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1 (19) *DE B * (10) DE B (12) Patentschrift (21) Aktenzeichen: (22) Anmeldetag: (43) Offenlegungstag: (45) Veröffentlichungstag der Patenterteilung: (51) Int Cl.: G01B 5/24 ( ) G01D 5/04 ( ) G01M 13/02 ( ) F16H 63/42 ( ) Innerhalb von drei Monaten nach Veröffentlichung der Patenterteilung kann nach 59 Patentgesetz gegen das Patent Einspruch erhoben werden. Der Einspruch ist schriftlich zu erklären und zu begründen. Innerhalb der Einspruchsfrist ist eine Einspruchsgebühr in Höhe von 200 Euro zu entrichten( 6 Patentkostengesetz in Verbindung mit der Anlage zu 2 Abs. 1 Patentkostengesetz). (73) Patentinhaber: Continental Automotive GmbH, 30165, Hannover, DE (72) Erfinder: Last, Bernd, Dr., 93093, Donaustauf, DE (56) Für die Beurteilung der Patentfähigkeit in Betracht gezogene Druckschriften: DE A1 DE A1 DE A1 DE A1 (54) Bezeichnung: Anordnung zum Messen einer Winkelposition einer Schaltwalze eines Getriebes, insbesondere für ein Kraftfahrzeuggetriebe (57) Hauptanspruch: Anordnung zum Messen einer Winkelposition einer Schaltwalze (1) eines Getriebes mit einem Winkelsensor (12, 13), der ein drehbares Element (13) aufweist, wobei das drehbare Element drehbar um eine Achse an einem Tragelement (17) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragungsanordnung mit einem drehbar gelagerten fünften Zahnrad (11) in Wirkverbindung mit dem drehbaren Element (13) des Winkelsensors (12, 13) zur Übertragung einer Drehbewegung der Schaltwalze (1) auf das drehbare Element (13) des Winkelsensors steht, wobei die Übertragungsanordnung eine Getriebestufe mit einem ersten, in Eingriff mit der Schaltwalze (1, 2) stehenden Zahnrad (8) und einem zweiten, in Eingriff mit dem fünften Zahnrad (11) stehenden Zahnrad (9) aufweist, die fest miteinander verbunden sind und drehbar um eine erste Achse (7) gelagert sind, dass ein Tragelement (17) an einer Antriebseinheit (16) gehaltert ist, dass die Antriebseinheit (16) eine Antriebswelle (6) zum Antreiben der Schaltwalze (1) aufweist, dass das erste Zahnrad (8) mit der Antriebswelle...

2 Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen einer Winkelposition gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. [0002] Getriebe mit Schaltwalzen werden insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt. In automatisierten Schaltgetrieben, bei denen eine Betätigung von Schaltgabeln über einen Schaltwalzenmechanismus erfolgt, ist es notwendig, die aktuelle Winkelposition der Schaltwalze für einen optimierten Schaltvorgang zu kennen. Bei kontinuierlich angetriebenen Schaltwalzen ist hierfür ein Messsystem erforderlich, das eine genaue Winkelstellung für die Regelung der Schaltwalze liefert. Dieses Messsystem sollte auch nach einem Neustart der Messeinrichtung die Position der Schaltwalze sofort erfassen können, ohne dass hierfür eine Referenzfahrt notwendig ist. Besonders kritisch ist bei dem Einsatz von Schaltwalzengetrieben zumeist der Einbauraum, der für eine Anordnung des Messsystems erforderlich ist. [0003] Aus der DE A1 geht ein Winkelsensor zur Erfassung der Stellung einer Welle hervor, die in einem begrenzten Winkelbereich drehbar ist. Er ist mit einem Codeelement, das mit der Welle verbunden ist und dessen Position abhängig von der Stellung der Welle ist, und mit einem Detektor versehen, der die Stellung des Codeelements erfasst. Die Verbindung von Codeelement und Welle erfolgt mittels einer Übersetzung, die jeder Stellung der Welle eine eindeutige Position des Codeelements zuordnet. [0004] Aus der DE A1 geht ein mehrstufiger Winkelschrittgeber mit einer Eingangswelle hervor, deren Winkelstellung absolut zu bestimmen ist, mit einer mit der Eingangswelle gekoppelten ersten Winkelschritt-Codescheibe und einer oder mehreren nachgeschalteten Winkelschritt-Codescheiben, die jeweils vorzugsweise optoelektrisch abgetastet werden. Dabei ist jede Codescheibe über ein Untersetzungsgetriebe von der jeweils vorgeschalteten Codescheibe antreibbar. Es ist vorgesehen, dass wenigstens zwei Codescheiben in einer Ebene mit parallel und exzentrisch zur Eingangswelle verlaufenden Drehachsen angeordnet sind. [0005] Aus der DE A1 geht ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsmotor, einem Getriebe und einem Drehmomentübertragungssystem, mit einer Vorrichtung zur automatisierten Betätigung des Getriebes mit einer Steuereinheit und zumindest eine von der Steuereinheit ansteuerbaren Aktor zum Schalten/Wählen einer Getriebeübersetzung hervor. Dabei steht die Steuereinheit mit zumindest einem Sensor und ggf. mit anderen Elektronikeinheiten in Signalverbindung. Der Aktor weist einen ersten Antrieb zur Betätigung eines Getriebeelementes zum Wählen einer Getriebeübersetzung und einen zweiten Antrieb zur Betätigung eines Getriebeelementes zum Schalten einer Getriebeübersetzung auf. [0006] Die DE A1 beschreibt einen Drehgeber zur Ermittlung der Drehbewegung einer Welle mittels einem mechanischen und/oder elektronischen Zählwerk, wobei zwischen der Welle und dem Zählwerk ein Planetengetriebe angeordnet ist. [0007] Ein kontinuierlich angetriebenes schaltwalzenbetätigtes Schaltgetriebe ist beispielsweise von der Firma MCC bekannt, das in dem Fahrzeug Smart eingesetzt wird. Hier wird die Schaltwalze elektromotorisch über ein Reduktionsgetriebe angetrieben. Zur Winkelerfassung kommt ein System bestehend aus einem hochauflösenden Inkrementalgeber, der die Positionsänderungen der Motorwelle über ein ca. 20-poliges Magnetrad erfasst, und aus einem Potentiometer zum Einsatz, der auf der Schaltwalzenachse angeordnet ist und die absolute Position der Schaltwalze erfasst. [0008] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine vereinfachte Anordnung zum Messen einer Winkelposition einer Schaltwalze eines Getriebes bereitzustellen. [0009] Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. [0010] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. [0011] Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Winkelsensor vorgesehen ist, der über eine Übertragungsanordnung mit der Schaltwalze in Eingriff steht und die absolute Drehposition der Schaltwalze erfasst. Durch die Anordnung der Übertragungsanordnung ist ein flexibler Aufbau der Anordnung möglich, so dass der Winkelsensor nicht direkt an der Schaltwalze angeordnet sein muss. Dadurch kann der Winkelsensor an dem Ort angeordnet Werden, an dem ausreichend Bauraum zur Verfügung steht. [0012] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Übertragungsanordnung eine Getriebestufe mit zwei Zahnrädern auf, wobei die Zahnräder vorzugsweise unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Durch die Wahl der Durchmesser ist eine Anpassung des Drehbereichs der Schaltwalze auf einen Messbereich des Winkelsensors möglich. Somit kann ein vorgegebener Drehbereich der Schaltwalze auf einen vorgegebenen Winkelbereich des Winkelsensors angepasst werden. Auf diese Weise ist eine optimale Ausnutzung des Messbereichs des Winkelsensors gegeben. [0013] In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Winkelsensor mit dem Tragelement an einem An- 2/5

3 trieb befestigt, wobei der Antrieb zum Antreiben der Schaltwalze dient. Auf diese Weise kann eine kompakte Einheit zwischen Antrieb und Anordnung zum Messen der Winkelposition hergestellt werden. Die Baueinheit bestehend aus der Anordnung zum Messen der Winkelposition und dem Antrieb kann als vorgefertigtes Gesamtbauteil hergestellt und vertrieben werden. [0014] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform steht ein Zahnrad der Übertragungsanordnung direkt mit der Schaltwalze oder einer Getriebestufe im Eingriff. Auf diese Weise wird eine präzise Erfassung der Winkelposition der Schaltwalze erreicht. [0015] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist am Tragelement eine zweite Achse gelagert, wobei die zweite Achse ein drittes und ein viertes Zahnrad aufweist, wobei das dritte Zahnrad mit der Schaltwalze und das vierte Zahnrad mit der Antriebswelle des Antriebes in Eingriff steht. Durch die Anordnung der zweiten Achse ist eine weitere Flexibilität in Bezug auf die Anordnung des Antriebes zur Schaltwalze gegeben. [0016] In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist eine Vorspannfeder vorgesehen, die den Winkelsensor in einer Drehrichtung vorspannt. Durch die Vorspannung des Winkelsensors wird erreicht, dass der Winkelsensor immer kraftschlüssig mit der Schaltwalze verbunden ist. Auf diese Weise wird eine Spiel zwischen der Position des Winkelsensors und der Position der Schaltwalze vermieden. [0017] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert. [0018] Die Figur zeigt einen schematischen Ausschnitt eines Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeuges. Das Getriebe ist beispielsweise in Form eines automatisierten Schaltgetriebes ausgebildet, dessen Getriebestufen über Schaltgabeln einstellbar sind. Die Schaltgabeln stehen dazu mit einer Schaltwalze in Verbindung, die die Position der Schaltgabel abhängig von der Drehposition der Schaltwalze festlegt. Es ist ein Teil einer Schaltwalze 1 dargestellt, die in einer Achse drehbar gelagert ist. An einem Ende der Schaltwalze 1 ist ein siebtes Zahnrad 2 fest mit der Schaltwalze 1 verbunden. Das siebte Zahnrad 2 steht in Eingriff mit einer ersten Getriebestufe, die ein drittes und viertes Zahnrad 4, 5 umfasst, die fest miteinander verbunden sind und drehbar an einer zweiten Achse 3 gelagert sind. Das siebte Zahnrad 2 steht in Eingriff mit dem dritten Zahnrad 5. Die zweite Achse 3 ist fest in einem Halteteil 17 gelagert. Das vierte Zahnrad 4 ist mit einer Antriebswelle 6 einer Antriebseinheit 16 in Eingriff steht. Die Antriebswelle 6 weist dazu ebenfalls im Außenumfang eine entsprechende Zahnstruktur zum formschlüssigen Eingriff zwischen der Antriebswelle 6 und dem vierten Zahnrad 4 auf. [0019] Die Antriebswelle 6 steht zudem mit einem ersten Zahnrad 8 einer zweiten Getriebestufe in Eingriff. Die zweite Getriebestufe umfasst ein erstes Zahnrad 8, ein zweites Zahnrad 9 und eine erste Achse 7. Das erste und das zweite Zahnrad 8, 9 sind fest miteinander verbunden und drehbar um die erste Achse 7 gelagert. Die erste Achse 7 ist fest mit einer zweiten Halteplatte 18 angeordnet. Die zweite Halteplatte 18 ist wie das Halteteil 17 Teil eines Tragelementes, das in Form einer abgewinkelten Platte ausgebildet ist und an einer Endfläche der Antriebseinheit 16 befestigt ist. Zur Durchführung der Antriebswelle 6 weist das Tragelement eine entsprechende Öffnung auf. Die Halteplatte 18 ist in einem vorgegebenen Abstand gegenüberliegend zu dem Halteteil 17 ausgebildet, das plattenförmig ausgebildet ist und an der Antriebseinheit 16 befestigt ist und ein Teil des Tragelementes darstellt. [0020] Das zweite Zahnrad 9 steht mit einem fünften Zahnrad 11 in Eingriff. Das fünfte Zahnrad 11 ist drehbar um eine vierte Achse 10 gelagert. Die vierte Achse 10 ist fest mit der Halteplatte 18 verbunden ist. Auf dem fünften Zahnrad 11 ist eine kreisförmige Tragplatte 20 befestigt, auf der ein Ringmagnet 13 angeordnet ist. Der Ringmagnet 13 dreht sich somit mit der Drehung des fünften Zahnrades 11 mit. Der Ringmagnet 13 begrenzt einen kreisscheibenförmigen Innenraum, in den ein Sensor 12 ragt. Der Sensor 12 ist an dem Halteteil 17 befestigt. Der Sensor 12 weist Sensorleitungen auf, die zu einer Steuereinheit geführt sind. Die Steuereinheit wertet die vom Sensor 12 ermittelte Winkelposition der Schaltwalze 1 aus und steuert in der entsprechenden Weise die Antriebseinheit 16 an, sodass ein gewünschter Schaltvorgang des Getriebes durchgeführt wird. Der Ringmagnet 13 ist vorzugsweise von einer ringförmigen Weicheisenabschirmung 14 umgeben, die das vom Ringmagnet 13 erzeugte Magnetfeld gegenüber Störeinflüssen abschirmt. Der Ringmagnet 13 und der Sensor 12 stellen einen Winkelsensor dar, der beispielsweise nach dem GMR-(Giant Magnetoresistance) oder dem AMR-(Anisotropen magnetoresistiven)messprinzip arbeiten. Anstelle des beschriebenen Winkelsensors kann jede andere Art von Winkelsensor eingesetzt werden. [0021] Das fünfte Zahnrad 11 steht in Wirkverbindung mit einer Vorspannfeder 15, die an einer Seitenwand 21 befestigt ist. Die Seitenwand 21 verbindet die Halteplatte 18 mit dem Halteteil 17. In einer einfachen Ausführungsform ist die Vorspannfeder 15 in Form einer Spiralfeder ausgebildet, die das fünfte Zahnrad 11 in einer vorgegebenen Drehrichtung des fünften Zahnrades 11 vorspannt. Auf diese Weise wird erreicht, dass das fünfte Zahnrad 11 immer kraftschlüssig mit der Schaltwalze 1 verbunden ist. Durch die Vorspannung des fünften Zahnrades 11 wird sichergestellt, dass jede Drehbewegung der Schaltwalze 1 sofort in eine entsprechende Drehung des Ring- 3/5

4 magneten 13 umgesetzt wird. Dadurch wird eine sehr präzise Messung der Winkelposition der Schaltwalze 1 ermöglicht. [0022] Die Größe der verwendeten Zahnräder ist vorzugsweise in der Weise ausgebildet, dass die Drehbewegung der Schaltwalze in eine vergrößerte oder verkleinerte Drehbewegung des Ringmagneten führt. Die erste 7, zweite 3, vierte Achse 10 und die Antriebswelle 6 sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. [0023] Die in der Figur dargestellte Ausführungsform stellt nur eine der möglichen Varianten dar, mit denen eine Messung der Winkelposition der Schaltwalze 1 ermöglicht wird. [0024] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist beispielsweise die Anordnung des Winkelsensors mit der vierten Achse 10 und der ersten Achse 7 in der Weise angeordnet, dass das erste Zahnrad 8 entweder in das vierte oder dritte Zahnrad 4, 5 eingreift oder direkt mit dem siebten Zahnrad 2 in Eingriff steht. [0025] Das erfindungsgemäße Prinzip erlaubt es, eine vorgefertigte Bauteileinheit bereitzustellen, die die Antriebseinheit 16, die zweite Achse 3, die Antriebswelle 6, die erste Achse 7 und die vierte Achse 10 mit dem Winkelsensor beinhaltet. Das vorgefertigte Bauteil bietet aufgrund der Anordnung des Tragelementes mit dem Winkelsensor und den Reduktionsgetrieben zur Übersetzung des Drehwinkelbereiches der Schaltwalze 1 einen optimalen Messwinkelbereich des Winkelsensors. Je nach Ausführungsform kann beispielsweise ein Schaltwalzenbetätigungsbereich von 320 einem Winkelsensormessbereich von 180 zugeordnet werden. Beispielsweise wird ein Winkelsensormessbereich von 180 bei AMR-Winkelsensoren verwendet. 1. Anordnung zum Messen einer Winkelposition einer Schaltwalze (1) eines Getriebes mit einem Winkelsensor (12, 13), der ein drehbares Element (13) aufweist, wobei das drehbare Element drehbar um eine Achse an einem Tragelement (17) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übertragungsanordnung mit einem drehbar gelagerten fünften Zahnrad (11) in Wirkverbindung mit dem drehbaren Element (13) des Winkelsensors (12, 13) zur Übertragung einer Drehbewegung der Schaltwalze (1) auf das drehbare Element (13) des Winkelsensors steht, wobei die Übertragungsanordnung eine Getriebestufe mit einem ersten, in Eingriff mit der Schaltwalze (1, 2) stehenden Zahnrad (8) und einem zweiten, in Eingriff mit dem fünften Zahnrad (11) stehenden Zahnrad (9) aufweist, die fest miteinander verbunden sind und drehbar um eine erste Achse (7) gelagert sind, dass ein Tragelement (17) an einer Antriebseinheit (16) gehaltert ist, dass die Antriebseinheit (16) eine Antriebswelle (6) zum Antreiben der Schaltwalze (1) aufweist, dass das erste Zahnrad (8) mit der Antriebswelle (6) in Eingriff steht und dass die Antriebswelle (6) mit der Schaltwalze (1, 2) in Wirkverbindung steht. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Tragelement (17, 18) eine zweite Getriebestufe mit einer zweiten Achse (3) und einem dritten und vierten Zahnrad (5, 4) angeordnet ist, dass das dritte und vierte Zahnrad (5, 4) fest miteinander verbunden sind und drehbar um die zweite Achse (3) gelagert sind, dass das dritte Zahnrad (5) mit der Schaltwalze (2, 1) und das vierte Zahnrad (4) mit der Antriebswelle (6) in Eingriff steht. 3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorspannfeder (15) vorgesehen ist, die das drehbare Element (13) des Winkelsensors in einer Drehrichtung vorspannt. Es folgt ein Blatt Zeichnungen [0026] Die vorgefertigte Bauteileinheit kann unabhängig vom Getriebe hergestellt werden und unabhängig vom Getriebe vertrieben werden. [0027] Ein Steuergerät, das zur Steuerung der Antriebseinheit 16 vorgesehen ist und mit Sensorleitungen des Sensors 12 verbunden ist, erfasst die absolute Winkelposition der Schaltwalze 1 und steuert in entsprechender Weise die Antriebseinheit 16 an. Patentansprüche 4/5

5 Anhängende Zeichnungen 5 / 5