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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, aufweisend ein Maschinenteil, eine zum Maschinenteil relativ bewegbare Schaltwelle sowie eine Sensoranordnung zur Erkennung einer Schaltstellung, wobei die Sensoranordnung ein Positionselement und ein Detektionselement umfasst, die der Schaltwelle und dem Maschinenteil zugeordnet sind, und wobei das Detektionselement zu einer relativen Lageerfassung des Positionselements eingerichtet ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 034 282 A1 bekannt. Gemäß einer Ausführungsvariante ist dort das Positionselement als ein mit der Schaltwelle verbundener Stift ausgebildet. Die sich durch eine Bewegung der Schaltwelle verändernden Positionen des Stiftes werden mit einer Mehrzahl von Sensorspulen induktiv erfasst. Die Sensorspulen können auf einem gemeinsamen Träger wie einer Leiterplatte angeordnet sein. Entsprechend der jeweils zu detektierenden Position oder Stellung des Stiftes können die Sensorspulen auf der Platine eine unterschiedliche Ausdehnung aufweisen.
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Eine derartige Schaltvorrichtung dient insbesondere bei einem Handschaltgetriebe zur Erfassung und Erkennung der aktuellen Schaltstellung. Die Erfassung der aktuellen Schaltstellung wird beispielsweise notwendig, um bei eingelegtem Rückwärtsgang das Rückfahrlicht einzuschalten, oder um einen Motorstart nur bei gewählter Neutralstellung zu erlauben. Auch kann die erfasste Schaltstellung dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs zur Information angezeigt oder zu einer Gangempfehlung verwendet werden.
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Insbesondere bei einem Handschaltgetriebe kann die aktuelle Schaltstellung unmittelbar der Lage einer Schaltwelle entnommen werden. Die Schaltwelle ist hierbei beispielsweise im Getriebegehäuse axial verschiebbar und drehbar gelagert. Durch Verschieben und Drehen der Schaltwelle kann eine Schaltgasse gewählt und ein Gang geschaltet werden. Beispielsweise können durch Drehen zwei benachbarte Gänge, beispielsweise der erste und der zweite Gang, geschaltet werden. Durch Verschieben wird eine andere Schaltgasse gewählt. Es können eine oder auch mehrere Schaltwellen vorgesehen sein. Zum Schalten wird beispielsweise mittels eines an der Schaltwelle montierten Schaltfingers eine Schaltgabel betätigt, die in eine Schiebemuffe eingreift. Durch Verschieben der Schiebemuffe wird im Getriebe zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebsstrang eine jeweilige Zahnradpaarung festgelegt.
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Die induktive Erfassung der Schaltstellung entsprechend der
DE 10 2010 034 282 A1 ist technisch vergleichsweise aufwändig. Mittels der Sensorspulen wird zwischen einer Neutralstellung und einem Rückwärtsgang unterschieden. Die Auflösung einzelner Gänge ist schwierig.
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Auch die bekannten technischen Alternativen zur Erkennung der Schaltstellung in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs, wobei beispielsweise entsprechend der
DE 10 2008 064 156 A1 die Position eines federbelasteten Elements auf einer dreidimensionalen, die Schaltwege nachempfindenden Rastierkontur ermittelt wird, beschränken sich in der Regel auf die in der Praxis wichtige Unterscheidung zwischen einer Neutralstellung und einem Rückwärtsgang. Die Ausbildung einer dreidimensionalen Rastierkontur zum Abbilden aller Schaltstellungen ist aufwändig.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art mit einer verbesserten Auflösung zur Erkennung der Schaltstellung anzugeben. Die hierfür vorzusehende Sensoranordnung soll möglichst kostengünstig und kleinbauend sein.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die gestellte Aufgabe wird für eine Schaltvorrichtung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, aufweisend ein Maschinenteil, eine zum Maschinenteil relativ bewegbare Schaltwelle sowie eine Sensoranordnung zur Erkennung einer Schaltstellung, wobei die Sensoranordnung ein Positionselement und ein Detektionselement umfasst, die der Schaltwelle und dem Maschinenteil zugeordnet sind, und wobei das Detektionselement zu einer relativen Lageerfassung des Positionselements eingerichtet ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Detektionselement als eine ortsauflösende Sensorfolie ausgebildet ist.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass sich insbesondere bei einem Handschaltgetriebe aus einer gegebenen Lage der Schaltwelle auf die aktuelle Schaltstellung schließen lässt. Die Schaltwelle ist relativ zu einem Maschinenteil beweglich gelagert, insbesondere axial verschiebbar und verdrehbar geführt. Die relative Lage eines Punktes auf der Schaltwelle gegenüber einem feststehenden Maschinenteil, wie beispielsweise dem Getriebegehäuse, gibt somit unmittelbar Auskunft über die aktuelle Schaltstellung. Die relative Lage eines Punktes auf der Schaltwelle gegenüber einem feststehenden Maschinenteil kann jedoch in überraschend einfacher Art und Weise mit einer ortsauflösenden, zweidimensionalen Sensorfolie detektiert werden. Dazu ist die Sensorfolie beispielsweise dem Maschinenteil zugeordnet. Ein mit der Schaltwelle verbundenes Positionselement tritt mit der Sensorfolie in Wechselwirkung. Das der Schaltwelle zugeordnete Positionselement markiert auf der ortsauflösenden Sensorfolie seine relative Position. Die mittels der Sensorfolie festgestellte Position kann unmittelbar einer Schaltstellung zugeordnet werden. Von der Erfindung ist auch die komplementäre Ausgestaltung umfasst, wonach das Positionselement dem feststehenden Maschinenteil zugeordnet und die Sensorfolie mit der Schaltwelle verbunden ist.
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Die Sensorfolie ist vorteilhafterweise als eine berührungsempfindliche Folie, insbesondere als eine druckresistive oder kapazitive Folie, ausgebildet. Zur Detektion der Schaltstellung berührt hierbei das Positionselement die Sensorfolie. Über die Sensorfolie wird der Ort der Berührung ausgelesen und hieraus die Schaltstellung ermittelt. Derartige ortsauflösende Folien sind beispielsweise als Touchpads oder als Grafiktabletts bekannt und bereits vielfältig im Einsatz. Beispielsweise werden derartige Folien in Tastaturen oder Fernbedienungen etc. eingesetzt.
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Insbesondere zu einer berührenden Messung ist das Positionselement zweckmäßigerweise als ein Positionsfinger ausgebildet. Gegebenenfalls kann der Positionsfinger auch gegen die Sensorfolie vorgespannt sein, um den benötigten Druck aufzubauen bzw. um den Kontakt zur Sensorfolie unabhängig von der Bewegung der Schaltwelle aufrecht zu halten.
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In einer bevorzugten Alternative sind die Sensorfolie und das Positionselement zu einer berührungslosen Detektion der Schaltstellung eingerichtet. Dabei ist insbesondere das Positionselement aus einem magnetischen Material gefertigt. Zu einer berührungslosen Detektion kann eine mehrlagige Sensorfolie beispielsweise eine Metallfolie umfassen, die durch das magnetische Positionselement lokal ihre Lage verändert, so dass der Ort des Positionselements wiederum detektierbar wird. Auch kann für eine derartige Sensorfolie ein magnetostriktives Material eingesetzt werden, welches unter Einfluss eines Magnetfeldes seine Form verändert. Eine berührungslose Detektion mittels einer Sensorfolie bietet den Vorteil eines weitestgehend verschleißarmen Betriebs.
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In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Schaltvorrichtung sind auf der Sensorfolie flächige Detektionsbereiche definiert, die tatsächlichen Schaltpositionen zugeordnet sind. Solche Detektionsbereiche können auf der Folie per Software definiert sein. Es ist aber auch möglich, derartige Detektionsbereiche per Hardware als funktional abgetrennte Bereiche unmittelbar auf der Sensorfolie zu verwirklichen. Wird die Lage des Positionselements innerhalb eines dieser Bereiche detektiert, so wird dies einer konkreten Schaltstellung zugeordnet. Die einzelnen flächigen Detektionsbereiche können insofern den einzelnen Gängen einschließlich Rückwärtsgang sowie der Neutralstellung zugeordnet sein.
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Vorteilhafterweise ist die Sensorfolie im Wesentlichen koaxial zur Schaltwelle angeordnet. Auf diese Weise kann eine Drehung der Schaltwelle mit der Sensorfolie weitestgehend verzerrungsfrei beobachtet werden.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Schaltvorrichtung ist das Positionselement an einer auf der Schaltwelle befestigten Rastierhülse montiert. Eine solche Rastierhülse ist insbesondere Teil einer Arretiervorrichtung zu einer mechanischen Führung der Schaltwege.
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Zweckmäßigerweise ist die Sensorfolie im Inneren eines Schaltdoms angeordnet. Der Schaltdom, durch den üblicherweise ein Teil der Schaltwelle geführt ist, sitzt dem eigentlichen Getriebegehäuse auf.
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Die Erfindung ist nicht eingeschränkt auf die vorstehend beschriebenen Beispiele und Ausführungen. Die Erfindung kann grundsätzlich in einer Schaltvorrichtung eingesetzt werden, wo ein die Schaltstellung anzeigendes erstes Maschinenteil beweglich gegenüber einem feststehenden zweiten Maschinenteil geführt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1: in einer aufgeschnittenen Darstellung eine Schaltvorrichtung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs, wobei zur Detektion einer Schaltstellung ein auf einer Rastierhülse angeordnetes Positionselement und eine in einem Schaltdom angeordnete Sensorfolie umfasst sind und
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2: eine als Detektionselement eingesetzte Sensorfolie mit definierten Detektionsbereichen.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist aufgeschnitten eine Schaltvorrichtung 1 für ein Handschaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Man erkennt als feststehendes Maschinenteil 3 einen Schaltdom 4, der in der Zeichnung nach rechts dem eigentlichen Getriebegehäuse (nicht sichtbar) aufgesetzt ist. Im Inneren des Schaltdoms 4 ist eine Schaltwelle 6 axial verschiebbar und verdrehbar geführt. Die Schaltwelle 6 erstreckt sich nach rechts in das Getriebegehäuse hinein. Durch Drehen der Schaltwelle 6 werden in dem Getriebe Gänge geschaltet. Durch axiales Verschieben der Schaltwelle 6 wird zwischen den einzelnen Schaltgassen ausgewählt. Geschaltet wird hierbei beispielsweise nach einem typischen H-Schaltbild, wonach sich jeweils zwei benachbarte Gänge entlang einer Gasse gegenüber stehen. Die Gasse selbst bildet die Neutralstellung (siehe auch 2).
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Fest mit der Schaltwelle 6 verbunden ist eine Rastierhülse 7. Die Rastierhülse 7 ist Teil einer durch den Anschnitt nicht sichtbaren Arretiervorrichtung, die mechanisch die Schaltwege vorgibt. An der Rastierhülse 7 ist weiter eine Rastierkontur 9 sichtbar, die die Schaltbewegungen der Schaltwelle 6 definiert festlegt. Dazu greift die Rastierkontur 9 in einen Steg 10 des Schaltdoms 4 ein.
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Auf der linken Seite der 1 endet die Schaltwelle 6 in einem weiteren Maschinenteil 12. Über das Maschinenteil 12 erfolgt die Ankopplung der Schaltwelle 6 an einen Handschalthebel. Die Bewegungen des Handschalthebels werden beispielsweise mittels Seilzügen auf die Bewegungen der Schaltwelle 6 übertragen.
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Zur Erkennung der Schaltstellungen ist eine Sensoranordnung 13 vorgesehen. Die Sensoranordnung 13 umfasst ein magnetisches Positionselement 14 sowie als Detektionselement 16 eine ortsauflösende zweidimensionale Sensorfolie 17. Das Positionselement 14 ist auf der mit der Schaltwelle 6 verbundenen Rastierhülse 7 befestigt. Die Sensorfolie 17 ist auf der Innenseite des Schaltdoms 4 angeordnet und insofern im Wesentlichen koaxial zur Schaltwelle 6 gekrümmt. Zum Auslesen der Sensorfolie 17 ist am Schaltdom 4 ein Steckerabgang 19 vorgesehen.
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Die Sensoranordnung 13 ist berührungslos ausgestaltet. Das magnetische Positionselement 14 führt an der Sensorfolie 17 zu einer lokalen detektierbaren Deformation. Der Ort der Deformation kann über den Steckerabgang 19 erfasst werden. Beispielsweise ist die Sensorfolie mehrschichtig ausgeführt und enthält eine magnetempfindliche Folienlage, beispielsweise in Form einer ferromagnetischen Metallfolie.
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Durch die ortsaufgelöste Detektion mittels der Sensorfolie 17 kann die relative Lage des Positionselements 14 erfasst werden. Eine bestimmte relative Lage des Positionselements 14 gegenüber der Sensorfolie 17 entspricht hierbei einer bestimmten Schaltstellung.
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In 2 ist die Sensorfolie 17 dargestellt, wie sie auf der Innenseite des Schaltdoms 4 entsprechend 1 angeordnet ist. Auf der Sensorfolie 17 sind flächige Detektionsbereiche 20 mittels Software und/oder mittels Hardware per funktionaler Abtrennung definiert. Die einzelnen Detektionsbereiche 20 entsprechen dabei dem vorgenannten typischen H-Schaltbild. Durch Drehung der Schaltwelle 6 wird zwischen gegenüberliegenden Gängen (1–2, 3–4, 5–6, R) geschaltet. Durch Axialverschieben der Schaltwelle 6 entlang der Neutralstellung N werden die Schaltgassen gewählt.
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Wird mittels der Sensorfolie 17 die Lage des Positionselements 14 (siehe 1) innerhalb eines der definierten Detektionsbereiche 20 erfasst, so wird dies einer definierten Schaltstellung, insbesondere einem gewählten Gang oder der Neutralstellung, zugeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltvorrichtung
- 3
- Maschinenteil
- 4
- Schaltdom
- 6
- Schaltwelle
- 7
- Rastierhülse
- 9
- Rastierkontur
- 10
- Steg
- 12
- weiteres Maschinenteil
- 13
- Sensoranordnung
- 14
- Positionselement
- 16
- Detektionselement
- 17
- Sensorfolie
- 19
- Steckerabgang
- 20
- Detektionsbereiche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010034282 A1 [0002, 0005]
- DE 102008064156 A1 [0006]
