DE102013214358A1

DE102013214358A1 - Messvorrichtung für ein manuelles Schaltgetriebe

Info

Publication number: DE102013214358A1
Application number: DE102013214358.3A
Authority: DE
Inventors: Moritz Reichel; Thomas Nehmeyer; Lasse Ibert
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-24
Also published as: DE102013214358B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung (2) für ein manuelles Schaltgetriebe (4) zum Erfassen der Position einer Rastierhülse (10) relativ zu einem Gehäuse (6) umfassend eine Sensoranordnung (14) und ein Sensortarget (16), wobei die Sensoranordnung (14) einen induktiven Sensor (18) umfasst, mittels dessen eine Erfassung eines Abstandes zwischen dem induktiven Sensor (18) und dem Sensortarget (16) erfolgt, und wobei das Sensortarget (16) aus einem leitenden Material gefertigt ist, wobei die Form des Sensortargets (16) derart gestaltet ist, dass der Abstand zwischen dem induktiven Sensor (18) und dem Sensortarget (16) in Abhängigkeit der Position der Rastierhülse (10) relativ zum Gehäuse (6) variiert.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für ein manuelles Schaltgetriebe zum Erfassen der Position einer Rastierhülse relativ zu einem Gehäuse umfassend eine Sensoranordnung und ein Sensortarget.
Hintergrund der Erfindung
In Kraftfahrzeugen kommen heutzutage in der Regel Getriebesysteme zum Einsatz, die zumindest eine Vorrichtung zur einfachen Gangerkennung aufweisen. Gerade im Falle von manuellen Schaltgetrieben erfolgt dabei häufig lediglich eine Differenzierung zwischen Vorwärtsgang, Neutralgang und Rückwärtsgang und dementsprechend werden die durch die Gangerkennung zur Verfügung stehenden Informationen lediglich genutzt, um beispielsweise eine Rückfahrleuchte zu aktivieren, solange der Rückwärtseingang eingelegt ist, oder um einen Schutzmechanismus zu realisieren, der zur Vermeidung einer Fehlbedienung und infolgedessen einer Beschädigung des Getriebes dient.
Die mittels einer Gangerkennung generierbaren Informationen lassen sich jedoch prinzipiell auch als Datenbasis für Fahrassistenzsysteme, wie beispielsweise Berganfahrhilfen, oder aber als Infomationsbasis für Techniken zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und des Schadstoffausstoßes, wie beispielsweise sogenannte Start-Stopp-Systeme, nutzen. Hierfür ist es allerdings vorteilhaft und mitunter sogar notwendig auch zwischen verschiedenen Vorwärtsgängen differenzieren zu können.
Gleichzeitig ist es aber auch wünschenswert, dass die Vorrichtung zur Gangerkennung möglichst einfach gestaltet ist und somit kostengünstig hergestellt werden kann. Zudem ist eine hohe Robustheit erwünscht, so dass die Vorrichtung eine möglichst hohe Lebenserwartung vorweisen kann.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Messvorrichtung insbesondere für ein manuelles Schaltgetriebe anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.
Die Messvorrichtung ist dabei insbesondere für ein manuelles Schaltgetriebe ausgelegt und dient zum Erfassen der Position einer Schaltwelle relativ zu einem Gehäuse. Hierzu umfasst die Messvorrichtung eine Sensoranordnung und ein Sensortarget, wobei die Sensoranordnung ihrerseits einen induktiven Sensor umfasst, mittels dessen eine Erfassung eines Abstandes zwischen dem Sensor und dem Sensortarget erfolgt. Ergänzend ist das Sensortarget aus einem magnetisch und/oder elektrisch leitenden Material gefertigt, dessen Form derart gestaltet ist, dass der Abstand zwischen dem Sensor und Sensortarget in Abhängigkeit der Position der Schaltwelle relativ zum Gehäuse variiert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Rastierhülse, die fest, drehfest oder axial fest mit der Schaltwelle verbunden ist, beschrieben. Hierbei ist das Schaltgetriebe zweckmäßigerweise so ausgestaltet, dass sich die Rastierhülse bei einer Schaltbewegung, bei der auch eine Schaltwelle bewegt wird, mit der Schaltwelle mitbewegt, so dass die verschiedenen Gänge des Schaltgetriebes, also vorzugsweise der Rückwärtsgang, der Neutralgang und die verschiedenen Vorwärtsgänge, jeweils verschiedene Positionen der Rastierhülse bedingen. Dementsprechend ist jedem Gang eine Position der Rastierhülse zugeordnet und somit erfolgt durch das Erfassen der Position der Rastierhülse mittels der Messvorrichtung auch eine Gangerkennung.
Durch die Messvorrichtung ist dabei bevorzugt nicht nur eine einfache Gangerkennung ermöglicht, bei der der aktuell eingelegte Gang erkannt wird, sondern darüber hinaus erlaubt die Messvorrichtung auch eine Überwachung der Schaltvorgänge, also der Vorgänge während des Wechsels zwischen zwei Gängen. Mit Hilfe der Messvorrichtung lassen sich somit auch Informationen ermitteln, die über eine einfache Gangerkennung hinausgehen, so dass beispielsweise auch fahrerspezifische Verhaltensweisen, wie Bewegungspausen oder das Überspringen eines Ganges während eines Beschleunigungsvorganges, miterfasst werden können.
Zudem stehen bei dieser Messvorrichtung die Informationen zum aktuell eingelegten Gang des manuellen Handschaltgetriebes im entsprechenden Fahrzeug prinzipiell sowohl während des laufenden Fahrbetriebs als auch im Stillstand, also beispielsweise auch direkt nach dem Einschalten der Zündung, zur Verfügung. Die mittels der Messvorrichtung ermittelten Informationen werden weiter bevorzugt in einer Auswerteeinheit der Messvorrichtung ausgewertet und stehen dann, auch parallel, für verschiedene Fahrzeugfunktionen wie beispielsweise Start-Stopp-Funktionen oder für das sogenannte Segeln zur Verfügung.
Darüber hinaus ist die Messvorrichtung insbesondere bezüglich der Konstruktion relativ einfach gehalten, so dass sich diese mit überschaubarem technischen Aufwand und überschaubarem Kostenaufwand fertigen lässt. So ist das Sensortarget gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante als einfaches Metallblech gestaltet, welches durch Umformung nachbearbeitet wird und nachfolgend beispielsweise durch Verkleben, Vernieten oder Verschrauben mit der Rastierhülse verbunden wird.
Die hier vorgestellte Messvorrichtung weist außerdem eine recht hohe Lebenserwartung auf. Als das die Lebenserwartung bestimmende Bauteil ist dabei vorrangig der Sensor, also der induktive Sensor, anzusehen, der bevorzugt als einfacher induktiver Näherungssensor nach an sich bekanntem Prinzip ausgestaltet ist. Dieser Sensortyp wird in vielen industriellen Bereichen bereits eingesetzt und zeichnet sich durch eine lange Lebensdauer und eine hohe Robustheit aus. Zudem sind Sensoren dieses Sensortyps in den verschiedensten Ausführungsformen bereits erhältlich, so dass für die Messvorrichtung nicht zwingend ein speziell angepasster Sensor konstruiert und entwickelt werden muss. Stattdessen kann auf verfügbare und geeignet gestaltete kommerzielle Sensorausführungen zurückgegriffen werden.
In Frage kommende induktive Näherungssensoren sind dabei typischerweise zur Messung, oder genauer zur Bestimmung, von Abständen im Millimeterbereich ausgelegt und es lassen sich mit diesen auch Abstandsänderungen kleiner 1 mm detektieren. Die Abstandsermittelung oder die Detektierung von Abstandsänderungen erfolgt hierbei meist mit Hilfe eines Schwingkreises, der eine Magnetspule zur Ausendung eines hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes umfasst. Dieses elektromagnetische Wechselfeld lässt sich durch Einbringung eines Objektes aus einem magnetisch oder elektrisch leitendem Material beeinflussen, was wiederum zur Beeinflussung der Impedanz der Magnetspule und somit zur Beeinflussung des Schwingkreises führt. Die Stärke der Beeinflussung hängt dabei vom Abstand zwischen dem Objekt und der Magnetspule ab und lässt sich auf verschiedene Arten messtechnisch erfassen. Verbreitet sind vor allem Sensorausführungen, bei denen die Schwingungsamplitude des Schwingkreises oder dessen Stromaufnahme messtechnisch erfasst wird. Anhand dieser Informationen wird dann auf die entsprechenden Abstandswerte geschlossen.
Bei der Gangerkennung mit Hilfe der hier vorgestellten Messvorrichtung wird, wie zuvor erwähnt, der Umstand ausgenutzt, dass das Schaltgetriebe zweckmäßigerweise so gestaltet ist, dass verschiedenen Positionen der Rastierhülse verschiedene Getriebegänge zugeordnet werden können und zugeordnet sind. Dabei sitzt die Rastierhülse typischerweise auf einer Schaltwelle und ist mit dieser fest verbunden, wodurch die Rastierhülse bei jedem Schaltvorgang mit der Schaltwelle mit bewegt wird. Die Schaltwelle ist ihrerseits zweckdienlicherweise relativ zum Gehäuse einerseits axial verschiebbar und andererseits drehbar gelagert, so dass durch ein Verschieben und/oder ein Drehen der Schaltwelle ein Gang geschaltet oder zwischen zwei Gängen gewechselt werden kann. Die Schaltwelle ist zudem zweckdienlicherweise durch einen Durchgang im Gehäuse durchgeführt und bevorzugt sind im Bereich dieses Durchgangs die Sensoranordnung und das Sensortarget positioniert. Dabei ist die Sensoranordnung fest mit dem Gehäuse und das Sensortarget fest mit der Rastierhülse verbunden, so dass sich das Sensortarget gemeinsam mit der Rastierhülse relativ zum Gehäuse und somit zur Sensoranordnung bewegt. Bei dem Gehäuse handelt es sich insbesondere um das sogenannte Getriebegehäuse und dementsprechend sind die Sensoranordnung und das Sensortarget im Bereich des sogenannten Schaltdoms positioniert. Mit dieser Schaltwelle werden dann die Schaltbewegungen, die ein Bediener mit einem Handwahlhebel im Fahrgastraum ausführt, an die eigentliche Getriebeeinheit im Getriebegehäuse übertragen, wobei beispielsweise mittels eines an der Schaltwelle montierten Schaltfingers eine Schaltgabel betätigt wird, die ihrerseits in eine sogenannte Schiebemuffe eingreift. Durch das Verschieben der Schiebemuffe wird schließlich im Getriebegehäuse eine Zahnradpaarung zwischen den Antriebs- und den Abtriebsstrang geschaltet und somit als aktive Zahnradpaarung festgelegt.
Vorteilhaft ist es weiter für unterschiedliche Schaltgetriebeausführungen verschiedene und insbesondere individuell angepasste Ausführungen der Messvorrichtung vorzusehen. Einer bevorzugten Ausgestaltung der Messvorrichtung entsprechend umfasst die Sensoranordnung zumindest zwei induktive Sensoren, wobei zweckmäßigerweise zwei identisch aufgebaute induktive Sensoren zum Einsatz kommen, die räumlich voneinander getrennt angeordnet sind und somit an zwei verschiedenen Sensorpositionen einen Abstand zwischen dem Sensortarget und dem jeweiligen Sensor erfassen. Durch die Nutzung mehrerer Sensoren werden zusätzliche Freiheiten und Möglichkeiten bei der Umsetzung der Erfassung der Position der Rastierhülse relativ zum Gehäuse geschaffen. Im Falle des zuvor genannten manuellen Schaltgetriebes, wird die Schaltwelle und mit ihr die Rastierhülse entlang einer Rotationsachse verschoben und/oder um die Rotationsachse gedreht. Dementsprechend sind die verschiedenen Positionen der Rastierhülse, die mittels der Messvorrichtung zu erfassen sind und die den verschiedenen Gängen eindeutig zugeordnet sind, durch verschiedene Hub-Positionen entlang der Rotationsachse einerseits und verschiedene Winkel-Positionen der Rastierhülse bezogen auf die Rotationsachse andererseits gegeben. Weist die Sensoranordnung nun beispielsweise zwei induktive Sensoren auf, so lässt sich einer der beiden Sensoren nutzen, um die Hub-Position zu erfassen, während der andere Sensor genutzt wird, um die Winkel-Position zu erfassen.
Vorteilhaft ist dabei insbesondere eine Sensoranordnung mit genau zwei Sensoren, welche in einer Ebene quer zur Rotationsachse der Rastierhülse positioniert sind und welche symmetrisch zu dieser Rotationsachse angeordnet sind. Dabei stellt die Nutzung von genau zwei Sensoren eine Art vorteilhafter Kompromiss dar, denn durch den Einsatz zusätzlicher Sensoren werden zwar zusätzliche Möglichkeiten zur Datenerfassung geschaffen, allerdings steigt mit zunehmender Anzahl von Sensoren auch die Komplexität des Systems und der Kostenaufwand für die Herstellung entsprechend ausgestatteter Messvorrichtungen. Die Anordnung der beiden Sensoren in einer Ebene quer zur Rotationssachse der Schaltwelle und damit auch der Rastierhülse hat sich hierbei als sehr zweckmäßig erwiesen, wobei die beiden Sensoren bevorzugt in einem Abstand zu einander angeordnet werden, der kleiner ist als Durchmesser der Schaltwelle ist, auf der die Rastierhülse sitzt.
Desweiteren ist eine Ausgestaltung der Messvorrichtung von Vorteil, bei der die Sensoranordnung eine Auswerteeinheit umfasst, welche derart eingerichtet ist, dass eine Bestimmung der Hub-Position der Rastierhülse relativ zum Gehäuse durch Auswertung der Messdaten nur eines Sensors erfolgt. Hierdurch ist eine besonders einfache Auswertung ermöglicht, so dass infolgedessen auch die Auswerteeinheit relativ einfach ausgeführt sein kann. Alternativ ist die Auswerteeinheit derart eingerichtet, dass eine Bestimmung der Hub-Position der Rastierhülse relativ zum Gehäuse durch Auswertung der Messdaten mehrerer Sensoren erfolgt, wobei hierzu bevorzugt aus den Messdaten dieser Sensoren eine Wertesumme gebildet wird. Beide Ausführungsvarianten stellen dabei einen interessanten Sonderfall dar, wenn beispielsweise zwei Sensoren eingesetzt werden, die prinzipiell jeweils zur Erfassung der Hub-Position geeignet sind. Im Falle der erstgenannten Ausführungsvariante der Auswerteeinheit erfolgt in diesem Fall die Auswertung der Messdaten eines der beiden Sensoren, während die Messdaten des anderen Sensors bei der Bestimmung der Hub-Position nicht ausgewertet und somit ignoriert werden. Im Falle der zweiten Ausführung der Auswerteeinheit werden hingegen die Messdaten beider Sensoren ausgewertet, wobei hierzu aus den Messdaten eine Wertesumme gebildet wird, indem beispielsweise zwei messtechnisch erfasste Amplitudenwerte addiert werden. Wirkt sich hierbei nun eine Änderung der Hub-Position der Rastierhülse in etwa gleichermaßen auf die jeweils mit einem der beiden induktiven Sensoren gemessenen Amplituden aus, so bedingt dies eine Änderung der Wertesumme, die in etwa dem Zweifachen der Änderung eines der erfassten Amplitudenwerte entspricht, die mit einem der beiden induktiven Sensoren messtechnisch erfasst wird. Auf diese Weise wird quasi eine Art Signalverstärkung erreicht, wodurch sich auch kleinere Änderungen leichter detektieren lassen.
Von Vorteil ist darüber hinaus eine Ausführung der Auswerteeinheit und somit der Messvorrichtung, bei der die Auswerteeinheit derart eingerichtet ist, dass eine Bestimmung der Winkel-Position der Schaltwelle und somit der Rastierhülse relativ zum Gehäuse durch Auswertung der Messdaten mehrerer Sensoren erfolgt, wobei hierzu aus den Messdaten der Sensoren eine Wertedifferenz gebildet wird. Werden also gemäß dem zuvor genannten Beispiel mit zwei induktiven Sensoren jeweils Amplituden messtechnisch erfasst, so erfolgt eine Auswertung derart, dass eine Differenz aus den Amplitudenwerten der beiden Sensoren gebildet wird, wobei deren Wert mit der Winkel-Position verknüpft ist, so dass aus dem Wert der Differenz die Winkel-Position der Rastierhülse abgeleitet werden kann.
Da die Sensoranordnung und das Sensortarget in der Messvorrichtung zusammenwirken, sind die Sensoranordnung und das Sensortarget, also insbesondere die Form des Sensortargets, aufeinander abgestimmt. Bevorzugt ist das Sensortarget dabei derart gestaltet, dass dessen Ausdehnung in Richtung einer Oberflächennormalen des Sensortargets in Richtung der Rotationsachse der Schaltwelle und somit der Rastierhülse variiert. In vorteilhafter Weiterbildung nimmt die Ausdehnung des Sensortargets dabei in Richtung der Oberflächennormalen in Richtung der Rotationsachse linear zu. Insbesondere in diesem Fall sind die Sensoren der Sensoranordnung bevorzugt derart ausgerichtet, dass eine Abstandsmessung zwischen den Sensoren und dem Sensortarget in oder entgegen der Richtung der Oberflächennormalen erfolgt, so dass sich der erfasste Abstand zwischen dem jeweiligen Sensor und dem Sensortarget bei einer Bewegung der Schaltwelle und somit der Rastierhülse in Richtung der Rotationsachse ändert. Somit ist der erfasste Abstand direkt mit der Hub-Position der Schaltwelle bzw. der Rastierhülse verknüpft.
Darüber hinaus ist das Sensortarget bevorzugt derart gestaltet, dass dessen Form in einer Querschnittsebene quer zur Rotationsachse der Rastierhülse betrachtet mehrere Formabschnitte aufweist. Auch hier sind die Sensoren der Sensoranordnung bevorzugt zur Abstandsmessung in oder entgegen der Richtung der Oberflächennormalen angeordnet und durch eine Rotation der Rastierhülse um die Rotationsachse lassen sich die Formabschnitte nacheinander unter den Sensoren hinwegbewegen. Je nach Drehstellung oder Winkel-Position sind somit unterschiedliche Formabschnitte im Bereich unterhalb der Sensoren, also im Messbereich, positioniert und infolgedessen lassen sich mit Hilfe der unterschiedlichen Formabschnitte verschiedene Winkel-Positionen kodieren und infolgedessen auch detektieren.
Die Anzahl der Formabschnitte entspricht hierbei zweckmäßigerweise der Anzahl an Winkel-Positionen oder Drehstellungen zwischen denen zu differenzieren ist. Sind also drei zu unterscheidende Winkel-Positionen vorgesehen und soll lediglich zwischen diesen drei Winkel-Positionen differenziert werden, so genügen drei Formabschnitte, mit deren Hilfe sich zumindest drei unterscheidbare Messwerte oder Messwertbereiche hervorrufen lassen.
Insbesondere in einem solchen Anwendungsfall mit drei zu unterscheidenden Winkel-Positionen ist eine Ausgestaltung der Messvorrichtung vorteilhaft, bei der die Form des Sensortargets in einer Querschnittsebene quer zur Rotationsachse der Rastierhülse, und vorzugsweise in einer jeden Querschnittsebene quer zur Rotationsachse der Rastierhülse, betrachtet genau drei und insbesondere drei gerade Formabschnitte aufweist, wobei ein mittlerer Formabschnitt nach Art einer Tangente relativ zur Rastierhülse ausgerichtet ist, wobei sich an den mittleren Formabschnitt beidseitig in und entgegen einer Umfangsrichtung äußere Formabschnitte anschließen und wobei die Form des Sensortargets jeweils im Übergansbereich zwischen je zwei Formabschnitten einen Knick aufweist. Ein derart gestaltetes Sensortarget wird dabei bevorzugt mit derjenigen zuvor beschriebenen Sensoranordnung kombiniert, die genau zwei voneinander beabstandete induktive Sensoren aufweist, welche in einer Ebene quer zur Rotationsachse der Rastierhülse positioniert sind und welche symmetrisch zur Rotationsachse angeordnet sind. In diesem Fall ist es dann vorgesehen, dass der mittlere Formabschnitt in einer ersten zu detektierenden Winkel-Position quasi zentral unterhalb der beiden Sensoren angeordnet ist. Befindet sich die Schaltwelle in dieser Winkel-Position, so ist wahlweise durch eine Linksdrehung oder eine Rechtsdrehung um die Rotationsachse der Rastierhülse um einen vorgegebenen Winkelbetrag ein Wechsel in eine von zwei weiteren Winkel-Positionen möglich, wobei je nach Drehrichtung einer der beiden äußeren Formabschnitte hin zu den Sensoren bewegt wird.
Alternativ zu einer geraden Ausführung der Formabschnitte ist es vorgesehen, den mittleren Formabschnitt an die Krümmung der Mantelfläche der Rastierhülse anzupassen, so dass der mittlere Formabschnitt in Umfangsrichtung gesehen einen gleichbleibenden Abstand zu den induktive Sensoren aufweist. Bei den beiden sich an den mittleren Formabschnitt anschließenden Formabschnitten ist dann eine in Umfangsrichtung variierende Krümmung für die Formabschnitte vorgesehen, wobei der die Krümmung bestimmende Radius nach außen hin evolentenähnlich zunimmt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in einer Längsschnittdarstellung einen Ausschnitt von einem Schaltgetriebe mit einer Messvorrichtung mit einem Sensortarget im Bereich eines Schaltdoms,
2 in einer vergrößerten Längsschnittdarstellung das Sensortarget,
3 in einer ersten Querschnittdarstellung einen Ausschnitt vom Schaltgetriebe mit der Messvorrichtung im Bereich des Schaltdoms,
4 in einer vergrößerten ersten Querschnittdarstellung das Sensortarget und
5 in einer zweiten Querschnittdarstellung einen Ausschnitt vom Schaltgetriebe mit der Messvorrichtung im Bereich des Schaltdoms.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Eine nachfolgend exemplarisch beschriebene Messvorichtung 2 ist Teil eines manuellen Schaltgetriebes 4, welches nach an sich bekannter Art und Weise aufgebaut ist. Dabei umfasst das Schaltgetriebe 4 ein Getriebegehäuse 6, in welchem in nicht näher dargestellter Weise mehrere Zahnradpaarungen untergebracht sind. Die Zahnradpaarungen, mit deren Hilfe die verschiedenen Getriebegänge des Schaltgetriebes 4 realisiert werden, dienen jeweils zur Verbindung eines Antriebsstrangs mit einem Abtriebsstrang, wobei jede der Zahnradpaarungen bei Bedarf ausgewählt und aktiv geschalten werden kann, indem eine zugeordnete Schaltgabel betätigt und infolgedessen eine Schiebemuffe verschoben wird.
Das Betätigen einer jeden Schaltgabel erfolgt über einen Schaltfinger, der an einer Schaltwelle 8 mit einem Durchmesser von 15 mm befestigt ist. Jene Schaltwelle 8 ist durch eine Durchführung 9 im Getriebegehäuse 6 nach außen hindurchgeführt und im Bereich der Durchführung 9, die einen Durchmesser von 64,5 mm aufweist, ist eine Rastierhülse 10 mit einem Durchmesser von 42 mm positioniert, welche auf der Schaltwelle 8 sitzt und mittels Presssitz fest mit der Schaltwelle 8 verbunden ist. Wie in 1 dargestellt ist die Position der Rastierhülse 10 dabei so gewählt, dass diese zumindest teilweise durch eine Wandung im Getriebegehäuse 6 hindurchgeführt ist und somit teilweise in das Getriebegehäuse 6 hineinragt.
Zur Auswahl oder zum Einlegen eines Getriebeganges betätigt ein Bediener einen Handwahlhebel, wodurch die Schaltwelle 8 und mit ihr die Rastierhülse 10 in Richtung der Rotationsachse 12 Schaltwelle 8 und der Rastierhülse 10 axial verschoben wird und/oder um die Rotationsachse 12 gedreht wird. Infolgedessen wird dann über eine der Schaltgabeln und die zugehörige Schiebemuffe eine der Zahnradpaarungen ausgewählt und aktiviert, so dass die entsprechende Zahnradpaarung in der Folge den Antriebsstrang zur Kraftübertragung mit dem Abtriebsstrang verbindet. Dementsprechend lässt sich jedem Getriebegang eine Position der Schaltwelle 8 und somit eine Position der Rastierhülse 10 zuordnen, wobei die Position einerseits durch eine Hub-Position und andererseits durch eine Winkel-Position gegeben ist. Ein Wechsel zwischen den Hub-Positionen erfolgt dann durch eine lineare Verschiebung der Schaltwelle 8 in oder entgegen der Richtung der Rotationsachse 12 und ein Wechsel zwischen den verschiedenen Winkel-Positionen erfolgt durch eine Drehung der Schaltwelle 8 um die Rotationsachse 12.
Im Ausführungsbeispiel sind dabei für die verschiedenen Getriebegänge drei Hub-Positionen und drei Winkel-Positionen vorgesehen, wobei die drei Winkel-Positionen in jeder der drei Hub-Positionen einstellbar sind. Es ergeben sich somit in der Summe neun relevante Positionen der Schaltwelle 8 und dementsprechend ist die Gangerkennung bei diesem Schaltgetriebe 4 derart ausgelegt, dass eine Differenzierung zwischen diesen neun Positionen mittels der für die Gangerkennung genutzten Messvorrichtung 2 ermöglicht ist.
Die Messvorrichtung 2 weist hierfür eine Sensoranordnung 14 und ein die Sensoranordnung 14 ergänzendes Sensortarget 16 auf, durch deren Zusammenwirken die Bestimmung des aktuell eingelegten Getriebeganges des Schaltgetriebes 4 erfolgt. Dabei ist das Sensortarget 16 fest mit der Rastierhülse 10 und die Sensoranordnung 14 fest mit dem Getriebegehäuse 6 im Bereich der Durchführung 9 im Getriebegehäuse 6 für die Schaltwelle 8 verbunden, so dass sich das Sensortarget 16 bei einer Bewegung der Schaltwelle 8 mitbewegt, wodurch auch das Sensortarget 16 je nach eingelegtem Getriebegang unterschiedliche Relativpositionen zum Getriebegehäuse 6 und somit zur Sensoranordnung 14 einnimmt. Zur Erfassung der unterschiedlichen Relativpositionen des Sensortargets 16 weist die Sensoranordnung 14 zwei induktive Sensoren 18 auf, welche in einer Ebene quer zur Rotationsachse 12 der Rastierhülse 10 positioniert und symmetrisch zur Rotationsachse 12 angeordnet sind.
Es handelt sich dabei um sogenannte Näherungssensoren, die ohne ein dazwischenliegendes Hindernis direkt auf das Sensortargets 16 gerichtet sind und mit deren Hilfe jeweils eine Erfassung des Abstandes zwischen dem jeweiligen induktiven Sensor 18 und dem im Messbereich des entsprechenden induktiven Sensors 18 liegenden Teils des Sensortargets 16 erfolgt, wobei der Messbereich unterhalb des Sensors 18 im Bereich einer Messachse 20 liegt, die in erster Näherung mit einer radialen Richtung bezüglich der Zylindersymmetrie der Schaltwelle 8 zusammenfällt. Dabei nimmt die Abweichung der Lage der Messachse 20 von der radialen Richtung mit zunehmendem Abstand der beiden Messachsen 20 der beiden induktiven Sensoren 18 zu, so dass dieser Bezug bei dem hier gewählten Abstand von etwa 8 mm nur noch eine grobe Näherung darstellt.
Zur Abstandsermittlung weist ein jeder induktiver Sensor 18 einen Schwingkreis auf, dessen Schwingungsamplitude vom Abstand zwischen dem induktiven Sensor 18 und dem Sensortarget 16 abhängt. Bei den hier eingesetzten induktiven Sensoren 18 wird der Wert dieser Schwingungsamplitude messtechnisch erfasst und die von den beiden induktiven Sensoren 18 messtechnisch erfassten Werte für die Schwingungsamplituden werden in einer Auswerteeinheit 22 genutzt, um zum einen eine Wertesumme durch Addition der beiden Werte zu bilden, und zum anderen, um aus den Werten durch Subtraktion eine Wertedifferenz zu bilden. Auf der Basis der Wertesumme einerseits und der Wertedifferenz andererseits erfolgt dann die Gangerkennung, wobei aufgrund der gewählten Form des Sensortargets 16 die Wertesumme zur Bestimmung der Hub-Position der Rastierhülse 10 geeignet ist und wobei die Wertedifferenz zur Bestimmung der Winkel-Position der Rastierhülse 10 geeignet ist.
Die Form des Sensortargets 16 ist dabei relativ einfach gehalten und somit lässt sich das Sensortargets 16 ohne großen technischen Aufwand fertigen. Dabei wird zunächst ein Blech mit variierender Stärke gefertigt, welches nachfolgend durch Umformung in seine endgültige Form, also die Form des Sensortargets 16, gebracht wird. Wie aus 2 hervorgeht, nimmt dabei die Ausdehnung des Sensortargets 16 in Richtung der Oberflächennormalen 17 der der Rastierhülse 10 zugewandten Oberfläche des Sensortargets 14 in Richtung der Rotationsachse 12 linear zu, wobei im Ausführungsbeispiel für die Steigung ein Wert von m = 1/3 gewählt wurde. Das heißt, dass die Stärke oder Dicke des Bleches über die Ausdehnung des Sensortargets 16 in Richtung der Rotationsachse 12 von 30 mm hinweggesehen allmählich von quasi 0 auf 10 mm anwächst. Alternativ ist es vorgesehen, ein Blech mit gleichbleibender Stärke einzusetzen und dieses so hinzubiegen und zu positionieren, dass der Abstand des Bleches, also des Sensortargets 16, zur Rastierhülse 10 in Richtung der Rotationsachse 12 linear zunimmt. In beiden Fällen verringert sich infolgedessen der mit jedem der beiden Sensoren 18 erfasste Abstand zum Sensortarget 16 bei einer Verschiebung der Schaltwelle 8 und somit der Rastierhülse 10 und letzten Endes auch des Sensortargets 16 entgegen der Richtung der Rotationsachse 12. Auf diese Weise ist der mittels der induktiven Sensoren 18 jeweils erfasste Abstand mit der Hub-Position der Schaltwelle 8 und der Rastierhülse 10 verknüpft und aus der Wertesumme lässt sich eine zugeordnete Hub-Position bestimmen.
Somit ist auch klar, dass der Wert für die Steigung m innerhalb der durch den verbleibenden Luftspalt in der Durchführung 9 vorgegebenen Grenzen gerade so gewählt wird, dass in Abhängigkeit der Anzahl an zu unterscheidenden Hub-Positionen und in Abhängigkeit des Auflösevermögens der induktiven Sensoren 18 problemlos eine Differenzierung zwischen den zu unterscheidenden Hub-Positionen ermöglicht ist. Dabei sind auch mögliche Messwertschwankungen, beispielsweise durch Temperaturdrifts hervorgerufen, zu berücksichtigen, sofern solche bei den eingesetzten induktiven Sensoren 18 in relevantem Ausmaß auftreten. Darüber hinaus ist die Ausdehnung des Sensortargets 16 in Richtung der Rotationsachse 12 so gewählt, dass diese mindestens dem Hub-Weg von 30 mm, also der Wegstrecke zwischen den am weitesten voneinander entfernten Hub-Positionen, entspricht.
Bezüglich der Drehstellung oder Winkel-Position der Schaltwelle 8 und somit der Rastierhülse 10 sind wie zuvor erwähnt drei Werte voneinander zu unterscheiden und aus diesem Grund weist das Sensortarget 16, wie aus 3 bis 5 hervorgeht, in einer jeden Querschnittsebene quer zur Rotationsachse 12 drei gerade Formabschnitte 24 auf. Dabei befindet sich ein mittlerer Formabschnitt 24 in einer ersten in 3 dargestellten Winkel-Position mittig unterhalb der beiden induktiven Sensoren 18 und dieser mittlere Formabschnitt 24 ist dabei tangential zur Rastierhülse 10, also entlang einer Tangentialrichtung 26, ausgerichtet und in einem Mittenbereich mit dieser verklebt. Die Ausdehnung des mittleren Formabschnitts 24 entlang der Tangentialrichtung 26 ist dabei mit etwa 12 mm etwas größer gewählt als der Abstand der beiden Messachsen 20 der induktiven Sensoren 18. Außerdem stehen die Messachsen 20 der beiden induktiven Sensoren 18 in der ersten Winkel-Position der Schaltwelle 8 senkrecht auf der Tangentialrichtung 26, so dass schlussendlich dafür Sorge getragen ist, dass in der ersten Winkel-Position mittels der beiden induktiven Sensoren 18 gleiche Abstände erfasst werden. Hierdurch ergibt sich für die Wertedifferenz ein Wert von null, anhand dessen in der Auswerteeinheit 22 auf die erste Winkel-Position geschlossen wird. Bei dieser Winkel-Position befindet sich das Schaltgetriebe 4 unabhängig von der Hub-Position im sogenannten Neutralgang.
Durch eine Drehung der Schaltwelle 8 um die Rotationsachse 12 in oder entgegen einer Umfangsrichtung 28 um einen Winkel von 25 Grad lassen sich zwei weitere Winkel-Positionen einstellen. Dabei wird durch das Drehen der Schaltwelle 8 in oder entgegen der Umfangsrichtung 28 je nach Drehrichtung einer der beiden sich an den mittleren Formabschnitt 24 anschließenden äußeren Formabschnitte 24 in Richtung der Messachsen 20 der beiden induktiven Sensoren 18 bewegt bis schließlich ein zwischen dem mittleren Formabschnitt 24 und dem jeweiligen äußeren Formabschnitt 24 vorhandener Knick zwischen den beiden Messachsen 20 zu liegen kommt. Eine dieser beiden Situationen ist in 4 dargestellt. Darin ist zu erkennen, dass bei dieser Winkel-Position mit den beiden induktiven Sensoren 18 unterschiedliche Abstände erfasst werden, so dass infolgedessen sich für die Wertedifferenz ein von null verschiedener Wert ergibt. Für die nicht dargestellte dritte Winkel-Position ergibt sich aufgrund der spiegelsymmetrischen Form des Sensortargets 16 derselbe Betrag für den Wert der Wertedifferenz, allerdings hat die Wertedifferenz in diesem Fall umgekehrtes Vorzeichen. Die drei vorgesehenen Winkel-Positionen korrespondieren somit mit drei Werten für die Wertedifferenz, nämlich –x, 0 und +x.
Die Spiegelsymmetrie des Sensortargets 16 ist auch in der vergrößerten Darstellung des Sensortargets 16 in 6 angedeutet. Die Darstellung zeigt einen beliebigen Querschnitt durch das Sensortarget 16 quer zur Rotationsachse 12, wobei je nach Hub-Position die Stärke oder die Dicke des Bleches, die für alle drei Formabschnitte 24 gleich ist, variiert. Die Ausdehnung des Sensortargets 16 in Tangentialrichtung 26 beträgt dabei 30 mm und die Ausdehnung des mittleren Formabschnitts 24 beträgt wie zuvor erwähnt 12 mm. Die äußeren Formabschnitte 24 sind jeweils bezogen auf die Tangentialrichtung 26 um einen Winkel α = 25° abgewinkelt und etwas kürzer gestaltet als der Abstand zwischen den Messachsen 20 der beiden induktiven Sensoren 18. Befindet sich nun die Schaltwelle 8 in einer der beiden Winkel-Positionen, in denen die Wertedifferenz von null verschieden ist, so befindet sich das Schaltgetriebe 4 in einem der Vorwärtsgänge oder dem Rückwärtsgang, wobei das Wertepaar, also der Wert der Wertesumme und der Wert der Wertedifferenz, den eingelegten Getriebegang eindeutig identifizieren. Auf diese Weise ist eine Gangerkennung realisiert, die eine Differenzierung zwischen dem Rückwärtsgang, dem Neutralgang und den verschiedenen Vorwärtsgängen erlaubt.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Messvorrichtung
4: Schaltgetriebe
6: Getriebegehäuse
8: Schaltwelle
9: Durchführung
10: Rastierhülse
12: Rotationsachse
14: Sensoranordnung
16: Sensortarget
18: Induktiver Sensor
17: Oberflächennormale
20: Messachse
22: Auswerteeinheit
24: Formabschnitt
26: Tangentialrichtung
28: Umfangsrichtung

Claims

Messvorrichtung (2) für ein manuelles Schaltgetriebe (4) zum Erfassen der Position einer Schaltwelle relativ zu einem Gehäuse (6) umfassend eine Sensoranordnung (14) und ein Sensortarget (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (14) einen induktiven Sensor (18) umfasst, mittels dessen eine Erfassung eines Abstandes zwischen dem induktiven Sensor (18) und dem Sensortarget (16) erfolgt, und dass das Sensortarget (16) aus einem leitenden Material gefertigt ist, wobei die Form des Sensortargets (16) derart gestaltet ist, dass der Abstand zwischen dem induktiven Sensor (18) und dem Sensortarget (16) in Abhängigkeit der Position der Schaltwelle relativ zum Gehäuse (6) variiert.
Messvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (14) zumindest zwei induktive Sensoren (18) umfasst.
Messvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (14) genau zwei voneinander beabstandete induktive Sensoren (18) aufweist, welche in einer Ebene quer zu einer Rotationsachse (12) der Schaltwelle positioniert sind und welche symmetrisch zu dieser Rotationsachse (12) angeordnet sind.
Messvorrichtung (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (14) eine Auswerteeinheit (22) umfasst, welche derart eingerichtet ist, dass eine Bestimmung einer Hub-Position der Schaltwelle relativ zum Gehäuse (6) durch Auswertung der Messdaten nur eines induktiven Sensors ()18 erfolgt.
Messvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (14) eine Auswerteeinheit (22) umfasst, welche derart eingerichtet ist, dass eine Bestimmung einer Hub-Position der Schaltwelle relativ zum Gehäuse (6) durch Auswertung der Messdaten mehrerer induktiver Sensoren (18) erfolgt, wobei hierzu aus den Messdaten der induktiven Sensoren (18) eine Wertesumme gebildet wird.
Messvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (14) eine Auswerteeinheit (22) umfasst, welche derart eingerichtet ist, dass eine Bestimmung einer Winkel-Position der Schaltwelle relativ zum Gehäuse (6) durch Auswertung der Messdaten mehrerer induktiver Sensoren (18) erfolgt, wobei hierzu aus den Messdaten der induktiven Sensoren (18) eine Wertedifferenz gebildet wird.
Messvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensortarget (16) derart gestaltet ist, dass dessen Ausdehnung in Richtung einer Oberflächennormalen (17) in Richtung der Rotationsachse (12) der Schaltwelle variiert.
Messvorrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung des Sensortargets (16) in Richtung der Oberflächennormalen (17) in Richtung der Rotationsachse (12) linear zunimmt.
Messvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensortarget (16) derart gestaltet ist, dass dessen Form in einer Querschnittsebene quer zur Rotationsachse (12) der Schaltwelle betrachtet mehrere Formabschnitte (24) aufweist.
Messvorrichtung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Sensortargets (16) in einer Querschnittsebene quer zur Rotationsachse (12) der Schaltwelle betrachtet drei gerade Formabschnitte (24) aufweist, wobei ein mittlerer Formabschnitt (24) nach Art einer Tangente (26) relativ zur Schaltwelle ausgerichtet ist, wobei sich an den mittleren Formabschnitt (24) beidseitig in und entgegen einer Umfangsrichtung (28) äußere Formabschnitte (24) anschließen und wobei die Form des Sensortargets (16) im Übergangsbereich zwischen je zwei Formabschnitten (24) einen Knick aufweist.