WO2011018283A1 - Sensorschalteinheit, aretierung für eine sensorschalteinheit und verfahren zur verminderung von temperaturabhängigen relativen positionsänderungen eines sensors und eines signalgebers - Google Patents

Sensorschalteinheit, aretierung für eine sensorschalteinheit und verfahren zur verminderung von temperaturabhängigen relativen positionsänderungen eines sensors und eines signalgebers Download PDF

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WO2011018283A1
WO2011018283A1 PCT/EP2010/059926 EP2010059926W WO2011018283A1 WO 2011018283 A1 WO2011018283 A1 WO 2011018283A1 EP 2010059926 W EP2010059926 W EP 2010059926W WO 2011018283 A1 WO2011018283 A1 WO 2011018283A1
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sensor
switching unit
housing
carrier
sensor switching
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PCT/EP2010/059926
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Stanislav Massini
Thomas Nehmeyer
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Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • 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
    • 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
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    • F16H59/70—Inputs being a function of gearing status dependent on the ratio established
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    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a sensor switching unit for determining the position of a movable gear actuating element, in particular a switching rod of a motor vehicle transmission.
  • the sensor switching unit is for determining positions such as gear shift positions of a transmission actuator.
  • it has a lock with a locking housing which can be fixed to a transmission component.
  • the lock on a probe element which is mounted in a liftable manner in the locking housing.
  • the sensor switching unit furthermore has a sensor system with two sensor elements as signal transmitter and sensor.
  • One of the sensor elements, in most cases the sensor with an evaluation electronics processing the sensor signal, is arranged in a sensor housing, while the other sensor element is displaceable as part of the lock to the first sensor element.
  • the feeler element is designed as a latching element mounted in a locking bolt, which is prestressed against the gear actuating element.
  • the detent element is a detent ball guided by the detent pin, such detent detents are also referred to as ball detents. They are used, in particular, in motor vehicle transmissions, wherein the latching elements of the detents engage in corresponding recesses of the gear actuating element or with latching recesses of components interacting with the gearbox actuating element.
  • DE 10 2007 058 298 A1 shows a ball catch whose housing is firmly connected to a transmission component. The ball catch transmits by means of an internal plunger in the longitudinal direction of the ball catch directed movement of the locking element on a signal generator.
  • a sensor arranged in a sensor housing detects the distance of the signal generator from the sensor and generates a corresponding output signal, which identifies the position of the signal generator.
  • the ball catch is calibrated during its assembly. This is done by compressing it until the signal on the sensor exceeds a certain threshold.
  • a disadvantage of such a ball catch is that the calibration directed at a specific gear position takes place once during assembly. It is made under certain environmental conditions and can not account for changes in the nature of a different temperature. Since the individual gearbox components, in particular the individual housings, are generally made of different materials such as plastic, aluminum or steel, they each have their own thermal expansion coefficients, so that the relative position of the signal generator and the sensor for a given gear position is not fix, but temperature dependent. The temperatures of the transmission oil change over a large area, so that this effect can become so great that a reliable gear recognition is not guaranteed over the entire operating range.
  • the object of the invention is therefore to provide a sensor switching unit, which ensures reliable detection of the positions of the transmission actuating element in all operating states.
  • the sensor element which is fixedly arranged on the sensor housing, can be identified both by a signal be formed by a sensor, wherein for the description of the invention below it is assumed that the sensorikgenosu- sefeste second sensor element is the sensor and all caused by the application of a switching force movements relative to the sensor.
  • the first sensor element referred to below as a signal generator, can be acted upon by a carrier acting as a coupling piece and assumes a reference position at a specific temperature in a specific reference switching position.
  • the neutral position is selected as reference switching position in order to keep the tolerances as small as possible in each switching direction.
  • the carrier is formed from a material which compensates the different elongations of the transmission component, the arresting housing and, in particular, the mostly plastic sensor housing with the sensor.
  • a partial or an overcompensation is also provided, so that even if the signal detected in the reference switching position still has a small temperature dependence, reliable detection remains ensured.
  • the elongations of the individual components under a given temperature change depend firstly on their original extent, which is determined by the geometry of the components, secondly on the material properties and thirdly on the relative positioning relative to each other, which can increase or decrease the effects.
  • the growth in length is determined by
  • L L 0 ⁇ exp (ör • AT), where L represents the length of the component at a given initial length L 0 , ⁇ represents the specific expansion coefficient and ⁇ T represents the temperature difference from the reference temperature. For metals and many other substances, ⁇ does not depend on the temperature. at
  • L L 0 - (l + a - AT) is less than one per thousand for temperature differences of less than 200 K. Because the length growth of all parts of the sensor switching unit can be viewed linearly, it is possible in principle to provide a length compensation which compensates for the length growth of the components for each temperature range so that not only the signal detected in the reference switching position is independent of the temperature is, but also the other switching positions always generate the same signal. This not only reliably maps the reference switching position, but also all other switching positions, since their measured values are also invariant under a temperature change. Also, continuous intermediate positions of the switching curve can be safely reproduced, so that a sensor switching unit according to the invention can detect the entire switching profile. Some materials such as certain plastics have a temperature-dependent expansion coefficient.
  • the design can therefore be based on a mean a instead of a temperature-dependent ⁇ .
  • Essential for the invention are matched to the geometry of the concrete arrangement materials. However, it is not necessary to form the carrier from a homogeneous material. For example, it can have sections of different materials or it can have an anisotropic expansion behavior. Also, multi-phase materials are provided, and the carrier may be formed as a compound ram. By way of example, mention may be made of a support in the form of a cylindrical tappet having a relatively soft matrix structure filled with fillers such as glass fiber.
  • a shock-shaped carrier In a arranged in a transmission housing and biased against a shift shaft lock having on its side facing away from the shift shaft side a sensor housing, a shock-shaped carrier optimally has the highest coefficient of thermal expansion of the components gear housing, lock housing and carrier. However, a sufficiently good partial compensation is always achieved when the carrier and the gear housing are made of the same material. In particular, for the special case that the length of the carrier corresponds approximately to the distance of the sensor from the process path and the transmission housing and the sensor housing are constructed of the same material, wherein a negligible gap is arranged between the two housings, the carrier of the same material how the transmission or the sensor housing exist. Particularly suitable aluminum or an aluminum alloy in conjunction with a locking housing made of steel.
  • the carrier is made in one piece with the probe element or even formed by the probe element itself. This embodiment is due to the simple structure in particular for a lock in which the probe element does not lock against a runway, but only the contour of the runway depicts.
  • the carrier is made separately from the probe element.
  • a separately prepared carrier can be easily provide a holder for the signal generator, so that its position is fixed with respect to the carrier.
  • the carrier can either be acted upon directly by the probe element, or it is moved by an intermediate component such as a locking pin.
  • the carrier or the locking pin is biased by a contact element designed as a latching element against the transmission actuating element by a spring element.
  • the signal transmitter is not permanently in contact with the carrier, but is decoupled from this. This ensures that the carrier does not transmit any vibration to the sensor, so that misdetections are avoided.
  • the carrier may have a plurality of recording pemtaries for the signal transmitter, so that the signal transmitter can be freely positioned within certain limits during assembly on the carrier. This causes the reference position of the transmission always corresponds to a minimum distance between the signal generator and the sensor despite manufacturing tolerances. If the signal transmitter is designed as a magnet and the sensor as a Hall sensor, due to the high field strength in the reference position, each deflection from this zero position can be reliably registered.
  • the signal generator is tuned to the operation of the sensor and interacts with it in a suitable manner. It can permanently or temporarily emit signals of constant or alternating sequence, which are suitable for being detected by one or more sensors arranged relative to the signal generator or to the signal source. These include light signals, sound waves or magnetic impulses. Suitable permanent signal transmitters are, for example, permanent magnets with alternating or opposite polarization.
  • the signal generator is a means as a passive component that can change an existing sensor signal.
  • a magnet is arranged as a signal generator close to the Hall sensor. If the carrier is ferromagnetic, it changes by changing the position detected in the reference position magnetic field. Similarly, belstromsensoren provided. High-frequency fields can also be influenced by non-ferromagnetic materials detective.
  • the presented invention is particularly suitable for a contactless sensor that works wear-free.
  • the sensors are separated from the signal generator, for example by a gas or liquid gap of this.
  • other signal transmitters and sensors are conceivable as signal detectors.
  • the sensor may be a pressure sensor, a brightness sensor or another sensor that operates without contact or with a touch.
  • the locking has in a further 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 is formed by a simple circular cylindrical metal sleeve in which a carrier or a locking pin is slidably mounted with a carrier.
  • Each of the selector or switch positions of the gear actuator is thus associated with a certain longitudinal stroke of the locking element.
  • the signal corresponding to the stroke is converted with the sensor and evaluation electronics into information about the position of the transmission control element.
  • the signal is forwarded, for example, to the on-board electronics for controlling operating and driving conditions
  • the invention also relates to a method for compensating, in sensors intended to detect gear position positions, the relative changes in position of the gear actuating element caused by temperature changes of the sensor.
  • the signal generator is calibrated in a reference position at a reference temperature.
  • a change in length of the signal transmitter itself or of a construction element acting on the signal generator takes place. partly such that the change in position is at least partially compensated so that the measurement accuracy is significantly increased.
  • This method makes it possible to dispense with post-processing of the sensor signal.
  • the invention makes it possible to dispense with a sensor switching unit on a temperature sensor, with the aid of which the sensor signals must be modified for safe gear detection in order to ensure reliable detection. Likewise, the cost of heat-suitable electronics is significantly reduced.
  • a sensor switching unit 1 is shown in full section.
  • the sensor switching unit 1 has a detent 25 with a detent housing 8 and a sensor housing 19 with a sensor 17.
  • the lock 25 has a locking pin 2 made of metal with a cap 4 and a coupling piece designed as a carrier 3.
  • a sensing element 5 is arranged on the locking pin 2.
  • the feeler element 5 can be prestressed as a catch element against a run-off track 18 and has the shape of a detent ball 15.
  • the detent ball 15 is roller-mounted by means of rolling balls 6 in the calotte 4.
  • the sensor housing 19 is pressed with the locking housing 8. A separate seal between the two components is therefore not required.
  • the locking pin 2 is mounted by means of a rolling bearing 7 in a locking housing 8 made of metal liftable and guided.
  • the locking pin 2 is provided with a blind hole-like bore 9 which is circular in cross-section, wherein received in the bore 9, a spring 10 in the form of a helical spring is. Through the bore 9 in the locking pin 2 a shortening of the sensor switching unit 1 and thus a space-saving arrangement is achieved.
  • the spring 10 is biased and is supported on the carrier 3 in the vicinity of the bore bottom 39 of the locking bolt 2 and on the bottom 22 of the locking housing 8 from.
  • the carrier 3 is guided within the spring 10, wherein the spring 10 is supported on the one hand in the bore 9 of the locking bolt 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 through which the carrier 3 projects into a receptacle 24 in the cup-shaped sensor housing 19.
  • the carrier 3 is tapered and receives an annular permanent magnet as a signal generator 16.
  • the locking housing 8 is divided into three sections 11, 12, 13, wherein the first and the third section 13, 1 1 are cylindrical.
  • the second portion 12 is formed as a doubling 14.
  • the sensor system is formed as a second sensor element 28 at least from a signal transmitter 16 as first sensor element 27 and a signal receiver designated as sensor 17.
  • it has an evaluation unit (not shown), which reprocesses the signal generated by the sensor.
  • the sensor has an interface, not shown also, to the vehicle, for example in the form of a plug contact with a pressure pin.
  • the sensor is designed as non-contact sensor technology.
  • the sensor 17 is a HaII sensor, and the signal generator 16 is a permanent magnet. Both the sensor housing 19 made of plastic or metal and the lock 25 can be produced and transported separately from each other without the possibility of contaminating components that are essential to the function.
  • the sensor 17 is arranged on a pot wall 21 of the cup-shaped sensor housing 19 and is thus laterally offset from the carrier. 3
  • the carrier 3 Shown is the carrier 3 in the reference position, in which the distance between the sensor 17 and the signal generator 16 is minimal (reference distance R). If the sensor switching unit 1 then warms up, the sensor housing 19 and the gear housing 14 will expand. Assuming that the gap 20 between the sensor housing 19 and the gear housing 14 is negligibly small and the two housings 14, 19 are made of the same material and the size ratios are as in the figure, results for the relative displacement between the Sensor 17 and the detent ball 5 is a value equal to three times the material elongation of the pot wall 21. This material elongation is compensated by the material elongation of the carrier 3, which is formed of a material having the highest thermal expansion coefficient. As a result, the relative position of the signal generator 16 to the sensor 17 does not change under temperature change.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorschalteinheit (1) zur Bestimmung von Stellungen wenigstens eines Getriebebauteils aufweisend eine Sensorik (15) mit zwei Sensorikelementen (27, 28), eine Arretierung (25) mit einem Arretiergehäuse (8) und einem hubbeweglichen Tastelement (5), durch das das erste Sensorikelement (27) in Hubrichtung verschiebbar ist, ein Getriebegehäuse (14), in dem die Arretierung (25) gehaltert ist und ein Sensorikgehäuse (19), in dem das zweite Sensorikelement (28) angeordnet ist, wobei die Sensorikelemente (27, 28) bei einer Referenztemperatur und einer Referenzschaltstellung durch einen Referenzabstand beabstandet sind, wobei die Arretierung (25) ein Bauteil mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der geeignet ist, den bei Abweichungen von der Referenztemperatur sich von Referenzabstand verändernden Abstand der Sensorikelemente (27, 28) zumindest teilweise zu kompensieren.

Description

Bezeichnung der Erfindung
SENSORSCHALTEINHEIT , ARETIERUNG FÜR EINE SENSORSCHALTEINHEIT
UND VERFAHREN ZUR VERMINDERUNG
VON TEMPERATURABHÄNGIGEN RELATIVEN POSITIONSÄNDERUNGEN EINES SENSORS UND EINES SIGNALGEBERS
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Sensorschalteinheit zur Lagebestimmung eines be- weglichen Getriebestellelements, insbesondere einer Schaltstange eines Kraftfahrzeuggetriebes.
Hintergrund der Erfindung Die Sensorschalteinheit dient zur Bestimmung von Positionen wie Gangschaltstellungen eines Getriebestellelements. Dazu weist sie eine Arretierung mit einem Arretiergehäuse auf, das an einem Getriebebauteil fixierbar ist. Ferner weist die Arretierung ein Tastelement auf, das hubbeweglich in dem Arretiergehäuse gelagert ist. Die Sensorschalteinheit weist weiterhin eine Sensorik mit zwei Sensorikelementen als Signalgeber und Sensor auf. Eines der Sensorike- lemente, meistens der Sensor mit einer das Sensorsignal bearbeitenden Auswerteelektronik, ist in einem Sensorgehäuse angeordnet, während das andere Sensorikelement als Teil der Arretierung zum ersten Sensorikelement verschiebbar ist.
Häufig ist das Tastelement als ein in einem Arretierbolzen gelagertes Rastelement ausgebildet, das gegen das Getriebestellelement vorgespannt ist. Ist das Rastelement eine durch den Arretierbolzen geführte Rastkugel, werden derartige Schaltarretierungen auch als Kugelrasten bezeichnet. Sie finden insbeson- dere in Kraftfahrzeuggetrieben Anwendung, wobei die Rastelemente der Arretierungen in entsprechende Ausnehmungen des Getriebestellelements oder mit Rastausnehmungen von mit dem Getriebestellelement zusammenwirkenden Bauteilen eingreifen. DE 10 2007 058 298 A1 zeigt eine Kugelraste, deren Gehäuse mit einem Getriebebauteil fest verbindbar ist. Die Kugelraste übertragt mittels eines innenliegenden Stößels die in Längsrichtung zur Kugelraste gerichteten Bewegung des Rastelements auf einen Signalgeber. Ein in einem Sensorgehäuse angeordneter Sensor detektiert die Entfernung des Signalgebers vom Sensor und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal, das die Position des Signalgebers kennzeichnet. Damit aus der Position des Signalgebers auf die entsprechende Gangschaltstellung rückgeschlossen werden kann, wird die Kugelraste bei ih- rem Zusammenbau kalibriert. Dies erfolgt, indem sie so lange verpresst wird, bis das Signal am Sensor einen bestimmten Schwellwert überschreitet.
Nachteilig an einer derartigen Kugelraste ist, dass die auf eine bestimmte Getriebestellung gerichtete Kalibrierung beim Zusammenbau einmalig erfolgt. Sie wird bei bestimmten Umgebungsbedingungen vorgenommen und kann prinzipbedingt Veränderungen wie einer abweichenden Temperatur nicht Rechnung tragen. Da die einzelnen Getriebebebauteile, insbesondere die einzelnen Gehäuse, in der Regel aus unterschiedlichen Materialien wie Kunststoff, Aluminium oder Stahl hergestellt sind, weisen sie jeweils eigene thermische Ausdeh- nungskoeffizienten auf, so dass die relativen Position des Signalgebers und des Sensors für eine vorgegebene Getriebestellung nicht fix, sondern temperaturabhängig ist. Die Temperaturen des Getriebeöls wechseln über einen großen Bereich, so dass dieser Effekt so groß werden kann, dass eine sichere Gangerkennung nicht über den gesamten Betriebsbereich gewährleistet ist.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Sensorschalteinheit zu schaffen, welche in allen Betriebszuständen eine sichere Erkennung der Positionen des Getriebestellelements gewährleistet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß Anspruch 1 gelöst. Das am Senso- rikgehäuse fest angeordnete Sensorikelement kann sowohl durch einen Sig- nalgeber als auch durch einen Sensor gebildet sein, wobei für die Beschreibung der Erfindung nachfolgend angenommen wird, dass das sensorikgehäu- sefeste zweite Sensorikelement der Sensor ist und alle durch das Aufbringen einer Schaltkraft verursachten Bewegungen relativ zum Sensor erfolgen. Das erste Sensorikelement, im folgenden als Signalgeber bezeichnet, ist über einen als Koppelstück wirkenden Träger beaufschlagbar und nimmt bei einer bestimmten Temperatur in einer bestimmten Referenzschaltstellung eine Referenzposition ein. In der Regel wird die Neutralstellung als Referenzschaltstel- iung gewählt, um die Toleranzen in jede Schaltrichtung möglichst klein zu hal- ten. Durch die Erwärmung des Getriebeöls im Fahrbetrieb oder aufgrund äußerer Temperaturen verändern sich die Längen der einzelnen Bauteile in Abhängigkeit ihrer stoffspezifischen Ausdehnungskoeffizienten. Infolgedessen verändert sich die Position des Sensors in Bezug auf das am Getriebestellelement verrastete Rastelement. Damit für die Referenzschaltstellung bei jeder Tempe- ratur das gleiche Signal detektiert wird, ist erfindungsgemäß der Träger aus einem Material ausgebildet, das die unterschiedlichen Längendehnungen des Getriebebauteils, des Arretiergehäuses und insbesondere des meist aus Kunststoff bestehenden Sensorgehäuses mit dem Sensor kompensiert. Alternativ ist ebenfalls eine Teil- bzw. eine Überkompensation vorgesehen, so dass, auch wenn das in der Referenzschaltstellung detektierte Signal noch eine kleine Temperaturabhängigkeit aufweist, eine sichere Erkennung gewährleistet bleibt. Die Längendehnungen der einzelnen Bauteile unter einer vorgegebenen Temperaturänderung sind erstens abhängig von ihrer Ursprungsausdehnung, die durch die Geometrie der Bauteile vorgegeben ist, zweitens von den stofflichen Eigenschaften und drittens von der relativen Positionierung zueinander, die die Effekte vergrößern oder verringern kann. Das Längenwachstum ermittelt sich nach
L = L0 ■ exp(ör• AT) , wobei L die Länge des Bauteils bei gegebener Ausgangslänge L0 darstellt, α den spezifischen Ausdehnungskoeffizienten und ΔT die Temperaturdifferenz zur Referenztemperatur darstellt. Bei Metallen und vielen anderen Stoffen ist α nicht von der Temperatur abhängig. Bei
Für die relevanten Temperaturänderungen und in Frage kommenden Stoffe, einschließlich Kunststoff, ist nur der Term erster Ordnung der Reihenentwicklung vorstehender Gleichung von Relevanz. Der Fehler der linearisierten Gleichung
L = L0 - (l + a - AT) liegt für Temperaturdifferenzen von unter 200 K bei weniger als einem Promille. Dadurch dass das Längenwachstum aller Teile der Sensorschalteinheit linear betrachtet werden kann, ist es prinzipiell möglich, einen Längenausgleich be- reitzustellen, der für jeden Temperaturbereich das Längenwachstum der Bauteile so kompensiert, dass nicht nur das in der Referenzschaltstellung detektier- te Signal unabhängig von der Temperatur ist, sondern auch die übrigen Schaltpositionen stets das gleiche Signal erzeugen. Damit wird nicht nur die Referenzschaltstellung sicher abgebildet, sondern auch alle anderen Schaltstellun- gen, da deren Messwerte ebenfalls invariant unter einer Temperaturänderung sind. Ebenfalls lassen sich kontinuierliche Zwischenstellungen des Schaltverlaufs sicher abbilden, so dass eine erfindungsgemäße Sensorschalteinheit den gesamten Schaltverlauf detektieren kann. Einige Materialien wie bestimmte Kunststoffe weisen einen temperaturabhängigen Ausdehnungskoeffizienten auf. Dieser entweder stückweise linear oder sich kontinuierlich ändernd. In Versuchen hat sich herausgestellt, dass trotzdem eine Teilkompensierung der maximalen temperaturbedingten Depositio- nierung erreicht werden kann, der den Fehler um den Faktor fünf verringert. Bei der Auslegung kann daher anstatt eines temperaturabhängigen α ein mittleres a zugrunde gelegt werden. Wesentlich für die Erfindung sind auf die Geometrie der konkreten Anordnung abgestimmte Materialien. Es ist dabei aber nicht erforderlich, den Träger aus einem homogenen Material auszubilden. Er kann beispielsweise Teilabschnitte aus verschiedenen Stoffen aufweisen oder ein anisotropes Ausdehnungsver- halten besitzen. Ebenfalls sind mehrphasige Werkstoffe vorgesehen, und der Träger kann als compound-Stößel ausgebildet sein. Als Beispiel sei ein Träger in Form eines zylindrischen Stößels genannt, der eine relativ weiche Matrixstruktur aufweist, die mit Füllstoffen wie Glasfaser gefüllt ist. Bei einer in einem Getriebegehäuse angeordneten und gegen eine Schaltwelle vorgespannten Arretierung, die auf ihrer von der Schaltwelle abgewandten Seite ein Sensorikgehäuse aufweist, weist ein stößeiförmiger Träger optimalerweise den höchsten thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Bauteile Getriebegehäuse, Arretiergehäuse und Träger auf. Eine hinreichend gute Teilkom- pensation wird aber auch immer dann erreicht, wenn der Träger und das Getriebegehäuse aus dem gleichen Material aufgebaut sind. Insbesondere für den Spezialfall, dass die Länge des Trägers in etwa dem Abstand des Sensors von der Ablaufbahn entspricht und das Getriebegehäuse und das Sensorgehäuse aus dem gleichen Material aufgebaut sind, wobei zwischen beiden Gehäusen ein vernachlässigbarer Spalt angeordnet ist, kann der Träger aus dem gleichen Material wie das Getriebe- bzw. das Sensorgehäuse bestehen. Besonders eignet sich Aluminium oder eine Aluminiumlegierung in Verbindung mit einem Arretiergehäuse aus Stahl. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Träger einteilig mit dem Tastelement ausgeführt oder auch durch das Tastelement selbst gebildet. Diese Ausführungsform eignet sich aufgrund des einfachen Aufbaus insbesondere für eine Arretierung, bei der das Tastelement nicht gegen eine Ablaufbahn verrastet, sondern nur den Konturverlauf der Ablaufbahn abbildet.
Alternativ ist der Träger separat vom Tastelement hergestellt. In einen separat hergestellten Träger lässt sich auf einfache Weise eine Halterung für den Signalgeber vorsehen, so dass dessen Position in Bezug auf den Träger fixiert ist. Der Träger kann entweder direkt durch das Tastelement beaufschlagt werden, oder er wird durch ein Zwischenbauteil wie einen Arretierbolzen bewegt. In der Regel ist der Träger bzw. der Arretierbolzen mit einem als Rastelement ausgebildeten Tastelement gegen das Getriebestellelement durch ein Federelement vorgespannt.
In einer Variante der Sensorschalteinheit ist vorgesehen, dass der Signalgeber nicht permanent in Kontakt mit dem Träger steht, sondern von diesem entkoppelt ist. Damit wird erreicht, dass der Träger nicht jegliche Erschütterung auf den Sensor überträgt, so dass Fehldetektionen vermieden werden.
Der Träger kann mehrere Aufnahmepositäonen für den Signalgeber aufweisen, so dass der Signalgeber bei der Montage auf dem Träger in gewissen Grenzen frei positionierbar ist. Dies bewirkt, dass die Referenzstellung des Getriebes trotz Fertigungstoleranzen stets einem minimalen Abstand zwischen dem Signalgeber und dem Sensor entspricht. Ist der Signalgeber als Magnet und der Sensor als Hall-Sensor ausgebildet, kann aufgrund der in der Referenzstellung hohen Feldstärke jede Auslenkung aus dieser Nulllage sicher registriert werden.
Der Signalgeber ist auf die Funktionsweise des Sensors abgestimmt und tritt mit ihm in geeigneter Weise in Interaktion. Er kann permanent oder temporär Signale konstanter oder wechselnder Folge abgeben, die geeignet sind, durch einen oder mehrere zum Signalgeber bzw. zur Signaiquelle angeordneten Sen- soren erfasst zu werden. Dazu zählen Lichtsignale, Schallwellen oder magnetische Impulse. Geeignete permanente Signalgeber sind beispielsweise Dauermagnete mit einander abwechselnder oder entgegen gerichteter Polarisation.
Alternativ ist der Signalgeber ein Mittel als passives Bauteil, das ein bestehen- des Sensorsignal ändern kann. Bei magnetisch vorgespannten Hall-Zellen ist beispielsweise nahe am Hall-Sensor fest ein Magnet als Signalgeber angeordnet. Ist der Träger ferromagnetisch, verändert er durch Lageänderung das in der Referenzposition detektierte Magnetfeld. In ähnlicher Weise sind auch Wir- belstromsensoren vorgesehen. Hochfrequenzfelder können auch durch nicht ferromagnetische Materialien detektionssicher beeinflusst werden.
Die vorgestellte Erfindung eignet sich besonders für eine kontaktlose Sensorik, die verschleißfrei arbeitet. Dabei sind die Sensoren vom Signalgeber beispielsweise durch einen Gas- oder Flüssigkeitsspalt von diesem getrennt. Prinzipiell sind auch andere Signalgeber und Sensoren als Signaldetektoren denkbar. So kann es sich bei dem Sensor um einen Drucksensor, um einen Helligkeitssensor oder um einen anderen berührungsfrei oder berührungsgebunden arbeiten- den Sensor handeln.
Die Arretierung besitzt in einer weiteren 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. In einer besonders robusten und einfach herzustellenden Ausführung ist das Arretiergehäuse durch eine einfache kreiszylindrische Blechhülse gebildet, in der ein Träger oder ein Arretierbolzen mit einem Träger gleitgelagert ist.
Jeder der Wähl- oder Schaltstellungen des Getriebestellelements ist somit ein bestimmter Längshub des Rastelements zugeordnet. Das dem Hub entsprechende Signal wird mit der Sensorik und Auswerteelektronik in eine Information über die Stellung des Getriebestellelements umgewandelt. Das Signal wird bei- spielsweise an die Bordelektronik zur Regelung von Betriebs- und Fahrzuständen weitergeleitet
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, um bei Sensoren, die Getriebestellpositionen erfassen sollen, die durch Temperaturänderungen bewirkte relative Positionsänderungen des Getriebestellelements von dem Sensor zu kompensieren. Dazu wird der Signalgeber in einer Referenzstellung bei einer Referenztemperatur kalibriert. Bei Temperaturänderungen erfolgt eine Längenänderung des Signalgebers selbst oder eines den Signalgeber beaufschlagenden Bau- teils derart, dass die Positionsänderung zumindest so teilkompensiert wird, dass die Messgenauigkeit erheblich gesteigert ist. Dieses Verfahren ermöglicht den Verzicht einer Nachbearbeitung des Sensorsignals. Die Erfindung ermöglicht es, bei einer Sensorschalteinheit auf einen Temperatursensor zu verzichten, mit dessen Hilfe die Sensorsignale zur sicheren Gangerkennung modifiziert werden müssen, um eine sichere Erkennung zu gewährleisten. Ebenso ist der Aufwand für die hitzegeeignete Elektronik erheblich reduziert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Figur näher erläutert. Diese zeigt eine erfindungsgemäße Sensorschalteinheit.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist eine Sensorschalteinheit 1 im Vollschnitt abgebildet. Die Sensorschalteinheit 1 weist eine Arretierung 25 mit einem Arretiergehäuse 8 und ein Sensorgehäuse 19 mit einem Sensor 17 auf. Die Arretierung 25 weist einen Arretierbolzen 2 aus Metall mit einer Kalotte 4 und einen als Koppelstück schaftartig ausgebildeten Träger 3 auf. Endseitig in Richtung auf ein Getriebestellelement 26 weisend ist am Arretierbolzen 2 ein Tastelement 5 angeordnet. Das Tastelement 5 ist als Rastelement gegen eine Ablaufbahn 18 vorspannbar und hat die Form einer Rastkugel 15. Die Rastkugel 15 ist mittels Wälzkugeln 6 in der Kalotte 4 wälzgelagert. Das Sensorgehäuse 19 ist mit dem Arretiergehäuse 8 verpresst. Eine separate Dichtung zwischen beiden Bauteilen ist daher nicht erforderlich. Der Arretierbolzen 2 ist mittels eines Wälzlagers 7 in einem Arretiergehäuse 8 aus Metall hubbeweglich gelagert und geführt. Der Arretierbolzen 2 ist mit einer sacklochartigen Bohrung 9 versehen, die kreisförmig im Querschnitt ist, wobei in der Bohrung 9 eine Feder 10 in Form einer Schraubenfeder aufgenommen ist. Durch die Bohrung 9 im Arretierbolzen 2 wird eine Verkürzung der Sensorschalteinheit 1 und somit eine Raum sparende Anordnung erreicht. Die Feder 10 ist vorgespannt und stützt sich am Träger 3 in der Nähe des Bohrungsbodens 39 des Arretierbolzens 2 und am Boden 22 des Arretiergehäuses 8 ab.
Der Träger 3 ist innerhalb der Feder 10 geführt, wobei die Feder 10 sich einerseits in der Bohrung 9 des Arretierbolzens 2 und andererseits an dem Boden 22 des Arretiergehäuses 8 abstützt. Der Boden 22 des Arretiergehäuses 8 weist eine kreisförmige Ausnehmung 23 auf, durch die der Träger 3 in eine Aufnahme 24 im topfförmigen Sensorgehäuse 19 ragt. An seinem zum Sensorgehäuse 19 gerichteten Ende ist der Träger 3 verjüngt und nimmt einen ringförmigen Permanentmagneten als Signalgeber 16 auf.
Das Arretiergehäuse 8 ist in drei Abschnitte 11 , 12, 13 unterteilt, wobei der ers- te und der dritte Abschnitt 13, 1 1 zylindrisch ausgebildet sind. Der zweite Abschnitt 12 ist als Dopplung 14 ausgebildet.
Die Sensorik wird zumindest aus einem Signalgeber 16 als erstem Sensorike- lement 27 und einem als Sensor 17 bezeichneten Signalempfänger als zwei- tem Sensorikelement 28 gebildet. Optional weist sie eine nicht weiter dargestellte Auswerteeinheit auf, die das vom Sensor generierte Signal nachbearbeitet. Die Sensorik weist eine ebenfalls nicht dargestellte Schnittstelle zum Fahrzeug beispielsweise in Form eines Steckkontakts mit einem Druckstift auf. Die Sensorik ist als berührungslose Sensorik ausgeführt. Der Sensor 17 ist ein HaII- Sensor, und der Signalgeber 16 ist ein Permanentmagnet. Sowohl das aus Kunststoff oder Metall hergestellte Sensorgehäuse 19 als auch die Arretierung 25 sind separat voneinander herstellbar und transportierbar, ohne dass funktionswesentliche Bauteile verschmutzen können. Der Sensor 17 ist an einer Topfwand 21 des topfförmigen Sensorgehäuses 19 angeordnet und liegt damit seitlich versetzt zum Träger 3.
Dargestellt ist der Träger 3 in der Referenzposition, in der der Abstand zwischen dem Sensor 17 und dem Signalgeber 16 minimal ist (Referenzabstand R). Erwärmt sich nun die Sensorschalteinheit 1 , werden sich das Sensorgehäuse 19 und das Getriebegehäuse 14 ausdehnen. Unter der Annahme, dass der Spalt 20 zwischen dem Sensorgehäuse 19 und dem Getriebegehäuse 14 vernachlässigbar klein ist und die beiden Gehäuse 14, 19 aus dem gleichen Mate- rial bestehen und die Größenverhältnisse wie in der Figur vorliegen, ergibt sich für die relative Verschiebung zwischen dem Sensor 17 und der Rastkugel 5 ein Wert in Höhe der dreifachen Materiallängung der Topfwand 21. Diese Material- längung wird kompensiert durch die Materiallängung des Trägers 3, der aus einem Material mit dem höchsten thermischen Ausdehnungskoeffizienten ge- bildet ist. Infolgedessen ändert sich die relative Position des Signalgebers 16 zum Sensor 17 unter Temperaturänderung nicht.
Bezugszeichenliste
1 Sensorschalteinheit
2 Arretierbolzen
3 Träger
4 Kalotte
5 Tastelement
6 Wälzkugeln
7 Wälzlager
8 Arretiergehäuse
9 Bohrung
10 Feder
11 erster Abschnitt
12 zweiter Abschnitt
13 dritter Abschnitt
14 Getriebebauteil
15 Rastkugel
16 Signalgeber
17 Sensor
18 Ablaufbahn
19 Sensorgehäuse
20 Spalt
21 Topfwand
22 Boden
23 Ausnehmung
24 Aufnahme
25 Arretierung
26 Getriebestellelement
27 erstes Sensorikelement
28 zweites Sensorikeiement
R Referenzabstand

Claims

Patentansprüche
1 . Sensorschalteinheit (1 ) zur Bestimmung von Stellungen wenigstens eines Getriebestellelements (26) aufweisend
- eine Sensorik (15) mit zwei Sensohkelementen (27, 28),
- eine Arretierung (25) mit einem Arretiergehäuse (8) und einem hubbeweglichen Tastelement (5), durch das das erste Sensorike- lement (27) in Hubrichtung verschiebbar ist,
- ein Getriebebauteil (14), in dem die Arretierung (25) gehaltert ist und
- ein Sensorikgehäuse (19), in dem das zweite Sensohkelement (28) angeordnet ist, wobei die Sensohkelemente (27, 28) bei ei- ner Referenztemperatur und einer Referenzschaltstellung eine
Referenzposition zueinander einnehmen,
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Sensohkelement (27) durch einen Träger (3) beaufschlagt ist, der einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der geeignet ist, einen durch Abweichungen von der Referenztemperatur bewirkte relative Positionsverschiebung der Sensohkelemente (27, 28) zueinander zumindest teilweise zu kompensieren.
2. Sensorschalteinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Tastelement (5) als ein Stößel ausgebildet ist, der an seiner der
Tastspitze abgewandten Seite das erste Sensohkelement (27) aufweist.
3. Sensorschalteinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Tastelement (5) als Rastkugel ausgebildet ist, die in einem Arretier- bolzen (2) gelagert ist.
4. Sensorschalteinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sensohkelement (27) am Träger (3) angeordnet ist und dass sich der Träger (3) am Arretierbolzen (2) abstützt.
5. Sensorschalteinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sensohkelement (27) als ein Magnet ausgebildet ist.
6. Sensorschalteinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3) einen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der die Ab- Standsänderungen vollständig kompensiert.
7. Sensorschalteinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzstellung die Neutralstellung des Getriebeelements ist.
8. Sensorschalteinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebebauteil (14) das aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildete Getriebegehäuse ist, dass das Arretiergehäuse (8) aus Stahlblech ausgebildet ist und dass der Träger (3) einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als das Getriebegehäuse aufweist.
9. Arretierung (25) für eine Sensorschalteinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Verfahren zur Verminderung von temperaturabhängigen, relativen Posi- tionsänderungen eines Sensors, der an einem ersten Getriebebauteil angeordnet ist, und eines Signalgebers, der mit einem zweiten Getriebebauteil in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Position des Sensors und des Signalgebers in einer Referenzstellung bei einer Referenztemperatur kalibriert wird und dass bei einer Temperaturänderung die Positionsänderung der Getriebebauteile durch eine Längenänderung des Signalgebers oder eines auf den Signalgeber einwirkenden Bauteils kompensiert wird.
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