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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Sensorschalteinheit zur Lagefixierung eines
beweglichen Stellelements, insbesondere einer Schaltstange eines
Kraftfahrzeuggetriebes sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
Sensorschalteinheit dient zur Bestimmung von Stellungen wenigstens
eines Getriebebauteils. Sie besteht aus einer Schaltarretierung
zum Arretieren von Getriebeschaltpositionen, wobei die Schaltarretierung
ein Arretiergehäuse und einen Schaltbolzen aufweist und
der Schaltbolzen hubbeweglich in dem Arretiergehäuse gelagert
und gegen das Getriebebauteil vorspannbar ist. Ferner weist die Sensorschalteinheit
eine Sensorik mit einem Signalgeber als erstem Sensorikelement,
mit einem Sensor als zweiten Sensorikelement und ein Gehäuse
mit einer Aufnahme für die Schaltarretierung auf.
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Bei
vielen derartigen Sensorschalteinheiten weist der Schaltbolzen an
seiner Stirnseite ein geführtes Rastelement auf. Es ist
vorzugsweise kugelförmig ausgebildet und greift in eine
Ablaufbahn des Stellelements ein. Derartige Schaltarretierungen,
die auch als Kugelrasten bezeichnet werden, finden insbesondere
in Kraftfahrzeuggetrieben Anwendung, wobei die Rastelemente der
Schaltarretierungen in entsprechende Ausnehmungen der Schaltstangen oder
Rastausnehmungen der Schaltelemente eingreifen.
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EP 1 152 174 A2 zeigt
eine Schalteinheit mit einer derartigen Schaltarretierung. Eine
Schaltarretierung ist gegen eine Welle vorgespannt, wobei die Schaltarretierung
mit ihrem Rastelement in die Welle eingebrachte Nuten eingreift.
Die Schaltarretierung ist vergleichsweise massiv und weist seitlich
ein Gewinde auf, über das sie mit dem Getriebegehäuse verschraubt
werden kann. Das Gehäuse ist ebenfalls massiv und baut
relativ lang. Zudem ist es erforderlich, die Sensorik des Rastelements
zu kalibrieren, nachdem die Schaltarretierung verschraubt ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Sensorschalteinheit zu
schaffen, welche kostengünstig, Gewicht sparend und unaufwändig
herstellbar ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur
Montage zu schaffen, bei dem die Arretiervorrichtung in möglichst
einfacher Weise einsatzfertig verbaut werden kann.
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Erfindungsgemäß wird
die erste Teilaufgabe gemäß Anspruch 1 gelöst.
Ein Sensorikelement der Sensorschalteinheit ist an dem Schaltbolzen
oder an einem mit dem Schaltbolzen in Wirkverbindung stehenden Bauteil
angeordnet. Das andere, komplementäre Sensorikelement ist
an dem Gehäuse angeordnet, wobei die Schaltarretierung
mit ihrem Arretiergehäuse in der Aufnahme des Gehäuses
verpresst ist. Die Aufnahme und das Arretiergehäuse sind
so ausgebildet, dass das Arretiergehäuse in der Aufnahme
bei unterschiedlichen Einpresstiefen sicher gehalten ist. Es ist
damit beispielsweise möglich, Fertigungs toleranzen zu kompensieren
oder aber den Abstand zwischen erstem und zweiten Sensorikelement
zu variieren, um in den optimalen Arbeitsbereich des Sensor-Signalgebe-Paares
zu gelangen. Eine zusätzliche Vorspannung bzw. Vormagnetisierung
kann entfallen.
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Weiterhin
ermöglicht die Erfindung damit ein Eichen der Sensorik
bereits während der Montage. Die Schaltarretierung ist
separat vom Gehäuse hergestellt und mit diesem form- und/oder
kraftschlüssig verbindbar. Ein aufwändiges Zupaaren
verschiedener Gehäuse und Schaltarretierungen kann somit entfallen.
In einer ersten Ausführungsform sind das Arretiergehäuse
und die Aufnahme kreiszylindrisch ausgebildet, wobei der Innendurchmesser
der Aufnahme ein wenig kleiner ist als der Außendurchmesser
des Arretiergehäuses. Dabei können sich die Aufnahme
und/oder das Arretiergehäuse minimal verformen, so dass
ein sicherer Halt gewährleistet ist.
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Die
Schaltarretierung besitzt in einer Ausführungsform ein
geschlossenes Arretiergehäuse, so dass zum einen keine
einzelnen Bauteile verloren oder dejustiert werden können.
Dies vereinfacht die Handhabung, den Transport und die Montage.
Zum anderen ist die Schaltarretierung dadurch gut gegen das Eindringen
von Verunreinigungen geschützt.
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Zumindest
ein Sensorikelement dient als Signalgeber. Der Signalgeber gibt
permanent oder temporär Signale konstanter oder wechselnder
Folge ab, die geeignet sind durch einen oder mehrere zum Signalgeber
bzw. zur Signalquelle angeordneten Sensoren als zweite Sensorikelemente
erfasst zu werden. Der Signalgeber gibt zum Beispiel Lichtsignale,
Schallwellen oder magnetische Impulse ab. Beispiele für
permanente Signalgeber sind Dauermagneten, z. B. mit einander abwechselnder
oder entgegen gerichteter Polarisation. In einer Ausführungsart
der Erfindung erfolgt die Signalübertragung vom Signalgeber
zum Sensor berührungslos. Darunter wird das kontaktlose
Erfassen der von einem oder mehreren Signalgebern abgehenden Signale
durch einen oder mehrere Sensoren verstanden, wobei die Sensoren
vom Signalgeber bei spielsweise durch einen Gas- oder Flüssigkeitsspalt
von diesem getrennt sind.
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Der
Arretierbolzen ist federnd gegen die Ablaufbahn vorgespannt. Die
Ablaufbahn ist durch Positionsdaten von Wähl- und Schaltstellungen
und durch Positionsdaten der Kontur der Ablaufbahn zwischen diesen
Wähl- und Schaltstellungen beschrieben. Die Kontur der
Ablaufbahn weist Gefälle, Steigungen, Vertiefungen, Peaks,
Plateaus usw. auf, die sich durch die Positionsdaten beschreiben
lassen. Konkreten Stellungen des Getriebebauteils, Neutralstellungen,
Wähl- und Schaltstellungen, sind charakteristische Positionsdaten
zugeordnet. Konkrete Stellungen sind zum Beispiel die Neutralstellungen „normal"
und eventuell weitere Neutralstellungen zur Abbildung von Referenzwerten
sowie die Stellungen der Vorwärtsgänge oder des
Rückwärtsgangs. Einzelne konkrete Schaltstellungen
weisen in der Regel jeweils die gleichen wiederholbaren charakteristischen Positionsdaten,
alternativ auch wechselnde Positionsdaten, auf.
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Die
charakteristischen Positionsdaten sind nach einem bestimmten Schema
durch eine Kette dazwischen aneinander gereihter Positionsdaten
miteinander verbunden, die den Weg für die Abtasteinrichtung
auf der Ablaufbahn von einer der Stellungen zur anderen definieren.
Das Schema ist durch eine zwei- oder dreidimensionale Struktur aus
Vertiefungen und Erhöhungen an der Oberfläche
der Ablaufbahn vorgegeben. Die verschiedenen Vertiefungen und Erhöhungen
an der Oberfläche der Ablaufbahnen sind rampenartig aufsteigend
oder abfallend miteinander zu einer Rampenkontur verbunden, die
zu der Kette von beliebig vielen nebeneinander angeordneten und übergangslos
miteinander verbundenen Positionsdaten aneinander gereiht sind.
Die Positionsdaten sind somit in der einfachen Form ein- bzw. zweidimensionale
Koordinaten oder Strecken, die Höhenunterschiede der Oberfläche
zu definierten Bezugsebenen oder Bezugslinien der Ablaufbahn wiedergeben,
auf die der Schaltbolzen mit entsprechenden Längshüben
reagiert.
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Die
Sensorik ist auf mindestens einen Referenzwert eingestellt. Dieser
Referenzwert ist eine „Nullstellung", in der der Signalgeber
an dem Schaltbolzen in einer definierten Stellung zum Sensor steht. Diese
Stellung liefert einen Referenzwert für die Messung der
Positionsdaten. Die Referenzstellung ist beispielsweise die Neutralstellung
oder eine Stellung zwischen zwei benachbarten Gängen, der
eine Referenzlage des Impulsgebers zum Sensor zugeordnet ist.
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Wenn
der Schaltbolzen von dieser Referenzposition weg auf der Ablaufbahn
entlang fährt, wird er sich dieser aufgrund der Höhenunterschiede
vom Referenzwert um bestimmte Hübe entfernen oder sich
schließlich diesem um bestimmte Hübe wieder nähern.
Die mit dem Schaltbolzen gekoppelten Signalgeber werden somit von
der Referenzlage abweichende Positionen zu den Sensoren einnehmen.
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Jeder
der Stellungen des Getriebebauteils ist somit ein bestimmter Hub
des Schaltbolzens zugeordnet. Dem jeweiligen Hub des Schaltbolzens
ist eine Lage eines oder mehrerer Signalgeber zum Sensor zugeordnet.
Ausgehend von der Referenzlage, die die Signalgeber bei Referenzstellung
des Schaltbolzens eingenommen haben, sind diese je nach Stellung
des Getriebebauteils im Vergleich zur Referenzlage gleich dicht
bzw. dichter an dem Sensor oder weiter weg von diesem. Denkbar ist
auch, dass jeder charakteristischen Stellung ein anderer Sensor
bzw. ein anderer Signalgebergleicher in gleicher oder anderer Ausführung
zum vorherigen zugeordnet ist.
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Den
vorausgehenden Ausführungen folgend, ist somit jeder der
Wähl- oder Schaltstellung des Getriebebauteils ein bestimmter
Längshub des Schaltbolzens zugeordnet. Das dem Hub entsprechende
Signal wird mit der Sensorik und Auswerteelektronik in eine Information über
die Stellung des Getriebebauteils umgewandelt. Das Signal wird beispielsweise
an die Bordelektronik zur Regelung von Betriebs- und Fahrzuständen
weitergeleitet oder in einem Display als Wähl- bzw. Gangstellung
angezeigt.
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Jeder
Wähl- oder Schaltstellung ist ein bestimmtes Höhenniveau
der Rampenkontur der Ablaufbahn zugeordnet. Im einfachen Fall ist
jeder der Stellungen eine andere Höhe zugeordnet, so dass
jeder der unterschiedlichen Wähl- oder Schaltstellung ein
anderer Hub des Schaltbolzens und somit das Signal aus einer anderen
Lage des Impulsgebers zum Sensor zugeordnet ist.
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Alternativ
oder gleichzeitig dazu ist jeder Wähl- oder Schaltstellung
eine definierte Reihenfolge von Positionsdaten zugeordnet, die der
Schaltbolzen beim Wechsel von einem zum anderen Gang auf vorbestimmten
Weg immer auf der Ablaufbahn zurücklegt. In diesem Fall
ist kann das Höhenniveau der Rampenkontur und damit der
Hub für mehrere Wähl- oder Schaltstellungen eines
Getriebes sogar gleich sein. Die tatsächliche Stellung
des Getriebebauteils wird dann nicht nur dem Hub zugeordnet, sondern
einer definierten Menge von reproduzierbaren Positionsdaten, die
in wiederholbarer und definierter Reihenfolge von dem Schaltbolzen
beim Wechsel zu der jeweiligen Stellung zwangsläufig durchfahren
werden müssen und die durch die Sensorik entsprechend aufgenommen
und ausgewertet werden.
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Vertiefungen
an der Oberfläche der Ablaufbahn sind auch als Rastvertiefungen
ausgebildet, in die der Schaltbolzen der Abtasteinheit mit der Spitze einrastet
und beispielsweise das Getriebebauteil in den Schaltstellungen arretiert.
Diesen Raststellungen ist ebenfalls ein entsprechender Hub bzw.
einer definierte Messmenge von Positionsdaten zugeordnet.
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Positionsdaten
sind unterschiedliche Durchmesser oder Radialhübe umfangseitig
verlaufender Laufbahnen, die radial abgetastet werden und die somit
in radial gerichteten Längshüben des Schaltbolzens
resultieren. Außerdem geben bestimmte reproduzierbare Reihenfolgen,
mit denen Positionsdaten abgetastet bzw. erfasst werden, die Dreh-
bzw. Schwenkrichtung bzw. die Änderung der Dreh- und Schwenkrichtung
wieder. Der Veränderung der Durchmesser oder Radialtiefen
ist in diesem Fall einer Veränderung des Schwenkwinkels
des Getriebebauteils zugeordnet. Die Ablaufbahn verläuft
in Umfangsrichtung auf einer Umfangslinie. Die Änderung der
Positionsdaten wird durch Änderung der Durchmesser oder
des radialen Abstands zur Rotationsachse oder zur Schwenkachse des
Getriebebauteils in dieser einen Ebene erfasst. Der Schaltbolzen
ist radial in Richtung der Rotations- bzw. Schwenkachse hubbe weglich
und alternativ senkrecht zur Längsachse eines längsbeweglichen
Getriebebauteils gerichtet. Die relative axiale Position des Schaltbolzens zur
Ablaufbahn ist fix.
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Positionsdaten
sind, gleichzeitig oder alternativ zu vorgenannter Variante, die
Tiefen und Höhen von axialen Vertiefungen und Erhöhungen
in unterschiedlichen Ebenen einer axial oder in Längsrichtung
abgetasteten und somit in axiale Richtung unebenen Ablaufbahn. Der
Schaltbolzen ist in diesem Fall axial und somit mit der Rotations-,
Schwenk bzw. Längsachse gleich ausgerichtet hubbeweglich.
Der relative radiale Abstand des Schaltbolzens zur Rotations-, Schwenkachse
bzw. Längsachse ist konstant. Änderungen der Positionsdaten
werden durch Änderung des axialen Hubs des Schaltbolzens
signalisiert. Positionsdaten, unterschiedliche axiale Abstände oder
Axialtiefen der Ablaufbahn, werden in axialer Richtung von der Abtasteinrichtung
abgetastet und resultieren in unterschiedlichen Längshüben
des Schaltbolzens. Der Schaltbolzen kann gleichzeitig bei Abtastung
einer Ablaufbahn oder unabhängig davon zur Messung von
Verschiebungen des Getriebebauteils in seine Längsrichtungen
eingesetzt werden.
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Positionsdaten
sind alternativ, oder gleichzeitig zu vorgenannten Varianten, die
Durchmesser oder Radialabstände beliebiger Mengen von axial
zueinander benachbarten Umfangslinien, die in axialer Reihenfolge
nacheinander abgetastet werden. Die Ablaufbahn verläuft
in diesem Fall in Längsrichtung – also senkrecht
zur Radialrichtung. Dabei ist entweder der Schaltbolzen in einer
axial fixen Position zum axialbewegliche Getriebebauteil oder der
Schaltbolzen ist axial beweglich zum axial fixen bzw. axial beweglichen
Getriebebauteil. Der Schaltbolzen ist radial zur Rotations- bzw.
Schwenkachse bzw. senkrecht zur Längsachse ausgerichtet
und der Hub des Bolzens ist somit radial.
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Positionsdaten
sind auch alle möglichen Kombinationen der vorhergehenden
Ausgestaltungen der Erfindung. Denkbar ist der Einsatz von Schaltbolzen,
die zur Rotationsachse oder Schwenkachse geneigte Hübe
ausführen. Denkbar ist auch, dass die Abtasteinrichtungen
mit Schaltbolzen nicht relativ axial oder radial fixiert sind, sondern
dass diese unabhängig vom Hub in axiale und oder radiale Richtung
beweglich angeordnet sind und eine Ablaufbahn entlang eines schwenkenden
oder rotierenden und oder axialbeweglichen Getriebebauteils abtasten.
Denkbar ist auch der Einsatz von mehreren gleichgerichteten oder
gleichbeweglichen bzw. in unterschiedliche Richtungen gerichteten
oder unterschiedlich beweglichen Abtasteinrichtungen in einer Schaltvorrichtung.
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Die
Ablaufbahnen sind vorzugsweise mit spanlosen Formgebungsverfahren,
insbesondere durch Kaltumformen in Bleche oder in das Getriebebauteil
bzw. in Bauteile, die mit dem Getriebebauteil synchronbeweglich
gekoppelt sind, eingebracht. Denkbar ist auch die Ausbildung von
Rast- und oder Kulissenkonturen durch spanabhebende Verfahren.
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Der
Schaltbolzen ist längsbeweglich in dem Arretiergehäuse
gelagert. Wenigstens eine Feder ist in die gleiche Längsrichtung
in dem oder in einem weiteren Arretiergehäuse abgestützt
und spannt zumindest bei Betrieb der Abtasteinrichtung den Bolzen gegen
die Ablaufbahn. Der Schaltbolzen ist beispielsweise innen hohl und
führt einen Teil der in diesem Fall als Druckfeder ausgebildeten
Feder. Alternativ ist der Ablaufbolzen aus Vollmaterial und wird außen
zum Beispiel durch eine Spiralfeder teilweise umgriffen. Die Spitze
des Schaltbolzens ist für den Kontakt mit der Ablaufbahn
verrundet oder mit einer Kugel versehen. Die in einer Kalotte ums
eigene Zentrum rotierbar aufgenommene Kugel ist wahlweise in der
Kalotte kugelgelagert.
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Die
Sensorik weist mindestens einen Träger für den
Signalgeber und zumindest einen Sensor auf. Der Träger
ist zumindest dann durch den Schaltbolzen aktivierbar, wenn die
Positionsdaten erfasst werden sollen und ist vorzugsweise eine als
Schaft ausgebildete Stange. Der Träger ist vorzugsweise
koaxial mit dem Schaltbolzen in die gleiche Längsrichtung in
dem Arretiergehäuse gelagert, in dem auch der Schaltbolzen
längsbeweglich ist. In einer anderen Ausführungsform übernimmt
der Schaltbolzen selbst die Funktion des Trägers, so dass
dieser und der Schaltbolzen einteilig ausgebildet sind. Zwischen dem
Schaltbolzen und dem Träger besteht entweder permanent
oder zeitweise in Längsrichtung Kontakt. Alternativ ist
zwischen Schaltbolzen und Träger eine Übertragungseinrichtung
für permanenten oder bedarfsweise Verbindung angeordnet.
Der Träger ist entweder an dem Schaltbolzen befestigt oder
an diesem geführt oder liegt durch Wirkung einer Feder
an diesem an.
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Der
Schaltbolzen ist wahlweise in dem Arretiergehäuse gleit-
oder wälzgelagert. Eine oder mehrere Federn sind Schraubenfedern
und/oder Tellerfedern pro Sensorschalteinheit. Mit der Erfindung
ist eine Einrichtung zu Mehrbereichsmessung von Schalt- und Wählstellungen
geschaffen, die sich einfach, robust und kostengünstig
herstellen lässt. Der Schaltbolzen ist in einer Ausgestaltung
der Erfindung an den Innenflächen der Schaltarretierung
axial verschieblich angeordnet, und eine Druckfeder stützt sich
am Schaltbolzen und am Arretiergehäuse ab. Die Schaltkraft
der Schaltarretierung wird insbesondere durch die Kraft der Druckfeder
bestimmt, die zwischen dem Schaltbolzen und dem Arretiergehäuse
eingesetzt ist. Ein vorzugsweise kugelförmiges Rastelement
greift in eine Ausnehmung des Stellelements ein und ist an der Stirnseite
des Schaltbolzens geführt. Der Boden des Arretiergehäuses
weist eine Ausnehmung auf, durch welche der schaftartige Träger
geführt ist. Der Schaft ist teilweise im Arretiergehäuse
angeordnet und verläuft dort parallel innerhelb der Druckfeder
und stützt sich endseitig am Schaltbolzen ab. Außerhalb
des Gehäuses weist der Schaft einen Aufnahmeabschnitt für
den Sensor oder den Signalgeber auf.
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Zur
Erreichung einer Verliersicherung im nicht eingebauten Zustand der
Schaltarretierung, bzw. zur Erreichung einer Stellwegbegrenzung
des Rastbolzens im eingebauten Zustand kann die Schaltarretierung
mit einer axialen Sicherung versehen sein.
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Die
Sensorik kann aus einem oder mehreren ersten Sensorelementen, also
Signalgebern, und einem oder mehren zweiten Sensorelementen, Sensoren,
bestehen. Optional ist in die Sensorik eine Außenschnittstelle
und wahlweise eine Auswerteelektronik integriert. Eine spezielle
Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Sensorik vor, in der magnetische Mittel
eingesetzt sind. Die Erfas sung bzw. Auswertung der Informationen
ist in diesem Fall vorzugsweise mit einem oder mehreren Hallsensoren
vorgesehen. Magnetische Mittel sind Dauermagnete oder temporäre
Erreger wie Spulen. Es sind dazu unter anderem folgende Anordnungen
vorgesehen:
- – Ein Sensor oder mehrere
werden mit einem Magnetfeld eines oder mehrerer magnetischer Signalgeber
beaufschlagt. Das Magnetfeld bestimmter Stärke wird von
einem oder mehr Magneten hervorgerufen, der/die an dem Träger
befestigt sind. Der Träger trägt die Magnete an
vorbestimmten Stellen. Die vorbestimmten Stellen entsprechen den
zu signalisierenden Schalt- oder Wählstellungen bei einem
bestimmten Hub des Schaltbolzens. Die auf den Sensor wirkende Magnetfeldstärke
der Magnete nimmt gerichtet in eine Richtung zu, wenn sich der vorgesehene Hub
ausgeführt wird. Der jeweilige Sensor reagiert entweder
erst, wenn die Feldstärke einen Wert erreicht hat, der
der maximalen Feldstärke oder mehr entspricht, die das
Magnetfeld aufweist wenn der Signalgeberund der Sensor bei erreichen
des vorgesehenen Hubs zueinander ausgerichtet sind und schaltet
ab, wenn diese Stellung verlassen wird. Alternativ erfasst er das
Magnetfeld auch schon bei Einleitung des Hubs und somit ein Magnetfeld
mit Feldstärke, die solange zu oder abnimmt bis der Signalgeber
und der Sensor in vorbestimmter Stellung zueinander ausgerichtet
sind.
- – Ein oder mehrere Sensoren werden mit einem Magnetfeld
beaufschlagt, das durch einen oder mehrere ferromagnetische Signalgeber
geschwächt ist.
- – Ein oder mehrere ferromagnetische Signalgeber sind
an dem Träger fest oder der Träger ist zumindest
partiell selbst aus ferromagnetischen Material und weist an Stellen,
die charakteristischen Hüben entsprechen, Strukturerhebungen
und/oder -Vertiefungen wie Vorsprünge oder Vertiefungen auf.
- – Ein oder mehrere Magnete sind mit einem festgelegten
unveränderlichen Abstand zu einem oder mehren Sensoren
in einer Einheit in der Nähe des beweglichen Trägers
angeordnet. Die Stellen, an denen das ferromagnetische Material am
Träger befestigt ist oder die Stellen des ferromagnetischen
Trägers die durch die vorgenannten Strukturerhebungen und/oder
-Vertiefungen unterbrochen sind, entsprechen Schalt- oder Wählpositionen.
Durch die Bewegungen des ferromagnetischen Materials und der Strukturerhebungen/Vertiefungen
bei Hüben in die Feldlinien des Magneten werden definierte
Schwächungen des betreffenden Magnetfeldes hervorgerufen und
vom Sensor erfasst.
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Ein
oder mehrere Magnete sind in der Sensorik mit einem festgelegten
unveränderlichen Abstand zu einem oder mehreren Sensoren
so angeordnet, dass die Feldstärke durch die Sensoren erfasst
wird. Der oder die Magnete sind gleichzeitig auch mit einem festgelegten
Abstand zu dem Träger aber nicht an dem Träger
so angeordnet, dass die Signalgeber am Träger bei Hubbewegungen
des Abtastelements das jeweilige Magnetfeld schneiden oder in dessen
Einfluss bewegt werden. Die Signalgeber sind Strukturerhebungen
und/oder -Vertiefungen (Schlitze oder Erhebungen) an der Oberfläche des
nicht ferromagnetischen Trägers. Die Lage der Strukturerhebungen
und/oder -Vertiefungen ist durch charakteristische Wähl-
oder Schaltstellungen bestimmt. Die durch die Schlitze oder Erhebungen
hervorgerufenen Änderungen des Magnetfeldes werden vom
Sensor erfasst.
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Strukturerhebungen
und/oder -Vertiefungen wie Schlitze, insbesondere Durchgangsschlitze
oder Löcher bzw. Erhebungen an dem Träger sind
auch für fotoelektronische Sensorik vorgesehen.
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Der
Träger ist je nach Anwendung aus ferromagnetischen oder
nicht ferromagnetischen Metallen oder Nichtmetallen. Die Verwendung
von Kunststoff für den Träger und auch für
das Gehäuse der Sensorik ist vorgesehen. Der Kunststoff
des Trägers und auch des Gehäuses kann dabei zumindest
partiell mit magne tisierbaren Partikeln durchsetzt sein, die nach verschiedensten
Mustern magnetisiert sind.
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Das
Gehäuse ist auf das Arretiergehäuse auf- oder
eingepresst. Es nimmt wahlweise weitere Auswerteelektronik, Energieversorgung,
Verbindungsleitungen und Steckelemente auf. Das Gehäuse
und/oder das Arretiergehäuse können auch mit Dichtelementen
versehen sein.
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Das
Arretiergehäuse einer Variante der Erfindung ist aus Blech
ausgebildet und weist zumindest drei Abschnitte auf. Der erste Abschnitt
ist zylindrisch ausgebildet, und in seinem Inneren ist der Schaltbolzen
angeordnet. Vorzugsweise weist der erste Abschnitt an seinem Ende
eine Umbördelung auf, so dass der Schaltbolzen verliergesichert
ist. Der zweite Abschnitt, der sich unmittelbar an den ersten Abschnitt
anschließt, ist als Dopplung ausgebildet. Die Dopplung
besitzt einen größeren Radius als der Hohlzylinder
des ersten Abschnitts. Die Dopplung ist dabei so ausgebildet, dass
die Schaltarretierung mittels eines Werkzeugs, das in Axialrichtung
auf die Dopplung Druck- oder Zugkräfte ausübt,
verpressbar ist. Der dritte Abschnitt schließt sich unmittelbar
an den zweiten Abschnitt an und ist wiederum hohlzylindrisch oder
leicht konisch ausgebildet. In ihm ist der Schaft geführt.
Endseitig bildet der Abschnitt einen kreisförmigen Boden,
der in seiner Mitte eine Ausnehmung für den Schaft aufweist.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in der Aufnahme
des Gehäuses eine Hülse angeordnet. Im verbauten
Zustand ist die Schaltarretierung formschlüssig über
die Hülse mit dem Gehäuse, das vorzugsweise ebenfalls
aus Kunststoff ausgebildet ist, verbunden. Es hat sich als besonders
geeignet herausgestellt, die Hülse aus Blech auszubilden
oder aus einem dehnbaren Kunststoff. Die Hülse ist dabei
so ausgebildet, dass sie die Schaltarretierung bei unterschiedlichen
Einpresstiefen T sicher halten kann. In radialer Richtung wird dabei
ein Formschluss realisiert. In axialer Richtung verbleibt ein Raum.
Die mittlere Einpresstiefe E ist daher geringer als die maximal
mögliche Einpresstiefe Tmax. Durch die
unterschiedlichen Einpresstiefen können Fertigung sungenauigkeiten
und Streuungen in der Stärke der Signalgeber kompensiert
werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist der dritte Abschnitt
der Schaltarretierung leicht konisch ausgebildet, wodurch eine bessere
Einführbarkeit in die Hülse gewährleistet
ist.
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Um
einen besonders festen Sitz zu ermöglichen ist es vorteilhaft,
dass der Außendurchmesser der Schaltarretierung geringfügig
größer ist als der Innendurchmesser der diese
aufnehmenden Aufnahme. Es ist nicht erforderlich, dass die Hülse,
die Aufnahme und die Schaltarretierung jeweils einen zylindrischen
Durchmesser besitzen. Sie können im Querschnitt auch von
der Kreisform abweichend ausgebildet sein, was gleichzeitig eine
Verdrehsicherung bildet, wodurch bei unsymmetrisch geformten Sensorschalteinheiten
eine Fehlmontage vermieden wird.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der vorgestellten
Sensorschalteinheit. Das Verfahren beruht auf dem Verpressen einer Schaltarretierung
in eine Aufnahme eines Gehäuses, wobei das eine Bauteil
einen Signalgeber und das andere einen Sensor zum Detektieren eines
Signals des Signalgebers aufweist, wobei durch den Signalgeber in
dem Sensor ein Signal in Abhängigkeit von Position und/oder
Geschwindigkeit der Schaltarretierung erzeugbar ist. Es ist gemäß Anspruch
11 dadurch gekennzeichnet, dass während des Verpressens
ein Kalibrieren erfolgt, indem das durch den Signalgeber in Sensor
erzeugte Signal während des Verpressens ausgewertet wird
und der Verpressvorgang aufgrund einer Auswertung des Signals gesteuert
oder geregelt wird.
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Mittels
dieses Verfahrens ist es möglich, Fertigungsungenauigkeiten
auszugleichen bei gleichzeitiger Kalibrierung der Sensorik. Zudem
ist eine genaue Kenntnis und ein Zupaaren von passenden Magneten
oder anderen Sensorikelementen für die Sensorschalteinheit
entbehrlich. Für einen festen Sitz der erfindungsgemäßen
Schaltarretierung in dem Gehäuse spielt es innerhalb eines bestimmten,
mittleren Bereichs keine Rolle, wie weit die Schaltarretierung in
das Gehäuse verpresst wird. Erfindungsgemäß wird
daher vorgeschlagen, die Einpresstiefe von Sensorschalteinheit zu
Sensorschalteinheit zu variieren, um mittels dieser Variation die
Sensorschalteinheit zu eichen. In vorteilhafter Weise kann somit
ein nachträgliches, elektronisches Kalibrieren mit externen
Bauelementen, Gerätschaften oder durch Anpassung von Software
entfallen. Weiterhin ist keine nachgeschaltete, externe Auswerteelektronik
erforderlich, die eine Anpassung der Nulllage des Sensors aufgrund
der stets vorhandenen Fertigungsungenauigkeiten vornimmt.
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Dadurch
dass der bisher nachgeschaltete Verfahrensschritt des Kalibrierens
entfallen und auch die Kosten für aufwändige Elektronik
ebenfalls entfallen können, die bei einer Referenzlage
einen bestimmten Ausgangswert liefert, wird eine erhebliche Vereinfachung
und Kosteneinsparung realisiert. Durch den Verzicht der signaländernden
Elektronik im potentiell warmen Getriebe steigt auch die Zuverlässigkeit
der Sensorschalteinrichtung.
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Ferner
werden die Ungenauigkeiten beim Herstellungsprozess der Einzelteile
erfindungsgemäß dadurch kompensiert, dass die
jeweilige Einpresstiefe T variiert wird. Besonders vorteilhaft ist
es, wenn die Standardabweichung T-E klein gegenüber der
durchschnittlichen Einpresstiefe E ausfällt, da dann auch
größere Sortierungstolerenzen bei den verwendeten
Sensorikelementen ermöglicht werden.
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Vorzugsweise
wird vor dem Verpressen der Arretierbolzen auf einen definierten
Schalthub vorgespannt. Im vorgespannten Zustand wird die Arretierung
dann in die Sensoreinheit so weit eingepresst, bis der Sensor ein
Signal registriert. Durch die elektrischen Kontakte der Sensorschalteinheit
kann das Signal abgegriffen und somit von außen erforderlichenfalls
kontrolliert werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Verpressen
beendet, sobald ein bestimmter Schwellwert erreicht wird. Dieser
Schwellwert kann beispielsweise darin bestehen, dass überhaupt
eine Signaländerung registriert wird. Optimalerweise wird
allerdings soweit verpresst, bis die Sensorik in einem Bereich kalibriert
ist, in dem auch sehr kleine Änderungen des Schalthubs
eine möglichst große Signaländerung bewirken.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist der Signalgeber als
ein Magnet ausgebildet und der Sensor ein Hall-Sensor. Es sind auch
andere Signalgeber und Sensoren als Signaldetektoren denkbar. So
kann es sich bei dem Sensor um einen Drucksensor, um einen Helligkeitssensor
oder um einen anderen berührungsfreien oder berührungsgebundenen Sensor
handeln.
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Für
die Anwendung des Verfahrens ist es besonders vorteilhaft, wenn
das Arretierelement eine Angriffsfläche für ein
Presswerkzeug aufweist. Hierzu ist eine Schaltarretierung gemäß Anspruch
15 besonders geeignet. Das Arretiergehäuse besteht aus Blech
und ist in Druckrichtung gesehen rotationssymmetrisch ausgebildet.
An den Arretierboden schließt sich ein erster zylindrischer
Abschnitt an, dann ein zweiter Abschnitt, der als Dopplung ausgebildet
ist, und ein dritter Abschnitt, der wiederum zylindrisch ausgebildet
ist. Es wird allein der erste Abschnitt verpresst. Der zweite Abschnitt
bildet einen umlaufenden Rand. Dieser Rand dient als Angriffsfläche
für ein Presswerkzeug.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung wird vor dem Verpressen in das
Gehäuse eine Hülse eingebracht. Die Hülse
ist aus Kunststoff oder aus Blech ausgebildet und kann somit leicht
verformt werden. Der Innendurchmesser ist auf dem Außendurchmesser
der Schaltarretierung abgestimmt, so dass eine Übermaßpassung
vorliegt. Beim Verpressen entsteht dann zwischen Schaltarretierung,
Hülse und Gehäuse eine kraftschlüssige
Verbindung.
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In
einer weiteren Variante wird nach dem Verpressen die Schaltarretierung
in dem Gehäuse durch zusätzliche Sicherungsmittel
fixiert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Gehäuse einer Sensorschalteinheit,
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2 eine
Schaltarretierung,
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3 die
Schaltarretierung nach 2, die in die Sensoreinheit
nach 1 eingepresst ist.
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Ausführliche Beschreibung
der Zeichnungen
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In 1 ist
eine Sensorschalteinheit 1 im Vollschnitt abgebildet. Die
Sensorschalteinheit 1 besteht aus einer Schaltarretierung 25 und
einem Gehäuse 19. Die Schaltarretierung weist
einen Schaltbolzen 2 aus Metall mit einer Kalotte 4 und
einen als Schaft 3 ausgebildeten Träger auf. Endseitig
nach außen weisend ist am Schaltbolzen 2 eine
Kugel 5 angeordnet, die mittels weiterer Wälzkugeln 6 in
der Kalotte 4 wälzgelagert ist. Die Kugel 5 ist
gegen eine Ablaufbahn 18 vorspannbar. Das Gehäuse 19 ist
mit dem Arretiergehäuse 8 verpresst. Eine separate Dichtung
kann daher entfallen.
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Der
Schaltbolzen 2 ist mittels eines Wälzlagers 7 in
einem Arretiergehäuse 8 aus Metall hubbeweglich
gelagert und geführt. Der Schaltbolzen 2 ist mit
einer sacklochartigen Bohrung 9, die nicht notwendigerweise
kreisförmig im Querschnitt zu sein braucht, versehen, in
dem eine Feder 10 in Form einer Schraubenfeder aufgenommen
ist. Durch die Bohrung 9 im Schaltbolzen 2 wird
eine Verkürzung der Baueinheit und somit eine Raum sparende
Anordnung erreicht. Die Feder 10 ist vorgespannt und stützt
sich am Schaltbolzen 2 und am Arretiergehäuse 8 ab.
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Der
Schaft 3 ist innerhalb der Feder 10 geführt,
wobei die Feder 10 sich einerseits in der Bohrung 9 des
Schaltbolzens 2 und andererseits an dem Boden 22 des
Arretiergehäuses 8 abstützt. Der Boden 22 des
Arretiergehäuses 8 weist eine in diesem Fall kreisförmige
Ausnehmung 23 auf, durch die der Schaft 3 in eine
Aufnahme 24 ragt, so dass er durch das Arretiergehäuse 8 gleitgelagert
ist bzw. geführt wird. Endseitig ist der Schaft 3 verjüngt
und nimmt einen ringförmigen Permanentmagneten als Signalgeber 16 auf.
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Die
Aufnahme 24 ist im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet
und weist etwa in ihrer Mitte einen ringförmigen Absatz 31 auf.
Der Absatz 31 hält einerseits eine Hülse 26 und
kann länger als erforderlich ausgebildet sein, um optional
eine maximale Einpresstiefe vorzugeben. Die Hülse 26 ist
an dem von der Schaltarretierung 25 abgewandten Ende mit
einem umlaufenden Bord 32 versehen, der die Hülse sicher
in dem Gehäuse fixiert, wobei anstatt des Bordes 32 auch
mehrere Lappen treten können.
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Das
Arretiergehäuse 8 ist in drei Abschnitte 11, 12, 13 unterteilt,
wobei der erste und der dritte Abschnitt 13, 11 zylindrisch
ausgebildet sind. Der zweite Abschnitt 12 ist als Dopplung 14 ausgebildet.
Es ist auch denkbar, dass das Arretiergehäuse 8 eine
einfache, zylindrische Blechhülse ist.
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Die
Sensorik besteht zumindest aus einem Signalgeber 16 und
einem als Sensor 17 bezeichneten Signalempfänger.
Optional weist die Sensorik nicht weiter beschriebene elektronische
Bauelemente auf, welche eine Auswerteelektronik bilden. Die Auswerteelektronik
kann dabei in dem Gehäuse 19, in dem auch der
Sensor angeordnet ist, montiert oder vergossen sein. Das Gehäuse 19 ist
aus Kunststoff oder aus Metall. Die Sensorik weist weiterhin eine Schnittstelle
zum Fahrzeug in Form eines Steckkontakts 20 mit einem Druckstift 21 auf.
Die Sensorik ist als berührungslose Sensorik ausgeführt.
Der Sensor 17 ist ein Hall-Sensor, und der Signalgeber 17 ist
ein Permanentmagnet. Die Signalerzeugung verläuft somit
berührungslos. Damit eignet sich dieses Verfahren vor allem
für eine Erkennung des geschalteten Gangs. Da keine elektrischen
Kontakte geschlossen werden, ist ein derartiger Sensor nicht geeignet,
direkt gro ße Ströme zu übertragen. Gleichwohl
kann das Signal dazu genutzt werden, um beispielsweise eine Rückfahrleuchte
in einer separaten Einheit zu schalten.
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Sowohl
das Gehäuse 19 als auch die Schaltarretierung 25 sind
separat voneinander herstellbar und transportierbar, ohne dass funktionswesentliche Bauteile
verschmutzen können.
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Das
Verfahren zur Herstellung einer Sensorschalteinheit nach Anspruch
11 ist unmittelbar aus den 2 und 3,
welche die Einzelteile vor ihrem Verpressen und 1,
die das fertige Verfahrensprodukt darstellt, zu erkennen. Eine Schaltarretierung 25 (3)
wird mit ihrem dritten Abschnitt 13, der einen Außendurchmesser
D aufweist, auf eine Aufnahme 24 eines Gehäuses 19 (2)
zentriert. In der Aufnahme 24 ist eine verformbare Hülse 26 angeordnet,
die einen Innendurchmesser d aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser
D. Ein Presswerkzeug wirkt in Pfeilrichtung (3) auf die Dopplung 12 (3),
während das Gehäuse 19 relativ dazu fest
gehalten wird. Gleichzeitig wird das Signal des Sensors 17 erfasst. Überschreitet
das Signal einen vordefinierten Sollwert oder wird eine bestimmte
vorgegebene, aufgrund der Art des Verpressens erwartete Signalfolge
detektiert, so wird das Verpressen beendet. Aus den 1 und 2 geht
hervor, dass die jeweiligen Einpresstiefen T im Mittel um einen
Wert E, die mittlere Einpresstiefe der Schaltarretierung 25,
schwanken, welche stets kleiner als die maximale Einpresstiefe Tmax.
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- 1
- Sensorschalteinheit
- 2
- Schaltbolzen
- 3
- Schaft
- 4
- Kalotte
- 5
- Kugel
- 6
- Wälzkugeln
- 7
- Wälzlager
- 8
- Arretiergehäuse
- 9
- Bohrung
- 10
- Feder
- 11
- erster
Abschnitt
- 12
- zweiter
Abschnitt
- 13
- dritter
Abschnitt
- 14
- Dopplung
- 15
- Arretierboden
- 16
- Signalgeber
- 17
- Sensor
- 18
- Ablaufbahn
- 19
- Gehäuse
- 20
- Steckkontakt
- 21
- Druckstift
- 22
- Boden
- 23
- Ausnehmung
- 24
- Aufnahme
- 25
- Schaltarretierung
- 26
- Hülse
- 27
- erstes
Sensorikelement
- 28
- zweites
Sensorikelement
- 29
- Sackloch
- 30
- Rand
- 31
- Absatz
- 32
- Bord
- Tmax
- max.
Einpresstiefe
- E
- mittlere
Einpresstiefe
- d
- Innendurchmesser
- D
- Außendurchmesser
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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