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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse und ein Sensormodul für ein Schaltgetriebe eines Nutzfahrzeuges.
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Im Nutzfahrzeugbau (z.B. für Nutzfahrzeuge im Nah- und Fernverkehr, Verteilerverkehr, sowie für Überland- und Reisebusverkehr) besitzen Schaltgetriebe häufig eine Vielzahl von Gangstufen, die in Gruppenbauweise hergestellt werden. Dieser Aufbau wird bei Nutzfahrzeugen zunehmend für automatisierte Schaltgetriebe verwendet, wobei prinzipiell unterschiedliche Automatisierungsgrade vorkommen können. Je nach Ausführung kann dabei der Anfahrvorgang, die Betätigung der Schaltkupplung sowie die Gangwahl automatisch erfolgen. Bei Handschaltgetrieben ist keiner dieser Vorgänge automatisiert, bei teilautomatisierten Schaltgetrieben ist zumindest einer dieser Vorgänge automatisiert und bei vollautomatischen Schaltbetrieben erfolgen alle Vorgänge automatisiert.
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In der
DE 10 2013 104 552 A1 wird eine bekannte Schaltanordnung mit einem Gehäuse und wenigstens eine Schaltstange offenbart, die an dem Gehäuse beweglich gelagert ist und die mit einer Schaltkupplung koppelbar ist.
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Angepasste Betätigungseinrichtungen können für eine automatisierte Anfahrkupplung, ein automatisiertes Kuppeln beim Schalten sowie eine automatisierte Gangwahl bei einem Motormanagement genutzt werden. Für die Schaltautomatisierung ist es wichtig, möglichst genau Positionen von Schaltelementen (oder allgemein von Stellmitteln) zu erfassen, um dadurch automatisierte Schaltabläufe weiter optimieren und die Effizienz steigern zu können. Eine dazugehörige Sensorik befindet sich üblicherweise in einem Ölraum des Getriebes. Daher ist es erforderlich, dass die Sensorik und die entsprechende Verbindungstechnik bei diesen konventionellen Schaltgetrieben spezielle Anforderungen erfüllen müssen. Diese Anforderungen beziehen sich zum Teil auf die in den Schaltgetrieben verwendeten aggressiven Öle, aber auch auf eine ausreichende Dichtheit gegenüber den verwendeten Ölen. Dies führt dazu, dass ein zunehmender Aufwand erforderlich ist, um diesen Anforderungen zu genügen.
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Daher besteht ein Bedarf nach einer Sensorik für Stellmittel und insbesondere nach einer Positionssensorik für ein Stellmittel wie beispielsweise eine Kippgabel von einem automatisierten Schaltgetriebe, die leichter zu verbauen ist und nicht den hohen Anforderungen bekannter Systeme genügen muss.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse mit einem Innenraum für zumindest einem Teil eines Schaltgetriebes eines Nutzfahrzeuges, wobei das Schaltgetriebe zumindest ein Stellmittel umfasst, das relativ zu dem Gehäuse drehbar ist. Das Gehäuse umfasst (zumindest) eine Gehäusewand und Haltemittel. Die Gehäusewand ragt in zumindest einem Abschnitt in Form einer Vertiefung in den Innenraum hinein, wobei der Abschnitt der Gehäusewand in zumindest einer Schnittebene einen U-förmigen Querschnitt bildet, um einen von dem Innenraum (z.B. Ölraum) geschützten Bereich zu bilden. Die Haltemittel sind ausgebildet, um das Stellmittel in dem Abschnitt drehbar zu halten oder zu lagern und um ein Erfassen einer Winkelposition des Stellmittels über eine Sensoranordnung/Sensormodul in der Vertiefung zu ermöglichen.
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Das Stellmittel kann beispielsweise eine Schalt- oder Kippgabel umfassen, die drehbar mit dem Gehäuse verbunden ist und beispielsweise eine Translationsbewegung einer weiteren Getriebekomponente über Gleitsteine, die in entsprechenden Muffen eingreifen, bewirkt, wodurch es zu Schalttätigkeiten kommt. Der geschützte Bereich oder Abschnitt soll dabei insbesondere frei von Öl sein, so dass das genutzte Sensormodul keine besonderen Schutzmaßnahmen hinsichtlich des genutzten Getriebeöls erfüllen muss. Die Haltemittel können beispielsweise eine Vertiefung oder eine Stufe in dem Gehäuse darstellen, in denen ein Lager (z.B. ein Kugellager oder ein anderes Lager) eingesetzt bzw. befestigt werden kann. Die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht auf spezifische Drehlagerungen für das Stellmittel eingeschränkt sein.
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Optional weisen die Haltemittel zur drehbaren Lagerung ein Durchgangsloch auf, das durch das Gehäuse ragt, sodass ein Teil des Stellmittels in den geschützten Bereich hineinragen kann. Beispielsweise kann das Durchgangsloch ausgebildet sein, um ein Dichtelement zu halten, wobei das Dichtelement eine Abdichtung für Öl aus dem Schaltgetriebe bereitstellt.
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Die Haltemittel müssen jedoch nicht notwendigerweise eine Durchgangsöffnung aufweisen. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn zumindest ein drehender Teil des Stellmittels so nahe an einer Oberfläche der Gehäusewand gelagert wird, dass beispielsweise eine magnetische Detektion einer Drehung auch durch die noch vorhandene Gehäusewand hindurch möglich ist. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn das Gehäuse die Durchgangsöffnung aufweist, so dass das Stellmittel durch die Gehäusewand hindurchragt und die Bewegung des Stellmittels direkt durch die Sensoranordnung detektiert werden kann (beispielsweise mechanisch oder magnetisch oder optisch oder durch andere Möglichkeiten).
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Beispielsweise kann dazu an einem Ende des Stellmittels ein Permanentmagnet ausgebildet sein, der ein sich änderndes Magnetfeld während einer Drehung des Stellmittels erzeugt, welches selbst durch eine noch verbleibende Gehäusewand hindurch für ein Sensormodul detektierbar ist.
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Optional erstreckt sich der Abschnitt mit der Vertiefung grabenförmig entlang einer Seite des Gehäuses. Dieser Abschnitt des Gehäuses kann aber ebenfalls in Form einer Säule oder eines Fingers (z.B. mit einem viereckigen Querschnitt) ausgebildet sein, in welchem die Haltemittel zur drehbaren Lagerung ausgebildet sind. Die Ausbildung in Form eines Grabens bietet jedoch den Vorteil, dass eine höhere mechanische Stabilität - wenn beispielsweise größere Kräfte auf das Stellmittel wirken - erreicht werden kann.
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Optional ist in dem Abschnitt der Gehäusewand eine Öffnung ausgebildet, die mit einem Deckel verschließbar ist, wobei die Öffnung in dem U-förmigen Querschnitt gegenüberliegend zu dem Haltemittel ausgebildet ist, um ein Anbringen des Sensormoduls zu erleichtern.
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Beispielsweise kann die Gehäusewand in dem Abschnitt mit dem geschützten Bereich zwei gegenüberliegende Gehäusewände aufweisen und die Vertiefung kann zwischen den zwei gegenüberliegenden Gehäusewänden ausgebildet sein. Entlang zumindest einer der zwei gegenüberliegenden Gehäusewände kann außerdem eine Vielzahl von drehbaren Lagerungen für mehrere Stellmittel des Schaltgetriebes ausgebildet sein, wobei Bewegungszustände von zumindest einigen der mehreren Stellmittel über das Sensormodul oder eine Sensoranordnung erfassbar sind. Hierdurch wird erreicht, dass eine stabil ausgebildete Vertiefung (z.B. grabenförmig) mehrere Schaltgabeln halten kann und verschiedene Sensoren an den einzelnen Schaltgabeln angeordnet werden können, die alle über die Vertiefung mit einem Elektronikraum verbunden sind.
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Optional kann das Gehäuse ein Gussmaterial, insbesondere ein Aluminiumguss, aufweisen. Die Verwendung von einem Aluminiumgussmaterial bietet den Vorteil, dass das Gehäuse nicht nur leicht ist, sondern ebenfalls nicht magnetisiert werden kann, so dass ein magnetisches Sensorelement des Sensormoduls eine zuverlässige Sensierung erlaubt.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf das Sensormodul zur Winkelerfassung eines Stellmittels eines Schaltgetriebes, wobei das Stellmittel drehbar an einem der zuvor beschriebenen Gehäusen angeordnet ist. Das Sensormodul umfasst ein erstes Sensorelement und ein zweites Sensorelement. Das erste Sensorelement ist mit dem Stellmittel koppelbar, um ansprechend auf eine Drehung des Stellmittels eine Bewegung relativ zu dem Gehäuse auszuführen. Das zweite Sensorelement ist drehfest an dem Gehäuse fixierbar und mit dem ersten Sensorelement koppelbar, um bei einer Drehung des Stellmittels und einer daraus resultierenden relativen Bewegung zwischen dem ersten Sensorelement und dem zweiten Sensorelement ein Sensorsignal zu erzeugen, welches von der ausgeführten Drehung des Stellmittels abhängt.
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Optional umfasst das erste Sensorelement einen Permanentmagneten, der an dem Teil des Stellmittels, der in den geschützten Bereich hineinragt, anbringbar ist. Der Permanentmagnet kann beispielsweise mit einer Drehung des Stellmittels ein veränderliches Magnetfeld erzeugen. Das zweite Sensorelement ist beispielsweise ausgebildet, um ansprechend auf eine Änderung des Magnetfeldes das Sensorsignal zu erzeugen.
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Optional sind das erste Sensorelement und das zweite Sensorelement Teil eines optischen oder induktiven oder magnetischen Sensors. Bei Ausführungsbeispielen umfasst der induktive oder magnetische Sensor beispielsweise einen (2- oder 3-dimensionalen) Hall-Sensor oder einen magnetoresistiven Sensor. Der magnetoresistive Sensor kann beispielsweise ein GMR-Sensor (engl., giant magnetoresistance, GMR), ein AMR-Sensor (engl., anisotropic magnetoresistance, AMR) oder ein TMR-Sensor (engl., tunnel magnetoresistance, TMR) sein.
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Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf ein magnetisches Messprinzip eingeschränkt. So sind bei weiteren Ausführungsbeispielen das erste Sensorelement und das zweite Sensorelement optisch miteinander gekoppelt, wobei die Sensorelemente eine Lichtquelle (z.B. einen Laser), einen Lichtsensor und geometrische Strukturen (z.B. Schlitze) umfassen, die in Abhängigkeit von der relativen Drehung das Lichtsignal unterbrechen.
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Optional ist das zweite Sensorelement ausgebildet, um von oben in die Vertiefung eingesetzt zu werden. Beispielsweise kann das zweite Sensorelement an einer Position gegenüberliegend dem Stellmittel mit dem Gehäuse drehfest verbunden werden.
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Optional umfasst das Sensormodul weiter eine Auswerteeinheit, eine Datenschnittstelle und eine Verschaltung, wobei die Verschaltung zumindest das zweite Sensorelement, die Auswerteeinheit und die Datenschnittstelle miteinander elektrisch verschaltet. Optional umfasst die Verschaltung ein Stanzgitter und/oder eine Leiterplatte.
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Das Sensormodul ist insbesondere geeignet, um Winkel des drehbaren Stellmittels relativ zu dem Gehäuse zu erfassen, wobei ein erzeugtes Sensorsignal von der ausgeführten Drehung des Stellmittels abhängt. Das Sensorsignal soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglichst breit ausgelegt werden und kann eine beliebige Änderung des elektrischen Stroms oder der Spannung umfassen, die sich auf Grund der Bewegung ändert. Diese Änderung kann durch eine Widerstandsänderung entlang eines Strompfades oder eine induktive Änderung oder durch die Lorentzkraft verursacht werden. Es kann aber auch ein optisches Signal sein, das sich bewegungsbedingt ändert.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst das Sensormodul optional ein eigenes Getriebe, das das erste Sensorelement mit dem Stellmittel koppelt. Damit wird es möglich einen Drehwinkelbereich des Stellmittels auf einen größeren Winkelbereich des ersten Sensorelementes zu übersetzen, um so eine größere Winkelauflösung zu ermöglichen.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst das Sensormodul außerdem einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur, um eine Korrektur basierend auf der erfassten Temperatur durchzuführen. Der Temperatursensor kann als separates Bauteil ausgebildet sein oder auch in einem Chip integriert sein. Die Erfassung der Temperatur ist beispielsweise wichtig, um einen Schaltvorgang in einem Getriebe optimal auszuführen. Abgesehen von temperaturbedingten Ausdehnungen ist auch die Konsistenz eines Getriebeöls abhängig von der Temperatur. Die Getriebesteuerung kann diese Daten berücksichtigen und kann einen erfassten Drehwinkel in Abhängigkeit von der Temperatur unterschiedlich bewerten.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Sensoranordnung zur Winkelerfassung von mehreren Stellmittel eines Schaltgetriebes, wobei die mehreren Stellmittel drehbar an eines der zuvor beschriebenen Gehäuse angeordnet sind. Die Sensoranordnung kann außerdem mit einem Steuergerät des Nutzfahrzeuges gekoppelt werden und umfasst zumindest ein erstes zuvor beschriebenes Sensormodul und zumindest ein zweites zuvor beschriebenes Sensormodul. Außerdem umfasst die Sensoranordnung eine Datenverbindung, die ausgebildet ist, um Daten zwischen dem zumindest einen ersten Sensormodul, dem zumindest einen zweiten Sensormodul und dem Steuergerät zu übertragen.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Schaltgetriebe für ein Nutzfahrzeug mit dem Gehäuse und dem Steuermodul oder der Sensoranordnung, wie sie zuvor beschrieben wurden. Das Stellmittel kann optional eine Schaltgabel sein und das Steuergerät kann ausgebildet sein, um ein Schalten des Schaltgetriebes zu steuern und Sensorsignale der Sensoranordnung auszuwerten. Das Steuergerät kann insbesondere einen Schaltzustand des Schaltgetriebes anzeigen.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist das Steuergerät ausgebildet, um das erfasste rotatorische Sensorsignal (das einen Drehwinkel anzeigt) in eine Wegstrecke oder eine lineare Bewegung umzurechnen und so die Position einer Schaltgabel im Getriebe festzustellen. Die Umrechnung kann durch eine entsprechende Kalibrierung definiert werden, bei der ein erfasster Drehwinkel einem linearen Versatz, der den Schaltvorgang letztlich bewirkt, zugeordnet wird. Diese Zuordnung kann sich beispielsweise durch Verschleiß mit der Zeit ändern. Dies kann durch einen Softwarebasierten Lernvorgang kompensiert werden. Außerdem kann diese Zuordnung auch von der Temperatur abhängen (z.B. wegen thermischer Ausdehnungen), so dass optional die erfasste Temperatur hierfür berücksichtigt werden kann. Somit können unterschiedliche Schaltkonzepte leicht umgesetzt werden.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Nutzfahrzeug mit dem genannten Schaltgetriebe.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bieten den Vorteil, dass eine Modularisierung durch eine Verwendung eines spezifischen Gehäuses erreicht wird, indem das Gehäuse einen geschützten Bereich definiert, der von dem Ölraum getrennt ist, so dass keine besonderen Anforderungen hinsichtlich der verwendeten Sensorik erfüllt werden müssen.
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Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes besteht darin, dass der geschützte Bereich erlaubt, die Elektronik oder Sensorik von den mechanischen Teilen des Getriebes zu trennen. Beispielsweise kann der geschützte Bereich Teil eines Elektronikraumes sein, der Platz bietet für verschiedene Sensor- und Steuergeräte, die verschiedene Funktionen in dem Schaltgetriebe erfüllen. Beispielsweise kann das Sensormodul eine Bewegung des Stellmittels detektieren und als Modul (z.B. unter Nutzung einer Platine oder eines Stanzgitters) in die Vertiefung eingesetzt werden. Dieses Modul kann über entsprechende Leitungen mit einer beispielhaften Getriebesteuerung verbunden werden.
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Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden von der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränkt, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.
- 1 zeigt ein Gehäuse nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt weitere Details des Schaltgetriebes und des Sensormoduls gemäß weiterer Ausführungsbeispiele.
- 3 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel für ein Gehäuse mit Haltemittel für mehrere Stellmittel.
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1 zeigt ein Gehäuse 100 mit einem Innenraum 10, welches geeignet ist zur Unterbringung von zumindest einem Teil eines Schaltgetriebes eines Nutzfahrzeuges. Das Schaltgetriebe umfasst dabei zumindest ein Stellmittel, welches relativ zu dem Gehäuse 100 drehbar ist. Das Gehäuse 100 umfasst eine Gehäusewand 110, die in zumindest einem Abschnitt 115 in Form einer Vertiefung 117 in den Innenraum 10 hineinragt, wobei der Abschnitt 115 der Gehäusewand 110 in zumindest einer Schnittebene einen U-förmigen Querschnitt bildet, um einen von dem Innenraum 10 geschützten Bereich zu bilden. Außerdem umfasst das Gehäuse Haltemittel 120 zur drehbaren Lagerung des Stellmittels 50 in dem Abschnitt 115, wobei die Haltemittel 120 ausgebildet sind, um ein Erfassen einer Winkelposition des Stellmittels 50 über ein Sensormodul (nicht gezeigt) in der Vertiefung 117 zu ermöglichen.
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Das gezeigte Gehäuse 100 ermöglicht eine Anordnung von Sensoren in dem geschützten Raum, der z.B. Teil eines Elektronikraumes sein kann und der sich in der Vertiefung 117 hinein erstreckt. Damit wird es möglich, kostengünstige Sensoren zu nutzen, da keine besonderen Vorkehrungen hinsichtlich einer ölhaltigen Umgebung getroffen werden müssten. Da die Vertiefung 117 als Teil der Gehäusewand 110 ausgebildet ist, können selbst größere Lagerkräfte, die durch das Stellmittel auf die drehbare Lagerung 120 ausgeübt werden, durch das Gehäuse 100 sicher aufgenommen werden.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Stellmittel 50 eine Schalt- oder Kippgabel ist und das Gehäuse 100 einen Innenraum 10 definiert, der von einem Elektronik- oder Ventilraum 20 durch die Gehäusewand 110 getrennt ist.
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Die Schaltgabel 50 umfasst einen Kraftpunkt 55 und zwei Gabelenden, an denen jeweils ein Gleitstein 57 zur Umsetzung eines Schaltvorganges ausgebildet ist. Die Gleitsteine 57 greifen beispielsweise in eine Schaltmuffe ein (nicht gezeigt) und bewirken so eine Linearbewegung senkrecht zur Zeichenebene zum Schalten des Schaltgetriebes. Das Haltemittel 120 ist als eine Durchgangsöffnung mit einer Drehlagerung ausgebildet, die eine Drehachse für die Schaltgabel 50 definiert. Der Kraftpunkt 55 dient als Punkt, auf welchem eine Kraft einwirken kann, um die beispielhafte Schaltgabel 50 zu drehen.
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Die 2 zeigt außerdem ein Sensormodul 200 mit einem ersten Sensorelement 210, einem zweiten Sensorelement 220 und eine Auswerteeinheit 230. Beispielsweise kann das zweite Sensorelement 220 direkt an der Auswerteeinheit 230, z. B. über eine Leiterplatte oder ein Stanzgitter, befestigt sein. Die Auswerteeinheit 230 ist beispielsweise über eine Steuerleitung 240 mit einem Steuergerät (nicht gezeigt in der 2) koppelbar. Sensordaten von dem zweiten Sensorelement 220 können optional ebenfalls über eine drahtlose Verbindung oder über eine Busleitung an das Steuergerät weitergeleitet werden.
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Das erste Sensorelement 210 ist in diesem Ausführungsbeispiel direkt drehfest mit der Schaltgabel 50 verbunden, so dass Drehungen der Schaltgabel 50 (relativ zu der Gehäusewand 110) zu relativen Bewegungen zwischen dem ersten Sensorelement 210 und dem zweiten Sensorelement 220 führen. Das erste (oder zweite) Sensorelement 210 (220) kann wiederum einen Magneten (Permanentmagnet oder Elektromagnet) umfassen, der derart angeordnet werden kann, dass Drehungen der Schaltgabel 50 relativ zu der Gehäusewand 110 zu einer Änderung des Magnetfeldes führen. Das andere Sensorelement kann als magnetischer Sensor wirken und die Änderung des Magnetfeldes erfassen und ein entsprechendes Sensorsignal erzeugen.
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Für diese magnetische Erfassung kann das zweite Sensorelement 220 beispielsweise eine Spule oder ein anderes induktives Mittel aufweisen, welches sensitiv für eine Änderung des Magnetfeldes ist. Optional ist es ebenfalls möglich, dass das zweite Sensorelement 220 zusammen mit dem ersten Sensorelement 210 einen magnetoresistiven Sensor darstellt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann als magnetorisistiver Sensor jeder Sensor genommen werden, der eine Widerstandsänderung eines elektrischen Stromes als Folge einer Änderung des äußeren Magnetfeldes detektiert. Das Sensormodul 200 kann aber die Drehung der Schaltgabel (Stellmittel) 50 auch basierend auf dem Hall-Effekt (2D oder 3D) feststellen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf spezifische magnetische Sensoren eingeschränkt. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann das Sensormodul einen optischen Sensor aufweisen, um die Drehung festzustellen. Beispielsweise kann das erste Sensorelement 210 eine Scheibe mit Schlitzen aufweisen, die optisch erfasst werden können. Weiterhin sind auch induktive Messprinzipien einsetzbar.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann das erste Sensorelement 210 und das zweite Sensorelement 220 vertauscht werden, d.h. das zweite Sensorelement kann auch direkt oder indirekt an dem Stellmittel befestigt werden.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Vertiefung 117 wiederum beidseitig durch eine erste Gehäusewand 111 und eine zweite Gehäusewand 112 begrenzt, zwischen denen sich die Vertiefung 117 erstreckt und in welcher das Sensormodul eingeführt werden kann. Außerdem ist die gezeigte Schaltgabel 50 durch eine dritte Gehäusewand 113 (Stützwand) drehbar gelagert, die sich beispielsweise vollständig in einem Ölraum 10 des Gehäuses 100 befinden kann. Um das Sensormodul in der Vertiefung 117 anzuordnen, ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel optional eine Öffnung 300 in der ersten Seitenwand 111 ausgebildet. Die Öffnung 300 kann durch einen Deckel 310 verschlossen werden. Die Öffnung 300 ermöglicht es, dass das Sensormodul 200 an der Stelle gegenüberliegend zu der Schaltgabel 50 in der Vertiefung 117 platziert werden kann. Beispielsweise kann der Deckel 310 derart ausgebildet sein, dass an dessen Rückseite ein Teil des Sensormoduls 200 (z.B. die Platine) hält, so dass zusammen mit dem Einsetzen des Deckels 310 in die erste Seitenwand 111 das Sensormodul an der korrekten Stelle platziert wird.
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Auf der rechten Seite der 2 ist eine Draufsicht auf die erste Seitenwand 111 gezeigt, wobei der Deckel 310 die Öffnung 300 beispielsweise öldicht verschließt.
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3 zeigt eine Draufsicht auf das Gehäuse 100, so dass sich die Vertiefung 117 senkrecht in die Zeichenebene hinein erstreckt. Wie die 3 zeigt, ist in diesem Ausführungsbeispiel die Vertiefung 110 grabenförmig entlang einer Seite des Gehäuses 100 ausgebildet. Die grabenförmige Vertiefung 117 wird durch die gegenüberliegenden Gehäusewände 111, 112 begrenzt und beherbergt das Sensormodul 200. Das Sensormodul 200 ist wiederum an einer Position innerhalb der Vertiefung 117 angeordnet, so dass eine Drehbewegung des Stellmittels 50, welches zwischen der zweiten Seitenwand 112 und der Stützwand 113 drehbar gelagert wird, durch das Sensormodul 200 feststellbar ist. Das Stellmittel 50 kann wiederum eine Schaltgabel sein.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Schaltgetriebe noch weitere Schaltgabeln 51, die beispielhaft ebenfalls drehbar zwischen der zweiten Seitenwand 112 und der Stützwand 113 gelagert sind. Auch diese weiteren Schaltgabeln 51 können über eine entsprechende Sensorik (in der 3 nicht gezeigt) sensiert werden, so dass deren Winkelposition unabhängig von der Winkelposition der Schaltgabel 50 feststellbar ist. Die Positionen der Schaltgabel 50 und der weiteren Schaltgabeln 51 sind nur beispielhaft gezeigt und können in konkreten Ausführungsbeispielen anders gewählt werden. Der Vorteil, eine gemeinsame Vertiefung 117 für die Sensierung von mehreren Schaltgabeln 50, 51 zu nutzen, besteht darin, dass der Innenraum der Vertiefung 117 als Teil des Elektronikraumes 20 dienen kann. Optional kann auch der gesamte Elektronikraum 20 innerhalb der Vertiefung 117 ausgebildet werden, so dass alle Sensorelemente zusammen innerhalb der Vertiefung 117 eingesetzt werden können und dadurch ein Elektronikmodul gebildet wird, welches geschützt ist vor dem Innenraum 10 des Schaltgetriebes.
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Im Gegensatz zu konventionellen Positionssensoren, die beispielsweise an PneumatikZylindern ausgebildet sind, erfolgt bei Ausführungsbeispielen die Erfassung von Winkelpositionen über einen besonders ausgebildeten geschützten Abschnitt, der innerhalb einer Vertiefung 117 des Gehäuses 100 ausgebildet ist und von dem Ölraum 10 getrennt ist. Daher sind die Sensoren nicht dem Getriebeöl ausgesetzt, wodurch eine erhöhte Zuverlässigkeit und Kostenersparnis ermöglicht wird.
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Außerdem erlauben Ausführungsbeispiele eine Modularisierung des Schaltgetriebes. In einem Mechanikmodul können sämtliche mechanisch bewegte Teile des Moduls (z.B. innerhalb des Ölraums 10) angeordnet sein. Andererseits kann die gesamte Elektronik und Steuereinrichtung in einem Elektronikraum 20 untergebracht werden, der sich ganz oder teilweise innerhalb einer Vertiefung 117 des Gehäuses 100 erstreckt, wobei die Vertiefung 117 es ermöglicht, verschiedene Positionen der einzelnen Stellmittel 50, 51 des Getriebes zu sensieren. Die Sensierung kann beispielsweise eine radiale Erfassung eines Achswinkels zum Beispiel der Schaltgabel 50 umfassen.
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Wie in der 3 gezeigt, können aber auch alle Lager der verschiedenen Gabeln (z.B. Hauptgetriebe, Splitgruppe, Range-Gruppe, oder andere Gruppen), in dem U-förmig gestalteten Bereich ausgebildet sein. Optional kann, wie in der 2 gezeigt ist, die Montage der Sensoren über einen verschraubbaren, gedichteten Deckel 310 erfolgen. Ein wesentlicher Vorteil von Ausführungsbeispielen besteht darin, dass eine vollständige Trennung zwischen einem Mechanikmodul 10 (Unterteil) und einem Elektronik-/Sensorikmodul 20 (Oberteil) möglich wird. Wie in der 3 zu sehen ist, kann die Sensorik von oben eingesetzt werden, wodurch ein Servicekonzept, eine Werksüberholung oder einfache Nachrüstungen ermöglicht werden. Insbesondere ist es möglich, dass die Positionssensorik in einer abgeschlossenen, gekapselten Einheit (z. B. mit eigenem Gehäuse) untergebracht werden kann, wobei die Verbindung zu einer Welle der Gabel 50 über eine drehfeste Verbindung der Einheit erfolgen kann. Als mögliche Positionssensoren können verschiedene Arten und Wirkprinzipien zum Einsatz kommen. Insbesondere können, wie bereits erwähnt, magnetische Sensoren (Hall, 3D-Hall, GMR, AMR) oder induktive (PLCD) oder optische (inkrementelle) Sensoren genutzt werden. Die Anbindung der Sensoren kann beispielhaft über Leitungen, Stanzgitter oder auch über eine funkgesteuerte, drahtlose Verbindung erfolgen.
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Optional ist es ebenfalls möglich, ein Getriebe zu verwenden, um den Winkelbereich der Gabel auf einen größeren Winkelbereich für das Target zu übersetzen. Damit kann das Ziel erreicht werden, eine bessere Winkelauflösung des Messsystems zu erreichen.
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Es ist ebenfalls möglich, die mehreren Sensoren mittels eines Bussystems miteinander zu verbinden. Die Ausgabe von internen Temperatursignalen des Messelements kann ebenfalls erfolgen. Außerdem ist eine redundante Ausführung für sicherheitsrelevante Anwendungen (z.B. Feststellung der Gabelposition im Hauptgetriebe) möglich. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass für beide drehbaren Halterungen (gegenüberliegende Drehachsen) jeweils eine eigene Sensoranordnung vorgesehen ist.
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Das Winkelsignal kann durch eine Kalibrierung direkt in eine korrespondierende Wegstrecke oder ein Wegsignal der Schaltgabel 50 entlang der entsprechenden An- oder Abtriebswellenachse umgewandelt werden.
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Ausführungsbeispiele ermöglichen eine leichte Anpassbarkeit an unterschiedliche Schaltgabelkonzepte durch ein universelles Schnittstellenkonzept. Die mechanische und/oder elektrische Sensoranbindung ist insbesondere zerstörungsfrei lösbar.
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Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Innenraum
- 20
- Elektronik- oder Magnetventilraum
- 50
- Stellmittel
- 51
- weitere Schaltgabeln
- 55
- Kraftdruckpunkt
- 57
- Gleitstein
- 100
- Gehäuse
- 110
- Gehäusewand
- 111, 112, 113
- (gegenüberliegende) Teile der Gehäusewand
- 115
- Abschnitt der Gehäusewand
- 117
- Vertiefung
- 130
- Auswerteschaltung
- 200
- Sensormodul
- 210
- erstes Sensorelement
- 220
- zweites Sensorelement
- 230
- Auswerteeinheit
- 240
- Signalleitung
- 300
- Öffnung
- 310
- Deckel
