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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stößelschalter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Im Stand der Technik sind Stößelschalter der vorliegenden Art mit einem in einer Führung verlagerbar geführten Stößel bekannt, welcher durch eine mechanische Betätigung verlagerbar ist. Mittels einer Sensorik des Stößelschalters kann eine Verlagerung des Stößels erkannt und ein Schalten ohne einen mechanischen Kontaktvorgang durch die Sensorik ausgelöst werden. Derartige Stößelschalter, welche bevorzugt in Kraftfahrzeugen, insbesondere im Getriebe verwendet werden, zeigen die Druckschriften
EP 0 523 645 A2 und
DE 20 2010 010 918 U1 . Zur Sensierung wird hierbei ein Magnet positionstreu im Stößelschalter gehaltert, welcher in Abhängigkeit der Relativstellung zum Stößel von einem abschirmenden, hülsenförmigen Ende desselben variabel überdeckbar ist, so dass der Sensor eine Verfahrposition detektieren kann.
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Bei der aus der
EP 0 523 645 A2 bekannten Lösung wird zur Abdichtung eines Elektronikraumes, innerhalb dessen die Sensorik aufgenommen ist, eine Rollmembran verwendet. Aufgrund der durch die Rollmembran mit jedem Schaltvorgang bzw. jeder Stößelverlagerung mit zu vollziehenden Bewegung können sich hierbei Undichtigkeiten einstellen, welche schlimmstenfalls mit einem Ausfall des Stößelschalters einhergehen.
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Bei der aus der Druckschrift
DE 20 2010 010 918 U1 bekannten Lösung kommuniziert ein das Stößelführungselement umfangender Elektronikraum über eine Schmiernut mit der Umgebung, wobei die Elektronik im Elektronikraum vergossen ist. Diese vorteilhafte Lösung ist insoweit verbesserungsfähig, als in den Stößelschalter eindringendes Schmierfluid auf der Vergussmasse Schmutzpartikel anlagern kann, welche zu Anbackungen und in der Folge zu Disfunktionalitäten des Schalters führen können.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stößelschalter vorzuschlagen, welcher auf einfache und kostengünstige Weise die Bereitstellung eines insbesondere mediendicht abgedichteten Elektronikraumes zur Aufnahme einer Positionssensorik bei gleichzeitig optimierter Führbarkeit des Stößels ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Stößelschalter, welcher vorteilhaft einfach aufgebaut ist, insbesondere mittels nur weniger Komponenten. Der Stößelschalter ist bevorzugt zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, insbesondere zur Verwendung in einem Getriebe, wobei ein Stößel des Stößelschalters z. B. von einem Schaltnocken betätigbar ist. Allgemein kann hierbei der Stößelschalter zu einer Erkennung einer Schaltstellung vorgesehen sein.
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Der Stößelschalter weist einen mechanisch betätigbaren bzw. in einer Verfahrrichtung hierzu mechanisch verlagerbaren, federbelasteten Stößel auf. Der Stößel wirkt mit einer Positionssensorik des Stößelschalters zur Ausgabe eines Signals in Abhängigkeit seiner Verfahrstellung zusammen, insbesondere um einen elektrischen Schaltvorgang auszulösen bzw. elektrische Schaltkontakte zu schließen. Der Stößel ist in einer Führungshülse gleitbar geführt, insbesondere in der vorgesehenen Verfahrrichtung zwischen zwei Endstellungen verlagerbar, insbesondere auch aufgenommen, wobei in der Führungshülse bevorzugt auch ein Federelement zur Federbelastung des Stößels aufgenommen ist.
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Der Stößelschalter weist ein erstes Gehäuseelement bzw. ein Gehäuseunterteil und ein zweites Gehäuseelement bzw. ein Gehäuseoberteil auf, welche gemeinsam ein Gehäuse des Stößelschalters bilden. Bevorzugt sind das erste und das zweite Gehäuseelement miteinander vercrimpt oder anderweitig miteinander verbunden, z. B. verschraubt oder verschweißt. Wenigstens ein Gehäuseelement bildet hierbei die im Stößelschalter angeordnete Führungshülse zur Führung des Stößels, bevorzugt das erste Gehäuseelement. Alternativ kann das zweite Gehäuseelement oder das erste und das zweite Gehäuseelement die Führungshülse bilden.
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Um auf einfache Weise einen abgedichteten, insbesondere mediendichten Elektronikraum zur Aufnahme der Positionssensorik des Stößelschalters und/oder weiterer Komponenten zu schaffen und gleichzeitig eine ausgezeichnete Führung bzw. Führbarkeit des Stößels zu ermöglichen, erstreckt sich die Führungshülse im Rahmen der vorliegenden Erfindung in Verfahrrichtung des Stößels vom ersten bis zum zweiten bzw. bis an das zweite Gehäuseelement. Hierdurch eröffnet sich die Möglichkeit, einen die Führungshülse zumindest teilweise, insbesondere vollumfänglich umfangenden Elektronikraum zu bilden, insbesondere einen Ringraum, welcher mit einfachen Mitteln kostengünstig abdichtbar ist. Eine Abdichtung ist hierbei zudem über einen vorteilhaft lediglich geringen Querschnitt erforderlich.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Stößelschalter zur Abdichtung des ersten gegen das zweite Gehäuseelement ein an der Führungshülse insbesondere stirnseitig zur Anlage gebrachtes Dichtelement auf, welches bevorzugt korrespondierenden Querschnitt aufweist. Dieses kann auf einfache Weise als O-Ring bzw. als Dichtring ausgeführt sein. Das Dichtelement ist bevorzugt zwischen das erste und das zweite Gehäuseelement gedrängt an der durch wenigstens eines derselben gebildeten Führungshülse angeordnet, insbesondere gemeinsam mit der Führungshülse den Stößel umfangend. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei welcher die Führungshülse durch das erste Gehäuseelement gebildet ist, ist das Dichtelement am freien Ende der Führungshülse aufgenommen und mittels desselben gegen das zweite Gehäuseelement gedrängt. Bei einer Ausführungsform, bei welcher je das erste und das zweite Gehäuseelement einen Teil der Führungshülse ausbilden, kann das Dichtungselement zwischen denselben angeordnet sein.
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Dadurch, dass sich die Führungshülse vom ersten bis zum zweiten Gehäuseelement erstreckt, kann ein mediendichter Elektronikraum auf einfache Weise geschaffen werden. Gleichzeitig kann der Stößel aufgrund der vergrößerten Erstreckung der Führungshülse verbessert geführt werden, wobei dennoch die Möglichkeit der Schmierfähigkeit des Stößels erhalten werden kann, wie nachfolgend noch erläutert ist.
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In dem mittels der Führungshülse abgedichtet gebildeten Elektronikraum kann benachbart zur Führungshülse eine Leiterplatte mit einer Positionssensorik des Stößelschalters aufgenommen werden. Vorgesehen ist eine Positionssensorik mit einem Magnetfeldsensor, bevorzugt einem Hall-Sensor, welcher zur Erzeugung eines Schaltsignals bzw. eines Schaltpunkts in Abhängigkeit der Verfahrstellung des Stößels mit demselben zusammenwirkt.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Stößelschalters weist der Stößel einen Magneten auf, welcher zusammen mit dem Stößel beweglich für ein Zusammenwirken mit der Positionssensorik der Leiterplatte zur Ausgabe eines Positionssignals vorgesehen ist. Der Magnet ist hierbei bevorzugt ein Ringmagnet, welcher den Stößel umfängt, so dass eine Signalgebung unabhängig von einer Stößeldrehstellung stets zuverlässig erfolgen kann. Bevorzugt ist der Magnet hierbei an den Stößel angespritzt, alternativ anderweitig in den Stößel integriert, und ebenfalls in der Führungshülse aufgenommen.
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Durch Vorsehen eines gemeinsam mit dem Stößel verlagerbaren Magneten, welcher an einem Magnetfeldsensor im Elektronikraum vorbei bewegt wird, kann im Gegensatz zu einem Aufbau aus dem Stand der Technik, bei welchem der Magnet und der Sensor ortsfest montiert sind und der Magnetfluss lediglich durch ein in das Feld eintauchendes Metallteil moduliert wird, eine größere Änderung der Flussdichte über den Weg erzielt werden, i. e. ein höherer Flussdichtegradient. Somit ergibt sich vorteilhaft eine höhere Messempfindlichkeit für das Triggern eines Schaltvorgangs und/oder eine Wegmessung, welche(r) mittels eines oder mehrerer Magnetfeldsensoren und des Magneten bewirkt werden kann.
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Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des Stößelschalters wirkt der Magnet am Stößel bzw. des Stößels mit einer Mehrzahl von Magnetfeldsensoren der Positionssensorik, insbesondere Hallsensoren, zur Erzeugung einer Mehrzahl von Schaltsignalen bzw. Schaltpunkten in Abhängigkeit der Verfahrstellung des Stößels zusammen. Durch Vorsehen solch mehrerer Magnetfeldsensoren entlang des Verfahr- bzw. Bewegungsweges können entlang des Verfahrweges mehrere Schaltpunkte generiert werden.
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Mittels einer derartigen Positionssensorik, welche von einer Mehrzahl von Magnetfeldsensoren Gebrauch macht, kann neben einem bloßen Detektieren des Erreichens einer Schaltstellung zudem auf einfache Weise ein Wegsignal in Abhängigkeit einer Bewegung des Stößels entlang des Verfahrweges erzeugt werden. Vorzugsweise wird mittels der Positionssensorik das Wegsignal und/oder das Schaltsignal in Abhängigkeit einer Betätigungsgeschwindigkeit des Stößels entlang des Verfahrweges erzeugt. Bei Einsatz eines Differenzmessprinzips werden zudem Applikationsmöglichkeiten eröffnet, bei welchen die Einstrahlung von magnetischen Störfeldern für Einzelsensoren ansonsten ein Problem darstellt. Es können im Rahmen der Mehrzahl von Sensoren z. B. auch busfähige Sensoren verwendet werden, welche z. B. auch ein Verketten von mehreren Stößelschaltern bzw. derartigen Stößelsensoren ermöglichen.
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Die Mehrzahl von Magnetfeldsensoren kann auf einfache Weise an einer Leiterplatte angeordnet sein, welche sich mit ihrer Leiterplattenebene insbesondere parallel zu der Verfahrrichtung des in der Führungshülse aufgenommenen Stößels erstreckt. Hierbei sind die Magnetfeldsensoren bevorzugt ebenfalls in Verfahrrichtung angeordnet, insbesondere nebeneinander. Durch diese Anordnung der Leiterplatte in Verfahrrichtung kann eine einfache Abstimmung der Schaltpunktposition ermöglicht bzw. durch ein neues Layout für weitere Applikationen einfach geändert werden.
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Um die Elektronik im mediendichten Elektronikraum zusätzlich zu kapseln, kann vorgesehen sein, die Leiterplatte mit der Positionssensorik und/oder weitere elektronische Komponenten im Elektronikraum zusätzlich zu vergießen. Alternativ kann im Elektronikraum eine verschweißbare Kammer für elektronische Komponenten vorgesehen sein.
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Der Stößelschalter kann zur Schmierung des Stößels mittels eines Schmierfluids ausgebildet sein, welches den Schalter in seiner Einsatzumgebung umgibt, z. B. Getriebeöl. Zur Schmierung des Stößels innerhalb der Führungshülse und ohne ein Eindringen in den Elektronikraum zu ermöglichen, können zylindrische Mantelflächen des Stößels vorteilhaft einfach partiell abgeflacht sein. Über diese Abflachungen kann Schmierfluid über den damit gebildeten Zwischenraum zwischen dem zweiten Gehäuseelement und dem Stößel in das Innere der Führungshülse gelangen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 exemplarisch einen Stößelschalter in einer explodierten Ansicht;
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2 exemplarisch eine teilgeschnittene Ansicht des Stößelschalters gemäß 1; und
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3 exemplarisch eine weitere teilgeschnittene Ansicht des Stößelschalters gemäß 1.
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1 bis 3 zeigen jeweils Ansichten eines Stößelschalters 1 bzw. dessen Bestandteile. Der Stößelschalter 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches mittels eines ersten Gehäuseelements 3 und eines zweiten Gehäuseelements 4 gebildet ist. Das erste Gehäuseelement 3 in Form eines Gehäuseunterteils ist zur Steckverbindung mit Steckerkontakten 5 ausgeführt, über welche Signale abgreifbar sind, welche mittels einer Positionssensorik 6 des Stößelschalters 1 generiert werden. Das Gehäuseunterteil 3 ist als Kunststoff-Spritzgussteil mit eingegossenem Stanzgitter zur Bildung der Steckerkontakte 5 sowie von Leiterabschnitten gefertigt.
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Das Gehäuseunterteil 3 weist eine Träger- bzw. Grundplatte 7 auf, von welcher einerseits die Steckerkontakte 5 sowie eine diese umgebende Steckverbindungshülse 8, andererseits – an der den Steckerkontakten 5 abgewandten Seite – eine Führungshülse 9 zur Führung und Aufnahme eines Stößels 10 sowie einer Schraubendruckfeder 11 des Stößelschalters 1 wegragen. Die Führungshülse 9 ist hierbei zentral an der Trägerplatte 7 gebildet, so dass sich eine weitgehend konzentrische Anordnung bilden lässt. Die Führungshülse 9 erstreckt sich in der vorgesehenen Verfahrrichtung A des Stößels 10 hohlzylindrisch und an der zur Aufnahme des Stößels 10 vorgesehenen Seite 9a einseitig offen von der Trägerplatte 7 weg, ist ansonsten jedoch mediendicht gebildet.
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Das zweite Gehäuseelement 4 ist in Form eines Gehäuseoberteils gebildet und mit dem ersten Gehäuseelement 3 dauerhaft verbunden. Zur Verbindung weisen sowohl das erste 3 als auch das zweite 4 Gehäuseelement korrespondierende Eingriffsmittel 12 in Form von Laschen 13 und zugehörigen Aussparungen 14 für ein Vercrimpen auf. Das Gehäuseoberteil 4 ist als Hohlkörper mit einem ersten offenen Ende 4a für die Führung und den Durchtritt des in der Führungshülse 10 geführten Stößels 10 gebildet. Ein gegenüberliegendes offenes Ende 4b ist zur Verbindung mit der Trägerplatte 7 vorgesehen.
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In dem aus erstem 3 und zweitem 4 Gehäuseelement gebildeten Gehäuse 2 ist der Stößel 10, welcher stift- bzw. bolzenförmig gebildet ist, in der am ersten Gehäuseelement 3 gebildeten Führungshülse 9 in der vorgesehenen Verfahrrichtung A beweglich geführt. Die Führungshülse 9 erstreckt sich hierbei ausgehend von der Trägerplatte 7 in Verfahrrichtung A bis hin an das zweite Gehäuseelement 4. An dem dem zweiten Gehäuseelement 4 zugewandten Ende 9a der Führungshülse 9 ist hierbei stirnseitig an derselben ein Dichtring 15 zwischen der Führungshülse 9 und dem zweiten Gehäuseelement 4 angeordnet, welcher mittels der Führungshülse 9 gegen das zweite Gehäuseelement 4 gegen dieses und die Führungshülse 9 bzw. das erste Gehäuseelement 3 abdichtend gedrängt ist, so dass die Führungshülse 9 umgebend ein ringförmiger, abgedichteter Raum zur Aufnahme der Elektronik bzw. ein Elektronikraum 16 gebildet ist, insbesondere mediendicht. Mittels einer Schulter 10a, welche mit dem zweiten Gehäuseelement 4 zusammenwirkt, ist der federbelastete Stößel 10 ferner im Gehäuse 2 gefangen.
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In dem derart geschaffenen, mediendichten Elektronikraum 16, welcher die Führungshülse 9 innerhalb des Stößelschalters 1 umgibt, ist eine Elektronik 17 mit einer Positionssensorik 6 des Schalters 1 vor Umwelteinflüssen geschützt aufgenommen. Die Elektronik 17, welche mit den Steckerkontakten 5 zur Signalgebung verbunden ist, ist an einer bestückten Leiterplatte 18 aufgenommen, wobei die Positionssensorik 6 mehrere, vorliegend zwei Hall-Sensoren 6a und 6b zur Bereitstellung mehrerer Schaltpunkte in Abhängigkeit einer Verfahrstellung des Stößels 10 aufweist. Ferner weist die Elektronik 17 Leistungstreiber auf, um auch größere Stromlasten schalten zu können. Alternativ oder zusätzlich können Diagnosewiderstände Bestandteil der Elektronik 17 sein.
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Die Leiterplatte 18 ist hierbei mit ihrer Leiterplattenebene parallel zur Verfahrrichtung A des Stößels 10 angeordnet. Dies ermöglicht auf einfache Weise die Anordnung der Hall-Sensoren 6a, 6b in Verfahrrichtung zu einander benachbart. Mittels der Positionssensorik 6 kann zudem ein Wegsignal in Abhängigkeit einer Bewegung des Stößels 10 entlang des Verfahrweges erzeugt werden.
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Für das Auslösen von Schaltvorgängen in Abhängigkeit seiner Verfahrstellung im Zusammenwirken mit den Hall-Sensoren 6a und b bzw. für eine Wegmessung weist der Stößel 10 einen integral gebildeten Ringmagneten 19 auf, welcher ebenfalls innerhalb der Führungshülse 9 angeordnet ist. Der Ringmagnet 19 ist in einer Nut des Stößels 10 durch Aufspritzen auf denselben gebildet. Der Nord-Süd-Übergang des Magneten 19 ist hierbei in Verfahrrichtung A gebildet.
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Die Elektronik 17 ist innerhalb des Elektronikraumes 16 zusätzlich mittels eines an der Trägerplatte 7 angeordneten Elektronikgehäuses 20 gekapselt. Alternativ ist jedoch auch denkbar, die Elektronik 17 innerhalb des mediendicht gebildeten Elektronikraumes 16 nicht zu kapseln oder diese zusätzlich zu vergießen. Der abgedichtet gebildete Elektronikraum 16 ist gegen das Eindringen von Fluid und Schmutz geschützt, wobei dennoch eine Schmierung des Stößels 10 ermöglicht ist. Hierzu sind am Stößel 10 ausgehend von einem zur Betätigung vorgesehenen Ende 10b desselben Abflachungen 21 in die zylindrische Mantelfläche gearbeitet, 3, welche zusammen mit dem zweiten Gehäuseelement 4 einen Kanal für ein Eindringen des Schmierfluids in die Führungshülse 9 zur Schmierung des Stößels 10 bei einer Bewegung seitens des offenen Endes 4a bilden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stößelschalter
- 2
- Gehäuse
- 3
- Gehäuseunterteil
- 4
- Gehäuseoberteil
- 4a, b
- offenes Ende 4
- 5
- Steckerkontakt
- 6
- Positionssensorik
- 6a, b
- Hallsensor
- 7
- Trägerplatte
- 8
- Steckverbindungshülse
- 9
- Führungshülse
- 9a
- Ende 9
- 10
- Stößel
- 10a
- Schulter 10
- 10b
- Ende 10
- 11
- Feder
- 12
- Eingriffsmittel
- 13
- Laschen
- 14
- Aussparungen
- 15
- Dichtring
- 16
- Elektronikraum
- 17
- Elektronik
- 18
- Leiterplatte
- 19
- Magnet
- 20
- Elektronikgehäuse
- 21
- Abflachung
- A
- Verfahrrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0523645 A2 [0002, 0003]
- DE 202010010918 U1 [0002, 0004]