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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl einer Welle eines Schaltgetriebes, mit mindestens einer auf der Welle mitdrehend angeordneten ringförmigen Schiebemuffe zur Gangwahl des Schaltgetriebes und mit mindestens einem Sensor zur Abtastung einer der Wellendrehung zugeordneten Zählspur.
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Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich auf Schaltgetriebe von Kraftfahrzeugen. Die zwischen dem Fahrzeugmotor und dem Abtriebsstrang angeordneten Schaltgetriebe ermöglichen durch Gangwahl eine Anpassung der Motorleistung und -drehzahl an die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit. In modernen Schaltgetrieben, wie beispielsweise Doppelkupplungsgetrieben, sind auf engstem Bauraum eine Vielzahl von Getriebeelementen, wie Wellen und Zahnräder, angeordnet. Außerdem erfordern moderne Schaltgetriebe eine Integration von Sensortechnik, um eine Zustandsüberwachung und einen effizienten Antrieb zu gewährleisten.
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Gemäß des allgemein bekannten Standes der Technik erfolgt die hier interessierende Erfassung von getriebeinternen Wellendrehzahlen mit Hilfe von am oder im Getriebegehäuse angeordneten Drehzahlsensoren, die beispielsweise mit einem Zahnrad als Inkrementalgeber zusammenwirken. Die Messgenauigkeit ist abhängig von der Teilung und dem Durchmesser des Zahnrades.
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Die
DE 10 2008 042 961 A1 offenbart eine andere technische Lösung zur Erfassung der Drehzahl einer getriebeinternen Welle, welche unabhängig von Zahnradabmessungen erfolgt. Hierfür ist eine Zählscheibe an der betreffenden Welle befestigt, welche mindestens eine Zählspur zur Abtastung der Wellendrehung aufweist. Die Zählspur besteht aus äquidistant zueinander in Umfangsrichtung der Zählscheibe angeordneten Ausnehmungen. Durch Festlegung von Größe und Abstand der Ausnehmungen auf dem Umfangskreis lässt sich die Auflösung des Drehzahlsignals einstellen. Der die Zählspur abtastende Sensor ist vorzugsweise als induktiver Sensor ausgebildet und beinhaltet insoweit ein magnetfelderzeugendes Element, das mit der metallischen Zählscheibe berührungslos in allgemein bekannter Weise zusammenwirkt. Im Rahmen der Drehzahlerfassungseinrichtung sind hier zwei verschiedene Zählspuren auf die Zählscheibe aufgebracht, von denen die eine Zählspur vorzugsweise an einem radial äußeren Abschnitt und die andere Zählspur vorzugsweise an einem radial inneren Abschnitt der Zählscheibe angeordnet ist. Beide Abschnitte verlaufen zudem in unterschiedlichen Ebenen zueinander, vorzugsweise in Axial- bzw. Radialrichtung.
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Zwar lässt sich mit dieser vorbekannten Drehzahlerfassungseinrichtung eine hohe Messwertgenauigkeit erreichen; jedoch erfordert die Integration der Zählscheibe mit zugeordneter Sensortechnik einen entsprechend großen Bauraum innerhalb des Getriebes. In modernen Schaltgetrieben lassen die aufgrund der vorgegebenen Gehäuseabmessungen herrschenden Platzverhältnisse keine Integration weiterer Zählscheiben für eine Drehzahlermittlung einzelner Wellen zu. Zusätzliche Zählscheiben würden das Schaltgetriebe verlängern. Außerdem kann die Drehzahl bestimmter Wellen nicht über die Vorgelegewellen plausibilisiert werden, da diese nicht immer rotieren. Des Weiteren kommt es während des Betriebs eines Schaltgetriebes aufgrund der Schaltkräfte oftmals zu Verformungen, wodurch sich der Abstand zwischen Sensor und Zählscheibe auf unzulässige Weise erhöhen kann. Dies führt zu unplausiblen Sensorsignalen; im Extremfall kann das Sensorsignal auch gänzlich abreißen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl einer Welle eines Schaltgetriebes zu schaffen, welche bauraumsparend eine zuverlässige Detektion der Wellendrehzahl ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch die technischen Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass zur Abtastung der Wellendrehung eine Zählspur direkt an einer äußeren Mantelfläche einer Schiebemuffe zur Gangwahl des Schaltgetriebes angeordnet ist, wobei ein in Radialrichtung auf die Mantelfläche ausgerichteter Sensor die Zählspur zumindest hinsichtlich einer Drehzahlinformation detektiert.
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Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß zur Abtastung der Wellendrehung eine separate Zählscheibe oder dergleichen durch eine Codierung der Schiebemuffe ersetzt. Die Detektionsrichtung des zugeordneten Sensors ist in Folge dessen nicht axial sondern radial. Dies bietet auch den Vorteil, dass radiale Änderungen im Luftspalt zwischen Sensor und Zählspur vernachlässigbar sind, da die Lage der Mantelfläche der Schiebemuffe durch den Radsatz sehr genau bekannt ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die äußere Mantelfläche durch den Bodenbereich einer nutförmigen Ausnehmung der Schiebemuffe gebildet, in welche eine Schaltgabel zum Eingriff kommt. Eine Ein- oder Anbringung der Zählspur im Nutbodenbereich beeinträchtigt nicht wesentlich die mechanische Stabilität des Bauteils und eine direkt gegenüberliegende Anordnung des Sensors zur genauen Messwerterfassung ist möglich. Vorzugsweise ist der Sensor am Scheitelpunkt der Schaltgabel angeordnet, so dass sich dessen radiale Detektionsrichtung direkt auf die Zählspur der Schiebemuffe ausrichten lässt. Es ist auch denkbar, die Zählspur randseitig der äußeren Mantelfläche der Schiebemuffe anzuordnen, falls eine entsprechend messgenaue Positionierung des hiermit korrespondierenden Sensors möglich ist.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die Zählspur in Form einer Reihe von äquidistant entlang des Umfangs angeordneten Ausnehmungen in die Mantelfläche eingebracht. Der Sensor detektiert die durch die Ausnehmungen während der Drehbewegung hervorgerufenen Magnetfeldänderungen, die sich in an sich bekannter Weise in ein Drehzahlsignal umwandeln lassen. Als Ausnehmungen können im einfachsten Fall Bohrungen, vorzugsweise Grundbohrungen, in die äußere Mantelfläche der Schiebemuffe eingebracht werden. Diese lassen sich fertigungstechnisch einfach erzeugen, entweder bereits beim Urformen der Schiebemuffe oder durch nachträgliche spanende Bearbeitung.
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Daneben ist es auch möglich, Ausnehmungen mit anderen Querschnittsformen zu verwenden, beispielsweise polygonale – insbesondere im Wesentlichen rechteckige – Langlöcher. Derartige Langlöcher sollten mit ihren axial gerichteten Längsseiten benachbart zueinander angeordnet sein. Hierdurch wird die Genauigkeit der Messwerterfassung vergrößert und axiale Bewegungen der Schiebemuffe haben keinen Einfluss auf die Messwertgenauigkeit. Generell bevorzugt sind daher langlochförmige Ausnehmungen, die mit in Axialrichtung größerer Erstreckung als in Umfangsrichtung ausgebildet sind. Einen weiteren Vorteil bieten Ausnehmungen mit langgestreckt dreieckförmigem oder rhombusförmigem Querschnitt. Mit rhombusförmigen Ausnehmungen lassen sich zusätzlich Verformungen der Schaltgabel erkennen, die in Betätigungsrichtung, also axial zur Welle, auftreten können. In diesem Falle weicht die Zählspurerfassung von der idealen Mittellinie des Umfangs in Richtung Randbereich der Schiebemuffe ab und der Sensor detektiert Impulse in größeren Zeitabständen als auf der Mittellinie. Eine langgestreckt dreieckförmige Ausnehmung bietet im Vergleich zu einer rhombusförmigen Ausnehmung zudem den Vorteil einer Richtungserkennung der Verformung in Axialrichtung. Denn jeder Umfangslinie ist dabei ein charakteristischer Impulsabstand zugeordnet.
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Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Zählspur, kann diese als eine magnetische Codierung der Mantelfläche ausgebildet sein. Beispielsweise kann dort ein Magnetband ein- oder aufgebracht werden. Es ist jedoch auch möglich, die magnetische Codierung direkt in das Material der Schiebemuffe während deren Herstellung zu integrieren. Eine magnetische Codierung auf der Mantelfläche hat gegenüber den in die Mantelfläche eingebrachten Ausnehmungen den Vorteil, dass die Schiebemuffe hierdurch mechanisch nicht geschwächt wird.
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Der mit der erfindungsgemäß an der Mantelfläche der Schiebemuffe ausgebildeten Zählspur zusammenwirkende Sensor kann je nach Beschaffenheit der Zählspur als ein Hall-Sensor, ein induktiver Sensor oder dergleichen ausgeführt sein. Auch kapazitive oder optoelektronische Sensoren sind prinzipiell möglich, falls die Messumgebung dies zulässt.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 eine Seitenansicht einer Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl einer Welle an einer Schiebemuffe zur Gangwahl,
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2 eine Frontansicht der Einrichtung nach 1,
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3 eine Seitenansicht einer Schiebemuffe gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
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4 eine Seitenansicht einer Schiebemuffe gemäß einer dritten Ausführungsform.
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Gemäß 1 ist auf einer Welle 1 eines – nicht weiter dargestellten – Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeuges eine Schiebemuffe 2 zur Gangwahl derart drehfest angebracht, dass sich diese längs der Welle 1 über eine Schaltgabel 3 zur Gangwahl in an sich bekannter Weise verstellen lässt.
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Die ringförmige Schiebemuffe 2 ist formschlüssig mitdrehend auf der Welle 1 angeordnet. Zur Erfassung der Drehzahl der Welle 1 kann daher auch die Drehzahl der Schiebemuffe 2 herangezogen werden. Zu diesem Zweck weist die äußere Mantelfläche 4 der Schiebemuffe 2 eine entlang des Umfangs verlaufende Zählspur 5 auf, die bei diesem Ausführungsbeispiel als eine Reihe von äquidistant entlang des Umfangs angeordneten Ausnehmungen 6a besteht. Die Zählspur 5 wirkt mit einem Sensor 7 zusammen, der in Radialrichtung R auf die Mantelfläche 4 der Schiebemuffe 2 ausgerichtet ist. Der Sensor 7 tastet über die Zählspur 5 der Schiebemuffe 2 die Drehzahl der Welle 1 ab und gibt diesem Messwert an eine – nicht weiter dargestellte – Auswerteeinheit weiter.
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Die äußere Mantelfläche 4 ist bei diesem Ausführungsbeispiel durch den Bodenbereich einer nutförmigen Ausnehmung 8 der Schiebemuffe 2 gebildet. In die nutförmige Ausnehmung 8 kommt die Schaltgabel 3 zur Axialverstellung der Schiebemuffe 2 entlang der Welle 1 zwecks Gangswahl zum Eingriff.
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Nach 2 ist der Sensor 7 genau im Scheitelpunkt der Schaltgabel 3 platziert. Dessen radiale Detektionsrichtung zeigt auf die – hier nicht erkennbare – Zählspur 5 der Schiebemuffe 2.
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Gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform der Schiebemuffe 2 ist in die Mantelfläche 4 eine Zählspur 5 aus rhombusförmigen Langlöchern eingebracht. Diese haben in Axialrichtung eine größere Erstreckung, als in Umfangsrichtung. Auch eine Dreieckform, Rechteckform oder dergleichen ist möglich.
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Die 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Schiebemuffe 2, bei dem die Zählspur 5 als eine magnetische Codierung der Mantelfläche 4 ausgebildet ist. Hierfür ist ein Magnetband 6c vorgesehen, das auf die Mantelfläche 4 aufgeklebt ist. Auch die Einbringung eines oder mehrerer Magnetelemente in die Mantelfläche 4 ist möglich.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, durch rhombusförmige oder dreieckförmige Langlöcher über den zugeordneten Sensor 7 neben der Drehzahlinformation auch eine Weginformation über die Verbiegung der zugeordneten Schaltgabel 3 zu erhalten. Es sei darauf hingewiesen, dass der Sensor 7 je nach Beschaffenheit der Zählspur 5, welche vorzugsweise Ausnehmungen oder Magnetelemente aufweisen kann als ein Hall-Sensor oder ein induktiver Sensor oder dergleichen ausgeführt sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Welle
- 2
- Schiebemuffe
- 3
- Schalthebel
- 4
- Mantelfläche
- 5
- Zählspur
- 6a
- Bohrung
- 6b
- Langloch
- 6c
- Magnetband
- 7
- Sensor
- 8
- nutförmige Ausnehmung
- R
- Radialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008042961 A1 [0004]
