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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltwellenmodul einer inneren Gangschaltung eines manuell schaltbaren KFZ-Getriebes mit einem Modulgehäuse, einer im Modulgehäuse aufgenommenen, längs einer Schaltwellenlängsachse verlaufenden Schaltwelle und mit einem Schaltfunktionsteil, wie etwa einem Schaltfinger oder dergleichen, welches zur Auswahl einer Getriebestellung und zur Einleitung eines Gangschaltvorganges zur Bewegung zwischen einzelnen Schaltstellungen relativ zum Modulgehäuse längs der Schaltwellenlängsachse verschiebbar und um die Schaltwellenlängsachse drehbar ist, wobei das Schaltwellenmodul eine Informationsträgereinrichtung und eine Sensoreinrichtung umfasst, von welchen eine Einrichtung gemeinsam mit dem Schaltfunktionsteil beweglich und die jeweils andere relativ zum Modulgehäuse ortsfest ist, wobei die Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Information von der Informationsträgereinrichtung und zur Ausgabe eines der gelesenen Information entsprechenden Signals ausgebildet ist.
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Eine in dieser Druckschrift fälschlicherweise als „Schaltwelle” bezeichnete, die eigentliche Schaltwelle radial außen umgebende Schalthülse, welche einen Schaltfinger trägt, ist an ihrer Außenfläche mit Rastkonturen versehen, in welche federvorgespannte Rastkugeln überwindbar einrasten.
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Die Rastkonturen sind dabei mit unterschiedlichen radialen Höhenniveaus ausgebildet, so dass die Rastkugel relativ zu ihrem Gehäuse im Rasteingriff mit unterschiedlichen Rastkonturen eine unterschiedliche Auskragstrecke auskragt. Die Rastkugel bzw. das die Rastkugel tragende Rastierelement ist mit einem Sensor ausgebildet, welcher die Auskragstrecke der Rastkugel erfasst.
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In diesem Sinne stellen die Rastkonturen mit ihrem unterschiedlichen radialen Abstand von der Schaltwellenlängsachse eine Informationsträgereinrichtung im Sinne der vorliegenden Anmeldung dar, welche Informationen über Schaltstellungen des Schaltwellenmoduls, insbesondere des Schaltfunktionsteils, preisgeben kann.
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In ähnlicher Weise können über ein zweites Rastierelement axiale Verschiebestellungen des Schaltfunktionsteils erfasst werden.
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Nachteilig an der bekannten Lösung ist zum einen ihr komplexer Aufbau und zum anderen die Beeinflussung von Schaltkräften an dem aus dem Stand der Technik bekannten Schaltwellenmodul mit Gangstellungserkennung.
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Da die Rastierelemente in radialer Richtung vorgespannt sind und die Rastkonturen zur Unterscheidung der jeweils gewählten Schaltstellung des Schaltfunktionsteils unterschiedliche radiale Höhenniveaus aufweisen, werden in den unterschiedlichen Raststellungen unterschiedliche Rastkräfte wirksam, welche vom Fahrer beim manuellen Schaltvorgang im Falle eines Gangwechsels überwunden werden müssen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Schaltwellenmodul mit Gangstellungserkennung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem gattungsgemäßen Schaltwellenmodul dadurch erreicht, dass die Informationsträgereinrichtung eine Mehrzahl von Bit-Informationselementen aufweist, von welchen jedes einen von zwei möglichen Zuständen aufweist, wobei die Informationsträgereinrichtung und die Sensoreinrichtung derart angeordnet sind, dass die Sensoreinrichtung in einer einer Schaltstellung des Schaltwellenmoduls zugeordneten Relativstellung von Informationsträgereinrichtung und Sensoreinrichtung zwar eine Mehrzahl von Zuständen von Bit-Informationselementen, aber nicht die Zustände aller vorhandenen Bit-Informationselemente erfasst.
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Durch die Verwendung von Bit-Informationselementen, von welchen jedes zwei Zustände aufweisen kann, ist es möglich, unterschiedliche Schaltstellungen binär zu kodieren und mit der Sensoreinrichtung zu erfassen.
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Dadurch, dass mehr Bit-Informationselemente vorgesehen sind, als zur Erfassung einer Schaltstellung des Schaltfunktionsteils von der Sensoreinrichtung abgefragt bzw. erfasst werden, kann sichergestellt sein, dass mehr als eine Schaltstellung des Schaltfunktionsteils durch die Sensoreinrichtung erfassbar ist.
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Die Erfassung von Bit-Informationselementen mit nur zwei Zuständen gestattet eine Erfassung von Schaltstellungen, ohne wesentlichen Einfluss auf die Schaltkräfte zu nehmen. Dies gilt selbst für den nicht bevorzugten Fall von mechanisch abgetasteten Bit-Informationselementen, da diese lediglich zwei unterschiedliche Höhenniveaus aufweisen würden und die Kodierung unterschiedlicher Schaltstellungen nicht über eine Mehrzahl von Höhenniveaus, sondern über eine Mehrzahl von Bit-Informationselementen erfolgt.
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Vorzugsweise erfolgt die Erfassung der Schaltstellungen jedoch berührungslos.
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In der vorliegenden Anmeldung sind die Begriffe der „Schaltstellung des Schaltwellenmoduls” und der „Schaltstellung des Schaltfunktionsteils” synonym gebraucht.
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Die Funktion des hier beschriebenen Schaltwellenmoduls sei im Folgenden zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung kurz erläutert:
Das Schaltfunktionsteil, etwa ein Schaltfinger, ist zur Auswahl einer Schaltgasse in der Regel in axialer Richtung längs der Schaltwellenlängsachse verschieblich. So können beispielsweise die Schaltgasse für den ersten und den zweiten Gang oder die Schaltgasse für den dritten und den vierten Gang oder, je nach zu schaltendem Getriebe, die Schaltgasse für Rückwärtsgang und fünften Gang bzw. die Schaltgasse für fünften und sechsten Gang und davon gesondert die Schaltgasse für den Rückwärtsgang angewählt werden.
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Durch die Drehbewegung des Schaltfunktionsteils kann innerhalb einer Schaltgasse ein in dieser Schaltgasse erreichbarer Gang eingelegt oder ausgerückt werden. Üblicherweise weist das Schaltfunktionsteil in den Schaltgassen drei Wählstellungen auf, nämlich eine in Umfangsrichtung jeweils mittlere Stellung, die üblicherweise eine Neutralstellung ist, in der kein der jeweiligen Schaltgasse zugeordneter Gang eingelegt ist, und zwei in Umfangsrichtung der Neutralstellung in entgegengesetzten Richtungen benachbarte Endstellungen, wobei jeder Endstellung ein anderer von zwei in der Schaltgasse erreichbaren Gänge eingelegt ist.
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Das Schaltfunktionsteil kann starr zur gemeinsamen Bewegung mit der Schaltwelle verbunden sein. Dann ist die Schaltwelle axial verschieblich und drehbar im Modulgehäuse gelagert.
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Zur Bereitstellung einer größeren mit Funktionsbauteilen oder -abschnitten versehbaren Oberfläche als sie die Schaltwelle bietet kann das Schaltwellenmodul eine Schalthülse aufweisen, welche die Schaltwelle radial außen umgibt. Um die Anzahl an Bauelementen des Schaltwellenmoduls gering zu halten, kann die Schalthülse das Schaltfunktionsteil tragen oder sonstwie zur gemeinsamen Bewegung mit diesem ausgebildet sein.
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Die Schalthülse kann dabei relativ zur Schaltwelle axial verschiebbar, jedoch gemeinsam mit dieser verdrehbar im Modulgehäuse aufgenommen sein.
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Dies bedeutet, dass die Schaltwelle im Modulgehäuse axial festgelegt, jedoch um die Schaltwellenlängsachse drehbar gelagert ist.
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Alternativ kann auch die Schalthülse vollständig zur gemeinsamen Bewegung mit der Schaltwelle verbunden sein, was es wiederum erforderlich macht, dass die Schaltwelle sowohl um die Schaltwellenlängsachse drehbar als auch in axialer Richtung verschiebbar im Modulgehäuse gelagert ist.
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Für die Funktionstüchtigkeit der Schalthülse als Träger des Schaltfunktionsteils kommt es allein darauf an, dass die Schalthülse relativ zum Modulgehäuse in axialer Richtung verschieblich und in Umfangsrichtung drehbar ist.
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In dieser Anmeldung beziehen sich Koordinatenangaben wie „axial”, „Umfangsrichtung” und „radial” auf die Schaltwellenlängsachse der Schaltwelle.
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Grundsätzlich kann daran gedacht sein, die Sensoreinrichtung an der Schalthülse oder der Schaltwelle und die Informationsträgereinrichtung am Modulgehäuse vorzusehen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass von der Sensoreinrichtung üblicherweise ausgehende Signalleitungen die Bewegung der Schalthülse oder Schaltwelle relativ zum Modulgehäuse mitmachen müssen, was möglicherweise der Lebensdauer des hier diskutierten Schaltwellenmoduls abträglich ist.
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Es ist daher bevorzugt, dass die Informationsträgereinrichtung an der Schaltwelle oder aus Gründen des erhöhten Bauraums noch bevorzugter an der zuvor genannten mit dem Schaltfunktionsteil zur gemeinsamen Bewegung verbundenen Schalthülse, vorzugsweise an deren nach radial außen weisenden Außenfläche, vorgesehen ist und dass weiter die Sensoreinrichtung der Informationsträgereinrichtung mit Abstand in radialer Richtung gegenüberliegend vorgesehen ist. Dann kann die Sensoreinrichtung ortsfest am Modulgehäuse vorgesehen sein, was die Signalübertragung durch Leitungen erheblich erleichtert. Gleiches gilt für eine etwaige Energieversorgung der Sensoreinrichtung.
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Die Anordnung an der Schaltwelle kommt nur in Frage, wenn das Schaltfunktionsteil zur gemeinsamen axialen und rotatorischen Bewegung mit der Schaltwelle verbunden ist.
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Grundsätzlich wäre es auch denkbar, die Informationsträgereinrichtung auch auf der nach radial innen weisenden Innenfläche der zur gemeinsamen Bewegung mit dem Schaltfunktionsteil ausgebildeten Schalthülse vorzusehen und die Sensoreinrichtung in einen Spaltraum zwischen Schaltwelle und Schalthülseninnenwand einragen zu lassen. Dies ist jedoch konstruktiv aufwändig und erfordert einen radialen Mindestabstand zwischen Schaltwelle und Schalthülseninnenfläche, welcher den Konstrukteur in seiner Konstruktionsfreiheit unerwünschterweise einschränkt.
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Die oben angesprochene vorzugsweise berührungslose Erfassung der Zustände der Bit-Informationselemente der Informationsträgereinrichtung kann grundsätzlich induktiv, kapazitiv und dergleichen erfolgen. Aufgrund ihrer mechanischen Robustheit in dem mechanisch und thermisch durchaus belasteten Modulgehäuse ist es von Vorteil, wenn die Bit-Informationselemente Magnete sind, von denen ein Magnetpol der Sensoreinrichtung zugewandt angeordnet ist. Dann repräsentiert der Nordpol eines magnetischen Bit-Informationselements einen ersten Zustand und repräsentiert der Südpol einen zweiten Zustand des Bit-Informationselements, oder umgekehrt. Weitere magnetische Zustände eines magnetischen Bit-Informationselements sind aus technisch makroskopischer Sicht unmöglich, was die Erkennungssicherheit erhöht.
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Zur Sicherstellung einer hohen Erkennungsgenauigkeit einer Gangstellung können in der Sensoreinrichtung eine Mehrzahl von Sensorelementen vorgesehen sein, von welchen jedes dazu ausgebildet ist, den Zustand genau eines Bit-Informationselements zu erfassen.
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Grundsätzlich ist es zwar abweichend hiervon auch möglich, mit einem Sensorelement mehrere Bit-Informationselemente zu erfassen, jedoch ist dies nur während einer Relativbewegung von Informationsträgereinrichtung und Sensoreinrichtung zusammen mit einer Speichereinrichtung möglich.
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Da die hier diskutierte Gangerkennung jedoch gerade bei modernen Start-Stopp-Steuerungen von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden soll, also bei Verbrennungsmotoren, welche im Leerlaufbetrieb vorübergehend abgeschaltet werden, ist es vorteilhaft, wenn die Gangstellungserkennung auch bei relativ zueinander ruhenden Einrichtungen aus Informationsträgereinrichtung und Sensoreinrichtung funktioniert. Hierdurch kann eine Speichereinrichtung eingespart werden. Überdies wird die Erkennungsgenauigkeit erhöht.
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Die oben genannte Bedingung, dass die Sensoreinrichtung in einer Schaltstellung des Schaltwellenmoduls zwar eine Mehrzahl von Bit-Informationselementen, aber nicht die Zustände aller vorhandenen Bit-Informationselemente erfasst, kann in der hier beschriebenen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung einfach dadurch realisiert sein, dass die Sensoreinrichtung weniger Sensorelemente umfasst als die Informationsträgereinrichtung Bit-Informationselemente umfasst.
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Im Falle der oben genannten magnetischen Bit-Informationselemente ist es vorteilhaft, wenn die Sensoreinrichtung Hall-Sensorelemente als Sensorelemente aufweist, da diese abhängig von der ihrer Sensorfläche gegenüberliegenden magnetischen Polarität unterschiedliche Signale liefern. Mit anderen Worten ist ein Hall-Sensorelement in der Lage zu erkennen, ob ihm ein magnetischer Nord- oder Südpol gegenüberliegt.
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Aus der oben genannten Funktionsbeschreibung des Schaltfunktionsteils an der Schalthülse bzw. an der Schaltwelle und den dort beschriebenen unterschiedlichen Relativdrehstellungen in Umfangsrichtung um die Schaltwellenlängsachse ist es zur ausreichenden Erkennbarkeit einer derartigen Relativdrehstellung vorteilhaft, wenn die Schalthülse bzw. Schaltwelle in drei unterschiedliche Relativdrehstellungen bringbar ist, wobei die Informationsträgereinrichtung zur Unterscheidung dieser Relativdrehstellungen für jede Relativdrehstellung wenigstens ein Paar von in axialer Richtung aufeinanderfolgender Bit-Informationselemente an unterschiedlichen Umfangspositionen bezüglich der Schaltwellenlängsachse aufweist oder/und wenigstens vier Bit-Informationselemente an unterschiedlichen Umfangspositionen bezüglich der Schaltwellenlängsachse aufweist. Mit einem Paar von in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Bit-Informationselementen an wenigstens drei unterschiedlichen Umfangspositionen bezüglich der Schaltwellenlängsachse lassen sich drei Relativdrehstellungen eindeutig kodieren. Ebenso lassen sich drei unterschiedliche Drehstellungen eindeutig kodieren, wenn wenigstens vier Bit-Informationselemente an unterschiedlichen Umfangspositionen vorgesehen sind und die Sensoreinrichtung in jeder Relativdrehstellung die Zustände von wenigstens zwei in Umfangsrichtung benachbarten Bit-Informationselementen erfasst.
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Da die bevorzugten Hall-Sensorelemente in der Regel nur auf einen Magnetpol ansprechen, während sie in Gegenüberstellung des jeweils anderen Magnetpols ein Signal liefern, welches von einer Gegenüberstellung eines unmagnetischen Materials nicht zu unterscheiden ist, reicht es aus, nur die tatsächlich von den jeweils gewählten Hall-Sensorelementen erfassbaren Magnetpole den Hall-Sensorelementen zugewandt anzuordnen. Wählt man beispielsweise für die Sensoreinrichtung Hall-Sensorelemente, welche auf magnetische Nordpole, nicht jedoch auf magnetische Südpole ansprechen, so reicht es aus, nur jene Umfangspositionen der Informationsträgereinrichtung mit körperlichen Bit-Informationselementen zu besetzen, an welchen ein magnetischer Nordpol zur Sensoreinrichtung hinweisend vorgesehen sein muss. An den übrigen Umfangspositionen ist es unerheblich, ob ein magnetischer Südpol oder eine nicht magnetisierte Bauteilfläche der Sensoreinrichtung zugewandt ist. Auch eine ein Signal liefernde „Lücke” ist daher ein Bit-Informationselement im Sinne dieser Anmeldung.
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Dies hilft, die tatsächlich erforderlichen körperlichen Bit-Informationselemente zu reduzieren.
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Grundsätzlich ist jeder der beiden möglichen Zustände von Bit-Informationselementen mehrfach in der Informationsträgereinrichtung vorhanden.
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Derzeit sind manuell schaltbare Getriebe mit sechs Vorwärtsfahrt-Gangstufen und einer Rückwärtsfahrt-Gangstufe verfügbar, welche deshalb vier Schaltgassen mit jeweils maximal zwei Gangstufen aufweisen. Zur Erkennung aller Schaltgassen eines derartig komplexen Getriebes ist es vorteilhaft, wenn die Schaltwelle und/oder die Schalthülse in drei unterschiedliche Relativdrehstellungen bringbar ist, wobei die Informationsträgereinrichtung zur Unterscheidung dieser Relativdrehstellungen für jede Relativdrehstellung wenigstens ein Paar von in axialer Richtung aufeinanderfolgender Bit-Informationselemente an unterschiedlichen Umfangspositionen bezüglich der Schaltwellenlängsachse aufweist oder/und wenigstens vier Bit-Informationselemente an unterschiedlichen Umfangspositionen bezüglich der Schaltwellenlängsachse aufweist.
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In diesem Falle kann zur Sicherstellung einer möglichst hohen Erkennungsgenauigkeit vorgesehen sein, dass die Sensoranordnung in axialer Richtung wenigstens vier aufeinanderfolgende Sensorelemente aufweist.
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In diesem Fall kann die Sensoranordnung in den vier axialen Relativstellungen nacheinander die ersten drei, die ersten vier, die letzten vier und die letzten drei Bit-Informationselemente erfassen, wobei in der ersten Schaltstellung einem an einem axialen Längsende vorgesehenen Sensorelement kein körperliches Bit-Informationselemente gegenüberliegt und dieses deshalb ein Nicht-Erfassungsignal liefert. Gleiches gilt für das Sensorelement in der vierten axialen Relativstellung am anderen Längsende der Sensorelementreihe.
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Je mehr Bit-Informationselemente an der Darstellung einer Schaltstellung teilnehmen, desto größer ist die Erkennungsgenauigkeit, da bei beispielsweise sieben Schaltstellungen lediglich sieben unterschiedliche Erfassungssignale bereitgestellt werden müssen, in Abhängigkeit von der Anzahl an pro Kodierung einer Schaltstellung benutzten Bit-Informationselementen jedoch der Unterschied zwischen zwei Kodierungen vergrößert werden kann.
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Beispielsweise kann die Informationsträgereinrichtung eine Matrix von Bit-Informationselementen mit wenigstens drei in Umfangsrichtung um die Schaltwellenlängsachse mit Abstand voneinander vorgesehenen, zueinander im Wesentlichen parallelen axialen Spuren von Bit-Informationselementen mit jeweils wenigstens fünf in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Bit-Informationselementen pro Spur umfassen. Ein noch höherer Abstand zwischen den Kodierungen einzelner Schaltstellungen kann dadurch erreicht werden, dass vier derartige axiale Spuren von Bit-Informationselementen vorgesehen sind.
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Diese Matrix von Bit-Informationselementen kann beispielsweise durch eine Sensoreinrichtung erfasst werden, welche eine Matrix von Sensorelementen von wenigstens einer axialen Spur, vorzugsweise von wenigstens zwei in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander angeordneten axialen Spuren von Sensorelementen ist, wobei jede Spur wenigstens zwei, vorzugsweise vier in axialer Richtung aufeinanderfolgende Sensorelemente umfasst. Bei zwei axialen Spuren mit jeweils vier Sensorelementen können also acht Zustände abgefragt werden, was grundsätzlich die Darstellung von 28, also 256 unterschiedlichen Schaltstellungen ermöglichen würde. Eine Kodierung von derart vielen Schaltstellungen würde jedoch zu einem Code mit einem wenig vorteilhaften Hamming-Wert von 1 führen, weil die Änderung lediglich eines Bits stets zu einem gültigen, einer anderen als der tatsächlichen Schaltstellung zugeordneten Signal führen würde.
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Kodiert man dagegen mit den so auf geringem Bauraum erreichbaren 256 unterschiedlichen Bit-Folgen lediglich die derzeit maximal 7 tatsächlich vorgesehenen Schaltstellungen, so erhält man einen Code mit dem Hamming-Wert von 3. Dies bedeutet, dass wenigstens drei Bits einer erfassten Bit-Folge geändert werden müssen, um von einem gültigen Schaltstellungserfassungssignal zu einem anderen gültigen Schaltstellungserfassungssignal zu gelangen.
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Dies bietet andererseits die Möglichkeit, dass selbst bei Ausfall eines Sensorelements oder bei Wegfall eines Bit-Informationselements die tatsächlich vorhandene Schaltstellung immer noch sicher erkannt werden kann und dass bei Ausfall von zwei Sensorelementen oder bei Wegfall von zwei Bit-Informationselementen der vorhandene Fehler sicher erkannt werden kann. Dies erhöht die Betriebssicherheit des vorliegend diskutierten Schaltwellenmoduls.
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Eine möglichst geringe Anzahl von Bit-Informationselementen und Sensorelementen bei gleichzeitig sicherer Gangerkennung kann dadurch erreicht werden, dass die Informationsträgereinrichtung und die Sensoreinrichtung derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die Bit-Informationselemente und die Sensorelemente in Ihrer axialen Länge etwa dem axialen Verstellweg des Schaltfunktionsteils von einer Schaltstellung zur unmittelbar folgenden Schaltstellung entsprechen.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Informationsträgereinrichtung als vormontierte Baugruppe vorgesehen ist, die als Ganzes an das Schaltwellenmodul, vorzugsweise an die Außenfläche der Schalthülse anmontierbar ist.
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Besonders bevorzugt ist die Informationsträgereinrichtung ein Spritzgussteil aus magnetisierbarem und magnetisiertem Spritzgussmaterial. Dabei können in der Spritzgussform Permanentmagnete derart vorgesehen sein, dass während des Spritzgussvorgangs das Spritzgussteil in der gewünschten Weise magnetisiert wird. Dabei ist im Wesentlichen darauf zu achten, dass die dem Sensor zugewandte Sensorwirkfläche der Informationsträgereinrichtung ungefähr gleich große Flächenanteile mit magnetischem Nordpol und mit magnetischem Südpol aufweist.
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Ein einfacher und kostengünstiger Werkstoff zur Herstellung der spritzgießbaren Informationsträgereinrichtung ist ein mit ferromagnetischem Material gefüllter thermoplastischer Kunststoff.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es stellt dar:
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1: eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schaltwellenmoduls,
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2: eine Draufsicht auf eine Baugruppe aus Schaltwelle und Schalthülse des Schaltwellenmoduls von 1,
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3: eine Teilschnittansicht des schaltgewichttragenden Längsendes des Schaltwellenmoduls von 1 in einer die Schaltwellenlängsachse enthaltenden Schnittebene und
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4a: eine Draufsicht auf eine Informationsträgereinrichtung, wie sie an der Schalthülse der 1 bis 3 verwendet ist,
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4b: eine Längsschnittansicht der Informationsträgereinrichtung von 4a längs der Schnittebene B-B und
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4c: eine axiale Endansicht der Informationsträgereinrichtung von 4a.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Schaltwellenmoduls allgemein mit 10 bezeichnet. Das Schaltwellenmodul umfasst eine sich längs einer Schaltwellenlängsachse A erstreckende Schaltwelle 12, welche abschnittsweise von einer Schalthülse 14 mit zwei zur gemeinsamen Bewegung mit dieser verbundenen Schaltfingern 16 umgeben ist.
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Die Schaltfinger 16 sind in an sich bekannter Weise dazu ausgebildet, in entsprechende Eingriffslücken von Schaltgabeln einzugreifen, um die jeweils gewählte Schaltgabel durch Verstellung des Schaltfingers in eine Eingriffsstellung oder eine Nicht-Eingriffstellung zu bewegen.
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Genauer ist der Schaltfinger 16 relativ zum Modulgehäuse 18 längs der Schaltwellenlängsachse A (siehe Doppelpfeil B) und in Umfangsrichtung um die Schaltwellenlängsachse A (siehe Doppelpfeil C) beweglich.
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Dabei wird mit einer Bewegung der Schaltfinger 16, und damit verbunden der die Schaltfinger tragenden Schalthülse 14, die Schaltgasse, also eine Eingriffsausnehmung einer Schaltgabel ausgewählt. Bewegt man also die Schaltfinger 16 zusammen mit der Schalthülse 14 längs der Schaltwellenlängsachse A, so durchwandern die Schaltfinger 16 die Eingriffsausnehmungen unterschiedlicher Schaltgabeln, welche in der Nicht-Eingriffstellung der jeweiligen Schaltgabeln in Schaltwellenlängsrichtung A fluchten.
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Durch Verdrehung der Schaltfinger 16 längs des Doppelpfeils C um die Schaltwellenlängsachse A wird die jeweils ausgewählte Schaltgabel in eine von zwei Eingriffstellungen verlagert, abhängig von der gewählten Drehrichtung der Schalthülse 14 und der daran zur gemeinsamen Bewegung festgelegten Schaltfinger 16.
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Die Schaltfinger 16 können beispielsweise als Sinterteile ausgebildet sein, die Schalthülse 14 kann beispielsweise als gerolltes Blechteil gebildet sein.
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Vorzugsweise sind den Schaltfingern 16 zu beiden Seiten Öffnungen 20 in der Schalthülse 14 beigegeben, in die Sicherungsgeometrien der in 1 nicht dargestellten Schaltgabeln eingreifen können, wenn sich diese in der Eingriffstellung befinden, um eine unerwünschte Verstellung der Schalthülse 14 bei eingelegtem Gang zu verhindern.
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In dem in den vorliegenden Figuren dargestellten Beispiel ist die Schalthülse 14 zur gemeinsamen Bewegung sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung um die Schaltwellenlängsachse A mit der Schaltwelle 12 verbunden. Dies muss jedoch nicht so sein. Die Schalthülse 14 kann auch lediglich zur gemeinsamen Drehung mit der Schaltwelle 12 verbunden, ansonsten jedoch axial relativ zur Schaltwelle 12 verschieblich sein.
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In 1 zu erkennen ist weiter eine Schaltkulissenausnehmung 22 in der Schalthülse 14, in die ein gehäusefester Stift 24 einragt bzw. diese durchsetzt und damit die Relativbewegung der Schalthülse 14 relativ zum Modulgehäuse 18 nur im Umfang der Relativbeweglichkeit des Stiftes 24 in der Kulissenausnehmung 22 gestattet.
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Neben den genannten Ausnehmungen 20 und 22 kann die Schalthülse 14 weitere Ausnehmungen umfassen, die hier nicht weiter von Interesse sind.
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In an sich bekannter Weise trägt die Schaltwelle 12 an ihrem einen Längsende ein Schaltgewicht 26, welches die Drehmasse der Schaltwelle 12 erhöht.
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In einem an ein Kraftfahrzeug montierten Zustand ist das Modulgehäuse 18 karosserie- bzw. rahmenfest an dem Kraftfahrzeug festgelegt.
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Zu erkennen ist weiter eine an der radial außen liegenden Außenseite 14a zur gemeinsamen Bewegung mit der Schalthülse 14 in axialer Richtung und in Umfangsrichtung festgelegte Informationsträgereinrichtung 28, auf welcher vier in axialer Richtung verlaufende Spuren (bezeichnet mit I bis IV in 1) mit in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Bit-Informationselementen 30 ausgebildet sind. Dabei sind radiale Vorsprünge durch Magnetelemente gebildet, deren einer Pol, etwa der magnetische Südpol, nach radial außen weist und deren jeweils anderer Pol, etwa der magnetische Nordpol, nach radial innen weist.
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In den Ausnehmungen der Spuren I bis IV sind keine Magnete vorgesehen, diese unmagnetisierten Stellen werden von der weiter unten ausführlich beschriebenen Sensoreinrichtung 32 wie die nach radial innen von der Sensoreinrichtung wegweisenden Magnetpole der körperlich tatsächlich vorhandenen magnetischen Bit-Informationselemente 30 behandelt.
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Wie in Spur IV von 1 an der Informationsträgereinrichtung 28 strichliniert angezeigt ist, umfasst diese Spur fünf in axialer Richtung aufeinanderfolgende Bit-Informationselemente 30, von welchen vier durch eine Lücke und lediglich eines durch ein körperlich vorhandenes Bit-Informationselement 30 gebildet sind. Die Sensoreinrichtung 32 umfasst zwei in Umfangsrichtung um die Schaltwellenlängsachse A benachbarte, im Wesentlichen parallele Spuren von vier in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Sensorelementen 34 (siehe weiter unten 3), welche Hall-Sensorelemente sind, und beispielsweise nur im Falle eines Gegenüberliegens eines magnetischen Südpols ein Hoch-Signal ausgeben. Selbstverständlich können stattdessen auch nordpolsensitive Hall-Sensorelemente verwendet werden.
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Da bei nordpolsensitiven Hall-Sensorelementen ein dem Sensorelement gegenüberliegender Nordpol zum selben Erfassungsignal (besser: Nicht-Erfassungssignal oder Niedrig-Signal) führt wie ein gegenüberliegendes unmagnetisiertes Material, können logische Nullen in der gewünschten Bit-Matrix durch Aussparen von körperlichen Bit-Informationselementen realisiert sein, während lediglich logische Einsen in dem auf der Informationsträgereinrichtung 28 realisierten Bit-Muster tatsächlich durch körperliche Bit-Informationselemente 30 in Form von Magneten vorgesehen werden müssen, da hier ein dem Sensorelement gegenüberliegender magnetischer Südpol benötigt wird, um das jeweilige Sensorelement zur Ausgabe eines Hoch-Signals zu veranlassen.
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Für die Verwendung von nordpolsensitiven Hall-Sensorelementen gilt das zuvor Gesagte mutatis mutandis.
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Die beiden Sensorelement-Spuren in der Sensoreinrichtung 32 weisen den gleichen Umfangsabstand voneinander auf, den zwei benachbarte Bit-Informationselement-Spuren I bis IV auf der Informationsträgereinrichtung 28 voneinander aufweisen, so dass sichergestellt ist, dass den unterschiedlichen Sensorelement-Spuren unterschiedliche Bit-Informationselement-Spuren gegenüberliegen.
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In 2 ist lediglich die Schaltwelle 12 mit der diese umgebenden Schalthülse 14 in Draufsicht dargestellt.
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In 2 ist weiter zu erkennen, dass auf der der Kulissenausnehmung 22 gegenüberliegenden Seite eine weitere Rastkontur 32 an der Schalthülse 14 zur gemeinsamen Bewegung mit dieser vorgesehen ist.
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Unterhalb der Darstellung der Baugruppe aus Schaltwelle 12 und Schalthülse 14 ist das durch die Spuren I bis IV mit den darin vorgesehenen Bit-Informationselementen 30 gebildete Bit-Muster aufgezeichnet, wie es von den Sensorelementen der Sensoreinrichtung 32 erfassbar ist.
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Diese an der Informationsträgereinrichtung 28 realisierte Haupt-Bit-Matrix H mit den Spalten p, q, r, s, t ist endseitig jeweils in jeder Spur mit einer Null zu ergänzen. Der Grund dafür kann am besten im Zusammenhang mit 3 erläutert werden.
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3 zeigt einen Längsschnitt durch das das Schaltgewicht 26 tragende Längsende des Schaltwellenmoduls 10 von 1 in einer die Schaltwellenlängsachse A enthaltenden Längsschnittebene.
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Zu erkennen ist jene Sensorelement-Spur mit vier in axialer Richtung aufeinanderfolgenden Hall-Sensorelementen 34, die den Bit-Informationselementen 30 der Spur II der Informationsträgereinrichtung 28 gegenüberliegen.
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Damit erfassen die vier Hall-Sensorelemente 34 der in 3 dargestellten Sensorelement-Spur der Sensoreinrichtung 32 die in 1 mit q, r, s, und t beschrifteten Bit-Informationselemente 30 der Spur II der Informationsträgereinrichtung 28 bzw. der Haupt-Bit-Matrix H.
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Wie in 1 zu erkennen ist, definiert die Kulissenausnehmung 22 vier in axialer Richtung mit Abstand voneinander vorgesehene Schaltgassen 1, 2, 3 und 4, von welchen die Schaltgasse 1 dem Rückwärtsgang zugeordnet ist, die Schaltgasse 2 dem ersten und dem zweiten Gang zugeordnet ist, die Schaltgasse 3 dem dritten und dem vierten Gang zugeordnet ist und die Schaltgasse 4 dem fünften und dem sechsten Gang zugeordnet ist. In der in 1 gezeigten Stellung befindet sich das Schaltwellenmodul 10 in einer Neutralstellung der Schaltgasse 3, also in einer Neutralstellung zwischen dem dritten und dem vierten Gang. In dieser Stellung erfasst die Sensoreinrichtung, wie bereits erwähnt, mit ihrer einen Sensorelement-Spur die Bit-Informationselemente q, r, s und t der Spur II der Informationsträgereinrichtung 28 und erfasst mit ihrer vor der Zeichenebene von 3 gelegenen weiteren Sensorelemente-Spur die Bit-Informationselemente 30 q, r, s und t der Bit-Informationselemente-Spur III der Informationsträgereinrichtung 28.
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Wird die Schalthülse 14 nun in 1 relativ zum Modulgehäuse 18 in axialer Richtung nach schräg vorne so bewegt, dass sich der Stift 24 in der Neutralstellung der vierten Schaltgasse befindet, liegen die beiden dem Schaltgewicht 26 nächstliegenden Sensorelemente 34 der Sensoreinrichtung 32 nicht mehr über der Informationsträgereinrichtung 28, was an den betreffenden Sensorelementen den gleichen Signalpegel erzeugt wie eine Lücke in der Informationsträgereinrichtung 28. Zu diesem Zweck ist an die körperlich tatsächlich vorhandenen Bit-Informationsträgerelemente 30 der Informationsträgereinrichtung 28 der Spalte t die imaginäre Spalte b angehängt, die von den dem Schaltgewicht 26 nächstliegenden Sensorelementen 34 „erfasst” werden, wenn sich die Schalthülse 14 relativ zum Modulgehäuse 18 in der vierten Schaltgasse befindet.
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Ebenso liegen die dem Schaltgewicht 26 fernstliegenden Sensorelemente 34 dann, wenn sich die Schalthülse 14 relativ zum Modulgehäuse 18 in der ersten Schaltgasse befindet, nicht mehr über der Informationsträgereinrichtung 28, weshalb der tatsächlich vorhandenen mit „p” bezeichneten Spalte an Bit-Informationselementen 30 der Informationsträgereinrichtung 28 eine imaginäre Spalte a vorangestellt ist, die von den dem Schaltgewicht 26 fernstliegenden Sensorelementen 34 „erfasst” werden, wenn sich die Schalthülse 14 relativ zum Modulgehäuse in der ersten Schaltgasse befindet.
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In dem dargestellten Beispiel sind die Bit-Informationselement-Spuren II und III der Neutralstellung der Schalthülse 14 zugeordnet, da die beiden Sensorelement-Spuren immer dann über den beiden Bit-Informationselement-Spuren II und III liegen, wenn sich die Schalthülse 14 in der besagten Neutralstellung befindet, in der kein Gang eingelegt ist.
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Dann, wenn der Rückwärtsgang, der erste Gang, der dritte Gang oder der fünfte Gang eingelegt sind, befinden sich die Sensorelement-Spuren über den Bit-Informationselement-Spuren I und II.
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Dann, wenn der zweite Gang, der vierte Gang und der sechste Gang eingelegt sind, befinden sich die Sensorelement-Spuren der Sensoreinrichtung 32 über den Bit-Informationselement-Spuren III und IV.
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Die am zweitweitesten vom Schaltgewicht 26 entfernt gelegenen Sensorelemente 34 befinden sich dann, wenn sich die Schalthülse 14 relativ zum Schaltmodul 18 in der ersten Schaltgasse befindet, über den Bit-Informationselementen 30 der Spalte p, dann, wenn sich die Schalthülse 14 in der zweiten Schaltgasse 2 befindet, über den Bit-Informationselementen der Spalte q, dann, wenn sich die Schalthülse 14 in der dritten Schaltgasse 3 befindet, über den Bit-Informationselementen der Spalte r und dann, wenn sich die Schalthülse 14 in der vierten Schaltgasse befindet, über den Bit-Informationselementen 30 der Spalte s.
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Aus diesen Angaben lassen sich die Relativlagen der Sensorelemente 34 und der Bit-Informationselemente 30 in allen möglichen Schaltstellungen der Schalthülse 14 relativ zum Modulgehäuse 18 herleiten.
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Die Bit-Matrix der vorliegenden Figuren ist lediglich beispielhaft und kann auch anders gewählt sein.
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In 4 ist beispielhaft eine Informationsträgereinrichtung 28 gezeigt, welche das in 2 dargestellte Bit-Muster für eine Sensoreinrichtung 32 mit südpolsensitiven Hall-Sensorelementen 34 liefert.
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Die Informationsträgereinrichtung 28 der 4a bis 4c ist vorzugsweise spritzgegossen aus einem mit ferromagnetischen Partikeln gefüllten thermoplastischem Kunststoff. Die Magnetisierung der Informationsträgereeinrichtung 28 der 4a bis 4c erfolgte während des Spritzgießvorgangs durch in der Spritzgussform entsprechend angeordnete starke Permanent- oder Elektromagnete. Alternativ oder zusätzlich kann eine Magnetisierung auch nach dem Spritzgießvorgang erfolgen.
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Mit diesem Verfahren ist eine nahezu beliebige Bit-Matrix an der Informationsträgereinrichtung 28 erzielbar, solange die von allen Nordpolen eingenommene Fläche der Informationsträgereinrichtung 28 in etwa der von allen Südpolen eingenommenen Fläche entspricht.
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Alternativ kann, wie in den zuvor beschriebenen 1 bis 3 erläutert, die Bit-Matrix durch Einzelmagnete und gegebenenfalls auch durch Lücken gebildet sein.
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Die Informationsträgereinrichtung 28 der 4a bis 4c kann integral mit Befestigungsnoppen 36 versehen sein, mit welchen die Informationsträgereinrichtung 28 in entsprechende Ausnehmungen der Schalthülse 14 eingesetzt sein kann, um die korrekte Position der Informationsträgereinrichtung 28 an der Schalthülse 14 sicherstellen zu können. Die einzelnen Bit-Informationsträger-Spuren I bis IV können durch längsendseitige Querstege 38 integral miteinander verbunden sein.
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Mit der in den 1 bis 4 vorgestellten Bit-Matrix kann ein Code mit einem Hamming-Wert von 3 realisiert sein.
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Zur sicheren Befestigung der Informationsträgereinrichtung 28 an der Außenfläche 14a der Schalthülse 14 können zusätzlich zu den Befestigungsnoppen 36 die in 1 gezeigten Befestigungsösen 40 vorgesehen sein, mit denen eine Vernietung oder Verschraubung der Informationsträgereinrichtung 28 mit der Schalthülse 14 möglich ist. Insofern zeigen die 1 bis 3 einerseits und die 4a bis 4c andererseits geringfügig unterschiedliche Ausführungsformen einer Informationsträgereinrichtung 28, deren Unterschiede oben jedoch hinreichend erläutert sind. Die dargestellte Verbindung von Informationsträgereinrichtung und Schaltwelle oder Schalthülse ist nicht abschließend. Beispielsweise kann die Informationsträgereinrichtung an die Schaltwelle oder die Schalthülse durch einen Spritzgießvorgang angespritzt sein.
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Mit der in den 1 bis 4c gezeigten Ausführungsform kann jederzeit die Schaltstellung der Schalthülse 14 relativ zum Schaltmodul 18 und damit die Gangeinlegesituation des zugeordneten Fahrzeugs detektiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009058023 A1 [0002]
