DE102009032558A1

DE102009032558A1 - Schalteinheit eines Kraftfahrzeugschaltgetriebes

Info

Publication number: DE102009032558A1
Application number: DE200910032558
Authority: DE
Inventors: Gerhard Oberpertinger
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2011-01-13

Abstract

Schalteinheit (1) mit einem Schaltelement (3), einer Rastkontur (4), die am Schaltelement (3) angeordnet ist oder mit diesem in Wirkverbindung steht und gegen die eine Arretierung (5) vorspannbar ist, einer Sensorik (12), die einen Sensor (15, 19) zu(3) oder ein nebengeordnetes Bauteil (16, 24) eine separat von der Rastkontur (4) ausgebildete Kodiereinheit (9) für den Sensor (15, 19) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinheit eines Kraftfahrzeugschaltgetriebes mit einem Schaltelement, einer Rastkontur, die am Schaltelement angeordnet ist oder mit diesem in Wirkverbindung steht, einer Arretierung, die gegen die Rastkontur vorspannbar ist, einer Sensorik, die einen Sensor zur Gangerkennung aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Schalteinheiten werden zunehmend mit Sensoriken versehen, um die Information über eingelegten Gang für die Motor- und Getriebesteuerungen bzw. für den Fahrer zur Verfügung zu stellen.
DE 10 2006 036 696 A1 offenbart einen Sensortaster, der zur Bestimmung von Stellungen wenigstens eines Getriebebauteils dient. Die Sensortaster besitzt wenigstens eine Sensorik und einen Abtastbolzen, der hubbeweglich in einem Gehäuse gelagert ist. Dabei ist das auf dem Gehäuse tragende Ende des Abtastbolzens gegen wenigstens eine dem Getriebebauteil zugeordnete Ablaufbahn bzw. Rampe elastisch vorspannbar. Die Sensorik trägt mindestens einen Impulsgeber, der berührungslos die Stellung des Abtastbolzens ermittelt.
DE 10 2007 016751 A1 zeigt ebenfalls eine Schaltarretierung mit integrierter Sensorik. Die Schaltarretierung weist einen Schaltbolzen mit einem an dessen Stirnseite geführten Rastelement auf. Dieses ist vorzugsweise kugelförmig ausgebildet und greift in eine als Rastkontur ausgebildete Ablaufbahn des Schaltelements ein, gegen die es vorgespannt ist. Die Sensorarretierung weist ferner einen Signalgeber und einen Sensor als zwei Sensorikelemente auf, die durch das Rastelement relativ zueinander beweglich sind und ein Gehäuse, in dem eines der Sensorikelemente angeordnet ist und das mit einer Aufnahme für die Schaltarretierung versehen ist.
Nachteilig an derartigen Sensorarretierungen ist, dass sie relativ hoch bauen und teilweise an einer für die Sensorik ungeeigneten Position angeordnet sind. Beispielsweise kann metallischer Abrieb die Funktion eines Magneten ausgebildeten Signalgebers beeinträchtigen. Ferner übersetzt eine derartige Sensorarretierung das durch den gewünschten Schaltkraftverlauf vorgegebene mehrdimensionale Höhenprofil der Rastkontur in einen eindimensionalen Hub der Arretierung. Unter Umständen haben somit verschiedene Gangstellungen die gleiche Position des Signalgebers und des Sensors zur Folge, so dass bei einer Schalteinheit mit einem Schaltelement und einer Sensorarretierung die verschiedenen Schaltstellungen des Schaltelements ohne weitere Hilfsmittel nicht auseinander gehalten werden können.
Bei den genannten Vorrichtungen zur Lageerkennung eines beweglichen Schaltelements aus dem Stand der Technik ist es oft nicht möglich, eine Höhenkodierung auf einer Rastkontur auszuprägen, die einerseits die gewünschten und vorgegebenen Schaltkräfte korrekt abbildet und andererseits für jeden Gang einen eindeutigen Messwert liefert. Somit ist es nicht möglich, die zu detektierenden Schaltstellungen einwandfrei zu erfassen. Die eindeutige Erfassung der Konturen wäre z. B. durch eine Erhöhung oder Änderung der Betätigungskontur möglich, was allerdings auch eine Änderung der Arretierkräfte und damit auch eine Änderung des Schaltkraftverlaufs bedingt. Der Schaltkraftverlauf wird jedoch durch die gewünschte Haptik und Funktionssicherheit vorgegeben und kann kaum verändert werden. Eine zuverlässige und eindeutige Erkennung der Gangpositionen ist bei den meisten Schaltkraftverläufen so nicht möglich. Die zu detektierenden Gangstellungen müssen sich für die Sensorik hinreichend voneinander unterscheiden, dass auch bei einer sich über die Lebensdauer beispielsweise aufgrund von Erschütterungen oder hohen Getriebetemperaturen sich ändernden Umgebung stets eine zuverlässige Detektierung gewährleistet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinheit mit einer Gangerkennung zu schaffen, die den Schaltkraftverlauf nur unwesentlich beeinflusst und eine sichere Detektierung der einzelnen Schaltstellungen sicherstellt.
Die Aufgabe wird durch eine Schalteinheit nach Anspruch 1 gelöst. Das Schaltelement kann als eine axial verschiebbare Schaltstange oder eine verschiebbare und/oder verdrehbare Schaltwelle ausgebildet sein. Sein Querschnitt ist nicht notwendigerweise kreisförmig – bei Schaltschienen ist ein rechteckiger Querschnitt einfach herstellbar –, sondern kann davon abweichen.
Die Rastkontur ist entweder direkt am Schaltelement anordnet, beispielsweise durch Nuten in dem Schaltelement, oder das Schaltelement weist ein nebengeordnetes Bauteil auf, dessen Position durch Bewegen des Schaltelements änderbar ist. Im einfachsten Fall ist das nebengeordnete Bauteil fest mit dem Schaltelement verbunden. Gegen die Rastkontur ist eine Arretierung vorspannbar. Die Rastkontur weist ein Rastgebirge auf, das die einzelnen Schaltstellungen bzw. die Neutralstellung abbildet.
Erfindungsgemäß kann bei der Gestaltung des Höhenprofils der Rastkontur allein auf haptische Bedürfnisse des Bedieners bzw. den gewünschten Schaltkraftverlauf abgestellt werden, ohne dass auf die Erkennung bestimmter Positionen Rücksicht zu nehmen ist. Insbesondere kann allen Gängen in radialer Richtung gesehen die gleiche Höhenposition zugeordnet sein, da die Gangerkennung über die Kodiereinheit als ein separates Bauteil erfolgt.
Die Erfindung ermöglicht bei einigen Getrieben eine bessere Bauraumausnutzung. Die Arretierung fest mit dem Getriebegehäuse bzw. dem Schaltdom verbunden sein, um die hohen Beschleunigungskräfte sicher aufzunehmen. Dadurch dass die Sensorik nicht an diesem Ort in die Schaltarretierung integriert ist, kann eine relativ kurz bauende Standardarretierung verbaut werden. Die Sensorik und die Kodiereinheit können dagegen flexibel an anderer Stelle angeordnet werden, wo ggf. Bauraum vorhanden ist oder wenig Öl, was zusätzlich die Gefahr des Anlagerns von eisenhaltigen Partikeln an einem als Magnet ausgebildeten Signalgeber vermindert.
In einer Ausbildung der Erfindung ist die Kodiereinheit als ein Rastgebirge ausgebildet, das von einem Sensortaster abgefahren wird. Dabei stellt die Arretierung die kraftbestimmende Hauptarretierung des Systems dar, während der Sensortaster lediglich die Funktion der Gangerfassung übernimmt und nicht oder nur unwesentlich zur Schalthaptik beiträgt. Eine aufwändige Lagerung des Sensortasters ist daher nicht erforderlich. Um einem durch Massenkräfte verursachten Abheben der Arretierung von der Rastkontur zuverlässig entgegenzuwirken, muss die Vorspannung der Arretierung hinreichend hoch gewählt werden. Eine Vorspannung des Sensortasters gemäß der Erfindung kann hingegen sehr gering gewählt werden und im Idealfall entfallen.
In einer Ausbildung der Erfindung weist die Kodiereinheit ein Höhenprofil auf. Das Höhenprofil weist Gefälle, Steigungen, Vertiefungen, Peaks, Plateaus usw. auf. Das Höhenprofil ist vorzugsweise mit spanlosen Formgebungsverfahren, insbesondere durch Kaltumformen von Blechen oder Spritzgießen von Kunststoff erstellt. Denkbar ist auch die Ausbildung von Höhenkonturen durch spanabhebende Verfahren, beispielsweise direkt in das massive Schaltelement. Das Höhenprofil unterscheidet sich von dem Rastgebirge der Rastkontur, das den Schaltkraftverlauf erzeugen soll, während das Höhenprofil die Eindeutigkeit der Gangstellungen sicherstellt. So ist es beispielsweise möglich, in der Neutralstellung zwischen den einzelnen Gassen den Schalthebel möglichst kraftarm zu bewegen aufgrund gleicher radialer Höhe auf der Rastkontur und gleichzeitig dennoch festzustellen, welche Gasse vorgewählt ist durch verschiedene Höhen auf der Kodiereinheit.
In einer Variante weist die Kodiereinheit relativ steile Konturwinkel auf oder ist durch eine Grundplatte mit pilzförmigen Erhebungen oder Stiften gebildet. Da keine kräfteübertragende Arretierung den Konturverlauf vorgibt, lassen sich Abschnitte auf der Kodiereinheit aufbilden, die durch sehr steile Flanken aneinandergrenzen oder eine abrupte Höhenänderung aufweisen. Derartige Grenzen sind besonders einfach und sicher und damit genau zu detektieren. Die Gefahr des Verklemmens besteht durch die geringe Vorspannung oder bei berührungsloser Detektierung nicht.
Eine erfindungsgemäße Kodiereinheit weist in einer Variante eine Grundplatte auf, auf der einzelne Signalgeber, beispielsweise in Form von Stiften oder eines Rastgebirges, angeordnet sind. Die Grundplatte und die Signalgeber können aus dem gleichen Material ausgebildet sein. In diesem Fall ist häufig eine einteilige Herstellung vorteilhaft. Bei einigen Sensoren kann es von Vorteil oder erforderlich sein, die Grundplatte und die Signalgeber durch unterschiedliche Materialien zu realisieren.
In einer Variante liefert der Sensor stets das gleiche Signal, wenn er die Grundplatte der Kodiereinheit ausliest. Beispielsweise weist eine Grundplatte mit auf ihr angeordneten und voneinander beabstandeten Stiften den zusätzlichen Vorteil auf, dass der Sensor zwischen zwei Gangstellungen stets die Grundstellung detektiert. Eine derartige Sensorik ist unempfindlich gegenüber Alterungen: Beispielsweise ändert sich die Feldstärke eines als Signalgeber in der Sensorik verwendeten Magneten durch Wärmeeintrag und Erschütterungen des Getriebes, so dass die detektierten Absolutwerte der einzelnen Gangstellungen bei einer neuen Schalteinheit andere sein werden als am Ende der Lebensdauer. Durch die immer neue Kalibrierung auf das bekannte Grundniveau können die einzelnen Gänge stets sicher an der relativen Messwertänderung erkannt werden. Die Sensorik ist somit auch unempfindlicher gegenüber Verschmutzungen.
Alternativ liest der Sensor die Gangstellung von der Kodiereinheit berührungslos aus. Die Einrichtung arbeitet somit verschleißfrei. Besonders bewährt haben sich magnetisierbare Kunststoffe, die auf einer Kunststoffkodiereinheit aufgebracht sind und die mittels eines Hall-Sensors abgetastet werden.
Je nach konkreter Ausgestaltung der Erfindung können auch mehrere Sensoren zu einem Sensor logisch zusammengefasst werden. In einer Ausführung der Erfindung ist zusätzlich zur Sensorik eine Auswerteelektronik, die das Signal des Sensors in eine Information über die Stellung des Schaltelements umgewandelt, in das Arretiergehäuse integriert.
Eine Sensorik mit einem Magneten ist äußeren Einflüssen wie Verschmutzungen, Störfelder etc. gut geschützt, wenn der Magnet innerhalb der Arretierung angeordnet ist und diese mit ihrem Arretiergehäuse so mit dem Getriebegehäuse verbunden ist, dass das Innere der Arretierung frei von Getriebeöl bleibt. Dies kann beispielsweise durch einen Dichtring an der Verbindungsstelle des Arretiergehäuses mit dem Getriebegehäuse realisiert sein. Vorteilhafterweise besitzt die Arretierung selbst ein geschlossenes Arretiergehäuse, so dass keine einzelnen Bauteile verloren gehen oder dejustiert werden können. Dies vereinfacht die Handhabung, den Transport und auch die Montage. Das Abtasten der Kodiereinheit kann dann mit einem Stößel erfolgen, der den Magneten bewegt.
Erfindungsgemäß werden die Schaltkraft und das Signal zur Gangerkennung durch unterschiedliche Bauteile erzeugt. In einer Ausgestaltung sind die beiden Bauteile derart ausgebildet, dass die anfängliche Auslenkung des Rastelements der Schaltarretierung aus einer Rastposition keine Änderung des Sensorsignals durch die Kodiereinheit bewirkt. Diese Entkopplung in den Schaltstellungen der geschalteten Gänge hat den Vorteil, dass Erschütterungen keinen Einfluss auf die Signalgenerierung haben und somit Störsignale vermieden werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft für empfindlich arbeitenden Sensoren, die digitale Messwerte liefern, da hier nicht anhand eines Signalverlaufs sicher entschieden werden kann, in welcher Stellung sich das Getriebe befindet.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Herstellung in großen Stückzahlen und für verschiedene Modellvarianten. So erlaubt sie die Verwendung einer universell einsetzbare Sensorik, die im jeweiligen Getriebegehäuse verbaubar ist. Für die konkrete Anwendung braucht nur die kostengünstig herstellbare Kodiereinheit angepasst werden. Insbesondere Kodiereinheiten mit einer Grundplatte aus Kunststoff lassen sich an dem Schaltelement oder dem dem Schaltelement nebengeordneten Bauteil auf einfache Weise verschnappen oder verclipsen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch eine erste Schalteinheit mit einer Arretierung und einer Kodiereinheit mit einer Sensorik,
2 eine perspektivische Darstellung einer zweiten, erfindungsgemäßen Schalteinheit,
3 eine perspektivische Darstellung der vergrößerten Kodiereinheit aus 2.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch eine Schalteinheit 1 mit einem als Schaltwelle 2 ausgebildeten Schaltelement 3, in das direkt eine Rastkontur 4 für eine Arretierung 5 eingebracht ist. Die Arretierung 5 ist im Getriebegehäuse 6 angeordnet und weist eine mittels einer Feder 7 vorgespannte Rastkugel 8 auf, die in der Rastkontur 4 in mehreren Schaltpositionen verrastbar ist. Die Schaltwelle 2 weist ist axial versetzt von der Rastkontur 4 eine Kodiereinheit 9 in Form eines Rastgebirges 10 auf. Das Rastgebirge 10 ist einteilig mit der Schaltwelle 2 ausgebildet. Die Kodiereinheit 9 bildet mit einem Tastelement 11 eine Sensorik 12. Das Tastelement 11 weist einen Stößel 13 auf, das Rastgebirges 10 abtastet. Der Stößel 13 ist nur mit geringer Federspannung gegen das Rastgebirge 10 vorgespannt und weist endseitig einen Magneten 14 auf, der in einem Hall-Sensor 15 ein elektrisches Signal induziert, das zur Gangerkennung dient.
Die Schalteinheit in 2 weist eine in einem Schaltdom 18 gelagerte Schaltwelle 2 auf, auf der eine Rastierhülse 16 als nebengeordnetem Bauteil 24 stoffschlüssig angeordnet ist. Sowohl die Rastkontur 4 als auch die Kodiereinheit 9 sind auf der Rastierhülse 16 aus Blech angeordnet, wodurch die Schaltwelle 2 nicht geschwächt wird. Aufgrund des größeren Umfangs der Rastierhülse 16 sind die einzelnen zu detektierenden Schaltpunkte 17 auf der Kodiereinheit 9 auch weiter voneinander entfernt, als sie es auf der Schaltwelle 2 direkt wären, so dass sie mit größerer Sicherheit richtig erfassbar sind. Die Kodiereinheit 9 ist in Umfangsrichtung versetzt zur Rastkontur 4 angeordnet. Im Schaltdom 18 ist ortsfest eine Sensorik 12 verschraubt, die einen Sensor 19 zum Abtasten der Kodiereinheit 9 und ein Steckerkontakt für das Gangsignal aufweist. Die Kodiereinheit 9 weist eine Grundplatte 21 in Form eines Zylindermantelsegments auf, das komplementär zur zylindrischen Rastierhülse 16 ausgebildet und mit dieser formschlüssig verbunden ist.
3 zeigt die Kodiereinheit 9 mit der Grundplatte 21 und Kodierelementen 17. Die Kodierelemente 17 sind durch verschieden hohe, zylindrische Stifte 22 dargestellt, die in radiale Richtung weisen. Jedem Stift 22 ist eine bestimmte Gangstellung zugeordnet. Die Kodiereinheit 9 besteht in der Regel aus Kunststoff und kann mittels pilzförmiger Haltevorrichtungen 23, die rückseitig zu der Seite mit den Stiften 22 angeordnet sind, an der Rastierhülse 16 verschnappt werden. Die Stifte 22 und die Grundplatte 21 können zur besseren Detektierbarkeit aus einem magnetisierbaren Kunststoff bestehen und einen oder mehrere Plastomagneten bilden.
Bezugszeichenliste

1: Schalteinheit
2: Schaltwelle
3: Schaltelement
4: Rastkontur
5: Arretierung
6: Getriebegehäuse
7: Feder
8: Rastkugel
9: Kodiereinheit
10: Rastgebirge
11: Tastelement
12: Sensorik
13: Stößel
14: Magnet
15: Hall-Sensor
16: Rastierhülse
17: Kodierelemente
18: Schaltdom
19: Sensor
20: Steckkontakt
21: Grundplatte
22: Stift
23: Haltevorrichtung
24: nebengeordnetes Bauteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006036696 A1 [0003]
- DE 102007016751 A1 [0004]

Claims

Schalteinheit (1) mit einem Schaltelement (3), einer Rastkontur (4), die am Schaltelement (3) angeordnet ist oder mit diesem in Wirkverbindung steht und gegen die eine Arretierung (5) vorspannbar ist, und einer Sensorik (12), die einen Sensor (15, 19) zur Gangerkennung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (3) oder ein nebengeordnetes Bauteil (16, 24), das mit dem Schaltelement (3) derart in Wirkverbindung steht, dass jeder Schaltstellung des Schaltelements eine eindeutige Stellung des nebengeordneten Bauteils (16, 24) zugeordnet ist, eine separat von der Rastkontur (4) ausgebildete Kodiereinheit (9) für den Sensor (15, 19) aufweist.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (1) eine Rastierhülse (16) als nebengeordnetes Bauteil aufweist, wobei die Kodiereinheit (9) auf der Rastierhülse (16) angeordnet ist.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kodiereinheit (9) als ein Zylindermantelsegment ausgebildet ist, das Kodierelemente (17) aufweist.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kodierelemente (17) als Stifte (22) ausgebildet sind, wobei jeder Gangstellung ein Stift (22) mit einer bestimmten Höhe eindeutig zugeordnet ist.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kodiereinheit (9) aus Kunststoff oder aus Blech ausgebildet ist.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kodiereinheit (9) separat von dem Schaltelement (3) bzw. dem nebengeordneten Bauteil (24) hergestellt ist.
Schalteinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kodiereinheit (9) formschlüssig mit dem Schaltelement (3) oder dem nebengeordneten Bauteil (24) verbunden ist.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kodierelemente (17) magnetisiert sind.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (15, 19) die Kodiereinheit (9) berührungslos oder mit einer Kraft abtastet, die vernachlässigbar klein gegenüber der durch die Arretierung (5) auf die Rastkontur (4) ausgeübten Kraft ist.
Schaltelement mit einer Kodiereinheit nach Anspruch 1, wobei das Schaltelement (3) als Schaltstange, Schaltwelle (2) oder Schaltschiene ausgebildet ist.
Kodiereinheit (9) für eine Schalteinheit (1) nach Anspruch 1.