DE102019213553A1

DE102019213553A1 - Aktuator zum Sperren und Freigeben einer Wählbewegung eines Wählhebels

Info

Publication number: DE102019213553A1
Application number: DE102019213553.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Ibele; Ralf Pfeifer; Michael Pantke; Joachim Spratte; Johannes Loers; Michael Linder; Thomas Schwegler; Fabian Schrader; Angela Squeri; Nico Rueß; Waldemar Merling; Simon Gänshirt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: SIGNATA GMBH, DE
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2021-03-11

Abstract

Es wird ein Aktuator zum Sperren und Freigeben einer Wählbewegung eines Wählhebels zum Wählen verschiedener Schaltstellungen (P, R, N, D) bei einem Automatikgetriebe eines Fahrzeuges vorgeschlagen, wobei zumindest ein ortsfest angeordneter Permanentmagnet (1) mit zumindest einer das Magnetfeld des Permanentmagneten (1) veränderbaren Spule (2) und ein bewegbarer Anker (3) mit mehreren jeweils einer Schaltstellung zugeordneten Konturabschnitten (4, 5, 6, 7) vorgesehen sind, wobei zumindest die Konturabschnitte (4, 5, 6, 7) aus ferromagnetischem Material sind und derart gestaltet sind, dass zwischen den jeweiligen Konturabschnitten (4, 5, 6, 7) des Ankers (3) und dem Permanentmagneten (1) unterschiedlich dimensionierte Luftspalte (8, 9) zum Sperren oder Freigeben von Schaltstellungen vorgesehen sind. Ferner wird ein Wählhebel mit einem Aktuator vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator zum Sperren und Freigeben einer Wählbewegung eines Wählhebels zum Wählen verschiedener Schaltstellungen bei einem Automatikgetriebe eines Fahrzeuges.
Aus der Fahrzeugtechnik sind Aktuatoren zum Sperren und Freigeben einer Wählbewegung eines Wählhebels zum Wählen verschiedener Schaltstellungen, wie zum Beispiel P, R, N, D bei einem Automatikgetriebe eines Fahrzeuges hinreichend bekannt. Durch die Bewegung des Wählhebels sind die verschiedenen Schaltstellungen bei dem Automatikgetriebe anwählbar. Das Schaltschema beziehungsweise die Anordnung der verschiedenen Schaltstellungen sind üblicherweise ausgehend von der Parkstellung P, die Rückwärtsgangstellung R, die Neutralstellung N und der Automatikmodus D. Gegebenenfalls gibt es eine weitere Schaltstellung zum manuellen Schalten. Die eingelegten Schaltstellungen werden dem Fahrer in der Regel über ein Anzeigeelement visualisiert. In der Parkstellung gibt es in der Regel eine Sperrfunktion, das heißt, hier wird das Bedienelement beziehungsweise der Wählhebel gesperrt beziehungsweise arretiert, bis der Fahrer die Bremse betätigt und anschließend wird die Sperrung an dem Wählhebel aufgehoben. Bei einigen Wählhebeln wird hierzu ein Elektromotor als Aktuator verwendet, der entweder den Wählhebel bewegt oder das Rastiersystem verdreht. Bei anderen Wählhebeln werden Anschläge und Sperren über eine Codierscheibe und Elektromagneten als Aktuatoren realisiert.
Da beim Wählen bzw. Anwählen verschiedener Schaltstellungen bei einem Automatikgetriebe höchste Sicherheitsanforderungen notwendig sind, ist es erforderlich, dass der Wählhebel von dem Fahrer aus seiner aktuellen Position nur in zulässige Schaltstellungen bewegt werden darf. Dieses selektive Sperren wird durch Sperrmagnete realisiert. Um hierbei die Sicherheitsanforderungen zu gewährleisten, ist es notwendig, dass bei einem Ausfall in einer Notsituation sichergestellt ist, dass der Wählhebel auch ohne Energieversorgung des Aktuators in bestimmten Schaltstellungen gesperrt bleibt und eine automatische Verstellung in die Parkposition beim Abstellen beziehungsweise beim Ausfall sichergestellt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Aktuator und einen Wählhebel mit dem Aktuator der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei denen konstruktiv einfach und kostengünstig ein ausfallsicheres Sperren und Freigeben der Wählbewegung beziehungsweise der Schaltstellungen gewährleistet werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 beziehungsweise 11 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie der Zeichnung.
Somit wird ein Aktuator oder dergleichen zum Sperren und Freigeben einer Wählbewegung eines Wählhebels zum Wählen verschiedener Schaltstellungen bei einem Automatikgetriebe eines Fahrzeuges vorgeschlagen. Um eine optimierte Ausführung des Aktuators beziehungsweise des Wählhebels zu gewährleisten, bei denen in Notsituationen zum Beispiel bei Stromausfall ein Sperren und Freigeben in vorbestimmten Schaltstellungen sichergestellt ist, ist vorgesehen, dass zumindest ein ortsfest angeordneter Permanentmagnet mit zumindest einer das Magnetfeld des Permanentmagneten veränderbaren Spule oder dergleichen und ein bewegbarer Anker mit mehreren jeweils einer Schaltstellung zugeordneten Konturabschnitten vorgesehen sind, wobei zumindest die Konturabschnitte aus ferromagnetischem Material gefertigt sind und derart gestaltet sind, dass zwischen den jeweiligen Konturabschnitten des Ankers und dem Permanentmagneten unterschiedlich dimensionierte Luftspalte zum Sperren oder Freigeben von Schaltstellungen vorgesehen sind.
Demzufolge wird erfindungsgemäß ein magnetischer Aktuator in Kombination mit auf die Schaltstellungen abgestimmten Konturabschnitten an seinem Anker vorgeschlagen, wobei der Aktuator neben dem Sperren und Freigeben unabhängig von der Bestromung zudem eine Rastierung ermöglicht. Auf diese Weise werden verschiedene Funktionen mit nur einem Aktuator realisiert. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die Verwendung eines Permanentmagneten mit einem dauerhaft wirkenden Magnetfeld, sodass der Aktuator zur Magnetfeldbeeinflussung nur kurz bestromt werden muss, um beispielsweise die Parkstellung zu verlassen. Demzufolge ergibt sich eine kurze Einschaltdauer, sodass der Strombedarf minimiert wird. Der Begriff Anker ist funktionell als bewegbares Teil des Magneten beziehungsweise Aktuators zu verstehen. Vorzugsweise sind nur die Konturabschnitte aus ferromagnetischem Material gefertigt. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, dass der gesamte Anker aus ferromagnetischem Material gefertigt ist.
Zum Realisieren der unterschiedlich dimensionierten Luftspalte wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Anker einen Konturverlauf mit mehreren vorstehenden je nach erforderlichem Luftspalt dimensionierten Konturabschnitten umfasst. Somit werden konstruktiv einfach die erforderlichen Funktionen realisiert. Durch die Abmessung bzw. die Dicke des jeweiligen Luftspaltes wird eine resultierende Magnetkraft des Permanentmagneten auf den Konturabschnitt des Ankers beeinflusst.
Die Form der Ankerkontur beziehungsweise der verschiedenen Konturabschnitte kann grundsätzlich beliebig ausgeführt werden. Jedoch wird durch die Wahl der Form der Konturabschnitte auch die Funktionsweise beeinflusst, sodass beispielsweise Konturabschnitte mit einer Rechteckform, Trapezform oder auch einer Wellenform vorgesehen sein können. Durch eine Rechteckform beziehungsweise Trapezform wird ein abrupter beziehungsweise sehr exakter Übergang zwischen den einzelnen Schaltstellungen während der Wählbewegung realisiert. Eine Wellenform, zum Beispiel ein Sinusverlauf oder dergleichen, ermöglicht je nach Bedarf einen kontinuierlicheren Übergang. Somit wird durch die Wahl der Form der Konturabschnitte auch die haptische Rückmeldung für den Fahrer beeinflusst und dadurch optimierbar. Es ist auch möglich, dass der Aktuator aktiv genutzt wird, um bremsend zu wirken, wenn die automatische Rückstellfunktion in die Parkstellung bewirkt wird.
Um eine Sperrung der Parkstellung als Schaltstellung auch beim nicht bestromten Zustand sicherzustellen, wird der Parkstellung ein Konturabschnitt zugeordnet, der so dimensioniert ist beziehungsweise derart von dem Anker vorsteht, dass der dadurch gebildete erste Luftspalt zwischen dem Konturabschnitt und dem Permanentmagneten derart gering ist, dass die Bewegung des Ankers in der Parkstellung aufgrund der hohen resultierenden Magnetkraft des Permanentmagneten gesperrt ist.
Wenn eine Freigabe der Parkstellung gewünscht wird, ist lediglich eine kurze Bestromung der dem Permanentmagneten zugeordneten Spule erforderlich, um das Magnetfeld des Permanentmagneten zu schwächen, sodass die Bewegung des Ankers wieder freigegeben wird.
Bei den weiteren Schaltstellungen, in denen nur in vorbestimmten Fahrsituationen eine Sperrung gegebenenfalls erfolgen soll und ansonsten überwiegend eine Freigabe vorgesehen ist, wird dies dadurch erreicht, dass der zugeordnete Konturabschnitt weniger groß dimensioniert ist beziehungsweise weniger von dem Anker vorsteht, damit sich ein entsprechend großer zweiter Luftspalt zwischen dem Konturabschnitt und dem Permanentmagneten ergibt. Auf diese Weise wird die Wählbewegung des Ankers beziehungsweise des Wählhebels in diesen Schaltstellungen grundsätzlich freigegeben, wobei zum Sperren der Wählbewegung eine Bestromung der Spule und damit eine Stärkung des Magnetfeldes vorgenommen wird.
Unabhängig von der grundsätzlichen Funktionsweise des vorgeschlagenen Aktuators ist es möglich eine rotatorische Bewegung des Ankers vorzusehen, sodass beispielsweise ein den Aktuator aufweisender Wählhebel als Drehschalter ausgeführt werden kann. Bei dieser Art der Ausführung wird beispielsweise ein ringförmiger Anker bei dem Aktuator vorgesehen, der entsprechende Drehbewegungen ausführen kann. Der Permanentmagnet ist bei dieser Ausführung radial innen oder radial außen, je nachdem ob die Konturabschnitte des Ankers entlang des Innendurchmessers oder des Außendurchmessers angeordnet sind.
Eine andere Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass das Ankerelement translatorische Bewegungen, also zum Beispiel Linearbewegungen ausführt. Bei dieser Art der Ausführung wird ein schienenförmiger Anker vorgesehen, wobei der Permanentmagnet in Längsrichtung neben dem schienenförmigen Anker vorgesehen ist, wobei die Konturabschnitte an einer Seite des schienenförmigen Ankers angeordnet sind.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass ein Wählhebel mit dem vorbeschriebenen Aktuator beansprucht wird. Hierbei ergeben sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnung weiter erläutert. Die einzige Figur der Erfindung zeigt eine schematische Ansicht einer möglichen Ausführungsvariante eines Aktuators zum Betätigen eines Wählhebels zum Anwählen verschiedener Schaltstellungen bei einem Automatikgetriebe eines Fahrzeuges.
Die gewählte Darstellung zeigt stellvertretend einen erfindungsgemäßen Aktuator sowohl für einen rotatorisch sich bewegenden Wählhebel als Drehschalter oder auch für einen translatorisch bewegbaren Wählhebel, da die Darstellung bei einer rotatorischen Bewegung in die Ebene projiziert dargestellt ist.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Aktuator für einen Wählhebel eines Automatikgetriebes umfasst zumindest einen ortsfest angeordneten Permanentmagneten bzw. Dauermagneten 1 mit zumindest einer das Magnetfeld des Permanentmagneten 1 veränderbaren Spule 2 und einen bewegbaren Anker 3 mit mehreren jeweils einer Schaltstellung zugeordneten Konturabschnitten 4, 5, 6, 7 zum Anwählen der verschiedenen Schaltstellungen P, R, N, D. Diese Darstellung der Konturabschnitte 4, 5, 6, 7 mit den zugeordneten Schaltstellungen P, R, N, D ist lediglich beispielhaft und nicht abschließend. Der Anker 3 ist mit dem nicht weiter dargestellten Wählhebel verbunden. Zumindest die Konturabschnitte 4, 5, 6, 7 sind aus ferromagnetischem Material gefertigt.
Der erste Konturabschnitt 4 ist der Parkstellung P, der zweite Konturabschnitt 5 der Rückwärtsgangstellung R, der dritte Konturabschnitt 6 der Neutralstellung N und der vierte Konturabschnitt 7 dem Automatikmodus D zugeordnet. Die Konturabschnitte 4, 5, 6, 7 sind derart gestaltet, dass zwischen den jeweiligen Konturabschnitten 4, 5, 6, 7 des Ankers 3 und dem Permanentmagneten 1 unterschiedlich dimensionierte Luftspalte 8, 9 zum Sperren oder Freigeben von Schaltstellungen P, R, N, D beziehungsweise von der Wählbewegung vorgesehen sind.
Der Anker 3 des Aktuators umfasst einen Konturverlauf mit mehreren vorstehenden je nach erforderlichem Luftspalt 8, 9 dimensionierten Konturabschnitten 4, 5, 6, 7, wobei die Konturabschnitte 4, 5, 6, 7 bei der dargestellten Ausführungsvariante beispielhaft eine Rechteckform im Querschnitt beziehungsweise Längsschnitt aufweisen.
Der erste der Parkstellung P zugeordnete Konturabschnitt 4 ist derart dimensioniert, dass der gebildete erste Luftspalt 9 zwischen dem ersten Konturabschnitt 4 des Ankers 3 und dem Permanentmagneten 1 derart gering ist, dass die Bewegung des Ankers 3 in der Parkstellung P aufgrund der hohen resultierenden Magnetkraft des Permanentmagneten 1 gesperrt ist, indem ein Sperrmoment auf den Anker 3 wirkt.
Die Bewegungsrichtung des Ankers 3 beziehungsweise des mit dem Anker drehfest verbundenen Wählhebels ist in der Zeichnungsebene nach links und rechts orientiert. Die automatische mechanische Rückstellung des Ankers 3 beziehungsweise des Wählhebels in die Parkstellung P erfolgt durch eine nicht weiter dargestellte Rückstellfeder, wobei in der Figur die Wirkung der Rückstellkraft durch einen Pfeil gekennzeichnet ist.
Um eine Freigabe der Wählbewegung des Ankers 3 beziehungsweise des Wählhebels in der Parkstellung P zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass die Spule 2 zum Schwächen des Magnetfeldes des Permanentmagneten 1 kurzzeitig bestromt wird. Dadurch ist es möglich, den Anker 3 beziehungsweise den Wählhebel in andere Schaltstellungen R, N, D zu bewegen, da das wirkende Sperrmoment während der Bestromung aufgehoben wird. Somit wird das Verlassen der Parkstellung P über die Feldschwächung des Permanentmagneten 1 durch die Spule 2 realisiert.
Der zweite der Rückwärtsgangstellung R zugeordnete Konturabschnitt 5, der dritte der Neutralstellung N zugeordnete Konturabschnitt 6 und der vierte der Automatikmodusstellung D zugeordnete Konturabschnitt 7 sind derart dimensioniert, dass der jeweils gebildete zweite Luftspalt 8 zwischen dem jeweiligen Konturabschnitt 5, 6, 7 des Ankers 3 und dem Permanentmagneten 1 jeweils derart groß gewählt ist, dass die Bewegung des Ankers 3 beziehungsweise des Wählhebels in der Rückwärtsgangstellung R, in der Neutralstellung N und in der Automatikmodusstellung D freigegeben wird. Zum Sperren der Bewegung des Ankers 3 beziehungsweise des Wählhebels in der Rückwärtsgangstellung R, in der Neutralstellung N und in der Automatikmodusstellung D wird die Spule zum Erhöhen beziehungsweise Stärken des Magnetfeldes des Permanentmagneten 1 bestromt. Dadurch erfolgt eine Feldverstärkung durch die Spule 2 bei dem Permanentmagneten 1, sodass ein Sperrmoment beziehungsweise eine Sperrung der translatorischen oder rotatorischen Bewegung des Ankers 3 erreicht wird.
Der bezogen auf den ersten Luftspalt 9 größere zweite Luftspalt 8 in der Rückwärtsgangstellung R, in der Neutralstellung N und in der Automatikmodusstellung D zwischen den jeweils zugeordneten zweiten, dritten und vierten Konturabschnitten 5, 6, 7 des Ankers 3 und dem Permanentmagneten 1 ist derart gewählt, dass eine resultierende Magnetkraft eine Rastierung zum Abgrenzen der verschiedenen Schaltstellungen R, N, D voneinander beim Durchlaufen der Wählbewegung für den Fahrer signalisiert wird. Dadurch wird quasi ein Rastmoment beziehungsweise eine Rastbewegungskraft auf den Anker 3 und damit auf den Wählhebel übertragen, die von dem Fahrer als Hinweis des Verlassens einer Schaltstellung wahrgenommen wird.
Wie bereits beschrieben, wird die Bewegung des Ankers 3 mechanisch über eine Rückstellfeder vorgespannt, sodass eine automatische Rückstellung des Ankers 3 im nicht bestromten Zustand der Spule 2 in die Parkstellung P sichergestellt wird.
Bezugszeichenliste

1: Permanentmagnet
2: Spule
3: Anker
4: erster Konturabschnitt
5: zweiter Konturabschnitt
6: dritter Konturabschnitt
7: vierter Konturabschnitt
8: zweiter größerer Luftspalt
9: erster kleinerer Luftspalt
P: Parkstellung
R: Rückwärtsgangstellung
N: Neutralstellung
D: Automatikmodusstellung

Claims

Aktuator zum Sperren und Freigeben einer Wählbewegung eines Wählhebels zum Wählen verschiedener Schaltstellungen (P, R, N, D) bei einem Automatikgetriebe eines Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein ortsfest angeordneter Permanentmagnet (1) mit zumindest einer das Magnetfeld des Permanentmagneten (1) veränderbaren Spule (2) und ein bewegbarer Anker (3) mit mehreren jeweils einer Schaltstellung zugeordneten Konturabschnitten (4, 5, 6, 7) vorgesehen sind, wobei zumindest die Konturabschnitte (4, 5, 6, 7) aus ferromagnetischem Material sind und derart gestaltet sind, dass zwischen den jeweiligen Konturabschnitten (4, 5, 6, 7) des Ankers (3) und dem Permanentmagneten (1) unterschiedlich dimensionierte Luftspalte (8, 9) zum Sperren oder Freigeben von Schaltstellungen vorgesehen sind.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (3) einen Konturverlauf mit mehreren vorstehenden je nach erforderlichem Luftspalt (8, 9) dimensionierten Konturabschnitten (4, 5, 6, 7) umfasst.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturabschnitte (4, 5, 6, 7) eine Rechteckform, Trapezform oder eine Wellenform aufweisen.
Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster einer Parkstellung (P) als Schaltstellung zugeordneter Konturabschnitt (4) derart dimensioniert ist, dass der gebildete erste Luftspalt (9) zwischen dem ersten Konturabschnitt (4) des Ankers (3) und dem Permanentmagneten (1) derart gering ist, dass die Wählbewegung des Ankers (3) in der Parkstellung (P) aufgrund der resultierenden Magnetkraft des Permanentmagneten (1) gesperrt ist.
Aktuator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Freigeben der Wählbewegung des Ankers (3) in der Parkstellung (P) die Spule (2) zum Schwächen des Magnetfeldes des Permanentmagneten (1) kurzeitig bestrombar ist.
Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter einer Rückwärtsgangstellung (R) zugeordneter Konturabschnitt (5), ein dritter einer Neutralstellung (N) zugeordneter Konturabschnitt (6) und ein vierter einer Automatikmodusstellung (D) zugeordneter Konturabschnitt (7) jeweils derart dimensioniert sind, dass ein jeweils gebildeter zweiter Luftspalt (8) zwischen dem jeweiligen Konturabschnitt (4, 5, 6, 7) des Ankers (3) und dem Permanentmagneten (1) jeweils derart groß gewählt ist, dass die Wählbewegung des Ankers (3) in der Rückwärtsgangstellung (R), in der Neutralstellung (N) und in der Automatikmodusstellung (D) freigegeben ist und dass zum Sperren der Wählbewegung des Ankers (3) in der Rückwärtsgangstellung (R), in der Neutralstellung (N) und in der Automatikmodusstellung (D) die Spule (2) zum Erhöhen des Magnetfeldes des Permanentmagneten (1) bestrombar ist.
Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite größere Luftspalt (8) in der Rückwärtsgangstellung (R), in der Neutralstellung (N) und in der Automatikmodusstellung (D) zwischen den jeweils zugeordneten zweiten, dritten und vierten Konturabschnitten (5, 6, 7) des Ankers (3) und dem Permanentmagneten (1) derart dimensioniert ist, dass eine resultierende Magnetkraft eine Rastierung zum Abgrenzen der verschiedenen Schaltstellungen voneinander während der Wählbewegung für den Fahrer realisiert.
Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wählbewegung des Ankers (3) mechanisch derart vorgespannt ist, dass eine automatische Rückstellung des Ankers (3) im nicht bestromten Zustand der Spule (2) in die Parkstellung (P) sichergestellt ist.
Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine rotatorische Wählbewegung des Ankers (3) vorgesehen ist, wobei der Permanentmagnet (1) radial innen oder radial außen dem ringförmigen Anker (3) zugeordnet ist, je nachdem ob die Konturabschnitte (4, 5, 6, 7) des Ankers (3) entlang des Innendurchmessers oder des Außendurchmessers angeordnet sind.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine translatorische Wählbewegung des Ankers (3) vorgesehen ist, wobei der Permanentmagnet (1) in Längsrichtung neben dem schienenförmigen Anker (1) zugeordnet ist und wobei die Konturabschnitte (4, 5, 6, 7) an einer Seite des schienenförmigen Ankers (3) angeordnet sind.
Wählhebel eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeuges mit einem Aktuator nach einem der vorangehenden Ansprüche.