DE102015225494A1

DE102015225494A1 - Schalthebel und Verfahren zum Herstellen eines Schalthebels

Info

Publication number: DE102015225494A1
Application number: DE102015225494.1A
Authority: DE
Inventors: Holger Peschke
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-06-22
Also published as: EP3390867A1; WO2017102202A1; US20180372212A1; CN108474465A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schalthebel (100) zur Auswahl einer Übersetzungsstufe eines Fahrzeuggetriebes eines Fahrzeugs, wobei der Schalthebel (100) ein spritzgegossenes Kunststoffmaterial aufweist und zumindest eine mechatronische oder mechanische Komponente (200) des Schalthebels (100) zumindest teilweise in den Schalthebel (100) integriert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schalthebel und ein Verfahren zum Herstellen eines Schalthebels für ein Fahrzeug.
Bei einem beispielsweise zum Schalten eines Fahrzeuggetriebes eines Fahrzeugs verwendbaren Schalthebel können elektronische Komponenten an einem Grundkörper befestigt werden, um Zusatzfunktionen über den Schalthebel bedienen zu können.
Die DE 198 01 526 A1 zeigt eine Kombinationsschaltvorrichtung für ein Fahrzeug.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung einen verbesserten Schalthebel und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Schalthebels gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Der Zusammenbau von elektronischen Komponenten, mechanischen Komponenten und/oder mechatronischen Komponenten mit einem Grundkörper ist arbeitsintensiv. Durch die Verwendung eines Montagespritzgussprozesses können solche Komponenten automatisiert mittels eines entsprechenden Spritzgusswerkzeugs gefertigt werden. Dadurch entfällt ein Großteil des Montageaufwands. Durch den hier vorgestellten Ansatz eines Schalthebels mit zumindest einer einstückig verbundenen mechatronischen oder mechanischen Komponente können Kosten und Gewicht eingespart werden. Weiterhin weist ein solcher Schalthebel eine hohe Lebensdauer und geringe Kriechneigung auf. Zusätzlich ist durch die Verwendung von Kunststoff eine gute elektrische Isolierung gegeben. Die gegenüber Metall geringere Steifigkeit kann durch konstruktive Anpassungen gut kompensiert werden.
Es wird ein Schalthebel zur Auswahl einer Übersetzungsstufe eines Fahrzeuggetriebes eines Fahrzeugs vorgestellt, wobei der Schalthebel ein spritzgegossenes Kunststoffmaterial aufweist und zumindest eine mechatronische oder mechanische Komponente des Schalthebels zumindest teilweise in den Schalthebel integriert ist.
Unter einem Schalthebel kann ein durch eine Person bedienbares Bedienelement verstanden werden. Der Schalthebel kann als Wählhebel bezeichnet werden. Ein Kunststoffmaterial kann ein Thermoplast und/oder ein Duroplast oder eine Materialmischung sein. Das Kunststoffmaterial kann faserverstärkt sein. Unter einem Integrieren kann ein einstückiges Verbinden verstanden werden.
Die Komponente kann ein Druckstück sein, das zumindest ein in dem Schalthebel gelagertes Rastelement und eine zwischen dem Rastelement und einem Widerlager angeordnete Feder aufweist. Das Widerlager kann von dem Kunststoffmaterial umspritzt sein. Durch ein Umspritzen eines Druckstücks kann ein Montageaufwand reduziert werden.
Die Komponente kann ein von dem Kunststoffmaterial umspritzter Permanentmagnet sein. Durch ein Umspritzen eines Permanentmagnets kann eine mechanisch belastbare Verbindung hergestellt werden.
Die Komponente kann eine Kontaktierungseinrichtung sein, bei der elektrische leitende Leiterbahnen von dem Kunststoffmaterial umspritzt sind. Leiterbahnen können beispielsweise als Stanzgitter, Flexfolien, Leiterplatten oder Litzen in den Schalthebel integriert werden. Durch ein Umspritzen von Leiterbahnen sind die Leiterbahnen innerhalb des Schalthebels angeordnet und so geschützt. Eine Außenkontur des Schalthebels kann einfacher gestaltet werden. Die Leiterbahnen können als Versteifungselemente für den Schalthebel wirken.
Die Komponente kann zumindest einen Sensor umfassen. Ein Sensor kann beispielsweise ein Magnetfeldsensor oder Lagesensor sein. Der Sensor kann über zumindest teilweise eingespritzte Leiterbahnen kontaktiert sein. Durch den umspritzten Sensor kann eine Messgröße an einer ansonsten unzugänglichen Stelle des Schalthebels erfasst werden.
Die Komponente kann ein Dämpfungselement sein. Das Dämpfungselement kann ein durch Spritzgießen auf das Kunststoffmaterial aufgespritztes elastisches Dämpfungsmaterial aufweisen. Durch ein Aufspritzen eines anderen Materials auf das Kunststoffmaterial des Schalthebels kann eine Schnittstellengeometrie vereinfacht werden. Durch das Aufspritzen werden Spalte verhindert.
Die Komponente kann einen magnetisierbaren Werkstoff umfassen. Der Werkstoff kann durch Spritzgießen mit dem Kunststoffmaterial verbunden sein und nachfolgend magnetisiert werden. Durch ein nachträgliches Magnetisieren kann eine Ausrichtung des Magnetfelds gut gesteuert werden. Dadurch kann eine präzise Positionserfassung über Magnetfeldsensoren erreicht werden.
Das Kunststoffmaterial kann faserverstärkt sein. Durch eingelagerte Fasern, beispielsweise aus Glasfaser, Kohlefaser oder auch Naturfaser kann eine hohe mechanische Stabilität des Schalthebels erreicht werden.
Der Schalthebel kann einen Einleger aus einem Versteifungsmaterial aufweisen. Der Einleger kann von dem Kunststoffmaterial umspritzt sein. Das Versteifungsmaterial kann eine höhere Steifigkeit aufweisen, als das Kunststoffmaterial. Ein Einleger kann an besonders belasteten Stellen des Schalthebels angeordnet werden. Ein Einleger kann beispielsweise aus Kohlefaser, Glasfaser oder Metall sein. Der Einleger kann eine einfache Geometrie aufweisen.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines Schalthebels vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Spritzgusswerkzeugs für den Schalthebel;
Spritzgießen eines Kunststoffmaterials in das Spritzgusswerkzeug, um den Schalthebel zu formen; und
Integrieren zumindest einer mechatronischen oder mechanischen Komponente des Schalthebels in den Schalthebel und/oder das Spritzgusswerkzeug, wobei die Komponente im Schritt des Spritzgießens von dem Kunststoffmaterial zumindest teilweise umspritzt wird, wenn die Komponente in dem Spritzgusswerkzeug angeordnet wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines Schalthebels;
2 eine Darstellung eines Schalthebels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 eine Darstellung eines Schalthebels mit einem umspritzten Druckstück gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine Darstellung eines Schalthebels mit angespritztem Dämpfungsmaterial gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine Darstellung eines Schalthebels mit angespritztem Gleitmaterial gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 eine Darstellung eines Schalthebels mit einem umspritzten Magnet gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 eine Darstellung eines Schalthebels mit umspritzten Leiterbahnen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 eine Darstellung eines Schalthebels mit einem umspritzten Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9 eine Darstellung eines Schalthebels mit umspritzten elektrischen Schaltungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 eine Darstellung eines Schalthebels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Kreuzgelenk;
11 eine Darstellung eines Schalthebels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Kugelgelenk;
12 eine Darstellung eines Schalthebels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem angespritzten Bauteil;
13 eine Darstellung eines Schalthebels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer angespritzten Kugelkalotte; und
14 ein Ablaufdiagramm eines Verfahren zum Herstellen eines Schalthebels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine Darstellung eines herkömmlichen Schalthebels 100. Der Schalthebel 100 ist dazu ausgebildet, als Bedienelement zum Wählen einer Getriebestufe eines Fahrzeugs verwendet zu werden. Der Schalthebel 100 ist dazu in einem passenden Gehäuse 102 angeordnet. Von dem Gehäuse 102 ist hier nur ein Ausschnitt dargestellt. Der Schalthebel 100 ist in dem Gehäuse 102 um einen Drehpunkt 104 drehbar gelagert. An einem aus dem Gehäuse 102 herausragenden Ende ist ein nicht dargestellter Knaufträger anordenbar.
Der Schalthebel 100 kann in einem Fahrzeug beispielsweise im Bereich der Mittelkonsole angeordnet sein. Bisher besteht ein solcher Schalthebel 100 einer Wählbetätigung 102 aus metallischen Werkstoffen, wie Stahl, Aluminium und/oder Zinkdruckguss. Mechanische und mechatronische Subsysteme sind im Schalthebel 100 nur durch zusätzliche Bauteile und Montagevorgänge integriert.
Mit anderen Worten zeigt 1 einen bisherigen Istzustand eines Schalthebels 100. Der Schalthebel 100 ist aus Zinkdruckguss (ZP05) und weist ein Gewicht von beispielsweise 161 g auf. Der Schalthebel 100 weist eine Steckerkontur für den Knauf und ein Kabel 106 mit einem Stecker 108 auf. Ein Element 110 zur Anschlagdämpfung (PA66GF30) ist mit dem Schalthebel 100 nachträglich verbunden worden. Weiterhin ist ein Rastierelement 112 aus drei Einzelbauteilen, einem Ring (PA66) und einer Druckfeder nachträglich mit dem Schalthebel 100 verbunden worden (PA66 o. POM). Das Rastierelement greift in eine Rastierung (PA66 + Weichkomponente) des Gehäuses 102 ein.
Der Schalthebel 100 einer Wählbetätigung ist ein Bauteil zur Auswahl der Übersetzungsstufe des Fahrzeuggetriebes und besteht bisher aus metallischen Werkstoffen und wird gemäß dem hier vorgestellten Ansatz durch einen Schalthebel aus einem Thermoplast mit Kurzglasfaser, Langglasfaser oder auch einem Duroplast substituiert.
Alle integrierten Subsysteme zeigen unterschiedliche Vorteile in der Verwendung auf und können nach Bedarf miteinander kombiniert werden. Kosten und Gewicht des Bauteils werden reduziert und die Funktionsvielfalt erhöht.
2 zeigt eine Darstellung eines Schalthebels 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Schalthebel 100 entspricht im Wesentlichen dem Schalthebel in 1. Im Gegensatz dazu ist der hier vorgestellte Schalthebel aus einem im Spritzgussverfahren verarbeiteten Kunststoffmaterial und dadurch wesentlich leichter, als der metallische Schalthebel in 1. Durch die Herstellung des Schalthebels 100 aus Kunststoff können mechatronische und mechanische Subsysteme 200 im Montagespritzgussprozess integriert werden. Ein Subsystem 200 kann als Komponente bezeichnet werden.
Für einen Kunststoffschalthebel 100 können Thermoplaste beziehungsweise thermoplastischen Kunststoffe mit Kurzglasfasern, Langglasfasern, Kohlefasern oder auch Duroplaste beziehungsweise duroplastische Kunststoffe verwendet werden. Beispielsweise weist das hier verwendete Kunststoffmaterial eine Dichte von 1770 kg/m³, ein E-Modul von 25000 MPa, eine Bruchspannung von 280 MPa und eine Bruchdehnung von 1,9% auf. Damit weist der Schalthebel 100 ein Gewicht von beispielsweise 43 g auf.
Der Schalthebel 100 wird im Schaltsystem mittels einer Kugel oder einem kardanischen Gelenk in den Schaltungsgehäusen gelagert. Die Kugel kann mit oder auch ohne Kugelschale ausgeführt sein und das kardanische Gelenk kann als Kreuzstück bezeichnet werden.
Der Schalthebel 100 ist hinsichtlich seiner Festigkeit und Steifigkeit konstruktiv optimiert, indem Kerben minimiert sind, die Sperrkontur einer Materialaufdickung ausgeführt ist, eine allgemeine Materialaufdickung zur Erhöhung Flächenträgheitsmoment einkonstruiert ist und die Rippenstruktur verändert ist. Beispielsweise weist der Schalthebel 100 Wandstärken von 2,5 mm bis 3 mm auf.
Der Schalthebel 100 kann aus einem Thermoplast mit Glasfasern (Kurzglasfasern GF/Langglasfaser LGF) oder auch Kohlefasern (CF) im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Eine weitere Variante ist, den Schalthebel aus Duroplast herzustellen. Durch die Verwendung von Kunststoff ist das Bauteil elektrisch isoliert.
Reicht die Steifigkeit der verwendeten Thermoplaste mit Kurzglasfaser oder auch Langglasfaser nicht aus, kann eine Erhöhung der Festigkeit in partiellen Bauteilbereichen erfolgen. Stahleinleger oder auch Kohlefasertapes können als Einleger verwendet werden. Die Einleger werden mit dem Kunststoff umspritzt. Dadurch ergibt sich eine größere Steifigkeit des Bauteils. Die Stahleinleger können geometrisch einfach ausgeführt sein. Die Verstärkungen können mit einer gezielten Faserorientierung umspritzt werden. Verstärkungen können im Bereich maximaler Spannungen in Richtung der Hauptdeformation verwendet werden.
3 zeigt eine Darstellung eines Schalthebels 100 mit einem umspritzten Druckstück 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Schalthebel 100 entspricht im Wesentlichen dem Schalthebel in 2. Zusätzlich ist hier wie in 1 das Druckstück 300 an dem vom Knauf abgewandten Ende des Schalthebels 100 in den spritzgegossenen Kunststoff eingebettet. Dazu ist das Druckstück 300 vor dem Spritzgussprozess in das Spritzgusswerkzeug eingelegt worden. Während des Spritzgussprozesses wird das Druckstück 300 in dem Spritzgusswerkzeug durch eine Positioniereinrichtung an seinem vorgesehenen Platz gehalten, während das Spritzgusswerkzeug mit Kunststoff gefüllt wird.
Das Druckstück 300 ist in einer Detaildarstellung abgebildet. Das Druckstück 300 weist eine becherförmige Hülle 302 auf, in der eine Druckfeder 304 angeordnet ist. Die Druckfeder 304 stützt sich an einem Boden der Hülle 302 ab und drückt ein Rastelement 306 in einer Rastposition am offenen Ende der Hülle 302 hier ist das Rastelement 306 eine Kugel. Das Rastelement 306 kann auch als Rastpin ausgeführt sein.
Herkömmlicherweise bestehen Rastiersysteme meistens aus zwei Bauteilen, wie Pin 306 und Druckfeder 304, und werden nachträglich an einen Grundkörper des Schalthebels verbaut.
Es ist ein Kunststoffschalthebel 100 mit eingebettetem federnden Druckstück 300 dargestellt, welches im Montagespritzgussverfahren als Einleger von den oben angegebenen Kunststofftypen umspritzt wird. Das zu umspritzende Druckstück 300 besteht aus einer Kugel oder einem Stift 306, einer Druckfeder 304 und einer Hülse 302 aus Stahl oder Kunststoff. Der Schalthebel 100 mit dem integrierten federnden Druckstück 300 bildet einen Teil des Rastiersystems in der Schaltung.
Der Kunststoffschalthebel 100 mit Druckstück 300 erlaubt eine Miniaturisierung von Schaltungen. Mit anderen Worten sind wesentlich kleiner Schaltungen realisierbar. Durch das Umspritzen des Druckstücks 300 werden Toleranzen im Gesamtsystem und Elastizitäten des Rastiersystems minimiert. Weiterhin ergibt sich eine Verbesserung der Hysterese beziehungsweise Reibeigenschaften im Rastiersystem. Der Montageaufwand entfällt oder wird verringert. Im Idealfall kann auf eine Befettung verzichtet werden. Der hier gezeigte Kunststoffschalthebel 100 weist verbesserte akustische Eigenschaften auf.
Weiterhin kann der Kunststoffschalthebel 100 auch mit dem Rastiersystem bestehend aus Druckfeder und Rastierpin, weiterverwendet werden.
Das Druckstück kann umspritzt werden oder die Kugel 306 kann im Anschluss an den Spritzvorgang in der Bohrung verpresst werden. Dadurch ergibt sich eine Minimierung der Toleranzen, eine Minimierung der Elastizitäten, eine Verbesserung der Hysterese durch Rollreibung, eine Kostenminimierung durch die Reduzierung von drei Bauteilen auf ein Bauteil, da eine Montage entfallen kann. Weiterhin kann eine Befettung Lagerstelle zwischen dem Druckstück 300 und der Rastierung entfallen und es sind wesentlich kleinere Schaltungen realisierbar. Die Rastierung ist im Gehäuse ohne Zusatzteil darstellbar.
In einem Ausführungsbeispiel wird das Rastiersystem bestehend aus Druckfeder 304 und Kugel 306 im Nachgang des Spritzgussprozesses verpresst beziehungsweise heißverformt, sodass der Schalhebel 100 und das Rastiersystem 300 eine Einheit bilden.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Sperrmagnet im Schalthebel 100 integriert. Die Sperrkontur wird im Gehäuse abgebildet.
4 zeigt eine Darstellung eines Schalthebels 100 mit angespritztem Dämpfungsmaterial 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Schalthebel 100 entspricht dabei im Wesentlichen dem Schalthebel in 2. Es sind zwei Teilbereiche des Schalthebels 100 dargestellt. Zusätzlich ist hier an Anschlagflächen des Schalthebels 100 das Dämpfungsmaterial 400 angeordnet. Das Dämpfungsmaterial 400 ist ein elastisches Material, das durch Spritzgießen mit dem Kunststoffmaterial des Schalthebels 100 verbunden worden ist. Dazu kann beispielsweise der Schalthebel 100 nach einem ersten Spritzgussprozess aus einem ersten Spritzgusswerkzeug entnommen werden und in ein zweites Spritzgusswerkzeug eingelegt werden, das Aussparungen für das Dämpfungs-material 400 aufweist. In diese Aussparungen wird das Dämpfungsmaterial 400 in einen Spritzgussprozess eingespritzt.
Herkömmlicherweise werden Elemente 400 zur Geräuschdämmung werden als Einzelteile gefertigt und nachträglich an den Grundkörper angefügt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist in 4 ein Kunststoffschalthebel 100 mit angespritzten Dämpfungselementen 400 dargestellt. Durch den Montagespritzguss können Bereiche mit einem thermoplastischen Elastomer ausgestaltet werden, die im Systemzusammenbau als Endanschlagsdämpfer oder Anschlagsdämpfer für Sperrsysteme, wir einen Hubmagnet fungieren. Hierdurch werden akustisch auffällige Anschlagsgeräusche minimiert. Lagerstellen können im 2K-Prozess mit einer zweiten Komponente so umspritzt werden, dass sich im Bereich der Lagerung eine Schwingungsdämpfung einstellt.
Hierdurch ergeben sich beispielsweise Kostenvorteile durch den Montageprozess gegenüber einer Dämpfung über einen O-Ring und eine akustische Verbesserung in den Endanschlägen beziehungsweise der Lagerung.
5 zeigt eine Darstellung eines Schalthebels 100 mit angespritztem Gleitmaterial 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Schalthebel 100 entspricht dabei Wesentlichen dem Schalthebel in 2. Wie in 4 ist das Kunststoffmaterial des Schalthebels 104 durch ein weiteres Material 500 umspritzt. Das Gleitmaterial 500 weist einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Dadurch kann eine geringe Reibung in einer Lagestelle des Schalthebels 100 erreicht werden.
Das Gleitmaterial 500 ist hier an der Lagerstelle 104 angeordnet. Die Lagerstelle 104 ist als Kugelgelenk ausgebildet. Das Gleitmaterial 500 bildet eine Gleitschicht des Kugelgelenks. Das Gleitmaterial 500 kann zur Lagerdämpfung und/oder Schwingungsdämpfung verwendet werden.
6 zeigt eine Darstellung eines Schalthebels 100 mit einem umspritzten Magnet 600 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Schalthebel 100 entspricht im Wesentlichen dem Schalthebel in 2. Zusätzlich ist hier an dem vom Knauf abgewandten Ende des Schalthebels 100 der Magnet 600 in das Kunststoffmaterial des Schalthebels 100 integriert. Dazu ist der Magnet 600 wie das Druckstück 300 in 3 vor dem Spritzgussprozess in das Spritzgusswerkzeug eingelegt worden und während des Spritzgussprozesses an seiner Position fixiert worden, während er von dem Kunststoffmaterial umschlossen worden ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Magnet 600 durch einen auf den Spritzgussprozess nachfolgenden Magnetisierprozess aus einem in den Schalthebel 100 eingespritzten magnetisierbaren Material hergestellt. Dazu ist der Schalthebel 100 wie in den 4 und 5 nach dem Spritzgussprozess für das Kunststoffmaterial in ein Spritzgusswerkzeug mit einer Aussparung für das magnetisierbare Material eingelegt worden. Anschließend ist das magnetisierbare Material in die Aussparung eingespritzt worden. Während des Magnetisierprozesses wird ein starkes externes Magnetfeld auf das magnetisierbare Material gerichtet, wodurch sich das magnetisierbare Material magnetisiert und selbst den Magnet 600 ausbildet.
Hier ist der Permanentmagnet 600 ohne Zusatzbauteile mit dem Schalhebel 100 verbunden. Mit anderen Worten ist der Permanentmagnet 600 oder auch Werkstoffe 600, bei denen in einem Nachfolgeprozess das Magnetfeld aufmagnetisiert direkt mit dem Schalthebel 100 verbunden.
Es ist eine Einbettung von Permanentmagneten 600 und/oder magnetisierbaren Werkstoffen 600 zur Positionserfassung des Schalthebels 100 durch Sensoren im Schaltsystem dargestellt.
Kunststoffgebundene gepresste oder gespritzte Magnete und gesinterte Magneten 600 können im Spritzgussprozess in Teilbereichen des Schalthebels 100 umspritzt werden. Ein magnetisierbarer Werkstoff kann auch in den Schalthebelgrundkörper im 2K-Verfahren eingespritzt werden. Das Magnetfeld wird nachfolgend in einem Anschlussprozess aufmagnetisiert. Die Positionserfassung des Schalthebels im Schaltsystem erfolgt mittels Hall- wie auch 3D Sensorik.
Dadurch kann ein mechanisches Schiebersystem eingespart werden und die Montage entfallen. Es ergibt sich eine Minimierung der mechanischen Toleranzen sowie eine Minimierung der elektrischen Toleranzen. Weiterhin ergibt sich eine Minimierung der magnetischen Toleranzen durch ein späteres Aufbringen des Magnetfeldes, wodurch sich eine Minimierung des Winkelfehlers ergibt.
Mit anderen Worten ist eine Integration von Permanentmagneten 600 zur Positionserfassung mittels Hallsensoren oder 3D Sensoren über Umspritzung oder Verclipsung dargestellt. Der Permanentmagnet kann auch als 2K Bereich mit magnetisierbaren Kunststoffen 600 ausgeführt werden. Dadurch kann ein Schiebersystem eingespart werden, Toleranzen können minimiert werden und eine zusätzliche Montage kann entfallen. Es können dabei gesinterte Magnete 600, kunststoffgebundene gepresste Magnete 600 und/oder kunststoffgebundene gespritzte Magnete verwendet werden.
7 zeigt eine Darstellung eines Schalthebels 100 mit umspritzten Leiterbahnen 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Schalthebel 100 entspricht im Wesentlichen dem Schalthebel in 2. Zusätzlich sind hier zumindest teilweise innerhalb des Kunststoffmaterials des Schalthebels 100 die Leiterbahnen 700 angeordnet. Die Leiterbahnen 700 verbinden einen ersten Stecker 702 im Bereich der Lagerstelle 104 und einen zweiten Stecker 704 im Bereich einer Schnittstelle zum Knauf.
Die Leiterbahnen 700 und die Stecker 702, 704 sind vor dem Spritzgussprozess in dem Spritzgusswerkzeug angeordnet worden und während des Spritzgussprozesses von dem Kunststoffmaterial zumindest teilweise umschlossen worden.
Die Leiterbahnen 700 können als Knaufkontaktierungen bezeichnet werden und sind ein integriertes Subsystem bestehend aus umspritzten Leiterbahnen 700 beziehungsweise Flexfolien und/oder Stanzgittern.
Es ist die Einbettung beziehungsweise Umspritzung von Leiterbahnen 700, Kontaktelementen 702, 702, Steckerkonturen und/oder Pins 702, 704 zur elektronischen Kontaktierung des Schalthebels 100 mit dem Knauf dargestellt. Die Kontaktelemente 702, 702 können als Knaufschnittstelle bezeichnet werden. Die Kontaktelemente 702, 702 können als Stiftleiste zur Knaufkontaktierung ausgebildet sein. Als Leiterbahnen 700 können Flexfolien, Stanzgitter und Kontaktpins verwendet werden. Die genannten Bauteile werden im Montagespritzgussverfahren umspritzt und sind somit als mechatronisches Subsystem im Schalthebel 100 integriert. Durch die Umspritzung liegen die Leiterbahnen 700 geschützt im Bauteil und/oder in der neutralen Faser. Dadurch ist kein Kabel im Außenbereich erforderlich. Die Schnittstellenkontur 704 zur elektronischen Kontaktierung des Knaufs ist im Schalthebel 100 integriert. Des Weiteren können Nuten, Dome, Laschen und Abflachungen eingebracht werden, die zur Befestigung einer Flexfolie dienen, falls diese beispielsweise aus Baurumgründen nicht umspritzt werden kann. Die Gegenkontaktierung 702 zur Leiterplatte wird in einen Bereich gelegt, der geschützt vor Umwelteinflüssen in der Schaltung liegt und wenig Bewegung zulässt.
Dadurch, dass die Kabel 700 beziehungsweise die Flexfolie nicht mehr außerhalb der Schaltung liegt, ist sie gegen Beschädigung geschützt. Bauteile zur Befestigung und zum Schutz von Flexfolien beziehungsweise Kabeln werden nicht mehr benötigt, was zur Einsparung von Bauteilen führt. Der Montagevorgang für die Kontaktierung entfällt und der Schalthebel 100 weist weniger Bauteile auf.
8 zeigt eine Darstellung eines Schalthebels 100 mit einem umspritzten Sensor 800 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Schalthebel 100 entspricht im Wesentlichen dem Schalthebel in 7. Zusätzlich ist hier der Sensor 800 mit partiell umspritzten Leiterbahnen 700 verbunden.
Der Sensor 800 kann beispielsweise ein Hallsensor 800 oder ein 3D Sensor 800 oder eine andere Art Sensor sein. Der Sensor 800 ist in einem spannungsneutralen Bereich des Schalthebelgrundkörpers 100 angeordnet. Dadurch können Toleranzen minimiert und Schieberbauteile wegfallen.
Der Schalthebel 100 mit integrierter Sensorik 800 ist über das Montagespritzgussverfahren realisiert.
Es ist eine Integration von Sensoren 800 in den Schalthebel 100 dargestellt. Die Sensoren 100 befinden sich hierfür auf bestückten Stanzgittern 700 oder Flexfolien 700. Diese mechatronischen Bauteile 700, 800 werden im Montagespritzgussverfahren vollständig oder nur in Teilbereichen umspritzt. Die bei Hall-Sensoren 900 für die Sensierung notwendigen Magneten können sich im Gehäuse befinden. Die Magnete können wie in 6 entweder eingeclipst oder im 2K-Verfahren umspritzt oder eingespritzt werden. Die Sensoren 800 im Schalthebel können auch in MID-Technik (Moulded Interconnect Devices) ausgeführt sein. Der Sensor 800 kann über die elektronische Schnittstelle 702 kontaktiert werden.
Durch die Integration von Sensoren 800 in den Schalthebel 100 können Toleranzen minimiert werden, Schieberbauteile entfallen und die Leiterplatte kann beliebig im Schaltsystem platziert werden. Weiterhin wird das Schaltsystem bauraumtechnisch kleiner.
9 zeigt eine Darstellung eines Schalthebels 100 mit umspritzten elektrischen Schaltungen 900 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Schalthebel 100 entspricht im Wesentlichen dem Schalthebel in 7. Zusätzlich ist hier ein Knaufträger 902 an den Schalthebel 100 angespritzt. In den Knaufträger 902 sind hier zwei elektrische Schaltungen 900 integriert. In diesem Ausführungsbeispiel sind ein Leuchtdioden Treiber und eine dazugehörige Leuchtdioden Anordnung in den Knaufträger 902 integriert.
Die elektrischen Schaltungen 900 können durch in den Schalthebel 100 integrierte elektrische Leiter mit elektrischer Energie versorgt werden.
Mit anderen Worten ist ein Schalthebel 100 mit integriertem Knaufträger 902, der Knaufbauteile 900 wie Tasten, Lichtleiter, Leiterplatten oder Ähnliches dargestellt. Die LED-Lichttechnik 900 kann über bestückte Stanzgitter in den Tastenträger 902 integriert werden.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz erfolgt eine Substitution von Metallwerkstoffen und eine Integration von mechatronischen und mechanischen Subsystemen durch Montagespritzguss in den Wählhebel 100. Als mechanische und mechatronische Subsysteme werden hier beispielsweise federnde Drückstücke, dämpfende Weichkomponenten, unbestückte und bestückte Stanzgitter und Flexfolien, Bereiche mit magnetisierbaren Materialen und MID Technologien verwendet.
Weiterhin können Verbindungstechniken wie Rasthaken, Dome, Rastgegengeometrien und/oder Bohrungen zur Aufnahme und partiellen Befestigung von Anbauteilen wie Schalthebelknauf, Permanentmagnet, Steckerschnittstellen, Flexfolien integriert werden.
Dadurch erfolgt die Umwandlung von einem mechanischen in ein mechatronisches Bauteil.
10 zeigt eine Darstellung eines Schalthebels 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Kreuzgelenk 1000. Der Schalthebel 100 entspricht im Wesentlichen dem Schalthebel in 2. Hier ist der Schalthebel 100 in dem Drehpunkt 104 mit einem Kreuzstück 1002 verbunden. Der Schalthebel 100 ist in dem Kreuzstück 1002 um eine erste Achse drehbar gelagert. Das Kreuzstück 1002 ist in dem nicht dargestellten Gehäuse um eine orthogonal zu der Achse ausgerichtete zweite Achse drehbar gelagert. Dadurch ist der Schalthebel 100 in zwei Achsen beweglich in dem Gehäuse gelagert.
Das Kreuzstück 1002 ist hier ebenfalls als Kunststoffspritzgussteil ausgeführt.
11 zeigt eine Darstellung eines Schalthebels 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Kugelgelenk 1100. Der Schalthebel 100 entspricht dabei im Wesentlichen dem Schalthebel in 5. Der Schalthebel 100 ist als Kunststoff Spritzgussteil mit angespritzter Kugel 1100 ausgeführt. Dabei ist die Kugel 1100 zumindest teilweise abgeflacht ausgeführt, da der bestimmungsgemäße Bewegungsumfang des Schalthebels 100 keine vollständige Kugelform benötigt.
Der Wählhebel 100 kann mittels einer Kugel 1100 oder einem kardanischen Gelenk beziehungsweise Kreuzstück 1002 im Gehäuse beziehungsweise zwischen den Gehäusehälften gelagert werden. Bei Bedarf können die Lagerstellen mit einer zweiten Kunststoff-Komponente umspritzt werden, um die tribologischen wie auch die akustischen Eigenschaften zu verbessern.
12 zeigt eine Darstellung eines Schalthebels 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem angespritzten Bauteil 902. Der Schalthebel 100 entspricht dabei im Wesentlichen dem Schalthebel in 9. Wie in 9 ist hier ein Knaufträger 902 an den Schalthebel 100 angespritzt. Dazu ist das Spritzgusswerkzeug des Schalthebels 100 umkonstruiert und um die Geometrie des Knaufträgers 902 erweitert worden. Dadurch können Montagevorgänge eingespart werden.
13 zeigt eine Darstellung eines Schalthebels 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer angespritzten Kugelkalotte 1300. Wie in 12 ist das Spritzgusswerkzeug des Schalthebels 100 umkonstruiert und um eine Geometrie der Kugelkalotte 1300 erweitert worden. Die Kugelkalotte 1300 ist dadurch einstückig mit dem Schalthebel 100 verbunden.
In den 2 bis 13 wird ein Wählhebel 100 aus Kunststoff mit integrierten mechanischen und mechatronischen Subsystemen für Schaltbetätigungen im Kraftfahrzeug vorgestellt. Durch den hier vorgestellten Ansatz erfolgt eine Umwandlung von einem mechanischen in ein mechatronisches Bauteil.
Durch die Herstellung des Schalthebels 100 aus Kunststoff ist die Möglichkeit gegeben, Schnittstellenbauteile wie Knaufträger 902 beziehungsweise Tastenträger zur Aufnahme von Knaufanbauteilen, und Kalotten 1300 zum Schutz der Schaltung vor Eindringen von Gegenständen, als ein Bauteil zu fertigen. Das Bauteil kann aus einem Werkstoff oder auch aus mehreren Werkstoffen im Spritzgussverfahren hergestellt werden.
Dadurch weist der Schalthebel 100 weniger Bauteile auf und es ergibt sich ein geringerer Montageaufwand sowie ein geringerer Aufwand zur Schnittstellenabstimmung.
14 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1400 zum Herstellen eines Schalthebels gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 1400 weist einen Schritt 1402 des Bereitstellens, einen Schritt 1404 Spritzgießens und einen Schritt 1406 des Integrierens auf. Im Schritt 1402 des Bereitstellens wird ein Spritzgusswerkzeug für den Schalthebel bereitgestellt. Im Schritt 1404 des Spritzgießens wird ein Kunststoffmaterial in das Spritzgusswerkzeug spritzgegossen, um den Schalthebel zu formen. Im Schritt 1406 des Integrierens wird zumindest eine mechatronische oder mechanische Komponente des Schalthebels in den Schalthebel und/oder das Spritzgusswerkzeug integriert. Wenn die Komponente in dem Spritzgusswerkzeug angeordnet wird, wird sie im Schritt 1404 zumindest teilweise von dem Kunststoffmaterial umspritzt. Wenn die Komponente mit dem Kunststoffmaterial verbunden wird, wird der Schalthebel aus einem ersten Spritzgusswerkzeug in ein zweites Spritzgusswerkzeug eingelegt und ein weiteres Kunststoffmaterial in zusätzliche Aussparungen des zweiten Spritzgusswerkzeugs eingespritzt.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichenliste

100: Schalthebel
102: Gehäuse
104: Drehpunkt
106: Kabel
108: Stecker
110: Anschlagdämpfer
112: Rastierelement
200: Komponente
300: Druckstück
302: Hülle
304: Druckfeder
306: Rastelement
400: Dämpfungsmaterial
500: Gleitmaterial
600: Magnet
700: Leiterbahnen
702: Stecker
704: Stecker
800: Sensor
900: elektrische Schaltung
902: Knaufträger
1000: Kreuzgelenk
1002: Kreuzstück
1100: Kugelgelenk
1300: Kalotte
1400: Verfahren zum Herstellen
1402: Schritt des Bereitstellens
1404: Schritt des Spritzgießens
1406: Schritt des Integrierens

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 19801526 A1 [0003]

Claims

Schalthebel (100) zur Auswahl einer Übersetzungsstufe eines Fahrzeuggetriebes eines Fahrzeugs, wobei der Schalthebel (100) ein spritzgegossenes Kunststoffmaterial aufweist und zumindest eine mechatronische oder mechanische Komponente (200) des Schalthebels (100) zumindest teilweise in den Schalthebel (100) integriert ist.
Schalthebel (100) gemäß Anspruch 1, bei dem die Komponente (200) ein Druckstück (300) ist, das zumindest ein in dem Schalthebel (100) gelagertes Rastelement (306) und eine zwischen dem Rastelement (306) und einem Widerlager (302) angeordnete Feder (304) aufweist, wobei das Widerlager (302) von dem Kunststoffmaterial umspritzt ist.
Schalthebel (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Komponente (200) ein von dem Kunststoffmaterial umspritzter Permanentmagnet (600) ist.
Schalthebel (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Komponente (200) eine Kontaktierungseinrichtung (702, 704) ist, bei der elektrische leitende Leiterbahnen (700) von dem Kunststoffmaterial umspritzt sind.
Schalthebel (100) gemäß Anspruch 4, bei dem die Komponente (200) zumindest einen Sensor (800) umfasst.
Schalthebel (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Komponente (200) ein Dämpfungselement (400) ist, wobei das Dämpfungselement (400) ein durch Spritzgießen auf das Kunststoffmaterial aufgespritztes elastisches Dämpfungsmaterial aufweist.
Schalthebel (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Komponente (200) einen magnetisierbaren Werkstoff (600) umfasst, wobei der Werkstoff durch Spritzgießen mit dem Kunststoffmaterial verbunden ist und nachfolgend magnetisiert ist.
Schalthebel (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Kunststoffmaterial faserverstärkt ist.
Schalthebel (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Einleger aus einem Versteifungsmaterial, wobei der Einleger von dem Kunststoffmaterial umspritzt ist und das Versteifungsmaterial eine höhere Steifigkeit aufweist, als das Kunststoffmaterial.
Verfahren (1400) zum Herstellen eines Schalthebels (100), wobei das Verfahren (1400) die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen (1402) eines Spritzgusswerkzeugs für den Schalthebel (100); Spritzgießen (1404) eines Kunststoffmaterials in das Spritzgusswerkzeug, um den Schalthebel (100) zu formen; und Integrieren (1406) zumindest einer mechatronischen oder mechanischen Komponente (200) des Schalthebels (100) in den Schalthebel (100) und/oder das Spritzgusswerkzeug, wobei die Komponente (200) im Schritt (1404) des Spritzgießens von dem Kunststoffmaterial zumindest teilweise umspritzt wird, wenn die Komponente (200) in dem Spritzgusswerkzeug angeordnet wird.