DE102009058541A1 - Switching lock for fixing position of mobile positioning element, has locking element for locking positioning element or component operatively connected with positioning element - Google Patents

Switching lock for fixing position of mobile positioning element, has locking element for locking positioning element or component operatively connected with positioning element Download PDF

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    • F16H—GEARING
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    • F16H63/30—Constructional features of the final output mechanisms
    • F16H63/38—Detents

Abstract

The switching lock (1) has a locking element (5) for locking the positioning element or a component operatively connected with the positioning element. The locking element is pretensioned against the positioning element by a spring element (18). The spring force of the spring element is variable in the given working area through the maximum positions of the locking element.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltarretierung zur Lagefixierung eines beweglichen Stellelements mit einem Rastelement zum Verrasten am Stellelement oder einem mit dem Stellelement in Wirkverbindung stehendem Bauteil, wobei das Rastelement durch ein Federelement gegen das Stellelement vorspannbar istThe invention relates to a shift lock for fixing the position of a movable actuating element with a locking element for locking on the adjusting element or a standing with the actuating element in operative connection component, wherein the locking element is biased by a spring element against the actuating element

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Eine derartige Schaltarretierung geht beispielsweise aus der DE 38 08 375 C1 hervor. Diese zeigt eine Schaltarretierung, bei der ein federbelasteter Schaltbolzen hubbeweglich in dem Gehäuse der Schaltarretierung über Wälzkörper geführt ist und ein Rastelement in einer kalottenförmigen Aufnahme des Schaltbolzens angeordnet ist.Such Schaltarretierung example, goes from the DE 38 08 375 C1 out. This shows a shift lock, in which a spring-loaded shift pin is movably guided in the housing of Schaltarretierung via rolling elements and a locking element is arranged in a dome-shaped receptacle of the shift pin.

Derartige Schaltarretierungen dienen zum Verrasten von Gangpositionen an Schaltwellen oder an mit Schaltwellen verbundenen Bauteilen eines Getriebes. Zunehmend wird dabei die Stellung des Rastelements erfasst und an eine Steuereinheit zur Auswertung der geschalteten Gangstellung übermittelt. Insbesondere die sichere Erkennung der Neutralstellung muss stets gewährleistet sein. Daher ist ausgehend von der Neutrallage ein hoher Federweg erforderlich, um eine sichere Detektierung der Neutralstellung zu gewährleisten. Andererseits darf die Federkraft dabei nicht zu hoch werden, um das Rückstellmoment zu begrenzen und den Schaltkraftverlauf nicht negativ zu beeinflussen.Such Schaltarretierungen used for locking gear positions on shift shafts or connected to switching shafts components of a transmission. Increasingly, the position of the locking element is detected and transmitted to a control unit for evaluation of the switched gear position. In particular, the safe detection of the neutral position must always be guaranteed. Therefore, starting from the neutral position, a high travel is required to ensure safe detection of the neutral position. On the other hand, the spring force must not be too high in order to limit the restoring moment and not negatively affect the switching power curve.

Zur Lösung dieser gegensätzlichen Anforderungen schlägt DE 10 2007 060 577 A1 eine Entkopplung der Feder und des Rastelements vor, was in nachteiliger Weise die Bauhöhe der Schaltarretierung vergrößert und eine höhere Anzahl an Bauteilen bzw. ein komplexeres Arretiergehäuse erfordert.To solve these conflicting requirements suggests DE 10 2007 060 577 A1 a decoupling of the spring and the locking element, which disadvantageously increases the height of the Schaltarretierung and requires a higher number of components or a complex locking housing.

Ferner ist für den Rückwärtsgang häufig die Überwindung einer gegenüber den Vorwärtsgängen erhöhten Federkraft gefordert. Dies sorgt für einen relativ langen Federweg. Wird eine derartige Schaltarretierung als Sensorarretierung eingesetzt, muss häufig ein Kompromiss zwischen einer guten Neutrallagenerkennung und ansprechender Schalthaptik für den Rückwärtsgang eingegangen werden.Furthermore, it is often required for the reverse gear to overcome a relation to the forward gears increased spring force. This ensures a relatively long travel. If such a shift lock is used as a sensor lock, a compromise between a good neutral position recognition and attractive shift feel for the reverse gear must often be considered.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltarretierung zu schaffen, die sowohl einen vorgegebenen Schaltkraftverlauf gut abbildet, eine stets sichere Gangerkennung ermöglicht, eine kompakte Bauweise aufweist und die möglichst wenig Montageaufwand verursacht.The object of the invention is therefore to provide a shift lock, which maps well both a predetermined shift force curve, always allows safe gear recognition, has a compact design and causes the least possible installation effort.

Die Aufgabe ist bei einer Schaltarretierung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Federkraft des Federelements im durch die Maximalstellungen des Rastelements vorgegebenen Arbeitsbereich veränderlich ist. Die Kennlinie der Feder ist folglich nicht linear, sondern abhängig von ihrer Schaltstellung. Unter Ausnutzung der Nichtlinearität können Schaltbereiche, die dem Bediener keine wesentliche Kraftänderung vermitteln sollen, wie es beim Wählen von Schaltgassen der Fall ist, durch ein Rastgebirge mit hinreichend großen Niveauunterschieden und unter Verwendung einer Feder mit einer kleinen Federkonstanten sicher voneinander unterschieden werden. Andererseits kann sich die Federkennlinie spontan ändern, sobald ein bestimmter Gang wie der Rückwärtsgang tatsächlich geschaltet werden soll. Die Nichtlinearität der Federcharakteristik ermöglicht eine Bauraumverkürzung ohne auf ein hinreichend feinfühliges Ansprechen im Neutralbereich verzichten zu müssen.The object is achieved in a shift lock according to the preamble of claim 1, characterized in that the spring force of the spring element is variable in the predetermined by the maximum positions of the locking element workspace. The characteristic of the spring is therefore not linear, but depending on their switching position. By taking advantage of the non-linearity, switching ranges which are not intended to impart a significant force change to the operator, as is the case with shift gate selections, can be reliably distinguished from each other by a detent rock of sufficiently large level differences and using a spring with a small spring rate. On the other hand, the spring characteristic can change spontaneously as soon as a specific gear such as reverse gear is actually to be switched. The non-linearity of the spring characteristic allows a reduction in space without having to give up a sufficiently sensitive response in the neutral range.

In bevorzugter Weise wird die Federcharakteristik so gewählt, dass die verbaute Schaltarretierung bei geringen Auslenkungen aus der Neutrallage relativ leicht einfedert, um das Rückstellmoment nicht zu groß werden zu lassen und hinreichend genau die Auslenkung mittels Messtechnik erfassen zu können, während bei relativ großen Auslenkungen Kraftdifferenzen nur zu kleinen Änderungen in der Auslenkung führen, um den Federweg nicht zu groß werden zu lassen.Preferably, the spring characteristic is chosen so that the built Schaltarretierung relatively easily springs with small deflections from the neutral position, to not let the restoring moment too large and sufficiently accurate to detect the deflection by means of measurement technology, while relatively large deflections force differences only lead to small changes in the deflection in order not to let the travel too great.

Erfindungsgemäß sind verschiedene Federn für die Schaltarretierung vorgesehen. Prinzipiell sind zwar hydraulische, pneumatische oder auf elektromagnetischen Effekten beruhende Federelemente denkbar; zugunsten eines einfachen und robusten Aufbaus sind aber mechanische Federn bevorzugt. Dabei kann eine komplizierter gebaute Formfeder genauso verwendet werden wie zwei Einzelfedern, die miteinander wechselwirken.According to the invention, various springs are provided for the shift lock. In principle, although hydraulic, pneumatic or based on electromagnetic effects spring elements are conceivable; but mechanical springs are preferred in favor of a simple and robust construction. In this case, a more complicated built-form spring can be used as well as two individual springs that interact with each other.

Die Verwendung zweier Einzelfedern ist vorteilhaft, um eine Federkennlinie zu realisieren, die stückweise linear verläuft. Derartige Federkennlinien gestatten eine besonders einfache Auslegung der Rastkontur und sind auch besonders einfach von einer Sensorik interpretierbar. Andererseits kann durch eine geeignete Auswerteeinheit jeder Auslenkung bzw. jedem Hub des Rastelements eine Position der Schaltarretierung eindeutig zugeordnet werden, sofern nur die Federkennlinie monoton steigend bzw. fallend verläuft.The use of two individual springs is advantageous in order to realize a spring characteristic which runs piecewise linear. Such spring characteristics allow a particularly simple design of the locking contour and are also particularly easy to interpret by a sensor. On the other hand, a position of the shift lock can be uniquely assigned by a suitable evaluation unit each deflection or each stroke of the locking element, if only the spring characteristic is monotonically increasing or decreasing.

Das Rastelement kann beispielsweise auf eine Schraubenfeder mit einer kleinen Federkonstante einwirken, die ab einer bestimmten Belastung stark komprimiert ist und eine zweite Feder mit einer anderen Federkonstante beaufschlagt. Die zweite Feder muss dazu nicht notwendigerweise von der gleichen Art sein wie die erste Feder, sondern kann eine Tellerfeder oder ein Wellring sein und somit eine sehr flach bauende Feder mit gleichzeitig hoher Federkonstante.The locking element can act, for example, on a coil spring with a small spring constant, the strong from a certain load is compressed and applied to a second spring with a different spring constant. The second spring must not necessarily be of the same type as the first spring, but may be a plate spring or a corrugated ring and thus a very flat-built spring with high spring constant at the same time.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind in der Schaltarretierung zwei Federn angeordnet, wobei bei Belastung aus der Ausgangsstellung zunächst nur eine erste Feder einfedert, deren Windungen sich bei einem vorbestimmten Schwellwert der ausgeübten Kraft ganz oder teilweise tot legen. Fortan wird die Federcharakteristik der Schaltarretierung durch die zweite Feder bestimmt.In one embodiment of the invention, two springs are arranged in the shift lock, wherein initially only a first spring springs under load from the initial position, the turns of which are completely or partially dead at a predetermined threshold value of the applied force. From now on, the spring characteristic of the shift lock is determined by the second spring.

In einer Alternative ist vorgesehen, dass zwei Federn aufeinander einwirken. So sprechen die Federn nicht nacheinander an, sondern gleichzeitig unter stetiger Änderung der Federkennlinie des Gesamtsystems.In an alternative, it is provided that two springs interact. So the springs do not respond in succession, but at the same time with constant change of the spring characteristic of the entire system.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Verwendung von Formfedern vorgesehen. Die Formfeder kann als Schraubenfeder Windungen mit unterschiedlicher Windungshöhe aufweisen. Eine Alternative ist, dass die Formfeder „rückgewickelt” ist, also einen zweiten Abschnitt mit Windungen aufweist, die den Windungen des ersten Abschnitts entgegen laufen und sich beispielsweise an einer Sicke des ansonsten zylindrischen Gehäuses der Schaltarretierung abstützen. Ebenfalls denkbar ist eine mehrfache Rückwicklung. Durch ein Abstützen an der Gehäusewandung wird zudem erreicht, dass sich die Feder in dem Gehäuse zentriert. Schließlich sind erfindungsgemäß nicht nur zylindrische Schraubenfedern vorgesehen, sondern auch konische Federn.In a further embodiment, the use of shaped springs is provided. The shaped spring can have windings with different winding height as a helical spring. An alternative is that the form spring is "rewound", ie has a second section with turns which run counter to the turns of the first section and are supported for example on a bead of the otherwise cylindrical housing of the shift lock. Also conceivable is a multiple reverse. By supporting on the housing wall is also achieved that the spring centered in the housing. Finally, according to the invention not only cylindrical coil springs are provided, but also conical springs.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to embodiments. Show it:

1 einen Längsschnitt einer ersten erfindungsgemäßen Schaltarretierung, 1 a longitudinal section of a first Schaltarretierung invention,

2 einen Längsschnitt einer zweiten erfindungsgemäßen Schaltarretierung, 2 a longitudinal section of a second Schaltarretierung invention,

3 einen Längsschnitt einer dritten erfindungsgemäßen Schaltarretierung und 3 a longitudinal section of a third Schaltarretierung invention and

4 einen Längsschnitt einer vierten erfindungsgemäßen Schaltarretierung. 4 a longitudinal section of a fourth Schaltarretierung invention.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

1 zeigt eine Schaltarretierung 1 mit einem Gehäuse 8 aus Stahlblech. Die Schaltarretierung 1 weist einen Schaltbolzen 2 aus Metall mit einer Kalotte 3 auf. Endseitig nach außen weisend ist am Schaltbolzen 2 eine Kugel als Rastelement 5 angeordnet, die mittels weiterer Wälzkugeln 6 in der Kalotte 3 wälzgelagert ist. Das Rastelement 5 ist gegen eine Rastkontur 4 eines als Schaltstange ausgebildeten Stellelements 12 vorgespannt. 1 shows a shift lock 1 with a housing 8th made of sheet steel. The shift lock 1 has a switching pin 2 made of metal with a dome 3 on. End facing outward is on the shift pin 2 a ball as a locking element 5 arranged by means of further rolling balls 6 in the dome 3 is stored on roller bearings. The locking element 5 is against a catch contour 4 a control element designed as a shift rod 12 biased.

Der Schaltbolzen 2 ist mittels eines Wälzlagers 7 in dem Gehäuse 8 hubbeweglich gelagert und konzentrisch geführt. Der Schaltbolzen 2 ist mit einer sacklochartigen, zur Kalotte 4 rückseitigen Bohrung 9 versehen, die kreisförmig im Querschnitt ist. Endseitig zur Bohrung 9 gesehen weist der Schaltbolzen einen radial auskragenden Bord 15 auf, der sich am Wälzlager 7 abstützt und ein Herausfallen des Schaltbolzens 2 aus dem Gehäuse 8 verhindert.The shift pin 2 is by means of a rolling bearing 7 in the case 8th Hubbeweglich stored and concentric out. The shift pin 2 is with a blind hole, to the calotte 4 back hole 9 provided which is circular in cross-section. End to the hole 9 seen the shift pin has a radially projecting board 15 on, who is at the rolling bearing 7 supports and falling out of the shift pin 2 out of the case 8th prevented.

In der Bohrung 9 ist eine erste Feder 10 aufgenommen. Durch die Bohrung 9 im Schaltbolzen 2 wird eine Verkürzung der Baueinheit und somit eine Raum sparende Anordnung erreicht.In the hole 9 is a first spring 10 added. Through the hole 9 in the shift pin 2 a shortening of the unit and thus a space-saving arrangement is achieved.

Die vorgespannte erste Feder 10 stützt sich einerseits in der Bohrung 9 des Schaltbolzens 2 und andererseits an dem Boden 11 des topfartigen Gehäuses 8 ab. Sie ist als zylindrische Schraubendruckfeder ausgebildet, die einen linearen Kraft-Weg-Verlauf und eine vergleichsweise kleine Federkonstante besitzt.The preloaded first spring 10 on the one hand supports itself in the bore 9 of the shift pin 2 and then on the ground 11 the pot-like housing 8th from. It is designed as a cylindrical helical compression spring, which has a linear force-displacement curve and a comparatively small spring constant.

Neben der ersten Feder 10 ist in der Schaltarretierung 1 eine zweite Feder 14 als ringförmige Wellfeder angeordnet. Die Schraubendruckfeder 10 ist durch die Ausnehmung der Wellfeder hindurchgeführt, so dass die Kompression der Schraubendruckfeder 10 zunächst keine Wirkung auf die Wellfeder 14 hat. Federt der Schaltbolzen 2 aus der Grundstellung, der Stellung größten axialen Hervorstehens des Rastelements 5 aus dem Gehäuse 8, ein, dann wird zunächst nur die erste Feder 10 komprimiert. Wenn ein für die Anwendung entsprechend abgestimmter Federweg zurückgelegt ist, wirkt der Bord 15 des Schaltbolzens 2 auf die zweite Feder 14 ein, so dass sich bei weiterer Kompression beide Federkräfte addieren. Die zweite Feder 14 stützt sich an einem Ringabsatz 19 des Gehäuses 8 ab. Beide Federn 10, 14 zusammen bilden ein (fiktives) Federelement 18 mit einer nichtlinearen Federkennlinie. Die Federkennlinie des Gesamtsystems ist abhängig von der Höhenlage des Rastelements 5 bzw. von der Vorspannung der einzelnen Federn 10, 14.Next to the first spring 10 is in the shift lock 1 a second spring 14 arranged as an annular wave spring. The helical compression spring 10 is passed through the recess of the wave spring, so that the compression of the helical compression spring 10 initially no effect on the wave spring 14 Has. Spring the shift pin 2 from the basic position, the position of greatest axial protrusion of the locking element 5 out of the case 8th , one, then at first only the first spring 10 compressed. If a suitably tuned travel for the application is covered, the board acts 15 of the shift pin 2 on the second spring 14 a, so that add together with further compression both spring forces. The second spring 14 relies on a ring heel 19 of the housing 8th from. Both springs 10 . 14 together form a (fictitious) spring element 18 with a nonlinear spring characteristic. The spring characteristic of the overall system is dependent on the altitude of the locking element 5 or from the bias of the individual springs 10 . 14 ,

Vorteilhafterweise ist die Federkennlinie des Federelements 18 stückweise linear, weist also einen unstetigen Anstieg auf, womit bei einer angeschlossenen Messelektronik ein Einlernen aufgrund von Montagetoleranzen entfallen kann. Dazu weist die Schalteinheit 1 eine Sensorik 13 mit zumindest einem Signalgeber 16 und einem Sensor 17 als Signalempfänger auf. Optional weist die Sensorik 13 nicht weiter beschriebene elektronische Bauelemente auf, welche eine nicht dargestellte Auswerteelektronik bilden.Advantageously, the spring characteristic of the spring element 18 piecemeal linear, so has a discontinuous increase, which can be omitted with a connected measuring electronics teach-in due to mounting tolerances. For this purpose, the switching unit 1 a sensor 13 with at least one signal generator 16 and a sensor 17 when Signal receiver on. Optional features the sensor 13 not further described electronic components, which form an evaluation electronics, not shown.

Die Ausführung nach 2 unterscheidet sich von der nach 1 dahingehend, dass die zweite Feder 14 als Tellerfeder ausgebildet ist. Dabei kann die Tellerfeder als Einzelfeder oder als Federpaket im Gehäuse 8 angeordnet sein. Sie kann bei kleinem Bauraum große Kräfte aufnehmen. Für einige Anwendungen sind Tellerfedern mit einer degressiven Kennlinie wünschenswert, da sie das Schaltgefühl eines definierten Widerstands für den Rückwärtsgang und anschließendem nachlassendem Widerstand bei Einlegen des Rückwärtsgangs unterstützen.The execution after 2 is different from the after 1 in that the second spring 14 is designed as a plate spring. In this case, the plate spring as a single spring or spring assembly in the housing 8th be arranged. It can absorb large forces in a small space. Disc springs with a declining-balance characteristic are desirable for some applications as they assist the shift feel of a defined resistance to reverse and then decreasing resistance when reverse gear is engaged.

3 zeigt eine Schaltarretierung 1, bei der die erste Feder 10 als Schraubenfeder ausgebildet ist, die sich über eine Rückwicklung 20 am Gehäuse 8 der Schaltarretierung 1 abstützt bzw. dort anliegt. Bei Kompression des rückgewickelten Teils 20 ändert sich die Kennlinie des Systems abrupt. Während die Ausführung nach 3 eine einfach rückgewickelte Feder aufweist, ist die Federelement 18 in 4 mehrfach rückgewickelt. 3 shows a shift lock 1 in which the first spring 10 is designed as a helical spring extending over a return winding 20 on the housing 8th the shift lock 1 supports or rests there. Upon compression of the rewound part 20 the characteristic of the system changes abruptly. While running after 3 having a simply spring back, is the spring element 18 in 4 repeatedly rewound.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
SchaltarretierungGearshift
22
Schaltbolzenswitching pin
33
Kalottedome
44
Rastkonturcatch contour
55
Rastelementlocking element
66
Wälzkörperrolling elements
77
Wälzlagerroller bearing
88th
Gehäusecasing
99
Sacklochblind
1010
erste Federfirst spring
1111
Bodenground
1212
Stellelementactuator
1313
Sensoriksensors
1414
zweite Federsecond spring
1515
Bordshelf
1616
Signalgebersignaler
1717
Sensorsensor
1818
Federelementspring element
1919
Ringabsatzannular shoulder
2020
Rückwicklungrewinding

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3808375 C1 [0002] DE 3808375 C1 [0002]
  • DE 102007060577 A1 [0004] DE 102007060577 A1 [0004]

Claims (6)

Schaltarretierung (1) zur Lagefixierung eines beweglichen Stellelements (12) mit einem Rastelement (5) zum Verrasten am Stellelement (12) oder einem mit dem Stellelement (12) in Wirkverbindung stehendem Bauteil, wobei das Rastelement (5) durch ein Federelement (18) gegen das Stellelement (12) vorspannbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft des Federelements (18) im durch die Maximalstellungen des Rastelements (5) vorgegebenen Arbeitsbereich veränderlich ist.Shift lock ( 1 ) for fixing the position of a movable actuating element ( 12 ) with a latching element ( 5 ) for locking on the actuating element ( 12 ) or one with the control element ( 12 ) in operative connection component, wherein the locking element ( 5 ) by a spring element ( 18 ) against the actuator ( 12 ) is prestressed, characterized in that the spring force of the spring element ( 18 ) in by the maximum positions of the locking element ( 5 ) given work area is variable. Schaltarretierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkennlinie über den gesamten Arbeitsbereich stückweise linear ist.Shift lock according to claim 1, characterized in that the spring characteristic over the entire work area is piecewise linear. Schaltarretierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkennlinie der Schaltarretierung (1) durch zwei mechanische Federn (10, 14) gebildet ist.Shift lock according to claim 1 or 2, characterized in that the spring characteristic of the shift lock ( 1 ) by two mechanical springs ( 10 . 14 ) is formed. Schaltarretierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Feder (14) erst nach einer Anfangskompression der ersten Feder (10) einfedert.Shift lock according to claim 3, characterized in that the second spring ( 14 ) after an initial compression of the first spring ( 10 ) einfedert. Schaltarretierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Feder (10) als Schraubenfeder und die zweite Feder (14) als Wellringfeder oder als Tellerfeder ausgebildet ist.Shift lock according to claim 3, characterized in that the first spring ( 10 ) as a coil spring and the second spring ( 14 ) Is designed as a corrugated spring or as a plate spring. Schaltarretierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (18) durch eine einfach oder mehrfach rückgewickelte Schraubenfeder ausgebildet ist.Shift lock according to claim 1, characterized in that the spring element ( 18 ) is formed by a single or multiple rewound coil spring.
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