WO2011020670A1 - Sensorlager zur lagerung eines getriebestellelements - Google Patents

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WO2011020670A1
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bearing
sensor
shift
shift rail
bearing according
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PCT/EP2010/060537
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Lasse Ibert
Thomas Nehmeyer
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Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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    • F16H2063/3079—Shift rod assembly, e.g. supporting, assembly or manufacturing of shift rails or rods; Special details thereof

Definitions

  • the invention relates to a bearing with a bearing sleeve for mounting a gear actuating element in a housing.
  • Such bearings are used, for example, in shift rails mounted in manual transmissions of motor vehicles.
  • the shift rail can be moved along its longitudinal axis between at least two axially adjacent positions. For example, in two positions, a first position corresponds to a neutral position and a second position corresponds to an engaged gear. Simultaneously with the shift rail a fastened thereto switching element is moved between these positions in the rule.
  • the switching element is in particular a shift fork or a shift finger. In this case, via the switching element and via further intermediate elements, such as a shift sleeve, a circuit of the gear train required to form a translation stage.
  • DE 42 23 718 A1 relates to a device for detecting the gear position of a gearbox.
  • DE 42 23 718 A1 proposes DE 42 23 718 A1 for this purpose an arrangement of magnetically sensitive reed sensors, which are arranged in the range of motion of a permanent magnet.
  • diaphragms are arranged from shielding material.
  • Such diaphragms cause a reduction in the influence of interference fields generated by adjacent magnets, so that more sensitive sensors can be used to improve the gear recognition.
  • the diaphragm construction is expensive.
  • the detection behavior may deteriorate if metal lift is attracted to the magnets and their magnetic fields are falsified.
  • DE 10 2004 053 205 A1 proposes a pressure-medium-actuated switching device in which position sensors are provided for determining the position of the shift rail or a shift rod.
  • the shift rod is at least partially hollow and there is provided in particular a cylindrical hydraulic insert, which engages in the hollow switching rod and on which the shift rod is displaced during a switching operation.
  • the position sensors are in this case mounted between the cylindrical hydraulic insert and the switching rod thereon.
  • the position determination of the shift rod proposed in DE 10 2004 053 205 A1 is essentially only for pressure-medium-actuated Switching devices suitable, which is also expensive to produce due to the hydraulic insert.
  • DE 42 08 888 A1 shows an arrangement for detecting the gear positions of a motor vehicle gearbox in which shifting elements are mounted in a gearbox housing and projecting therefrom, wherein a sensor unit for detecting the gear positions is mounted on the outside.
  • the present invention seeks to provide an arrangement for determining the position of a Geretestellelements, which allows a high accuracy of the position determination and at the same time is easy to manufacture and assemble.
  • the bearing unit and the sensor are firmly positioned relative to one another, which precludes inaccuracies in the assembly in principle.
  • a switching unit with a gear actuator and such a bearing is easy to produce, since the gear actuator need not be aligned both in relation to the bearing and on the sensor.
  • the bearing can be easily produced by potting or overmolding a sensor.
  • the sensor housing thus serves as a bearing surface for the transmission control element.
  • shift rail as Getriebestellelement generally only a longitudinally displaceable movement is provided.
  • the invention is also applicable to such shift rails, which are rotatably mounted.
  • the axial positives on the shift rail can be clearly and easily determined by a shift or a position of the end face.
  • the sensor focuses on the end face of the shift rail, so that with a movement of the shift rail, this moves with its end face on the sensor, or away from it.
  • a position of the shift rail in particular a neutral position or a shift position, derived.
  • a distance of the sensor to the shift rail is determined, for example, by means of the sensor, from which it is concluded that a position of the shift rail.
  • a number of distance sensors come into question, which detect, for example, a transit time of an actively emitted signal reflected on the end face of the shift rail, such as light or ultrasound.
  • a proximity sensor is understood as meaning, in particular, a sensor which detects a field which can be influenced by a disturbing body
  • the neutral position in particular the sensor signal correlated with the neutral position, is expediently selected as the reference, so that it is possible to derive from the tapped sensor signal whether the shift rod is in the neutral position , or for example, moves away from this.
  • capacitive distance sensors For evaluating a capacitive proximity sensor, an electric field is detected by means of an oscilloscope. constructed and determined the influence of the disturbing body by a phase or Amplitu tudensignal or by a detuning of a resonant circuit.
  • An inductive proximity sensor exploits the effect that a magnetic field changing through the interfering body leads to the generation of currents.
  • an inductive proximity sensor it is possible to contactlessly detect a metallic object, in this case the shift rail. Since the shift rail is often designed as a sheet metal rail, its use is easily possible.
  • the invention makes it possible to determine the position of the shift rail by means of a single sensor.
  • the sensor has an exact installation position with regard to storage, which considerably simplifies the assembly process.
  • the sensor is arranged completely inside the bearing.
  • the shift rail is designed for example as a cost-effective sheet metal rail.
  • the shift rail can also be given as a shift rod with a round cross-section.
  • the shift rail can be made uniformly from only one material, such as steel or plastic.
  • it can also be advantageously provided to manufacture a region of the shift rail, for example the axial end, from a different material, in particular in order to enable a corresponding operative connection to the sensor.
  • the shift rail comprises a position transmitter operatively connected to the sensor.
  • the position sensor is, for example, a magnet which is glued to the shift rail and whose field acts on a reed sensor or a Hall sensor.
  • the bearing according to the invention can be designed as a plain bearing or as a rolling bearing.
  • a rolling bearing ensures a particularly friction and thus low-wear longitudinal displacement of the Gethebestellelements.
  • the bearing is given as a radial-linear roller bearing.
  • the shift rail is both longitudinally displaceable, and rotatably mounted.
  • the bearing sleeve forms a bearing cage. It has for this purpose a cross section, are arranged on the basis of a circular outline radially directed pockets for receiving rolling elements.
  • the rolling elements are linearly guided in the pockets.
  • a cage with possibly additional tolerances can thus be dispensed with, since the bearing sleeve itself forms the cage.
  • Particularly suitable for this variant are ball rollers as rolling elements, which have flattened poles compared to round balls.
  • the sensor and the bearing sleeve according to the invention are arranged in a component not detachable from each other. This is most easily realized by a positive connection.
  • the bearing sleeve is designed as a casting. It is relatively easy to manufacture and has a sufficiently high hardness for rolling elements.
  • the sensor may also be encapsulated, wherein the raceways of the rolling elements are reinforced, for example. In such, mounted in the transmission bearing sleeve, the transmission control element can be installed by simply plugging.
  • the bearing sleeve is made of an abrasion resistant material.
  • Steel, in particular hardened steel, is a comparatively inexpensive and at the same time highly abrasion-resistant material, with which the desired properties of the bearing sleeve can be realized.
  • it has a plug contact for a plug in order to connect the sensor Send signal to an evaluation unit.
  • Such an arrangement builds radially particularly compact, when the plug contact, sensor and Geretell- element are arranged axially successive. Axial, the space can be shortened by coaxial arrangement.
  • the bearing sleeve is pot-shaped and takes on or in its bottom of the pot on the sensor. If the sensor is integrated in the ground, it is well protected against environmental influences and direct contact with the selector rod.
  • the bearing sleeve can be pulled stepwise. So it is intended that it is composed of two sub-cylinders. Viewed axially from the direction of the gear actuator element, it has, at the point at which the tube diameter changes, an outer, circumferential edge which can serve as a stop surface for the gear actuating element.
  • the arrangement has an evaluation unit with a memory, in which measured values of reference positions of the transmission control element are stored.
  • the measured values are preferably learned and stored after assembling the arrangement. If only certain, discrete positions of the first machine part are possible due to constructive conditions, the actual change in the measured value can be compared with a reference table stored in the memory and a probability statement can be made as to which possible position the measured value is best associated with.
  • the evaluation unit only responds when certain threshold values are exceeded, which ensure that a certain minimum shift has occurred. In this way, sensors can be used in the arrangement, which have only a relatively coarse resolution grid. Such an arrangement ensures reliable detection even with very large tolerances.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a bearing according to the invention
  • FIG. 3 shows a longitudinal section of a second bearing according to the invention
  • FIG. 4 is a sectional oblique view of the bearing of FIG. 2,
  • FIG. 6 is a sectional oblique view of the bearing of FIG. 4,
  • FIG. 7 shows a longitudinal section of a fourth bearing according to the invention
  • FIG. 8 shows a longitudinal section of a fifth bearing according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 show an arrangement 2 for mounting a linearly displaceable gear actuating element 3.
  • the arrangement 2 is part of a manual transmission housing 6, not shown, of a motor vehicle. It comprises a shift rail 4 as a transmission control element 3 and a bearing 8, which is accommodated a bearing sleeve 10.
  • the bearing sleeve 10 is cup-shaped and has an oriented in the direction of the shift rail 4 bottom 13.
  • the shift rail 4 is mounted with an axial end 16 with a rolling bearing 18.
  • the not visible in Fig. 1 second axial end of the shift rail 4 is mounted in a further rolling bearing.
  • the rolling bearing 18 is in the bearing sleeve 10, wherein the rolling elements 19 of the radial-linear roller bearing 18 run on the outer surface 20 of the bearing sleeve 10 inside. From the cross-sectional view of both sides of the longitudinal axis 15 symmetrical arrangement of the rolling elements 19 is not apparent.
  • the lateral surface 20 of the bearing sleeve 10 is made of a high-strength steel.
  • the bearing sleeve 10 itself is inserted into a cylindrical housing portion of the housing 6.
  • a sensor 12 is arranged on the bottom 13 of the bearing sleeve 10. It is arranged opposite to the end face 9 of the axial end 16 of the shift rail 4. Between the end face 9 of the shift rail 4 and the sensor 12, a spring element 7 is arranged, which is designed as a helical compression spring. The sensor 12 and the spring element 7 are both arranged substantially along the longitudinal axis 15 of the shift rail 4. The assembly process is simple because it does not depend on the exact mounting position of the sensor 12 and the shift rail 4 due to a subsequent calibration process.
  • the shift rail 4 is moved along its longitudinal axis 15 between three axially adjacent positions si, S n , S 2 ( Figure 2).
  • the middle position corresponds to the neutral position S n
  • the two other positions si, S 2 are shift positions and are each associated with a gear.
  • a shift finger, attached to it which is not visible in the illustration, is displaced between these positions.
  • the shift rail 4 is moved in the gearbox from the neutral position S n out in the shift position. In this case, via the shift finger and a shift sleeve attached thereto, the circuit of the gear set required to form the corresponding gear ratio step.
  • the sensor 12 By means of the sensor 12, a determination of the axial position of the shift rail 4 is possible.
  • the sensor 12 is designed as a piezoelectric element.
  • the generated sensor signal is tapped by a signal receiver 21 and passed via a plug contact 22 to an evaluation unit 11 of the gearbox of the motor vehicle.
  • the measured value correlated with the neutral position si, S n , S 2 of the shift rail 4 is selected as the reference, so that the arrangement is calibrated with respect to the neutral position.
  • the shift rail 4 moves out of its neutral position S n , out into a shift position si, S 2 in the context of a shift operation, then the pressure exerted by the spring element 7 rises or falls on the sensor 12.
  • the corresponding voltage signal is transmitted by the signal receiver 21 tapped and is transmitted via the plug contact 22 to an external evaluation unit 11, which optionally corrects this value by external factors influencing another sensor 17.
  • the embodiment according to Figures 3 and 4 differs from the embodiment of Figure 1 in that the bearing sleeve 10 is not formed by the jacket 20 with a bottom 13 as a cup part. Instead, a cylindrical, metallic shell 20 is provided, whose inner wall is hardened.
  • the jacket 20 engages positively a molding 23 made of plastic, which receives the shift rail 4.
  • rolling elements 19 are arranged in the form of spherical rollers so that they roll on these components and are separated from each other in the circumferential direction by webs 25 of the molded part 1.
  • the molded part 23 forms a cage 36, in which the rolling elements 19 are guided axially in guide channels 24.
  • the axial displaceability is limited by an axial stop 37.
  • the jacket 20 and the molded part 23 integrally form the bearing sleeve 10.
  • the sensor 12 is arranged, which is acted upon by a spring element 7 via a pressure plate 26.
  • the molded part 23 has a blind hole 27 for receiving the shift rail 4.
  • the shift rail 4 is guided by the webs 25 tip over.
  • the bearing 8 can be delivered ready for mounting with the supported on a ring shoulder 28 and a guide pin 29 and therefore lost shape spring 7, so that the shift rail 4 only has to be inserted into the blind hole 27.
  • the embodiment of Figures 5 and 6 differs from the embodiment of Figure 1, characterized in that the shift rail is supported by a sliding bearing 30.
  • the arrangement 2 has a sensor 12 which operates in the manner of a linearly variable differential transformer (LVDT).
  • LVDT linearly variable differential transformer
  • the molded part 23 made of a non-conductive material has a coil 31.
  • a clear signal is generated for each position or position change by introducing the iron-containing shift rail 4 in the bobbin.
  • FIG. 7 shows an arrangement 2 in which the sensor 12 is arranged on a central mandrel 33 of the bearing 8 and engages in an end-side recess 32 of the shift rail 4.
  • the mandrel 33 can guide the shift rail 4 on the inside and guarantees a small distance to the shift rail 4 in every position, which enables accurate position detection.
  • Figure 8 shows an arrangement 2, which differs from the other embodiments in that the sensor 12 are arranged with its part sensors 34 radially on the outside. They interact with signalers 35 arranged at the axial end 16 of the shift rail.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lager (2) mit einer Lagerhülse (10) zur Lagerung eines Getriebestellelements (3, 4) in einem Gehäuse (6), wobei in die Lagerhülse ein Sensor (12) integriert ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Sensorlager zur Lagerung eines Gethebestellelements
Beschreibung
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Lager mit einer Lagerhülse zur Lagerung eines Ge- triebestellelements in einem Gehäuse.
Hintergrund der Erfindung Derartige Lager finden beispielsweise bei in Schaltgetrieben von Kraftfahrzeugen gelagerten Schaltschienen Verwendung. Bei einem Schaltgetriebe kann die Schaltschiene entlang ihrer Längsachse zwischen mindestens zwei axial benachbarten Positionen verschoben werden. Bei zwei Positionen entspricht beispielsweise eine erste Position einer Neutralposition und eine zweite Positi- on einem eingelegten Gang. Gleichzeitig mit der Schaltschiene wird in der Regel ein daran befestigtes Schaltelement zwischen diesen Positionen verschoben. Bei dem Schaltelement handelt es sich insbesondere um eine Schaltgabel oder einen Schaltfinger. Dabei erfolgt über das Schaltelement und über weitere Zwischenelemente, wie beispielsweise eine Schaltmuffe, eine Schaltung des zur Bildung einer Übersetzungsstufe erforderlichen Zahnradsatzes.
Um die Schaltung weiterer Gänge zu ermöglichen, ist es bekannt, eine Anzahl von Schaltschienen vorzusehen, die parallel zueinander angeordnet sind. Um das gleichzeitige Einlegen von zwei Gängen zu verhindern, ist es bei einem Schaltgetriebe mit mehreren Schaltschienen erforderlich, dass sich bei einem Gangwechsel alle Schaltschienen bis auf maximal eine in ihrer Neutralposition befinden. Darum ist es beispielsweise bei automatischen oder halbautomatischen Schaltgetrieben wichtig, die Position der Schaltschiene und des Schalt- elements, z.B. der Schaltgabel oder des Schaltfingers zu kennen. Zunehmend ist eine Kenntnis des eingelegten Gangs erforderlich , um das Motorkennfeld zu adaptieren, um die Geschwindigkeit des Synchronisationsprozesses bei automatisierten Schaltgetrieben festzusetzen oder um Sicherheitsvorschriften zu genügen.
DE 42 23 718 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Gangstellung eines Schaltgetriebes. Zur Vermeidung von Fehldetektionen aufgrund von Unge- nauigkeiten, die einerseits aufgrund der räumlichen Trennung der Gangerken- nung und der Getriebeelemente auftreten, andererseits auf Temperaturwechsel und Erschütterungen zurückzuführen sind, schlägt DE 42 23 718 A1 hierzu eine Anordnung von magnetisch empfindlichen Reed-Sensoren vor, die im Bewegungsbereich eines Permanentmagneten angeordnet sind. Zur Abschirmung zwischen den Magnetpositionen und den Reed-Schaltern sind Blenden aus abschirmendem Material angeordnet. Derartige Blenden bewirken eine Verringerung des Einflusses von durch benachbarte Magnete erzeugten Störfeldern, so dass empfindlichere Sensoren verwendbar sind, um die Gangerkennung zu verbessern. Die Blendenkonstruktion ist jedoch aufwendig. Ferner kann sich während der Betriebsdauer das Detektionsverhalten verschlechtern, falls Me- tallabheb von den Magneten angezogen wird und deren Magnetfelder verfälscht.
DE 10 2004 053 205 A1 schlägt eine druckmittelbetätigte Schaltvorrichtung vor, bei der zur Positionsbestimmung der Schaltschiene bzw. einer Schaltstan- ge Positionssensoren vorgesehen sind. In der DE 10 2004 053 205 A1 ist die Schaltstange zumindest teilweise hohl ausgeführt und es ist insbesondere ein zylindrischer Hydraulikeinsatz vorgesehen, welcher in die hohl ausgeführte Schaltstange eingreift und auf dem die Schaltstange bei einem Schaltvorgang verschoben wird. Die Positionssensoren sind hierbei zwischen dem zylindri- sehen Hydraulikeinsatz und der darauf befindlichen Schaltstange angebracht. Nachteiligerweise ist die in der DE 10 2004 053 205 A1 vorgeschlagene Positionsbestimmung der Schaltstange im Wesentlichen nur für druckmittelbetätigte Schaltvorrichtungen geeignet, die aufgrund des Hydraulikeinsatzes ebenfalls aufwendig herzustellen ist.
DE 42 08 888 A1 zeigt eine Anordnung zur Erfassung der Gangstellungen ei- nes Kraftfahrzeugschaltgetriebes, bei der Schaltorgane in einem Getriebegehäuse gelagert sind und aus diesem hervorstehen, wobei außenseitig eine Sensoreinheit zur Erfassung der Gangstellungen montiert ist.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Positionsbestimmung eines Getriebestellelements zu schaffen, die eine hohe Genauigkeit der Positionsbestimmung ermöglicht und die gleichzeitig einfach herstellbar und montierbar ist.
Lösung der Aufgabe
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Lager gemäß dem O- berbegriff des Anspruchs 1 gelöst, in das ein Sensor integriert ist. Die La- gereinheit und der Sensor sind dadurch fest zueinander positioniert, was Un- genauigkeiten in der Montage prinzipiell ausschließt. Eine Schalteinheit mit einem Getriebestellelement und einem derartigen Lager ist einfach herstellbar, da das Getriebestellelement nicht sowohl in Bezug auf das Lager als auch auf den Sensor ausgerichtet werden braucht. Das Lager ist auf einfache Weise herstellbar, indem ein Sensor vergossen oder umspritzt wird.
Das Sensorgehäuse dient somit als Lagerfläche für das Getriebestellelement. Das Problem der fehlenden Führung eines Lagerkäfigs und dadurch bedingte Toleranzen stellt sich erfindungsgemäß somit nicht mehr.
Bei einer Schaltschiene als Getriebestellelement ist im allgemeinen nur eine längsverschiebliche Bewegung vorgesehen. Die Erfindung ist aber ebenso auf solche Schaltschienen anwendbar, die drehbar gelagert sind. Die axiale Positi- on der Schaltschiene lässt sich eindeutig und einfach anhand einer Verschiebung oder einer Position der Stirnfläche feststellen. Dabei fokussiert der Sensor auf die Stirnfläche der Schaltschiene, so dass bei einer Bewegung der Schaltschiene sich diese mit ihrer Stirnfläche auf den Sensor zu bewegt, bzw. sich von diesem entfernt.
Aus einem Sensorsignal des Sensors wird eine Position der Schaltschiene, insbesondere eine Neutralposition oder eine Schaltposition, abgeleitet. Dazu wird beispielsweise mittels des Sensors ein Abstand des Sensors zu der Schaltschiene ermittelt, woraus auf eine Position der Schaltschiene geschlossen wird. Für eine derartige Abstandsmessung kommen eine Reihe von Abstandssensoren in Frage, welche beispielsweise eine Laufzeit eines aktiv ausgesandten, an der Stirnfläche der Schaltschiene reflektierten Signals wie Licht oder Ultraschall detektieren.
Für die Bestimmung der Position der Schaltschiene ist es im Prinzip nicht notwendig, eine„absolute" Position der Schaltschiene zu kennen. Es ist ausreichend festzustellen, ob die Schaltschiene sich ausgehend von einem Ausgangs- oder Bezugspunkt auf den Sensor zu- oder wegbewegt. Dazu kann ein Näherungssensor verwendet werden. Unter einem derartigen Näherungssensor versteht man insbesondere einen Sensor, der ein durch einen Störkörper beeinflussbares Feld detektiert. Der Störkörper ist in dem Fall die Schaltschiene. In Abhängigkeit von der Beeinflussung wird ein Sensorsignal erzeugt. Das entsprechende Sensorsignal kann dann daraufhin ausgewertet werden, ob sich die Schaltschiene auf den Sensor zu- oder gegebenenfalls wegbewegt. Zweckmäßigerweise wird dabei die Neutralposition, insbesondere das mit der Neutralposition korrelierte Sensorsignal, als Bezug gewählt, so dass aus dem abgegriffenen Sensorsignal ableitbar ist, ob sich die Schaltstange in der Neutralposition befindet, oder sich beispielsweise aus dieser wegbewegt.
Es sind auch kapazitive Abstandssensoren vorgesehen. Zur Auswertung eines kapazitiven Nährungssensors wird ein elektrisches Feld mittels eines Oszilla- tors aufgebaut und der Einfluss des Störkörpers durch ein Phasen- oder Ampli- tudensignal oder durch eine Verstimmung eines Schwingkreises ermittelt.
Ein induktiver Näherungssensor nutzt den Effekt aus, dass ein sich durch den Störkörper änderndes Magnetfeld zur Erzeugung von Strömen führt. Mittels eines induktiven Näherungssensors ist es möglich, berührungslos ein metallisches Objekt, in dem Fall also die Schaltschiene, zu erfassen. Da die Schaltschiene häufig als eine Blechschiene ausgeführt ist, ist seine Verwendung problemlos möglich.
Die Erfindung ermöglicht es, mittels eines einzigen Sensors die Position der Schaltschiene zu bestimmen. Der Sensor weist in Bezug auf die Lagerung eine exakte Einbaulage auf, was den Montageprozess erheblich vereinfacht. Der Sensor ist in einer Ausgestaltung vollständig innerhalb des Lagers angeordnet.
Die Schaltschiene ist beispielweise als eine kostengünstige Blechschiene ausgeführt. Alternativ kann die Schaltschiene auch als eine Schaltstange mit einem runden Querschnitt gegeben sein. Die Schaltschiene kann einheitlich aus nur einem Material, beispielsweise Stahlblech oder Kunststoff, gefertigt sein. Es kann aber auch vorteilhaft vorgesehen sein, einen Bereich der Schaltschiene, beispielsweise das axiale Ende, aus einem anderen Material zu fertigen, insbesondere um eine entsprechende Wirkverbindung zu dem Sensor zu ermöglichen. In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Schaltschiene einen mit dem Sensor in Wirkverbindung stehenden Positionsgeber. Der Positionsgeber ist dabei z.B. ein Magnet, der an der Schaltschiene verklebt ist und dessen Feld auf einen Reed-Sensor oder einen Hall-Sensor wirkt. Mittels des Positionsgebers ist es vorteilhaft möglich, die Schaltschiene weitestgehend aus einem beliebigen und kostengünstigen Material zu fertigen, und für die Herstellung einer Wirkverbindung mit dem Sensor nur den Positionsgeber aus einem entsprechenden, gegebenenfalls teureren Material zu fertigen. Das erfindungsgemäße Lager kann als Gleitlager oder als Wälzlager ausgeführt sein. Ein Wälzlager gewährleistet eine besonders reibungs- und damit verschleißarme Längsverschiebung des Gethebestellelements. In einer Variante ist das Lager als ein Radial-Linear-Wälzlager gegeben. In dem Radial- Linear-Wälzlager ist die Schaltschiene sowohl längsverschieblich, als auch drehbar gelagert.
In einer Ausgestaltung der Erfindung bildet die Lagerhülse als Lagerkäfig. Sie weist dazu einen Querschnitt auf, bei dem ausgehend von einem kreisförmigen Umriss radial gerichtete Taschen zur Aufnahme von Wälzkörpern angeordnet sind. Die Wälzkörper sind in den Taschen linear geführt. Auf einen Käfig mit ggf. zusätzlichen Toleranzen kann somit verzichtet werden, da die Lagerhülse selbst den Käfig bildet. Besonders geeignet für diese Variante sind Kugelrollen als Wälzkörper, die gegenüber runden Kugeln abgeflachte Pole aufweisen.
Der Sensor und die Lagerhülse sind erfindungsgemäß in einem Bauteil nicht lösbar voneinander angeordnet. Dies ist am einfachsten durch eine formschlüssige Verbindung realisierbar. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Lagerhülse als Gussteil ausgeführt. Es ist relativ einfach hergestellt und weist eine genügend hohe Härte für Wälzkörper auf. Alternativ kann der Sensor auch umspritzt sein, wobei die Laufbahnen der Wälzkörper beispielsweise armiert sind. In eine derartige, im Getriebe montierte Lagerhülse kann das Getriebestellelement durch einfaches Stecken eingebaut werden.
Vorzugsweise ist die Lagerhülse aus einem abriebfesten Material gefertigt. Stahl, insbesondere gehärteter Stahl, ist ein vergleichsweise kostengünstiges und gleichzeitig sehr abriebfestes Material, mit welchen die gewünschten Ei- genschaften der Lagerhülse realisiert werden können.
Es ist von Vorteil, weitere Funktionen in das Lager zu integrieren. So ist vorgesehen, dass es einen Steckkontakt für einen Stecker aufweist, um das Sensor- Signal an eine Auswerteeinheit zu übertragen. Eine derartige Anordnung baut radial besonders kompakt, wenn der Steckkontakt, Sensor und Getriebestell- element axial aufeinander folgend angeordnet sind. Axial lässt sich der Bau- raum durch koaxiale Anordnung verkürzen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Lagerhülse topfförmig ausgebildet und nimmt an oder in ihrem Topfboden den Sensor auf. Ist der Sensor in den Boden integriert, ist er vor Umgebungseinflüssen und direkter Beaufschlagung durch die Schaltstange gut geschützt.
Die Lagerhülse kann stufenförmig gezogen sein. So ist vorgesehen, dass sie sich aus zwei Teilzylindern zusammensetzt. Axial aus Richtung des Getriebestellelements gesehen weist sie an der Stelle, an der sich der Hülsendurchmesser ändert, einen äußeren, umlaufenden Rand auf, der als Anschlagfläche für das Getriebestellelement dienen kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Anordnung eine Auswerteeinheit mit einem Speicher auf, in dem Messwerte von Referenzpositionen des Getriebestellelements abgelegt sind. Die Messwerte werden vorzugsweise nach dem Zusammenbau der Anordnung eingelernt und gespeichert. Sind aufgrund konstruktiver Gegebenheiten nur gewisse, diskrete Positionen des ersten Maschinenteils möglich, lässt sich bei dessen Bewegung die aktuelle Messwertänderung mit einer im Speicher abgelegten Referenztabelle vergleichen und eine Wahrscheinlichkeitsaussage treffen, welcher möglichen Position der Messwert am ehesten zuzuordnen ist. Alternativ spricht die Auswerteinheit nur bei Überschreiten gewisser Schwellwerte an, die sicherstellen, dass eine gewisse Mindestverschiebung erfolgt ist. Auf diese Weise können auch Sensoren in der Anordnung verwendet werden, die nur ein relativ grobes Auflösungsraster aufweisen. Eine derartige Anordnung gewährleistet auch bei sehr großen Toleran- zen eine sichere Erkennung. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig.1 einen Längsschnitt eines ersten erfindungsgemäßen Lagers,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lagers, Fig. 3 einen Längsschnitt eines zweiten erfindungsgemäßen Lagers,
Fig. 4 eine geschnittene Schrägansicht des Lagers aus Fig. 2,
Fig. 5 einen Längsschnitt eines dritten erfindungsgemäßen Lagers,
Fig. 6 eine geschnittene Schrägansicht des Lagers aus Fig. 4,
Fig. 7 einen Längsschnitt eines vierten erfindungsgemäßen Lagers und Fig. 8 einen Längsschnitt eines fünften erfindungsgemäßen Lagers.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Anordnung 2 zur Lagerung eines linear ver- schiebbaren Getriebestellelements 3. Die Anordnung 2 ist Teil eines nicht weiter dargestellten Schaltgetriebegehäuses 6 eines Kraftfahrzeugs. Sie umfasst eine Schaltschiene 4 als ein Getriebestellelement 3 und ein Lager 8, das eine Lagerhülse 10 aufgenommen ist. Die Lagerhülse 10 ist topfförmig ausgebildet und weist einen in Richtung der Schaltschiene 4 orientierten Boden 13 auf.
Die Schaltschiene 4 ist mit einem axialen Ende 16 mit einem Wälzlager 18 gelagert. Das in Fig. 1 nicht sichtbare zweite axiale Ende der Schaltschiene 4 ist in einem weiteren Wälzlager gelagert. Das Wälzlager 18 ist in der Lagerhülse 10 aufgenommen, wobei die Wälzkörper 19 des Radial-Linear-Wälzlagers 18 auf der Mantelfläche 20 der Lagerhülse 10 innenseitig ablaufen. Aus der Querschnittsdarstellung wird die beidseits der Längsachse 15 symmetrische Anordnung der Wälzkörper 19 nicht ersichtlich. Um eine verschleißfeste Lauffläche für die Wälzkörper 19 zu realisieren, ist die Mantelfläche 20 der Lagerhülse 10 aus einem hochfesten Stahl gefertigt. Die Lagerhülse 10 selbst ist in einen zylindrischen Gehäuseabschnitt des Gehäuses 6 eingesetzt.
Stirnseitig in Richtung der Schaltschiene 4 orientiert ist ein Sensor 12 am Bo- den 13 der Lagerhülse 10 angeordnet. Er ist in Richtung der Stirnfläche 9 des axialen Endes 16 der Schaltschiene 4 gegenüberliegend angeordnet. Zwischen der Stirnfläche 9 der Schaltschiene 4 und dem Sensor 12 ist ein Federelement 7 angeordnet, das als Schraubendruckfeder ausgebildet ist. Der Sensor 12 und das Federelement 7 sind beide im Wesentlichen entlang der Längsachse 15 der Schaltschiene 4 angeordnet. Der Montageprozess ist einfach, da es aufgrund eines anschließenden Kalibrierprozesses auf die exakte Einbaulage des Sensors 12 und der Schaltschiene 4 nicht ankommt.
Bei einem Schaltvorgang wird die Schaltschiene 4 entlang ihrer Längsachse 15 zwischen drei axial benachbarten Positionen s-i, Sn, S2 verschoben (Figur 2). Dabei entspricht die mittlere Position der Neutralposition Sn, und die beiden anderen Positionen s-i, S2 sind Schaltpositionen und sind jeweils einem Gang zugeordnet. Gleichzeitig mit der Schaltschiene 4 wird ein daran befestigter, in der Darstellung nicht sichtbarer Schaltfinger zwischen diesen Positionen ver- schoben. Zum Schalten eines Ganges wird die Schaltschiene 4 in dem Schaltgetriebe aus der Neutralposition Sn heraus in die Schaltposition bewegt. Dabei erfolgt über den Schaltfinger und über eine daran befestigte Schaltmuffe die Schaltung des zur Bildung der entsprechenden Übersetzungsstufe erforderlichen Zahnradsatzes.
Mittels des Sensors 12 ist eine Bestimmung der axialen Position der Schaltschiene 4 möglich. Dazu ist der Sensor 12 als ein Piezoelement ausgeführt. Das erzeugte Sensorsignal wird von einem Signalnehmer 21 abgegriffen und über einen Steckkontakt 22 zu einer Auswerteeinheit 11 des Schaltgetriebes des Kraftfahrzeugs geleitet.
Der mit der Neutralposition s-i, Sn, S2 der Schaltschiene 4 korrelierte Messwert wird als Bezug gewählt, so dass die Anordnung bezüglich der Neutralposition kalibriert wird. Wenn sich die Schaltschiene 4 im Rahmen eines Schaltvorgangs aus ihrer Neutralposition Sn, heraus in eine Schaltposition s-i, S2 bewegt, dann steigt bzw. sinkt der von dem Federelement 7 ausgeübte Druck auf den Sensor 12. Das entsprechende Spannungssignal wird von dem Signalnehmer 21 abgegriffen und wird über den Steckkontakt 22 an eine externe Auswerteeinheit 11 übermittelt, die gegebenenfalls diesen Wert um externe Einflussgrößen eines weiteren Sensors 17 korrigiert.
Die Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Figur 1 dadurch, dass die Lagerhülse 10 nicht durch den Mantel 20 mit einem Boden 13 als Topfteil gebildet ist. Stattdessen ist ein zylindrischer, metallischer Mantel 20 vorgesehen, dessen Innenwandung gehärtet ist. Der Mantel 20 umgreift formschlüssig ein Formteil 23 aus Kunststoff, das die Schaltschiene 4 aufnimmt. Zwischen der Schaltschiene 4 und dem Mantel 20 sind Wälzkörper 19 in Form von Kugelrollen so angeordnet, dass sie auf diesen Bauteilen abrollen und voneinander in Umfangsrichtung durch Stege 25 des Formteils 1 getrennt sind. Somit bildet das Formteil 23 einen Käfig 36, in dem die Wälzkörper 19 in Führungskanälen 24 axial geführt sind. Die axiale Verschiebbarkeit wird durch einen Axialanschlag 37 begrenzt. Nicht dar- gestellt ist eine Variante, bei der der Mantel 20 und das Formteil 23 einteilig die Lagerhülse 10 bilden. Im Formteil 23 ist der Sensor 12 angeordnet, der durch ein Federelement 7 über eine Druckplatte 26 beaufschlagt wird. Das Formteil 23 weist ein Sackloch 27 zur Aufnahme der Schaltschiene 4 auf. Die Schaltschiene 4 ist durch die Stege 25 verkippsicher geführt. Das Lager 8 kann zur Montage mit der sich an einem Ringabsatz 28 und einem Führungsdorn 29 abstützenden und daher verliergesicherten Formfeder 7 fertig geliefert werden, so dass die Schaltschiene 4 nur noch in das Sackloch 27 eingesteckt werden muss. Die Ausführungsform nach den Figuren 5 und 6 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Figur 1 dadurch, dass die Schaltschiene durch ein Gleitlager 30 gelagert ist. Als Sensor 12 weist die Anordnung 2 einen Sensor 12 auf, der nach Art eines linear variablen Differentialtransformators (LVDT) arbeitet. Dazu weist das Formteil 23 aus einem nicht-leitenden Material eine Spule 31 auf. Je nach Aufbau der Vorrichtung wird für jede Position bzw. Positionsveränderung durch Einführen der eisenhaltigen Schaltschiene 4 in den Spulenkern ein eindeutiges Signal generiert.
Figur 7 zeigt eine Anordnung 2, bei der der Sensor 12 auf einem zentralen Dorn 33 des Lagers 8 angeordnet ist und in eine stirnseitige Ausnehmung 32 der Schaltschiene 4 eingreift. Der Dorn 33 kann die Schaltschiene 4 innenseitig führen und garantiert in jeder Position einen geringen Abstand zur Schalt- schiene 4, was eine genaue Positionserkennung ermöglicht.
Figur 8 zeigt eine Anordnung 2, die sich von den übrigen Ausführungsformen dadurch unterscheidet, dass der Sensor 12 mit seinen Teilsensoren 34 radial außenseitig angeordnet sind. Sie interagieren mit am axialen Ende 16 der Schaltschiene angeordneten Signalgebern 35.
Liste der Bezugszahlen
1 (nicht vergeben)
2 Anordnung
3 Getriebestellelement
4 Schaltschiene
5 (nicht vergeben)
6 Getriebegehäuse
7 Federelement
8 Lager
9 Stirnfläche
10 Lagerhülse
11 Auswerteeinheit
12 Sensor
13 Boden
14 (nicht vergeben)
15 Längsachse
16 axiales Ende
17 weiterer Sensor
18 Radial-Linear-Wälzlager
19 Wälzkörper
20 Mantel
21 Signalnehmer
22 Signalausgang
23 Formteil
24 Führungskanal
25 Steg
26 Druckplatte
27 Sackloch
28 Ringabsatz
29 Führungsdorn 30 Gleitlager
31 Spule
32 Ausnehmung 33 zentraler Dorn
34 Teilsensor
35 Signalgeber
36 Käfig I Längsrichtung
Si erste Schaltstellung
Sn Neutralstellung
S2 zweite Schaltstellung

Claims

Patentansprüche
1. Lager (8) mit einer Lagerhülse (10) zur Lagerung eines Getriebestellele- ments (3, 4) in einem Gehäuse (6), dadurch gekennzeichnet, dass in die
Lagerhülse (10) ein Sensor (12) integriert ist.
2. Lager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (8) als ein Gussteil ausgebildet ist.
3. Lager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (8) Wälzkörper (19) aufweist.
4. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse (10) als Formteil einen Käfig (36) für die Wälzkörper (19) bildet.
5. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebestellelement (3, 4) teilweise durch die Lagerhülse (10) geführt ist.
6. Lager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) und die Lagerhülse (10) formschlüssig verbunden sind.
7. Lager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (8) einen Steckkontakt (22) für das Sensorsignal aufweist.
8. Lager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (8) topfförmig ausgebildet ist.
9. Lager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) als LVDT-Sensor ausgebildet ist.
10. Lager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse (10) ein den Sensor (12) aufnehmendes Formteil (23) außenseitig um- greift.
11. Lager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (8) einen Axialanschlag (37) für das Getriebestellelement zur Aufrechterhal- tung eines Minimalabstands zwischen einem axial angeordneten Sensor
(12) und dem Getriebestellelement (3, 4) aufweist.
12. Verfahren zur Herstellung einer Schalteinheit mit einem Getriebestellelement und einem Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (12) vergossen wird, mit Kunststoff umspritzt wird oder formschlüssig mit einem Blechbauteil verbunden wird und dass das Getriebeelement (3, 4) in das Lager (8) eingesteckt wird.
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