DE102005012883A1 - Schaltgerät - Google Patents

Abstract

Ein mechatronisches Schaltgerät (100) zur Steuerung von Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenfunktionen umfasst eine betätigbare Schaltstange (5), wobei Magnete (6) zur Erfassung der Betätigung als Signalgeber um einen oder mehrere im Drehpunkt der Schaltstange (5) angeordnete magnetfeldsensitive Sensoren (9) schwenkbar angeordnet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft ein mechatronisches Schaltgerät zur Steuerung von Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenfunktionen mit einer betätigbaren Schaltstange.
• Ein derartiges Schaltgerät ist allgemein bekannt.
• Der Anmelder hat sich die Aufgabe gestellt, die Erfassung der Betätigung zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird durch ein Schaltgerät gelöst, bei dem Magnete zur Erfassung der Betätigung als Signalgeber um einen oder mehrere im Drehpunkt der Schaltstange angeordnete magnetfeldsensitive Sensoren schwenkbar angeordnet sind.
• Durch die zentrische Anordnung der rotatorisch beweglichen Magnete um die im Drehpunkt befindlichen magnetfeldsensitiven Sensoren sind diese ständig vom signalgebenden Dauermagnetfeld der Magnete umschlossen. Somit sind diese Sensoren vor Einflüssen von Fremdmagnetfeldern weitgehenst abgeschirmt, da ein potentielles Störfeld zunächst das signalgebende Feld verdrängen muss, um ein unerwünschtes Signal auszulösen. Diese Schirmwirkung ist sowohl axial wie auch radial zur Schaltstangenachse wirksam, wobei eine Überwindung der Radialschirmung, bedingt durch die außenliegenden, radial angeordneten Magnete, ungleich schwerer möglich ist.
• Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, dass sie mit je 2 Sensoren pro Schwenkachse ausgerüstet werden kann, wobei der 2. Sensor als redundantes System zum ersten Sensor verwendet werden kann. Je nach Magnetanordnung (Polausrichtung der Einzelmagnete) kann der 2. Sensor gegenüber dem 1. Sensor ein gleich- oder ein gegenläufiges Signal ausgeben. Für den Fall, dass dieser 2. Sensor nicht benötigt wird, kann er ohne Beeinträchtigung des Gesamtsystems entfallen.
• Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht in den verwendeten Magnetsensoren, da diese generell jeder magnetischen Feldstärke und Feldpolung in ihrer Messebene und innerhalb ihres Messbereiches einen diskreten elektrischen positiven oder negativen (je nach Feldpolung) Wert zuweisen. Dies kann dann von der Auswerteelektronik direkt als Analogsignal oder über eine Schwellwertbetrachtung als digitales Schaltsignal verarbeitet werden.
• Über die Anordnung der Einzelmagnete, oder die unterschiedliche Kombination und Anordnung von Einzelmagneten als Magnetpacket können letztendlich gleichläufige oder gegenläufige Kennlinien als Redundanz ausgewertet werden.
• Digitale Sensoren erlauben eine Schwellenbetrachtung.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zur Figur der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
• 1 ein Schaltgerät in einer Explosionsdarstellung;
• 2 das unbetätigte Schaltgerät im Längsschnitt;
• 3 das betätigte Schaltgerät im Längsschnitt.
• Aus der 1 ist der wesentliche Aufbau eines mechatronischen Schaltgeräts 100 mit zwei Freiheitsgraden ersichtlich, dessen Schaltstange 5 in einem Führungselement 1 und in einem Einbaurahmen 2 sowie durch ein Kugelgelenk in einem Kunststoffgehäuse 8 gelagert ist. Von einer definierten Ausgangsstellung kann die Schaltstange 5 in verschiedene Richtungen ausgelenkt werden, wobei ein Federmechanismus (Druckfeder 3, Rückstellelement 4), nach Beendigung des Krafteintrags des Bedieners, für die Rückstellung der Schaltstange in die definierte Ausgangsstellung sorgt. Die Auslenkung der Schaltstange 5 wird über Einzelmagnete 6 und Sensoren 9 erfasst, die ein Signal ausgeben, welches zur Steuerung von Fahrzeug- und/oder Maschinen- und/oder Anlagenfunktionen verwendet werden kann. Die Sensoren 9 sind konzentrisch zur Drehachse und damit zu den Magneten 6 bzw. im Drehpunkt der Kugel der Schaltstange 5 angeordnet.
• Gemäß 2 und 3 erlaubt das Schaltgerät 100 einem Bediener, die Schaltstange 5 aus einer definierten Ausgangsstellung (2) in jeweils eine der 4 Vorzugsrichtungen (Def.: Quadrantentaster bzw. Kreuztaster) auszulenken (3). Die Schaltstange 5 wird während der Auslenkung hierbei durch ein Führungselement 1 in den 4 Vorzugsrichtungen geführt.
• Die Schaltstange ist an ihrem unteren Ende als Lagerkugel mit Verdrehsicherungszapfen ausgebildet. Diese Lagerkugel wird durch den Einbaurahmen 2 im Kunststoffgehäuse 8 derart gehalten, dass der Schaltstange die für die Betätigung notwendigen 2 Freiheitsgrade verbleiben. In den Verdrehsicherungszapfen der Lagerkugel sind die Einzelmagnete 6 als Magnetanordnung untergebracht und werden durch ein Verschlusselement 7 in der Lagerkugel gehalten, wobei das Verschlusselement die Geometrie der Lagerkugel vervollständigt.
• Die in der Schaltstange untergebrachte Magnetanordnung generiert Dauermagnetfelder, welche durch die Magnetsensoren 9 erfasst werden. Diese Sensoren 9 weisen jeder magnetischen Feldstärke und Feldpolung innerhalb ihrer Messebene und ihres Messbereiches einen diskreten elektrischen Wert zu und leiten diesen über einen Leitungsträger 10, welcher mit dem Kunststoffgehäuse 8 verbunden ist, an die Auswerteelektronik weiter. Hierdurch wird eine Einflussnahme (Steuerung) von Fahrzeug- und/oder Maschinen- und/oder Anlagenfunktionen ermöglicht.
• Durch die Druckfeder 3 mit anliegendem Rückstellelement 4, welches zwischen dem Einbaurahmen 2 und dem Führungselement 1 gelagert ist, wird nach Beendigung des Krafteintrags des Bedieners die Schaltstange 8 in die definierte Ausgangsstellung zurückgesetzt.

1

Führungselement

2

Einbaurahmen

3

Druckfeder

4

Rückstellelement

5

Schaltstange

6

Einzelmagnet

7

Verschlusselement

8

Kunststoffgehäuse

9

Magnetsensoren

10

Leitungsträger

100

Schaltgerät

Claims (7)

1. Mechatronisches Schaltgerät (100) zur Steuerung von Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenfunktionen mit einer betätigbaren Schaltstange (5), wobei Magnete (6) zur Erfassung der Betätigung als Signalgeber um einen oder mehrere im Drehpunkt der Schaltstange (5) angeordnete magnetfeldsensitive Sensoren (9) schwenkbar angeordnet sind.
2. Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne und/oder Kombinationen von Magnetelementen (6) vorgesehen sind.
3. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kugelgelenklagerung mit oder ohne Verdrehsicherungszapfen zur Lagerung der Schwenkachsen ausgebildet ist.
4. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung gleichzeitig als Aufnahme für die Einzelmagnete und/oder Kombinationen von Einzelmagneten (6) vorgesehen ist.
5. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federmechanismus zu Rückführung der Schwenkachsen in ihre Ausgangsstellung entweder durch ein zentral angeordnetes oder durch mehrere dezentral angeordnete Federelemente (3) ausgebildet ist.
6. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoren (9) zur Auswertung der gleichen Schwenkachse vorgesehen sind.
7. Schaltgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass magnetsensitive Sensoren (9) vorgesehen sind, welche eine analoge und/oder digitale Auswertung ermöglichen.