DE102016205749B3

DE102016205749B3 - Schaltvorrichtung für ein Zahnräderwechselgetriebe eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016205749B3
Application number: DE102016205749.9A
Authority: DE
Inventors: Paulo Henrique Ferreira dos Reis; Murilo Fregonesi Falleiros; Andre Fernandes da Silva; Gustavo dos Santos Gioria
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-04-07
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2017-07-13
Anticipated expiration: 2036-04-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung (1) für ein Zahnräderwechselgetriebe eines Kraftfahrzeugs, umfassend mindestens einen schwenkbar gelagerten Schalthebel (2) sowie eine Sensoranordnung (3) zur Detektion einer mittels der Schaltvorrichtung (1) eingelegten Schaltstellung. Um insbesondere die Leerlaufposition des Getriebes in einfacher Weise feststellen zu können, weist die Sensoranordnung (3) erfindungsgemäß auf: eine ortsfest in der Schaltvorrichtung (1) gelagerte und sich in eine axiale Richtung (a) erstreckende Welle (4), die einen Magneten (5) trägt, eine koaxial zur Welle (4) angeordnete Hülse (6), die in ihrem einen axialen Endbereich von der Welle (4) durchsetzt wird und in ihrem anderen axialen Endbereich einen Hall-Sensor (7) trägt, der dem Magneten (5) gegenüberliegend angeordnet ist, und Mittel (8) zur Erzeugung einer Drehbewegung der Hülse (6) um die axiale Richtung (a) in Abhängigkeit der Bewegung des Schalthebels (2).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein Zahnräderwechselgetriebe eines Kraftfahrzeugs, umfassend mindestens einen schwenkbar gelagerten Schalthebel sowie eine Sensoranordnung zur Detektion einer mittels der Schaltvorrichtung eingelegten Schaltstellung.
Hintergrund der Erfindung
Eine Schaltvorrichtung der gattungsgemäßen Art ist im Stand der Technik bekannt. Die Detektion bzw. Identifikation einer eingelegten Schaltstellung im Getriebe spielt eine wichtige Rolle für den Bau eines ökonomischen und umweltfreundlichen Fahrzeugs. Die ermittelte Schaltstellung bzw. der eingelegten Gang dient als Eingangsgröße bei verschiedenen automatisierten Funktionen, wie beispielsweise einer Start-Stop-Automatik oder einer Geschwindigkeitsregelung des Fahrzeugs. Dabei wird häufig die Minimierung des Kraftstoffverbrauchs sowie der emittierten Abgase angestrebt. Bei verschiedenen Anwendungen ist es dabei insbesondere erforderlich, die Leerlaufposition des Getriebes zuverlässig zu erkennen.
Eine gattungsgemäße Schaltvorrichtung ist beispielsweise in der EP 1 930 631 B1 offenbart. Ähnliche Lösungen finden sich in der US 4 351 205 A , der US 4 598 374 A , der KR 10 117 7023 B1 , der US 2012/187940 A , der DE 10 2008 048 506 A1 , der US 2012/0152049 A1 , der US 8 616 082 B2 , der DE 10 2010 034 282 A1 , der DE 10 2012 213 860 A1 und der CN 202441880 U .
DE 10 2010 062 136 A1 zeigt eine weitere gattungsgemäße Schaltvorrichtung.
In manchen dieser Anwendungen ist die Sensorik relativ aufwendig und demgemäß kostenintensiv. In manch anderen Anwendungen ist die Sensorik gegen Verschmutzungen mitunter nicht gut geschützt.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schaltvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der es möglich wird, in konstruktiv einfacher und damit fertigungstechnisch günstiger Weise zuverlässig festzustellen, ob sich das Getriebe in der Leerlaufposition befindet.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung aufweist:

– eine ortsfest in der Schaltvorrichtung gelagerte und sich in eine axiale Richtung erstreckende Welle, die einen Magneten trägt,
– eine koaxial zur Welle angeordnete Hülse, die in ihrem einen axialen Endbereich von der Welle durchsetzt wird und in ihrem anderen axialen Endbereich einen Hall-Sensor trägt, der dem Magneten gegenüberliegend angeordnet ist, und
– Mittel zur Erzeugung einer Drehbewegung der Hülse um die axiale Richtung in Abhängigkeit der Bewegung des Schalthebels.

Der Hall-Sensor ist bevorzugt in einem Deckelelement angeordnet, der im einen axialen Endbereich der Hülse befestigt ist. Das Deckelelement ist dabei bevorzugt mittels einer Schnappverbindung mit der Hülse verbunden. Ferner kann das Deckelelement aus einem Kunststoffmaterial bestehen.
Der Magnet ist bevorzugt an oder in einem Trägerelement angeordnet, wobei das Trägerelement mit der Welle verbunden ist. Dabei ist bevorzugt eine Schraubverbindung vorgesehen, d. h. dass das Trägerelement ein Gewinde aufweist, das mit einem korrespondierenden Gegengewinde der Welle zusammenwirkt.
Die Hülse ist vorteilhaft topfförmig ausgebildet und weist einen Bodenbereich auf, durch den die Welle hindurch tritt.
Die Mittel zur Erzeugung einer Drehbewegung der Hülse um die axiale Richtung in Abhängigkeit der Bewegung des Schalthebels umfassen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen Betätigungsstift, der direkt oder indirekt am Schalthebel befestigt ist und der in eine Ausnehmung der Hülse eingreift.
Die Ausnehmung in der Hülse kann dabei als Bohrung in einem hohlzylindrischen Abschnitt der Hülse (also im Mantelabschnitt) ausgebildet sein; vorgesehen sein kann allerdings auch, dass die Ausnehmung in der Hülse als Langloch in einem hohlzylindrischen Abschnitt der Hülse ausgebildet ist.
Generell wäre es im Sinne einer kinematischen Umkehr natürlich auch möglich, dass die Positionen von Magnet und Hall-Sensor vertauscht werden, so dass also der Hall-Sensor dann an der Welle und der Magnet im Gehäuseelement angeordnet wären. Letztlich kommt es nur auf die relative Verdrehung zwischen den genannten Teilen an.
Die Erfindung stellt demgemäß eine (Teil)Sensorik zur Verfügung, die insbesondere, aber nicht ausschließlich in Handschaltgetrieben von Fahrzeugen eingesetzt werden kann und die es erlaubt, zuverlässig zu erkennen, ob sich das Getriebe im Leerlauf befindet. Zu Detektion wird ein Hall-Sensor eingesetzt (also ein magnetischer Sensor, der den Hall-Effekt nutzt). Die vorgeschlagene Sensorik kann demgemäß insbesondere feststellen, ob die geraden oder ungeraden Gänge bzw. der Rückwärtsgang eingelegt ist oder nicht (und sich das Getriebe dann folglich im Leerlauf befindet).
Mit dem genannten Sensor kann die Verschiebebewegung des Schalthebels in der Schaltungsanordnung erfasst werden. Dabei kann die vorgeschlagene Sensoranordnung sowohl bei Anwendungen eingesetzt werden, die eine unabhängige Bewegung des Schalthebels vorsieht, als auch bei solchen, bei denen die genannte Bewegung abhängig von einer weiteren Bewegung des Schalthebels ist (in diesem Falle beeinflusst also die Bewegung für die Anwahl eines Ganges die Verschiebebewegung des Schalthebels).
In vorteilhafter Weise ist durch die vorgeschlagene Konzeption der Sensor sehr gut gegen Umgebungsbedingungen und insbesondere gegen das Eindringen von Verschmutzungen geschützt.
Zwischen dem Magneten und dem Hall-Sensor wird vorteilhaft eine definierte Beanstandung vorgesehen, um zuverlässige Sensorsignale zu erhalten.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch die Schaltgasse eines Zahnräderwechselgetriebes eines Kraftfahrzeugs,
2 in der geschnittenen Seitenansicht einen Abschnitt einer Schaltvorrichtung des Zahnräderwechselgetriebes,
2b einen Magneten, der Bestandteil der Schaltvorrichtung ist, gesehen in axiale Richtung,
3 in perspektivischer Darstellung eine Hülse, die Bestandteil der Schaltvorrichtung ist, dargestellt in zwei verschiedenen Ausführungsformen,
4 in perspektivischer Darstellung einen Abschnitt der Schaltvorrichtung mit teilweise entfernten Komponenten und
5 den Verlauf des Signals eines Hall-Sensors in Abhängigkeit der Schalthebelhöhe und des Schalthebelwinkels.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist zunächst schematisch die Schaltgasse 17 eines Zahnräderwechselgetriebes eines Kraftfahrzeugs skizziert, wobei es sich vorliegend um ein Handschaltgetriebe handelt. Wie zu erkennen ist, muss zum Einlegen des Rückwärtsgangs sowie der ungeraden Gänge (1., 3. und 5. Gang) ein Schalthebel in eine vorgeschobene Position bewegt werden. Zum Einlegen der geraden Gänge (2., 4. und 6. Gang) wird der Schalthebel in eine zurückgezogene Position bewegt. Dazwischen liegt der Bereich, in dem sich das Getriebe im Leerlauf befindet. Die beschriebene Erfindung befasst sich mit der Detektion des Leerlaufs wozu die nachfolgend beschriebene Sensoranordnung eingesetzt wird. Insoweit betrifft die Erfindung also nur eine Teilsensorik, um besagte Leerlaufposition feststellen zu können. Hierzu wird die Verschwenkbewegung eines Schalthebels sensorisch erfasst.
Der Aufbau der Schaltvorrichtung 1 des Zahnräderwechselgetriebes ergibt sich aus den nachfolgenden 2 bis 4.
Der Schalthebel 2 wird zwecks Einlegens eines Ganges bzw. beim Herausnehmen eines Ganges verschwenkt. Am Schalthebel 2 greift hierzu ein Betätigungselement über ein Kugelgelenk 15 an. Zur Feststellung der Winkellage des Schalthebels 2 dient eine Sensoranordnung 3; mit dieser kann also die Schaltstellung erfasst werden.
Die Sensoranordnung 3 umfasst zunächst eine Welle 4, die in der Schaltungsanordnung bzw. in deren Gehäuse ortsfest gelagert ist. Die Welle 4 hat eine axiale Richtung a; am axialen Ende der Welle 4 ist ein Magnet 5 befestigt. Im Ausführungsbeispiel ist hierfür in den Endbereich der Welle 4 ein Gewinde 11 eingeschnitten, auf das ein Trägerelement 10 in Form einer Mutter aufgeschraubt ist. In den stirnseitigen Bereich des Trägerelements 10 ist der Magnet 5 eingesetzt und schließt bündig mit dem Trägerelement 10 ab.
Koaxial zur Welle 4 ist eine Hülse 6 montiert, die um die axiale Richtung a rotieren kann. Die Hülse 6 ist in 3 in zwei verschiedenen Ausführungsformen dargestellt und weist im wesentlichen eine Topfform auf. Der Bodenbereich 12 der Hülse 6, also im einen axialen Endbereich der Hülse 6, wird von der Welle 4 durchsetzt. Im anderen axialen Endbereich der Hülse, also an dem oben offenen Bereich, ist ein Deckelelement 9 befestigt, das aus Kunststoff besteht und mittels einer Schnappverbindung mit der Hülse 6 verbunden ist. Das Deckelelement 9 trägt einen Hall-Sensor 7. Im montierten Zustand der Anordnung liegt ein geringer Luftspalt zwischen dem Hall-Sensor 7 und dem Magneten 5 vor.
Durch die in 2a dargestellte Anordnung der Pole des Magneten 5 (Nordpol N und Südpol S) ist es möglich, relative Schwenkbewegungen zwischen der (ortsfesten) Welle 4 und der Hülse 6 mittels der Sensoranordnung 3 festzustellen. Der Magnet kann dabei – gesehen in axiale Richtung a – rund oder viereckig ausgebildet sein.
Weiterhin sind Mittel 8 vorhanden, die zur Erzeugung einer Drehbewegung der Hülse 6 um die axiale Richtung a in Abhängigkeit der Bewegung des Schalthebels 2 ausgebildet sind. Diese Mittel umfassen im Ausführungsbeispiel einen Betätigungsstift 13, der Schwenkbewegungen des Schalthebels 2 überträgt, da er an diesem befestigt ist. Der Betätigungsstift 13 greift in eine Ausnehmung 14 in der Hülse 6 ein (s. hierzu insbesondere 3).
Kommt es nun zu einer Schwenkbewegung des Schalthebels 2, wird über den Betätigungsstift 13, der in die Ausnehmung 14 eingreift, die Hülse 6 relativ zur Welle 4 verschwenkt bzw. verdreht. Der Hall-Sensor 7 registriert in der Folge eine Spannung, die über ein Kabel 16 einer Auswerteeinheit zugeleitet wird.
Das Deckelelement 9 ist aus Kunststoff gefertigt und kann somit kostengünstig hergestellt werden. Der im Deckelelement 9 angeordnete Hall-Sensor 7 detektiert das magnetische Feld des Magneten 5 und kann mit der erläuterten Ausgestaltung folglich die Bewegung der Schaltwelle 2 erfassen.
Die vorgeschlagene Anordnung kann sowohl bei solchen Schaltungsvorrichtungen eingesetzt werden, die eine unabhängige Bewegung des Schalthebels ermöglichen, als auch bei solchen, bei denen Bewegungen gekoppelt sind. Dies ist an den beiden Ausführungsformen der Hülse 6 in 3 illustriert. Im Falle einer unabhängigen Bewegung tritt der Betätigungsstift 13 durch eine Ausnehmung 14 in Form einer Bohrung hindurch (siehe hierzu die untere Darstellung in 3). Für eine unabhängige Verschiebebewegung ist keine Translation der Hülse notwendig, so dass in diesem Falle eine einfache Bohrung 14 ausreichend ist.
Ist indes eine abhängige Bewegung des Schalthebels 2 gegeben, ist die Ausnehmung 14 als Langloch ausgebildet (siehe hierzu die obere Darstellung in 3). Mit dem Langloch wird sichergestellt, dass eine translatorische Bewegung des Betätigungsstiftes 13 in der Ausnehmung 14 möglich ist. Eine Winkelverschiebung der Hülse 16 bei einer Verschiebebewegung wird somit verhindert. Diese Situation ist in 4 illustriert.
Durch das direkte Einsetzen des Deckelelements 9 mit dem Hall-Sensor 7 auf die bzw. in die Hülse 6 wird eine definierte Winkelposition zwischen diesen Bauteilen sichergestellt.
In 5 ist das zu erwartende Signal S des Hall-Sensors 7 (in Volt) in Abhängigkeit des Schalthebelwinkels ϕ und der Schalthebelhöhe H dargestellt; die Darstellung hat sich durch Messungen ergeben. Aus der Darstellung gemäß 5 ergibt sich, dass eine möglichst geringe Distanz zwischen Hall-Sensor 7 und Magneten 5 angestrebt werden muss, um in Abhängigkeit des Schalthebelwinkels zuverlässige Signale S zu erhalten.
Bezugszeichenliste

1: Schaltvorrichtung
2: Schalthebel
3: Sensoranordnung
4: Welle
5: Magnet
6: Hülse
7: Hall-Sensor
8: Mittel zur Erzeugung einer Drehbewegung der Hülse
9: Deckelelement
10: Trägerelement (Mutter)
11: Gewinde
12: Bodenbereich der Hülse
13: Betätigungsstift
14: Ausnehmung (Bohrung/Langloch)
15: Kugelgelenk
16: Kabel
17: Schaltgasse
a: axiale Richtung
H: Schalthebelhöhe
ϕ: Schalthebelwinkel
S: Signal des Sensors

Claims

Schaltvorrichtung (1) für ein Zahnräderwechselgetriebe eines Kraftfahrzeugs, umfassend mindestens einen schwenkbar gelagerten Schalthebel (2) sowie eine Sensoranordnung (3) zur Detektion einer mittels der Schaltvorrichtung (1) eingelegten Schaltstellung, wobei die Sensoranordnung (3) Mittel (8) zur Erzeugung einer Drehbewegung der Hülse (6) um die axiale Richtung (a) in Abhängigkeit der Bewegung des Schalthebels (2) aufweist sowie: – eine ortsfest in der Schaltvorrichtung (1) gelagerte und sich in eine axiale Richtung (a) erstreckende Welle (4), die einen Magneten (5) trägt, – eine koaxial zur Welle (4) angeordnete Hülse (6), die in ihrem einen axialen Endbereich von der Welle (4) durchsetzt wird und in ihrem anderen axialen Endbereich einen Hall-Sensor (7) trägt, der dem Magneten (5) gegenüberliegend angeordnet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hall-Sensor (7) in einem Deckelelement (9) angeordnet ist, der im einen axialen Endbereich der Hülse (6) befestigt ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (9) mittels einer Schnappverbindung mit der Hülse (6) verbunden ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (9) aus einem Kunststoffmaterial besteht.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (5) an oder in einem Trägerelement (10) angeordnet ist, wobei das Trägerelement mit der Welle (4) verbunden ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (10) ein Gewinde (11) aufweist, das mit einem korrespondierenden Gegengewinde der Welle (4) zusammenwirkt.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (6) topfförmig ausgebildet ist und einen Bodenbereich (12) aufweist, durch den die Welle (4) hindurch tritt.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (8) zur Erzeugung einer Drehbewegung der Hülse (6) um die axiale Richtung (a) in Abhängigkeit der Bewegung des Schalthebels (2) einen Betätigungsstift (13) umfassen, der direkt oder indirekt am Schalthebel (2) befestigt ist und der in eine Ausnehmung (14) der Hülse (6) eingreift.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (14) in der Hülse (6) als Bohrung in einem hohlzylindrischen Abschnitt der Hülse (6) ausgebildet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (14) in der Hülse (6) als Langloch in einem hohlzylindrischen Abschnitt der Hülse (6) ausgebildet ist.