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DE10143437A1 - Vorrichtung zur Ermittlung der Position eines Schaltstocks oder eines Wählhebels eines Fahrzeuggetriebes - Google Patents

Vorrichtung zur Ermittlung der Position eines Schaltstocks oder eines Wählhebels eines Fahrzeuggetriebes

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DE10143437A1
DE10143437A1 DE2001143437 DE10143437A DE10143437A1 DE 10143437 A1 DE10143437 A1 DE 10143437A1 DE 2001143437 DE2001143437 DE 2001143437 DE 10143437 A DE10143437 A DE 10143437A DE 10143437 A1 DE10143437 A1 DE 10143437A1
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DE
Germany
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hall elements
permanent magnet
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hall
metallic support
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DE2001143437
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Ludger Buescher
Hans-Hermann Elskamp
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Hella GmbH and Co KGaA
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Hella KGaA Huek and Co
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Ermittlung der Position eines Schaltstocks (9) oder eines Wählhebels eines Fahrzeuggetriebes beschrieben. Diese Vorrichtung besteht aus mindestens einem an dem Schaltstock (9) oder Wählhebel angeordneten Permanentmagneten (10) als Positionsgeber, der bei einer Betätigung des Schaltstocks (9) oder Wählhebels entlang einer gekrümmten Bewegungsbahn bewegt wird, und mindestens zwei an einer Halterung ortsfest angeordneten Hallelementen (4) als Positionssensoren, die jeweils einer entsprechenden Schalt- oder Wählposition zugeordnet sind. Dabei wird der Permanentmagnet (19) zur Positionsermittlung jeweils mit einem der Hallelemente (4) in eine Wirkverbindung gebracht. Die Hallelemente (4) sind auf einem entsprechend geformten Leadframe in unterschiedlichen Abständen zu einer Ebene derart angeordnet, daß die Abstände zwischen dem Permanentmagneten (9) und den Hallelementen (4) in der jeweiligen Wirkverbindungs-Position zumindest annähernd gleich sind. Der Leadframe bildet gleichzeitig auch die elektrischen Anschluß- und Verbindungsleitungen (2, 2A, 2B, 2C, 2D, 3) für die Hallelemente aus. Die Hallelemente (4) und der Leadframe sind von Kunststoffmaterial zur Ausbildung eines Verkapselungsgehäuses (7) umgeben, wobei die Anschluß- und Verbindungsleitungen (2, 2A, 2B, 2C, 2D) des Leadframe zur Bildung von Anschlusskontakten (3) aus dem Verkapselungsgehäuse (7) herausragen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ermittlung der Position eines Schaltstocks oder eines Wählhebels eines Fahrzeuggetriebes mit mindestens einem an dem Schaltstock oder Wählhebel angeordneten Permanentmagneten als Positionsgeber, der bei einer Betätigung des Schaltstocks oder Wählhebels entlang einer gekrümmten Bewegungsbahn bewegt wird, und mit mindestens zwei an einer Halterung ortsfest angeordneten Hallelementen als Positionssensoren, die jeweils einer entsprechenden Schalt- oder Wählposition zugeordnet sind. Dabei wird der Permanentmagnet zur Positionsermittlung jeweils mit einem der Hallelemente in eine Wirkverbindung gebracht.
  • Eine derartige Vorrichtung ist in der DE 198 51 211 A1 beschrieben. Dort wird darauf hingewiesen, daß zur Kompensation der gekrümmten Bewegungsbahn des Permanentmagneten, die Hallelemente auf einer gekrümmten Leiterplatte anzuordnen sind, damit der Abstand zwischen dem Permanentmagneten und den Hallsensoren gleich bleibt, wenn der Permanentmagnet entlang der gekrümmten Bewegungsbahn von einer Schaltstellung in eine andere wechselt. Mit Hilfe der gekrümmten Leiterbahn werden die Hallelemente in unterschiedlichen Abständen zu einer Ebene derart angeordnet sind, daß die Abstände zwischen dem Permanentmagneten und den Hallelementen in der jeweiligen Wirkverbindungs-Position zumindest annähernd gleich sind. Anderenfalls wäre es bei einem zu großen Abstand zwischen Permanentmagnet und Hallsensor möglich, daß keine Wirkverbindung zustande kommt, d. h. der Permanentmagnet kein Positionssignal in dem jeweiligen Hallelement auslöst.
  • Die Anordnung und Montage von Hallelementen auf einer gekrümmten Leiterplatte ist jedoch relativ aufwendig. Insbesondere dann, wenn noch ein Schutz der Leiterplatte und der darauf angeordneten Hallelemente gegen Umwelteinflüsse (Schmutz, Feuchtigkeit) vorzusehen ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäße Vorrichtung in einfacher und zuverlässiger Weise mit einer Hallelemente-Anordnung zu versehen, die für eine Kompensation der gekrümmten Bewegungsbahn des Permanentmagneten ausgelegt ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst, indem die Hallelemente auf einer metallischen Trägerstruktur (Leadframe) angeordnet sind, welche auch die elektrischen Anschluß- und Verbindungsleitungen für die Hallelemente ausbildet. Die Verwendung von Leadframes an sich, also von elektrisch leitenden Rahmen (Stützstruktur) zur mechanischen Fixierung und zur elektrischen Kontaktierung eines Halbleiterbauelements ist aus der Halbleiterverpackungsindustrie bereits bekannt. Aus der DE 41 41 386 C1 ist auch die Verwendung eines Leadframes zur Anordnung und Kontaktierung eines einzelnen Halbleiter- Hallelements bekannt.
  • Die Erfindung besteht darin, die metallische Trägerstruktur (Leadframe) derart zu formen, daß die Hallelemente zur Kompensation der Abstandsproblematik bei einer gekrümmten Permanentmagnetenbahn in unterschiedlichen Abständen zu der einen Ebene angeordnet sind. Der erfindungsgemäß geformte Leadframe mit den darauf angeordneten Hallelementen wird dann verkapselt, indem er mit Kunststoffmaterial umgeben wird. Dies kann im Kunststoff- Spritzgießverfahren erfolgen oder aber auch dadurch, daß der Leadframe samt Hallelementen mit einer aushärtbaren Vergussmasse vergossen wird. In dem so gebildeten Verkapselungsgehäuse sind die Hallelemente dann in der gewünschten Position fixiert, während die noch nicht verkapselte Leadframe-Anordnung noch flexibel war. Außerdem bietet die Verkapselung einen Schutz vor schädlichen Umwelteinflüssen wie Schmutz oder Flüssigkeit. Die Anschluß- und Verbindungsleitungen der metallischen Trägerstruktur ragen zur Bildung von Anschlusskontakten aus dem Verkapselungsgehäuse hinaus.
  • Auf diese Weise wird ein vollständig gekapselter Multi-Hallelement-Baustein geschaffen, der in der Großserienfertigung einfacher und kostengünstiger herzustellen ist als eine gekrümmte und mit Hallelementen bestückte Leiterplatte, bei der die Hallelemente jeweils einzeln für sich in einem Halbleitergehäuse gekapselt untergebracht sind.
  • Dabei ist es insbesondere von Vorteil, daß nicht bereits in Halbleitergehäusen verpackte Hallelemente eingesetzt werden, sondern die Hallelemente als "nackte", unverpackte Halbleiterchips mit dem Leadframe verbunden werden und erst dann gemeinsam in einem Gehäuse gekapselt werden. Hierdurch entfällt ein aufwendiger Fertigungsschritt, da zur Herstellung des erfindungsgemäßen Multi-Hallelement-Bausteins unmittelbar auf die auf einem Wafer angeordneten Hallelemente aus der Halbleiterproduktion zurückgegriffen werden kann. Dies bedeutet eine erheblich Kostenreduktion.
  • Anhand der beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:
  • Fig. 1 einen Schnitt durch den Multi-Hallelement-Baustein mit darüber angeordnetem Schaltstock,
  • Fig. 2 eine Darstellung des verkapselten Multi-Hallelement-Bausteins mit den darin erfindungsgemäß angeordneten Hallelementen,
  • Fig. 3 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäß geformten Leadframes,
  • Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Teil des Leadframes mit darauf in Drahtbond- Technik befestigtem Hallelement,
  • Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Teil des Leadframes mit darauf in Flip-Chip-Technik befestigtem Hallelement,
  • Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des verkapselten Multi-Hallelement-Bausteins auf einer Platine.
  • Die verkapselte (vergossene) Einheit bestehend aus der erfindungsgemäß geformten metallischen Trägerstruktur (1) - dem Leadframe und den darauf angeordneten Hallelementen (4) wird im folgenden als Multi-Hallelement-Baustein (8) bezeichnet.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnittes durch solch einen Multi- Hallelement-Baustein (8) mit dem darüber angeordneten Schaltstock (9) und dem daran endseitig angeordneten Permanentmagneten (10) als Positionsgeber. Der Leadframe (1) selbst ist hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Der Permanentmagnet (10) wird bei einer Betätigung des Schaltstocks (9) von einer Schaltposition zur nächsten entlang einer kugel-kalottenförmigen Fläche bewegt. Die Hallelemente (4) sind nun auf dem entsprechend geformten Leadframe (1) derart angeordnet, daß die Hallelemente (4) zur Kompensation der Abstandsänderung aufgrund der Permanentmagnetenbahn in unterschiedlichen Abständen zu einer Ebene (E) angeordnet sind. Diese Ebene ist vorzugsweise senkrecht zum Radius der Bewegungskugel des Permanentmagneten (9) angeordnet. Bezogen auf den Multi- Hallelement-Baustein (8) entspricht diese Ebene dem flachen Boden desselben. Die Hallelemente (4) sind vorzugsweise auf der Oberfläche einer fiktiven Kugel angeordnet, deren Mittelpunkt mit dem Mittelpunkt der Bewegungskugel des Permanentmagneten (9) übereinstimmt und deren Radius etwas größer ist als der Radius der Bewegungskugel des Permanentmagneten (9). Auf diese Weise ist der radiale Abstand zwischen dem Permanentmagneten (9) und dem jeweiligen Hallelement (4) in der Wirkverbindungs-Position immer gleich. In der Wirkverbindungs-Position ist der Permanentmagnet (9) mit dem Schaltstock (10) fluchtend zu dem jeweiligen Hallelement (4) angeordnet. Damit der Permanentmagnet (9) zur Erzeugung eines entsprechend großen Positionssignals möglichst nah an den Hallelementen (4) angeordnet ist, weist das Verkapselungsgehäuse (7) des Multi- Hallelement-Bausteins (8) auf der dem Permanentmagneten (9) zugewandten Seite eine Vertiefung (7A) auf, welche zumindest in etwa der Form der gekrümmten Bewegungsbahn (Kalotte) des Permanentmagneten (9) entspricht. Dabei ragt der Permanentmagnet (9) in diese Vertiefung (7A) hinein. Die Hallelemente (4) weisen jeweils den gleichen Abstand zur Oberfläche der Vertiefung auf. In Fig. 3 ist der Abstand des mittleren Hallelements (4) zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Abstände übertrieben weit weg von der Vertiefung (7A) eingezeichnet.
  • Die in Fig. 1 nicht dargestellten Anschluß- und Verbindungsleitungen (2, 2A, 2B, 2C, 2D) des Leadframe (1) ragen zur Bildung von Anschlusskontakten (3) aus dem Verkapselungsgehäuse (7) hinaus und dienen der weiteren elektrischen Kontaktierung des verkapselten Multi-Hallelement-Bausteins (8) mit einer Auswerteschaltung. Dabei sind die aus dem Verkapselungsgehäuse (7) herausragenden Anschlusskontakte (3) vorzugsweise so ausgebildet, daß der Multi-Hallelement-Baustein (8) als SMD-Baustein auf einer Leiterplatte (11) montiert werden kann. Fig. 6 zeigt den Multi-Hallelement-Baustein (8), der als SMD- Baustein auf einer Leiterplatte (11) mit einer Auswerteschaltung angeordnet ist. Die Leiterplatte (11) ist wiederum über ein elektrisches Kabel zum Beispiel mit einem im Fahrzeug angeordneten Steuergerät verbindbar.
  • Der Leadframe (1) ist vorzugsweise als Stanz-/Biegeteil aus einer Vielzahl von gegeneinander elektrisch isolierten und entsprechend geformten Blechstreifen (2, 2A, 2B, 2C, 2D) (siehe Fig. 3 bis 5) ausgebildet, die auch die Anschluß- und Verbindungsleitungen für die Hallelemente (4) ausbilden. Dabei können die Blechstreifen (2, 2A, 2B, 2C, 2D) für den gemeinsamen Masseanschluß durchaus miteinander einstückig verbunden sein.
  • In Fig. 4 ist ein Hallelement (4) gezeigt, daß in Drahtbond-Technik mit dem Leadframe (1) verbunden ist. Dabei werden die Hallelemente (4) als unverpackte Halbleiterplättchen verarbeitet. Zur Kontaktierung weist das Hallelement-Halbleiterplättchen (4) auf einer Seite entsprechende Pads (5) auf, die über dünne Drähtchen (6) mit den entsprechenden Blechstreifen (= Anschluß- und Verbindungsleitungen) des Leadframes (1) verbunden werden. Das Hallelement-Halbleiterplättchen (4) liegt mit seiner den Pads abgewandten Seite auf dem Leadframe (1) auf und ist dort vorzugsweise über einen Kleber fixiert. In Fig. 5 ist ein Hallelement (4) gezeigt, daß in Flip-Chip-Technik mit dem Leadframe (1) verbunden ist. Dabei ist das Hallelement-Halbleiterplättchen (4) mit seiner die Pads (5) aufweisenden Seite über eben diese Pads (5) unmittelbar auf dem Leadframe (1) elektrisch leitend kontaktiert. Bezugszeichenliste 1 Leadframe
    2, 2A, 2B, 2C, 2D Blechstreifen des Leadframes
    3 Anschlusskontakte des Leadframes/Multi-Hallelement-Bausteins
    4 Hallelemente
    5 Pads auf den Hallelementen
    6 Bonddrähte
    7 Verkapselungs-Gehäuse
    7A Kalottenförmige Vertiefung im Verkapselungs-Gehäuse
    8 Multi-Hallelement-Baustein
    9 Schaltstock
    10 Permanentmagnet
    11 Leiterplatte zur Aufnahme des Multi-Hallelement-Bausteins

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Ermittlung der Position eines Schaltstocks (9) oder eines Wählhebels eines Fahrzeuggetriebes mit
mindestens einem an dem Schaltstock (9) oder Wählhebel angeordneten Permanentmagneten (10) als Positionsgeber, der bei einer Betätigung des Schaltstocks (9) oder Wählhebels entlang einer gekrümmten Bewegungsbahn bewegt wird,
mindestens zwei an einer Halterung ortsfest angeordneten Hallelementen (4) als Positionssensoren, die jeweils einer entsprechenden Schalt- oder Wählposition zugeordnet sind, wobei
der Permanentmagnet (19) zur Positionsermittlung jeweils mit einem der Hallelemente (4) in eine Wirkverbindung gebracht wird,
die Hallelemente (4) in unterschiedlichen Abständen zu einer Ebene derart angeordnet sind, daß die Abstände zwischen dem Permanentmagneten (9) und den Hallelementen (4) in der jeweiligen Wirkverbindungs-Position zumindest annähernd gleich sind
dadurch gekennzeichnet, daß
die Hallelemente (4) auf einer metallischen Trägerstruktur (1, Leadframe) angeordnet sind, welche auch die elektrischen Anschluß- und Verbindungsleitungen (2, 2A, 2B, 2C, 2D, 3) für die Hallelemente ausbildet, wobei die Trägerstruktur (1) derart geformt ist, daß die Hallelemente (4) in unterschiedlichen Abständen zu der einen Ebene angeordnet sind,
die Hallelemente (4) und die Trägerstruktur (1) von Kunststoffmaterial zur Ausbildung eines Verkapselungsgehäuses (7) umgeben sind, wobei die Anschluß- und Verbindungsleitungen (2, 2A, 2B, 2C, 2D der metallischen Trägerstruktur (1) zur Bildung von Anschlusskontakten (3) aus dem Verkapselungsgehäuse (7) herausragen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallelemente (4) mit ihren Pads (5) über Bonddrähte (6) mit der metallischen Trägerstruktur (1) elektrisch leitend verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallelemente (4) mit ihren Pads (5) in Flip-Chiptechnologie direkt mit der metallischen Trägerstruktur (1) elektrisch leitend verbunden sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verkapselungsgehäuse (7) auf der dem Permanentmagneten (9) zugewandten Seite eine Vertiefung (7A) aufweist, welche zumindest in etwa die Form der gekrümmten Bewegungsbahn des Permanentmagneten (9) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallelemente (4) jeweils den gleichen Abstand zur Oberfläche der Vertiefung (7A) aufweisen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (7A) kalottenförmig ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Trägerstruktur (1) als Stanz-Biegeteil aus einer Vielzahl von Blechstreifen (2A, 2B, 2C, 2D) besteht.
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