DE102007011901A1 - Elektrische Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Eine elektrische Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem um zumindest eine Achse schwenkbar gelagerten Schalthebel und mit zumindest einer Sperreinrichtung, die einen Schaltanschlag für den Schalthebel in bzw. außer Kraft setzen kann, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung hydraulisch wirkende Mittel umfasst.
Description
- Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem um zumindest eine Achse schwenkbar gelagerten Schalthebel und mit zumindest einer Sperreinrichtung, die 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 Einrichtung aufweist, welche einen Schaltanschlag außer Kraft setzen kann, so dass der Schalthebel über die durch diesen Schaltanschlag definierte Schaltposition hinaus schwenkbar ist. DieEP 1 464 875 A2 offenbart hierzu eine relativ komplex aufgebaute Kipphebelanordnung, die durch einen elektromagnetischen Antrieb betätigt wird. Ein solcher Antrieb kann jedoch bei seiner Betätigung störende Geräusche sowie eine nicht unerhebliche Wärmeentwicklung verursachen. - Die elektrische Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat gegenüber dieser vorbekannten Einrichtung den Vorteil, besonders geräuscharm und ohne nennenswerte Eigenerwärmung den Betätigungsweg eines Schalthebels wahlweise zu begrenzen oder freizugeben.
- Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Einrichtung hydraulisch wirkende Mittel umfasst.
- Insbesondere umfasst die Einrichtung dabei einen mit einer inkompressiblen Flüssigkeit gefüllten Zylinder, in dem ein Kolben axial verschiebbar aufgenommen ist, wobei der Schaltanschlag durch Fixierung des Kolbens in einer Position in Kraft gesetzt wird.
- Zur Rückstellung des Kolbens in seine Ausgangslage ist zwischen der dem Schalthebel abgewandten Bodenwand des Zylinders und dem Kolben eine Schraubendruckfeder angeordnet, welche den Kolben mit ihrer Federkraft gegen die dem Schalthebel zugewandte Deckelwand des Zylinders drückt.
- Eine sehr robuste Konstruktion der Sperreinrichtung mit einfachen mechanischen Elementen gelingt dadurch, dass die in dem Zylinder vorhandene inkompressible Flüssigkeit eine magnetorheologische Flüssigkeit ist.
- In einer ersten Ausführungsform der Sperreinrichtung mit magnetorheologischer Flüssigkeit ist die Bodenwand des Zylinders mit einer Öffnung versehen, und diese mit einer Rohrleitung verbunden, die in einen Vorratsbehälter mündet. An einer Stelle der Rohrleitung ist dabei ein Elektromagnet so angeordnet, dass die Rohrleitung durch einen Luftspalt in dessen Joch verläuft
- Bei einer zweiten besonders bevorzugten Ausführungsform der Sperreinrichtung mit magnetorheologischer Flüssigkeit ist zwischen der radialen Außenkontur des Kolbens und der Innenwand des Zylinders ein Spalt gebildet, durch den die Flüssigkeit in axialer Richtung des Zylinders von einer Seite des Kolbens auf die andere und wieder zurück fließen kann. Der Zylinder ist hier von einer elektrischen Leiterspule umgeben, die zur Erzeugung eines magnetischen Feldes im Inneren des Zylinders elektrisch bestrombar ist.
- Eine bevorzugte Anwendung einer elektrischen Schalteinrichtung besteht darin, Schaltwege eines monostabilen oder multistabilen Gangwahlschalters abhängig von der bereits eingelegten Fahrstufe zu sperren.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung werden anhand der Zeichnung erläutert.
- Es zeigen:
-
1 eine erfindungsgemäße Schalteinrichtung mit Hydraulikelementen für eine magnetorheologische Flüssigkeit gemäß einer ersten Ausführungsform, -
2 eines der Hydraulikelemente aus1 als Detail -
3 ein Hydraulikelement gemäß einer alternativen Ausführungsform zum Einsatz bei der Schalteinrichtung aus1 als teilgeschnittene dreidimensionale Ansicht und im Querschnitt - Der Schalthebel
1 der elektrischen Schalteinrichtung ist in einem Kardangelenk2 um zwei zueinander senkrechte Achsen3a und3b verschwenkbar gelagert. Um die Betätigungskräfte und Rastpositionen des Schalthebels1 zu realisieren ist er an seinem unteren Ende mit einem federbelasteten Rastbolzen8 versehen, welcher in einer dreidimensionalen Rastkurve9 geführt ist. - Um die Auslenkung des Schalthebels bei einer Verschwenkung desselben um die Achsen
3a und3b in jeweils einer Richtung gezielt begrenzen zu können, sind in diesen Richtungen jeweils als parallel zur Auslenkungsrichtung des Schalthebels1 bewegbare Stößel6 ausgebildete Begrenzungselemente vorhanden. - Die Stößel
6 sind jeweils mit einem Kolben5 verbunden, welcher in einem mit einer inkompressiblen Flüssigkeit10 gefüllten Zylinder4 axial verschiebbar aufgenommen ist. Eine Schraubendruckfeder7 ist in dem Zylinder4 zwischen dessen dem Schalthebel1 abgewandter Bodenwand4a und dem Kolben5 angeordnet und drückt den Kolben5 mit ihrer Federkraft gegen die dem Schalthebel1 zugewandte Deckelwand4b des Zylinders4 . Der mit dem Kolben5 verbundene Stößel6 befindet sich mit seiner Stirnseite in unmittelbarer Nähe des Schalthebels1 , so dass dieser bei einer in Richtung auf den Stößel6 zu führenden Schwenkbewegung bereits nach einem sehr kurzen Weg an diesem zur Anlage kommt. - Die Bodenwände
4a der Zylinder4 sind jeweils mit einer Öffnung versehen und mit Rohrleitungen11 verbunden, die mit ihren anderen Enden in einen gemeinsamen hier nicht dargestellten Vorratsbehälter münden. - Bei der in den Zylindern
4 sowie in den Rohrleitungen11 und dem Vorratsbehälter vorhandenen inkompressiblen Flüssigkeit handelt es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um eine sogenannte magnetorheologische Flüssigkeit. - Magnetorheologische oder elektrorheologische Flüssigkeiten sind Flüssigkeiten, bei denen die rheologischen Eigenschaften, d. h. also deren Fließfähigkeit bzw. Viskosität stufenlos durch ein angelegtes äußeres magnetisches oder elektrisches Feld steuerbar sind. In der Regel handelt es sich bei diesen Flüssigkeiten um Suspensionen, d. h. in einem Trägermedium suspendierte Festpartikel, die über das angelegte magnetische oder elektrische Feld polarisierbar sind. Durch ein hinreichend starkes magnetisches oder elektrisches Feld ist innerhalb weniger Millisekunden eine so starke lokale Verfestigung der magnetorheologischen oder elektrorheologischen Flüssigkeit erzielbar, dass diese praktisch Feststoffcharakter besitzt und nicht mehr fließfähig ist. Durch die Verwendung magnetorheologischer oder elektrorheologischer Flüssigkeiten ist es möglich geworden, hydraulische Systeme ohne bewegte Teile auszuführen bzw. die Anzahl der bewegten Teile erheblich zu reduzieren. Die in diesem Ausführungsbeispiel verwendete magnetorheologische Flüssigkeit lässt sich selbstverständlich bei entsprechend angepasster Ausführung der Hydraulikelemente auch durch eine elektrorheologische Flüssigkeit ersetzen.
- An jeder Rohrleitung
11 ist an einer Stelle ein Elektromagnet12 so angeordnet, dass die Rohrleitung11 durch den Luftspalt in dessen Joch13 verläuft. Dies ist im Detail in2 dargestellt. Wird der Elektromagnet12 durch Bestromung seiner Spule14 eingeschaltet, so durchdringt das Magnetfeld an dieser Stelle die Rohrleitung11 und verfestigt die magnetorheologische Flüssigkeit10 dort lokal so stark, dass ein Fließen durch den Querschnitt der Rohrleitung11 nicht mehr möglich ist. Der Elektromagnet12 bildet so in Kooperation mit der magnetorheologischen Flüssigkeit10 ein Hydraulik-Ventil. - Wenn alle Elektromagneten
12 ausgeschaltet sind, kann die Flüssigkeit10 zwischen den Zylindern4 und dem gemeinsamen Vorratsbehälter ungehindert fließen. Wird der Schalthebel1 in einer Richtung verschwenkt, so drückt er dabei den in dieser Richtung gegenüberliegenden Stößel6 gegen die Kraft der Schraubenfeder7 zurück. Der Kolben5 verdrängt dabei die Flüssigkeit10 aus dem Zylinder4 und diese fließt durch die Rohrleitung11 in den Vorratsbehälter. - Die der Bewegung des Schalthebels
1 entgegenwirkende Kraft setzt sich dabei aus der durch das Zusammenwirken des federbelasteten Rastbolzens8 und der diesem zugeordneten dreidimensionalen Rastkurve9 sowie der Kraft der Schraubenfeder7 zusammen, wobei die Kraft der Schraubenfeder7 lediglich so stark dimensioniert wird, dass diese eine sichere Rückstellung des Kolbens5 in seine Endlage an der Deckelwand4b des Zylinders4 gewährleistet. - Die zur Rückstellung der Kolben
5 in ihre Endlage vorgesehenen Schraubendruckfedern7 können ggf. sogar eingespart werden, indem auf die Flüssigkeit10 im Vorratsbehälter ein gewisser Druck ausgeübt wird, der über die Flüssigkeit10 dann eine Rückstellung der Kolben5 bewirkt. - Die Rückstellung des Schalthebels
1 in seine Mittenlage erfolgt entweder nach Fortfall der auslenkenden Betätigungskraft durch die Rastkurve9 und den Rastbolzen8 , falls es sich um eine tastende Betätigung handelt, oder durch das Aufbringen einer in Gegenrichtung der ursprünglichen Betätigung aufgebrachten Gegenbetätigungskraft, falls es sich um eine rastende Betätigung handelt. - Soll das Verschwenken des Schalthebels
1 in einer bestimmten Richtung blockiert werden, so erfolgt dies dadurch, dass der in dieser Richtung dem Schalthebel1 gegenüberliegende Stößel6 daran gehindert wird zurückzuweichen. Dazu wird der diesem Stößel6 über Kolben5 , Zylinder4 und Rohrleitung11 zugeordnete Elektromagnet12 so bestromt, dass sich die magnetorheologische Flüssigkeit10 im Bereich des Luftspaltes des Jochs13 des Elektromagneten12 so stark verfestigt, dass ein Fließen durch den Querschnitt der Rohrleitung11 nicht mehr möglich ist. Da die Flüssigkeit10 inkompressibel ist, kann der Kolben5 diese nicht mehr aus dem Zylinder4 verdrängen, so dass der mit dem Kolben5 verbundene Stößel6 die Bewegung des Schalthebels1 in dieser Richtung blockiert und somit einen Schaltanschlag für die Schalteinrichtung bildet. - Wird das Magnetfeld des Elektromagneten
12 durch Unterbrechung der Bestromung der Spule14 abgeschaltet, so ist die magnetorheologische Flüssigkeit10 sofort wieder fließfähig, und die Sperre für den Schalthebel1 ist aufgehoben. - Die hier mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit
10 dargestellte hydraulisch wirkende Sperreinrichtung ist selbstverständlich auch mit anderen Hydaulikflüssigkeiten realisierbar, wobei dann anstelle der Elektromagneten12 elektromechanisch wirkende Ventile einzusetzen wären. - Eine alternative Ausführung der Zylinder
4 bei der Verwendung einer magnetorheologischen Flüssigkeit10 ist in3 dargestellt. Der hier gezeigte Zylinder4 kann den in den1 und2 dargestellten Zylinder direkt ersetzen. - Der besondere Vorteil des in
3 gezeigten Zylinders4 besteht darin, dass auf Rohrleitungen und einen Vorratsbehälter verzichtet werden kann, da es sich bei diesem Zylinder4 um ein geschlossenes System handelt, bei dem die Flüssigkeit10 innerhalb des Zylinders4 durch Überströmkanäle von einer Seite des Kolbens5 auf die andere verlagert wird. - Die einzige Öffnung des Zylinders
4 befindet sich in dessen Deckelwand4b , durch die der mit dem Kolben5 verbundene Stößel6 nach außen ragt. Im Gegensatz zu dem Zylinder4 in2 bei dem der Kolben5 mit seinem radialen Umfang dichtend an der Innenwand des Zylinders4 anliegt, ist hier zwischen der radialen Außenkontur des Kolbens5 und der Innenwand des Zylinders4 ein Spalt15 gebildet. Wird eine Kraft in der in3 durch den Pfeil angedeuteten Richtung auf den Stößel6 ausgeübt, so wird dieser gegen die Kraft der Schraubendruckfeder7 bewegt. Die zwischen dem Kolben5 und der Bodenwand4a des Zylinders4 befindliche Flüssigkeit10 wird dabei durch den zwischen der radialen Außenkontur des Kolbens5 und der Innenwand des Zylinders4 gebildeten Spalt15 in den Raum zwischen dem Kolben5 und der Deckelwand4b des Zylinders4 hinein verdrängt. Beim Herausbewegen des Stößels6 aus dem Zylinder4 fließt die Flüssigkeit10 auf dem gleichen Wege wieder zurück. - Der Zylinder
4 ist von einer elektrischen Leiterspule16 umgeben. Wird diese Leiterspule16 von einem elektrischen Strom durchflossen, so entsteht im Inneren des Zylinders4 ein in axialer Richtung ausgerichtetes magnetisches Feld. - Um die Bewegung des Kolbens
5 und damit des Stößel6 zu blockieren, wird die Leiterspule16 bestromt. Durch das dabei erzeugte magnetische Feld wird die magnetorhelogische Flüssigkeit10 im Inneren des Zylinders4 so stark verfestigt, dass ein Überfließen von der einen Seite des Kolbens5 auf die andere durch den relativ engen Spalt15 nicht mehr möglich ist. - Hierbei ist es wichtig, einen geeigneten Kompromiss zwischen einem hinreichend widerstandsarmen Überfließverhalten im unbestromten Zustand und einem ausreichend wirksamen Blockierverhalten bei einer vertretbaren Bestromung zu erreichen. Dies wird unter anderem durch eine geeignete Gestaltung der Querschnittskontur des Kolbens
5 sowie der Innenwand des Zylinders4 erreicht. Durch die hier dargestellte, im weitesten Sinne als sternförmig zu bezeichnende Querschnittsform wird eine relativ große Fläche des Spalts15 zur Verbesserung des Überfließverhaltens bei einer gleichzeitig geringen Spaltbreite zur Erleichterung des Blockierverhaltens erreicht. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- 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.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1464875 A2 [0006, 0006]
Claims (10)
- Elektrische Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem um zumindest eine Achse (
3a ) schwenkbar gelagerten Schalthebel (1 ) und mit zumindest einer Sperreinrichtung, die einen Schaltanschlag für den Schalthebel (1 ) in bzw. außer Kraft setzen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung hydraulisch wirkende Mittel umfasst. - Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung einen mit einer inkompressiblen Flüssigkeit (
10 ) gefüllten Zylinder (4 ) umfasst, in dem ein Kolben (5 ) axial verschiebbar aufgenommen ist, wobei der Schaltanschlag durch Fixierung des Kolbens (5 ) in einer Position in Kraft gesetzt wird. - Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Kolben (
5 ) ein Stößel (6 ) verbunden ist, der mit seiner Stirnseite dem Schalthebel (1 ) in seiner Bewegungsrichtung gegenüberliegt. - Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dem Schalthebel (
1 ) abgewandten Bodenwand (4a ) des Zylinders (4 ) und dem Kolben (5 ) eine Schraubendruckfeder (7 ) angeordnet ist, welche den Kolben (5 ) mit ihrer Federkraft gegen die dem Schalthebel (1 ) zugewandte Deckelwand (4b ) des Zylinders (4 ) drückt. - Elektrische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Zylinder (
4 ) vorhandene inkompressible Flüssigkeit (10 ) eine magnetorheologische Flüssigkeit ist. - Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenwand (
4a ) des Zylinders (4 ) mit einer Öffnung versehen und diese mit einer Rohrleitung (11 ) verbunden ist, die in einen Vorratsbehälter mündet, und dass an einer Stelle der Rohrleitung (11 ) ein Elektromagnet (12 ) so angeordnet ist, dass die Rohrleitung (11 ) durch einen Luftspalt in dessen Joch (13 ) verläuft. - Elektrische Schalteinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der radialen Außenkontur des Kolbens (
5 ) und der Innenwand des Zylinders (4 ) ein Spalt (15 ) gebildet ist, durch den die Flüssigkeit (10 ) in axialer Richtung des Zylinders (4 ) von einer Seite des Kolbens (5 ) auf die andere und wieder zurück fließen kann, und dass der Zylinder (4 ) von einer elektrischen Leiterspule (16 ) umgeben ist, die zur Erzeugung eines magnetischen Feldes im Inneren des Zylinders (4 ) elektrisch bestrombar ist. - Elektrische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalthebel (
1 ) in einem Kardangelenk (2 ) um zwei zueinander senkrechte Achsen (3a ) und (3b ) verschwenkbar gelagert ist, und dass in seinem unteren Ende ein federbelasteter Rastbolzen (8 ) aufgenommen ist, der in einer dreidimensionalen Rastkurve (9 ) geführt ist. - Elektrische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung mehrerer Schaltanschläge für unterschiedliche Bewegungsrichtungen und/oder -ausschläge des Schalthebels (
1 ) mehrere Sperreinrichtungen vorhanden sind. - Elektrische Schalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalthebel (
1 ) ein Gangwahlschalter ist.
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