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Title:
DEVICE FOR DETECTING SWITCH POSITIONS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/000896
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a device for detecting switch positions of a switch means which can be mechanically activated, having a transmitter element which is coupled to the movement of the switch means and displays a switch position, and a signal receiver element for the spatial detection of the position of the transmitter element, the receiver element cooperating with the transmitter element and arranged in a spatially fixed manner with respect to the transmitter element. The invention is characterized in that the transmitter element and the signal receiver element are contained in separate mechanical units which are connected to each other via a mechanical interface to make up the device, and in that data pertaining to tolerance-conditioned deviations of the position of the transmitter element and the signal receiver element from their respective, construction-conditioned set position with respect to the mechanical interface are stored in a retrievable manner in each unit.

Inventors:
BLECKMANN, Michael (Auf der Heide 6a, Schwerte-Ergste, 58239, DE)
Application Number:
EP2008/058199
Publication Date:
December 31, 2008
Filing Date:
June 26, 2008
Export Citation:
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Assignee:
LEOPOLD KOSTAL GMBH & CO. KG (An der Bellmerei 10, Lüdenscheid, 58513, DE)
BLECKMANN, Michael (Auf der Heide 6a, Schwerte-Ergste, 58239, DE)
International Classes:
F16H59/10
Foreign References:
DE10336971B32004-10-28
EP0831253A21998-03-25
DE19938110A12001-02-22
Attorney, Agent or Firm:
KERKMANN, Detlef (An der Bellmerei 10, Lüdenscheid, 58513, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Erfassen von Schaltstellungen eines mechanisch betätigbaren Schaltmittels, mit einem eine an die Bewegung des Schaltmittels gekoppelten, eine Schaltstellung anzeigenden

Geberelement und einem zur ortsaufgelösten Erfassung der Stellung des Geberelements mit diesem kooperierenden diesbezüglich ortsfest angeordneten Signalaufnahmeelement, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberelement und das Signalaufnahmeelement in separaten mechanischen Einheiten (3, 4) aufgenommen sind, die zur Ausbildung der Vorrichtung über eine mechanische Schnittstelle (3', 4') miteinander verbunden sind, und dass Informationen über toleranzbedingte Abweichungen der Lagen des Geberelements und des Signalaufnahmeelements von ihren jeweiligen, konstruktionsbedingten Solllagen im Bezug auf die mechanische Schnittstelle (3', 4') in den jeweiligen Einheiten (3, 4) abrufbar vorhanden sind.

2. Schaltstellungserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die separaten mechanischen Einheiten als erste und zweite Gehäuseteile (3, 4) einer Schalteinrichtung ausgebildet sind.

3. Schaltstellungserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Schnittstelle zwischen den Gehäuseteilen durch Führungs- und Positionierungsmittel an den beiden Gehäuseteilen (3, 4) gebildet ist.

4. Schaltstellungserfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungs- und Positionierungsmittel an den beiden Gehäuseteilen (3, 4) als eine öffnung (3') im ersten Gehäuseteil

(3) und ein in diese einzuführender Kragen (4') am zweiten Gehäuseteil

(4) ausgebildet sind.

5. Schaltstellungserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberelement ein

Zahnradsegment (2) ist, und dass das Signalaufnahmeelement eine einen Permanentmagneten sowie ein analoges Hallsensorelement umfassende Baugruppe ist, wobei der Permanentmagnet mit einem zur Kooperation mit dem Zahnradsegment (2) vorgesehenen Abtriebselement fest verbunden und gegenüber dem

Hallsensorelement linear verschieblich gelagert ist.

6. Schaltstellungserfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Permanentmagneten und das Hallsensorelement umfassende Baugruppe auf einer in dem zweiten

Gehäuseteil (4) vorhandenen elektrischen Leiterplatte so angeordnet ist, dass beim Zusammenfügen der Gehäuseteile (3, 4) das Zahnradsegment (2) und das mit dem Permanentmagneten verbundene Abtriebselement miteinander in Eingriff kommen.

7. Schaltstellungserfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese Bestandteil eines Gangwahlschalters für ein Kraftfahrzeug ist.

Description:

Vorrichtung zum Erfassen von Schaltstellungen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von Schaltstellungen eines mechanisch betätigbaren Schaltmittels, mit einem an die Bewegung des Schaltmittels gekoppelten, eine Schaltstellung anzeigenden Geberelement und einem zur ortsaufgelösten Erfassung der Stellung des Geberelements mit diesem kooperierenden, diesbezüglich ortsfest angeordneten Signalaufnahmeelement.

Derartige Vorrichtungen zum Erfassen von Schaltstellungen eines mechanisch betätigbaren Schaltmittels werden beispielsweise in Schalteinrichtungen für Kraftfahrzeuge eingesetzt, um den jeweiligen Schaltwunsch des Fahrers bezogen auf eine durch die Schalteinrichtung zu beeinflussende Funktion elektrisch oder elektronisch zu erfassen. So wird etwa bei Kraftfahrzeugen, die mit einem automatisierten Schaltgetriebe ausgerüstet sind, der eigentliche Schaltvorgang elektrohydraulisch oder elektromotorisch vorgenommen, während der jeweilige Schaltwunsch des Fahrers elektrisch oder elektronisch erfasst wird. Der Schalthebel einer solchen Gangwahl-Schalteinrichtung kann dabei multistabil oder auch monostabil ausgeführt sein, dass heißt er besitzt entweder mehrere rastende Schaltpositionen in denen er verbleibt oder, ähnlich einem Joystick, nur eine stabile Ruheposition, in die der Schalthebel aus mehreren instabilen Stellpositionen immer wieder zurückfällt. Durch die große Anzahl an elektrischen und mechanischen Komponenten, die eine derartige Schalteinrichtung umfasst, bildet sie ein sehr komplexes und aufwendiges System, welches im Falle einer Fehlfunktion nur als Ganzes und damit mit einem erheblichen Wertverlust ausgetauscht werden kann.

Die Schaltstellungserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bietet in diesem Zusammenhang den Vorteil, eine Modularisierung einer solchen Schalteinrichtung zu ermöglichen, so dass im Fehlerfalle ggf. nur ein Teil der gesamten Schalteinrichtung ersetzt werden muss.

Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass das Geberelement und das Signalaufnahmeelement in separaten mechanischen Einheiten aufgenommen sind, die zur Ausbildung der Vorrichtung über eine mechanische Schnittstelle miteinander verbunden sind, und dass Informationen über toleranzbedingte Abweichungen der Lagen des Geberelements und des

Signalaufnahmeelements von ihren jeweiligen, konstruktionsbedingten Solllagen im Bezug auf die mechanische Schnittstelle in den jeweiligen Einheiten abrufbar vorhanden sind.

Mit einer solchen Vorgehensweise ist insbesondere die hierbei dringend erforderliche Beherrschung der mechanischen Toleranzen des Gesamtsystems gewährleistet.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die separaten mechanischen Einheiten als erste und zweite Gehäuseteile einer Schalteinrichtung ausgebildet, und die mechanische Schnittstelle zwischen den Gehäuseteilen umfasst Führungs- und Positionierungsmittel, die als eine öffnung im ersten Gehäuseteil und ein in diese einzuführender Kragen am zweiten Gehäuseteil ausgebildet sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltstellungserfassungsvorrichtung werden anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine Gangwahl- Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Schaltstellungserfassungsvorrichtung.

Der in der Zeichnung dargestellte Gangwahlschalter für ein Kraftfahrzeug umfasst zwei mechanische Einheiten, die als erste und zweite Gehäuseteile 3, 4 des Gangwahlschalters ausgebildet sind. Als mechanisch betätigbares Schaltmittel umfasst der Gangwahlschalter einen Schalthebel 1 zum Anwählen verschiedener Getriebestufen eines automatischen Getriebes des

Kraftfahrzeugs. Zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erfassen von Schaltstellungen des mechanisch betätigbaren Schalthebels 1 werden die Gehäuseteile 3, 4 entlang der in der Zeichnung gestrichelt dargestellten Linien zusammengeführt und miteinander verbunden. Als eine öffnung 3' im ersten Gehäuseteil 3 und ein in diese einzuführender Kragen 4' am zweiten Gehäuseteil 4 ausgebildete Führungs- und Positionierungsmittel an den beiden Gehäuseteilen 3, 4 bilden dabei eine mechanische Schnittstelle aus, die eine korrekte Positionierung der in den beiden Gehäuseteilen vorhandenen, zur Kooperation miteinander vorgesehenen Elemente der Schaltstellungserfassungsvorrichtung zueinander sicherstellt.

Eines dieser Elemente, das in dem ersten Gehäuseteil 3 aufgenommen ist, ist ein an die Bewegung des Schalthebels 1 gekoppeltes, und damit dessen Schaltstellung anzeigendes Geberelement, das in diesem Fall als Zahnradsegment 2 ausgebildet ist. Neben dem Schalthebel 1 und dem

Geberelement sind in dem Gehäuseteil 3 weitere, insbesondere mechanische bzw. elektromechanische Komponenten vorhanden, die zur Realisierung bestimmter Schaltstellungen und Betätigungskräfte des Schalthebels 1 erforderlich sind. Es handelt sich hierbei insbesondere um eine eine Schaltkulisse sowie einen mit dieser kooperierenden federbelasteten Rastbolzen umfassende Rasteinrichtung sowie um mehrere durch Elektromagneten betätigbare Sperrklinken zur wahlweisen Sperrung bestimmter Schaltstellungen des Schalthebels 1.

Ein zweites, in dem zweiten Gehäuseteil 4 aufgenommenes Element der

Schaltstellungserfassungsvorrichtung ist ein zur ortsaufgelösten Erfassung der Stellung des Zahnradsegments 2 gegenüber diesem vorgesehenes Signalaufnahmeelement. Bei dem Signalaufnahmeelement, das in der Zeichnung nicht zu sehen ist, handelt es sich in diesem Falle um eine einen Permanentmagneten sowie ein analoges Hallsensorelement umfassende

Baugruppe. Der Permanentmagnet ist mit einem zur Kooperation mit dem Zahnradsegment 2 vorgesehenen Abtriebselement, wie z.B. einer Zahnstange, fest verbunden und gegenüber dem Hallsensorelement linear verschieblich gelagert. Diese gesamte Baugruppe ist auf einer in dem Gehäuseteil 4 vorhandenen elektrischen Leiterplatte so angeordnet, dass beim Zusammenfügen der Gehäuseteile 3, 4 das Zahnradsegment 2 und das mit dem Permanentmagneten verbundene Abtriebselement miteinander in Eingriff kommen. Alternativ hierzu ist auch eine Konfiguration denkbar, bei der der Permanentmagnet fest mit der Mechanik im ersten Gehäuseteil 3 verbunden ist und direkt als Geberelement auf das im zweiten Gehäuseteil 4 angeordnete Hallsensorelement wirkt, so dass auf die die mechanische übertragung durch Zahnradsegment 2 und Abtriebselement verzichtet werden kann. Selbstverständlich können auch andere Signalaufnahmeelemente zum Einsatz kommen, wie z.B. Potentiometer, Lichtschranken oder ähnliches.

Auf der das Signalaufnahmeelement tragenden Leiterplatte im zweiten Gehäuseteil 4 ist auch eine unter anderem einen Mikroprozessor umfassende Auswerteschaltung für die Schaltstellungserfassungsvorrichtung vorhanden. Die gegenseitige Lage des Zahnradsegments 2 im Gehäuseteil 3 und des Signalaufnahmeelements im Gehäuseteil 4 bestimmen den jeweiligen analogen Ausgangswert des Signalaufnahmeelements bei den jeweils durch den Schalthebel 1 einzunehmenden Schaltstellungen.

Durch die durch die öffnung 3' im ersten Gehäuseteil 3 und den in diese einzuführenden Kragen 4' am zweiten Gehäuseteil 4 definierte mechanische Schnittstelle 3', 4' ist die gegenseitige Lage der Gehäuseteile 3, 4 zueinander sehr präzise beherrschbar. Die Lage des Signalaufnahmeelements in Bezug auf den Kragen 4' am zweiten Gehäuseteil 4 und die Lage des Zahnradsegments 2 gegenüber der öffnung 3' im ersten Gehäuseteil 3 sind jedoch mit erheblichen fertigungsbedingten Toleranzen behaftet.

Insbesondere die toleranzbedingte Abweichung der Lage des Geberelements von ihrer konstruktionsbedingten Solllage im Bezug auf die öffnung 3' im ersten Gehäuseteil 3 und damit im Bezug auf die durch diese gemeinsam mit dem Kragen 4' im Gehäuseteil 4 definierte mechanische Schnittstelle kann durch die relativ lange Toleranzkette vom Schalthebel 1 bis zum Zahnradsegment 2 ganz erheblich sein.

Aus diesem Grunde werden im Zuge der Herstellung der mit der erfindungsgemäßen Schaltstellungserfassungsvorrichtung versehenen Gangwahlschalter sowohl die genaue Lage des Signalaufnahmeelements in Bezug auf den Kragen 4' am zweiten Gehäuseteil 4 als auch die genaue Lage des Zahnradsegments 2 gegenüber der öffnung 3' im ersten Gehäuseteil 3 individuell bei jedem einzelnen Teil etwa an einem Bandendeprüfgerät ermittelt. Dazu werden sowohl das erste Gehäuseteil 3 als auch das zweite Gehäuseteil 4 nach ihrer Fertigstellung jeweils mit einem genormten

Gegenstück verbunden, und dann die Lage des im Gehäuse vorhandenen Elements der Schaltstellungserfassungsvorrichtung im Bezug auf diese genormten Verhältnisse ermittelt. Informationen über diese ermittelte Lage des jeweiligen Elements gegenüber dem jeweiligen Gehäuseteil 3, 4 werden dann abrufbar in der jeweiligen Einheit abgespeichert. Dies erfolgt beispielsweise digital durch Ablegen eines bestimmten Wertes in einem Speicherbaustein oder in analoger Form durch eine Widerstandskodierung mittels Laserabgleich. Es ist hierbei jede Form der Speicherung dieser Informationen denkbar.

Bei einer durch Zusammenfügen der beiden Gehäuseteile 3, 4 komplettierten Schaltstellungserfassungsvorrichtung kann die im zweiten Gehäuseteil 4 vorhandene Auswerteschaltung auf die in beiden Gehäuseteilen 3, 4 gespeicherten Lageinformationen zugreifen und daraus einen Korrekturwert für die gesamte Einrichtung ermitteln, der eine Toleranzkorrektur für das

Gesamtsystem mit hoher Präzision ermöglicht.

Wird etwa in einem erforderlichen Reparaturfall nur eine der beiden Einheiten 3, 4 ausgetauscht, so kann durch die Individualisierung der Lageinformation für die jeweilige Einheit in jedem Fall ein neuer Korrekturwert für die geänderte gesamte Einrichtung ermittelt werden, der eine neue Toleranzkorrektur ermöglicht, die ebenso präzise wie die ursprüngliche ist.