DE4415668A1 - Stellungssensor zur kontaktlosen Erfassung bestimmter Positionen einer axial verschiebbaren und um bestimmte Winkel drehbaren Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellungssensor zur kontakt­ losen Erfassung bestimmter Positionen einer axial ver­ schiebbaren und um bestimmte Winkel drehbaren Welle unter Verwendung eines magnetischen Wegsensors, dessen Ausgangs­ signal abhängig von einem längs einer Achsrichtung des Wegsensors verschiebbaren Magneten ist.

Ein magnetischer Wegsensor, der einen mit einer Spule umwickelten Magnetkern hat und dessen Ausgangssignal abhängig ist von einem längs dieser Spule entlanggeführten Magneten (Achsrichtung) ist aus EP 0238 922 B1 bekannt. Abhängig von der relativen Stellung des Magneten zur längs­ gestreckten Spule mit Weicheisenkern wird der letztere an einer bestimmten Stelle gesättigt, so daß der Wegsensor ein Ausgangssignal abgibt, das abhängig ist von der Stellung des Magneten.

Mit einem derartigen Wegsensor läßt sich also feststellen, an welcher Stelle der verschiebbare Magnet relativ zu dem übrigen Wegsensor steht. Er ist also geeignet, Positionen längs einer Geraden zu erfassen und ein davon abhängiges elektrisches Signal zu liefern, das für weitere Steuerungs­ vorgänge verwendet werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen derartigen Wegsensor zu verwenden, um sowohl die axiale Position einer axial verschiebbaren Welle als auch die Drehwinkelposition dieser Welle festzustellen, falls diese Welle nur bestimmte axiale und Winkelpositionen einnimmt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wegsensor mit seiner für den verschiebbaren Magneten wirk­ samen Achsrichtung parallel zur Längsachse der Welle ange­ ordnet ist und daß der Magnet zur Betätigung des Wegsensors am Umfang der Welle längs einer Schraubenlinie befestigt ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Als Beispiel für eine Welle, die bestimmte axiale und Winkelpositionen einnimmt, ist die Schaltwelle eines Getriebes für ein Automobil zu nennen. Hier wird die Schaltwelle axial zwischen im wesentlichen drei Positionen verschoben, die den Gängen 1, 3, 5, der Leerlaufstellung und den Gängen 2 und 4 zugeordnet sein können. Abhängig davon, welcher Gang in der oberen oder unteren Position eingelegt wird, verdreht sich die Schaltwelle um einen bestimmten Winkel um ihre Längsachse.

Durch die Erfassung der axialen und der Winkelstellung der Welle kann also ein elektrisches Signal gewonnen werden, das abhängig ist von dem jeweils eingelegten Gang.

Nach der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe mit nur einem Wegsensor der eingangs genannten Art gelöst. Hierzu zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel in der Seitenansicht und Fig. 2 einen Schnitt senkrecht dazu. Fig. 3 läßt die Welle nach Fig. 1 in einer um 90° gedrehten Position erkennen und in dem Diagramm nach Fig. 4 ist der Zusammen­ hang für verschiedene Winkel und Axialpositionen der Welle mit dem Ausgangssignal des Wegsensors veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt eine Welle 1, auf der sich eine Scheibe 2 mit am Umfang längs einer Schraubenlinie angebrachtem Magnet 3 befindet. Parallel zur Längsachse 4 der Welle 1 ist ein Wegsensor 5 mit seiner Achsrichtung 6 (x-Richtung) parallel zur Richtung der Längsachse 4 der Welle 1 angeordnet. Die Ausgangsleitungen 7 führen dabei ein Signal, das abhängig von der Stellung des dem Wegsensor 5 zugewandten Teils des Magneten 3 ist.

In Fig. 2 ist in einem senkrecht zur Fig. 1 verlaufenden Schnitt die Welle 1 zu sehen mit der darauf aufgesetzten Scheibe 2 und dem Magneten 3. Der Winkel alpha zeigt an, um wieviel die Welle 1 gegenüber dem Wegsensor 5 verdreht ist. Fig. 3 zeigt die um 90° gedrehte Ansicht der Welle 1 mit Scheibe 2 und Magnet 3. Im vorliegenden Beispiel ist als Magnet 3 ein streifenförmiger Magnet vorgesehen, der an den Umfang der Scheibe 2 angepaßt ist. An die Stelle eines derartigen Magneten kann auch eine Vielzahl von Einzelmagneten treten, die so angeordnet sind, daß eine Verschiebung des für den Wegsensor 5 wirksamen Teils in Achsrichtung 6 erfolgt, wenn sich die Welle 3 um ihre Längsachse 4 dreht.

In dem Diagramm nach Fig. 4 ist die Stellung des wirksamen Teils des Magneten 3 in x-Richtung (Achsrichtung 6) abhängig von dem Drehwinkel alpha dargestellt. Die mit R für Rückwärtsgang, G1, G3, G5 bzw. G2 und G4 bezeichneten Punkte in dem Diagramm zeigen den bei Einlegung des entsprechenden Ganges vorhandenen Drehwinkel alpha sowie die Stellung x der axial verschiebbaren Welle 1 an. Die Neigung der Längsrichtung des Magneten 3 zur Längsachse 4 der Welle 1 bestimmt nun die Neigung der Geraden 8, 9 und 10 in Fig. 4. Diese Geraden kennzeichnen die Summe aller Positionen, die der dem Wegsensor 5 zugewandte Teil des Magneten 3 einnimmt, wenn ausgehend von drei durch axiale Verschiebung einzunehmenden Positionen der Welle 1 eine Drehung dieser Welle erfolgt. Dabei gibt die Projektion der Punkte R und G1 bis G5 auf die x-Achse an, welchen Wert die Ausgangsleitungen 7 des Wegsensors 5 an eine nachgeschal­ tete Steuerung weitergeben. Da diese Werte sich eindeutig bei allen Positionen, die eingenommen werden können, unter­ scheiden, ist also eine Erfassung sowohl der axialen als auch der Winkelstellung der Welle 1 möglich.

Claims (3)

1. Stellungssensor zur kontaktlosen Erfassung bestimmter Positionen einer axial verschiebbaren und um bestimmte Winkel drehbaren Welle (1) unter Verwendung eines magneti­ schen Wegsensors (5), dessen Ausgangssignal abhängig von einem längs einer Achsrichtung (6) des Wegsensors (5) verschiebbaren Magneten (3) ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegsensor (5) mit seiner für den verschiebbaren Magneten (3) wirksamen Achsrichtung (6) parallel zur Längsachse (4) der Welle (1) angeordnet ist und daß der Magnet (3) zur Betätigung des Wegsensors (5) am Umfang der Welle (1) längs einer Schraubenlinie befestigt ist.

2. Stellungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (1) aus einem längsgestreckten, an den Umfang einer Scheibe (2) angepaßten Körper besteht und längs einer Schraubenlinie mit konstanter Steigung verläuft (Fig. 3).

3. Stellungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Magnet (3) aus mehreren Einzelmagneten zusammengesetzt ist.