DE102007060577A1

DE102007060577A1 - Sensorschalteinheit

Info

Publication number: DE102007060577A1
Application number: DE200710060577
Authority: DE
Inventors: Michael Bogner; Gerhard Oberpertinger; Arnold Trissler
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-12-15
Filing date: 2007-12-15
Publication date: 2009-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorschalteinheit (1) zur Bestimmung von Stellungen wenigstens eines Getriebebauteils mit einer Schaltarretierung (25), die einen Schaltbolzen (2) aufweist, einem Gehäuse (19) und einer Sensorik (15) mit einem Signalgeber (16) und einem Sensor (17) als zwei Sensorikelementen (27, 28), wobei ein Sensorikelement (27, 28) durch den Schaltbolzen oder einen mit diesem in Wirkverbindung stehenden Druckstift zumindest zeitweise hubbeweglich ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Sensorschalteinheit zur Lagefixierung eines beweglichen Getriebebauteils, insbesondere einer Schaltstange eines Kraftfahrzeuggetriebes.
Hintergrund der Erfindung
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. Der Schaltbolzen ist hubbeweglich in dem Arretiergehäuse gelagert und gegen das Getriebebauteil vorspannbar. Ferner weist die Sensorschalteinheit eine Sensorik mit einem Signalgeber als einem Sensorikelement und einem Sensor als weiterem Sensorikelement auf. Eines der Sensorikelemente kann dabei in einen von dem Arretiergehäuse separierten externen Gehäuse angeordnet sein.
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 Getriebebauteils ein. Derartige Schaltarretierungen, die auch als Kugelrasten bezeichnet werden, finden insbesondere bei Schaltstangen von Kraftfahrzeuggetrieben Anwendung, wobei die Rastelemente der Schaltarretierungen in entsprechende Ausnehmungen der Schaltstangen eingreifen.
DE 43 07 596 A1 zeigt eine Sensorschalteinheit mit einer derartigen Schaltarretierung, die gegen eine Welle vorgespannt ist und mit ihrem Rastelement in in die Welle eingebrachte Nuten eingreift. Die Schaltarretierung betätigt einen Schalter, um mittels einer Kontaktbrücke beispielsweise ein Rückfahrlicht zu schalten. Dabei fließen hohe Ströme, so dass besondere Maßnahmen erforderlich sind, um eine lange Lebensdauer sicherzustellen. Daher setzen sich zunehmend kontaktlos arbeitende Sensorschalteinheiten durch. Ersetzt man die Kontaktbrücke durch einen berührungslos arbeitenden Sensor, stellt sich allerdings das Problem, dass jede Hubänderung des Rastelements auch ein Bewegen des Signalgebers und damit eine Messwertänderung im Sensor bewirkt, da der Signalgeber mit dem Rastelement mechanisch verbunden ist. Für gewisse Anwendungsfälle ist es jedoch erforderlich, definierte Ein- und Ausschaltpunkte festzulegen. Dies erfolgt in der Regel durch Nachbearbeitung des Signals des Sensors, in dem zusätzliche elektronische Komponenten verbaut werden. Dies ist aufwändig und aufgrund der hohen Einsatztemperaturen auch nur mit relativ teueren Komponenten möglich.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe ist es daher eine Sensorschalteinheit zu schaffen, welche ein Signal aufgrund der Hubbewegung des Rastelements bereitstellt, wobei eine Signaländerung nur bei Überschreiten eines gewissen Schwellwerts der Hubbewegung detektierbar ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein Sensorikelement der Sensorschalteinheit ist an dem Schaltbolzen oder an einem mit dem Schaltbolzen in Wirkverbindung stehenden Bauteil, beispielsweise einem als Schaft ausgebildeten Druckstift, angeordnet. Das andere, komplementäre Sensorikelement ist am Gehäuse angeordnet, welches entweder separat zum Arretiergehäuse oder einteilig mit diesem hergestellt ist.
Die Erfindung ermöglicht eine Trennung der Hubbewegung von der Signalerzeugung im Sensor. Wird die Trennung so vollzogen, dass die Entkopplung in den Schaltstellungen der geschalteten Gänge vorliegt, hat dies den Vorteil, dass Erschütterungen keinen Einfluss auf die Signalgenerierung haben und somit Störsignale vermieden werden. Dies ist insbesondere wichtig bei empfindlich arbeitenden Sensoren, die digitale Messwerte liefern, da hier nicht anhand eines Signalverlaufs sicher entschieden werden kann, in welcher Stellung sich das Getriebe befindet.
In einer Weiterbildung der Erfindung dient der Sensor zum Detektieren von Gangstellungen und arbeitet berührungslos. Er ist somit nahezu verschleißfrei und kann durch die Erfindung immer sicher in seinem Arbeitsbereich betrieben werden.
In einer Variante der Erfindung ist der Signalgeber durch den Druckstift beaufschlagbar und der Sensor in dem Gehäuse fest angeordnet, wobei ebenso eine vertauschte Anordnung denkbar ist. In dem Zustand, in dem der Druckstift weitestmöglich von dem Signalgeber entfernt ist, im folgenden Endzustand genannt und meist einer Wähl- oder Schaltstellung entsprechend, nimmt erfindungsgemäß der Signalgeber stets die gleiche Position ein. Erfindungsgemäß ist in dieser Ausführung der Druckstift im Endzustand von dem Signalgeber durch eine Lücke beabstandet. Wird jetzt das Rastelement beaufschlagt, so überwindet der Druckstift zunächst einen Leerhub, um die Lücke zu schließen, um dann auf den Signalgeber einzuwirken. Anstatt direkt auf den Signalgeber einzuwirken, kann der Druckstift auch auf ein mit diesem verbundenes Bauteil, wie beispielsweise eine Feder eine Kraft ausüben. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Signalgeber im Endzustand durch sein Eigengewicht eine Feder um ein bestimmtes Maß auslenkt oder dadurch, dass er mittels einer Feder gegen einen Anschlag vorgespannt ist. Wird der Druckstift aus der Endstellung in Richtung Signalgeber bewegt, schaltet die Sensoreinheit stets bei demselben definierten Hub. Bewegt sich der Druckstift wiederum in die Endposition, verbleibt der Signalgeber auf einer bestimmten axialen Höhe, während sich der Druckstift weiter von diesem entfernen kann.
Mittels der Erfindung ist es somit möglich, den Abstand zwischen den Sensorikelementen so einzustellen, dass man in den optimalen Arbeitsbereich des Sensor-Signalgeber-Paares gelangt. Die mechanische Entkopplung von der Endstellung stellt sicher, dass stets erst bei Überschreiten eines gewissen Schwellwertes der Signalgeber bewegt wird. Insbesondere bleiben kleinere Erschütterungen, die beispielsweise durch Fahrbahnunebenheiten verursacht werden, ohne Folgen für ein vom Signalgeber erzeugtes Signal. Damit kann insbesondere in Getrieben bei hohen Umgebungstemperaturen auf eine nachgeschaltete Elektronik zur Filterung von Störungen verzichtet werden. Da zur Erkennung, ob ein Gang geschaltet ist, nur ein digitales Signal erforderlich ist, liefert die Erfindung somit eine rein mechanische und damit robuste Lösung. Sofern es erforderlich sein sollte, kann dennoch auch die Hubbewegung über die Rastkontur abgebildet werden, da mittels der Entkopplung lediglich der Endbereich entkoppelt wird und im Arbeitsbereich ein analoges Signal ohne Verfälschung übertragbar ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Axialbewegung des Druckstifts beidseitig entkoppelt. Bei einer derartigen Sensorschalteinheit können eine zusätzliche Vorspannung oder eine Vormagnetisierung entfallen. Auch in der geschalteten Stellung ist eine derartige Anordnung somit gegen Erschütterungen unempfindlich. Ferner wird die Höhe des maximal erzeugten Stroms in einem beispielsweise als Hallelement ausgebildeten Sensor begrenzt, so dass eventuell dennoch nachgeordnete elektronische Bauteile keinen Schaden nehmen können.
Ebenfalls kann erfindungsgemäß der Signalgeber geschützt werden, wenn er an einem von dem Schaltbolzen entkoppelten Träger ausgebildet ist. Sowohl in der ungeschalteten Endstellung als auch in der geschalteten Endstellung übertragen sich dann keine Vibrationen auf den Signalgeber, so dass durch Vibrationen keine schleichende Entmagnetisierung eines als Magnet ausgebildeten Signalgebers erfolgen kann.
Ein weiterer Vorteil dieser Variante ist die Unabhängigkeit von Einbautoleranzen, da sich bei entsprechender Ausgestaltung der Erfindung lediglich die Größe des Spalts zwischen Druckstift und Signalgeber verändert, die Endstellungen aber gleich bleiben. Damit kann ein zusätzliches Kalibrieren der Messwerte in den Endstellungen entfallen, was eine kostengünstigere Herstellung der Sensorschalteinheit erlaubt. Ein Eichen der Sensorik ist alternativ bereits während der Montage möglich. Die Schaltarretierung ist z. B. mit einem Magneten als Signalgeber an einem Schaft separat vom Gehäuse hergestellt und mit diesem form- oder kraftschlüssig verbunden. Ein aufwändiges Zupaaren verschiedener Magnete und Schaltarretierung kann entfallen. Vorteilhafterweise besitzt eine derartige Schaltarretierung ein geschlossenes Arretiergehäuse, so dass zum einen keinen einzelnen Bauteile verloren gehen können oder dejustiert werden können. Dies vereinfacht die Handhabung, den Transport und auch die Montage der Sensorschalteinheit. Zudem ist die Einheit dadurch gut gegen das Eindringen von Verschmutzungen geschützt.
Zumindest ein Sensorikelement dient als Signalgeber, wobei auch mehrere Signalgeber vorgesehen sein können. 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 zweites Sensorikelement 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 meh reren Signalgebern abgehenden Signale durch einen oder mehrere Sensoren verstanden, wobei die Sensoren vom Signalgeber beispielsweise durch einen Gas- oder Flüssigkeitsspalt von diesem getrennt sind.
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.
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 meist am Getriebebauteil angeordneten 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.
Die Sensorschalteinheit 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.
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.
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 Signalgeber in gleicher oder anderer Ausführung zum vorherigen zugeordnet ist.
Den vorausgehenden Ausführungen folgend ist somit jeder der Wähl- oder Schaltstellungen 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.
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 Schaltstellungen ein anderer Hub des Schaltbolzens und somit das Signal aus einer anderen Lage des Impulsgebers zum Sensor zugeordnet ist.
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.
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.
Positionsdaten können durch unterschiedliche Durchmesser oder Radialhübe umfangseitig verlaufender Laufbahnen gebildet sein, 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 hubbeweglich und alternativ senkrecht zur Längsachse eines längsbeweglichen Getriebebauteils gerichtet. Die relative axiale Position des Schaltbolzens zur Ablaufbahn ist fix.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Sensorschalteinheit 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 ein als Schaft ausgebildeter Druckstift. Der Träger ist vorzugsweise koaxial mit dem Schaltbolzen in die gleiche Längsrichtung in dem Arre tiergehäuse 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 eine permanente 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.
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. Der Boden des Arretiergehäuses weist eine Ausnehmung auf, durch welche der Träger geführt ist. Dieser ist teilweise im Arretiergehäuse angeordnet und verläuft dort parallel innerhalb der Druckfeder und stützt sich endseitig am Schaltbolzen ab. Außerhalb des Gehäuses weist der Träger eine Aufnahme für den Sensor oder den Signalgeber auf.
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.
Die Sensorschalteinheit kann aus einem oder mehreren ersten Sensorelementen, Signalgebern, und einem oder mehren zweiten Sensorelementen, Sensoren, bestehen. Optional ist in die Sensorschalteinheit eine Außenschnittstelle und wahlweise eine Auswerteelektronik integriert. Eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Sensorschalteinheit vor, in der magnetische Mittel eingesetzt sind. Die Erfassung 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 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 Signalgeber und 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.

Ein oder mehrere Magnete sind in dem Sensorschaltelement 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, 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.
Strukturerhebungen und/oder -Vertiefungen wie Schlitze, insbesondere Durchgangsschlitze oder Löcher bzw. Erhebungen an dem Träger sind auch für fotoelektronische Sensorik vorgesehen.
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 Sensorschalteinheit ist vorgesehen. Der Kunststoff des Trägers und auch des Gehäuses kann dabei zumindest partiell mit magnetisierbaren Partikeln durchsetzt sein, die nach verschiedensten Mustern magnetisiert sind.
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.
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 Träger geführt. Endseitig bildet der Abschnitt einen kreisförmigen Boden, der in seiner Mitte eine Ausnehmung für den Träger aufweist.
In einer Variante der Erfindung ist der Signalgeber mit dem Druckstift durch eine Druckfeder verbunden, wobei die mechanischen Mittel als ein Vorsprung in dem Gehäuse ausgebildet sind. Der Vorsprung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass eine Bördelung oder eine Durchstellung erfolgt. In einer Variante der Erfindung begrenzt der Vorsprung nicht nur die axiale Bewegung des Signalgebers, sondern bildet mit diesem in der Endstellung einen abgeschlossenen Teilraum für den Signalgeber.
Besonders vorteilhaft ist es, den Erfindungsgedanken mit berührungslos arbeitenden Signalgebern und Sensoren zu realisieren. Diese arbeiten zum einen verschleißfrei und benötigen zum anderen keine elektrischen Kontakte.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1a eine Sensorschalteinheit mit einer Schaltarretierung und einem Gehäuse,
1b eine vergrößerte Darstellung der Teilansicht aus 1a,
2 eine schematische Darstellung einer Variante der Erfindung,
3 eine weitere schematische Darstellung der Ausführungsform der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1a ist eine Sensorschalteinheit 1 im Vollschnitt abgebildet. Die Sensorschalteinheit 1 besteht aus einer Schaltarretierung 25 mit einem Arretiergehäuse 8 und einem Gehäuse 19. Sowohl das Gehäuse 19 als auch die Schaltarretierung 25 sind separat voneinander herstellbar und transportierbar, ohne dass funktionswesentliche Bauteile verschmutzen können. Die Schaltarretierung weist einen Schaltbolzen 2 aus Metall mit einer Kalotte 4 und einen als Schaft ausgebildeten Träger 3 auf, der als Druckstift 21 fungiert. 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 vorgespannt. Das Gehäuse 19 ist separat von dem Arretiergehäuse 8 hergestellt und mit diesem verpresst. Eine Dichtung kann daher entfallen.
Der Schaltbolzen 2 ist mittels eines Wälzlagers 7 in dem 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 der 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.
Der Träger 3 ist innerhalb der Feder 10 geführt, wobei die vorgespannte Feder 10 sich einerseits in der Bohrung 9 des Schaltbolzens 2 und andererseits an dem Boden 22 (1b) des Arretiergehäuses 8 abstützt. Der Boden 22 des Arretiergehäuses 8 weist eine in diesem Fall kreisförmige Ausnehmung 23 auf, durch die der Träger 3 in eine Aufnahme 24 ragt. Er wird hier durch das Arretiergehäuse 8 gleitgelagert. Der Träger 3 wirkt endseitig auf einen Signalgeber 16.
Die Sensorschalteinheit 1 weist eine Sensorik 11 auf, die zumindest aus einem Signalgeber 16 und einem als Sensor 17 bezeichneten Signalempfänger besteht. Optional weist die Sensorik 11 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 11 weist weiterhin eine Schnittstelle zum Fahrzeug in Form eines Steckkontakts 20 auf. Der Sensor 17 ist ein Hall-Sensor, und der Signalgeber 16 ist ein Permanentmagnet. Die Signalerzeugung verläuft somit berührungslos.
1b zeigt einen vergrößerten Detailausschnitt der 1a. Der Signalgeber 16 ist mit einem Führungselement 12 form- und kraftschlüssig verbunden. Der Druckstift 21 wirkt axial auf eine Druckfeder 33, die zumindest teilweise in dem Führungselement 12 angeordnet ist.
2 zeigt die schematische Darstellung einer weiteren Sensorschalteinheit 1. Der als Träger 3 ausgebildete Druckstift 21 ist durch einen Spalt 32 von dem Sensor 17 in einer Endstellung beabstandet. Zum Ausgleich von Toleranzen hat es sich in der Praxis bewährt, die Spaltbreite kleiner als 2 mm zu wählen. Wird der Druckstift 21 axial bewegt, so wird zunächst die Spaltbreite reduziert, danach wird der Signalgeber 16 in Richtung Sensor 17 bewegt, wobei er gegen eine Federkraft arbeitet. Die Federkraft wird in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Druckfeder 33 erzeugt. Wird der Druckstift 21 wieder in die Endposition zurückbewegt, so zwingt die Druckfeder 33 auch den Signalgeber 16 wieder in seine Ausgangsposition zurück, wobei dieser durch einen Vorsprung 14, der als umlaufender Rand 30 ausgebildet ist, verliersicher gehalten und von dem Druckstift 21 entkoppelt wird. Der Spalt 32 dient in Verbindung mit dem Vorsprung 14 als mechanisches Mittel 15 zur Entkopplung. In diesem Endzustand ist die Druckfeder 33 idealerweise vorgespannt. Die Schaltarretierung 25 mit dem Druckstift 21 und das Gehäuse 19 mit dem Signalgeber 16 können somit als separate Einheiten hergestellt werden, ohne dass Teile verloren gehen oder deplatziert werden können.
Die Erfindung ermöglicht es durch leichte Variation des Spalts 32, thermische Ausdehnungen bzw. Fertigungsungenauigkeiten auszugleichen. Somit ist es auch leichter möglich, für das Gehäuse 19 und die Schaltarretierung 25 unterschiedliche Materialien zu verwenden. Endseitig ist ein Wegbegrenzungselement 13 angeordnet, das nicht notwendigerweise separat von dem Gehäuse 19 ausgebildet sein braucht. Es ist hier ringförmig und kann zugleich die Druckfeder 33 halten und/oder führen. Auch das Wegbegrenzungselement 13 kann als ein mechanisches Mittel zur Entkopplung der Druckstiftbewegung sein, wenn ein Federelement zwischen Druckstift 21 und Signalgeber 16 (wie in 3) angeordnet ist.
Die Variante nach 3 sieht vor, dass im Gegensatz zu 2 die Druckfeder 33 zwischen dem Druckstift 21 und dem Signalgeber 16 angeordnet ist. Besteht die Signalgeber-Sensor-Paarung beispielsweise aus einem Magneten und einem Hallsensor, wird die Stärke des Magnetfeldes beschränkt. Die Vari anten nach 2 und 3 sind auch miteinander kombinierbar, sofern in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Signalgeber 16 zwischen zwei axial aufeinander folgenden Vorsprüngen 14 sich bewegen kann.

1: Sensorschalteinheit
2: Schaltbolzen
3: Träger
4: Kalotte
5: Kugel
6: Wälzkugeln
7: Wälzlager
8: Arretiergehäuse
9: Bohrung
10: Feder
11: Sensorik
12: Führungselement
13: Wegbegrenzungselement
14: Vorsprung
15: Mittel
16: Signalgeber
17: Sensor
18: Ablaufbahn
19: Gehäuse
20: Steckkontakt
21: Druckstift
22: Boden
23: Ausnehmung
24: Aufnahme
25: Schaltarretierung
26: (nicht belegt)
27: erstes Sensorikelement
28: zweites Sensorikelement
29: (nicht belegt)
30: randförmiger Absatz
31: (nicht belegt)
32: Spalt
33: Druckfeder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4307596 A1 [0004]

Claims

Sensorschalteinheit (1) zur Bestimmung von Stellungen wenigstens eines Getriebebauteils, bestehend aus – einer Schaltarretierung (25) zum Arretieren von Getriebeschaltpositionen, wobei die Schaltarretierung (25) ein Arretiergehäuse (8) und einen Schaltbolzen (2) aufweist und der Schaltbolzen (2) hubbeweglich in dem Arretiergehäuse (8) gelagert ist und der gegen das Getriebebauteil vorspannbar ist, – einer Sensorik (15) mit einem Signalgeber (16) als einem Sensorikelement (27) und einem Sensor (17) als weiterem Sensorikelement (28), wobei ein Sensorikelement (27, 28) durch den Schaltbolzen (2) oder einen mit diesem in Wirkverbindung stehenden Druckstift (21) zumindest zeitweise hubbeweglich ist, – und einem Gehäuse (19) mit einer Aufnahme (24) für die Schaltarretierung (25), dadurch gekennzeichnet, – dass eines der Sensorikelemente (27, 28) an dem oder im Gehäuse (19) angeordnet ist – dass das zweite Sensorikelement (28, 27) durch den Schaltbolzen (2) beaufschlagbar ist, so dass sich die Position des zweiten Sensorikelements (28, 27) ändert und – dass die Sensorschalteinheit (1) mechanische Mittel (15) aufweist, welche die Hubbewegung des zweiten Sensorikelements (28, 27) von der des Schaltbolzens (2) bei vorgegebenen Hubhöhen entkoppeln.
Sensorschalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (10) zwischen dem zweiten Sensorikelement (28, 27) und dem Schaltbolzen (2) angeordnet und durch den Schaltbolzen (2) beaufschlagbar ist, so dass sich die Position des zweiten Sensorikelements (28, 27) ändert.
Sensorschalteinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (10) in jeder Schaltstellung vorgespannt ist.
Sensorschalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (17) die vom Signalgeber (16) erzeugten Signale kontaktlos erfasst.
Sensorschalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (19) und das Arretiergehäuse (8) einteilig ausgebildet sind.
Sensorschalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (19) und das Arretiergehäuse (8) mehrteilig aufgebildet sind.
Sensorschalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (16) als ein Magnet ausgebildet ist.
Sensorschalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (16) in einer Endstellung von dem Druckstift (21) oder dem Schaltbolzen (2) durch einen Spalt (32) beabstandet ist.
Sensorschalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale des Signalgebers (16) berührungslos durch den Sensor (17) detektierbar sind.
Sensorschalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (1) mindestens einen Vorsprung (14) zur Einschränkung der Bewegbarkeit des Signalgebers (16) aufweist.
Sensorschalteinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (14) als ein ringförmiger, mit dem Gehäuse (18) verbundener Absatz (30) ausgebildet ist.