfelds zu reduzieren oder zu eliminieren, das in die abgeschirmte Kammer 166 gelangt, welche den Magnetfeldsensor 158 und den Erfassungsmagneten 126 gegenüber dem ersten Magnetfeld abschirmt. Die Pfeile 200 stellen Magnetfeldlinien des ersten Magnetfelds dar. Wie in 6 gezeigt, verlaufen die Magnetfeldlinien 200 von einer ursprünglichen Trajektorie oder Vektorbahn in gekrümmter Weise in Richtung auf die Wände 164 des Abschirmelements 156 an dem zweiten Ende 162. Die Magnetfeldlinien 200 verlaufen an dem ersten Ende 160 von den Wänden 164 in gekrümmter Weise zurück zu der ursprünglichen Trajektorie oder Vektorbahn. Somit wird zumindest ein Teil des Magnetflusses des ersten Magnetfelds, das auf den Magnetfeldsensor 158 aufgetroffen wäre, um die abgeschirmte Kammer 166 herum geführt anstatt in die abgeschirmte Kammer 166 einzutreten.
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Die 7 bis 9 zeigen vereinfachte Draufsichten von oben auf die Sensoranordnung 118 und die elektromagnetische Verriegelungsanordnung 110 gemäß einer Ausführungsform in verschiedenen Positionen. Das Gehäuse 134 der Sensoranordnung 118 ist im Umriss dargestellt, während der Deckel 144, der Magnetfeldsensor 158, die Magnetanordnung 124, die Leiterplatte 186, die Leiter 172 und die Hülse 184 dargestellt sind. Die Magnetanordnung 124 ist mit dem Verriegelungsring 114 derart gekoppelt, dass sich der Erfassungsmagnet 126 mit der Bewegung des Verriegelungsrings 114 bewegt, obwohl der Kopplungsarm 132 (in 2 gezeigt) des Verriegelungsrings 114 nicht dargestellt ist, der die Magnetanordnung 124 mechanisch mit dem Verriegelungsring 114 koppelt. 7 zeigt den Verriegelungsring 114 in der zurückbewegten Position relativ zu der elektromagnetischen Spule 112. Wenn sich der Verriegelungsring 114 in der zurückbewegten Position befindet, befindet sich der Erfassungsmagnet 126 der Magnetanordnung 124 in einer ersten Position relativ zu dem Magnetfeldsensor 158. Der Magnetfeldsensor 158 misst eine erste elektrische Eigenschaft auf der Basis des Magnetfelds, das von dem Erfassungsmagneten 126 in der ersten Position erzeugt oder emittiert wird. Bei der ersten elektrischen Eigenschaft kann es sich um eine Spannung, einen elektrischen Strom, ein elektrisches Potential oder dergleichen handeln.
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8 zeigt den Verriegelungsring 114 in einer zwischengeordneten bzw. mittleren Position relativ zu der Spule 112. Die mittlere Position befindet sich zwischen der zurückbewegten Position und der vorbewegten Position. Der Verriegelungsring 114 kann in der in 8 dargestellten mittleren Position in etwa auf halbem Wege zwischen der zurückbewegten Position und der vorbewegten Position angeordnet sein. Der Verriegelungsring 114 kann auf der Basis des ersten elektrischen Felds, das von der Spule 112 bei Zufuhr von elektrischem Strom zu dieser erzeugt wird, von der zurückbewegten Position in die mittlere Position bewegt werden. Der Verriegelungsring 114 kann sich lediglich vorübergehend in der mittleren Position befinden, während sich der Verriegelungsring 114 in linearer Weise von der zurückbewegten Position in die vorbewegte Position, oder umgekehrt, die Verriegelungsachse 116 entlang bewegt. Wenn sich der Verriegelungsring 114 in der mittleren Position befindet, befindet sich der Erfassungsmagnet 126 in einer zweiten Position relativ zu dem Magnetfeldsensor 158. Der Magnetfeldsensor 158 misst eine zweite elektrische Eigenschaft auf der Basis des von dem Erfassungsmagneten 126 in der zweiten Position erzeugten oder emittierten Magnetfelds. Die zweite elektrische Eigenschaft ist von der ersten elektrischen Eigenschaft verschieden, da sich der Erfassungsmagnet 126 in der zweiten Position relativ zu der ersten Position in einer anderen Distanz von dem Magnetfeldsensor 158 befindet.
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9 zeigt den Verriegelungsring 114 in der vorbewegten Position relativ zu der Spule 112. Wenn sich der Verriegelungsring 114 in der vorbewegten Position befindet, befindet sich der Erfassungsmagnet 126 in einer dritten Position relativ zu dem Magnetfeldsensor 158. Der Magnetfeldsensor 158 misst eine dritte elektrische Eigenschaft auf der Basis des Magnetfelds, das von dem Erfassungsmagneten 126 in der dritten Position erzeugt oder emittiert wird. Optional kann der Verriegelungsring 114 einen linearen Weg durchlaufen, der eine Länge von weniger als 10 mm aufweist. Beispielsweise kann die Distanz zwischen der vorbewegten Position und der zurückbewegten Position des Verriegelungsrings 114 4 mm betragen, so dass der Verriegelungsring 114 in der in 8 dargestellten mittleren Position ungefähr jeweils 2 mm von der vorbewegten Position und der zurückbewegten Position entfernt ist.
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Unter Bezugnahme nunmehr auf 10 zusätzlich zu den 7 bis 9 veranschaulicht 10 eine grafische Darstellung 202, in der die elektrischen Eigenschaften, die von dem Magnetfeldsensor 158 auf der Basis des von dem Erfassungsmagneten 126 erzeugten Magnetfelds detektiert werden, gegenüber einer linearen Position des Verriegelungsrings 114 gemäß einer Ausführungsform dargestellt sind. Wie in 10 gezeigt, weist die Darstellungslinie 204 der elektrischen Eigenschaften eine sinuswellenartige Form auf, während der Erfassungsmagnet 126 durch die Bewegung des Verriegelungsrings 114 bewegt wird. Der Darstellungspunkt 206 stellt die elektrische Eigenschaft dar, die von dem Magnetfeldsensor 158 detektiert wird, wenn sich der Verriegelungsring 114 in der zurückbewegten Position befindet; der Darstellungspunkt 208 stellt die elektrische Eigenschaft dar, die detektiert wird, wenn sich der Verriegelungsring 114 in der mittleren Position befindet; und der Darstellungspunkt 210 stellt die elektrische Eigenschaft dar, die detektiert wird, wenn sich der Verriegelungsring 114 in der vorbewegten Position befindet.
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Die Größe der elektrischen Eigenschaft weist einen Maximalwert auf, wenn sich der Verriegelungsring 114 in der zurückbewegen Position befindet, und weist einen Minimalwert auf, wenn sich der Verriegelungsring 114 in der vorbewegten Position befindet. Dieser Trend kann darauf zurückzuführen sein, dass sich der Magnetfeldsensor 158 am nähesten bei einem Mittelpunkt des Erfassungsmagneten 126 befindet, wenn der Verriegelungsring 114 in der zurückbewegten Position ist, und am weitesten von dem Mittelpunkt des Erfassungsmagneten 126 entfernt ist, wenn sich der Verriegelungsring 114 in der vorbewegten Position befindet. Die Nähe zu dem Mittelpunkt oder einem anderen Bezugspunkt des Erfassungsmagneten 126, wie z.B. dem positiven Pol oder dem negativen Pol, hat möglicherweise Einfluss auf das Ausmaß oder die Intensität des Magnetflusses, der auf den Magnetfeldsensor 158 auftrifft. Bei anderen Ausführungsformen können die elektrischen Eigenschaften auf einem Maximum sein, wenn sich der Verriegelungsring 114 in der vorbewegten Position oder einer mittleren Position befindet, und zwar in Abhängigkeit davon, wie der Erfassungsmagnet 126 relativ zu dem Magnetfeldsensor 158 gehalten wird, sowie in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Erfassungsmagneten 126. Die Darstellungslinie 204 kann mit Messstellen des Verriegelungsrings 114 kalibriert werden, so dass die Position des Verriegelungsrings 114 an einer beliebigen Stelle zwischen der zurückbewegten Position und der vorbewegten Position unter Verwendung der Sensoranordnung 118 bestimmt werden kann. Aufgrund des Abschirmelements 156 (in 6 gezeigt) hat Interferenz, die durch das von der elektromagnetischen Spule 112 erzeugte erste Magnetfeld verursacht wird, einen minimalen oder vernachlässigbaren Einfluss auf den Positionserfassungsvorgang.
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Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung der Erläuterung dienen soll und nicht einschränkend zu verstehen ist. Beispielsweise können die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen (und/oder Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Außerdem können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne dass man den Umfang derselben verlässt. Abmessungen, Materialarten, Orientierungen der verschiedenen Komponenten sowie die Anzahl und die Positionen der verschiedenen vorliegend beschriebenen Komponenten sollen Parameter von bestimmten Ausführungsformen definieren und sind keineswegs einschränkend, sondern lediglich exemplarische Ausführungsformen. Bei Lektüre der vorstehenden Beschreibung erschließen sich den Fachleuten viele weitere Ausführungsformen und Modifikationen im Umfang der Ansprüche. Der Umfang der Erfindung ist daher unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche zu bestimmen, und zwar zusammen mit dem vollen Umfang von Äquivalenten, zu denen derartige Ansprüche berechtigen.
