Bezeichnung der Erfindung

Sensorschalteinheit

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Sensorschalteinheit mit einer Schaltarretierung, einem Getriebebauteil und einem Sensor zur Bestimmung von Gangstellungen, wobei das Getriebebauteil eine Rastkontur mit Raststufen aufweist und die Raststufen einem geschalteten Gang, der Neutralstellung oder einer Zwischenstellung zugeordnet sind, und die Schaltarretierung ein gegenüber dem Getriebebauteil vorgespanntes, mit der Rastkontur verrastbares Rastelement aufweist sowie eine Rastkontur für eine derartige Sensorschalteinheit.

Hintergrund der Erfindung

In Fahrzeugwechselgetrieben dienen derartige Sensorschalteinheiten zum einen der Festlegung von Schaltstellungen, zum anderen der Erfassung dieser Schalt- Stellungen, um diese beispielsweise der Steuerungslogik des Getriebes zur Verfügung zu stellen oder dem Fahrer als Information den eingelegten Gang anzu-

zeigen. Außerdem können über derartige Sensorschalteinheiten die Rückfahrleuchten eines Fahrzeugs angesteuert werden.

In der EP 1 063 450 A1 ist beispielsweise eine Wegemess- und Kontrolleinrich- tung für Kraftfahrzeuggetriebe mit einer Schaltwelle vorgestellt, wobei eine Schaltwelle in Achsrichtung verschiebbar und um ihre Achse drehbar angeordnet ist, um Gassen zu wählen und Gänge zu schalten. An einem freien Ende der Schaltwelle ist ein Messelement mit einer Messfläche angeordnet, wobei die Messfläche gewinkelt und nicht senkrecht zu der Längserstreckung der Schaltwel- Ie ausgerichtet ist. Auf der Messefläche liegt ein verstellbares Abtastelement an, das mit einer Messeinrichtung zusammenwirkt, indem die Messeinrichtung anhand der Position des Abtastelements die Schaltstellung der Schaltwelle bestimmt.

Aus der EP 1 350 991 B1 ist eine Sensoranordnung zur Bestimmung einer Schaltwalzenstellung bekannt, wobei ein Taster eine konturierte Umfangsfläche einer mit einer Schaltwelle fest verbundenen Sensorscheibe abtastet und durch berührungslose Messung der Position des Tasters die Schaltstellung mittels eines Hall-Elements bestimmt.

In der Druckschrift EP 1 152 174 A2 ist eine Sensorschalteinheit gezeigt, wobei das Auslesen der Tasterposition über einen berührungslosen Näherungssensor erfolgt.

Nachteilig an den vorgestellten Sensorschalteinheiten ist, dass die Sensoreinheit auf aufwändige Weise mit der Schaltarretierung verbunden werden muss. Die Baugruppe benötigt dadurch einerseits viel Bauraum, andererseits muss der Sensor zur sicheren Detektierung in räumlicher Nähe zu dem beweglichen Rastelement angeordnet sein. Aufgrund der erforderlichen Positionierung des Sensors zu der Schaltarretierung entsteht eine Toleranzkette, die Einfluss auf die Messung nimmt und aufwendige Kalibrierungen erfordert.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensorschalteinheit bereitzustellen, die einen einfachen, raumsparenden Aufbau aufweist und einfach zu montieren ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Sensorschalteinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Sensorschalteinheit weist demnach eine Schaltarretierung mit einem Rastelement, zumindest einen Sensor, eine Signalauswertungseinheit und ein Getriebebauteil auf, wobei an oder auf dem Getriebebauteil eine Rastkontur mit Raststufen zur Verrastung des Rastelements angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist der Sensor nicht an der Schaltarretierung angeordnet, sondern von dieser beabstandet. Dadurch ist die Position des Sensors stets vordefiniert zu den auf dem Rastelement angeordneten Raststufen. Toleranzprobleme sind aufgrund der raumfesten und räumlich nahen Anordnung und einer möglichen integralen Fertigung von Raststufe und Sensor erheblich reduziert. Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Rastkontur mit einem integrierten Sensor gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Signalerkennung funktionell von der Schaltarretierung getrennt, wodurch sich mehrere Vorteile ergeben: Zum einen steigt die Flexibilität, da aufgrund der nicht mehr notwendigen Integration einer Sensorik in die Schaltarretierung der durch diese benötigte Bauraum kleiner wird. Zum anderen können standardisierte Arretierungen verbaut werden, die optimal auf das durch diese zu vermittelnde Schaltgefühl abstimmbar sind, ohne dass auf die Belange der Senso- rik genommen zu werden braucht. So ist zum Beispiel für Schaltarretierungen mit einem hubbeweglichen Rastelement ein für Näherungssensoren erforderlicher Mindesthub zur sicheren Detektion erfindungsgemäß nicht erforderlich. Die Gestalt der Oberfläche der Rastkontur kann daher ebenfalls allein auf den zu erzeugenden Kraftverlauf ausgerichtet sein. Dadurch ist der Schaltkraftverlauf besser abstimm bar.

Die Erfindung ermöglicht weiterhin eine größere Werkstoffauswahl für die Schaltarretierungen. Durch die räumliche Trennung des Sensors von der Schaltarretie-

rung kann dieses beispielsweise metallische Bauteile aufweisen, die bei Verwendung eines Magneten den Sensor in seiner Funktion beieinträchtigen würden. Ebenfalls kann die gesamte Schaltarretierung beispielsweise aus Kunststoff hergestellt sein, ohne dass metallische Komponenten mit dem Kunststoff verbunden werden müssen.

Ferner ist es nicht erforderlich, die Schaltarretierung mit einem Steckkontakt für Stromkabel zu versehen, was dessen Kosten sowohl in der Herstellung als auch in der Montage weiter reduziert.

Der Sensor ist elektrisch leitend mit der Signalauswertungseinheit verbunden. Die Signalauswertungseinheit ist beispielsweise als ein einfaches Strom-, Spannungsoder Widerstandsmessgerät ausgebildet. Je nach Anwendungsfall kann es als analoges Messgerät oder als ein digital arbeitendes Messgerät ausgebildet sein., was für die grundsätzliche Funktion der Erfindung nicht von Bedeutung ist. Aufgrund der besseren Toleranzkette können in beiden Fällen wesentlich mehr Zwischenwerte als bei einer Sensorschalteinheit nach dem Stand der Technik sicher voneinander unterschieden werden. Dies erlaubt die Erkennung von Zwischenstellungen und ggf. die Einsparung eines zweiten Sensors. Die Signalauswer- tungseinheit zur Detektion des Ganges kann nahezu beliebig innerhalb oder außerhalb des Getriebegehäuses angeordnet sein.

Die Rastkontur weist in Ausgestaltungen der Erfindung eine oder mehrere Raststufen auf, die vorzugsweise komplementär zur zum Rastelement ausgebildet sind. Alternativ dazu ist die Rastkontur derart ausgebildet, dass stets zumindest ein sicheres Ansprechen des Sensors gewährleistet ist, wenn das Rastelement verrastet ist.

Die Raststufen müssen nicht notwendigerweise mit einer geschalteten Gangstel- lung korrespondieren. Ferner müssen die durch die Sensoren zu detektierenden Bereiche nicht mit den Raststufen übereinstimmen. Um beispielsweise die Wählstellung innerhalb der Neutralgasse zu detektieren, wäre beispielsweise ein in

Wählrichtung konstantes Höhenprofil denkbar, das einen oder mehrere Sensoren zur sicheren Detektion der Stellung in der Wählgasse aufweist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, den Sensor in die Rastkon- tur zu integrieren. Besonders vorteilhaft ist es, den Sensor an oder auf dem Rastelement anzuordnen. Wird das Getriebebauteil mit der Rastkontur relativ zur Schaltarretierung bewegt, so fährt das Rastelement die Oberfläche der Rastkontur ab und wird durch den Sensor detektiert.

Das die Rastkontur tragende Getriebebauteil kann als Schaltstange oder als Schaltwelle ausgebildet sein. Die Rastkontur und der Sensor sind direkt auf das Getriebebauteil montiert, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn der Sensor auf oder an der Rastkontur angeordnet ist, da dadurch mögliche Montagefehler ausgeschlossen werden und eine Kalibrierung des Sensors entfallen kann.

Idealerweise ist der Sensor auf der Rastkontur derart angeordnet, dass er in direkten Kontakt mit dem Rastelement bringbar ist. Damit ist sichergestellt, dass die mechanische Verrastung und die Signalerzeugung durch den Sensor stets synchronisiert sind. Die Rastkontur kann auch auf einer Rasthülse angeordnet sein oder einen Teil dieser bilden. Dabei ist die Rastkontur entweder einteilig mit der Rastierhülse ausgebildet oder form- kraft- oder Stoff schlüssig mit dieser verbunden. Die Anordnung der Rastkontur ist nicht auf die Getriebebauteile Rasthülse und Schaltwelle beschränkt.

In einer Variante der Erfindung ist die Rastkontur aus Kunststoff oder einem anderen nichtleitenden Material separat von dem Getriebebauteil ausgebildet; auch eine einteilige Ausbildung von Rastkontur und Getriebebauteil ist denkbar. Der Sensor ist ein metallischer Kontakt, der beispielsweise auf die Kunststoffoberfläche aufgedampft oder aufgedruckt ist.

Die Rastkontur kann eine zweidimensionale Struktur aufweisen. Mittels eines Sensors sind dann häufig ohne spezielle Maßnahmen und ohne auf die Schalthistorie zurückzugreifen lediglich entweder Wähl- oder Schaltbewegungen detektier-

bar. Aufgrund der gesteigerten Toleranzunempfindlichkeit der Sensorschalteinheit kann dies für viele Anwendungsfälle ausreichend sein. Vorteilhafter ist - sofern ein Sensor mehrere Raststellungen erkennen soll - die Verwendung einer dreidimensionalen Rastkontur, eines Rastgebirges, wobei jeder einzelnen Schaltstel- lung ein bestimmtes Niveau zugeordnet sein kann.

Die Rastkontur weist in einer Variante einen Grundkörper auf, auf dem mehrere Sensoren angeordnet sind. In der einfachsten Ausführungsform ist dazu jeder Sensor einzeln mit der Signalauswertungseinheit verbunden. Die Erfindung er- möglicht somit die sichere Detektierung sowohl von Rastpositionen als auch von Zwischenstellungen, da jeder Sensor ein eigenes Signal liefert.

Alternativ wird eine gemeinsame Signalleitung verwendet, wobei jeder einzelne Sensor ein charakteristisches analoges oder digitales Signal erzeugt.

Die Rastkontur weist mindestens eine Raststufe auf, die einem Wechsel der Wählgasse oder der Schaltgasse im Getriebe zugeordnet ist. üblicherweise ist für jeden zu schaltenden Gang wie auch für die Neutralstellung jeweils eine Raststufe vorgesehen. Die Raststufen sind in der Regel als Rastausnehmungen ausgebildet, die komplementär zur Form des Rastelements sind, um dieses bei Erschütterungen auch sicher zu halten.

Die Schaltarretierung weist in der Regel ein hubbewegliches Rastelement beispielsweise in Form einer wälzgelagerten Rastkugel auf. Alternativ dazu ist es möglich, insbesondere bei automatisierten Schaltgetrieben, bei denen auf einen haptisch ansprechenden Schaltkraftverlauf verzichtet werden kann, Rastelemente mit deckelartigen Dachschrägen einzusetzen. Bei diesen kann aufgrund der größeren Kontaktfläche zur Rastkontur ein Stromfluss auch beim Verkippen der Bauelemente zueinander aufgrund von Fehlbedienungen sicher elektrisch detektiert werden.

Die Schaltarretierung ist beispielsweise mit einem hülsenförmigen, zylindrischen, metallischen Gehäuse versehen, an dessen einem offenen Ende eine wälzgela-

gerte Rastkugel als Rastelement angeordnet ist. Das Rastelement ist durch eine Feder gegenüber der Rastkontur vorgespannt, so dass bei einem Schaltvorgang eine Hubbewegung des Rastelements erzeugt und ein sicheres Verrasten ermöglicht wird. Die Feder ist üblicherweise als eine Druckfeder ausgebildet und stützt sich mit ihrem einen freien Ende am Boden des Gehäuses der Schaltarretierung ab und zum anderen direkt oder indirekt an dem Rastelement. Häufig ist das Rastelement über einen schaftartigen Träger innerhalb des Gehäuses geführt. Die Schaltarretierung ist üblicherweise starr mit dem Getriebegehäuse verbunden, es kann allerdings auch an andere Getriebebauteile montiert werden, solange eine Relativbewegung zur Rastkontur möglich ist.

Als Sensor wird ein Bauteil verstanden, das bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften (z. B.: Wärmestrahlung, Temperatur, Druck, Helligkeit oder Beschleunigung) qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Diese Größen werden mittels physikalischer oder chemischer Effekte erfasst und in wei- terverarbeitbare Größen, bevorzugt in elektrische Signale, umgewandelt

Als Sensoren geeignet sind beispielsweise Wirbelstromsensoren, optische Sensoren, Hall-Sensoren oder mechanische Sensoren.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor als ein mechanischer Taster ausgebildet, der einen elektrischen Stromkreis schließt. Der Taster wird betätigt, sobald das Rastelement in einer Raststellung verrastet. Wird das Rastelement weiter bewegt, so dass es keinen mechanischen Kontakt mehr zu dem Taster hat, so wird der Stromkreis geöffnet. Eine gleichwertige Lösung ist es, dass der Stromkreis beim Verrasten jeweils geöffnet wird und beim Verlassen der Rast- ausnehmung geschlossen wird.

Bei einer derartigen Sensorschalteinheit sind erschütterungs- und wärmeempfind- liehe Sensoren wie Magnete nicht erforderlich. Diese sind zum einen teuer und müssen andererseits kalibriert werden, da die Magnetfeldstärke der in Massenproduktion zu verbauenden Magnete fertigungsbedingt typischerweise stark streut.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung der Erfindung ist, dass die Federkraft der Schaltarretierung stets von der Rastkontur getragen wird. Daher wird der Taster nur um den Betrag betätigt, um welchen er im unbelasteten Zustand aus der Rastkontur hervorstand. Der Schaltkraftverlauf wird dadurch nicht oder fast nicht beeinflusst.

In einer Variante der Erfindung ist genau ein Sensor je Rastkontur angeordnet. Vorzugsweise detektiert er die Neutralstellung. Sofern es durch die Art des Sensors möglich ist, dass dieser außer betätigt/nicht betätigt weitere Signale erzeu- gen kann, können mit diesem Sensor mehrere Gangstellungen erkannt werden. Dadurch dass das Profil der Rastkontur bekannt ist, lassen sich durch die Signalauswerteeinheit insbesondere bei analog arbeitenden Sensoren weitere Gangstellungen ermitteln.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Sensoren auf der Rastkontur angeordnet. Diese können sicher die ihnen zugeordnete Gangstellung erfassen, auch wenn das Höhenprofil der Rastkontur für alle Gänge das gleiche Niveau aufweisen sollte. Bei einer Sensorarretierung des Standes der Technik, bei der sowohl eine translatorische Bewegung einer Schaltwelle als auch eine rotatorische in einen Hub des Rastelements übersetzt werden, ist dies nicht möglich, da der Sensor in beiden Fällen nur eine Hubänderung detektieren kann. Erfindungsgemäß kann der geschalteten Gang hingegen auch bei einem symmetrischen Profil der Rastkontur ohne weitere Hilfsmitteln eindeutig auf einfache Weise erkannt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen Teil einer ersten erfindungsgemäßen Sensorschalteinheit mit einer Schaltarretierung und einer Rastkontur in einem Fahrzeuggetriebe, wobei in der Figur ein Teilschnitt durch die Schaltarretierung

bzw. die Rastkontur und deren Sitz auf dem Getriebeteil dargestellt ist,

Figur 2 eine Schrägaufsicht auf eine Rastkontur einer zweiten erfindungs- gemäßen Sensorschalteinheit mit einem Taster als Sensor,

Figur 3 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Sensorschalteinheit in Neutralstellung und

Figur 4 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Sensorschalteinheit in geschalteter Stellung.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

In Figur 1 ist mit 1 eine Schaltarretierung bezeichnet, die in eine Bohrung 2 des Getriebegehäuses 3 eingepresst ist. Die Schaltarretierung 1 besteht aus einem Rastbolzen 4, einer Hülse 5, einer Wälzlagerung 6 und einer Druckfeder 7. In einem Führungsteil 8 des Rastbolzens 4 ist eine Rastkugel als Rastelement 9 angeordnet, die sich an Stützkugeln 10 abstützt. Die Wälzlagerung 6 lagert den Rastbolzen 4 entlang seiner Längsmittelachse 4a verschiebbar in der Hülse 5. Die tragenden Wälzkörper 6a werden in der Wälzlagerung 6 durch einen Käfig 6b geführt und gehalten. Die Druckfeder 7 ist vorgespannt zwischen dem Federsitz 4b des Rastbolzens 4 und einem weiteren Federsitz 5a der Hülse 5 montiert und wird durch die Federführung 4c geführt. Im Getriebegehäuse 3 ist ein Getriebebauteil in Form einer Schaltwelle 15 gelagert, an dessen Umfang eine Rastkontur 11 eingebracht ist. Die Rastkontur 11 weist Raststufen auf, die als kalottenförmige Ausnehmungen 12, 13 im Wesentlichen komplementär zur Rastkugel 9 ausgebildet sind und voneinander durch Rampenprofile 14 getrennt sind. Damit der Rastbolzen 4 mit seiner Rastkugel 9 in die Rastkontur 11 sicher verrastet, wird die Rast- kugel 9 über die Stützkugeln 10 und das Führungsteil 8 durch die Vorspannung der Druckfeder 7 in die Ausnehmung 12 gepresst.

Die Figuren 3 bis 4 zeigen schematisch Sensorschalteinheiten 18 mit einer Schaltarretierung 1 und einer Rastkontur 11 auf einer Schaltstange 15. Die Rastkontur 11 ist jeweils als ein hohles Blechteil ausgebildet und weist in ihrer zentralen Ausnehmung 12 einen Sensor in Form eines Schalters 16 auf. Der Sensor ist, optional ergänzt um eine empfindliche Signalverarbeitungseinheit im Innenraum 22 der Rastkontur geschützt vor äußeren Einflüssen angeordnet.

In der Variante gemäß Figur 3 ist der Sensor als ein druckempfindlicher Schaltkontakt ausgebildet, so dass beim Verrasten in der Ausnehmung 12 (Figur 3) der Schalter 16 ein Signal generiert, das über ein leitfähiges Kabel 17 weitergeleitet und von einer externen Signalverarbeitungseinheit ausgewertet wird. Das Kabel 17 ist hier außerhalb der Schaltstange 15 angeordnet; es kann ebenfalls innerhalb einer hohlen Schaltstange 15 verlaufen.

In der Sensorschalteinheit 18 gemäß Figur 4 ist der Schalter 16 als ein mechanischer Schaltkontakt ausgebildet. Beim überfahren der Rastkontur 11 betätigt das Rastelement 9 den Schalter 16, der eine Hubbewegung ausführt. Durch die Hubbewegung wird in der Ausführung der Figur 4 ein elektrischer Schaltkontakt innerhalb der Rastkontur 11 geschlossen. Der Schalter 16 besitzt eine zylindrische oder kegelförmige Gestalt, die komplementär zu der Aufnahme 19 ist, in der der Schalter 16 angeordnet ist. In der Stellung, in der der Schalter 16 nicht betätigt wird, dichtet er dadurch die Aufnahme 19 gut ab, so dass der Innenraum 22 der Rastkontur 11 frei von Verunreinigungen bleibt. Bei Betätigung des Schalters 16 durch das Rastelement dichtet dieses die Aufnahme 19 von außen zusätzlich ab.

In der Ausführung der Rastkontur 11 gemäß Figur 2 wird durch die Hubbewegung des Schalters 16 ein optischer Strahlengang einer Lichtquelle unterbrochen. Der Lichtstrahl 20 kann dazu über einen Lichtleiter geführt sein oder in einem Hohlkörper 21 , der hier auf die Schaltstange 15 aufgesetzt ist, aber auch durch eine hohle Schaltstange selbst gebildet sein kann, verlaufen.

Bezugszahlen

1 Schaltarretierung

2 Bohrung

3 Getriebegehäuse

4 Rastbolzen

4a Längsmittelachse

4b Federsitz

4c Federführung

5 Hülse

5a Federsitz

6 Wälzlagerung

6a tragende Wälzkörper

6b Käfig

7 Druckfeder

8 Führungsteil

8a Bördelung

9 Rastelement

10 Stützkugel

11 Rastkontur

12 Ausnehmung

13 Ausnehmung

14 Rampenprofil

15 Schaltwelle

16 Schalter

17 Kabel

18 Sensorschalteinheit

19 Rundaufnahme

20 Lichtstrahl

21 Hohlkörper

22 Innenraum