TECHNSCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rastiervorrichtung für eine Schaltwelle eines Schaltgetriebes mit einer Schaltkontur, die mit einem ersten Rastelement in Wirkverbindung steht.

Stand der Technik

Rastiervorrichtungen werden in Schaltgetrieben zur kraftschlüssigen Arretierung der Schaltpositionen „Neutral" und „eingelegter Gang" eingesetzt. Dazu weisen herkömmliche Systeme eine so genannte M-Kontur auf, die mittels eines federkraftbeaufschlagten Rastelementes beide Arretierfunktionen abdeckt.

Zur Rückführung der Schaltwelle innerhalb der Neutralgasse in die Grundstellung, vorzugsweise in die Schaltgasse 374. Gang werden entweder Federsysteme eingesetzt oder wiederum Rampenkonturen, die mittels eines federkraftbeaufschlagten Rastelementes die Rückstellkraft erzeugen. Diese Rampenkonturen sind entweder als separate Kontur oder in Kombination mit einer M-Kontur ausgeführt.

Die Herstellbarkeit dieser M-Konturen an den entsprechenden Rastierungshülsen ist jedoch aufgrund der Oberflächenstruktur mit den sich ergebenden kleinen Radien und engen Übergängen von Außen- und Innenradien begrenzt. Aus diesem Grund ergeben sich auch Zwänge in der Auslegung dieser M-Konturen, die zu begrenzten Gradienten im Verlauf der Schaltkraft über dem Schaltweg bzw. im Verlauf des Schaltmomentes über dem Schaltwinkel führen.

Diese M-Konturen sind jedoch für eine sensorische Abtastung zum Zwecke der Schaltpositionsdetektierung ungeeignet, da sich aus der Oberflächenstruktur aufgrund der sich überdeckenden Höhen der Schaltpositionen „Neutral" und „eingelegter Gang" keine eindeutige Codierung ableiten lässt.

Rastelemente mit integrierter Schaltfunktion sind in vielfältigen Ausführungen gebräuchlich. In Erweiterung dessen wurden Rastelemente mit integrierter Wegsensorik entwickelt, die anhand des Hubes der Rastelemente die Höhe der in Wirkverbindung stehenden Kontur messen können.

Aufgabe

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Rastierhülse zu schaffen, die die Funktionen Arretierung der Schaltpositionen „Neutral" und „eingelegter Gang" in bewährter Weise erfüllt und wesentlich einfacher herstellbar ist. Zudem sollen vorzugsweise bei einer solchen Rastierhülse mittels eines geeigneten Verfahrens eine eindeutige Bestimmung der Schaltpositionen „Neutral" und der eingelegten Gänge 1 bis n und R möglich sein.

Lösung der Aufgabe

Zur Lösung der Aufgabe führt, dass die Schaltkontur mit einem zweiten Rastelement in Wirkverbindung steht, wobei dem ersten Rastelement ein Messelement zugeordnet ist.

Bevorzugt umfasst die Schaltkontur dabei eine erste Teilschaltkontur und eine zweite Teilschaltkontur. Dabei steht mit der ersten Teilschaltkontur das erste und mit der zweiten Teilschaltkontur das zweite Rastelement in Wirkverbindung. Vorzugsweise sind die Rastelemente dazu mit einem Federelement federkraftbeaufschlagt.

Vorzugsweise sind die Teilschaltkonturen um einen beliebigen Winkel radial versetzt, bevorzugt zwischen 90° und 270°, noch bevorzugter zwischen 150° und 210°. Sie sind vorteilhafterweise auf im wesentlichen gleicher axialer Höhe, insbesondere auf einer Hülse od. dgl. angeordnet. Dabei ist vom Erfindungsgedanken auch umfasst, dass die Teilschaltkonturen auf unterschiedlichen Hülsen angeordnet sind. Ebenfalls kann die Schaltkontur aus zwei neben- oder hintereinander liegenden Teilschaltkonturen ausgeführt sein. Auch die Ausbildung einer Schaltkontur, der zwei Rastelemente zugeordnet sind, ist vom Erfindungsgedanken umfasst.

Dabei wird die Funktion „Arretierung der Schaltposition Neutral" ganz oder teilweise von der ersten Teilschaltkontur als Neutralrastierkontur und dem dazugehörigen ersten Rastelement in einer Neutralrastierung übernommen. -A-

Die Funktion „Arretierung der Schaltposition eingelegter Gang" wird von der zweiten Teilschaltkontur als Gangrastierkontur und dem zweiten Rastelement übernommen.

Weiterhin wird mit den beiden Wirkverbindungen die Möglichkeit geschaffen, gezielt die jeweiligen Einzelschaltkraft- bzw. Schaltmomentverläufe zu überlagern, was für eine weitere Vereinfachung der Teilschaltkonturen und einen erhöhten Schaltkomfort genutzt werden kann.

Grundsätzlich stehen die Rastelement so miteinander in Wirkverbindung, dass sie, bspw. bei einem Schaltvorgang gekoppelte Bewegungen ausführen.

Die Wirkverbindung der Rastelemente erfolgt so, dass entsprechend der Ausbildung der Teilschaltkonturen Wählbewegungen translatorisch und die Schaltbewegungen rotatorisch oder bei entgegengesetzter Ausbildung die Wälbewegungen rotatorisch und die Schaltbewegungen translatorisch ausgeführt werden.

Ausserdem können die beiden Teilschaltkonturen so ausgebildet sein, dass die Rastelemente bei einer gekoppelten Bewegung an einer Teilschaltkontur entlang einer Steigung und an der entsprechenden anderen Teilschaltkontur entlang einem Gefälle laufen.

Einzelnen Schaltzuständen oder Gruppen von Schaltzuständen, die detektiert werden sollen, wird ein definierter Radius zugeordnet. Deshalb erfährt das

Rastelement für einen bestimmten Schaltzustand einen definierten Hub. Dieser

Hub des Rastelements wird zur Detektion des Schaltzustandes ermittelt. Dazu ist zumindest einem der Rastelemente ist ein Messelement zugeordnet. Vom

Erfindungsgedanken soll auch umfasst sein, dass der Hub indirekt bestimmt wird, also ein Weg eines Bauteils das vom Rastelement umfasst wird.

Zweckmässigerweise kann das Messelement, wenn es einem Federelement des Rastelements zugeordnet ist, bspw. die Federkraft des Federelements bei einer Schalt- und oder Wählbewegung messen und dadurch den Federweg und endlich den Hub des Rastelements bestimmen.

Zweckmässigerweise wird der Hub des Rastelements an der Neutralrastierkontur ermittelt. Denn diese weist in ihrer Mitte eine muldenförmige Vertiefung, eine sogenannte Neutralgasse auf, in der sich das Rastelement in einer Neutralposition befindet. Aus dieser Neutralgasses heraus kann das Rastelement bei einer Schalt- oder Wählbewegung entlang in Schaltgassen bewegt werden. In Schaltrichtung beschreiben die Schaltgassen auf der Neutralrastierkontur einen Anstieg, den das Rastelement beim Wählbzw. Schaltvorgang bis in einen Rastierbereich durchlaufen muss. Dadurch ergibt sich auf jeden Fall ein ausreichend grosser und somit gut detektierbarer Hub.

Der Rastierbereich ist in Unterbereiche unterteilt. Diese Unterbereiche können unabhängig voneinander, für jeden Schaltzustand einzeln auf der Schaltkontur, vorzugsweise der Neutralrastkontur angeordnet sein. Dabei weisen die einzelnen Unterbereiche, denen die einzelnen Gänge zugeordnet sind, definierte Radien oder Abstände auf. Dadurch erfährt das Rastelement je nach gewähltem Gang bzw. Schaltzustand jeweils einen definierten Hub. Dieser wird mit dem Messelement erfasst und über eine Auswerteelektronik zur Schaltpositionserkennung genutzt.

Um dabei ausreichend grosse Abstände zwischen den Schaltbereichen der eingelegten Gänge zu erreichen, werden die Höhen der Neutralpositionen der einzelnen Schaltgassen auf unterschiedliche Niveaus ausgelegt. Dazu dient eine in Wählrichtung orientierte Rampe. Diese Rampe wird gleichzeitig zu einer Wählrückführung bzw. als Gewichtsausgleich genutzt.

In einem erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel sollen nur die Schaltzustände „neutral" und „R-Gang" detektiert werden. Um eine solche Detektierung zu realisieren, kann eine Rastierhülse, mit folgender Ausbildung eingesetzt werden.

Alle Neutralpositionen werden vorzugsweise in der Neutralgasse auf annähernd ein Niveau bzw. einen Radius gelegt. Auch allen Schaltgassen bzw. Schaltbereichen der Vorwärtsgänge 1 bis n werden vorzugsweise annähernd ähnliche Radien, ohne fest definierte Abstände zugeordnet.

Nur der Schaltbereich des Rückwärtsganges erhält einen Bereich mit einem Radius, der eine definierte Differenz zu den Radien der anderen Schaltbereiche aufweist. Vorzugsweise erhält dieser Bereich einen grosseren Radius, so dass die entsprechende Schaltgasse höher als die Schaltgassen der Gänge 1 bis n liegt und der Schaltbereich bzw. die Schaltgasse nur im Rückwärtsgang erreichbar ist. Dadurch ergibt sich eine eindeutige Abgrenzung für die Schaltbereiche „neutral" und „R-Gang".

Alternativ kann anstelle des Rastelements, dem ein Messelement zugeordnet ist, auch ein Rastelement mit einem Schalter, der den Zustand „gangrastiert" erkennt und mit zwei Kontaktpaaren (Schaltstellung „neutral" und „R-Gang") versehen ist, verwendet werden.

Diese Ausführungsbeispiel ist vorzugsweise für Anwendungen, die an einen Schaltzustand gebunden sind, wie „Rückfahrscheinwerfer"" und „Start-Stop- Automatik" einsetztbar.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels wird ein kompletter Neutralbereich ausserhalb, vorzugsweise unterhalb eines reservierten Höhenbereichs für eingelegte Gänge angeordnet. Damit wird der Neutralbereich innerhalb einer Wählgasse von der Auswerteelektronik sicher am gemessenen Hub erkannt. Grundsätzlich ist es nicht vermeidbar, dass während einer Schalt- oder Wählbewegung bis der Rastierbereich erreicht ist, Höhen bzw. Radien vom Rastelement „durchlaufen" werden, die für andere Gänge reserviert bzw. diesen zugeordnet sind. Deshalb wird vorzugsweise erst mit der Auswertung bzw. Gangdetektierung begonnen, wenn sich das Rastelement im Ratstierbereich der Schaltgasse befindet, in dem diese bereits einen konstanten, für diese Schaltgasse charakteristischen Radius aufweist.

Je nach Ausführungsbeispiel kann die Schaltkontur einen Rastierbereich aufweisen, der bspw. in einem bestimmten Schaltwinkelbereich liegt. Vom Erfindungsgedanken ist aber auch umfasst, jedem Schaltzustand einen eigenen unabhängigen Unterbereich des Rastierbereichs, nach konstruktiven-, fertigungs- und/oder schalttechnischen Kriterien zuzuordnen.

Je nach Ausführungsbeispiel können unterschiedliche I ndikatorg rossen anzeigen, dass sich das Rastelement auf dem Rastierbereich bzw. einem Unterbereich befindet. Geeignete Indikatorgrössen sind das Erreichen eines bestimmten Schaltwinkels oder das Gleichbleiben des Hubes des Rastelements innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird einem der Rastelemente, bevorzugt dem Rastelement der Gangrastierung, ein Schalter zugeordnet, der einen Indikator-Schaltzustand annimmt, wenn ein Schaltzustand der Rastiervorrichtung rastiert ist. Dazu weist auch die Gangrastierkontur einen Bereich mit einem definierten Radius zum Auslösen der Indikatorschaltzustandes auf, der gegenüber der Neutralrastierkonur so angeordnet ist, so dass sich das zweite Rastelement auf diesem befindet, wenn sich das erste Rastelement auf dem Rastierbereich bzw. einem der Unterbereiche auf der Neutralrastierkontur befindet.

Zur Erfassung des Indikator-Schaltzustands sind verschiedene Sensoren, Schalter oder Wegaufnehmer, wie induktive, mechanische, elektrische oder optische vorteilhaft. Die Vorteile sind bspw. berührungslose Messung, einfacher Aufbau oder günstige Herstellung.

FIGURENBESCHREIBUNG

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemässen

Ausführungsbeispiels einer Rastiervorrichtung eines

Schaltgetriebes;

Figur 2 eine Darstellung von Verläufen eines Hubes der Rastiervorrichtung gemäss Figur 1 ;

Figur 3 eine Prinzipdarstellung eines weiteren erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels einer Rastiervorrichtung eines Schaltgetriebes;

Figur 4 eine Darstellung von Verläufen eines Hubes der Rastiervorrichtung gemäss Figur 3;

Figur 5 eine Darstellung von Verläufen eines Hubes eines weiteren erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels einer

Rastiervorrichtung;

Figur 6 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemässes Ausführungsbeispiels einer Schaltwelle mit Rastierungshülse gemäss der Prinzipdarstellung in Figur 1 ;

Figur 7 eine weitere perspektivische Ansicht der Schaltwelle gemäss Figur

6;

Figur 8 eine Vorderansicht der Schaltwelle gemäss Figur 6; Figur 9 eine Draufsicht der Schaltwelle gemäss Figur 6;

Figur 10 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels einer Schaltwelle mit Rastierungshülse gemäss der Prinzipskizze aus Figur 3;

Figur 11 eine weitere perspektivische Ansicht der Schaltwelle gemäss Figur 10;

Figur 12 eine Vorderansicht der Schaltwelle gemäss Figur 10;

Figur 13 eine Draufsicht der Schaltwelle gemäss Figur 10;

Figur 14 eine perspektivische Ansicht eines weiteren erfindungsgemässen Ausführungsbeispiels einer Schaltwelle gemäss den Verläufen aus Figur 5;

Figur 15 eine weitere perspektivische Ansicht der Schaltwelle gemäss Figur

14;

Figur 16 eine Vorderansicht der Schaltwelle gemäss Figur 14;

Figur 17 eine Draufsicht der Schaltwelle gemäss Figur 14.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Figur 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemässen Rastiervorrichtung R1. Eine Schaltkontur der Rastiervorrichtung R1 ist aus zwei Teilschaltkonturen, nämlich einer Neutralrastierkontur 1 und einer Gangrastierkontur 2 gebildet. Diese sind gegenüberliegend auf einem Umfang 20 angeordnet. Die Teilschaltkonturen stehen so miteinander in Wirkverbindung, dass sie gekoppelte Bewegungen ausführen. Der Neutralrastierkontur 1 ist ein erstes Rastelement 3 zugeordnet. Analog ist der Gangrastierkontur 2 ein zweites Rastelement 4 zugeordnet. Das erste Rastelement 3 besteht aus einer Kugel 11 , die durch ein Federelement 9 federkraftbeaufschlagt ist. Die Neutralrastierkontur 1 weist eine Mulde 12 auf, in diese greift die Kugel 11. Wenn sich die Kugel 11 in dieser Mulde 12 befindet, ist das Getriebe in Neutralstellung. In Schaltrichtung läuft die Neutralrastierkontur 1 in konstanten Radien Ra aus. Im Gegensatz dazu ist die Gangrastierkontur 2 leicht ballig oder eben, aber ohne Vertiefung ausgebildet.

Teilschaltkonturen, die diesem Ausführungsbeispiel entsprechen, sind in den Figuren 6 bis 9 gezeigt. So weist die Teilschaltkontur 1 eine Wählrückführrampe 7, die als Vertiefung ausgeführt ist, auf. Eine Wählrückführrampe 6 an der Teilschaltkontur 2 ist als Auswölbung mit einer Einschnürung 15 ausgebildet.

Dem ersten Rastelement 3 ist ein Messelement 13 zugeordnet. Dieses ist vorzugsweise als Messsensor ausgebildet.

Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung ist:

Bei einer Wähl- oder Schaltbewegung erfährt das Rastelement 3 einen Hub. Dieser kommt dadurch zustande, dass das Rastelement 3 aus der Mulde 12 entlang der Neutralrastierkontur 1 in einer Schaltgasse 27, die beispielhaft in Figur 6 eingezeichnet ist, bis in einen Rastierbereich 28 läuft.

Figur 2 zeigt ein Diagramm, in dem in y-Richtung die Schaltwinkel gegenüber dem Hub des Rastelementes R1 in x-Richtung aufgetragen sind. Daraus ergeben sich für die einzelnen Gänge die dargestellten Hub-Verläufe 22.1 bis 22.7.

Der Rastierbereich 28 ist in mehrere Unterbereiche 23, die den einzelnen Schaltzuständen zugeordnet sind, unterteilt. Ausgehend von einer Linie 17, die den Neutralbereich in der Mulde 12 darstellt erstrecken sich die Hub-Verläufe 22.1 bis 22.7 über einen Bewegungsbereich 18 bis in seinen Unterbereich 23 im Rastierbereich 28.

Die Unterbereiche des Rastierbereichs können auf der Schaltkontur ohne festen Zusammenhang verteilt sein. Kennzeichnend für einen Rastierbereich und seine Unterbereiche ist, dass das Rastelement im Rastierbereich einen konstanten Hub erfährt.

Im Rastierbereich 28 im Diagramm sind die Hub-Verläufe 22.1 bis 22.7 als Geraden ausgebildet, die jeweils einen definierten Abstand ΔRa zueinander aufweisen.

In anderen Ausführungsbeispielen können die einzelnen Abstände auch unterschiedliche Werte aufweisen.

Die Ausbildung der Hub-Verläufe 22.1 bis 22.7 als Geraden im Rastierbereich 28 sagt aus, dass sich das Rastelement 3 jetzt im Bereich einer Schaltgasse 27 befindet, in dem diese einen konstanten definierten Radius Ra aufweist, der einem Schaltzustand zugeordnet ist. Jetzt ist eine sichere Detektion des Schaltzustandes über eine Auswerteelektronik möglich.

Als Ereignis, mit dessen Eintreten der Auswerteelektronik signalisiert wird, dass sich das Rastelement 3 im Rastierbereich 28 befindet und eine sichere Detektion des Schaltzustand möglich ist, kann beispielsweise das Erreichen eines bestimmten Schaltwinkels, das Erreichen eines konstanten Hubes für Ra bzw. Beibehalten dieses Hubes für Ra innerhalb einer festgelegte Zeiteinheit als Kriterium dienen.

Figur 3 zeigt eine Prinzipskizze eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Rastiervorrichtung R2. Diese entspricht im Wesentlichen der Rastiervorrichtung R1 , weist aber zusätzlich einen Schalter 14, der dem Rastelement 4 zugeordnet ist, auf.

Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels ist folgende:

Der Schalter 14 schliesst, wenn mit dem Rastelement 4 und der Gangrastierkontur 2 eine Schaltposition bzw. ein Gang rastiert ist. Also sich das Rastelement 3.1 im Rastierbereich 28.1 bzw. einem Unterbereich 23 befindet. Dieses Ereignis wird im Diagramm in Figur 4 beispielhaft für „Gang 3" durch eine Linie 25 markiert. Links von der Linie 25 befindet sich deshalb ein Neutralbereich 19, da noch kein Gang eingelegt, bzw. rastiert ist. Erst bei geschlossenem Schalter 14 als Indikatorschaltzustand des Schalter 14, wird von Auswerteelektronik nach dem bereits beschriebenen Prinzip der Schaltzustand des Getriebes detektiert.

Teilschaltkonturen 1.1 und 2.1 und eine Schaltwelle 5.1 , die sich für solche Anwendungen eignen, werden in den Figuren 10 bis 13 gezeigt. Vorzugsweise weist die Neutralrastierkontur 1.1 eine Wählrückführrampe 7.1 und eine Einschnürung 16, die sich über die gesamte Neutralrastierkontur 1.1 erstreckt, auf.

In einem weiteren erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel sollen nicht alle einzelnen Schaltzustände detektiert, sondern nur eine Unterscheidung zwischen Rückwärtsgang oder Neutralstellung getroffen werden. Ein Anwendungsgebiet dieses Ausführungsbeispiels können Funktionen, die an einen bestimmten Schaltzustand, wie bspw. „Rückfahrscheinwerfer" gebunden sind, oder Fahrzeuge mit Start-Stopp-Automatik sein.

Dazu wird eine erfindungsgemässe Schaltkontur gemäss den Figuren 14 bis 17 mit einer Schaltwelle 5.2 und eine Neutralrastierkontur 1.2 und einer

Gangrastierkontur 2.2 ausgebildet. Die Gangrastierkontur 2.2 und eine mittig liegende Wählrückführrampe 6.2 sind durch eine Einschürung 15.2 jeweils in zwei Bereiche getrennt.

Alle Neutralpositionen in der einer Mulde 12.3 weisen ein annähernd gleiches Niveau auf.

Auch alle Schaltgassen bzw. Schaltbereiche der Vorwärtsgänge 1 bis n werden annähernd auf ähnliche Radien gelegt. Deshalb weist die Neutralrastierkontur 1.2 auch nur eine Erhöhung 21 auf, die den Schaltbereich des Rückwärtsganges darstellt. Die Erhöhung 21 weist einen definierten Abstand zu den anderen Schaltbereichen der Neutralrastierkontur 1.2 auf. Dadurch ergibt sich eine eindeutige Abgrenzung für die Schaltbereiche „neutral" und „R-Gang".

Bei Betrachtung der Hub-Verläufe 26.1 und 26.2 in Figur 5 zeigt sich, dass ebenfalls ein Bewegungsbereich 18.1 , der bei allen Schaltbewegungen durchlaufen wird und ein Rastierbereich 28.2 vorhanden ist. Da der Hub-Verlauf 26.1 unterhalb des Bewegungsbereichs 18.1 endet, kann von der Auswertelektronik eindeutig der gewählte Rückwärtsgang erkannt werden.

Über den Hub-Verlauf 26.2, der im Bewegungsbereich 18.1 liegt, kann nur ausgesagt werden, dass er aus einer Wählbewegung, mit der einer der Vorwärtsgänge 1 bis n gewählt wurde, resultiert.

Für alle Hub-Verläufe, die über dem Bewegungsbereich 18.1 liegen, wie der Kreis 30, erkennt die Auswerteelektronik, dass das Getriebe in Neutralstellung ist. Bezugszeichenliste