DE102010034280A1

DE102010034280A1 - Arretierung mit Erfassung von Rastpositionen

Info

Publication number: DE102010034280A1
Application number: DE201010034280
Authority: DE
Inventors: Markus Rost; Lasse Ibert
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2012-02-16

Abstract

Vorgeschlagen wird eine Arretierung (1) für eine Schaltstange (16) mit einem Gehäuse (3) und einem Rastelement (4). Das Rastelement (4) ist in einer Rastkontur (15) verrastbar und hubbeweglich zum Gehäuse (3) geführt. Die Arretierung (1) weist ferner ein Abtastelement (5) zur Generierung eines Signals in einer Sensoreinheit zur Detektierung von Rastpositionen auf, wobei das Abtastelement (5) unabhängig hubbeweglich zum Rastelement (4) angebracht ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Arretierung für eine Schaltstange mit einem Gehäuse und einem darin geführten Rastelement zum Verrasten in eine entsprechende Rastkontur, sowie einer Arretiervorrichtung mit einer derartigen Arretierung mit einer Rastkontur und einer Abtastkontur.
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Arretierung ist aus DE 10 2006 036 696 A1 bekannt. Sie weist ein Rastelement auf, das in Eingriff mit einer Rastkontur steht. Die Rastkontur ist auf einer Schaltstange angebracht. Das Rastelement ist in einem Gehäuse gelagert. Das Abtastelement stützt sich in einer Sacklochbohrung im Rastelement ab. Weiterhin ist das Abtastelement über ein Sensorikelement mit der Sensoreinheit gekoppelt, so dass bei der Durchführung eines jeden Rastvorganges ein Signal durch die Rastkontur erzeugt wird. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass eine vorgegebene Rastkontur die Signalerkennung beeinflusst. Oft weist die Rastkontur eine Niveaugleichheit oder mangelnde Höhendifferenz der Rastpositionen auf, so dass sich diese schlecht voneinander unterscheiden lassen. Weiterhin müssen Haptik und Signalerkennung ineinander abgestimmt sein, was sich als schwierig und aufwändig herausstellt und wenig Freiheiten in der Gestaltung der Haptik zulässt.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Arretierung zu schaffen, die eine zuverlässige Erkennung der Rastpositionen auch bei geringen oder gleichen Höhendifferenzen liefert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Arretierung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Rastelement und ein Abtastelement aufweist, welche unabhängig voneinander beweglich sind. Das Abtastelement ist mit einer Abtastkontur in Kontakt bringbar, wobei die Abtastkontur von einer Rastkontur verschieden sein kann.
Bei einem Rastvorgang wird das Rastelement zunächst aus seiner einen Rastposition ausgelenkt und verrastet am Ende des Vorgangs in einer nächsten Rastposition. Gleichzeitig erfährt das Abtastelement relativ zum Gehäuse eine individuelle Höhenänderung aufgrund des in der Regel anderen Verlaufs der Abtastkontur.
Gemäß einer vorteilhaften Fortbildung der Erfindung fördert die Trennung von Abtastkontur und Rastkontur die Gestaltungfreiheit. Häufig wird die Rastkontur vorgegeben und kann schon die entsprechende Haptik beinhalten. Die Abtastkontur kann individuell, mit Hinblick auf die Optimierung der Signalerkennung, ausgelegt und gestaltet werden. Währendessen kann die Rastkontur auf die gewünschte Haptik ausgelegt werden, ohne Rücksicht auf die Signalerkennung zu nehmen.
Durch die Konturtrennung von Rastkontur und Abtastkontur ist man in der Lage, in jeder Rastposition ein klares diskretes Signal von der Abtastkontur zuzuordnen und somit die verschieden Rastpositionen zu bestimmen.
In einer Ausbildung der Erfindung weist die Abtastkontur einen monotonen und stetigen Verlauf auf. Dieser Verlauf kann ausschließlich ansteigend oder ausschließlich abfallend sein. Durch den monotonen und stetigen Verlauf lässt sich der Rastvorgang kontinuierlich über das Abtastelement verfolgen. Gleichzeitig erschließen sich Informationen über die Richtung des Rastvorganges.
Eine weitere Möglichkeit besteht auch in der Kombination aus nicht stetigen und monotonen Verlauf. In Anbetracht der Informationsmenge und deren Verarbeitung kann das diskrete Niveau vom Abtastelement ausreichend sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der monotone Verlauf einen hohen Gradienten auf. Dadurch stellt sich eine große Höhenänderung des Abtastelements bei jedem Rastvorgang ein. Eine große Höhenänderung bewirkt eine deutliche Bewegung eines am Abtastelement angebrachten Sensorikelements. Diese deutliche Bewegung lässt sich einfacher in ein elektronisches Signal umwandeln als vergleichbar geringe Bewegungen. Hierzu können induktive, kapazitive oder optische Messmittel eingesetzt werden.
In einer Ausführung weist die Rastkontur eine periodische Anordnung von Rastausnehmungen auf. Diese Rastausnehmungen sind niveaugleich über die Rastkontur ausgebildet. Eine solche Rastkontur bietet einen ähnlichen Kraftverlauf bei jedem Rastvorgang und lässt sich aufgrund wiederholender Geometrien besonders einfach herstellen. Die Rastkontur kann durch Tiefziehen oder Fließpressen hergestellt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Rastkontur und die Abtastkontur auf getrennten Bauteilen abgebildet. Die entsprechende Rastkontur und Abtastkontur ist dann mit den entsprechenden Profilen belegt. Hierbei können beide Bauelemente separat gefertigt und bei der Endmontage montiert werden.
Alternativ ist es zudem möglich, bei bereits bestehenden Rastkonturen die Abtastkontur auf die Rastkontur aufzubringen und zu befestigen. Vorteilhafterweise weist die Abtastkontur dann auf ihrer zur Rastkontur gerichteten Seite stellt ein Negativprofil der Rastkontur auf. Eine Fixierung des Abtastelements mit dem Rastelement kann durch Kleben, Löten, Schweißen, Klammern erfolgen.
Dies ermöglicht eine Nachrüstung der Arretierung bei vorhandenen Anwendungen.
In Konkretisierung der Erfindung ist es vorgeschlagen, dass die Rastkontur und die Abtastkontur sich in Richtung der Rastbewegung flankieren. Alternativ können Rastkontur und Abtastkontur aufeinanderfolgend in Richtung des Rastvorgangs ausgestaltet werden.
Vorzugsweise weist das Rastelement eine Durchgangsausnehmung auf. Diese Durchgangsausnehmung dient der hubbeweglichen Aufnahme des Abtastelements in dem Rastelement. Durchgangsausnehmungen lassen sich leichter herstellen und prüfen.
In bevorzugter Ausgestaltung sind das Abtastelement und das Rastelement koaxial angeordnet und minimieren so den Aufwand bei der Montage im Hinblick auf den korrekten Verbau in der Arretierung und in der Vorrichtung.
In einer umgekehrten Ausgestaltung kann das Abtastelement eine Durchgangsausnehmung aufweisen, die eine Aufnahme für das Rastelement bildet.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung stellt eine nicht koaxiale Anordnung von Abtastelement und Rastelement dar. Vorteilhafterweise wählt man hier eine Anordnung der Mittelachsen von Abtastelement und Rastelement, welche den vorgegebenen Bauraum optimal nutzt.
Die Durchgangsausnehmung kann als Bohrung einen runden Querschnitt aufweisen, der einfach zu fertigen ist.
Ein nicht kreisförmiger Querschnitt der Durchgangsaufnehmung ist vorteilhaft, um das Abtastelement und das Rastelement in ihrer Ausdehnung quer zur Rastbewegung platzsparend zu bauen. Das einzusetzende Gegenstück für die Durchgangsausnehmung, zum Beispiel das Abtastelement, soll ebenfalls die entsprechende komplementäre Form, zumindest im Bereich der Aufnahme, aufweisen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Abtastelement als hubbeweglicher Blechstreifen ausgebildet ist. Von Vorteil ist die einfache Herstellung durch Stanzen und eine integrierte Verdrehsicherung durch die komplementäre Durchgangsausnehmung. Weiterer Vorteil ist die Applikation eines Magneten, welcher einseitig an das Abtastelement angebracht werden kann. Dadurch kann die Sensoreinheit desaxial zur Arretierung den vorhandenen Bauraum optimal nutzen. Weiterhin sind auch optisch erkennbare Formen am Blechstreifen anbringbar, um die Verwendung alternativer Signalerkennungsmittel, wie optische Mittel, zu ermöglichen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Lagerung des Rastelements am Gehäuse dergestalt, dass Querkräfte beim Rastvorgang nicht die Hubbeweglichkeit beeinträchtigen. Eine Wälzlagerung des Rastelementes am Gehäuse wirkt sich vorteilhaft auf den Schaltkomfort aus.
Vorzugsweise ist bei der Lagerung des Abtastelements mit dem Rastelement die gleiche Lagerart zu wählen, damit die Signalqualität nicht negativ beeinflusst wird. Dadurch kann die fertigungsbedingte maßliche Streuung an der Abtastkontur und am Abtastelement höher ausfallen, das Fertigungskosten senkt. Weiterhin kann zusätzlicher Aufwand in der Signalauswertung zur Glättung des Signals entfallen.
Für einen sicheren Rastvorgang ist es vorteilhaft, möglichst viel Kontaktfläche zu nutzen. Ein hoher Anteil der Kontaktfläche zur Gesamtbreite der Arretiervorrichtung senkt den Verschleiß an der Rastkontur und am Rastelement. Der Einsatz wälzgelagerter Elemente, zum Beispiel Nadeln, am Kontakt zumindest im Teilbereich der Rastbreite hilft, Reibung zu reduzieren sowie Lebensdauer und Schaltkomfort zu erhöhen.
Für die Abtastkontur sollte ein geringer Anteil der Breite im Kontakt mit dem Abtastelement zur Gesamtbreite vorgesehen werden. Der Einsatz wälzgelagerter Elemente an diesem Kontakt hilft, Reibung zu reduzieren.
Als weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann die Abtastkontur mit der Rastkontur einteilig ausgebildet sein.
Vorteilhaft ist es, an dem Abtastelement eine minimale Vorspannkraft sicherzustellen, so dass stets der Kontakt zur Abtastkontur aufrechterhalten wird. Hierbei sollte die Kontaktkraft so gewählt werden, dass Reibung minimiert wird, aber die Funktion gewährleistet ist. Die Kontaktkraft kann durch eine Feder, beispielsweise eine Druckfeder, aufgebracht werden. Dabei kann sich die Feder am Abtastelement an einer dafür vorgesehenen Anlage abstützen, wobei das Gehäuse oder das Gestell die komplementäre Anlage bietet. Alternativ kann die Abtastkontur eine Feder aufweisen.
In bevorzugter Ausgestaltung ist zur Sicherung der Rastposition eine höhere Kraft als die im Abtastkontakt vorgeschlagen. Eine relativ zur Abtastkraft hoch gewählte Rastkraft wirkt sich auf den Schaltkomfort vorteilhaft aus. Die Rastkraft kann durch eine Feder, vorzugsweise eine Druckfeder, auf die Rastkontur wirken. Entsprechende Anlagen für die Feder sind am Rastelement und am Gehäuse oder am Gestell vorzusehen.
Die erfindungsgemäße Arretierung eignet sich zum Verrasten an einem Schaltelement, wie einer Schaltwelle oder einer Schaltschiene eines Getriebes. Sie kann auch in einem Verbrennungsmotor, beispielsweise im Ventiltrieb zur Arretierung und Detektierung der Position einer axialbeweglichen Welle, eingesetzt werden.
Die Erfindung zeichnet sich durch eine Trennung der Abtastkontur von der Rastkontur aus. Dadurch können mehrere Rastpositionen klar voneinander unterschieden werden. Die Abtastkontur kann nun individuell und unabhängig von der vorgegebenen Rastkontur gestaltet und an die Erfordernisse einer Signalauswertung angepasst werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt.
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch die Arretiervorrichtung und
2 eine dreidimensionale Ansicht der Arretiervorrichtung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist ein Längsschnitt durch eine Arretiervorrichtung 2 mit einer Arretierung 1 dargestellt.
Die Arretierung 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in dessen Inneren sich ein Rastelement 4 mit dem Abtastelement 5 befindet. Das Rastelement 4 hat eine Durchgangsausnehmung 6, in der das Abtastelement 5 gelagert ist. Das Rastelement 4 ist im Gehäuse 3 durch ein Wälzlager 7 gelagert. Zwischen einer ringförmigen Federanlage 8 am Abtastelement 5 und dem Gehäuse 3 ist eine Abtastfeder 9 konzentrisch zum Abtastelement 5 eingebracht. Zwischen dem Rastelement 4 bzw. seiner ringförmigen Federanlage 10 und dem Gehäuse 3 ist die Rastfeder 11 ebenfalls konzentrisch zur Mittelachse 12 dargestellt. Das Abtastelement 5 ragt am ersten Ende 13 aus der Arretierung 1 heraus und steht in Kontakt mit der Abtastkontur 14. Das Rastelement 4 steht mit der Rastkontur 15 in Eingriff. Hierbei bilden Rastelement 4 und die Rastkontur 15 einen Linienkontakt. Das Abtastelement 5 ragt an dem zweiten Ende 17 aus der Arretierung 1 heraus. Am zweiten Ende 17 weist das Abtastelement 5 einen Magneten als ein Sensorikelement 18 auf. Dieses Sensorikelement 18 steht in Wechselwirkung mit einer nicht weiter dargestellten Sensoreinheit.
Die Arretiervorrichtung 2 umfasst die Arretierung 1 mit der Rastkontur 15 und der Abtastkontur 14. Die Abtastkontur 14 ist einteilig mit der Schaltstange 16 verbunden. Die Rastkontur 15 ist symmetrisch zur Abtastkontur 14 und befindet sich ebenfalls auf einer Schaltstange 16. Die Abtastkontur 14 umschließt die Rastkontur 15.
Beim Verschiebevorgang der Schaltstange 16 wird das Rastelement 4 durch die Rastkontur 15 aus seiner Gleichgewichtslage ausgehoben und erfährt einen Hub. Währendessen wird das Abtastelement 5 durch die Aufnahme in der Durchgangsausnehmung 6 in Richtung des Verschiebevorgangs mitbewegt und erfährt ebenfalls einen Hub. Hat das Rastelement 4 den Zenit der Rastkontur 15 überschritten, rastet das Rastelement 4 durch die Rastfeder 11 in der nächsten Rastposition ein. Während des Einrastens des Rastelements 4 bewegt sich das Abtastelement 5 weiter entlang seiner Achse bis zu seiner entsprechenden Höhenposition. Dabei stellt die Abtastfeder 9 den Kontakt des Abtastelements 5 zur Abtastkontur 14 sicher. Dieser Kontakt ist hier als Punktkontakt ausgeführt.
2 zeigt die Arretiervorrichtung 2 mit einer symmetrisch zur Abtastkontur 14 ausgebildeten Rastkontur 15. Die Rastkontur 15 ist periodisch und niveaugleich auf ein Blechteil abgebildet. Für die Abtastkontur 14 können Werkstoffe wie Kunststoff, Buntmetalle oder ähnliches zum Einsatz kommen.
Bezugszeichenliste

1: Arretierung
2: Arretiervorrichtung
3: Gehäuse
4: Rastelement
5: Abtastelement
6: Durchgangsausnehmung
7: Wälzlager
8: ringförmige Federanlage
9: Abtastfeder
10: ringförmige Federanlage
11: Rastfeder
12: Mittelachse
13: erstes Ende
14: Abtastkontur
15: Rastkontur
16: Schaltstange
17: zweites Ende
18: Sensorikelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006036696 A1 [0002]

Claims

Arretierung für eine Schaltstange (16) beinhaltend ein Gehäuse (3), ein Rastelement (4), welches in Rastpositionen einer Rastkontur (15) verrastbar ist, wobei das Rastelement (4) zum Gehäuse (3) hubbeweglich ist und ein ebenfalls zum Gehäuse hubbewegliches Abtastelement (5) zur Erzeugung eines Signals in einer Sensoreinheit, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastelement (5) unabhängig vom Rastelement (4) unmittelbar durch eine der Konturen (14, 15) beaufschlagbar ist.
Arretierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (4) eine Durchgangsausnehmung (6) für das Abtastelement (5) aufweist.
Arretierung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastelement (5) und das Rastelement (4) zueinander gelagert sind.
Arretierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung des Abtastelements (5) kleiner als die Vorspannung des Rastelements (4) ist.
Arretiervorrichtung mit einer Rastkontur (15), einer Abtastkontur (14) und einer Arretierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (4) gegen die Rastkontur (15) vorgespannt ist und das Abtastelement (5) mit der Abtastkontur (14) in Kontakt steht.
Arretiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastkontur (14) einen monotonen Verlauf aufweist.
Arretiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastkontur (14) und die Rastkontur (15) als separate Bauteile ausgebildet sind und ein unterschiedliches Profil aufweisen.
Arretiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (4) im Kontaktbereich zur Rastkontur (15) das Abtastelement (5) beidseitig in Richtung des Rastvorgangs flankiert.
Arretiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (4) auf der Rastkontur (15) abwälzt.
Arretiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtastelement (5) auf der Abtastkontur (14) abwälzt.