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Die Erfindung bezieht sich auf eine in einem Getriebe eines Kraftfahrzeuges anordbare Schaltmuffe.
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Eine gattungsgemäße Schaltmuffe ist aus der
DE 10 2006 023 554 A1 bekannt. In der Druckschrift wird vorgeschlagen, eine an einer Schaltmuffe außenumfänglich angeordnete Schaltmuffen-Außenverzahnung gleichzeitig zum Bereitstellen einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Schaltmuffe und einem Getrieberitzel und zum Erzeugen eines Sensorsignals zu verwenden. Die Schaltmuffen-Außenverzahnung gelangt dabei mit einer Getrieberitzel-Schaltverzahnung mit radial nach innen weisenden Zähnen in Eingriff. Die als Sensierbereich fungierende außenumfängliche Schaltmuffenverzahnung muss so ausgelegt werden, dass sowohl der Drehzahlabgriff als auch eine Schaltbarkeit gewährleistet sind. Die Form und Ausgestaltung der Zähne stellt dabei einen Kompromiss dar.
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Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine zum Erfassen einer Drehzahl in einem Getriebe geeignete Schaltmuffe zu schaffen, bei welcher eine Form und eine Ausgestaltung des Sensierbereichs frei wählbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Diese können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit der Zeichnung, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Vorgesehen ist demgemäß eine Schaltmuffe, anordbar in einem Getriebe eines Kraftfahrzeuges, wobei die Schaltmuffe aufweist:
- – eine an der Schaltmuffe angeordnete Schaltmuffen-Innenverzahnung, und
- – mindestens einen an der Schaltmuffe angeordneten Sensierbereich, welcher dazu ausgestaltet ist, von einem radial versetzt zur Schaltmuffe angeordneten Drehzahlsensor sensiert zu werden.
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Die Innenverzahnung der Schaltmuffe kann durch axiale Verschiebung der Schaltmuffe in Eingriff mit einer Getrieberitzel-Schaltverzahnurig gebracht werden. Der Sensierbereich kann durch eine von einem Drehzahlsensor messbare örtliche Abweichung der Materialeigenschaften der Schaltmuffe gebildet sein. Der Sensierbereich ist so angeordnet, dass der Drehzahlsensor eine Vorbeibewegung des Sensierbereichs detektieren kann. Der Sensierbereich kann also außenumfänglich oder auch an in axiale Richtung weisenden Stirnseiten der Schaltmuffe implementiert sein. Bei der aus der
DE 10 2006 023 554 A1 bekannten Schaltmuffe sind die Anzahl und Beabstandung der Sensierbereiche durch die gleichzeitige Nutzung als Schaltmuffen-Außenverzahnung begrenzt. Indem eine Schaltmuffen-Innenverzahnung vorgesehen wird, welche durch axiale Verschiebung der Schaltmuffe in Eingriff mit einer Getrieberitzel-Schaltverzahnung gebracht werden kann, ist es möglich, den Sensierbereich so auszulegen, dass er ein für den Anwendungsfall geeignetes Signal abgibt. Der Sensierbereich ist also separat von der Schaltmuffen-Innenverzahnung angeordnet. Die Schaltmuffen-Innenverzahung dient nur zur Erreichung eines Formschlusses zwischen mindestens einer Getrieberitzel-Schaltverzahung und der Schaltmuffe.
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Die Drehzahl kann somit an der Schaltmuffe abgegriffen werden, welche ohnehin vorhanden ist. Durch das Vorsehen eines Sensierbereichs kann eine Sensoranordnung zum Erfassen einer Drehzahl einer Getriebewelle geschaffen werden, welche in axialer Richtung nicht mehr Bauraum einnimmt als ein herkömmliches Getriebe ohne Drehzahlerfassung, da keine zusätzlichen Teile erforderlich sind. Zudem kann eine Sensoraordnung gebildet werden, welche einen ausreichenden Auslegungs-Freiheitsgrad aufweist, bezogen auf die Anzahl und Positionierung der Sensierbereiche. Zur Erhöhung der Auflösung können mehrere Sensierbereiche vorgesehen sein.
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Entsprechend einer Ausführungsform ist der Sensierbereich aus in einer Schicht eingebetteten sensierbaren Elementen gebildet.
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Die Schicht kann aus einem Elastomer- bzw. Kautschuk-Material gebildet sein. Die Schicht kann aufgeschrumpft oder aufvulkanisiert werden. In das Material der Schicht können metallische, insbesondere ferritische Elemente eingebettet sein, welche bei einer Vorbeibewegung an einem Drehzahlsensor eine Änderung eines elektrischen Stromes, einer Spannung oder eines Widerstandes bewirken.
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Entsprechend einer Ausführung ist der Sensierbereich aus mindestens einem Zahn einer Sensor-Verzahnung gebildet.
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Eine an einem geeigneten Sensor vorbeibewegte Sensor-Verzahnung erzeugt ein Signal, welches mit einfachen Mitteln und damit kostengünstig in eine Drehzahl umgerechnet werden kann. Eine Anzahl an Zähnen an der Sensor-Verzahnung kann frei bestimmt werden. Weiterhin kann auch eine Form der Zähne auf die Anforderungen für den Drehzahlsensor ausgelegt werden. Auf diese Weise wird eine Schaltmuffe geschaffen, der man die Eignung für eine Drehzahlsensierung ansieht. Ein in der Fertigung beschäftigter Monteur kann die für eine Drehzahlsensierung vorgesehenen Schaltmuffen somit identifizieren. In dieser Ausführungsform kann als Drehzahlsensor beispielsweise ein auf dem Hall-Effekt basierender Sensor verwendet werden.
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Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung ist der Sensierbereich aus einem magnetisierten Bereich gebildet.
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Der magnetisierte Bereich kann einstückig an der Schaltmuffe vorgesehen sein und durch Magnetisierung der Schaltmuffe implementiert sein. Die Magnetisierung kann beispielsweise erzeugt werden, indem die Schaltmuffe in einem erwärmten Zustand einem Magnetfeld ausgesetzt wird.
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Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung weist die Schalmuffe eine Mitnehmernut und beiderseits der Mitnehmernut zwei Sensierbereiche auf. In die Mitnehmernut kann eine Schaltgabel eingreifen, wodurch die axiale Verschiebbarkeit der Schaltmuffe auch im Betrieb bei rotierenden Bauteilen ermöglicht wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist die Schaltmuffe außenumfänglich eine von einer Nut einer Schaltgabel axial umgreifbare Sensor-Verzahnung auf.
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Entsprechend einer Ausführung ist der Drehzahlsensor ein auf dem anisotropen magnetoresistiven Effekt basierender Sensor.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor ein auf dem Hall-Effekt basierender Sensor.
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Dadurch kann die Drehzahl der Getriebewelle berührungslos erfasst werden. Dadurch kann eine verschleiß- und reibungsfreie Drehzahlerfassung bereitgestellt werden.
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Zwischen der Schaltmuffe und den Getrieberitzeln kann ein Synchronisationsring angeordnet werden, welcher dazu ausgestaltet sein kann, bei Annäherung der Schaltmuffe an die Getrieberitzel-Schaltverzahnung eine Drehzahl der Getriebewelle an eine Drehzahl des Getrieberitzels anzugleichen.
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Durch die Verwendung einer Schaltmuffen-Innenverzahnung wird mit einfachen Mitteln eine Synchronisation der dem Getrieberitzel zugeordneten Gangstufe erreicht. Damit ist ein ruckfreies und geräuscharmes Einlegen der Gangstufe möglich.
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Vorzugsweise sind der Sensierbereich und der Drehzahlsensor so ausgestaltet, dass die Drehzahl auch abgreifbar ist, wenn sich die Schaltmuffe in einer Neutralstellung befindet. In der Neutralstellung befindet sich die Schaltmuffen-Innenverzahnung nicht in Eingriff mit einer der beiden Getrieberitzel. In der Neutralstellung sind die Getrieberitzel dadurch gegenüber der Getriebewelle drehbar.
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In einer Ausgestaltung ist zwischen axial beabstandeten Sensierbereichen eine Mitnehmernut angeordnet, an der eine Schaltgabel angeordnet werden kann. In einer alternativen Ausgestaltung ist in der Schalgabel eine Nut angeordnet, welche einen an der Schaltmuffe angeordneten Sensorring in axialer Richtung formschlüssig umgreift. Mit der Schaltgabel kann die Schaltmuffe axial bewegt werden, um sie in Eingriff mit einer der beiden Getrieberitzel-Schaltverzahnungen zu bringen oder die Schaltmuffe zwischen den Getrieberitzel-Schaltverzahnungen in eine Neutralstellung zu bewegen.
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Die Sensoranordnung kann in einem Getriebe eines Kraftfahrzeuges verwendet werden, wobei das Getriebe eine Getriebewelle aufweisen kann, auf welcher die Schaltmuffe angeordnet ist, wobei es sich bei der Getriebewelle um eine Vorgelegewelle handeln kann, welche mit einem Differential gekoppelt ist.
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Das Differential verteilt das Drehmoment auf mindestens zwei angetriebene Räder. Die Vorgelegewelle dreht sich stets mit dem Differential mit, auch wenn gar kein Gang eingelegt ist. Durch Erfassen der Drehzahl der Vorgelegewelle kann somit eine Geschwindigkeit errechnet werden.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1: in einer schematischen Darstellung einen Grundriss eines Kraftfahrzeuges mit einem Motor und einem Getriebe,
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2: einen Schnitt durch einen Teil des Getriebes mit einer Schaltmuffe und mit einem Sensor,
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3: aus einer seitlichen Perspektive einen Teil einer Schaltmuffe mit einer daran angeordneten Verzahnung,
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4 aus einer seitlichen Perspektive einen Teil einer Schaltmuffe mit magnetisierten Sensierbereichen,
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5: aus einer seitlichen Perspektive einen Teil einer Schaltmuffe mit einer Schicht mit eingebetteten Elementen,
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6a: schematisch eine Sensoranordnung mit einer Schaltmuffe in einer Neutralstellung mit einem vom Drehzahlsensor erzeugten Magnetfeld,
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6b schematisch die Schaltmuffe in einer axial versetzten Lage, wie sie sich bei Einlegen einer Gangstufe einstellt, mit dem vom Drehzahlsensor erzeugten Magnetfeld,
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6c: schematisch die Schaltmuffe in einer weiteren axial versetzten Lage, wie sie sich bei Einlegen einer Gangstufe einstellt, mit dem vom Sensor erzeugten Magnetfeld, und
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7: schematisch in eine Schaltmuffe mit einer Sensor-Verzahnung, welche von einem U-förmigen Schaltgabelabschnitt umgriffen ist und damit gleichzeitig sowohl eine formschlüssige Verbindung zwischen der Schaltgabel und der Schaltmuffe herstellt als auch als Sensor-Verzahnung fungiert.
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In den Figuren sind gleiche oder funktional gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Grundriss eines Kraftfahrzeuges 1 mit einem Motor 2 und einem Getriebe 3. Der Motor 2 dreht sich im Betrieb mit einer variablen Drehzahl nM und einem variablen Motordrehmoment MM. Das Getriebe 3 ist dazu ausgestaltet, die Drehzahl nM in eine Getriebedrehzahl nG umzuwandeln. Dabei wandelt es auch das Motordrehmoment MM in ein Getriebedrehmoment MG um. Über ein Differential 4 wird das Getriebedrehmoment MG aufgeteilt in Antriebsdrehmomente MA. Die Antriebsdrehmomente MA treiben die Räder 5 an. Das Kraftfahrzeug 1 fährt mit einer variablen Geschwindigkeit v. Über den Radius rA der Räder 5 und einem Übersetzungsverhältnis iDiff am Differential lässt sich die Geschwindigkeit v bei bekannter Getriebedrehzahl nG bestimmen.
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2 zeigt schematisch eine Sensoranordnung zur Ermittlung der Drehzahl nG an einem Abschnitt des Getriebes 2. Das Getriebe 2 weist eine um eine Drehachse 20 rotierbar gelagerte Getriebewelle 6 auf, bei der es sich um eine Vorgelegewelle handeln kann. Auf der Getriebewelle 6 sind am erstes Getrieberitzel 7 und am zweites Getrieberitzel 8 über Wälzlager 9 drehbar gelagert. Achsparallel zu den Getrieberitzeln 7 und 8 ist eine Schaltmuffe 10 angeordnet, welche verdrehfest mit der Getriebewelle 6 gekoppelt ist. Die Getrieberitzel 7 und 8 weisen der Schaltmuffe 10 zugewandte Getrieberitzel-Schaltverzahnungen 12 auf. In der in 2 dargestellten Lage befindet sich die Schaltmuffe 10 in einer Neutralstellung N. Die Schaltmuffe 10 weist eine Schaltmuffen-Innenverzahnung 11 auf, welche dazu ausgestaltet ist, mit einer der beiden Getrieberitzel-Schaltverzahnungen 12 in Eingriff gebracht zu werden. Dadurch wird das entsprechende Getrieberitzel 7 oder 8 verdrehfest mit der Getriebewelle 6 gekoppelt und eine dem Getrieberitzel 7 oder 8 zugeordnete Gangstufe mit einem Übersetzungsverhältnis iG (siehe 1) geschaltet. Zwischen der Schaltmuffe 10 und den Getrieberitzeln 7 bzw. 8 sind Synchronisationsringe 13 angeordnet. Über die Synchronisationsringe 13 wird die Drehzahl nR des entsprechenden Getrieberitzels 7, 8 bei Annäherung der Schaltmuffe 10 an die Getrieberitzel-Schaltverzahnung 12 an eine Drehzahl nG der Getriebewelle 6 angeglichen.
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Die Schaltmuffe 10 weist ferner eine Mitnehmernut 14 auf, welche dazu ausgestaltet ist, von einer nicht dargestellten Schaltgabel umgriffen zu werden, wobei die Schaltmuffe 10 gegenüber der Schaltgabel drehbar ist. Über die Schaltgabel kann die Schaltmuffe 10 axial verschoben werden. Dadurch ist ein Schalten der Schaltmuffe 10 auch dann möglich, wenn das Getriebe 2 in Betrieb ist und sich die Bauteile des Getriebes 2 drehen. Die Schaltgabel umgreift die Schaltmuffe 10 nur teilweise an ihrem Umfang. An einem verbleibenden Freiraum ist ein Drehzahlsensor 15 in der unmittelbaren Nähe der Schaltmuffe 10 angeordnet. Der Drehzahlsensor 15 ist fluiddicht in einem Gehäuseabschnitt 16 des Getriebes 2 angeordnet. Der Drehzahlsensor 15 ist dazu ausgestaltet, einen an der Schaltmuffe 10 angeordneten Sensierbereich 17 zu detektieren. Die Schaltmuffe 10 weist angrenzend an die Mitnehmernut 14 mindestens zwei Sensierbereiche 10 auf. Zur Erhöhung der Auflösung können mehrere Sensierbereiche 17 am Umfang verteilt werden. Die Sensierbereiche 17 sind in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel als umfängliche Sensor-Verzahnungen 24 ausgestaltet.
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Der Sensierbereich 17 kann als örtliche Inhomogenität des Schaltmuffenmaterials gebildet sein. Beispielsweise kann die Inhomogenität durch mindestens einen Zahn 18 (siehe 3), durch magnetisierte Bereiche 19 (siehe 4) oder durch eingebettete Elemente 21 (siehe 5) gebildet sein. Der Drehzahlsensor 15 kann als Hall-Effekt Sensor bzw. als ein auf dem anisotropen magnetoresistiven Effekt basierender Sensor ausgestaltet sein.
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3 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teil einer Schaltmuffe 10 mit außenumfänglich angeordneten Zähnen 18. Jeder Zahn 18 bewirkt eins Änderung eines Magnetfeldes 23 in dem Drehzahlsensor 15.
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4 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teil einer Schalmuffe 10 mit magnetisierten Bereichen 19. Die magnetisierten Bereiche 19 können als separate aufgeklebte oder eingesteckte Einsätze ausgestaltet sein.
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5 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Teil einer Schaltmuffe 10 mit einer Schicht 22. Die Schicht kann aus einem Kautschuk- oder Elastomermaterial gebildet sein. In die Schicht 22 können metallische bzw. magnetische Elemente 21. Der Drehzahlsensor 15 kann dazu ausgestaltet sein, ein eingebettetes Element 21 zu detektieren. Die Schicht 22 kann aus einem die Schaltmuffe 10 umgebenden Ring gebildet sein, welcher auf die Schaltmuffe 10 aufvulkanisiert oder aufgeschrumpft werden kann.
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Die 6a bis 6c zeigen die Schaltmuffe 10 in drei axial versetzen Schaltstellungen. 6a zeigt die Ausrichtung zwischen der Schaltmuffe 10 und dem Drehzahlsensor 15 in einer Neutralstellung N. Die Sensierbereiche 17 sind auch in der Neurtralstellung N ausreichend nahe an dem Drehzahlsensor 15, um eine Änderung der Magnetfeldlinien 23 zu bewirken. Auf diese Weise kann die Drehzahl der Getriebewelle auch erfasst werden, wenn einer der beiden den Getrieberitzeln 7 oder 8 zugeordneten Gangstufen nicht eingelegt sind (siehe 2). Da sich die Schaltmuffe stets mit der Getriebewelle mitdreht, kann aus dem Signal am Drehzahlsensor 15 die Fahrzeuggeschwindigkeit v ermittelt werden (siehe 1). In 6b ist eine Lage der Schaltmuffe 10 dargestellt, in der sie sich ihre Schaltmuffen-Innenverzahnung 11 in Eingriff mit dem zweiten Getrieberitzel 8 befindet (siehe 2). In 6c ist die Lage dargestellt, in der sich die Schaltmuffen-Innenverzahnung 11 in Eingriff mit dem ersten Getrieberitzel befindet. In jeder dieser Lagen kann die Drehzahl der Schaltmuffe 10 von dem Drehzahlsensor 15 detektiert werden. Die Magnetfeldlinien 23 könnten auch von den Sensierbereichen 17 ausgehen.
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7 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Schaltmuffe 10. Die Schaltmuffe 10 weist einen zentral angeordneten Sensorverzahnung 24 auf, welcher sowohl ein Signal für den Drehzahlsensor 15 erzeugt als in axialer Richtung einen Formschluss mit einer Schaltgabel 25 bereitstellt. Die Schaltgabel 25 weist eine U-förmige Nut 26 auf, welche die Sensor-Verzahnung 17 umgreift. Ebenso wie in den 6a bis 6c dargestellt sind der Drehzahlsensor 15 und die Sensor-Verzahnung 17 auch in dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel so gestaltet, dass sowohl bei eingelegten Gangstufen als auch in einer Neutralstellung die Drehzahl nG abgreifbar ist.
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Gleichwohl in der vorangegangenen Beschreibung einige mögliche Ausführungen der Erfindung offenbart wurden, versteht es sich, dass zahlreiche weitere Varianten von Ausführungen durch Kombinationsmöglichkeiten aller genannten und ferner aller dem Fachmann naheliegenden technischen Merkmale und Ausführungsformen existieren. Es versteht sich ferner, dass die Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele zu verstehen sind, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit und die Konfiguration in keiner Weise beschränken. Vielmehr möchte die vorangegangene Beschreibung dem Fachmann einen geeigneten Weg aufzeigen, um zumindest eine beispielhafte Ausführungsform zu realisieren. Es versteht sich, dass bei einer beispielhaften Ausführungsform zahlreiche Änderungen bezüglich Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den in den Ansprüchen offenbarten Schutzbereich und dessen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Motor
- 3
- Getriebe
- 4
- Differential
- 5
- Rad
- 6
- Getriebewelle
- 7
- erstes Getrieberitzel
- 8
- zweites Getrieberitzel
- 9
- Wälzlager
- 10
- Schaltmuffe
- 11
- Schaltmuffen-Innenverzahnung
- 12
- Getrieberitzel-Schaltverzahnung
- 13
- Synchronisationsring
- 14
- Mitnehmernut
- 15
- Drehzahlsensor
- 16
- Gehäuseabschnitt
- 17
- Sensierbereich
- 18
- Zahn
- 19
- magnetisierter Bereich
- 20
- Drehachse
- 21
- Eingebettetes Element
- 22
- Schicht
- 23
- Magnetfeldlinien
- 24
- Sensorverzahnung
- 25
- Schaltgabel
- 26
- Nut
- iG
- Übersetzungsverhältnis am Getriebe (wählbar)
- iDiff
- Übersetzungsverhältnis des Differentials
- N
- Neutralstellung
- nM
- Motordrehzahl
- nG
- Drehzahl der Getriebewelle
- MA
- Antriebsmoment an den Rädern
- v
- Geschwindigkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006023554 A1 [0002, 0006]
