DE102009058023A1

DE102009058023A1 - Schalteinheit eines Kraftfahrzeugschaltgetriebes

Info

Publication number: DE102009058023A1
Application number: DE102009058023A
Authority: DE
Inventors: Stanislav Massini; Thomas Nehmeyer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2010-07-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schalteinheit (1) eines Kraftfahrzeugschaltgetriebes mit einer Schaltwelle (2) und einer ersten Arretierung (3) als Sensorarretierung, die ein hubbewegliches Rastelement (17), das gegen eine auf oder an der Schaltwelle (2) angeordnete erste Rastkontur (4) vorspannbar ist, sowie eine Sensorik zur Erkennung der Hubbewegung des Rastelements (17) oder eines durch das Rastelement (17) beaufschlagbaren Bauteils (8) aufweist, wobei die Schalteinheit (1) eine zweite Arretierung (13) aufweist, die gegen die erste oder gegen eine zweite, auf oder an der Schaltwelle (2) angeordnete Rastkontur (4, 14) vorgespannt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinheit eines Kraftfahrzeugschaltgetriebes mit einer Schaltwelle und einer ersten Arretierung als Sensorarretierung, die ein hubbewegliches Tastelement, das gegen eine auf oder an der Schaltwelle angeordnete erste Rastkontur vorspannbar ist, sowie eine Sensorik zur Erkennung der Hubbewegung des Tastelements oder eines durch das Tastelement beaufschlagbaren Bauteils aufweist. Das hubbewegliche und federbelastete Rastelement ist häufig eine bewegliche Kugel und wirkt mit der Rastkontur an der Schaltwelle zusammen.
Hintergrund der Erfindung
Die Offenlegungsschrift 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 und somit auch berührungslos die Schaltposition ermittelt.
DE 195 81 769 C1 offenbart eine Rampenkontur für eine Arretiereinrichtung. Die Arretiereinrichtung dient zur Lagefixierung eines beweglichen Schaltungs- oder Stellelements. Insbesondere finden diese Arretiereinrichtungen für eine Schaltung eines Getriebes Anwendung. Im Getriebegehäuse ist ein Arretierbolzen verschiebbar geführt, der an einer Stirnseite eine Rastkugel aufweist. Der Arretierbolzen ist durch eine Druckfeder vorgespannt. Durch diese mit der Druckfeder erfolgte Vorspannung des Arretierbolzens folgt somit die Rastkugel einer auf dem Schaltungs- bzw. Stellelement vorgesehen Kurve. Die Rastkugel liegt dabei an zwei Anlagepunkten an der kurvenförmig ausgebildeten Rampenkontur an. Die Rampenkontur ist dabei derart ausgebildet, dass der Anlagepunkt mit einem Wendepunkt der symmetrisch gestalteten Rampenkontur übereinstimmt.
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 kundenseitig vorgegeben und kann kaum verändert werden. Dies bedeutet, dass bei der Betätigung eines Getriebes mit Hilfe des Schaltungs- oder Stellelements dies möglichst ohne erhöhten Kraftaufwand möglich sein muss.
Andererseits ist die Abstimmung der Wähl- und Schaltkräfte eine große Herausforderung, da für ein angenehmes Schaltgefühl einerseits ein besonders leichtes Wählen möglich sein soll, andererseits ein definierter Schaltvorgang vermittelt werden soll. Beide Kraftniveaus müssen durch die Rastkontur und die Arretierung abgebildet werden.
Schließlich ist der Signalgeber in den meisten Fällen als ein Magnet ausgebildet, dessen Feldstärke sich über die Lebensdauer beispielsweise aufgrund von Schmutzanlagerungen aus Metall, Erschütterungen oder der hohen Getriebetemperaturen ändert. Die zu detektierenden Rastniveaus müssen sich so hinreichend voneinander unterscheiden, dass auch bei einer begrenzten Feldstärkeänderung eine sichere Detektierung weiterhin gewährleistet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinheit zu schaffen, bei der die vorstehend genannten Nachteile beseitigt sind, die einfach herzustellen ist und die den teilweise gegensätzlichen Anforderungen gerecht wird.
Die Aufgabe wird durch eine Schalteinheit nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind zwei Arretierungen vorgesehen, wobei zumindest eine Arretierung als eine Sensorarretierung ausgeführt ist. Die zweite Arretierung kann als ein kostengünstiges, federbelastetes Rastelement ohne Sensorik ausgebildet sein, wenn beispielsweise nur die Erkennung der Neutralgasse gewünscht ist. Die Arretierungen sind gegen verschiedene Rastgebirge, die auch auf der gleichen Rastkontur angeordnet sein können, vorgespannt. Im folgenden wird davon ausgegangen, dass die Arretierungen gegen unterschiedliche Rastkonturen vorgespannt sind.
Die erste Rastkontur, die der ersten Arretierung zugeordnet ist, kann allein daraufhin optimiert werden, dass alle Schaltstellungen über eine Sensorik sicher erkennbar sind. So wird die erste Rastkontur in der Regel sehr deutliche Niveauunterschiede zwischen den einzelnen Gangstellungen aufweisen, die eine hinreichende Genauigkeit der Detektierung ermöglichen sowohl bei Verwendung von Magneten leicht unterschiedlicher Feldstärke, was durch Streuungen in der Herstellung für die Massenproduktion trotz Vorsortierung nicht vermeidbar ist, als auch bei sich über die Lebensdauer der Schalteinheit verändernder Feldstärke. Weiterhin muss durch die erste Rastkontur sichergestellt sein, dass sie jeder Gangstellung einen eindeutigen Messwert zuordnet. Wird die Schalteinheit mit zwei Sensorarretierungen realisiert, kann auch eine Kombination der Messwerte herangezogen werden, was die Auslegung des Rastgebirges auf den Rastkonturen vereinfacht.
Eine derartige erste Rastkontur erzeugt über die Arretierung eine Kraft, die in den seltensten Fällen einen optimalen Schaltkraftverlauf in einem Getriebe generiert. Die erste Rastkontur kann mit der ersten Arretierung aber so ausgelegt werden, dass sie zumindest den gewünschten Wähl- bzw. Schaltkraftverlauf ungefähr abbildet bzw. einen Teil des Kraftverlaufs in gewünschter Weise erzeugt. Bei den meisten Schalteinheiten wird der Schaltkraftverlauf zum überwiegenden Teil durch die Arretierung bestimmt, die den Schaltvorgang abbildet. Alternativ wird der Schaltkraftverlauf im Wesentlichen durch die Arretierung bestimmt, die den Wählvorgang abbildet.
In einer Ausbildung der Erfindung dient eine Arretierung im Wesentlichen zum Bestimmen der Wählpositionen und zum Erzeugen des Schaltgefühls beim Wählvorgang, und die andere Arretierung bestimmt den Schaltvorgang. Die Feder der zweiten Arretierung kann in ihrer Stärke schwächer als die der als Hauptarretierung verwendeten Sensorarretierung sein, sie kann aber auch eine ähnliche Federkraft aufweisen. Die überlagerten Kräfte beider Arretierungen ergeben in Summe die vom Fahrer empfundene Wähl- bzw. Schaltkraft. Durch die Verwendung einer zweiten Arretierung ist somit ein Freiheitsgrad hinzugekommen, so dass beide Anforderungen gezielter Schaltkraftverlauf und hinreichender Niveauunterschied zur sicheren Detektierung der Gangstellungen nebeneinander verwirklichbar sind.
Neben den Geometrien der Rastkonturen stellen mögliche unterschiedliche Federvorspannungen der Arretierungen einen Stellparameter für die Auslegung des Schaltkraftverlaufs dar. Ist beispielsweise der gewünschte Schaltkraftverlauf durch eine Arretierung schon ziemlich gut darstellbar, wird die Vorspan nung der zweiten Arretierung erheblich geringer sein; sie wirkt dann lediglich als Korrektiv.
Die Erfindung ermöglicht auch eine einfachere Herstellung der Rastkonturen. Würde nur eine Rastkontur alle Gangstellungen sicher abbilden müssen, setzte dies eine dreidimensionale Kontur voraus, die mindestens so viele Niveaus wie zu detektierende Gangstellungen aufweist. Unter Verwendung zweier Rastkonturen können diese jeweils Zylinderabschnitte mit Längsnuten bzw. ringförmigen Einschnürungen darstellen. Derartige Rastkonturen sind aufgrund ihrer Symmetrie sehr viel einfacher zu fertigen.
Wahlweise können eine oder beide Arretierungen als Sensorarretierungen ausgebildet sein. Häufig ist nur eine sichere Detektierung der Neutralgasse und des Rückwärtsgangs erforderlich, was durch eine Sensorarretierung und eine Arretierung ohne Sensorik kostengünstig erreicht werden kann.
Besonders einfach ist eine erfindungsgemäße Schalteinheit auszulegen, wenn die beiden Arretierungen in Bezug auf die Schaltwelle gegenüberliegend angeordnet sind. Prinzipiell ist aber auch ein Winkelversatz möglich.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Schaltstellungen als Raststufen ausgebildet und stellen ein bestimmtes radiales Höhenniveau dar, das die Feder des vorgespannten Rastelements beaufschlagt. Die eine Rastkontur weist also bestimmte Raststufen als Schaltstellungen auf, die den geschalteten Gangstellungen entsprechen. Für die andere Arretierung, die den Wählkraftverlauf darstellt, ist es nicht erforderlich, dass sie verrastet. Sie soll vielmehr gewährleisten, dass der Schalthebel selbsttätig in der Neutralgasse einen gewisse Stellung (Gasse 3/4) einnimmt, falls dieser nicht vom Fahrer gehalten wird. Das Rastelement der zweiten Arretierung kann daher auch als federbelastetes Tastelement ausgebildet sein.
Die Rastkonturen sind in der Regel aus Blech oder Kunststoff ausgebildet und mit der Schaltwelle form- oder stoffschlüssig verbunden. Dabei können sie di rekt auf der Schaltwelle befestigt sein oder aber auf einer die Schaltwelle umschließenden Hülse. Anstatt einer häufig zylindrischen Schaltwelle kann die Vorrichtung auch mit einer Schaltschiene, einer Schaltstange oder einem anderen Schaltelement realisiert sein.
Die Rastkonturen weisen in Ausgestaltungen der Erfindung eine oder mehrere Raststufen auf, die vorzugsweise komplementär zu dem Rastelementen der Arretierungen ausgebildet sind. In der Regel werden wälzgelagerte Kugeln als Rastelemente verwendet, die besonders leicht abrollen und ein harmonisches Ansprechverhalten aufweisen. Die Raststufen müssen nicht notwendigerweise mit einer geschalteten Gangstellung korrespondieren. Ferner müssen die durch die Sensoren zu detektierenden Bereiche nicht mit den Raststufen übereinstimmen.
Zusammenfassend stellt eine erfindungsgemäße Schalteinheit eine kostengünstige, integrierte Lösung dar, auch komplexe Schaltkraftverläufe bei gleichzeitiger zuverlässiger Erkennung der Gangstellungen zu realisieren. Für die Sensorik sind keine zusätzlichen Öffnungen oder Montagevorbereitungen am Gehäuse erforderlich. Wird als Signalgeber ein Magnet verwendet, so ist dieser in den Arretierungen geschützt angeordnet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch eine Schalteinheit mit einer Arretierung, wobei die zugehörige Rastkontur in der Schaltwelle angeordnet ist,
2 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schalteinheit mit zwei Arretierungen und zwei Rastkonturen,
3 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schalteinheit aus Richtung der Wählarretierung,
4 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Schalteinheit nach 3,
5 ein Schaltkräftediagramm.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung der Schalteinheit 1 als Vorrichtung zur Lageerkennung einer Schaltwelle 2 als beweglichem Schaltungs- oder Stellelement. Die Schaltwelle 2 bewegt sich entlang einer in 1 mit dem Doppelpfeil A-A dargestellten Bewegungsrichtung und weist mindestens eine erste Rastkontur 4 mit einem ersten Rastgebirge 5 auf. Die Schalteinheit 1 weist weiterhin eine erste Arretierung 3 auf mit einem hubbeweglichen Bolzen 8, der an seinem vorderen Ende 8A ein Rastelement 21 in Form einer Kugel 17 trägt. Diese Kugel 17 ist gegen das Rastgebirge 5 vorgespannt. Der Bolzen 8 ist mit einer Feder 20 vorgespannt und bewegt sich innerhalb eines Gehäuses 9. Die Stellung des Bolzens 8 wird mit einem Sensortaster 7 detektiert. Hierzu umfasst der Sensortaster 7 mehrere Sensoren 15. Das Rastgebirge 5 der Rastkontur 4 weist mindestens ein oberstes Niveau 10 und ein unterstes Niveau 11 auf.
2, 3 und 4 zeigen jeweils eine Schaltwelle 2, die als Hohlwelle aus Blech außenseitig zwei Rastkonturen 4, 14 mit Rastgebirgen 5, 16 aufweist. Die Rastkonturen 4, 14 sind separat von der Schaltwelle 2 aus Stahlblech ausgebildet und mit der Schaltwelle stoffschlüssig verbunden. Die erste Rastkontur 4 bildet die Wählstellungen ab, während die zweite Rastkontur 14 den Schaltkraftverlauf erzeugt. Die erste Rastkontur 4 weist ein im Wesentlichen V-förmiges Profil auf, dessen Flanken 18, 19 unterschiedlich zu einer Nut 6 geneigt sind. Die Flanken 18, 19 und die Nut 6 bilden die einzelnen Schaltgassen ab. Da sie ihre Höhe in Umfangsrichtung nicht ändern, wird der Schaltkraftverlauf beim Schalten hier allein durch die zweite Rastkontur 14 in Verbindung mit der zweiten Arretierung 13 erzeugt.
5 zeigt ein Schaltkraftdiagramm, in dem die erzeugte Schaltkraft als Funktion des Schaltwinkels aufgetragen ist. Die durchgezogene Linie stellt die applikations- bzw. kundenseitig zu erzeugende Schaltkraft 22 dar. Die Schaltkraft 22 zerlegt sich durch die zwei Arretierungen 3, 13 mit ihren Rastkonturen 4, 14 in eine durch die erste Arretierung 3 erzeugte erste Kraft 23, deren Verlauf gepunktelt dargestellt ist, und eine durch die zweite Arretierung 13 erzeugte zweite Kraft 24, deren Verlauf gestrichelt dargestellt ist. Die zweite Kraft 24 nimmt im Schaltverlauf monoton ab, so dass sie nur in einem Teilbereich des Schaltwinkels wirksam ist, während die erste Kraft 23 im Schaltverlauf das Vorzeichen wechselt, so dass nach einem definierten Widerstand ein sicheres Einrasten gewährleistet ist.

1: Schalteinheit
2: Schaltwelle
3: erste Arretierung
4: erste Rastkontur
5: erstes Rastgebirge
6: Nut
7: Sensortaster
8: Bolzen
8a: vorderes Ende
9: Gehäuse
10: oberste Schaltposition
11: unterste Schaltposition
12: mittlere Schaltposition
13: zweite Arretierung
14: zweite Rastkontur
15: Sensor
16: zweites Rastgebirge
17: Kugel
18: Flanke
19: Flanke
20: Feder
21: Rastelement
22: Schaltkraftsumme
23: erste Kraft
24: zweite Kraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006036696 A1 [0002]
- DE 19581769 C1 [0003]

Claims

Schalteinheit (1) eines Kraftfahrzeugschaltgetriebes mit einer Schaltwelle (2) und einer ersten Arretierung (3) als Sensorarretierung, die ein hubbewegliches Rastelement (17), das gegen eine auf oder an der Schaltwelle (2) angeordnete erste Rastkontur (4) vorspannbar ist, sowie eine Sensorik zur Erkennung der Hubbewegung des Rastelements (17) oder eines durch das Rastelement (17) beaufschlagbaren Bauteils (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (1) eine zweite Arretierung (13) aufweist, wobei die zweite Arretierung (13) gegen die erste oder gegen eine zweite, auf oder an der Schaltwelle (2) angeordnete Rastkontur (4, 14) vorgespannt ist.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Arretierung (13) und die zur zweiten Arretierung (13) zugehörige Rastkontur (4, 14) so ausgebildet sind, dass beide Arretierungen (3, 13) zusammen den gewünschten Schaltkraftverlauf erzeugen.
Schalteinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rastkontur (4) verschiedene Raststufen (10, 11, 12) aufweist, die einen zur sicheren Detektierung der Raststufen (10, 11, 12) hinreichend großen Höhenunterschied aufweisen, und dass die zweite Rastkontur (14) Raststufen (10', 11', 12') aufweist, die derart ausgebildet sind, dass sie die durch die Raststufen (10, 11, 12) erzeugte Schalt- bzw. Wählkraft reduzieren.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wählkraft im Wesentlichen von dem ersten Rastelement (3) mit der ersten Rastkontur (4) erzeugt wird.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Arretierungen (3, 13) in Bezug auf die Schaltwelle (2) gegenüberliegend aufeinander zu weisend angeordnet sind.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Arretierung (3) ein Abtastelement (17) aufweist, das die erste Rastkontur (4) abfährt, ohne dass es in Schaltpositionen verrastet.
Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rastkontur (4) ein in etwa V-förmiges Rastgebirge (16) aufweist.