DE102005023926A1

DE102005023926A1 - Elektrische Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102005023926A1
Application number: DE102005023926A
Authority: DE
Inventors: Peter Molkow; Thomas Luksch; Ralf Böbel
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2006-11-30
Also published as: EP1848903A1; EP1848903B1; EP1848903B2; US20080028886A1; WO2006125608A1; US7712392B2

Abstract

Beschrieben wird eine elektrische Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Schalthebel und mit einem elektrischen Aktuator, der einen Schaltanschlag für den Schalthebel in bzw. außer Kraft setzen kann, wobei in mindestens einem Betätigungsweg des Schalthebels ein Begrenzungselement angeordnet ist, dessen Ausdehnung innerhalb eines Betätigungsweges des Schalthebels durch den Aktuator veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Schalthebel und mit einem elektrischen Aktuator, der einen Schaltanschlag für den Schalthebel in bzw. außer Kraft setzen kann.
Derartige Schalteinrichtungen werden bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, die mit einem automatisierten Schaltgetriebe ausgerüstet sind. Dabei wird der eigentliche Schaltvorgang elektrohydraulisch oder elektromotorisch vorgenommen, während der jeweilige Schaltwunsch des Fahrers elektrisch oder elektronisch erfaßt wird. Dem Fahrer stehen bei einem solchen automatisierten Schaltgetriebe die elektrische Schalteinrichtung mit einem Schalthebel und gegebenenfalls zusätzlichen, etwa am Lenkrad angeordneten Wippschaltern zum Herauf- und Herunterschalten zur Verfügung.
Der Schalthebel einer solchen Schalteinrichtung kann multistabil oder auch monostabil ausgeführt sein, daß heißt er kann entweder in mehrere feste Positionen einstellbar sein oder er besitzt, ähnlich einem Joystick nur eine stabile Ruheposition, in die der Schalthebel aus mehreren instabilen Stellpositionen immer wieder zurückfällt.
In beiden Fällen ist es wünschenswert oder sogar erforderlich, in Abhängigkeit vom aktuell gewählten Schaltzustand, jeweils bestimmte Schaltzustände von der nächsten Auswahl auszuschließen. Vorteilhaft ist es beispielsweise bei einer linearen Kette möglicher Schaltzustände, anzuzeigen, wenn die Auswahlmöglichkeiten in einer Schaltrichtung erschöpft sind.
Da im allgemeinen nicht nur die Erfassung sondern auch die Verarbeitung der jeweiligen Schaltzustände auf elektrischem oder elektronischem Weg abläuft, kann und wird im allgemeinen der Ausschluß bestimmter Umschaltmöglichkeiten durch die zugrundeliegende Schaltlogik erfolgen. Allerdings ist es aus ergonomischen Gründen vorteilhaft, wenn der Bediener der Schalteinrichtung auch eine unmittelbare haptische Rückmeldung über derzeit nicht auswählbare Schaltfunktionen erhält. Eine solche Rückmeldung erhält der Fahrer eines Kraftfahrzeuges insbesondere über Sperren oder Anschläge, die mit dem Schalthebel zusammenwirken.

Aus der EP 1 464 875 A2 ist eine Schaltvorrichtung bekannt, die eine Betätigungseinrichtung aufweist, welche einen Schaltanschlag außer Kraft setzen kann, so daß der Schalthebel über die durch diesen Schaltanschlag definierte Schaltposition hinaus schwenkbar ist. Die EP 1 464 875 A2 offenbart hierzu eine relativ komplex aufgebaute Kipphebelanordnung, die durch einen Aktuator betätigt wird.

Es ergab sich als Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Schalteinrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, durch Ansteuerung eines Aktuators den Betätigungsweg eines Schalthebels zu begrenzen, wobei die hierzu eingesetzten mechanischen Mittel möglichst einfach und kostengünstig sein sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in mindestens einem Betätigungsweg des Schalthebels ein Begrenzungselement angeordnet ist, dessen Ausdehnung innerhalb eines Betätigungsweges des Schalthebels durch den Aktuator veränderbar ist.

Hierbei gibt es vielfältige Möglichkeiten zur Ausgestaltung des Begrenzungselementes. Insbesondere kann das Begrenzungselement ein- oder auch mehrteilig ausgebildet sein.

Ein einteilig ausgebildetes Begrenzungselement kann beispielsweise durch einen drehbar auf einer Welle angeordneten Exzenter realisiert sein. Ein zweiteiliges Begrenzungselement kann durch gegeneinander verschieblich angeordnete Schieberelemente ausgebildet sein. Des weiteren können ein oder mehrere Schieber, die in den Betätigungsweg des Schalthebels gebracht werden können, ein Begrenzungselement bilden.

Je nach vorgesehener Anwendung kann es vorteilhaft sein, wenn das Begrenzungselement mit dem Aktuator eine monostabile Anordnung bildet. Hierzu kann insbesondere eine auf das Begrenzungselement oder den Aktuator einwirkende Feder vorgesehen sein, die nach Beendigung der Ansteuerung das Begrenzungselement wieder in die Ausgangslage zurückführt.

Eine bevorzugte Anwendung einer elektrischen Schalteinrichtung besteht darin, Schaltwege eines monostabilen oder multistabilen Gangwahlschalters abhängig von der bereits eingelegten Fahrstufe zu sperren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung sollen anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung erläutert werden.

Es zeigen:
1 eine Schalteinrichtung mit einem Exzenter als Begrenzungselement,
2 eine Schalteinrichtung mit einem zweiteiligen Schieber als Begrenzungselement,
3 eine Schalteinrichtung mit mehreren Schiebern als Begrenzungselement,
4 eine Schalteinrichtung mit den in der 3 dargestellten Schiebern in mehreren Schaltstellungen.
Die schematischen Darstellungen der 1 bis 4 zeigen hierbei nur die zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Einzelheiten der Schalteinrichtungen. In den verschiedenen Ausführungsbeispielen sind jeweils gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die 1 zeigt einen Schalthebel (1) mit einer Ausnehmung (2) für eine Drehachse (3), um die herum der Schalthebel (1) verschwenkbar ist. Vorteilhaft ist es, wenn für den Schalthebel (1) weitere Bewegungsmöglichkeiten vorgesehen sind, was beispielsweise durch eine hier nicht dargestellte kardanische Lagerung des Schalthebels (1) realisierbar ist.
Bei einer Verschwenkung um die dargestellte Drehachse (3) trifft der untere Abschnitt des Schalthebels (1) in einer Betätigungsrichtung auf ein Begrenzungselement, welches hier durch einen auf einer Welle (10) angeordneten Exzenter (6) ausgebildet ist. Zur besseren mechanischen Kopplung zwischen dem Schalthebel (1) und dem Exzenter (10), sind diese über ein Zwischenstück (4) aus Kunststoff miteinander verbunden.
Ein Elektromotor (8) treibt über ein Schneckengetriebe (9) die Welle (10) mit dem Exzenter (6) an. Alternativ kann die Exzenterwelle (10) über einen Kurbeltrieb durch einen linear wirkenden Aktuator gedreht werden.
Die Exzenterwelle (10) kann über das Schneckengetriebe (9) in zwei Positionen gedreht werden. Die in der 1a dargestellte Position A des Exzenters (6) entspricht der gelösten Sperre; der Exzenter (6) ist dem Schalthebel (1) abgewandt und begrenzt den Schalthebelweg nicht. Der Schalthebel (1) kann damit frei zumindest zwischen einer in Richtung auf den Exzenter ausgelenkten Schalthebelposition und der mittleren neutralen Schalthebelposition hin und her bewegt werden. Befindet sich der Exzenter (6) dagegen in der Position B, dargestellt in der 1b, so ist eine Auslenkung des Schalthebels (1) in Richtung auf den Exzenter (6) blockiert.
Die dargestellte Begrenzungsvorrichtung wirkt somit auf genau eine Betätigungsrichtung des Schalthebels (1) begrenzend ein; selbstverständlich können bedarfsweise für weitere Betätigungsrichtungen des Schalthebels (1) weitere Begrenzungsvorrichtungen vorgesehen werden.
Vorteilhaft ist, daß durch den Aktuator (8) zusätzlich eine Möglichkeit zur automatischen Rückstellung des Schalthebels (1) in die neutrale mittlere Position realisiert werden kann. Es sei angenommen, der Schalthebel (1) sei derart gelagert, daß er seine möglichen Schaltpositionen rastend einnimmt. Weiter sei angenommen, der Schalthebel (1) befände sich in der in der 1a dargestellten ausgelenkten Schalthebelstellung und der Exzenter (6) entsprechend in der Position A. Wird die Exzenterwelle (10) nun über das Schneckengetriebe (9) in die Position B gedreht, welche die 1b zeigt, so bewegt der Exzenter (6) den Schalthebel (1) über das Zwischenstück (4) in seine neutrale Schalthebelposition zurück.
Wird dabei der Exzenter (6) über die Position B hinaus weiter bis in die Position A gefahren, so gibt der Exzenter (6) über das Zwischenstück (4) den Schalthebel (1) wieder frei und ermöglicht eine freie Betätigung des Schalthebels (1).
Bleibt der Exzenter (6) dagegen in der Position B stehen so, bleibt die Betätigung des Schalthebels (1) in Richtung auf den Exzenter (6) gesperrt. Die von der Sperre aufzunehmenden Kräfte werden von einer neben dem Exzenter (6) liegenden Lagerstellen der Exzenterwelle (10) aufgenommen.
Charakteristisch für diese Schalteinrichtung ist, daß bei fehlender Stromzufuhr zum Aktuator (8), der Bediener die eingelegte Sperre aufgrund der Selbsthemmung des Schneckegetriebes (9) nicht mehr lösen kann. Die Bewegungsfreiheit des Schalthebels (1) bleibt in einem solchen Fall daher eingeschränkt.
Eine alternativ ausgeführte Schalteinrichtung ist in der 2 dargestellt. Ein Stößel (11) wird durch einen nichtdargestellten Aktuator zwischen zwei Schieberelemente (12a, 12b) geschoben oder gezogen. Der Stößel (11) drückt dabei über schräg zueinander stehende Anlaufflächen am Stößel (11) und an den Schieberelementen (12a, 12b) das erstes Schieberelement (12a) gegen eine stützende Wand (14) eines Gehäuses. Das zweite Schieberelement (12b) wird mit derselben Bewegung ebenfalls um die halbe Breite des Stößels (11) in Richtung auf den Schalthebel (1) bewegt.
Durch die Bewegung des Schieberelements (12b) wird der Schalthebel (1) aus der ausgelenkten Schalthebelstellung zurück in die neutrale Schalthebelstellung bewegt (2a). Verbleibt der Stößel (11) zwischen den beiden Schieberelementen (12a, 12b), so ist der Schalthebelweg entsprechend der Darstellung der 2b begrenzt, der Schalthebel (1) ist somit gesperrt. Wird nun der Schalthebel (1) gegen das zweite Schieberelement (12b) gedrückt, so wird die zu haltende Kraft über das zweite Schieberelement (12b), den Stößel (11) und das erste Schieberelement (12a) auf die stützende Wand (14) geleitet.
Optional kann der Stößel (11) durch eine auf den Stößel (11) oder den Aktuator wirkende Rückstellfeder (7) monostabil ausgeführt sein. Wird der Aktuator nicht betätigt oder fällt aufgrund eines Defektes aus, so führt die Feder (7) den Stößel in die Grundposition zurück und gibt die Schieberelemente (12a, 12b) frei. Dadurch kann beispielsweise eine Notlauffunktion realisiert sein, in der die Schaltwege nicht begrenzt sind.
Ein weitere Ausführung der Erfindung zeigt als Prinzipdarstellung die 3. Dargestellt ist ein Querschnitt eines Schalthebels (1) mit zwei einander entgegengesetzten möglichen Betätigungsrichtungen sowie ein Ausschnitt aus einer feststehende Wand (14) eines Schalthebelgehäuse.
Es ist wenigsten ein linear geführter Schieber vorgesehen, der durch einen nicht dargestellten Aktuator zwischen die Wand (14) des Gehäuses und den Schalthebel (1) geschoben oder gezogen werden kann. Die Breite des Schiebers bestimmt die Wegbegrenzung des Schalthebels (1). Wird eine Begrenzung in mehreren Stufen gefordert, so können mehrere Schieber (13a, 13b) gleichzeitig durch mehrere Aktuatoren bewegt werden. Hierbei stützt sich der erste Schieber (13a) an der Wand (14) und alle folgenden Schieber (13b) auf dem jeweils vorhergehenden Schieber (13a) ab. Die aufgenommen Kräfte werden auf die verstärkt ausgeführte Gehäusewand (14) geleitet.
Um den Schalthebel (1) in zwei einander gegenüberliegenden Betätigungsrichtungen zu sperren, muß das Sperrsystem jeweils für jede Betätigungsrichtung aufgebaut werden.
Optional kann das Sperrensystem monostabil ausgeführt sein. Hierzu werden die Schieber (13a, 13b) über Rückstellfedern (7), die entweder an den Aktuatoren oder direkt an den Schiebern (13a, 13b) angelenkt sind, in einer Grundposition gehalten. Werden die Aktuatoren nicht betätigt oder fallen diese aufgrund eines Defektes aus, so führen die Federn (7) die Schieber (13a, 13b) in die Grundposition zurück und ermöglichen eine ungesperrte Schalthebelbetätigung als Notlauffunktion.
Eine konkretere Darstellung einer elektrischen Schalteinrichtung mit einer durch mehrere Schieber realisierten Betätigungswegbegrenzung für einen Schalthebel ist in den 4a bis 4c dargestellt. Die Figuren zeigen ein Schalthebelgehäuse (15) mit einem darin angeordneten Schalthebel (1), der zumindest in einer, etwa parallel zu Zeichenebene gelegenen Ebene verschwenkbar ist. In dieser Betätigungsebene erstrecken sich auch zwei stiftförmige Anformungen (5) am Schalthebel (1).
Am Schalthebelgehäuse (15) sind vier als L-förmige Profile ausgebildete Schieber (13a, 13b, 13c, 13d) angeordnet, wobei die längeren Schenkel von jeweils zwei Schieber parallel aneinander anliegen und die kürzere Schenkel sich jeweils in zueinander gegenüberliegende Richtung erstrecken.
Die Schieber (13a, 13b, 13c, 13d) sind beweglich am Schalthebelgehäuse (15) angeordnet und können durch einen oder mehrere, aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht abgebildete Aktuatoren relativ zum Schalthebelgehäuse (15) verschoben werden. Dabei ist für jeden Schieber (13a, 13b, 13c, 13d) eine Position erreichbar, in der ein Endabschnitt bis in die Schwenkebene des Schalthebels (1) ragt. Da in dieser Position bei einer Bewegung des Schalthebels (1) die stiftförmigen Anformungen (5) auf die Schieber (13a, 13b, 13c, 13d) treffen, wird hierdurch der Betätigungsweg des Schalthebels (1) mehr oder weniger stark begrenzt.
Die 4a bis 4c zeigen die Schieber (13a, 13b, 13c, 13d) in verschiedenen Positionen. In der 4a liegen die Endabschnitte aller vier Schieber (13a, 13b, 13c, 13d) in der Schwenkebene des Schalthebels (1). Da damit praktisch kein Freiraum mehr zwischen den stiftförmigen Anformungen (15) und den Schiebern (13a, 13b, 13c, 13d) zur Verfügung steht, ist die Beweglichkeit des Schalthebels (1), zumindest in der Links-/Rechtsrichtung hier maximal eingeschränkt und der Schalthebel (1) damit praktisch blockiert.
In der 4b ist einer der Schieber (13b) aus dem Schwenkbereich des Schalthebels (1) entfernt; dies ermöglicht ein teilweises Verschwenken des Schalthebels (1) nach links, während eine Betätigung des Schalthebels (1) nach rechts durch die den Schalthebel (1) blockierenden Schieber 13c und 13d auch weiterhin ausgeschlossen ist.
Ein zusätzliches Entfernen des Schiebers 13a aus dem Betätigungsweg des Schalthebels (1), dargestellt in der 4c, ermöglicht ein uneingeschränktes Verschwenken des Schalthebels (1) nach links.
Eine entsprechende Freigabe des Schalthebels (1) in die rechte Betätigungsrichtung kann durch eine entsprechende Steuerung der Schieber 13c und 13d erfolgen.

1: Schalthebel
2: Ausnehmung
3: Drehachse
4: Zwischenstück
5: stiftförmige Anformungen
6: Exzenter
7: (Rückstell)feder
8: Elektromotor (Aktuator)
9: Schneckengetriebe
10: (Exzenter)welle
11: Stößel
12a, 12b: Schieberelemente
13a, 13b, 13c, 13d: Schieber
14: Gehäusewand
15: (Schalthebel)gehäuse
A, B: Positionen (des Exzenters)

Claims

Elektrische Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Schalthebel (1) und mit einem elektrischen Aktuator (8), der einen Schaltanschlag für den Schalthebel (1) in bzw. außer Kraft setzen kann, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Betätigungsweg des Schalthebels (1) ein Begrenzungselement angeordnet ist, dessen Ausdehnung innerhalb eines Betätigungsweges des Schalthebels (1) durch den Aktuator (8) veränderbar ist.
Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Begrenzungselement durch einen drehbaren Exzenter (6) gebildet ist.
Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (6) durch eine Elektromotor (8) angetrieben ist.
Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (6) durch einen Linearaktuator über einen Kurbeltrieb angetrieben ist.
Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Begrenzungselement durch zwei gegeneinander verschieblich angeordnete Schieberelemente (12a, 12b) gebildet ist.
Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieberelemente (12a, 12b) durch einen in senkrechter Richtung zu deren Verschieberichtung wirkenden Stößel (11) gegeneinander verschieblich sind.
Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Begrenzungselement ein oder mehrere linear geführte Schieber (13a, 13b, 13c, 13d) zwischen eine abstützende Wand (14) und den Schalthebel (1) geschoben oder gezogen werden.
Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (7) vorgesehen ist, die bei unbetätigtem Aktuator (8) das Begrenzungselement in seine Ausgangsstellung zurückführt.
Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalthebel (1) ein Gangwahlschalter ist.
Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (8) durch eine Veränderung der Ausdehnung des Begrenzungselements (6; 12a, 12b) innerhalb eines Betätigungsweges des Schalthebels (1), die Position des Schalthebels (1) verändern kann.
Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (8) durch eine Veränderung der Ausdehnung des Begrenzungselements (6; 12a, 12b) innerhalb eines Betätigungsweges des Schalthebels (1), den ausgelenkten Schalthebel (1) in die neutrale Schalthebelposition zurückstellen kann.