CN101981355B - 用于支承换档滑轨的带用于确定位置的传感器的系统 - Google Patents

Abstract

本发明指出了一种用于支承换档滑轨的系统(2)，该系统具有壳体(6)、换档滑轨(4)以及由壳体(6)所容纳的用于将换档滑轨(4)可纵向移动地支承在壳体(6)中的轴承(8)。在此设置：在壳体(6)中，为了确定换档滑轨(4)的位置，传感器(12、40、50)以对置于换档滑轨(4)的轴向端部(16)的端面(28)的方式布置。

Description

用于支承换档滑轨的带用于确定位置的传感器的系统

技术领域

本发明涉及一种用于支承换档滑轨(Schaltschiene)的系统，该系统具有壳体、换档滑轨以及由壳体所容纳的用于将换档滑轨可纵向移动地支承在壳体中的轴承。

背景技术

例如由DE 102004053205A1公开了这种系统。

换档滑轨尤其设置在汽车的换档变速器中。在换档变速器中，换档滑轨能够沿着其纵向轴线在至少两个轴向相邻的位置之间移动。在两个位置中，例如第一位置对应于空档位置，并且第二位置对应于挂入的档位。同时，利用换档滑轨通常将固定在其上的换档元件在这些位置之间移动。换档元件尤其是指换档拨叉或者换档拨指。在此，通过换档元件并且通过其它中间元件例如换档接合套来切换为了形成传动比级所需要的齿轮组。

为了能够切换其它档位，已知的是，设置一些相互平行布置的换档滑轨。

为了防止同时挂入两个档位，在带有多个换档滑轨的换档变速器中需要：在从一个档位变换到另一档位时，所有换档滑轨均处于其空档位置中，也就是说未挂入档位中。为此，例如在自动的或者半自动的换档变速器中重要的是，识别换档滑轨和换档元件例如换档拨叉或者换档拨指的位置。

DE 4314952A1涉及一种用于检测换档变速器的档位位置的设备。此外，DE 4314952A1尤其提出一种传感器模块，该传感器模块为了检测通道和档位而检测换档轴的旋转运动以及可纵向移动的运动。为此，尤其设置的是，在变速器壳体中可旋转运动地并且可纵向移动地得到支承的换档轴以端部向外穿过变速器壳体并且伸入传感器模块中，该传感器模块安置在变速器壳体的外部，并且在传感器模块中布置一些数字的和模拟的换档元件。由此，不利地对设备的结构空间提出很高的要求，尤其沿轴向方向。此外，多个换档元件的必要性与相应的成本密切相关。

DE 102004053205A1提出了一种用压力介质操作的换档设备，其中为了确定换档滑轨或者换档滑杆(Schaltstange)的位置而设置了位置传感器。在DE 102004053205A1中，换档滑杆至少部分空心地构造并且尤其也设置了圆柱形的液压嵌入物(Hydraulikeinsatz)，该液压嵌入物嵌入到空心地构造的换档滑杆中，并且换档滑杆在换档过程中在该液压嵌入物上移动。在此，位置传感器安置在圆柱形的液压嵌入物与位于其上的换档滑杆之间。缺点是，在DE 102004053205A1中提出的对换档滑杆的位置的确定基本上只适合于用压力介质操作的换档设备，因为该解决方案需要空心的换档滑杆以及液压嵌入物。

发明内容

从现有技术出发，本发明的任务是指出一种用于支承换档滑轨的系统，该系统在尽可能简单的可实现性情况下，允许确定换档滑轨的位置。

按本发明，所述任务通过用于支承换档滑轨的系统得到解决，该系统具有壳体、换档滑轨以及由壳体所容纳的用于将换档滑轨可纵向移动地支承在壳体中的轴承，其中，在壳体中，为了确定换档滑轨的位置，传感器以对置于换档滑轨的轴向端部的端面的方式布置。

在换档滑轨中，例如在换档过程的范围内，通常只设置可纵向移动的运动。然而，本发明同样可以应用到可旋转地得到支承的换档滑轨上。本发明从如下构思出发，即，可以明确地并且非常简单地根据端面的移动或者位置来确定换档滑轨的轴向位置，尤其在换档位置以及空档位置的意义上。

通过传感器的按本发明的布置，传感器“聚焦(fokussieren)”在换档滑轨的端面上，从而在换档滑轨运动时该换档滑轨以其端面移向传感器，或者从该传感器移开。

从传感器的传感器信号中推导出换档滑轨的位置，尤其在空档位置或者换档位置的意义上。为此，例如借助于传感器测定传感器与换档滑轨的间距，从中推断出换档滑轨的位置。对于这种间距测量来说，可以考虑一系列所谓的距离传感器，这些距离传感器通常检测主动发出的、在换档滑轨的端面上反射的信号的运行时间。由距离传感器主动发出的信号例如是光信号或者超声波信号。也公开了电容式距离传感器。

如已经描述的，换档滑轨在换档过程中在例如两个限定的位置之间运动，其中，相应的位置对应于换档滑轨的空档位置或者换档位置。因此，为了确定换档滑轨的位置，原则上不需要确定换档滑轨的“绝对”位置。这基本上足以确定：换档滑轨例如从出发点或者参考点出发移向传感器还是从传感器移开。为此，例如能够使用接近传感器。把这种接近传感器尤其理解为形成磁场的传感器，通过“干扰体”影响该磁场。在这种情况下，该“干扰体”是换档滑轨。依赖于所述影响，产生传感器信号，例如电压。因此，能够对相应的传感器信号进行评估：换档滑轨是移向传感器还是必要时从传感器移开。在此，依据目的地选择空档位置，尤其是选择与空档位置相关的传感器信号作为参考，从而能够从量取的传感器信号中推导出：换档滑杆是处于空档位置中还是例如从该空档位置移开。这种移开运动尤其与档位的挂入有关，从而能够将其作为“换档滑轨处于换档位置中”进行评估。

不言而喻，不仅可以利用距离传感器而且可以利用接近传感器来测定换档滑轨的多个位置。

总之，本发明能够实现的是，借助于唯一的传感器确定换档滑轨的位置，尤其在换档位置和空档位置的意义上。不需要传感器的例如关于换档滑轨在壳体中的轴向定位的精确的安装位置，这显著简化了装配过程。总之，借助于按本发明的系统能够以特别简单并且成本低廉的方式确定换档滑轨的位置。

传感器尤其完全布置在壳体内部。在此，壳体例如作为汽车换档变速器的变速器壳体给出，或者布置在这种变速器壳体的内部。换档滑轨例如布置在壳体的内部，尤其是完全地布置在变速器壳体的内部，也就是不穿过该变速器壳体。总之，由此实现了沿轴向构造特别短的系统。

例如将换档滑轨构造成成本低廉的板滑轨(Blechschiene)。作为替代方案，也可以将换档滑轨作为具有圆形横截面的换档滑杆给出。在换档变速器的变速器壳体中经常设置了多个相互平行地布置的换档滑轨。此外，在这种变速器壳体中通常布置一些其它的元件，例如为了形成传动比级所需要的齿轮组、同步离合器等。

如已经描述的，传感器能够构造成接近传感器。这种接近传感器例如作为电容式接近传感器给出。一般来说，电容式接近传感器无接触地对无论导电还是不导电的“干扰体”作出反应。由此，借助于电容式接近传感器能够确定：换档滑轨例如是否移向传感器并且运动到换档位置中。在此，换档滑轨不仅能够由非金属例如相应的塑料制成，而且能够由金属制成。电容式接近传感器的工作方式能够基于散射场电容器的原理。为了评估电容式接近传感器，已知的是，借助于振荡器建立电场并且通过相位或者振幅信号获取“干扰体”的影响。也可以通过谐振电路的失调(Verstimmung)来测定该影响。

在上下文中，将电感式接近传感器称为另一接近传感器。在此，充分利用如下效应，即，通过“干扰体”改变的磁场会产生电流。

借助于电感式接近传感器能够无接触地检测金属的物体，在这种情况下也就是换档滑轨。因为换档滑轨反正经常构造成板滑轨，所以能够毫无问题地使用这种电感式接近传感器。

换档滑轨能够统一地仅仅由一种材料制成，例如板材。然而，也可以有利地由其它材料制成换档滑轨的区域，例如轴向端部，尤其以便能够实现与传感器的相应的有效连接。

在其它有利的设计方案中，换档滑轨包括与传感器保持有效连接的位置发送器。在此，位置发送器例如借助于粘接部固定在换档滑轨上。位置发送器例如作为金属体给出，该金属体与构造成电感式或者电容式接近传感器的传感器保持有效连接。位置发送器也可以构造成电容器电极。传感器于是构造成电容式距离传感器。简单地说，电容式距离传感器根据平板电容器的原理进行工作。为此，需要两个通过电介质，例如空气，相互隔离的电容器电极，这两个电容器电极的距离能够根据在它们之间形成的电容来确定。

借助于位置发送器，能够有利地实现的是，换档滑轨尽可能由任意的并且成本低廉的材料制成，并且为了形成与传感器的有效连接，只有位置发送器由相应的必要时更贵的材料制成。

传感器以对置于换档滑轨的轴向端部的端面的方式布置。因此，对于位置发送器与传感器之间的有效连接来说，合乎目的地并且足够的是，例如金属小板形式的位置发送器仅仅布置在换档滑轨的端面上。总之，这能够实现成本特别低廉的制造。

在合乎目的的实施方式中，位置发送器由磁性材料制成。在此，位置发送器优选作为成本低廉的永磁体给出。在该设计变型方案中，能够使用霍尔传感器或者簧片开关(Reedschalter)作为传感器。簧片开关原则上是指用于开关电路的简单的继电器，该继电器基本上包括两个接触舌形件(Kontaktzunge)，这些接触舌形件由铁磁材料制成。接触舌形件在靠近磁场时相互吸引并且使线路闭合。一旦磁场下降或者低于确定的力，那么再打开接触舌形件之间的接触。

在优选的设计变型方案中，传感器是霍尔传感器。霍尔传感器是所谓的磁场传感器，并且基于霍尔效应的原理。置于磁场中的、电流流过的霍尔传感器提供输出电压，所谓的霍尔电压。该霍尔电压与磁场强度成比例。该效应在该设计变型方案中用于确定换档滑轨的位置：如果磁性的位置发送器移向霍尔传感器或者从该霍尔传感器移开，那么作用到霍尔传感器上的磁场强度并且因此还有可量取的霍尔电压依赖于霍尔传感器与磁性的位置发送器的间距发生变化。在此，以合乎目的的方式选择与空档位置相关的霍尔电压作为参考。如果换档滑轨关于空档位置移向霍尔传感器，那么霍尔电压升高。相反，如果换档滑轨关于空档位置从霍尔传感器移开，那么霍尔电压降低。也就是说，霍尔电压能够以简单的方式校准到换档滑轨的不同的可能的位置上。此外，霍尔传感器在汽车领域中经常用作经受考验的并且耐用的传感器，从而能够动用成熟的并且成本低廉的技术。

轴承优选布置在轴套中，并且支承换档滑轨的轴向端部。在此，轴套例如是壳体的一部分或者作为单独的部件安置在壳体中。在此，可以设置的是，轴套从换档变速器的变速器壳体中成型出来，或者作为替代方案，在变速器壳体的内部置入到相应的容纳区域内。轴套允许将轴承简单地安置在壳体中。通过支承轴向端部能够以简单的方式稳定地线性引导换档滑轨。

有利地，传感器配属于轴套的底部。该设计变型方案在形成由轴套、轴承、换档滑轨和传感器构成的协调的装配单元方面是特别有利的。

在其它有利的实施方式中，轴套中的轴承作为滚动轴承给出。借助于滚动轴承能够实现换档滑轨的摩擦特别少的并且由此磨损特别少的纵向移动。

以合乎目的的方式，滚动轴承作为径向线性滚动轴承(Radial-Linear-)给出。换档滑轨不仅可纵向移动地而且可旋转地支承在径向线性滚动轴承中。在换档滑轨中通常只设置了一种线性移动。然而，为了例如遵守必要的装配公差，有意义的是，例如在换档滑轨的扭转或者倾倒的意义上允许旋转。

优选地，轴套由耐磨的材料制成。轴套一方面用于容纳滚动轴承。另一方面，轴套尤其也形成了滚动轴承的滚动体用的滚动面。因此，有意义的是，轴套由耐磨的材料制成，以便避免轴套的过早磨损。

有利地，轴套由钢制成。钢，尤其是硬化钢，是成本相对低廉的并且同时非常耐磨的材料，利用这种钢能够实现轴套的所希望的特性。

附图说明

根据附图对本发明的实施例进行详细解释。在此：

图1示出按第一实施方式的用于支承换档滑轨的系统的横截面，以及

图2示出按第二实施方式的用于支承换档滑轨的系统的横截面。

具体实施方式

图1示出了按第一实施方式的用于支承换档滑轨4的系统2的图示。在此，该系统2设置在汽车的换档变速器的框架内。该系统2包括换档滑轨4以及壳体6，该壳体在图示中仅仅局部可见。此外，该系统2包括容纳在轴套10中的轴承8以及传感器12。

在此，壳体6作为换档变速器的变速器壳体给出。在壳体6中，以不可见的方式设置了其它相互平行布置的换档滑轨4。此外，在壳体6中存在有其它变速器元件，例如为了形成传动比级所需要的齿轮组、同步离合器等。

换档滑轨4以轴向的端部16支承在轴承8中，其中，该轴承8在这里构造成径向线性滚动轴承18。换档滑轨4的在图1中不可见的第二轴向端部同样支承在相应的径向线性滚动轴承18中。换档滑轨4不仅可纵向移动地而且可旋转地支承在径向线性滚动轴承18中。在换档变速器的运行中，在换档滑轨4处只设置了线性移动。然而，除了线性移动，径向线性滚动轴承18还额外地允许旋转，例如在换档滑轨4的扭转或者倾倒的意义上。由此能够遵守所要求的装配公差。

径向线性滚动轴承18容纳在轴套10中，其中，径向线性滚动轴承18的滚动体19在轴套10的内罩面上运行。从横截面图示中不能明显看出滚动体19在纵向轴线15两侧对称的布置情况。为了实现用于滚动体的耐磨的滚动面，轴套10的外罩20由高强度的钢制成。轴套10本身插入到壳体6的圆柱形的壳体段22中。

传感器12以如下方式安置在轴套10的底部26中，即，该传感器与换档滑杆4的轴向端部16的端面28对置地布置。在换档滑杆4的端面28上安放了与传感器12保持有效连接的位置发送器30。传感器12和位置发送器30两者基本上沿着换档滑轨4的纵向轴线15布置。这显著简化了装配过程，因为不要求传感器4的例如与换档滑轨4在壳体6中的轴向定位有关的精确的安装位置。在装配过程中，简单地将轴套10的底部26，带有位于该底部中的传感器12，添入圆柱形的壳体段22中。将轴套10的外罩20压装到底部26上，然后将径向线性滚动轴承18以及带有固定在换档滑轨上的位置发送器30的换档滑轨4导入到该轴套中。

在换档过程中，换档滑轨4沿着其纵向轴线15在三个轴向相邻的位置之间移动。在此，中间的位置相应于空档位置，而其它两个位置是换档位置并且分别配属于一个档位。同时，用换档滑轨4将固定在其上的、在附图中不可见的换档拨指在这些位置之间移动。为了切换档位，换档滑轨4在换档变速器中从空档位置出发运动到换档位置中。在此，通过换档拨指以及固定在其上的换档接合套来切换为了形成相应的传动比级所需要的齿轮组。

借助于传感器12能够确定换档滑轨4的轴向位置，尤其是在空档位置或者换档位置的意义上。

为此，传感器12在此构造成霍尔传感器40，并且位置发送器30作为永磁体给出。

位于位置发送器30的磁场中的霍尔传感器40提供了霍尔电压，从信号接收器(Signalnehmer)42中量取该霍尔电压并且通过信号输出端44将该霍尔电压输送给汽车换档变速器的在这里没看到的评估单元。

由霍尔传感器40产生的霍尔电压与位置发送器30的作用在该霍尔传感器上的磁场强度成比例。因此，作用在霍尔传感器40上的磁场强度也取决于位置发送器30到霍尔传感器40的间距。也就是说，例如，在将霍尔传感器40移近位置发送器30时，通过换档滑轨4相应的运动提高了可量取的霍尔电压。这种效应被用于确定换档滑轨4的轴向位置。

此外，选择与换档滑轨4的空档位置相关的霍尔电压作为参考，可以这么说，即关于空档位置校准霍尔电压。如果换档滑轨4在换档过程的范围内从其空档位置出发运动到换档位置中，那么换档滑轨4连同位于其端面28上的位置发送器30移向霍尔传感器40，或者从该霍尔传感器移开。在换档滑杆4移向霍尔传感器40时，从信号接收器42中量取的霍尔电压相对于“归零的(abgenullt)”霍尔电压升高，并且在移开运动时，从信号接收器42中量取的霍尔电压相应地降低。

从信号接收器42中量取相应的电压信号并且将该电压信号通过信号输出端44传输给评估单元。评估单元从霍尔电压与校准的霍尔电压的偏差中推断出换档位置作为换档滑轨位置。

总之，借助于仅仅一个唯一的成本低廉的霍尔传感器40以及借助于作为永磁体给出的位置发送器30能够测定换档滑轨4的位置，尤其在换档位置或空档位置的意义上。

在图2中示出了系统2的第二设计变型方案。与图1中描述的系统2不同的是，传感器12构造成电容式接近传感器50。换档滑轨4在该设计变型方案中由板材制成。然而，原则上，换档滑轨4能够由任意原料制成，例如塑料。相对于图1中的图示，在换档滑轨4上没有设置位置发送器30。

在图2中示出的换档滑轨4在换档过程的范围内能够沿着其纵向轴线15在两个轴向相邻的位置之间移动。在这种情况下，换档滑轨4的背离传感器12的位置对应于空档位置，而另一位置对应于配属于一个档位的换档位置。

在此，以如下方式配置根据散射场电容器的原理工作的电容式接近传感器50，即，使该接近传感器在换档滑轨4处于其空档位置时不产生信号。如果换档滑轨4在挂入档位时从其空档位置运动到换档位置中，那么接近传感器50由于其电容的变化而检测到换档滑轨4的靠近。从信号接收器42中量取相应的“变化信号”并且通过信号输出端44将该“变化信号”转发给评估单元。在检测到换档滑轨4接近的时候，评估单元推断出到达作为换档滑轨位置的换档位置。在重新变化时或者重新存在“变化信号”时，推断出到达空档位置。额外地，评估信号大小，以便区别靠近与远离。

即使当换档滑轨4由非金属材料制成时，也可以借助于电容式接近传感器50独立于位置发送器40地测定换档滑轨4的位置，尤其在换档位置或空档位置的意义上。

附图标记列表

2系统

4换档滑轨

6壳体

8轴承

10轴套

12传感器

15纵向轴线

16轴向端部

18径向线性滚动轴承

19滚动体

20外罩

22壳体段

26底部

28端面

30位置发送器

40霍尔传感器

42信号接收器

44信号输出端

50电容式接近传感器

Claims (11)

1.用于支承换档滑轨的系统（2），所述系统具有壳体（6）、换档滑轨（4）以及由所述壳体（6）容纳的用于将所述换档滑轨（4）能纵向移动地支承在所述壳体（6）中的轴承（8），其特征在于，在所述壳体（6）中，为了确定所述换档滑轨（4）的位置，用于确定换档位置和空档位置的传感器（12、40、50）以与所述换档滑轨（4）的轴向端部（16）的端面（28）对置的方式布置。

2.按权利要求1所述的系统（2），其特征在于，所述换档滑轨（4）包括与所述传感器（12、40、50）保持有效连接的位置发送器（30）。

3.按权利要求2所述的系统（2），其特征在于，所述位置发送器（30）布置在所述换档滑轨（4）的所述端面（28）上。

4.按权利要求2或3所述的系统（2），其特征在于，所述位置发送器（30）由磁性材料制成。

5.按权利要求1-3中任一项所述的系统（2），其特征在于，所述传感器（12、40、50）是霍尔传感器（40）。

6.按权利要求1-3中任一项所述的系统（2），其特征在于，所述轴承（8）布置在轴套（10）中，并且支承所述换档滑轨（4）的所述轴向端部（16）。

7.按权利要求6所述的系统（2），其特征在于，所述传感器（12、40、50）配属于所述轴套（10）的底部（26）。

8.按权利要求6所述的系统（2），其特征在于，所述轴套（10）中的所述轴承（8）为滚动轴承（18）。

9.按权利要求8所述的系统（2），其特征在于，所述滚动轴承为径向线性滚动轴承（18）。

10.按权利要求6所述的系统（2），其特征在于，所述轴套（10）由耐磨的材料制成。

11.按权利要求10所述的系统（2），其特征在于，所述轴套（10）由钢制成。