WO2016055219A1 - Vorrichtung zur verhinderung einer ablagerung von ferromagnetischen partikeln - Google Patents

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    • G01D5/24438—Special design of the sensing element or scale

Definitions

  • the invention relates to a device and an associated method for preventing deposition of ferromagnetic particles between an induction sensor with at least one permanent magnet and a sensor unit and a transmission with a corresponding device according to the preamble of claims 1, 6 and 7.
  • Sensors and associated encoder elements are used today in a wide variety of technical applications.
  • One of these areas is e.g. in manual transmissions, in which the gears are connected via shift forks, which are connected to manually, semi-automatically or automatically operated, longitudinally displaceable shift rails.
  • the sensors are e.g. Position sensor for detecting shift positions in these transmissions.
  • the detected by inductive displacement sensor arrangement displacement of a shift rail is further processed as a path signal in a function control, for example, to check whether the circuit of the transmission has been successfully performed.
  • displacement sensors inductive displacement sensor arrangements are often used e.g. used with the sensor technology LVDT, which require as an encoder element an inductive transmitter with at least one permanent magnet.
  • the displacement sensors are placed outside the transmission oil space.
  • the displacement sensors are located within the transmission oil space.
  • the induction magnet with permanent magnet can be fixed in this gear application on the shift rail and the sensor unit can be screwed to the transmission housing. This creates an air gap between induction sensor and sensor unit. This air gap may be variable due to the positioning on the shift rail.
  • Ferromagnetic chips or particles form in the gear oil due to abrasion. These ferromagnetic chips or particles are attracted by the permanent magnet of the induction sensor for position detection and the Magnetic field of the permanent magnet is thereby weakened. Due to this, there may be an influence on the position signal. This manifests itself, for example, in inaccurate or invalid position signals.
  • a method for cleaning the surface of a sensor for the detection of liquids wherein the sensor is designed as a capacitive sensor and a sensitive surface of the sensor is actively cleaned at regular intervals.
  • the active cleaning by a relative movement of the sensitive surface relative to the stripping element, by spraying with a liquid or by applying a vibration to the sensor or a permanently connected to the sensor component.
  • the stripping element either the sensor itself or a scraper or both of the components must be additionally moved. Additional moving components pose an additional risk of repair.
  • a cleaning must be actively initiated manually or automatically from the outside. If this is not permanently activated or initiated, the current degree of purification can not be determined with certainty.
  • the object of the invention is to provide a device and a method for preventing deposition of ferromagnetic particles between an induction transmitter with at least one permanent magnet and a sensor unit, and a transmission with a corresponding device.
  • the invention is based on the finding that the object described above is best solved by proposing a device for preventing deposition of ferromagnetic particles between an induction transmitter having at least one permanent magnet and a sensor unit, wherein the device consists of at least one tolerance compensation element which reduces or fills the gap or distance between the induction transmitter and the sensor unit.
  • the tolerance compensation element is preferably made of an elastic material.
  • an elastic material because the dynamics or wear of mechanical parts (e.g., during the mounting of the shift rails) over the life cycle results in variable deflections.
  • Various suitable materials can also be combined.
  • a different shape for the tolerance compensation element is conceivable or multiple tolerance compensation elements can be arranged directly next to each other. It must be ensured that the material also withstands the required environmental conditions in the oil room.
  • a force transmission from the induction generator by the tolerance compensation element on the sensor unit should be largely avoided or minimized.
  • the tolerance compensation element of elastic material can be attached directly or indirectly to a surface of a sensor unit or to a surface of an induction sensor.
  • the attachment may e.g. take place by gluing.
  • suitable elastic materials for example nonwoven materials can be used.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an induction sensor and a sensor unit in a manual transmission 2 is a schematic representation of a device according to the invention on the induction sensor in a manual transmission analogous to FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic representation of a device according to the invention on the sensor unit in a manual transmission analogous to FIG. 1
  • a sensor unit 2 with an induction sensor 4 is shown schematically.
  • the sensor unit 2 consists of a primary coil 16 which surrounds a saturation rod 24 and at the ends of which two secondary coils 18 are mounted.
  • an induction generator 4 is mounted with a permanent magnet 8, which leads to a local saturation, a saturation region 20 of the saturation rod 24 when approaching the sensor unit 2. The position of this saturation region 20 can now be evaluated. Since there is a gap 12 between the sensor unit 2 and the induction generator 4, a great variety of ferromagnetic particles 6 can accumulate in this gap 6, the particles being attracted specifically to the permanent magnet 8. If such an accumulation of particles 6 is present in the gap 12, the magnetic field lines 14 are deflected or disturbed by the particle accumulation 6 and position error measurements or even no measurable position occur.
  • FIG. 2 now shows a schematic representation of a device according to the invention at the induction sensor analogous to FIG. 1, which is intended to prevent an accumulation of ferromagnetic particles in the gap 12.
  • the gap 12 is minimized or even closed by a tolerance compensation element 26.
  • a tolerance compensation element 26 is attached to a surface of the induction generator 4.
  • the gap 12 between sensor unit 2 and induction generator 4 has been minimized.
  • the accumulation of ferromagnetic particles 6 has been minimized so far that the magnetic field lines 14 are not affected.
  • the tolerance compensation element 26 In order to use the tolerance compensation element 26 even with variable deflection, it is preferably made of an elastic, compressible material produced. This also prevents excessive power transmission from the induction generator 4 to the sensor unit 2.
  • FIG. 3 likewise shows a schematic representation of a device according to the invention on the induction sensor analogous to FIG. 1, which prevents an accumulation of ferromagnetic particles in the gap 12.
  • the gap 12 is also minimized by a tolerance compensation element 26.
  • the tolerance compensation element 26 is fastened to a surface of the sensor unit 2.
  • the gap 12 between the sensor unit 2 and induction generator 4 is thereby also minimized.
  • the accumulation of ferromagnetic particles 6 is minimized so far that the magnetic field lines 14 are not affected.
  • the tolerance compensation element 26 In order to use the tolerance compensation element 26 even with variable deflection, it is preferably also made of an elastic, compressible material.

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Abstract

Vorrichtung zur Verhinderung einer Ablagerung von ferromagnetischen Partikeln (6) zwischen einem Induktionsgeber (4) mit mindestens einem Permanentmagneten (8) und einer Sensoreinheit (2), wobei die Vorrichtung aus mindestens einem Toleranzausgleichselement (26) besteht, welches einen Spalt (12) zwischen dem Induktionsgeber (4) und der Sensoreinheit (2) reduziert oder füllt.

Description

Vorrichtung zur Verhinderung einer Ablagerung von ferromagnetischen Partikeln
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein zugehöriges Verfahren zur Verhinderung einer Ablagerung von ferromagnetischen Partikeln zwischen einem Induktionsgeber mit mindestens einem Permanentmagneten und einer Sensoreinheit sowie ein Getriebe mit einer entsprechenden Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 , 6 und 7.
Sensoren und zugehörige Geberelemente werden heute in den verschiedensten technischen Anwendungsbereichen eingesetzt. Einer dieser Bereiche ist z.B. in Schaltgetrieben, bei denen die Zahnräder über Schaltgabeln geschaltet werden, die mit manuell, halbautomatisch oder automatisch betätigten, längs verschiebbaren Schaltschienen verbunden sind. Die Sensoren sind z.B. Wegsensor zur Erfassung von Schaltpositionen in diesen Getrieben. Der mittels induktiver Wegsensoranordnung erfasste Verschiebeweg einer Schaltschiene wird als Wegsignal in einer Funktionssteuerung weiterverarbeitet, beispielsweise um zu prüfen, ob die Schaltung des Getriebes erfolgreich durchgeführt wurde. Als Wegsensoren werden oft induktive Wegsensoranordnungen z.B. mit der Sensortechnologie LVDT eingesetzt, welche als Geberelement einen Induktivgeber mit mindestens einem Permanentmagneten benötigen.
In einigen Getrieben werden die Wegsensoren außerhalb des Getriebeölraums platziert. Allerdings gibt es ebenfalls Getriebe, bei denen die Wegsensoren innerhalb des Getriebeölraums angeordnet sind. Der Induktionsgeber mit Permanentmagnet kann in dieser Getriebeanwendung auf der Schaltschiene fixiert und die Sensoreinheit mit dem Getriebegehäuse verschraubt werden. Dabei entsteht ein Luftspalt zwischen Induktionsgeber und Sensoreinheit. Dieser Luftspalt kann aufgrund der Positionierung auf der Schaltschiene variabel sein.
Im Getriebeöl bilden sich aufgrund von Abrieb ferromagnetische Späne bzw. Partikel. Diese ferromagnetischen Späne bzw. Partikel werden durch den Permanentmagneten des Induktionsgebers zur Positionserfassung angezogen und das Magnetfeld der Permanentmagneten wird dadurch geschwächt. Aufgrund dessen kann es zu einer Beeinflussung des Positionssignals kommen. Dies äußert sich z.B. in ungenauen bzw. ungültigen Positionssignalen.
Aus der Schrift DE 10 2009 039 447 A1 ist ein Verfahren zum Reinigen der Oberfläche eines Sensors zur Detektion von Flüssigkeiten bekannt, wobei der Sensor als kapazitiver Sensor ausgebildet ist und eine sensitive Oberfläche des Sensors in regelmäßigen Abständen aktiv gereinigt wird. Dabei kann die aktive Reinigung durch eine Relativbewegung der sensitiven Oberfläche gegenüber dem Abstreifelement, durch Besprühen mit einer Flüssigkeit oder durch Anlegen einer Vibration an den Sensor oder ein fest mit dem Sensor verbundenes Bauteil erfolgen. Für diese Lösung mit dem Abstreifelement muss entweder der Sensor selbst oder ein Abstreifer oder auch beide der Bauelemente zusätzlich bewegt werden. Zusätzliche bewegte Bauteile bergen ein zusätzliches Reparaturrisiko. Außerdem muss eine Reinigung aktiv manuell oder automatisiert von außen eingeleitet werden. Ist diese nicht dauerhaft aktiviert bzw. eingeleitet, kann der aktuelle Reinigungsgrad nicht sicher bestimmt werden.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Verhinderung einer Ablagerung von ferromagneti- schen Partikeln zwischen einem Induktionsgeber mit mindestens einem Permanentmagneten und einer Sensoreinheit sowie ein Getriebe mit einer entsprechenden Vorrichtung zu schaffen.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 , 6 und 7, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den diesen Ansprüchen jeweils nachgeordneten abhängigen Ansprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, wonach die oben beschriebene Aufgabe am besten dadurch lösbar ist, dass eine Vorrichtung zur Verhinderung einer Ablagerung von ferromagnetischen Partikeln zwischen einem Induktionsgeber mit mindestens einem Permanentmagneten und einer Sensoreinheit vorgeschlagen wird, wobei die Vorrichtung aus mindestens einem Toleranzausgleichselement besteht, welches den Spalt bzw. Abstand zwischen dem Induktionsgeber und der Sensoreinheit reduziert oder füllt. Das Toleranzausgleichselement ist bevorzugt aus einem elastischen Material. Durch dieses Toleranzausgleichselement aus einem elastischen, komprimierbaren, geeigneten Material wird der Induktionsgeber bzw. der Permanentmagnet zumindest teilweise abgedeckt, der Spalt zwischen Sensoreinheit und Induktionsgeber wird ganz oder teilweise gefüllt und eine Ansammlung bzw. Ablagerung von ferromagnetischen Partikeln auf der Oberfläche des Induktionsgebers bzw. des Permanentmagneten oder auch der Sensoreinheit kann verringert oder verhindert werden.
Es wird bevorzugt ein elastisches Material eingesetzt, da die Dynamik bzw. der Verschleiß von mechanischen Teilen (z.B. bei der Lagerung der Schaltschienen) über die Lebensdauer gesehen zu variablen Auslenkungen führen. Es können auch verschiedene geeignete Materialien kombiniert werden. Außerdem ist eine unterschiedliche Formgebung für das Toleranzausgleichselement denkbar bzw. können mehrere Toleranzausgleichselemente direkt nebeneinander angeordnet sein. Es ist darauf zu achten, dass das Material auch den erforderlichen Umweltbedingungen im Ölraum standhält. Außerdem soll eine Kraftübertragung vom Induktionsgeber durch das Toleranzausgleichselement auf die Sensoreinheit weitgehend vermieden bzw. minimiert werden.
Das Toleranzausgleichselement aus elastischem Material kann direkt oder indirekt an einer Oberfläche einer Sensoreinheit oder an einer Oberfläche eines Induktionsgebers befestigt werden. Die Befestigung kann z.B. durch Verkleben stattfinden. Als geeignete elastische Materialien können zum Beispiel Vlieswerkstoffe eingesetzt werden.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung sind Ausführungsbeispiele beigefügt.
Fig. 1 schematische Darstellung eines Induktionsgebers und einer Sensoreinheit in einem Schaltgetriebe Fig. 2 schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung am Induktionsgeber in einem Schaltgetriebe analog zu Fig. 1
Fig. 3 schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung an der Sensoreinheit in einem Schaltgetriebe analog zu Fig. 1
In Fig. 1 ist schematisch eine Sensoreinheit 2 mit einem Induktionsgeber 4 abgebildet. Die Sensoreinheit 2 besteht dabei aus einer primären Spule 16, welche einen Sättigungsstab 24 umgibt und an dessen Enden zwei sekundäre Spulen 18 angebracht sind. Dem gegenüber ist ein Induktionsgeber 4 mit einem Permanentmagneten 8 angebracht, welcher bei Annäherung an die Sensoreinheit 2 zu einer lokalen Sättigung, einem Sättigungsbereich 20, des Sättigungsstabes 24 führt. Die Position dieses Sättigungsbereichs 20 kann nun ausgewertet werden. Da zwischen der Sensoreinheit 2 und dem Induktionsgeber 4 ein Spalt 12 besteht, können sich in diesem Spalt 12 verschiedenste ferromagnetische Partikel ansammeln 6, wobei die Partikel speziell von dem Permanentmagneten 8 angezogen werden. Ist eine solche Ansammlung von Partikeln 6 im Spalt 12 vorhanden, werden die Magnetfeldlinien 14 durch die Partikelansammlung 6 abgelenkt bzw. gestört und es kommt zu Positionsfehlmessungen oder gar zu keiner messbaren Position.
Fig. 2 zeigt nun eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung am Induktionsgeber analog zu Fig. 1 , die eine Ansammlung ferromagneti- scher Partikel im Spalt 12 verhindern soll. Dazu wird der Spalt 12 durch ein Toleranzausgleichselement 26 minimiert oder sogar geschlossen. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist deshalb an einer Oberfläche des Induktionsgebers 4 ein Toleranzausgleichselement 26 befestigt. Der Spalt 12 zwischen Sensoreinheit 2 und Induktionsgeber 4 ist dadurch minimiert worden. Damit wurde auch die Ansammlung ferromagnetischer Partikel 6 soweit minimiert, dass die Magnetfeldlinien 14 nicht be- einflusst werden.
Um das Toleranzausgleichselement 26 auch bei variabler Auslenkung einsetzen zu können, ist es bevorzugt aus einem elastischen, komprimierbaren Material hergestellt. Dies verhindert auch eine zu starke Kraftübertragung vom Induktionsgeber 4 zur Sensoreinheit 2.
Fig. 3 zeigt ebenfalls eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung am Induktionsgeber analog zu Fig. 1 , die eine Ansammlung ferromagnetischer Partikel im Spalt 12 verhindert. Dazu wird der Spalt 12 ebenfalls durch ein Toleranzausgleichselement 26 minimiert. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Toleranzausgleichselement 26 an einer Oberfläche der Sensoreinheit 2 befestigt. Der Spalt 12 zwischen Sensoreinheit 2 und Induktionsgeber 4 ist dadurch ebenfalls minimiert. Damit wird auch die Ansammlung ferromagnetischer Partikel 6 soweit minimiert, dass die Magnetfeldlinien 14 nicht beeinflusst werden.
Um das Toleranzausgleichselement 26 auch bei variabler Auslenkung einsetzen zu können, ist es bevorzugt ebenfalls aus einem elastischen, komprimierbaren Material hergestellt.
Bezugszeichen Sensoreinheit
Induktionsgeber
Ansammlung ferromagnetischer Partikel
Permanentmagnet
Bewegungsrichtung des Induktionsgebers
Spalt
Magnetfeldlinien
primäre Spule
sekundäre Spule
Sättigungsbereich
Magnetfeldlinien im Bereich der Partikelansammlung Sättigungsstab
Toleranzausgleichselement

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zur Verhinderung einer Ablagerung von ferromagnetischen Partikeln (6) zwischen einem Induktionsgeber (4) mit mindestens einem Permanentmagneten (8) und einer Sensoreinheit (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung aus mindestens einem Toleranzausgleichselement (26) besteht, welches einen Spalt (12) zwischen dem Induktionsgeber (4) und der Sensoreinheit (2) reduziert oder füllt.
2. Vorrichtung zur Verhinderung einer Ablagerung von ferromagnetischen Partikeln (6) zwischen einem Induktionsgeber (4) mit mindestens einem Permanentmagneten (8) und einer Sensoreinheit (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzausgleichselement (26) aus mindestens einem elastischen Material besteht.
3. Vorrichtung zur Verhinderung einer Ablagerung von ferromagnetischen Partikeln (6) zwischen einem Induktionsgeber (4) mit mindestens einem Permanentmagneten^) und einer Sensoreinheit (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzausgleichselement (26) direkt oder indirekt an der Sensoreinheit (2) oder am Induktionsgeber (4) befestigt ist.
4. Vorrichtung zur Verhinderung einer Ablagerung von ferromagnetischen Partikeln (6) zwischen einem Induktionsgeber (4) mit mindestens einem Permanentmagneten (8) und einer Sensoreinheit (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material ein Vlieswerkstoff ist.
5. Vorrichtung zur Verhinderung einer Ablagerung von ferromagnetischen Partikeln (6) zwischen einem Induktionsgeber (4) mit mindestens einem Permanentmagneten (8) und einer Sensoreinheit (2) nach Anspruch 1 , 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzausgleichselement (26) auf einer Oberfläche der Sensoreinheit (2) oder auf einer Oberfläche des Induktionsgebers (4) verklebt ist.
6. Verfahren zur Verhinderung einer Ablagerung von ferromagnetischen Partikeln (6) zwischen einem Induktionsgeber (4) mit mindestens einem Permanentmagneten (8) und einer Sensoreinheit (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein Toleranzausgleichselement (26) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 5 zur ganzen oder teilweisen Füllung eines Spalts (12) zwischen Sensoreinheit (2) und Induktionsgeber (4) verwendet wird und sich somit keine oder nur wenige Partikel (6) auf den Oberflächen der Sensoreinheit (2) oder des Induktionsgebers (4) ablagern können.
7. Getriebe mit einer Vorrichtung entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Sensoreinheit (2) mindestens einen Wegsensor zur Erfassung von Schaltpositionen im Getriebe beinhaltet.
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