WO2010066527A1 - Sensorschalteinheit - Google Patents

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Publication number
WO2010066527A1
WO2010066527A1 PCT/EP2009/065024 EP2009065024W WO2010066527A1 WO 2010066527 A1 WO2010066527 A1 WO 2010066527A1 EP 2009065024 W EP2009065024 W EP 2009065024W WO 2010066527 A1 WO2010066527 A1 WO 2010066527A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
housing
sensor
switching unit
signal generator
unit according
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/065024
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Oberpertinger
Original Assignee
Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg filed Critical Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
Publication of WO2010066527A1 publication Critical patent/WO2010066527A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/06—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member for holding members in one or a limited number of definite positions only
    • G05G5/065—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member for holding members in one or a limited number of definite positions only using a spring-loaded ball
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/68—Inputs being a function of gearing status
    • F16H59/70—Inputs being a function of gearing status dependent on the ratio established
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H63/00—Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism
    • F16H63/02—Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms
    • F16H63/30—Constructional features of the final output mechanisms
    • F16H63/38—Detents

Definitions

  • the invention relates to a sensor switching unit for positional fixing and position determination of a movable actuating element, in particular a switching rod of a motor vehicle transmission.
  • the sensor switching unit is used to determine positions of at least one transmission component. It consists of a shift lock for locking gear shift positions, wherein the shift lock has a locking housing and a shift pin and the shift pin is mounted in a liftable manner in the lock housing and can be prestressed against the transmission component. Furthermore, the sensor switching unit has a sensor system with at least two sensor elements, a signal transmitter and a sensor, and optionally an evaluation unit and a housing with a receptacle in which the shift lock is held.
  • the switching pin on its front side on a guided locking element. It is preferably spherical in shape and engages in a process path associated with the transmission component.
  • shift detents which are also referred to as ball detents, find application in particular in motor vehicle transmissions, the detent elements of the shift detents engaging in corresponding recesses of the shift rods or detent recesses of the shift elements.
  • EP 1 152 174 A2 shows a switching unit with such a shift lock.
  • a shift lock is biased against a shaft, wherein the shift lock engages with its locking element in grooves which are introduced into the shaft.
  • the shift lock is comparatively solid and has a thread on the side over which it can be screwed to the transmission housing.
  • the object of the invention is therefore to provide an easy-to-install, as short as possible to build sensor switching unit, which provides a reliable signal even with shocks.
  • At least one first sensor element of the sensor switching unit is arranged in the housing and is in operative connection with the switching pin or with the shaft.
  • the at least one second, complementary sensor element is fixedly arranged on or in the housing, wherein the shift lock is held with its locking housing in the receptacle of the housing.
  • the first sensor element is secured by a securing element which can be produced separately from the housing and has a short construction.
  • a sensor switching unit according to the invention also builds shortly.
  • the first sensor element is designed as a signal transmitter and the second sensor element as a sensor.
  • the signal generator is not in constant mechanical contact with the switching pin or with the shaft arranged in the switching pin, but is spaced in at least one switching position of these by a gap. This ensures that a small deflection of the latching element on the process path does not lead to a change in position of the signal generator. High or low-frequency vibrations or other small deflections initially lead only to a change in the gap size, but not to a change in position of the signal generator. Consequently, the relative distance between the signal generator and the sensor remains constant, so that no signal change occurs. Only when a certain threshold is exceeded, the signal generator is acted upon directly or indirectly by the shift pin, so that a change in position and thus a detectable signal change takes place.
  • the locking housing and the housing of the sensor switching unit usually have to be manufactured and positioned very precisely relative to each other, so that the sensor and the signal generator assume defined positions relative to one another, and optionally have to be calibrated alternatively or additionally, this can be dispensed with according to the invention:
  • the scattering tolerances that always occur in mass production are mapped in a different gap width. For the digital Ie detection of a switched gear or the neutral position is irrelevant if the runway is shown on the switch in its entirety or only partially on the switch pin. In extreme cases, a short mechanical impulse reaches the signal transmitter.
  • the invention causes by the decoupling of signal generator and Wegbol- zen the solution of this conflict of goals.
  • the signal generator can be positioned in a switched gear position with a short distance to the sensor. This reduces the height of the sensor switching unit.
  • the width of the gap depends on the specific environment construction. It may be a gap in the strict sense, which is small in relation to the stroke movement of the shift pin, or at a distance that is so great in extreme cases that only in extreme positions on the Stanfordbahn the deflection of the shift pin is sufficient to the To actuate signal generator by this. A small gap further reduces the overall height, while a particularly large gap creates a particularly vibration-resistant arrangement. supply. In the optimal for most applications intermediate region is a particularly tolerant insensitive arrangement is given.
  • the invention allows a simple Eichen chen the sensor already during assembly.
  • the shift lock is manufactured separately from the housing and with this positive and / or non-positively connectable.
  • a complex Zufaren different housing and Wegarretierungen can be omitted, since it does not depend on a relative size of the signal from the signal generator to detect a switching operation, but can be concluded solely from the presence of a signal change to a switching operation.
  • As a result can be used on simple and therefore inexpensive sensor components as well as a simple evaluation.
  • the securing element is manufactured separately from the housing and is preferably designed ring-shaped or cup-shaped with a central opening for the switching pin or the shaft.
  • a Heidelbergarret ist with such a fuse element is particularly space-saving. It does not extend the axial required total space or not essential, since the signal generator or a signal generator encapsulating capsule are supported directly on the fuse element. Its thickness, however, must be greater than the distance of the locking housing from the housing.
  • the securing element is pot-shaped with a circular central opening, so that the bottom of the pot is formed by a circumferential rim.
  • the signal transmitter can be supported while it can be acted upon by the central opening.
  • the walls of the pot can be supported laterally by the signal generator in the housing. The space is thereby shortened once again.
  • the securing element can be supported laterally or radially adjacent to the signal generator on the housing. It can be held both positive and non-positive and provides a captive for the signal generator in not yet installed with the locking housing.
  • the fuse element is snapped or crimped on the housing.
  • the securing element is preferably formed from non-ferromagnetic material. In principle, however, it may also be a steel safety element, since the magnet in its basic position is already arranged very close to the Hall sensor, so that the distortions are small.
  • the signal transmitter emits permanent or temporary signals of constant or alternating sequence, which are suitable to be detected by one or more sensors arranged to the signal transmitter or to the signal source as second sensor elements.
  • the signal transmitter emits, for example, light signals, sound waves or magnetic pulses.
  • Examples of permanent transducers are permanent magnets, e.g. with alternating or opposite polarization.
  • the signal transmission from the signal transmitter to the sensor is contactless.
  • the switching pin is resiliently biased against a runway.
  • the process path is described by position data of selector and switch positions and by position data of the contour of the process path between these selector and switch positions.
  • the contour of the runway has gradients, gradients, depressions, peaks, plateaus, etc., which can be described by the position data.
  • Specific positions of the transmission component are assigned to characteristic position data. Concrete positions are, for example, the neutral positions "normal” and possibly further neutral positions for mapping reference values and the positions of the forward gears or the reverse gear Individual individual shift positions generally each have the same repeatable characteristic position data, alternatively changing position data as well.
  • the sensors are set to at least one reference value.
  • This reference value is a "zero position" in which the signal transmitter on the control pin is in a defined position with respect to the sensor, providing a reference value for the measurement of the position data, for example the neutral position or a position between two adjacent gears. a reference position of the pulse generator is assigned to the sensor.
  • the switching pin moves along this path away from this reference position, it will move away from it by certain strokes due to differences in height from the reference value, or eventually approach it again by certain strokes.
  • the signal generator coupled to the switching pin in certain switching positions will thus assume positions deviating from the reference position relative to the sensors.
  • Each of the selection or switching position of the transmission component is assigned a certain longitudinal stroke of the shift pin.
  • the signal corresponding to the stroke is optionally converted by utilizing the known switching history with the sensor and evaluation in an information about the position of the transmission component.
  • the signal is forwarded, for example, to the on-board electronics for controlling operating and driving conditions or displayed in a display as a selector or gear position.
  • the shift pin is mounted longitudinally movable in the locking housing. At least one spring element is supported in the same longitudinal direction in or in another locking housing and, at least during operation of the scanning device, biases the bolt against the travel path.
  • the shift pin for example, is hollow inside and carries a part of the spring element formed in this case as a compression spring.
  • the drain bolt is made of solid material and is partially surrounded by a spiral spring, for example.
  • the tip of the switch pin is rounded for contact with the runway or provided with a ball.
  • the ball which is rotatably received in a dome around its own center, is optionally ball-bearing in the dome.
  • the shift pin is optionally mounted in the lock housing sliding or roller bearings.
  • One or more springs are coil springs and / or disc springs per sensor switching unit.
  • the shift pin is axially displaceably arranged in an embodiment of the invention on the inner surfaces of the shift lock, and a compression spring is supported on the shift pin and the lock housing.
  • the switching force of the shift lock is determined in particular by the force of the compression spring, which is inserted between the shift pin and the lock housing.
  • a preferably spherical detent element engages in a recess of the actuating element and is guided on the end face of the switching pin.
  • the bottom of the locking housing has a recess through which a shaft-like carrier is guided.
  • the shaft is partially arranged in the Arretiergephase and runs there parallel within the compression spring and is supported on the end side of the shift pin.
  • the sensor system can consist of one or more first sensor elements, that is, signal transmitters, and one or more second sensor elements, sensors.
  • an external interface and optionally evaluation electronics are integrated into the sensor system.
  • the housing optionally accommodates further evaluation electronics, power supply, connecting lines and plug-in elements.
  • the housing and the lock housing are connected together.
  • One or both of the components may also be provided with sealing elements.
  • the shift lock has in one embodiment a closed locking housing, so that on the one hand no individual components can be lost or misaligned. This simplifies handling, transport and assembly. On the other hand, the Heidelbergarret ist is well protected against the ingress of contaminants.
  • the locking housing of a variant of the invention is formed of sheet metal and has at least three sections. The first portion is cylindrical, and in its interior, the shift pin is arranged. Preferably, the first portion at its end a bead, so that the shift pin is secured against loss.
  • the second section, which adjoins directly to the first section, is designed as a doubling. The doubling has a larger radius than the hollow cylinder of the first section.
  • the doubling is designed so that the Heidelbergarret ist by means of a tool that exerts compressive or tensile forces in the axial direction of the doubling, can be pressed.
  • the third section adjoins directly to the second section and is in turn formed as a hollow cylinder or slightly conical.
  • the shaft is guided in it.
  • the section forms a circular bottom which has a recess for the shaft in its center.
  • a sleeve is arranged in the receptacle of the housing.
  • the shift lock is positively connected via the sleeve to the housing, which is preferably also made of plastic. It has been found to be particularly suitable to form the sleeve of sheet metal or of a stretchable plastic.
  • Figure 2 is an enlarged view of the circled area
  • FIG. 1 A first figure.
  • FIG. 3 shows the securing element according to FIG. 2. Detailed description of the drawings
  • a sensor switching unit 1 is shown in full section.
  • the shift control unit 1 consists of a shift lock 25 and a housing 19.
  • the shift lock has a shift pin 2 made of metal with a cap 4 and a support 3 formed as a shaft.
  • a ball 5 is arranged on the switching pin 2, which is roller-mounted in the calotte 4 by means of further rolling balls 6.
  • the ball 5 can be prestressed against a drainage track 18.
  • the housing 19 is pressed with the locking housing 8. A separate seal can therefore be omitted.
  • the shift pin 2 is mounted by means of a rolling bearing 7 in a locking housing 8 made of metal liftable and guided.
  • the switching pin 2 is provided with a blind hole-like bore 9, which need not necessarily be circular in cross-section, provided in which a spring 10 is received in the form of a helical spring. Through the hole 9 in the shift pin 2 a shortening of the assembly and thus a space-saving arrangement is achieved.
  • the spring 10 is prestressed and is supported on the switching pin 2 and on the arrester housing 8.
  • the shaft 3 is guided within the spring 10, wherein the spring 10 is supported on the one hand in the bore 9 of the shift pin 2 and on the other hand on the bottom 22 of the locking housing 8.
  • the bottom 22 of the locking housing 8 has a circular recess 23 in this case, through which the shaft 3 protrudes into a receptacle 24, so that it is slidably supported by the locking housing 8 and is guided.
  • End 3, the shaft can act by axial displacement on an annular permanent magnet as a signal generator 16.
  • the receptacle 24 is formed substantially circular cylindrical and has approximately in its center an annular shoulder 31.
  • the shoulder 31 holds on the one hand a sleeve 26 and may be formed longer than necessary to realize different Einpresstiefen.
  • the sleeve 26 is at the of the Wegarret ist 25 opposite end provided with a peripheral board 32 which securely fixes the sleeve in the housing, and instead of the board 32 can also occur several lobes.
  • the locking housing 8 is divided into three sections 11, 12, 13, wherein the first and third sections 13, 11 are cylindrical.
  • the second portion 12 is formed as a doubling 14.
  • the sensor system consists at least of a signal transmitter 16 and a signal receiver designated as a sensor 17.
  • the sensor system has electronic components which are not further described and which form evaluation electronics.
  • the transmitter can be mounted or encapsulated in the housing 19, in which the sensor is arranged.
  • the housing 19 is made of plastic or metal.
  • the sensor also has an interface to the vehicle in the form of a plug-in contact 20 with a pressure pin 21.
  • the sensor is designed as non-contact sensor technology.
  • the sensor 17 is a Hall sensor, and the signal generator 16 is a permanent magnet, wherein both the sensor 17 and the signal generator 16 could be partially or completely encapsulated. The signal generation thus proceeds without contact.
  • the signal generator 16 is arranged in a blind hole 29 of the housing 19 and biased by a spring element 34 against the securing element 35. There is a gap 33 between the securing element 35 and the shaft 3. In the case of a longitudinal displacement of the shaft 3, the gap width initially decreases; the signal transmitter 16 is only acted upon in the event of a further longitudinal displacement.
  • the securing element 35 is U-shaped in cross-section and is circular, so that it has cylinder walls 37 and an inner rim 36 which delimits a central opening 39.
  • the central opening 39 corresponds in diameter to something the diameter of the shaft 3, while the inner diameter of the securing element 35 with the inner board 36 corresponds to the diameter of the signal generator 16, which are supported on the board 36 can.
  • the end of the locking housing 8 borders.
  • the cylinder walls 37 are provided with chamfers 38 on the end.
  • the housing 19 has for fixing the securing element 35 recesses 40 for the securing element 35.
  • the securing element 35 is held in the radial direction by pressing the securing element 35 formed as a metallic ring in a plastic housing 19.
  • Both the housing 19 and the shift lock 25 can be produced and transported separately from each other, without the possibility of contaminating essential components.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorschalteinheit (1) zur Bestimmung von Stellungen wenigstens eines Getriebebauteils, bestehend aus einer Schaltarretierung (25) mit einem Arretiergehäuse (8), einem Schaltbolzen (2), der hubbeweglich in dem Arretiergehäuse (8) gelagert ist und der gegen eine dem Getriebebauteil zugeordnete Ablaufbahn vorspannbar ist, einem von der Schaltarretierung (25) separat herstellbarem Gehäuse (19) mit einer Aufnahme (24), in der die Schaltarretierung (25) angeordnet ist und einer Sensorik (15) mit einem bezüglich des Gehäuses (19) fest angeordneten Sensor (17) und einem Signalgeber (16), der im oder am Gehäuse (19) hubbeweglich angeordnet und durch den Schaltbolzen (2) oder durch einen mit dem Schaltbolzen (2) in Wirkverbindung stehenden Schaft (3) verschiebbar ist, wobei der maximale Hub des Signalgebers (16) durch ein Sicherungselement (35) begrenzt ist, so dass der Signalgeber (16) und der Schaltbolzen (2) bzw. der Schaft (3) in zumindest einer Schaltstellung mechanisch voneinander entkoppelt sind.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Sensorschalteinheit
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Sensorschalteinheit zur Lagefixierung und Positionsbestimmung eines beweglichen Stellelements, insbesondere einer Schaltstange eines Kraftfahrzeuggetriebes.
Hintergrund der Erfindung
Die Sensorschalteinheit dient zur Bestimmung von Stellungen wenigstens eines Getriebebauteils. Sie besteht aus einer Schaltarretierung zum Arretieren von Getriebeschaltpositionen, wobei die Schaltarretierung ein Arretiergehäuse und einen Schaltbolzen aufweist und der Schaltbolzen hubbeweglich in dem Arretiergehäuse gelagert und gegen das Getriebebauteil vorspannbar ist. Ferner weist die Sensorschalteinheit eine Sensorik mit zumindest zwei Sensorike- lementen, einem Signalgeber und einem Sensor, sowie optional eine Auswerteeinheit und ein Gehäuse mit einer Aufnahme auf, in der die Schaltarretierung gehaltert ist.
Bei vielen derartigen Sensorschalteinheiten weist der Schaltbolzen an seiner Stirnseite ein geführtes Rastelement auf. Es ist vorzugsweise kugelförmig ausgebildet und greift in eine dem Getriebebauteil zugeordnete Ablaufbahn ein. Derartige Schaltarretierungen, die auch als Kugelrasten bezeichnet werden, finden insbesondere in Kraftfahrzeuggetrieben Anwendung, wobei die Rastelemente der Schaltarretierungen in entsprechende Ausnehmungen der Schaltstangen oder Rastausnehmungen der Schaltelemente eingreifen. EP 1 152 174 A2 zeigt eine Schalteinheit mit einer derartigen Schaltarretierung. Eine Schaltarretierung ist gegen eine Welle vorgespannt, wobei die Schaltarretierung mit ihrem Rastelement in Nuten eingreift, die in die Welle eingebracht sind. Die Schaltarretierung ist vergleichsweise massiv und weist seitlich ein Gewinde auf, über das sie mit dem Getriebegehäuse verschraubt werden kann. In ihrem Inneren trägt sie einen Schaft, an dessen Ende ein Magnet angeordnet ist. Der Magnet wechselwirkt als Signalgeber mit im Gehäuse angeordneten Sensoren. Nachteilig an dieser Schalteinheit ist, dass selbst kleinste Bewegungen des Schafts, die beispielsweise durch Erschütte- rungen im Fahrbetrieb oder durch Handauflegen des Fahrers auf den Gangschalthebel ausgelöst werden, zu einer Signaländerung am Sensor führen und somit fehlerhaft Schaltvorgänge detektiert werden. Außerdem erfordert eine derartige Schalteinheit eine sehr genaue Positionierung des den Sensor tragenden Gehäuses und der Schaltarretierung mit dem Magneten. Schließlich baut sie relativ hoch.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine einfach zu montierende, möglichst kurz bauende Sensorschalteinheit zu schaffen, welche auch bei Erschütterungen ein verlässliches Signal liefert.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß Anspruch 1 gelöst. Zumindest ein erstes Sensorikelement der Sensorschalteinheit ist im Gehäuse angeordnet und steht mit dem Schaltbolzen bzw. mit dem Schaft in Wirkverbindung. Das mindestens eine zweite, komplementäre Sensorikelement ist fest an oder in dem Gehäuse angeordnet, wobei die Schaltarretierung mit ihrem Arretiergehäuse in der Aufnahme des Gehäuses gehalten ist. Das erste Sensorikelement ist durch ein separat von dem Gehäuse herstellbares und kurz bauendes Si- cherungselement gesichert. Der Erfindung ermöglicht somit eine einfache Montage, da zunächst der Signalgeber im Gehäuse positioniert werden kann und dann mittels des Sicherungselements verliersicher gehalten wird. Dadurch lassen sich das Gehäuse und das Arretiergehäuse bis zur Endmontage separat lagern und fertigen, ohne dass Teile verloren gehen können. Weiterhin ist ein einfacher Zusammenbau des ersten Sensohkelements mit dem Gehäuse möglich.
Dadurch dass alle Bauteile sowohl im Gehäuse als auch im Arretiergehäuse verliersicher angeordnet sind, ist bei der Endmontage keine aufwändige Handhabung von Kleinteilen erforderlich. Eine erfindungsgemäße Sensorschalteinheit baut zudem kurz.
Für alle nachfolgend aufgeführten Ausführungsbeispiele wird angenommen, dass das erste Sensorikelement als ein Signalgeber und das zweite Sensorike- lement als ein Sensor ausgebildet sind. Der Signalgeber steht nicht im ständigen, mechanischen Kontakt mit dem Schaltbolzen bzw. mit dem im Schaltbolzen angeordneten Schaft, sondern ist in zumindest einer Schaltstellung von diesen durch einen Spalt beabstandet. Dadurch wird erreicht, dass eine kleine Auslenkung des Rastelements auf der Ablaufbahn nicht zu einer Positionsänderung des Signalgebers führt. Hoch- oder niederfrequente Erschütterungen oder andere kleine Auslenkungen führen zunächst nur zu einer Änderung der Spaltgröße, nicht aber zu einer Lageänderung des Signalgebers. Folglich bleibt der relative Abstand zwischen dem Signalgeber und dem Sensor konstant, so dass keine Signaländerung auftritt. Erst wenn ein gewisser Schwellwert überschritten wird, wird der Signalgeber durch den Schaltbolzen unmittelbar oder mittelbar beaufschlagt, so dass eine Positionsänderung und damit auch eine detektierbare Signaländerung erfolgt.
Dieser Effekt ermöglicht eine weitere Kostenreduzierung bei der Montage. Während bei Sensorarretierungen des Standes der Technik üblicherweise das Arretiergehäuse und das Gehäuse der Sensorschalteinheit separat hergestellt und sehr exakt zueinander positioniert werden müssen, damit der Sensor und der Signalgeber definierte Positionen zueinander einnehmen, und gegebenenfalls alternativ oder zusätzlich geeicht werden müssen, kann dies erfindungsgemäß entfallen: Die bei der Massenproduktion stets auftretenden Streutoleranzen werden in einer unterschiedlichen Spaltbreite abgebildet. Für die digita- Ie Erkennung eines geschalteten Ganges oder der Neutralstellung ist nicht von Belang, ob die Ablaufbahn über den Schaltbolzen auf den Signalgeber in ihrer Gesamtheit oder nur teilweise abgebildet wird. Im Extremfall reicht ein kurzer mechanischer Impuls auf den Signalgeber.
Bei vielen Sensoren, beispielsweise bei Magneten, nimmt die Empfindlichkeit mindestens quadratisch mit dem Abstand zum Signalgeber ab. Daher ist man bemüht, den Sensor möglichst nahe am Signalgeber zu positionieren. Bei Sensorschalteinheiten im Stand der Technik, bei denen der Signalgeber fest mit dem Schaltbolzen verbunden ist, führen bereits kleine Erschütterungen zu einer Axialbewegung des Signalgebers. Dies hat allerdings zum Nachteil, dass gerade die kleinen Erschütterungen aufgrund der Nichtlinearität der Sensorik relativ große Ausschläge verursachen, so dass besonders leicht Fehldetektio- nen auftreten können. Vergrößert man den Abstand Signalgeber-Sensor in der geschalteten Gangstellung hingegen, sind für eine sichere Detektion eines Gangwechsels große Hübe erforderlich. Dies erfordert eine relativ große axiale Bauhöhe der Sensorschalteinheit.
Die Erfindung bewirkt durch die Entkopplung von Signalgeber und Schaltbol- zen die Lösung dieses Zielkonflikts. Dadurch dass die kleinen Erschütterungen keine Signale hervorrufen und somit für eine sichere Detektierung eines Gangwechsels nur kurze Hübe erforderlich sind, kann der Signalgeber in einer geschalteten Gangstellung mit kurzem Abstand zum Sensor positioniert sein. Damit wird Bauhöhe der Sensorschalteinheit reduziert.
Die Breite des Spalts ist von der konkreten Umgebungskonstruktion abhängig. Es kann sich um einen Spalt im engeren Sinne handeln, der im Verhältnis zur Hubbewegung des Schaltbolzens klein ist, oder aber um einen Abstand, der im Extremfall so groß ist, dass nur bei Extremalstellungen auf der Ablaufbahn die Auslenkung des Schaltbolzens ausreichend ist, um den Signalgeber durch diesen zu betätigen. Ein kleiner Spalt reduziert die Bauhöhe weiter, während ein besonders großer Spalt eine besonders erschütterungsunempfindliche Anord- nung liefert. In dem für die meisten Anwendungsfälle optimalen Zwischenbereich ist eine besonders toleranzunempfindliche Anordnung gegeben.
Gerade für den letztgenannten Fall ermöglicht die Erfindung ein einfaches Ei- chen der Sensorik bereits während der Montage. Die Schaltarretierung ist separat vom Gehäuse hergestellt und mit diesem form- und/oder kraftschlüssig verbindbar. Ein aufwändiges Zupaaren verschiedener Gehäuse und Schaltarretierungen kann entfallen, da es nicht auf eine relative Größe des Signals vom Signalgeber ankommt, um einen Schaltvorgang zu detektieren, sondern allein aus dem Vorhandensein einer Signaländerung auf einen Schaltvorgang geschlossen werden kann. Infolgedessen kann auf einfache und damit preisgünstige Sensorikkomponenten als auch auf eine einfache Auswerteelektronik zurückgegriffen werden.
Das Sicherungselement ist separat vom Gehäuse hergestellt und ist bevorzugt ring- oder topfförmig mit einer Zentralöffnung für den Schaltbolzen bzw. den Schaft ausgebildet. Eine Schaltarretierung mit einem derartigen Sicherungselement baut besonders raumsparend. Es verlängert den axial erforderlichen Gesamtbauraum nicht oder nicht wesentlich, da der Signalgeber oder eine den Signalgeber aufnehmende Kapsel sich direkt am Sicherungselement abstützen. Seine Dicke muss allerdings größer sein als der Abstand des Arretiergehäuses von dem Gehäuse.
In einer Weiterbildung ist das Sicherungselement topfförmig mit einer kreisför- migen Zentralöffnung, so dass der Topfboden durch einen umlaufenden Bord gebildet wird. Am Bord kann sich der Signalgeber abstützen, während er durch die Zentralöffnung beaufschlagt werden kann. Ferner können die Wände des Topfes sich seitlich vom Signalgeber im Gehäuse abstützen. Der Bauraum wird dadurch noch einmal verkürzt.
Das Sicherungselement kann sich seitlich oder auch radial benachbart zum Signalgeber am Gehäuse abstützen. Es kann sowohl form- als auch kraftschlüssig gehalten sein und stellt eine Verliersicherung für den Signalgeber im noch nicht mit dem Arretiergehäuse verbauten Zustand dar. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Sicherungselement am Gehäuse verschnappt oder verpresst.
Ist der Signalgeber ein Magnet, so ist das Sicherungselement bevorzugt aus nicht-ferromagnetischem Material ausgebildet. Prinzipiell kann es sich aber auch um ein Stahlsicherungselement handeln, da der Magnet in seiner Grundstellung bereits sehr nahe am Hall-Sensor angeordnet ist, so dass die Verfälschungen klein sind.
Der Signalgeber gibt permanent oder temporär Signale konstanter oder wechselnder Folge ab, die geeignet sind durch einen oder mehrere zum Signalgeber bzw. zur Signalquelle angeordneten Sensoren als zweite Sensorikelemente erfasst zu werden. Der Signalgeber gibt zum Beispiel Lichtsignale, Schallwel- len oder magnetische Impulse ab. Beispiele für permanente Signalgeber sind Dauermagneten, z.B. mit einander abwechselnder oder entgegen gerichteter Polarisation. Die Signalübertragung vom Signalgeber zum Sensor erfolgt berührungslos.
Der Schaltbolzen ist federnd gegen eine Ablaufbahn vorgespannt. Die Ablaufbahn ist durch Positionsdaten von Wähl- und Schaltstellungen und durch Positionsdaten der Kontur der Ablaufbahn zwischen diesen Wähl- und Schaltstellungen beschrieben. Die Kontur der Ablaufbahn weist Gefälle, Steigungen, Vertiefungen, Peaks, Plateaus usw. auf, die sich durch die Positionsdaten be- schreiben lassen. Konkreten Stellungen des Getriebebauteils sind charakteristische Positionsdaten zugeordnet. Konkrete Stellungen sind zum Beispiel die Neutralstellungen „normal" und eventuell weitere Neutralstellungen zur Abbildung von Referenzwerten sowie die Stellungen der Vorwärtsgänge oder des Rückwärtsgangs. Einzelne konkrete Schaltstellungen weisen in der Regel je- weils die gleichen wiederholbaren charakteristischen Positionsdaten, alternativ auch wechselnde Positionsdaten, auf. Die Sensorik ist auf mindestens einen Referenzwert eingestellt. Dieser Referenzwert ist eine „Nullstellung", in der der Signalgeber an dem Schaltbolzen in einer definierten Stellung zum Sensor steht. Diese Stellung liefert einen Referenzwert für die Messung der Positionsdaten. Die Referenzstellung ist bei- spielsweise die Neutralstellung oder eine Stellung zwischen zwei benachbarten Gängen, der eine Referenzlage des Impulsgebers zum Sensor zugeordnet ist.
Wenn der Schaltbolzen von dieser Referenzposition weg auf der Ablaufbahn entlang fährt, wird er sich dieser aufgrund der Höhenunterschiede vom Refe- renzwert um bestimmte Hübe entfernen oder sich schließlich diesem um bestimmte Hübe wieder nähern. Die mit dem Schaltbolzen in bestimmten Schaltstellungen gekoppelten Signalgeber werden somit von der Referenzlage abweichende Positionen zu den Sensoren einnehmen.
Jeder der Wähl- oder Schaltstellung des Getriebebauteils ist ein bestimmter Längshub des Schaltbolzens zugeordnet. Das dem Hub entsprechende Signal wird gegebenenfalls unter Ausnutzung der bekannten Schalthistorie mit der Sensorik und Auswerteelektronik in eine Information über die Stellung des Getriebebauteils umgewandelt. Das Signal wird beispielsweise an die Bordelekt- ronik zur Regelung von Betriebs- und Fahrzuständen weitergeleitet oder in einem Display als Wähl- bzw. Gangstellung angezeigt.
Der Schaltbolzen ist längsbeweglich in dem Arretiergehäuse gelagert. Wenigstens ein Federelement ist in die gleiche Längsrichtung in dem oder in einem weiteren Arretiergehäuse abgestützt und spannt zumindest bei Betrieb der Abtasteinrichtung den Bolzen gegen die Ablaufbahn. Der Schaltbolzen ist beispielsweise innen hohl und führt einen Teil der in diesem Fall als Druckfeder ausgebildeten Federelements. Alternativ ist der Ablaufbolzen aus Vollmaterial und wird außen zum Beispiel durch eine Spiralfeder teilweise umgriffen. Die Spitze des Schaltbolzens ist für den Kontakt mit der Ablaufbahn verrundet oder mit einer Kugel versehen. Die in einer Kalotte ums eigene Zentrum rotierbar aufgenommene Kugel ist wahlweise in der Kalotte kugelgelagert. Der Schaltbolzen ist wahlweise in dem Arretiergehäuse gleit- oder wälzgelagert. Eine oder mehrere Federn sind Schraubenfedern und/oder Tellerfedern pro Sensorschalteinheit. Mit der Erfindung ist eine Einrichtung zu Mehrbereichsmessung von Schalt- und Wählstellungen geschaffen, die sich einfach, robust und kostengünstig herstellen lässt. Der Schaltbolzen ist in einer Ausgestaltung der Erfindung an den Innenflächen der Schaltarretierung axial verschieblich angeordnet, und eine Druckfeder stützt sich am Schaltbolzen und am Arretiergehäuse ab. Die Schaltkraft der Schaltarretierung wird insbesondere durch die Kraft der Druckfeder bestimmt, die zwischen dem Schaltbolzen und dem Arretiergehäuse eingesetzt ist. Ein vorzugsweise kugelförmiges Rastelement greift in eine Ausnehmung des Stellelements ein und ist an der Stirnseite des Schaltbolzens geführt. Der Boden des Arretiergehäuses weist eine Ausnehmung auf, durch welche ein schaftartiger Träger geführt ist. Der Schaft ist teilweise im Arretiergehäuse angeordnet und verläuft dort parallel innerhalb der Druckfeder und stützt sich endseitig am Schaltbolzen ab.
Die Sensorik kann aus einem oder mehreren ersten Sensorelementen, also Signalgebern, und einem oder mehren zweiten Sensorelementen, Sensoren, bestehen. Optional ist in die Sensorik eine Außenschnittstelle und wahlweise eine Auswerteelektronik integriert. Das Gehäuse nimmt wahlweise weitere Auswerteelektronik, Energieversorgung, Verbindungsleitungen und Steckelemente auf.
Das Gehäuse und das Arretiergehäuse sind miteinander verbunden. Eines der Bauteile oder beide können auch mit Dichtelementen versehen sein.
Die Schaltarretierung besitzt in einer Ausführungsform ein geschlossenes Arretiergehäuse, so dass zum einen keine einzelnen Bauteile verloren oder dejustiert werden können. Dies vereinfacht die Handhabung, den Transport und die Montage. Zum anderen ist die Schaltarretierung dadurch gut gegen das Eindringen von Verunreinigungen geschützt. Das Arretiergehäuse einer Variante der Erfindung ist aus Blech ausgebildet und weist zumindest drei Abschnitte auf. Der erste Abschnitt ist zylindrisch ausgebildet, und in seinem Inneren ist der Schaltbolzen angeordnet. Vorzugsweise weist der erste Abschnitt an seinem Ende eine Umbördelung auf, so dass der Schaltbolzen verliergesichert ist. Der zweite Abschnitt, der sich unmittelbar an den ersten Abschnitt anschließt, ist als Dopplung ausgebildet. Die Dopplung besitzt einen größeren Radius als der Hohlzylinder des ersten Abschnitts. Die Dopplung ist dabei so ausgebildet, dass die Schaltarretierung mittels eines Werkzeugs, das in Axialrichtung auf die Dopplung Druck- oder Zugkräfte ausübt, verpressbar ist. Der dritte Abschnitt schließt sich unmittelbar an den zweiten Abschnitt an und ist wiederum hohlzylindrisch oder leicht konisch ausgebildet. In ihm ist der Schaft geführt. Endseitig bildet der Abschnitt einen kreisförmigen Boden, der in seiner Mitte eine Ausnehmung für den Schaft aufweist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in der Aufnahme des Gehäuses eine Hülse angeordnet. Im verbauten Zustand ist die Schaltarretierung formschlüssig über die Hülse mit dem Gehäuse, das vorzugsweise ebenfalls aus Kunststoff ausgebildet ist, verbunden. Es hat sich als besonders geeignet herausgestellt, die Hülse aus Blech auszubilden oder aus einem dehnbaren Kunststoff.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Sensorschalteinheit im Längsschnitt,
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des umkreisten Bereichs aus
Figur 1 ,
Figur 3 das Sicherungselement gemäß Figur 2. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Sensorschalteinheit 1 im Vollschnitt abgebildet. Die Sensor- schalteinheit 1 besteht aus einer Schaltarretierung 25 und einem Gehäuse 19. Die Schaltarretierung weist einen Schaltbolzen 2 aus Metall mit einer Kalotte 4 und einen als Schaft 3 ausgebildeten Träger auf. Endseitig nach außen weisend ist am Schaltbolzen 2 eine Kugel 5 angeordnet, die mittels weiterer Wälzkugeln 6 in der Kalotte 4 wälzgelagert ist. Die Kugel 5 ist gegen eine Ablauf- bahn 18 vorspannbar. Das Gehäuse 19 ist mit dem Arretiergehäuse 8 ver- presst. Eine separate Dichtung kann daher entfallen.
Der Schaltbolzen 2 ist mittels eines Wälzlagers 7 in einem Arretiergehäuse 8 aus Metall hubbeweglich gelagert und geführt. Der Schaltbolzen 2 ist mit einer sacklochartigen Bohrung 9, die nicht notwendigerweise kreisförmig im Querschnitt zu sein braucht, versehen, in dem eine Feder 10 in Form einer Schraubenfeder aufgenommen ist. Durch die Bohrung 9 im Schaltbolzen 2 wird eine Verkürzung der Baueinheit und somit eine Raum sparende Anordnung erreicht. Die Feder 10 ist vorgespannt und stützt sich am Schaltbolzen 2 und am Arre- tiergehäuse 8 ab.
Der Schaft 3 ist innerhalb der Feder 10 geführt, wobei die Feder 10 sich einerseits in der Bohrung 9 des Schaltbolzens 2 und andererseits an dem Boden 22 des Arretiergehäuses 8 abstützt. Der Boden 22 des Arretiergehäuses 8 weist eine in diesem Fall kreisförmige Ausnehmung 23 auf, durch die der Schaft 3 in eine Aufnahme 24 ragt, so dass er durch das Arretiergehäuse 8 gleitgelagert ist bzw. geführt wird. Endseitig kann der Schaft 3 durch Axialverschiebung auf einen ringförmigen Permanentmagneten als Signalgeber 16 einwirken.
Die Aufnahme 24 ist im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet und weist etwa in ihrer Mitte einen ringförmigen Absatz 31 auf. Der Absatz 31 hält einerseits eine Hülse 26 und kann länger als erforderlich ausgebildet sein, um unterschiedliche Einpresstiefen zu realisieren. Die Hülse 26 ist an dem von der Schaltarretierung 25 abgewandten Ende mit einem umlaufenden Bord 32 versehen, der die Hülse sicher in dem Gehäuse fixiert, wobei anstatt des Bordes 32 auch mehrere Lappen treten können.
Das Arretiergehäuse 8 ist in drei Abschnitte 11 , 12, 13 unterteilt, wobei der erste und der dritte Abschnitt 13, 11 zylindrisch ausgebildet sind. Der zweite Abschnitt 12 ist als Dopplung 14 ausgebildet.
Die Sensorik besteht zumindest aus einem Signalgeber 16 und einem als Sen- sor 17 bezeichneten Signalempfänger. Optional weist die Sensorik nicht weiter beschriebene elektronische Bauelemente auf, welche eine Auswerteelektronik bilden. Die Auswerteelektronik kann dabei in dem Gehäuse 19, in dem auch der Sensor angeordnet ist, montiert oder vergossen sein. Das Gehäuse 19 ist aus Kunststoff oder aus Metall. Die Sensorik weist weiterhin eine Schnittstelle zum Fahrzeug in Form eines Steckkontakts 20 mit einem Druckstift 21 auf. Die Sensorik ist als berührungslose Sensorik ausgeführt. Der Sensor 17 ist ein Hall-Sensor, und der Signalgeber 16 ist ein Permanentmagnet, wobei sowohl der Sensor 17 als auch der Signalgeber 16 teilweise oder vollständig gekapselt sein könnten. Die Signalerzeugung verläuft somit berührungslos.
Der Signalgeber 16 ist in einem Sackloch 29 des Gehäuses 19 angeordnet und durch ein Federelement 34 gegen das Sicherungselement 35 vorgespannt. Zwischen dem Sicherungselement 35 und dem Schaft 3 befindet sich ein Spalt 33. Bei einer Längsverschiebung des Schaftes 3 vermindert sich zunächst die Spaltbreite, erst bei weiterer Längsverschiebung wird der Signalgeber 16 beaufschlagt.
Das Sicherungselement 35 ist im Querschnitt U-förmig ausgebildet und kreisförmig, so dass es Zylinderwände 37 und einen inneren Bord 36 aufweist, der eine Zentralöffnung 39 begrenzt. Die Zentralöffnung 39 entspricht in ihrem Durchmesser in etwas dem Durchmesser des Schafts 3, während der Innendurchmesser des Sicherungselements 35 mit dem inneren Bord 36 dem Durchmesser des Signalgebers 16 entspricht, der sich am Bord 36 abstützen kann. Rückseitig an den Bord 36 grenzt in dieser Ausführungsform das Ende des Arretiergehäuses 8.
Um das Sicherungselement 35 besonders einfach verbauen zu können, sind die Zylinderwände 37 endseitig mit Fasen 38 versehen. Das Gehäuse 19 weist zur Fixierung des Sicherungselements 35 Ausnehmungen 40 für das Sicherungselement 35 auf. In der Ausführungsform nach Figur 2 ist das Sicherungselement 35 in radialer Richtung durch Verpressen des als metallischen Ring ausgebildeten Sicherungselements 35 in einem Kunststoffgehäuse 19 gehal- ten.
Sowohl das Gehäuse 19 als auch die Schaltarretierung 25 sind separat voneinander herstellbar und transportierbar, ohne dass funktionswesentliche Bauteile verschmutzen können.
Bezugszeichenliste
1 Sensorschalteinheit 31 Absatz
2 Schaltbolzen 32 Bord
3 Schaft 33 Spalt
4 Kalotte 34 Federelement
5 Kugel 35 Sicherungselement
6 Wälzkugeln 36 innerer Bord
7 Wälzlager 37 Zylinderwand
8 Arretiergehäuse 38 Fase
9 Bohrung 39 Zentralöffnung
10 Feder
11 erster Abschnitt
12 zweiter Abschnitt
13 dritter Abschnitt
14 Dopplung
15 Arretierboden
16 Signalgeber
17 Sensor
18 Ablaufbahn
19 Gehäuse
20 Steckkontakt
21 Druckstift
22 Boden
23 Ausnehmung
24 Aufnahme
25 Schaltarretierung
26 Hülse
27 Sicherungselement
28 Öffnung
29 Sackloch
30 Rand

Claims

Patentansprüche
1. Sensorschalteinheit (1 ) zur Bestimmung von Stellungen wenigstens eines Getriebebauteils, enthaltend:
- eine Schaltarretierung (25) zum Arretieren von Getriebeschaltpositionen mit einem Arretiergehäuse (8),
- einen Schaltbolzen (2), der in dem Arretiergehäuse (8) hubbe- weglich gelagert und mittels eines Rastelements (5) gegen eine dem Getriebebauteil zugeordnete Ablaufbahn vorspannbar ist,
- ein Gehäuse (19), das von der Schaltarretierung (25) separat herstellbar ist und eine Aufnahme (24) aufweist, in der die Schaltarretierung (25) angeordnet ist, - eine Sensorik (15) mit zumindest einem Signalgeber (16) und zumindest einem Sensor (17) als zwei Sensorikelementen (27, 28), wobei das erste Sensohkelement (27) im oder am Gehäuse (19) hubbeweglich angeordnet und durch den Schaltbolzen (2) oder durch einen mit dem Schaltbolzen (2) in Wirkverbindung ste- henden Schaft (3) verschiebbar ist und das zweite Sensorikele- ment (28) bezüglich des Gehäuses (19) unverschieblich angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
- dass erste Sensorikelement (27) durch ein vom Gehäuse (19) se- parat ausgebildetes Sicherungselement (35) in diesem verliersicher und hubbeweglich gehalten ist und
- dass der maximale Hub des Sensohkelements (27) derart begrenzt ist, dass das Sensorikelement (27) und der Schaltbolzen (2) bzw. der Schaft (3) in zumindest einer Schaltstellung durch ei- nen Spalt (33) mechanisch voneinander entkoppelt sind.
2. Sensorschalteinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (16) als ein Magnet und das Sicherungselement (35) aus nicht-ferromagnetischem Material ausgebildet ist.
3. Sensorschalteinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (16) in einem Sackloch (29) des Gehäuses (19) angeordnet ist.
4. Sensorschalteinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (35) ringförmig ausgebildet ist.
5. Sensorschalteinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (35) formschlüssig an dem Gehäuse (19) gehalten ist.
6. Sensorschalteinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Dicke des Sicherungselements (35) größer ist als der Spalt (33) im geschalteten Zustand.
7. Sensorschalteinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass axial gesehen das Sicherungselement (35) abschnittsweise zwei verschiedene innere Durchmesser aufweist, wobei der größere Durchmesser dem Signalgeber (16) zugewandt und dieser Teil des Hohlraums im Ringelement als zusätzlicher Bewegungsraum für den Signalgeber (16) nutzbar ist.
8. Sensorschalteinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (16) in dem Gehäuse (19) gegen das Sicherungselement (35) angefedert ist.
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