DE102014218495A1

DE102014218495A1 - Sensor device for a manual transmission and manual transmission with the sensor device

Info

Publication number: DE102014218495A1
Application number: DE102014218495.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Nehmeyer; Benjamin Kaufner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2015-11-12

Abstract

Bei Schaltgetrieben wird der Schalt- und/oder Wählzustand des Schaltgetriebes vielfach sensorgestützt erfasst, um zum Beispiel einem Fahrer den gewählten oder geschalteten Gang anzeigen oder einer automatischen Steuerung eine Rückmeldung geben zu können. Hierzu wird eine Sensorvorrichtung 5 für ein Schaltgetriebe 1 eines Fahrzeugs, wobei das Schaltgetriebe 1 eine Schaltwelle 3 aufweist, welche zur Umsetzung einer Schalt- und/oder Wählbewegung unterschiedliche Schaltzustände einnehmen kann, mit einem Tastglied 12 zur Auflage auf der Schaltwelle 3 und zur Erfassung des Schaltzustands der Schaltwelle 3, wobei das Tastglied 12 in Bezug auf eine eigene Tastachse T in einer axialen Position verschiebbar ausgebildet ist, mit einer Sensoreinrichtung 14 zur Detektion der axialen Position des Tastglieds 12, wobei die Sensoreinrichtung 14 einen Hallsensor 15 sowie einen als einen Magneten ausgebildeten Signalgeber 16 umfasst, wobei der Signalgeber 16 an dem Tastglied 12 angeordnet ist und sich bei einer Änderung der axialen Position des Tastglieds 12 relativ zu dem Hallsensor 15 bewegt, vorgeschlagen, wobei der Signalgeber 16 als ein Ringsegment oder als ein Ring mit einer radialen Magnetisierung ausgebildet ist, wobei eine Mittelachse M des Signalgebers 16 koaxial, parallel oder gleichgerichtet zu der Tastachse T ausgerichtet ist.In manual transmissions, the shift and / or selection state of the gearbox is detected sensor-based many times, for example, to indicate a selected or switched gear to a driver or give an automatic control feedback. For this purpose, a sensor device 5 for a manual transmission 1 of a vehicle, wherein the transmission 1 has a switching shaft 3, which can take different switching states to implement a switching and / or selection movement, with a feeler member 12 for resting on the switching shaft 3 and for detecting the Switching state of the switching shaft 3, wherein the sensing member 12 is slidably formed in relation to its own tactile axis T in an axial position, with a sensor device 14 for detecting the axial position of the feeler member 12, wherein the sensor device 14 is a Hall sensor 15 and one formed as a magnet Signaling device 16 comprises, wherein the signal generator 16 is arranged on the feeler member 12 and moves in a change in the axial position of the feeler member 12 relative to the Hall sensor 15, proposed, wherein the signal generator 16 is formed as a ring segment or as a ring with a radial magnetization is, wherein a central axis M of the Signal transmitter 16 coaxial, parallel or rectified to the Tastachse T is aligned.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung für ein Schaltgetriebe eines Fahrzeugs, wobei das Schaltgetriebe eine Schaltwelle aufweist, welche zur Umsetzung einer Schalt- und/oder Wählbewegung unterschiedliche Schaltzustände einnehmen kann, mit einem Tastglied zur Auflage auf der Schaltwelle und zur Erfassung des Schaltzustands der Schaltwelle, wobei das Tastglied in Bezug auf eine eigene Tastachse in einer axialen Position verschiebbar ausgebildet ist, und mit einer Sensoreinrichtung zur Detektion der axialen Position des Tastglieds, wobei die Sensoreinrichtung einen Hallsensor sowie einen als einen Magneten ausgebildeten Signalgeber umfasst, wobei der Signalgeber an dem Tastglied angeordnet ist und sich bei einer Änderung der axialen Position des Tastglieds relativ zu dem Hallsensor bewegt. Ferner betrifft die Erfindung ein Schaltgetriebe mit der Sensorvorrichtung.The invention relates to a sensor device for a manual transmission of a vehicle, wherein the transmission has a switching shaft, which can assume different switching states to implement a switching and / or selection movement, with a feeler member for resting on the shift shaft and for detecting the switching state of the shift shaft the feeler is displaceable in an axial position with respect to its own probe axis, and with a sensor device for detecting the axial position of the feeler, the sensor device comprising a Hall sensor and a signal transmitter designed as a magnet, wherein the transducer is arranged on the feeler and moves with a change in the axial position of the feeler relative to the Hall sensor. Furthermore, the invention relates to a manual transmission with the sensor device.

Bei Schaltgetrieben wird der Schalt- und/oder Wählzustand des Schaltgetriebes vielfach sensorgestützt erfasst, um zum Beispiel einem Fahrer den gewählten oder geschalteten Gang anzeigen oder einer automatischen Steuerung eine Rückmeldung geben zu können.In manual transmissions, the shift and / or selection state of the gearbox is detected sensor-based many times, for example, to indicate a selected or switched gear to a driver or give an automatic control feedback.

Oftmals weisen derartige Schaltgetriebe eine Schaltwelle auf, wobei diese bei den Schalt- und/oder Wählbewegungen in axialer Richtung verschoben und in Umlaufrichtung verschwenkt werden kann. Die Schaltwelle trägt Rastkonturen, die bei den Schalt- und/oder Wählbewegungen durch Arretierungseinrichtungen abgefahren werden, um zum einen bestimmte Schaltungszustände der Schaltwelle temporär arretieren und zum anderen gezielt Einfluss auf Schalt- und/oder Wählkräfte nehmen zu können.Often, such gearboxes on a switching shaft, which can be moved in the switching and / or Wählbewegungen in the axial direction and pivoted in the direction of rotation. The switching shaft carries locking contours, which are traversed in the switching and / or Wählbewegungen by locking devices to lock a certain circuit states of the shift shaft temporarily and on the other to take specific influence on switching and / or selection forces.

Aus der Druckschrift DE 10 2008 063 600 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, ist eine Sensorarretierung bekannt, welche die Position einer Schaltwelle detektiert. Dabei ist die Sensorarretierung separat zu einer Arretierungseinrichtung zur Definition der Schalt- und/oder Wählkräfte ausgebildet. Die Sensorarretierung fährt eine eigene Rastkontur ab und weist ein hubbewegliches Rastelement auf, welches in Abhängigkeit der Position auf der Rastkontur in der axialen Lage verschoben werden kann. Das hubveränderliche Rastelement trägt einen Signalgeber, welcher als ein Dauermagnet ausgebildet ist. In der Sensorarretierung ist ferner ein Sensor, ausgebildet als ein Hallsensor, angeordnet, welcher die axiale Lage des Signalgebers erfassen kann. Durch die erfasste axiale Lage des Signalgebers kann zum Beispiel durch eine Auswerteeinrichtung auf die Schalt- und/oder Wählstellung der Schaltwelle zurückgeschlossen werden.From the publication DE 10 2008 063 600 A1 , which is probably the closest prior art, a sensor lock is known which detects the position of a shift shaft. The sensor lock is formed separately from a locking device for defining the switching and / or selection forces. The sensor lock moves its own detent contour and has a lifting movable latching element which can be moved in response to the position on the locking contour in the axial position. The variable-stroke locking element carries a signal generator, which is designed as a permanent magnet. In the sensor lock is also a sensor, designed as a Hall sensor, arranged, which can detect the axial position of the signal generator. Due to the detected axial position of the signal generator can be deduced, for example, by an evaluation to the switching and / or selection position of the shift shaft.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Sensorvorrichtung für ein Schaltgetriebe vorzuschlagen, welche ein verbessertes Betriebsverhalten aufweist. Diese Aufgabe wird durch eine Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Schaltgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.It is an object of the invention to provide a sensor device for a manual transmission, which has an improved performance. This object is achieved by a sensor device with the features of claim 1 and by a manual transmission with the features of claim 10. Preferred or advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims, the following description and the accompanying drawings.

Im Rahmen der Erfindung wird eine Sensorvorrichtung vorgeschlagen, welche für ein Schaltgetriebe eines Fahrzeugs geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei dem Schaltgetriebe handelt es sich insbesondere um ein Gangwechselgetriebe. Das Fahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgebildet.In the context of the invention, a sensor device is proposed which is suitable and / or designed for a manual transmission of a vehicle. The manual transmission is in particular a gear change transmission. The vehicle is designed in particular as a passenger car.

Das Schaltgetriebe weist eine Schaltwelle zur Umsetzung einer Schalt- und/oder Wählbewegung auf. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Schaltwelle in dem Schaltgetriebe in Bezug auf die eigene Hauptachse axial verschoben und/oder in Umlaufrichtung verschwenkt werden kann, um einen Schaltzustand der Schaltwelle zu ändern. Durch die Änderung der axialen Lage beziehungsweise der Winkelposition in Umlaufrichtung können durch Betätigungsorgane auf der Schaltwelle Getriebekomponenten in dem Schaltgetriebe, wie zum Beispiel Schaltmuffen oder Schaltgabeln, betätigt werden, um dadurch eine Übersetzung und somit einen Gang in dem Schaltgetriebe auszuwählen oder zu ändern. Durch die Schaltwelle ist beispielsweise eine sogenannte H-Schaltung möglich, wobei der Querschenkel des H eine Wählgasse und die Längsschenkel des H Schaltgassen mit vier unterschiedlichen Schaltpositionen bilden. In analoger Weise können zusätzliche Schaltgassen oder auch eine Verlängerung der Wählgasse umgesetzt werden.The manual transmission has a switching shaft for implementing a switching and / or selection movement. It is particularly preferably provided that the shift shaft in the transmission in relation to the own main axis axially displaced and / or can be pivoted in the direction of rotation in order to change a switching state of the shift shaft. By changing the axial position or the angular position in the circumferential direction can be actuated by actuators on the shift shaft transmission components in the transmission, such as shift sleeves or shift forks, thereby selecting or changing a ratio and thus a gear in the transmission. By the switching shaft, for example, a so-called H-circuit is possible, wherein the transverse leg of the H form a selector gate and the longitudinal leg of the H shift lanes with four different shift positions. In an analogous manner, additional shift gates or an extension of the selector gate can be implemented.

Die Sensorvorrichtung weist ein Tastglied auf, wobei das Tastglied in der Sensorvorrichtung in Bezug auf eine eigene Tastachse in einer axialen Position verschiebbar angeordnet ist. Das Tastglied ist zur berührenden oder tastenden Auflage auf die Schaltwelle ausgebildet, wobei das Tastglied in Abhängigkeit der Position der Schaltwelle und/oder des Schaltzustands der Schaltwelle axial verschoben wird. Besonders bevorzugt ist das Tastglied z. B. über eine Federeinrichtung in Richtung der Schaltwelle vorgespannt. Besonders bevorzugt weist die Schaltwelle einen Konturbereich auf, welche die Schalt- und/oder Wählwege des Tastglieds auf der Schaltwelle bei der Änderung der Position der Schaltwelle durch die Schalt- und/oder Wählbewegungen und/oder bei der Änderung des Schaltzustands abbildet und für das Tastglied ein Höhenprofil umsetzt, sodass unterschiedliche Schaltzustände, insbesondere unterschiedliche Schalt- und/oder Wählpositionen der Schaltwelle, unterschiedlichen axialen Positionen des Tastglieds zugeordnet werden. Alternativ oder ergänzend ausgedrückt wird das Tastglied bei einer Änderung des Schaltzustands der Schaltwelle in Bezug auf die Hauptachse der Schaltwelle in radialer Richtung verschoben.The sensor device has a feeler, wherein the feeler is slidably disposed in the sensor device with respect to a separate probe axis in an axial position. The feeler is designed to contact or groping support on the shift shaft, wherein the feeler is displaced axially in response to the position of the shift shaft and / or the switching state of the shift shaft. Particularly preferably, the sensing element z. B. biased by a spring device in the direction of the shift shaft. Particularly preferably, the switching shaft on a contour region, which maps the switching and / or Wählwege the feeler on the shift shaft in the change of position of the shift shaft by the switching and / or Wählbewegungen and / or in the change of the switching state and for the feeler implements a height profile, so that different switching states, in particular different switching and / or selection positions the shift shaft to be assigned to different axial positions of the feeler. Alternatively or in addition, the feeler is displaced in a change of the switching state of the shift shaft with respect to the main axis of the shift shaft in the radial direction.

Die Sensorvorrichtung umfasst eine Sensoreinrichtung zur Detektion der axialen Position des Tastglieds in Bezug auf die eigene Tastachse. Die Sensoreinrichtung weist einen Hallsensor, insbesondere einen 3D-Hallsensor, sowie einen Signalgeber auf. Der Signalgeber ist als ein Magnet ausgebildet und an dem Tastglied angeordnet und wird bei der Veränderung der axialen Position mit diesem mitgeführt. Der Hallsensor ist dagegen stationär in der Sensorvorrichtung angeordnet, sodass sich bei einer Änderung der axialen Position des Tastglieds und somit des Signalgebers eine Änderung der Relativposition zwischen Signalgeber und Hallsensor ergibt.The sensor device comprises a sensor device for detecting the axial position of the feeler element with respect to its own probe axis. The sensor device has a Hall sensor, in particular a 3D Hall sensor, and a signal generator. The signal generator is designed as a magnet and arranged on the feeler member and is carried along with the change in the axial position with this. By contrast, the Hall sensor is arranged stationarily in the sensor device, such that a change in the relative position between the signal transmitter and the Hall sensor results when the axial position of the feeler element and thus of the signal transmitter changes.

Beispielsweise kann die Sensorvorrichtung ein Gehäuse aufweisen, in dem das Tastglied mit dem Signalgeber und die Sensoreinrichtung angeordnet ist. Alternativ kann die Sensorvorrichtung auch in einen Abschnitt eines Schaltgehäuses des Schaltgetriebes integriert sein. So ist es zum Beispiel im Rahmen der Erfindung möglich, dass die Sensorvorrichtung in einem Schaltdom als Deckel des Schaltgetriebes und Träger der Schaltwelle integriert ist.For example, the sensor device may have a housing in which the feeler element with the signal generator and the sensor device is arranged. Alternatively, the sensor device can also be integrated into a section of a switching housing of the gearbox. Thus, it is possible, for example in the context of the invention, that the sensor device is integrated in a switching dome as a cover of the gearbox and carrier of the switching shaft.

Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Signalgeber als ein Ringsegment oder als ein Ring mit einer Mittelachse ausgebildet ist, wobei der Signalgeber mit einer in Bezug auf die Mittelachse radial verlaufenden Magnetisierung ausgebildet ist. Mit Bezug auf die Einbaulage des Signalgebers in der Sensorvorrichtung wird beansprucht, dass die Mittelachse des Signalgebers koaxial, parallel oder zumindest gleichgerichtet zu der Tastachse ausgerichtet ist.In the context of the invention it is proposed that the signal generator is designed as a ring segment or as a ring with a central axis, wherein the signal generator is formed with a magnetization extending radially with respect to the central axis. With respect to the mounting position of the signal generator in the sensor device is claimed that the central axis of the signal generator is aligned coaxially, parallel or at least rectified to the Tastachse.

Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, eine besondere Bauform eines Magneten, insbesondere Dauermagneten, als Signalgeber einzusetzen. Bei dieser Bauform ist vorgesehen, dass eine in Bezug auf die Mittelachse radial äußere Schicht des Signalgebers einen ersten Magnetpol und eine radial innenliegende Schicht den zweiten Magnetpol trägt. Dabei erstrecken sich die Magnetpole wahlweise über die gesamte Länge des Ringsegments oder über die vollständige und ununterbrochene Umlauflänge bei dem Ring. Es ist zudem bevorzugt, dass der Hallsensor tangential zu der Tastachse und/oder zu der Mittelachse angeordnet ist. Insbesondere ist eine Messrichtung des Hallsensors radial zu der Tastachse und/oder zu der Mittelachse ausgerichtet.According to the invention it is thus proposed to use a special design of a magnet, in particular permanent magnets, as a signal generator. In this design, it is provided that a radially outer layer of the signal transmitter in relation to the central axis carries a first magnetic pole and a radially inner layer carries the second magnetic pole. In this case, the magnetic poles extend either over the entire length of the ring segment or over the complete and uninterrupted circumferential length of the ring. It is also preferred that the Hall sensor is arranged tangentially to the probe axis and / or to the central axis. In particular, a measuring direction of the Hall sensor is aligned radially to the Tastachse and / or to the central axis.

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich bei einer genauen Betrachtung der Magnetfeldlinien des Signalgebers in einem Längsschnitt durch die Mittelachse des Signalgebers. Während bei konventionellen Stabmagneten mit axialer Polarisierung, wie diese im Stand der Technik eingesetzt werden, die Magnetfeldlinien parallel oder im wesentlichen parallel zu dem Hallsensor ausgerichtet sind, bilden die Magnetfeldlinien des Signalgebers mit der radialen Magnetisierung ein Doppelringmagnetfeld. Das Doppelringmagnetfeld weist zwei Einzelringe als kreisförmige Magnetfeldbereiche auf, welche jeweils eine Donutform und/oder die Form eines Torus aufweisen. Die Einzelringe des Doppelringmagnetfelds sind axial übereinander angeordnet. Betrachtet man nun den Längsschnitt, so bilden die Magnetfeldlinien des erfindungsgemäßen Signalgebers auf jeder Seite eine charakteristische B-förmige Magnetfeldverteilung, wobei ein Mittelbereich zwischen den beiden Einzelringen mit einer Feldausrichtung senkrecht zu der Mittelachse angeordnet ist. In diesem Bereich, welcher eine Radialebene zu der Mittelachse definiert, ist der Magnetfeldwinkel 90 Grad oder in etwa 90 Grad relativ zu der Mittelachse des Signalgebers. Betrachtet man dagegen den Magnetfeldwinkel bei den Maximaldurchmessern der Einzelringe des Doppelringmagnetfelds, so beträgt dieser nahezu 0 Grad bzw. 180° relativ zu der Mittelachse. Zudem weisen die Magnetfeldlinien der beiden Bereiche in unterschiedliche Richtungen und sind damit durch den Hallsensor unterscheidbar. Verfährt nun der Signalgeber relativ zu dem Hallsensor, so misst dieser ausgehend von einer axialen Endposition von 0 Grad, nachfolgend 90 Grad in dem Bereich der Mittelebene und nachfolgend nahezu 180 Grad, also mit gegenläufiger Magnetfeldrichtung. Insgesamt ergibt sich damit ein Magnetwinkelmessbereich der Sensoreinrichtung, welcher im Einsatz größer als 90 Grad oder 100 Grad, vorzugsweise größer als 150 Grad, betragen kann. Dagegen ist der nutzbare Magnetwinkelmessbereich von Stabmagneten in gleicher Konstellation deutlich kleiner als 90 Grad ausgebildet. Die Nichtlinearität der Feldwinkeländerung kann z. B. durch eine geeignete Kalibrierung minimiert werden.The advantages of the invention result from a detailed consideration of the magnetic field lines of the signal generator in a longitudinal section through the central axis of the signal generator. While in conventional bar magnets with axial polarization, as used in the prior art, the magnetic field lines are aligned parallel or substantially parallel to the Hall sensor, form the magnetic field lines of the signal generator with the radial magnetization of a double ring magnetic field. The double-ring magnetic field has two individual rings as circular magnetic field regions which each have a donut shape and / or the shape of a torus. The individual rings of the double ring magnetic field are arranged axially one above the other. Considering now the longitudinal section, the magnetic field lines of the signal generator according to the invention form on each side a characteristic B-shaped magnetic field distribution, wherein a central region between the two single rings is arranged with a field orientation perpendicular to the central axis. In this area, which defines a radial plane to the central axis, the magnetic field angle is 90 degrees or approximately 90 degrees relative to the central axis of the signal generator. On the other hand, if one considers the magnetic field angle at the maximum diameters of the individual rings of the double-ring magnetic field, then this is almost 0 degrees or 180 ° relative to the central axis. In addition, the magnetic field lines of the two areas in different directions and are thus distinguishable by the Hall sensor. If the signal transmitter now moves relative to the Hall sensor, then it measures, starting from an axial end position of 0 degrees, subsequently 90 degrees in the area of the center plane and subsequently almost 180 degrees, that is to say with opposite magnetic field direction. Overall, this results in a magnetic angle measuring range of the sensor device, which in use may be greater than 90 degrees or 100 degrees, preferably greater than 150 degrees. By contrast, the usable magnetic angle measuring range of bar magnets in the same constellation is significantly smaller than 90 degrees. The nonlinearity of the field angle change can z. B. be minimized by a suitable calibration.

Der Vorteil der Erfindung ist somit darin zu sehen, dass der gleiche axiale Verfahrbereich des Signalgebers relativ zu dem Hallsensor auf einen deutlich größeren Magnetwinkelmessbereich abgebildet wird, sodass die Messgenauigkeit deutlich verbessert wird, was insgesamt zu einem verbesserten Betriebsverhalten der Sensorvorrichtung und damit des Schaltgetriebes führt.The advantage of the invention is therefore to be seen in that the same axial travel range of the signal transmitter is mapped relative to the Hall sensor to a much larger magnetic angle measuring range, so that the measurement accuracy is significantly improved, resulting in an overall improved performance of the sensor device and thus of the gearbox.

Ergänzend ist festzuhalten, dass die Ausrichtung des Magnetfelds in einem Stabmagneten in Bezug auf eine Verkippung relativ zu der Längserstreckung des Stabmagneten ungenauer ist als bei einem radialmagnetisierten Ringsegment oder Ring, sodass hierdurch eine weitere Verbesserung der Messgenauigkeit erreicht wird.In addition, it should be noted that the orientation of the magnetic field in a bar magnet with respect to a tilt relative to the longitudinal extent of the bar magnet is less accurate than with a radially magnetized ring segment or ring, thereby achieving a further improvement in measurement accuracy.

Bei einer ersten möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist das Tastglied als ein Messglied ausgebildet, welches mit einer geringen Messkraft auf die Schaltwelle wirkt. Insbesondere ist die Sensorvorrichtung als eine Sensorarretierung ausgebildet. Konstruktiv betrachtet kann die Sensorvorrichtung in dieser Ausgestaltung z. B. ein starres Tastorgan an der Spitze des Messglieds aufweisen, da keine großen Kräfte übertragen werden müssen. Die Federeinrichtung zum Vorspannen des Tastglieds bzw. Messglieds kann entsprechend klein oder schwach ausgebildet sein. Bei dieser Ausgestaltung ist insbesondere vorgesehen, dass das Schaltgetriebe eine weitere Schaltwellenarretierung aufweist, welche zur Einstellung der Schalt- und/oder Wählkraft der Schaltwelle ausgebildet ist. In a first possible embodiment of the invention, the feeler member is designed as a measuring member which acts with a low measuring force on the switching shaft. In particular, the sensor device is designed as a sensor lock. Structurally considered, the sensor device in this embodiment z. B. have a rigid sensing element at the top of the measuring element, since no large forces must be transmitted. The spring device for biasing the feeler member or measuring member may be formed correspondingly small or weak. In this embodiment, it is particularly provided that the transmission has a further Schaltwellenarretierung, which is designed to adjust the switching and / or selection of the shift shaft.

Bei einer zweiten, alternativen Ausgestaltung der Erfindung übernimmt die Sensorvorrichtung eine Doppelfunktion, nämlich zum einen als Messglied und zum anderen als Schaltwellenarretierung. In dieser Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass das Tastglied ein wälzgelagertes Tastorgan, wie z. B. eine Kugel aufweist, um die Relativbewegung zwischen dem Tastglied und der Schaltwelle reibungsarm zu gestalten. Ferner ist die Federeinrichtung entsprechend den Anforderungen an die Schalt- und/oder Wähl- und/oder Arretierkräften stärker ausgebildet.In a second, alternative embodiment of the invention, the sensor device assumes a dual function, namely on the one hand as a measuring element and on the other as Schaltwellenarretierung. In this embodiment, it is preferred that the feeler member is a roller-mounted sensing element such. B. has a ball to make the relative movement between the feeler and the shift shaft friction. Furthermore, the spring device is designed stronger according to the requirements of the switching and / or selection and / or locking forces.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe für ein Fahrzeug wie dies zuvor beschrieben wurde, welches erfindungsgemäß die Sensorvorrichtung wie diese zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist. Bei der ersten Ausgestaltung der Sensorvorrichtung ist es bevorzugt, dass die Schaltwelle zwei Konturbereiche aufweist, in denen ein Höhenprofil abgebildet ist, wobei der erste Konturbereich von der Schaltwellenarretierung abgefahren wird, um Schalt- und/oder Wählkräfte und optional ergänzend Arretierungskräfte bereitzustellen und der zweite Konturbereich zur Höhenführung des Tastglieds ausgebildet ist. Bei der zweiten Ausgestaltung der Erfindung weist die Schaltwelle nur einen Konturbereich für die Sensorvorrichtung auf, welche besonders bevorzugt zugleich als Schaltwellenarretierung wirkt.Another object of the invention relates to a transmission for a vehicle as described above, which according to the invention the sensor device as described above or according to one of the preceding claims. In the first embodiment of the sensor device, it is preferred that the switching shaft has two contour regions in which a height profile is shown, wherein the first contour region is traversed by the Schaltwellenarretierung to provide switching and / or selection forces and optional additional locking forces and the second contour region is designed for height guidance of the probe member. In the second embodiment of the invention, the switching shaft has only one contour region for the sensor device, which particularly preferably acts at the same time as Schaltwellenarretierung.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:Further features, advantages and effects of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments of the invention and the accompanying figures. Showing:

1 eine schematische Darstellung eines Schaltgetriebes zur Visualisierung einer ersten Ausgestaltung der Erfindung; 1 a schematic representation of a gearbox for visualization of a first embodiment of the invention;

2a, b eine schematische Darstellung des Magnetfelds eines Stabmagneten als ein Signalgeber nach dem Stand der Technik sowie eines Signalgebers als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2a , b is a schematic representation of the magnetic field of a bar magnet as a signal generator according to the prior art and a signal generator as an embodiment of the invention.

Die 1 zeigt in einer schematischen Teilschnittdarstellung ein Schaltgetriebe 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Schaltgetriebe 1 ist in einem nicht dargestellten Fahrzeug angeordnet und dient zum Wechseln von Übersetzungen in dem Antriebsstrang des Fahrzeugs. Das Schaltgetriebe 1 umfasst ein nur schematisch angedeutetes Schaltgehäuse 2, welches in dem Fahrzeug stationär angeordnet ist.The 1 shows a schematic partial sectional view of a manual transmission 1 as an embodiment of the invention. The manual transmission 1 is arranged in a vehicle, not shown, and serves to change translations in the drive train of the vehicle. The manual transmission 1 includes a switching housing indicated only schematically 2 which is stationary in the vehicle.

In dem Schaltgetriebe 1 ist eine Schaltwelle 3 in Bezug auf deren Hauptachse H axial verschiebbar gelagert und in Umlaufrichtung verschwenkbar jeweils relativ zu dem Schaltgehäuse 2 angeordnet. Auf der Schaltwelle 3 können sich Betätigungsorgane zur Betätigung von Getriebekomponenten in dem Schaltgetriebe 1, wie zum Beispiel Schaltfinger, Schaltnocken, etc. befinden, welche jedoch in der 1 nicht dargestellt sind.In the manual transmission 1 is a shift shaft 3 mounted axially displaceable relative to the main axis H and pivotable in the direction of rotation in each case relative to the switch housing 2 arranged. On the shift shaft 3 may be actuators for actuating transmission components in the transmission 1 , such as shift fingers, switching cams, etc., which, however, in the 1 are not shown.

In der 1 ist eine Schaltwellenarretierung 4 und eine Sensorvorrichtung 5 ausgebildet als eine Sensorarretierung schematisiert dargestellt. Der Sensorvorrichtung 5 ist ein erster Konturbereich 6, der Schaltwellenarretierung 4 ein zweiter Konturbereich 7 jeweils auf der Schaltwelle 3 zugeordnet. Die Konturbereiche 6, 7 bilden jeweils Höhenprofile auf der Zylindermantelfläche der Schaltwelle 3. Die Konturbereiche 6, 7 können – wie in der 1 angedeutet – in die Schaltwelle 3 eingearbeitet sein. Alternativ hierzu können diese als Aufsatzteile, zum Beispiel als Konturbleche, auf die Schaltwelle 3 aufgesetzt und mit dieser verbunden sein.In the 1 is a Schaltwellenarretierung 4 and a sensor device 5 designed as a sensor lock shown schematically. The sensor device 5 is a first contour area 6 , the shift shaft lock 4 a second contour area 7 each on the shift shaft 3 assigned. The contour areas 6 . 7 each form height profiles on the cylinder surface of the shift shaft 3 , The contour areas 6 . 7 can - as in the 1 indicated - in the switching shaft 3 be incorporated. Alternatively, these can be used as attachment parts, for example as contour plates, on the shift shaft 3 be attached and connected to this.

Die Konturbereiche 6, 7 haben jeweils eine Höhenprofilierung, welche von der Sensorvorrichtung 5 beziehungsweise von der Schaltwellenarretierung 4 bei Schalt- und/oder Wählbewegungen der Schaltwelle 3 abgefahren werden, um deren Schaltzustand zu ändern. Die Höhenprofile der Konturbereiche 6, 7 verlaufen in Abhängigkeit der Wähl- und/oder Schaltwege, welche durch die Schaltwelle 3 umgesetzt werden sollen.The contour areas 6 . 7 each have a height profiling, which of the sensor device 5 or from the Schaltwellenarretierung 4 in switching and / or Wählbewegungen the shift shaft 3 be moved to change their switching state. The height profiles of the contour areas 6 . 7 run in dependence of the selection and / or switching paths, which by the switching shaft 3 to be implemented.

Die Schaltwellenarretierung 4 erstreckt sich in radialer Richtung zu der Hauptachse H und weist einen höhenverschiebbaren Kolben 8 auf, der an seinem freien Ende eine Wälzkugel 9 trägt, welche auf dem zweiten Konturbereich 7 abrollt. Der Kolben 8 ist in einem Zylinder 10 angeordnet und mittels einer Feder 11 in Richtung der Schaltwelle 3 vorgespannt. Durch die Schaltwellenarretierung 4 werden die Schalt- und/oder Wählkräfte der Schaltwelle 3 eingestellt, wobei durch die Höhenprofilierung des zweiten Konturbereichs 7 und die Feder 11 eine Wähl- und/oder Schaltkraft in Abhängigkeit der Position der Schaltwelle 3 eingestellt werden kann. Es ist auch möglich, dass durch die Schaltwellenarretierung 4 bestimmte Gänge, wie zum Beispiel der Rückwärtsgang, temporär arretiert werden können.The switch shaft lock 4 extends in the radial direction to the main axis H and has a height-displaceable piston 8th on, at its free end a rolling ball 9 carries, which on the second contour area 7 rolls. The piston 8th is in a cylinder 10 arranged and by means of a spring 11 in the direction of the switching shaft 3 biased. By the Schaltwellenarretierung 4 become the switching and / or selection forces of the shift shaft 3 adjusted, wherein by the height profiling of the second contour area 7 and the spring 11 a selector and / or switching force as a function of the position of the switching shaft 3 can be adjusted. It is also possible that by the Schaltwellenarretierung 4 certain gears, such as the reverse gear, can be temporarily locked.

Die Sensorvorrichtung 5 dient dazu, den Schaltzustand über die Position, also insbesondere über die Schalt- und/oder Wählposition, der Schaltwelle 3 zu bestimmen. Dies erfolgt dadurch, dass über die Sensorvorrichtung 5 die axiale Lage und die Lage in Umlaufrichtung der Schaltwelle 3 über den ersten Konturbereich 6 ausgelesen wird.The sensor device 5 serves to the switching state on the position, ie in particular on the switching and / or selection position, the switching shaft 3 to determine. This is done by that via the sensor device 5 the axial position and the position in the direction of rotation of the switching shaft 3 over the first contour area 6 is read out.

Die Sensorvorrichtung 5 weist ein Tastglied 12 auf, welches entlang einer eigenen Tastachse T, welche radial zu der Hauptachse H ausgerichtet ist, in axialer Richtung in Bezug auf die eigene Tastachse T verschiebbar gelagert ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Tastglied 12 verschiebbar in dem Schaltgehäuse 2 gelagert. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Sensorvorrichtung 5 ein eigenes Sensorgehäuse aufweist und als Einsatz ausgebildet ist. Mit seinem freien Ende fährt das Tastglied 12 die Höhenprofilierung des ersten Konturbereichs 6 ab, sodass das Tastglied 12 in Abhängigkeit der Position auf dem ersten Konturbereich 6 und damit in Abhängigkeit des Schaltzustands der Schaltwelle 3 in seiner axialen Position verschoben wird. Um stets einen Anpressdruck des Tastglieds 12 auf dem ersten Konturbereich 6 sicherzustellen, umfasst die Sensorvorrichtung 5 eine Federeinrichtung 13, welche sich mit einem Ende an dem Tastglied 12 und mit dem anderen Ende an dem Schaltgehäuse 2 bzw. ggf. an dem Sensorgehäuse abstützt. Zur Abstützung kann jeder andere beliebige stationäre Punkt in dem Schaltgehäuse 2 verwendet werden.The sensor device 5 has a feeler 12 on which along its own tactile axis T, which is aligned radially to the main axis H, is mounted displaceably in the axial direction with respect to the own Tastachse T. In this embodiment, the feeler is 12 slidable in the switch housing 2 stored. However, it can also be provided that the sensor device 5 has its own sensor housing and is designed as an insert. The feeler moves with its free end 12 the height profiling of the first contour area 6 so that the feeler 12 depending on the position on the first contour area 6 and thus in dependence of the switching state of the switching shaft 3 is moved in its axial position. To always a contact pressure of the feeler 12 on the first contour area 6 ensure includes the sensor device 5 a spring device 13 , which at one end on the feeler 12 and with the other end to the switch housing 2 or optionally supported on the sensor housing. For support, any other stationary point in the switch housing 2 be used.

Die Sensorvorrichtung 5 umfasst eine Sensoreinrichtung 14, welche einen Hallsensor 15 sowie einen Signalgeber 16 aufweist. Der Signalgeber 16 ist auf dem Tastglied 12 angeordnet oder mit diesem verbunden und wird von diesem in axialer Richtung zu der Tastachse T mitgeführt. Insbesondere sind Signalgeber 16 und Tastglied 12 starr miteinander verbunden. Der Hallsensor 15 ist tangential zu der Tastachse T oder zu der später noch beschriebenen Mittelachse M angeordnet, wobei dessen Messrichtung in radialer Richtung zu der Tastachse T und/oder Mittelachse M ausgerichtet ist.The sensor device 5 includes a sensor device 14 , which is a Hall sensor 15 as well as a signal generator 16 having. The signal generator 16 is on the feeler 12 arranged or connected to this and is carried along by this in the axial direction to the Tastachse T. In particular, are signalers 16 and feeler 12 rigidly connected. The Hall sensor 15 is arranged tangentially to the probe axis T or to the later described center axis M, wherein the measuring direction is aligned in the radial direction to the probe axis T and / or center axis M.

Der Hallsensor 15 ist ausgebildet, ein Magnetfeld 17 (2a, b) messtechnisch zu erfassen und einen Magnetfeldwinkel des Magnetfelds 17 zu bestimmen, wie im Zusammenhang mit den 2a, b noch erläutert wird. Der Magnetfeldwinkel ändert sich bei einer Änderung der Relativposition zwischen Hallsensor 15 und dem Signalgeber 16. Durch die Bestimmung des Magnetfeldwinkels kann auf die axiale Position des Signalgebers 16 entlang der Tastachse T und damit auf die axiale Position des Tastglieds 12 geschlossen werden.The Hall sensor 15 is formed, a magnetic field 17 ( 2a , b) metrologically detect and a magnetic field angle of the magnetic field 17 to determine how related to the 2a , b will be explained. The magnetic field angle changes with a change in the relative position between the Hall sensor 15 and the signal generator 16 , By determining the magnetic field angle can be on the axial position of the signal generator 16 along the probe axis T and thus to the axial position of the feeler 12 getting closed.

In den 2a, b ist ein Magnet 18, insbesondere ein Dauermagnet 18, als ein möglicher Signalgeber 16 gezeigt, wobei in der 2a der Magnet 18 dem Stand der Technik entspricht und der Magnet 18 in der 2b erfindungsgemäß ausgebildet ist.In the 2a , b is a magnet 18 , in particular a permanent magnet 18 , as a possible signaler 16 being shown in the 2a the magnet 18 corresponds to the state of the art and the magnet 18 in the 2 B is formed according to the invention.

Der Magnet 18 als ein Signalgeber gemäß dem Stand der Technik in der 2a ist als ein Stabmagnet ausgebildet, wobei in bekannter Weise die Magnetfeldlinien 19 des Magnetfelds 17 vom Nordpol zum Südpol verlaufen. In der Messposition des Hallsensors 15 in einem Messbereich 20 verlaufen die Magnetfeldlinien 19 in Bezug auf eine Mittelachse M des Magnets 18 schwach gekrümmt, sodass eine Mangetfeldwinkeländerung über den Messbereich 20 deutlich kleiner als 90 Grad ausfällt.The magnet 18 as a signal generator according to the prior art in the 2a is formed as a bar magnet, wherein the magnetic field lines in a known manner 19 of the magnetic field 17 from the north pole to the south pole. In the measuring position of the Hall sensor 15 in a measuring range 20 the magnetic field lines run 19 with respect to a central axis M of the magnet 18 slightly curved so that a Mangetfeldwinkeländerung over the measuring range 20 significantly smaller than 90 degrees fails.

In der 2b ist ein Magnet 18 als der Signalgeber 16 in der Sensorvorrichtung 5 in 1 gezeigt. Der Magnet 18 beziehungsweise der Signalgeber 16 ist als ein Ring ausgebildet. Der Magnet 18 weist als Ring eine Mittelachse M auf, welche koaxial und/oder konzentrisch in dem Ring angeordnet ist.In the 2 B is a magnet 18 as the signaler 16 in the sensor device 5 in 1 shown. The magnet 18 or the signal generator 16 is designed as a ring. The magnet 18 has a ring as a central axis M, which is arranged coaxially and / or concentrically in the ring.

Der Magnet 18 als Signalgeber 16 weist eine in Bezug auf die Mittelachse M radial verlaufende Magnetisierung auf. Dabei befindet sich in einer Radialebene zu der Mittelachse M einer der Magnetpole, in diesem Beispiel der Südpol S, in einem radial inneren Bereich und der andere Magnetpol, in diesem Beispiel der Nordpol N, koaxial und konzentrisch dazu angeordnet in einem radial äußeren Bereich des Rings.The magnet 18 as a signal generator 16 has a magnetization extending radially with respect to the central axis M. In this case, in a radial plane to the central axis M of one of the magnetic poles, in this example, the south pole S, in a radially inner region and the other magnetic pole, in this example, the north pole N, coaxially and concentrically arranged in a radially outer region of the ring ,

Auch bei dem Magnet 18 in der 2b ist das Magnetfeld 17 mit den Magnetfeldlinien 19 dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass das Magnetfeld 17 als ein Doppelringmagnetfeld 21 ausgebildet ist, welches zwei in etwa gleich große Einzelringe 22a, b aufweist, welche spiegelverkehrt gegenüber einer Radialebene R zu der Mittelachse M axial zueinander versetzt angeordnet sind. Die Einzelringe 22a, b weisen die Form eines Torus oder eines Donuts auf. Betrachtet man nur die Seite des längsschnitts, welche dem Hallsensor 15 zugewandt ist, so zeigt sich die Form des Magnetfelds 17 ähnlich wie ein spiegelverkehrtes B. In der Radialebene R beträgt der Magnetfeldwinkel gegenüber der Mittelachse M ca. 90 Grad. In den Randbereichen des Messbereichs 20 beträgt der Magnetfeldwinkel dagegen nahezu 0 und 180 Grad beziehungsweise die Magnetfeldlinien 19 verlaufen im Wesentlichen parallel zur Mittelachse M Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Magnetfeldlinien 19 in den Einzelringen 22a, b unterschiedlich orientiert sind, sodass diese durch den Hallsensor 15 deutlich voneinander unterscheidbar sind. Somit ergibt sich in dem Messbereich 20 für die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Magneten 15 beziehungsweise des Signalgebers 16 eine Magnetfeldwinkeländerung von ca. 180 Grad über den gesamten Messbereich 20, wohingegen die Magnetfeldwinkeländerung bei dem Magneten 18 gemäß dem Stand der Technik in der 2a deutlich kleiner als 90 Grad für den gleichen Messbereich 20 ausfällt. Somit wird bei dem erfindungsgemäßen Magneten 18 der Messbereich 20 auf eine deutlich größere Magnetfeldwinkelspanne abgebildet, sodass die Sensorvorrichtung 5 mit dem Signalgeber 16 eine deutlich bessere und höhere Auflösung erlaubt im Vergleich zum Stand der Technik.Even with the magnet 18 in the 2 B is the magnetic field 17 with the magnetic field lines 19 shown, wherein it can be seen that the magnetic field 17 as a double ring magnetic field 21 is formed, which two approximately the same size individual rings 22a , B, which are arranged mirror-inverted with respect to a radial plane R to the central axis M axially offset from each other. The single rings 22a , b have the shape of a torus or a donut. Looking only at the side of the longitudinal section, which the Hall sensor 15 is facing, so shows the shape of the magnetic field 17 Similar to a mirror-inverted B. In the radial plane R of the magnetic field angle relative to the central axis M is about 90 degrees. In the border areas of the measuring range 20 On the other hand, the magnetic field angle is nearly 0 and 180 degrees or the magnetic field lines 19 extend substantially parallel to the central axis M It should be noted, however, that the magnetic field lines 19 in the single rings 22a , B are oriented differently, so that this through the Hall sensor 15 clearly distinguishable from each other. This results in the measuring range 20 for the inventive design of the magnet 15 or the signal generator 16 a magnetic field angle change of about 180 degrees over the entire measuring range 20 whereas the magnetic field angle change in the magnet 18 according to the prior art in the 2a significantly less than 90 degrees for the same measurement range 20 fails. Thus, in the magnet according to the invention 18 the measuring range 20 mapped to a much larger magnetic field angle span, so that the sensor device 5 with the signal transmitter 16 a much better and higher resolution allowed compared to the prior art.

Durch die Nutzung eines radial magnetisierten Rings als Signalgeber 16 wird somit eine höhere Messgenauigkeit und damit ein besseres Verhalten der Sensorvorrichtung 5 erreicht. Vorteilhaft ist auch, dass bei einem ringförmigen Magneten als Signalgeber 16 eine Verkippung der Magnetisierung gegenüber der Mittelachse M fertigungstechnisch betrachtet gering im Vergleich zu einer möglichen Verkippung bei einem Stabmagneten ausfällt, so dass auch aus diesem Grund die Messgenauigkeit erhöht wird. Der Signalgeber 16 wird in der Sensorvorrichtung 5 so angeordnet, dass Mittelachse M und Tastachse T koaxial ausgerichtet sind. Es ist jedoch auch möglich, dass Mittelachse M und Tastachse T parallel versetzt zueinander angeordnet sind.By using a radially magnetized ring as a signal generator 16 Thus, a higher measurement accuracy and thus a better behavior of the sensor device 5 reached. It is also advantageous that in the case of an annular magnet as a signal generator 16 a tilting of the magnetization with respect to the central axis M production engineering considered low in comparison to a possible tilting in a bar magnet fails, so that the measurement accuracy is increased for this reason. The signal generator 16 is in the sensor device 5 arranged so that the center axis M and the probe axis T are aligned coaxially. However, it is also possible that center axis M and probe axis T are arranged offset from each other in parallel.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Schaltgetriebemanual transmission
22: Schaltgehäuseswitch housing
33: Schaltwelleshift shaft
44: SchaltwellenarretierungSchaltwellenarretierung
55: Sensorvorrichtungsensor device
66: erster Konturbereichfirst contour area
77: zweiter Konturbereichsecond contour area
88th: Kolbenpiston
99: Wälzkugelpitch sphere
1010: Zylindercylinder
1111: Federfeather
1212: Tastgliedfeeler
1313: Federeinrichtungspring means
1414: Sensoreinrichtungsensor device
1515: HallsensorHall sensor
1616: Signalgebersignaler
1717: Magnetfeldmagnetic field
1818: Magnetmagnet
1919: Magnetfeldlinienmagnetic field lines
2020: Messbereichmeasuring range
2121: DoppelringmagnetfeldDouble ring magnetic field
22a, b22a, b: Einzelringeindividual rings
HH: Hauptachsemain axis
MM: Mittelachsecentral axis
RR: Radialebeneradial plane
SS: SüdpolSouth Pole
TT: TastachseTastachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008063600 A1 [0004]

Claims

Sensor device ( 5 ) for a sighting gear ( 1 ) of a vehicle, wherein the manual transmission ( 1 ) a shift shaft ( 3 ), which can assume different switching states to implement a switching and / or selection movement, with a feeler element ( 12 ) to rest on the shift shaft ( 3 ) and for detecting the switching state of the switching shaft ( 3 ), wherein the feeler member ( 12 ) is designed to be displaceable in an axial position relative to its own scanning axis (T), with a sensor device ( 14 ) for detecting the axial position of the feeler ( 12 ), wherein the sensor device ( 14 ) a Hall sensor ( 15 ) and a trained as a magnet signal generator ( 16 ), the signal transmitter ( 16 ) on the feeler ( 12 ) is arranged and when changing the axial position of the feeler ( 12 ) relative to the Hall sensor ( 15 ), characterized in that the signal generator ( 16 ) is formed as a ring segment or as a ring with a radial magnetization, wherein a central axis (M) of the signal generator ( 16 ) is aligned coaxially, parallel or rectified to the Tastachse (T).

Sensor device ( 5 ) according to claim 1, characterized in that a magnetic pole (N) in a radially outer region of the signal generator ( 16 ) and a magnetic pole (S) in a radially inner region of the signal generator ( 16 ) is arranged.

Sensor device ( 5 ) according to claim 1 or 2, characterized in that a measuring direction of the Hall sensor ( 15 ) is aligned radially to the probe axis (T) and / or to the central axis (M).

Sensor device ( 5 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic field lines ( 19 ) of the signal generator ( 16 ) in a longitudinal section through the central axis (M) of the signal generator ( 16 ) a double ring magnetic field ( 21 ) form.

Sensor device ( 5 ) according to claim 4, characterized in that a middle region of the double-ring arrangement ( 21 ) define a radial plane (R) in which a magnetic field angle is 90 ° relative to the central axis (M).

Sensor device ( 5 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the magnetic field angle at the maximum diameters of the double ring assembly is 0 ° relative to the central axis (M).

Sensor device ( 5 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a magnetic angle measuring range of the sensor device ( 14 ) greater than 90 °, preferably greater than 150 ° is formed.

Sensor device ( 5 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device ( 5 ) as a sensor lock ( 5 ) is trained.

Sensor device ( 5 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device ( 5 ) is formed as a Schaltwellenarretierung.

Manual transmission ( 1 ) for a vehicle, characterized by a sensor device ( 5 ) according to any one of the preceding claims.