Vorrichtung zur Ermittlung der Drehzahl einer Getriebewelle

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehzahl einer Getriebewelle nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer solchen Vorrichtung.

Aus dem Stand der Technik sind Getriebe bekannt, die Drehzahlabgriffseinrichtungen zum Generieren eines Geschwindigkeitssignals für beispielsweise ein Kraftfahrzeug aufweisen. Diese Drehzahlabgriffseinrichtungen umfassen im Wesentlichen einen drehfest mit einer entsprechenden Getriebewelle verbundenen Signal- oder Drehzahlgeber, dem ein feststehender Drehzahlsensor zugeordnet ist, um die Drehzahl an dem Drehzahlgeber abzugreifen.

In Kraftfahrzeuggetrieben mit 2 Vorgelegewellen ist eine Hauptwelle bekannterweise mit ausreichendem Spiel zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebswelle gelagert, wobei sich die Hauptwelle im Lastbetrieb automatisch zentriert. Durch das vorgesehene Spiel kann die Hauptwelle im lastfreien Zustand unter Drehzahl entsprechende Bewegungen ausführen und sich sowohl axial als auch radial aus ihrer Sollposition bewegen. Die Bewegungsarten reichen hierbei von radialem Gleichlauf bis zu einer sogenannten Taumelbewegung, bei der sich die Wellenenden der Hauptwelle in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass die Drehzahlerfassung mittels einer mit der Hauptwelle fest verbundenen Zahnscheibe und einem Sensor erfolgt, der an der Zahnscheibe radial oder axial angeordnet sein kann. Ein Nachteil hierbei ist, dass bei einer Taumelbewegung der Hauptwelle die mit der Hauptwelle fest verbundene Zahnscheibe ebenfalls dieser Taumelbewegung folgt. Da eine solche Zahnscheibe einen relativ großen Durchmesser aufweist, sind auch die durch die Taumelbewegung erzeugten Bewegungen der

Zahnscheibe entsprechend groß. Die Zahnscheibe darf sich messtechnisch bedingt allerdings nur in einem sehr kleinen Toleranzfeld bewegen. Bewegt sich die Zahnscheibe aus diesem Toleranzfeld heraus, ist eine exakte Drehzahlmessung nicht mehr gewährleistet, weil durch den Sensor die Zähne bzw. Zahnlücken der Zahnscheibe nicht mehr zuverlässig erfasst werden können. Des Weiteren muss hier ein intelligenter Sensor eingesetzt werden, der trotz der Taumelbewegung der Hauptwelle ein korrektes Signal ausgibt. Ein solcher Sensor ist allerdings wesentlich teurer als ein herkömmlicher Drehzahlsensor ohne zusätzliche Auswerteelektronik. Auch wird die Getriebebaulänge um die Zahnscheibenstärke entsprechend verlängert.

In der nicht vorveröffentlichten Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen 10 2006 023 554 wird eine Anordnung zur Ermittlung der Drehzahl einer Getriebewelle offenbart. Die Anordnung weist einen mit der Getriebewelle drehfest verbundenen Drehzahlgeber und einen feststehenden Drehzahlsensor auf, mittels dessen die Drehzahl an dem Drehzahlgeber abgreifbar ist. Der Drehzahlgeber ist am Umfang einer axial verschiebbar und drehfest an der Getriebewelle angeordneten Schiebemuffe vorgesehen. Der Drehzahlsensor ist an einem langen Sensorarm angeordnet und wird derart an der Schiebemuffe positioniert, dass die Drehzahl in radialer Richtung an dem Drehzahlgeber abgreifbar ist.

Ein Nachteil hierbei ist, dass zur Positionierung des Drehzahlsensors ein langer frei hängender Sensorarm benötigt wird. Je länger ein solcher Sensorarm ausgebildet ist, desto größer ist die Gefahr, dass er bei einer äußeren Schwingungsanregung selbst zu schwingen beginnt. Durch diese Schwingung kann ein fehlerhaftes Drehzahlsignal entstehen. Auch hier muss ein intelligenter Sensor eingesetzt werden, der trotz der Taumelbewegung der Hauptwelle ein korrektes Signal ausgibt. Um Kollisionen bei einem Schaltvorgang zu vermeiden, muss der Sensorarm in eine Schaltgabelöffnung eintauchen können, wobei die Schaltgabelarme der Schaltgabel asymmetrisch ausgebildet werden

müssen und die Schaltgabel nicht massiv gefertigt werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ermittlung der Drehzahl einer Getriebewelle darzustellen, durch welche eine sichere Drehzahlerfassung ermöglicht wird und durch welche die Nachteile des Standes der Technik beseitigt bzw. minimiert werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine, auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisende, gattungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung der Drehzahl einer Getriebewelle gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung der Drehzahl einer Getriebewelle umfasst einen drehfest mit einer Getriebewelle verbundenen Drehzahlgeber und wenigstens einen Drehzahlsensor. Der Drehzahlsensor weist zumindest ein Sensorelement auf, mittels dessen die Drehzahl der Getriebewelle an dem Drehzahlgeber abgreifbar ist. Erfindungsgemäß ist der Drehzahlsensor an einem Schaltelement zum Betätigen einer auf der Getriebewelle axial verschiebbaren und drehfest mit der Getriebewelle verbundenen Schiebemuffe einer Kupplungseinrichtung befestigt. Der Drehzahlsensor kann hierbei beispielsweise mit dem Schaltelement verschraubt, vernieten oder an das Schaltelement angeschweißt werden. Der Drehzahlsensor kann beispielsweise als Hall-Effekt-Sensor oder als Induktionssensor ausgebildet sein und bei der Getriebewelle kann es sich beispielsweise um eine Hauptwelle eines Kraftfahrzeuggetriebes handeln.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Drehzahlgeber am Umfang der Schiebemuffe der Kupplungseinrichtung vorgesehen, welche in axialer Richtung der Getriebewelle in eine Neutralstellung, eine erste Kupplungsstellung und eine zweite Kupplungsstellung bringbar ist. Durch die Schiebemuffe können zu kuppelnde Getriebeteile mit der entsprechenden Getriebewelle drehfest verbunden werden. Die zu kuppelnden

Getriebeteile sind vorzugsweise als sogenannte Loszahnräder ausgebildet, die drehbar auf der Getriebewelle angeordnet sind und über entsprechende klauenartige Kurzverzahnungen, welche sich beispielsweise seitlich an den Loszahnrädern befinden, durch die Schiebemuffe mit der entsprechenden Getriebewelle drehfest verbunden werden können. Zur Schalterleichterung können solche Kupplungseinrichtungen mit Synchronisier- und/oder Sperrsynchronisiereinrichtungen ergänzt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Schiebemuffe eine Außenverzahnung auf, die mit einer Innenverzahnung eines zu kuppelnden Getriebeteils, insbesondere eines Loszahnrads, in Eingriff gebracht werden kann. Der Drehzahlgeber wird bei dieser Ausführungsform von der Außenverzahnung der Schiebemuffe gebildet, wodurch die Außenverzahnung der Schiebemuffe in unveränderter Form auch als Drehzahlgeber verwendet werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Schiebemuffe eine umlaufende Nut auf, in die das Schaltelement zum Betätigen der Schiebemuffe eingreift. Bei dieser Ausführungsform weist die Außenverzahnung der Schiebemuffe zwei seitliche Außenverzah- nungsabschnitte auf, zwischen denen sich die umlaufende Nut erstreckt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Drehzahlsensor derart ausgebildet und an dem Schaltelement zum Betätigen der Schiebemuffe angeordnet, dass das an bzw. in dem Drehzahlsensor angeordnete Sensorelement in die umlaufende Nut der Schiebemuffe hinein ragt und die Drehzahl der Schiebemuffe und somit die Drehzahl der Getriebewelle in axialer Richtung an zumindest einer der Nut zugewandten Seitenflächen der Außenverzahnungsabschnitte abgreift. Somit ist sichergestellt, dass das Sensorelement des Drehzahlsensors in jeder Schaltstellung auf die gleiche Messverzahnung zugreifen kann, wodurch eine hohe Signalqualität erreicht

werden kann. Die Schiebemuffe, das Schaltelement und der an dem Schaltelement befestigte Drehzahlsensor folgen der Taumelbewegung der Getriebewelle. Somit kann die das Messsignal negativ beeinflussende Relativbewegung zwischen dem Sensorelement und der Messverzahnung, welche durch die Taumelbewegung der Getriebewelle verursacht wird, im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verringert werden. Ein zwischen dem Drehzahlsensor und der Außenverzahnung benötigter Luftspalt kann sehr klein ausgeführt werden, da bei einem Schaltvorgang keine Kollisionsgefahr besteht. Somit kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung der Drehzahl einer Getriebewelle ein Standardsensor eingesetzt und auf einen teuren intelligenten Sensor mit entsprechender Auswerteelektronik verzichtet werden. Des Weiteren ist es denkbar, dass der Drehzahlsensor und die Schiebemuffe derart ausgebildet sind, dass der Drehzahlsensor die Drehzahl der Schiebemuffe in radialer Richtung an der Außenverzahnung abgreift. Hierfür müsste die Schiebemuffe entsprechend breiter ausgebildet sein, damit der Drehzahlsensor auch dann, wenn sich die Schiebemuffe in einer ihrer Kupplungsstellungen befindet, die Außenverzahnung der Schiebemuffe noch erfassen kann und nicht mit dem zu kuppelnden Getriebeteil kollidiert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Drehzahlsensor als autarke Sensoreinheit ausgebildet, welche wenigstens einen Sender und eine integrierte Energieversorgung umfasst. Das Sensorsignal wird von dem Sender drahtlos an einen entsprechenden Empfänger, der in bzw. an einem Sensormodul und/oder einem elektronischen Steuergerät angeordnet ist, übertragen. Die Signalübertragung kann beispielsweise über elektromagnetische Funkwellen erfolgen. Das elektronische Steuergerät ist beispielsweise als Steuergerät für die Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Durch die drahtlose Signalübertragung kann eine aufwendige und teure Kabelverlegung entfallen. Das Getriebegehäuse muss hierbei gegebenenfalls einen Bereich aufweisen, der für elektromagnetische Wellen durchlässig ist. Die Energieversorgung der autarken Sensoreinheit kann bei-

spielsweise über eine Akku- oder Batterieversorgung sichergestellt werden.

Die notwendige Energie zum Betrieb der Sensoreinheit ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform durch eine mechanische Schwingungsenergie erzeugbar. Ein Piezo-Element, beispielsweise in Form einer piezoelektrischen Folie oder eines piezoelektrischen Keramikplättchens, ist hierfür im bzw. am Sensorgehäuse der Sensoreinheit angeordnet. Vorteilhafterweise ist das Piezo-Element derart im Sensorgehäuse der Sensoreinheit angeordnet, dass zur Energieerzeugung die mechanische Schwingungsenergie, die bei einem Schaltvorgang und/oder durch die Taumelbewegung der Getriebewelle entsteht, durch das Piezo-Element in elektrische Energie umgewandelt wird. Bei einem Schaltvorgang trifft die Schiebemuffe auf das zu kuppelnde Getriebeteil, wobei ein Teil der kinetischen Energie des Schaltelements beim Auftreffen der Schiebemuffe auf das zu kuppelnde Getriebeteil in elektrische Energie umgewandelt wird. Ebenso ist es denkbar, dass die notwendige Energie zum Betrieb der Sensoreinheit durch einen Vibrationsgenerator erzeugt wird, welcher die bei einem Schaltvorgang und/oder durch die Taumelbewegung der Getriebewelle auf die Sensoreinheit wirkenden Schwingungen bzw. Vibrationen in e- lekthsche Energie umwandelt.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung steht der Drehzahlsensor über wenigstens eine Verbindungsleitung mit dem Sensormodul und/oder dem elektronischen Steuergerät in Verbindung und das Sensorsignal ist über die Verbindungsleitung an das Sensormodul und/oder das elektronische Steuergerät übertragbar.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Schaltelement zum Verschieben der Schiebemuffe als Schaltgabel ausgebildet, welche beispielsweise durch eine Schaltschiene betätigbar ist.

Somit wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung der Drehzahl einer Getriebewelle weder eine als Drehzahlgeber ausgebildete Zahnscheibe noch ein langer Sensorarm zur Positionierung des Drehzahlsensors an dem Drehzahlgeber benötigt. Auch wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kein intelligenter Sensor mit aufwendiger integrierter Auswerteelektronik benötigt und das Sensorsignal kann in jeder Kupplungsstellung der Schiebemuffe an derselben Messverzahnung abgegriffen werden.

Das erfindungsgemäße Getriebe für insbesondere ein Kraftfahrzeug weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung der Drehzahl einer Getriebewelle auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes ist die Getriebewelle als Hauptwelle des Getriebes ausgebildet, wobei ferner zwei Vorgelegewellen vorgesehen sind, zwischen denen die Hauptwelle schwimmend gelagert ist.

Im Folgenden wird das Grundprinzip der Erfindung, welche mehrere Ausführungsformen zulässt, an Hand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung der Drehzahl einer Getriebewelle und

Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in teilweise geschnittener Darstellung.

Die in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung der Drehzahl einer Getriebewelle umfasst einen Drehzahlsensor 2 und einen Drehzahlgeber 3. Der Drehzahlsensor 2 weist hier ein Sensorelement 10 auf, mittels dessen die Drehzahl an dem Drehzahlgeber

3 abgreifbar ist. Der Drehzahlgeber 3 wird bei dieser Ausführungsform von der Außenverzahnung einer Schiebemuffe 4 einer Kupplungseinrichtung 1 gebildet. Der Drehzahlsensor 2 ist an einem Schaltelement 5 angeordnet, wobei das Schaltelement 5 als Schaltgabel zum Betätigen der Schiebemuffe 4 ausgebildet ist. Mittels Befestigungselementen 8, 9 ist der Drehzahlsensor 2 fest mit der Schaltgabel 5 verschraubt. Die Schiebemuffe 4 weist eine umlaufende Nut 1 1 auf, in die die Schaltgabel 5 zum Betätigen der Schiebemuffe 4 eingreift. Die Außenverzahnung 3 der Schiebemuffe weist zwei seitliche Außenverzahnungs- abschnitte 3a, 3b auf, zwischen denen sich die umlaufende Nut 1 1 erstreckt.

Der Drehzahlsensor 2 ist derart ausgebildet und an der Schaltgabel 5 zum Betätigen der Schiebemuffe 4 angeordnet, dass das in dem Drehzahlsensor 2 angeordnete Sensorelement 10 in die umlaufende Nut 11 der Schiebemuffe 4 hinein ragt und die Drehzahl der Schiebemuffe 4 in axialer Richtung an einer der Nut 11 zugewandten Seitenflächen der Außenverzahnungsabschnitte 3a, 3b abgreift. Somit ist sichergestellt, dass das Sensorelement 10 des Drehzahlsensors 2 in jeder Schaltstellung der Schiebemuffe 4, welche in axialer Richtung zu einer Getriebehauptachse 6 in eine Neutralstellung, eine erste Kupplungsstellung und eine zweite Kupplungsstellung bringbar ist, auf die gleiche Messverzahnung 3a, 3b zugreift, wodurch eine hohe Signalqualität erreichbar ist. Ein zwischen dem Drehzahlsensor 2 und den Außenverzahnungsab- schnitten 3a, 3b benötigter Luftspalt kann sehr klein ausgeführt werden, da bei einem Schaltvorgang keine Kollisionsgefahr besteht. Der Drehzahlsensor 2 ist hier derart an der Schaltgabel 5 angeordnet, dass die Sensormessachse 7 parallel zu der Getriebehauptachse 6 liegt.

Die Fig. 2 zeigt die in der Fig. 1 beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in geschnittener Darstellung. Die Schiebemuffe 4 ist auf einer Getriebewelle 12 axial verschiebbar angeordnet und mit der Getriebewelle 12 drehfest verbunden. Die Getriebewelle 12 ist hier als Hauptwelle eines Kraftfahrzeuggetriebes ausgebildet, wobei ferner zwei Vorgelegewellen

16, 17 vorgesehen sind, zwischen denen die Hauptwelle 12 schwimmend gelagert ist. Durch die Schiebemuffe 4 können Loszahnräder 13, die drehbar auf der Hauptwelle 12 angeordnet sind über entsprechende klauenartige Kurzverzahnungen, welche sich beispielsweise seitlich an den Loszahnrädern 13 befinden, mit der Hauptwelle 12 drehfest verbunden werden.

Bei einer Taumelbewegung der Hauptwelle 12 folgen sowohl die Schiebemuffe 4 und die Schaltgabel 5 als auch der an der Schaltgabel 5 befestigte Drehzahlsensor 2 dieser Taumelbewegung, wodurch die das Messsignal negativ beeinflussende Relativbewegung zwischen dem Sensorelement 10 und der Messverzahnung 3a, 3b, welche durch die Taumelbewegung der Hauptwelle 12 verursacht wird, so gering ist, dass das Messsignal trotz der Taumelbewegung der Hauptwelle 12 mittels eines Standardsensors erfassbar ist und somit auf einen teuren intelligenten Sensor mit entsprechender Auswerteelektronik verzichtet werden kann.

Der Drehzahlsensor 2 ist hier als autarke Sensoreinheit ausgebildet, welche wenigstens einen Sender und eine integrierte Energieversorgung umfasst (hier nicht dargestellt). Das Sensorsignal wird von dem Sender drahtlos an einen entsprechenden Empfänger 18, der hier an einem Sensormodul 14 angeordnet ist, übertragen. Die drahtlose Signalübertragung 15 kann beispielsweise über elektromagnetische Funkwellen erfolgen. Durch die drahtlose Signalübertragung 15 kann eine aufwendige und teure Kabelverlegung entfallen.

Ein hier nicht dargestelltes Piezo-Element ist derart im bzw. am Gehäuse des Drehzahlsensors 2 angeordnet, dass zur Energieerzeugung die mechanische Schwingungsenergie, die bei einem Schaltvorgang und/oder durch die Taumelbewegung der Hauptwelle 12 entsteht, durch das Piezo-Element in e- lekthsche Energie umgewandelt wird. Bei einem Schaltvorgang trifft die Schiebemuffe 4 auf das zu kuppelnde Loszahnrad 13, wobei ein Teil der kinetischen Energie der Schaltgabel 5 beim Auftreffen der Schiebemuffe 4 auf das Los-

zahnrad 13 in elektrische Energie umgewandelt wird.

Bezuqszeichen

1 Kupplungseinrichtung

2 Drehzahlsensor

3 Drehzahlgeber, Außenverzahnung der Schiebemuffe

3a Messverzahnung, Außenverzahnungsabschnitt der Schiebemuffe

3b Messverzahnung, Außenverzahnungsabschnitt der Schiebemuffe

4 Schiebemuffe

5 Schaltelement, Schaltgabel

6 Getriebehauptachse

7 Sensormessachse

8 Befestigungselement

9 Befestigungselement

10 Sensorelement

11 umlaufende Nut

12 Getriebewelle, Hauptwelle

13 zu kuppelndes Getriebeteil, Loszahnrad

14 Sensormodul

15 drahtlose Signalübertragung, elektromagnetische Funkwellen

16 Vorgelegewelle

17 Vorgelegewelle

18 Empfänger