DE102007044425A1

DE102007044425A1 - Vorrichtung zur Erfassung der Lage einer Schaltgabel eines Getriebes

Info

Publication number: DE102007044425A1
Application number: DE102007044425A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. Schmitz; Marco Dipl.-Ing. Benz; Andrea Dipl.-Ing. Hoffmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2009-03-19
Also published as: WO2009037177A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Lage einer beweglichen Schaltgabel oder einer Schaltschwinge (2) eines vorzugsweise automatisierten Fahrzeuggetriebes, beispielsweise eines Doppelkupplungsgetriebes, wobei an der Schaltgabel oder der Schaltschwinge (2) ein Bedämpfungselement (3) als Positionsgeber angebracht ist, welches ein von einem ortsfesten Sensor (8) erzeugtes, als Schwingkreis ausgelegtes Hochfrequenzfeld bedämpft und der Sensor (8) aus dem Grad der Bedämpfung auf die Position des Bedämpfungselementes (3) in dem Hochfrequenzfeld schließen kann und somit die Lage der Schaltschwinge (2) erfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Lage einer beweglichen Schaltgabel oder Schaltschwinge eines Getriebes eines Mobilfahrzeugs gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruch 1.
Insbesondere bei automatisierten Fahrzeuggetrieben, wie beispielsweise automatischen Doppelkupplungsgetrieben, werden mit steigendem Komfortbewusstsein der Fahrzeuginsassen immer höhere Anforderungen an die Güte der Gangwechsel gestellt. Beispielsweise sollte die Zeitspanne zum Einlegen eines Ganges möglichst kurz gehalten werden, um eine schnelle Reaktion des Getriebes an die Fahrbedingungen oder die Gangwünsche des Fahrers zu ermöglichen. Hierzu bedarf es einer genauen und möglichst verschleißarmen Überwachung der momentan vorliegenden Gangstellung. Vorrichtungen, welche eine Erfassung der Gangstellung an diskreten Punkten erlauben, wie beispielsweise die in der Schrift DE 42 08 888 B4 vorgeschlagene Anordnung, eignen sich jedoch nur bedingt, da sie lediglich zwischen den Zuständen „Gang eingelegt" und „Gang ausgelegt" unterscheiden können.
Die DE 103 36 971 B3 beschreibt eine Anordnung zur Erfassung der genauen Lage einer beweglichen Schaltgabel oder einer Schaltschwinge in einem Getriebe, welche eine kontinuierliche Erfassung der Gangstellung gestattet. Hierzu ist im Endbereich der Schaltgabel ein Aufnahmeelement vorgesehen, welches einen permanenterregten Magneten als Positionsgeber beinhaltet. Das von ihm erzeugte Magnetfeld wird innerhalb seines Bewegungsspielraumes von einem ortsfesten Magnetfeldsensor erkannt, welcher hierdurch wiederum auf die Position des Magneten zurückschließen kann.
Bei der Montage der Anordnung entstehen durch die notwendige Befestigung des Magneten an der Schaltschwinge zusätzliche Arbeitsschritte, welche die Fertigungskosten steigern. Da der Magnet direkt an der Schaltschwinge ange bracht ist und somit direkt den Umwelteinflüssen im Inneren des Getriebes ausgesetzt ist, können sich an ihm magnetische Partikel, wie ferromagnetischer Metallabrieb festsetzen, welche zu ungewünschten Streufeldern führen und eine exakte Positionsbestimmung des Magneten erschweren. Zudem überlappen sich bei Einsatz mehrerer Schaltschwingen die Magnetfelder der jeweils an ihnen angebrachten Magnete, wodurch die Magnetfeldsensoren bei einer ungünstigen Lage oder Bewegung der Schaltschwingen durch benachbarte Magnete gestört werden können.
Die gewöhnlich im Fahrzeugbereich eingesetzten Magnetfeldsensoren, beispielsweise GMR-(Giant Magneto Resistance-) oder Hall-Sensoren, reagieren sehr empfindlich auf unvorhergesehene Verkippungen oder Änderungen des Abstandes zwischen Sensor und Magnetfeld, was beispielsweise durch eine lastinduzierte Verbiegung der Schaltgabel eintreten kann. Sie müssen folglich sehr genau auf die Position des Magneten ausgerichtet sein und/oder benötigen vor jeder Inbetriebnahme eine Kalibrierung auf eine Neutralposition der Schaltgabel.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Vorrichtung zu schaffen, welche einerseits eine verschleißarme kontinuierliche Erfassung der Lageposition einer beweglichen Schaltgabel oder Schaltschwinge eines Getriebes ermöglicht, andererseits die aus dem Stand der Technik resultierenden Nachteile behebt. Sie wird gemäß den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hiernach ist an der beweglichen Schaltschwinge oder der Schaltgabel, welche im Folgenden unter dem Begriff Schaltgabel zusammengefasst werden, ein Bedämpfungselement angebracht, welches innerhalb seines Bewegungsspielraumes ein durch den Sensor erzeugtes, als Schwingkreis ausgelegtes elektromagnetisches Hochfrequenzfeld bedampft und der Sensor aus dem Grad der Bedämpfung auf die Position des Bedämpfungselementes innerhalb des Hochfrequenzfeldes schließen kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht zur Erweiterung des Erfassungsbereiches des Sensors vor, dass er mehrere als Schwingkreis ausgelegte Hochfrequenzfelder erzeugt, wobei diese derart zueinander ausgerichtet und auf die Gestalt des Bedämpfungselements abgestimmt sind, dass das Bedämpfungselement sie innerhalb seines Bewegungsspielraumes, vorzugsweise nacheinander bedampft und der Sensor aus dem Grad der unterschiedlich starken Bedämpfung der Hochfrequenzfelder auf die Position des Bedämpfungselementes schließen kann.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Bedämpfungselement aus einem nicht ferromagnetischen Material besteht, insbesondere einer Aluminiumlegierung, da ein Hochfrequenzfeld in diese Materialien keine oder nur geringe Wirbelströme induzieren kann, welche zu unerwünschten Störfeldern führen. Falls die Schaltschwinge aus einem ferromagnetischen Material gefertigt ist, kann es zweckmäßig sein, zwischen dem Bedämpfungselement und der Schaltgabel ein Zwischenstück einzufügen, welches aus einem nicht ferromagnetischen Material besteht.
Durch Bedämpfung des als Schwingkreis ausgelegten Hochfrequenzfeldes kommt es in Abhängigkeit des verwandten Bedämpfungsmaterials und der Position des Bedämpfungselements in dem Hochfrequenzfeld zu einer mehr oder weniger ausgeprägten Frequenzverschiebung des Hochfrequenzfeldes. Insbesondere bei Einsatz eines Bedämpfungselements aus einer Aluminiumlegierung ist diese ausreichend stark, um den Grad der Bedämpfung und somit die Lage des Bedämpfungselementes in dem Hochfrequenzfeld zuverlässig und sehr genau über die Frequenzverschiebung zu bestimmen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bestehen Bedämpfungselement und Schaltgabel aus einem Bauteil, wodurch zusätzliche Arbeitsschritte zur Positionierung und Befestigung des Bedämpfungselements an der Schaltgabel entfallen können und deren Gesamtmasse nicht durch zusätzliche Befestigungsmittel erhöht wird. Vorzugsweise ist das Bedämpfungs element als spezielle Ausformung oder „Nase" an einem Ende der Schaltgabel ausgebildet.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht vor, mehrere Sensoren zu einem Sensormodul zusammenzufügen, welches die Position sämtlicher oder zumindest eines Teils der im Getriebe befindlichen Schaltgabeln überwacht. Die Sensoren arbeiten hierbei unabhängig voneinander, sind jedoch in einem gemeinsamen, vorzugsweise öldichten Gehäuse zusammengefügt und vorpositioniert, was die zum Einbau in das Getriebe benötigten Arbeitsschritte deutlich reduziert. Vorzugsweise ist das Sensormodul bereits derart mit Passflächen oder Passstiften ausgestattet, dass es zur Endmontage lediglich in das Getriebe eingesetzt und mit Befestigungsmitteln arretiert werden muss. Dies wird begünstigt durch die Unempfindlichkeit des vorgesehenen Erfassungsprinzips gegen eine Verdrehung oder Veränderung des Abstandes zwischen der Schaltgabel und dem Sensor, was bei Verwendung eines Magnetfeldsensors und eines Magneten zur Erkennung der Schaltgabelposition möglichst ausgeschlossen werden muss.
Da sich der Sensor erfindungsgemäß in seiner Einbaulage in unmittelbarer Nähe zu reibungsbeanspruchten Bauteilen, wie Synchronisationsringen befinden kann, ist es nicht ausgeschlossen, dass er zeitweise hohen Temperaturen ausgesetzt ist, welche gegebenenfalls einen Einfluss auf die erkannte Position des Bedämpfungselementes haben. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht daher einen Temperaturfühler, sowie eine elektrische Schaltung zur Kompensation der Temperatureinflüsse vor. Diese können sowohl integraler Bestandteil des Sensors oder des Sensormoduls sein, oder aus einem mit dem Sensor verbindbaren Zusatzbauteil bestehen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Zeichnungen näher erläutert, aus welchen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen entnommen werden können.
Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
1 eine bewegliche Schaltschwinge mit einem integrierten Bedämpfungselement, dessen Position von einem ortsfesten Sensor mittels elektromagnetischer Hochfrequenzfelder erfasst wird;
2 einen Schnitt durch eine bewegliche Schaltschwinge, welche sich in einer Neutralposition befindet, sowie einem in die Schaltschwinge integrierten Bedämpfungselement und einem Sensor;
3 einen Schnitt durch eine bewegliche Schaltschwinge, welche um eine Drehachse aus der Neutralposition geneigt ist und
4 einen Schnitt durch mehrere Schaltschwingen, welche sich jeweils in ihren Neutrallagen befinden, wobei die zur Erkennung der Position der Bedämpfungselemente vorgesehenen Sensoren zu einem Sensormodul zusammengefasst sind.
1 zeigt eine um eine Drehachse 1 schwenkbare Schaltschwinge 2, welche ein als „Nase" ausgebildetes Bedämpfungselement 3 umfasst. Eine in axialer Richtung verschiebbare Schaltwelle 4 greift mittels eines Schaltfingers 5 in eine Schaltklaue 6, welche die Axialbewegung der Schaltwelle 4 in eine Schwenkbewegung der Schaltschwinge 2 umsetzt. Diese wiederum ändert über eine nicht dargestellte Schiebemuffe die Gangstellung des Getriebes. Um eine durch die Lage der Schaltschwinge 2 definierte Gangstellung zu erkennen, befindet sich ein ortsfest mit einem Getriebegehäuse 7 verbundener Sensor 8, welcher die Position des Bedämpfungselements 3 mittels eines als Schwing kreis ausgebildeten Hochfrequenzfeldes erfasst. Die Lage des Bedämpfungselements 3 ist hierbei weit von der Drehachse 1 der Schaltschwinge 2 entfernt gewählt, damit bei einer Drehung der Schaltschwinge 2, die von dem Bedämpfungselement 3 erfahrene Positionsverschiebung gegenüber dem Sensor 8 möglichst groß ist und somit die Lage der Schaltschwinge 2 exakt erkannt werden kann. Vorzugsweise besteht die Schaltschwinge 2 und das Bedämpfungselement 3 aus einer Aluminiumlegierung, damit bei Bedämpfung des Hochfrequenzfeldes keine oder nur geringe Störfelder erzeugt werden, welche eine Positionsbestimmung erschweren. Der Abstand zwischen Bedämpfungselement 3 und Sensor 8 beträgt 0,5 mm bis 3 mm.
In 2 ist ein Schnitt durch die Schaltschwinge 2 entlang der mit A-A in 1 gekennzeichneten Achse dargestellt. Hierbei befindet sich die Schaltschwinge 2 in einer Neutralposition, d. h. sie kann zu gleichen Beträgen um die Drehachse 1 nach links und rechts geschwenkt werden. Der Sensor 8 erzeugt mittels einer ersten und zweiten Induktivität 9, 10 zwei unterschiedliche, als Schwingkreis ausgelegte Hochfrequenzfelder, deren Feldlinien senkrecht aus der Zeichnungsebene heraus, bzw. hineintreten. Die erste Induktivität 9 befindet sich links versetzt neben dem in Neutrallage befindlichen Bedämpfungselement 3, die zweite Induktivität 10 befindet sich recht versetzt davon, wobei das Bedämpfungselement 3 beide Hochfrequenzfelder zu gleichen Teilen überdeckt. Folglich ist der Grad der Bedämpfung für beide Hochfrequenzfelder gleich, woraus der Sensor 8 schließen kann, dass sich das Bedämpfungselement 3 exakt in der Neutralposition befindet.
In 3 ist die Schaltschwinge 2 um einen Winkelbetrag aus der Neutralposition nach links geschwenkt, wodurch die Gangstellung im Vergleich zu 2 geändert ist. Das Bedämpfungselement 3 deckt nun die erste Induktivität 9 zu großen Teilen ab, während die zweite Induktivität 10 vollkommen unbedeckt ist. Der Sensor kann aus den daraus resultierenden unterschiedlichen Graden der Bedämpfung der Hochfrequenzfelder, auf die neue Position des Bedämpfungselements 3 und der Gangstellung zurückschließen. Da die Bedämpfung der Hochfrequenzfelder proportional zur Position des Bedämpfungselements 3 und daher zur Lage der Schaltschwinge 2 ist, kann die Gangstellung kontinuierlich erfasst werden. Vorzugsweise ist die Form der Induktivitäten 9, 10 an die Bewegungsrichtung des Bedämpfungselements 3 angepasst, wodurch sie statt der abgebildeten kreisrunden Form auch oval oder annähernd rechteckig gestaltet sein können. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Induktivitäten 9, 10 aus Leiterschleifen auf einer Leiterplatte gebildet, was eine hohe Formenvielfalt und somit eine optimale Anpassung der Form der Leiterschleifen gestattet.
4 zeigt mehrere unabhängig voneinander schwenkbare Schaltschwingen 2 eines Getriebes, welche jeweils ein Bedämpfungselement 3 integrieren. Da das Prinzip zur Erfassung der Position des Bedämpfungselementes 3 im Vergleich zum genannten Stand der Technik relativ unempfindlich gegen Verkippung und Änderung des Abstandes zwischen Bedämpfungselement 3 und Sensor 8 ist, muss die Einbaulage des Sensors 8 nicht exakt auf die des Bedämpfungselements 3 abgestimmt sein. Dies gestattet es, sämtliche Sensoren 8 wie abgebildet in ein gemeinsames Gehäuse zu einem Sensormodul 11 zusammenzufassen, wodurch die zum Einbau der Sensoren 8 benötigten Arbeitsschritte deutlich reduziert werden können. An den Enden des Sensormoduls 11 befinden sich jeweils Bohrungen 12, über welche das Sensormodul 11 mittels Passschrauben an dem Getriebegehäuse 7 befestigt und gleichzeitig auf die Bedämpfungselemente 3 ausgerichtet wird. Erfindungsgemäß können zur Ausrichtung des Sensormoduls jedoch auch Passstifte oder komplementär ausgeformte Passflächen an Sensormodul 11 und Getriebegehäuse 7 verwandt werden.

1: Drehachse
2: Schaltschwinge
3: Bedämpfungselement
4: Schaltwelle
5: Schaltfinger
6: Schaltklaue
7: Getriebegehäuse
8: Sensor
9: Induktivität
10: Induktivität
11: Sensormodul
12: Bohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4208888 B4 [0002]
- DE 10336971 B3 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Erfassung der Lage einer beweglichen Schaltgabel oder Schaltschwinge (2) eines Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs mit einem ortsfest angeordneten Sensor (8), sowie einem an der Schaltgabel oder der Schaltschwinge (2) angeordneten mitbewegten Positionsgeber, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsgeber ein metallisches Bedämpfungselement (3) ist und der Sensor (8) und die Schaltgabel oder die Schaltschwinge (2) derart zueinander angeordnet sind, dass das Bedämpfungselement (3) innerhalb seines Bewegungsspielraumes ein von dem Sensor (8) erzeugtes elektromagnetisches Hochfrequenzfeld bedampft und der Sensor (8) aus dem Grad der Bedämpfung auf die Position des Bedämpfungselements (3) innerhalb des Hochfrequenzfeldes schließen kann.
Vorrichtung zur Erfassung der Lageposition einer beweglichen Schaltgabel oder Schaltschwinge (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein automatisiertes Fahrzeuggetriebe ist.
Vorrichtung zur Erfassung der Lageposition einer beweglichen Schaltgabel oder Schaltschwinge (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) entlang der Bewegungsrichtung der Schaltgabel oder der Schaltschwinge (2) mehrere Hochfrequenzfelder erzeugt, welche derart zueinander ausgerichtet sind, dass das Bedämpfungselement (3) sie innerhalb seines Bewegungsspielraumes bedampft und der Sensor (8) aus dem Grad der unterschiedlichen Bedämpfung der Hochfrequenzfelder auf die Position des Bedämpfungselements (3) innerhalb der Hochfrequenzfelder schließen kann.
Vorrichtung zur Erfassung der Lageposition einer beweglichen Schaltgabel oder Schaltschwinge (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) den Grad der Bedämpfung anhand einer durch die Bedämpfung hervorgerufenen Frequenzverschiebung des Hochfrequenzfelder erkennt.
Vorrichtung zur Erfassung der Lageposition einer beweglichen Schaltgabel oder Schaltschwinge (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Bedämpfungselements (3) ein nicht ferromagnetisches Metall ist.
Vorrichtung zur Erfassung der Lageposition einer beweglichen Schaltgabel oder Schaltschwinge (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schaltschwinge (2) und dem Bedämpfungselement (3) ein Zwischenstück angebracht ist.
Vorrichtung zur Erfassung der Lageposition einer beweglichen Schaltgabel oder Schaltschwinge (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedämpfungselement (3) eine Ausformung der Schaltgabel oder der Schaltschwinge (2) ist.
Vorrichtung zur Erfassung der Lageposition einer beweglichen Schaltgabel oder Schaltschwinge (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer Schaltschwinge (2), das Bedämpfungselement (3) an einem der Drehachse (1) entferntesten Ende der Schaltschwinge (2) angebracht ist.
Vorrichtung zur Erfassung der Lageposition einer beweglichen Schaltgabel oder Schaltschwinge (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoren (8) zu einem Sensormodul (11) zusammengefasst sind, welches die Positionen mehrerer, an Schaltschwingen (2) angebrachter Bedämpfungselemente (3) erfasst.
Vorrichtung zur Erfassung der Lageposition einer beweglichen Schaltgabel oder Schaltschwinge (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) mit einem Temperaturfühler zur Ermittlung der im Umfeld des Sensors (8) herrschenden Temperaturverhältnisse, sowie einer elektrischen Schaltung zur Kompensation der auf den Sensor (8) wirkenden Temperatureinflüsse verbunden ist oder dass der Sensor (8) den Temperaturfühler und die elektrische Schaltung zur Kompensation der auf den Sensor (8) wirkenden Temperatureinflüsse integriert.