DE102011003554A1

DE102011003554A1 - Shift rod unit for use in switching device for vehicle gear change transmission, has shifter rod comprising recess in which magnet is arranged, and non-magnetic layer arranged between magnet and shifter rod

Info

Publication number: DE102011003554A1
Application number: DE201110003554
Authority: DE
Inventors: Lasse Ibert
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-02-03
Filing date: 2011-02-03
Publication date: 2012-08-09

Abstract

The unit (14) has a shifter rod (2) i.e. switching rail, comprising a recess i.e. transit recess, in which a magnet (9) is arranged. The magnet is arranged in the shifter rod such that an outer contour of the shifter rod unit is edgelessly formed at the locations at which the magnet and the shifter rod are in contact with each other. The recess is formed as a blind hole, where the recess is punched into the switching rail. A non-magnetic layer (15) is arranged between the magnet and the shifter rod, in order to reduce the influence of noise of a ferromagnetic shifter rod. An independent claim is also included for a switching device.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltstangeneinheit eines Fahrzeugzahnräderwechselgetriebes mit einer axial gerichteten Schaltstange und einem Magneten zur Lagedetektierung der Schaltstangeneinheit.The invention relates to a shift rod unit of a vehicle gear change transmission with an axially directed shift rod and a magnet for the position detection of the shift rod unit.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

In Zahnräderwechselgetrieben werden üblicherweise Schaltelemente in Form von Schaltwellen, Schaltschienen oder Schaltstangen eingesetzt, die zumindest in eine translatorische Richtung, zusätzlich ggf. auch um eine Rotationsachse, verschieblich bzw. verdrehbar sein müssen. Der Begriff Schaltstange wird dabei als Oberbegriff für eine auch verdrehbare Schaltwelle oder eine Schaltschiene, die einen eckigen Querschnitt aufweist, verstanden. Zur Lagerung der Schaltstangen werden Wälzlagerungen eingesetzt.In gear change transmissions usually switching elements in the form of shift shafts, shift rails or shift rails are used, which must be at least in a translational direction, in addition, possibly also about an axis of rotation, displaced or rotated. The term shift rod is understood as a generic term for a rotatable switching shaft or a shift rail, which has a polygonal cross-section. Rolling bearings are used to support the shift rails.

Im Zuge der Verbesserung des Schaltkomforts und der Schaltsicherheit ist es erforderlich, die genaue Position der Schaltstange zu ermitteln, um Funktionen wie z. B. den Start bzw. den Stopp des Motors zu automatisieren oder die Gangposition für spezielle Schaltstrategien zu verwenden. Dabei ist es bekannt, für die Positionserkennung der Schaltstangen Sensoren einzusetzen. Beispielsweise offenbart DE 197 51 519 A1 einen Linearsensor, der einen Magneten und einen Hall-Sensor umfasst, um die lineare Relativposition zwischen zwei Bauteilen detektieren zu können. Um das Magnetfeld nicht zu beeinträchtigen und somit das Messergebnis nicht zu verfälschen, ist bei dieser vorbekannten Lösung vorgesehen, dass die relevanten Tragelemente für die Sensorik aus Kunststoff bestehen.In the course of improving the shifting comfort and switching safety, it is necessary to determine the exact position of the shift rod to functions such. B. to automate the start or stop of the engine or to use the gear position for special switching strategies. It is known to use sensors for the position detection of the shift rails. For example disclosed DE 197 51 519 A1 a linear sensor comprising a magnet and a Hall sensor to detect the linear relative position between two components. In order not to impair the magnetic field and thus not to falsify the measurement result, it is provided in this known solution that the relevant support elements for the sensor made of plastic.

Ebenfalls ist es bereits bekannt, derartige Sensoren zur Positionserfassung von Schaltstangen in Zahnräderwechselgetrieben einzusetzen. Dabei werden zumeist berührungslose Magnetsensoren eingesetzt, wobei ein Magnet auf der Schaltstange befestigt wird und mit dieser eine Schaltstangeneinheit bildet. Über einen Sensor wird dann durch Messung der magnetischen Feldstärke der Schaltweg erfasst. Die Magneten und Sensorelemente sind dabei als separate, nicht integrierte Elemente vorgesehen. Sie können nicht im Bereich der Linearführung selber platziert werden, da es im Bereich der aus Stahl bestehenden Bauteile der Linearführung zu einer Beeinflussung des magnetischen Feldes kommen würde. Vielmehr müssen die Sensorelemente außerhalb des Lagerungsbereichs angeordnet werden, was zu erhöhten Anforderungen an den zur Verfügung stehenden Bauraum führt.It is also already known to use such sensors for position detection of shift rails in gear change transmissions. In this case, non-contact magnetic sensors are usually used, wherein a magnet is mounted on the shift rod and forms with this a shift rod unit. A sensor then detects the switching path by measuring the magnetic field strength. The magnets and sensor elements are provided as separate, non-integrated elements. They can not be placed in the area of the linear guide itself, as there would be an influence on the magnetic field in the area of the steel components of the linear guide. Rather, the sensor elements must be arranged outside the storage area, which leads to increased demands on the available space.

Zur Lösung dieses Problems sieht DE 10 2008 052 416 A1 vor, den Magneten im Bereich der Linearführung anzuordnen und eine Laufhülse vorzusehen, die aus einem metallischen, nicht ferromagnetischen Material besteht. Bei der Positionserkennung mittels Magnetfeldsensoren befindet sich somit kein ferromagnetisches Bauteil im Luftspalt zwischen dem Positionsmagnet und dem Sensor. Der Magnet, der sich ortsfest auf dem zu messenden Bauteil befindet, erzeugt ein Magnetfeld, dessen Stärke oder Richtung vom Sensor erfasst wird, aus dem sich die Position des Magneten bestimmen lässt und damit die Schaltposition berechnet werden kann. Diese Lösung erfordert allerdings zusätzlichen radialen Bauraum, um den Sensor in die Linearführung zu integrieren.To solve this problem looks DE 10 2008 052 416 A1 to arrange the magnet in the region of the linear guide and to provide a running sleeve, which consists of a metallic, non-ferromagnetic material. When detecting the position by means of magnetic field sensors, there is thus no ferromagnetic component in the air gap between the position magnet and the sensor. The magnet, which is stationary on the component to be measured, generates a magnetic field whose strength or direction is detected by the sensor, from which the position of the magnet can be determined and thus the switching position can be calculated. However, this solution requires additional radial space to integrate the sensor in the linear guide.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass einerseits eine kompakte und stabile Bauweise erreicht wird, dass andererseits aber eine einwandfreie Ermittlung der Position des Betätigungselements ermöglicht wird.The present invention is therefore the object of a device of the type mentioned in such a way that on the one hand a compact and stable construction is achieved, on the other hand, however, a proper determination of the position of the actuating element is made possible.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltstangeneinheit nach Anspruch 1 gelöst. Dazu weist die Schaltstangeneinheit eine Schaltstange mit einer Ausnehmung auf, in der der Magnet angeordnet ist. Der Magnet ist damit nicht auf die radiale Außenkontur der Schaltstange aufgesetzt, sondern zumindest teilweise in die Schaltstange integriert. Er steht somit nicht um seine gesamte Bauhöhe aus der Radialkontur der Schaltstange hervor, sondern nur um einen Teil oder im Idealfall gar nicht. Dadurch benötigt die Schaltstangeneinheit mit dem Magneten radial weniger Bauraum, und ein die Schaltstange umschließendes Linearlager kann zusammen mit dem Sensor einen geringeren Durchmesser aufweisen. Weiterhin ist die Montage einer derartigen Schaltstangeneinheit vereinfacht, da die Schaltstangeneinheit gegenüber der Schaltstange den gleichen oder einen nur minimal größeren Durchmesser aufweist.The object is achieved by a shift rod unit according to claim 1. For this purpose, the shift rod unit has a shift rod with a recess in which the magnet is arranged. The magnet is thus not placed on the radial outer contour of the shift rod, but at least partially integrated into the shift rod. Thus, it does not stand out for its entire height from the radial contour of the shift rod, but only a part or ideally not at all. As a result, the shift rod unit with the magnet requires less space radially, and a rod surrounding the shift rod linear bearing can have a smaller diameter together with the sensor. Furthermore, the assembly of such a shift rod unit is simplified because the shift rod unit with respect to the shift rod has the same or only a slightly larger diameter.

In einer Ausbildung der Erfindung ist der Magnet so weit in die Schaltstange integriert, dass er die gleiche radiale Ausdehnung wie der Rest der Schaltstangenkontur aufweist oder sogar hinter dieser zurückbleibt. Insbesondere können die Ausnehmung und der Magnet so ausgebildet sein, dass sich ein kantenloser Übergang von der Schaltstangenoberfläche zum Magneten ergibt.In one embodiment of the invention, the magnet is so far integrated into the shift rod that it has the same radial extent as the rest of the shift rod contour or even left behind this. In particular, the recess and the magnet can be formed so that an edgeless transition results from the shift rod surface to the magnet.

Die Tiefe der erfindungsgemäßen Ausnehmung kann auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt werden. Bei typischen Schaltstangendurchmessern von 15 mm ist weniger als ein Viertel des Schaltstangendurchmessers erforderlich.The depth of the recess according to the invention can be adjusted to the particular application. In typical Shift rod diameters of 15 mm require less than a quarter of the shift rod diameter.

Die Ausnehmung kann als ein radial weisendes Sackloch ausgebildet sein. Alternativ weist die Schaltstange eine sich bis zum Schaltstangenende erstreckende Vertiefung auf. Schließlich kann auch eine Durchgangsausnehmung vorgesehen sein, in der der Magnet angeordnet und von zwei Seiten detektierbar ist.The recess may be formed as a radially facing blind hole. Alternatively, the shift rod has a recess extending to the shift rod end. Finally, a through-hole can also be provided, in which the magnet is arranged and can be detected from two sides.

In einer Variante der Erfindung ist die Schaltstange als eine linear bewegliche Schaltschiene mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet. Die Schaltschiene ist vorzugsweise aus einem Blechmaterial gestanzt. Die Ausnehmung lässt sich dann auf besonders einfache Weise zusammen mit der Schaltschiene herstellen oder durch einen einfachen zusätzlichen Stanzvorgang in diese einbringen.In a variant of the invention, the shift rod is designed as a linearly movable shift rail with a rectangular cross section. The shift rail is preferably stamped from a sheet metal material. The recess can then be produced in a particularly simple manner together with the shift rail or by a simple additional punching process in this.

Besteht die Schaltstange aus einem ferromagnetischen Werkstoff, ist es vorteilhaft, zwischen dem Magneten und der Schaltstange eine nicht-magnetische Schicht anzuordnen. Dies kann beispielsweise eine Klebeschicht sein, mittels der der Magnet stoffschlüssig an der Schaltstange gehalten ist. Alternativ können auch ein amagnetisches Blech oder ein Kunststoff zur Abschirmung verwendet werden.Is the shift rod made of a ferromagnetic material, it is advantageous to arrange a non-magnetic layer between the magnet and the shift rod. This may be, for example, an adhesive layer, by means of which the magnet is held cohesively on the shift rod. Alternatively, an amagnetic sheet or a plastic can be used for shielding.

Zur Lagerung der erfindungsgemäßen Schaltstangeneinheiten eignen sich Wälzlager, bei denen üblicherweise drei oder mehr definierte, in Längsbewegungsrichtung orientierte Nuten vorgesehen sind, in denen Wälzkörper geführt sind. Die Wälzkörper laufen bei den im Querschnitt rechteckigen Schaltschienen innen meist auf einem Blechelement, das die Schaltschiene umgreift und so ausgeformt ist, dass sich zur Kugel hin Laufbahnen ergeben. Alternativ können die Kugellaufbahnen auch direkt in die Oberfläche einer Schaltstange eingebracht sein. Außen rollen die Wälzkörper hierbei in einer kreisrunden Zylinderhülse ab, die in das Getriebegehäuse eingepresst ist. Derartige Wälzlagerungen ermöglichen gute Wirkungsgrade aufgrund einer geringen Lagerreibung und erhöhen damit den Schaltkomfort, da sie für eine sehr leichtgängige Längsführung der Schaltschiene sorgen können. Die Leichtgängigkeit ist insbesondere für eine genaue Erfassung der Schaltstellung vorteilhaft.For storage of the shift rod assemblies according to the invention are rolling bearings, in which usually three or more defined, oriented in the longitudinal direction of movement grooves are provided, in which rolling elements are guided. The rolling elements run in the case of the cross-sectionally rectangular shift rails inside usually on a sheet metal element which engages around the shift rail and is formed so as to give the ball out careers. Alternatively, the ball raceways can also be introduced directly into the surface of a shift rod. On the outside, the rolling elements roll off in a circular cylinder sleeve, which is pressed into the transmission housing. Such rolling bearings allow good efficiencies due to a low bearing friction and thus increase the shifting comfort, since they can provide a very smooth longitudinal guide the shift rail. The ease of movement is particularly advantageous for accurate detection of the switching position.

Als Wälzkörper kommen insbesondere Kugeln zum Einsatz, die jeweils in Laufbahnen geführt sind, die im Querschnitt Kreisringsegmente aufweisen, die mit den Durchmessern der Wälzkörper korrespondieren. Dadurch, dass die Laufbahnen im Querschnitt jeweils den Konturen der Kugeln angepasst sind, werden die Flächenpressungen durch die größeren sich berührenden Flächen reduziert, wodurch sich auch die Bauteilbelastung verringert.As rolling elements in particular balls are used, which are each guided in raceways, which have circular ring segments in cross section, which correspond to the diameters of the rolling elements. Because the raceways are adapted to the contours of the balls in cross-section, the surface pressures are reduced by the larger contact surfaces, which also reduces the component load.

Wegen der auftretenden Belastungen durch die Wälzkörper ist es nicht ratsam, den oder die Magneten oder den oder die Sensoren im Bereich der Laufbahnen anzuordnen. Aufgrund der platzsparenden Integration des Magneten in die Schaltstange ermöglicht die Erfindung dessen Anordnung zwischen den Laufbahnen. Dazu ist der Magnet vorzugsweise als Flachmagnet ausgebildet.Because of the occurring loads by the rolling elements, it is not advisable to arrange the magnet or the one or more sensors in the region of the raceways. Due to the space-saving integration of the magnet in the shift rod, the invention allows its arrangement between the raceways. For this purpose, the magnet is preferably designed as a flat magnet.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following an embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to drawings. Show it:

1 eine Schaltvorrichtung mit einer Schaltstangeneinheit nach dem Stand der Technik, 1 a switching device with a switching rod unit according to the prior art,

2 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung in einer Frontansicht, 2 a schematic diagram of a switching device according to the invention in a front view,

3 einen Ausschnitt der Schaltstange nach 2 im Querschnitt. 3 a section of the shift rod after 2 in cross section.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

In den Figuren ist eine Schaltvorrichtung 1 zu sehen, die Bestandteil eines Zahnräderwechselgetriebes ist. Die Schaltvorrichtung 1 umfasst ein Betätigungselement in Form einer Schaltstange 2, die in eine Verschieberichtung L verschiebbar gelagert ist. Hierzu dient ein Wälzlager 3 in Form eines Linearlagers. Das Wälzlager 3 weist eine Laufhülse 6 auf, die über den Umfang verteilt vier Laufbahnen 7 für Wälzkörper 8 in Form von Kugeln aufweist. Der Umfang der Schaltstange 2 hat korrespondierende Laufbahnen 12 zum Anlauf der Kugeln 8. Die Laufhülse 6 ist in einem Kunststoffgehäuse 5 untergebracht, die einen ortfesten Teil der Wälzlagereinheit 3 darstellt. Die Schaltvorrichtung 1 ermöglicht es, die relative Position zwischen der Schaltstange 2 und dem Gehäuse 5 als ortsfestem Teil des Wälzlagers 3 festzustellen und zwar in einer solchen Weise, dass eine kompakte und steife Bauweise der Vorrichtung sichergestellt wird.In the figures is a switching device 1 to see that is part of a gear change transmission. The switching device 1 includes an actuator in the form of a shift rod 2 , which is mounted displaceably in a direction of displacement L. This purpose is a rolling bearing 3 in the form of a linear bearing. The rolling bearing 3 has a barrel sleeve 6 on, the four tracks distributed over the circumference 7 for rolling elements 8th in the form of spheres. The circumference of the shift rod 2 has corresponding careers 12 to start the balls 8th , The barrel sleeve 6 is in a plastic housing 5 housed, which is a stationary part of the rolling bearing unit 3 represents. The switching device 1 allows the relative position between the shift rod 2 and the housing 5 as a stationary part of the rolling bearing 3 in such a way that a compact and rigid construction of the device is ensured.

Zur Positionsermittlung ist die Vorrichtung mit einer Sensorik 4 ausgestattet. Die Sensorik 4 umfasst einen (Permanent-)Magneten 9 und einen Sensor 10. Bei dem Sensor 10 handelt es sich um einen Sensor auf Hall-Basis oder einen magnetoresistiven Sensor. Hall-Sensoren erzeugen eine Hallspannung im Magnetfeld, abhängig von der Magnetfeldstärke. Magnetoresistive Sensoren verändern ihren Widerstand abhängig von der Magnetfeldrichtung.For determining the position of the device with a sensor 4 fitted. The sensors 4 includes a (permanent) magnet 9 and a sensor 10 , At the sensor 10 it is a Hall-effect sensor or a magnetoresistive sensor. Hall sensors generate a Hall voltage in the magnetic field, depending on the magnetic field strength. Magnetoresistive sensors change their resistance depending on the magnetic field direction.

3 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltstangeneinheit 14 mit einer eine Ausnehmung 11 aufweisenden Schaltstange 2 und einem Magneten 9. Der Magnet 9 ist in der Ausnehmung 11 angeordnet. Zwischen dem Magneten 9 und der Schaltstange ist eine amagnetische Schicht 15 ausgebildet, um den Störeinfluss der ferromagnetischen Schaltstange 2 zu reduzieren. Zusammen mit der amagnetischen Schicht 15 füllt der Magnet 9 die Ausnehmung 11 vollständig aus, so dass die Schaltstange 2 eine kantenlose, radiale Kontur aufweist. Der Sensor 10 ist in Umfangsrichtung gesehen zwischen den Wälzkörperlaufbahnen 12 auf einer Trägerplatte 13 angeordnet. Damit kann er mit der Laufhülse 6 eine kompakte Baueinheit bilden. 3 shows a shift rod unit according to the invention 14 with a recess 11 having shift rod 2 and a magnet 9 , The magnet 9 is in the recess 11 arranged. Between the magnet 9 and the shift rod is an amagnetic layer 15 trained to the interference of the ferromagnetic shift rod 2 to reduce. Together with the non-magnetic layer 15 fills the magnet 9 the recess 11 completely off, leaving the shift rod 2 has an edgeless, radial contour. The sensor 10 is seen in the circumferential direction between the Wälzkörperlaufbahnen 12 on a carrier plate 13 arranged. He can with the barrel sleeve 6 form a compact unit.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Schaltvorrichtungswitching device
22: Schaltstangeshift rod
33: Wälzlagerroller bearing
44: Sensoriksensors
55: Gehäusecasing
66: Laufhülserunning sleeve
77: Laufbahncareer
88th: Wälzkörperrolling elements
99: Magnetmagnet
1010: Sensorsensor
1111: Ausnehmungrecess
1212: Laufbahncareer
1313: Trägerplattesupport plate
1414: SchaltstangeneinheitShift rod unit
1515: amagnetische Schichtnon-magnetic layer
LL: Verschieberichtungdisplacement direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19751519 A1 [0003]
DE 102008052416 A1 [0005]

Claims

Shift rod unit ( 14 ) of a vehicle gear change transmission with an axially directed shift rod ( 2 ) and a magnet ( 9 ) for the position detection of the shift rod unit ( 14 ), characterized in that the shift rod ( 2 ) a recess ( 11 ), in which the magnet ( 9 ) is arranged.

Shift rod unit ( 14 ) according to claim 1, characterized in that the magnet ( 9 ) and in the shift rod ( 2 ) is arranged such that the outer contour of the shift rod unit ( 14 ) at the points where the magnet ( 9 ) and the shift rod ( 2 ), is formed edgeless.

Shift rod unit ( 14 ) according to claim 1, characterized in that the recess ( 11 ) is formed as a blind hole.

Shift rod unit ( 14 ) according to claim 1, characterized in that the recess ( 11 ) is formed as a passage recess.

Shift rod unit ( 14 ) according to claim 1, characterized in that the switching rod ( 2 ) formed as a shift rail and that the recess ( 11 ) is punched in the non-circular shift rail.

Shift rod unit ( 14 ) according to claim 1, characterized in that between the magnet ( 9 ) and the shift rod ( 2 ) an amagnetic layer ( 15 ) is arranged.

Switching device with a sensor ( 10 ) having rolling bearings ( 3 ) and a shift rod assembly ( 14 ) according to claim 1.

Switching device according to claim 7, characterized in that the sensor ( 10 ) at the same axial height, but laterally to the running surfaces ( 12 ) for the rolling elements ( 8th ) is arranged offset.