DE102016122344A1

DE102016122344A1 - Betätigungseinrichtung für ein elektromechanisches oder hydromechanisches Kraftfahrzeuggetriebe insbesondere eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016122344A1
Application number: DE102016122344.1A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Türpitz; Andreas Kail
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2036-11-22
Also published as: DE102016122344B4; CN108087537A; US20180142779A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung (1) für ein elektromechanisches Kraftfahrzeuggetriebe, aufweisend ein Gehäuse (3), einen Schalthebel (2), ein ebenes Koppelgetriebe (15), wobei der Schalthebel (2) zum Schalten zwischen Getriebeübersetzungen beweglich an dem Gehäuse (3) gelagert ist, wobei der Schalthebel (2) in jeweils einer Schaltgasse (4) in einer Schaltrichtung mittels des ebenen Koppelgetriebes (15) beweglich gelagert ist und zum Wählen zwischen verschiedenen Schaltgassen (4) in mindestens einer Wählgasse (5) um eine Wählachse (13) schwenkbar gelagert ist, sowie eine Detektionseinrichtung (14), die ausgelegt ist, eine Bewegung des Schalthebels (2) in der Schaltrichtung und eine Schwenkbewegung des Schalthebels (2) um die Wählachse (13) zu detektieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung für ein elektromechanisches oder hydromechanisches Kraftfahrzeuggetriebe insbesondere eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs.
Solche Betätigungseinrichtungen, welche häufig im Zusammenhang mit sogenannten „shift-by-wire“-Getrieben, auch Automatikgetrieben eigesetzt werden, weisen üblicherweise einen in unterschiedliche Schaltstellungen bewegbaren Schalthebel auf, mittels dessen Bewegung in eine jeweilige Schaltstellung das Getriebe in Abhängigkeit von der jeweiligen Schaltstellung betätigt werden kann. Dabei wird der eigentliche Schaltvorgang elektromechanisch, insbesondere elektrohydraulisch oder elektromotorisch, oder hydromechanisch vorgenommen, während der jeweilige Schaltwunsch des Fahrers elektrisch oder elektronisch anhand der Bewegung des Schalthebels erfasst wird. Dem Fahrer stehen üblicherweise bei solchen Getrieben die elektrische Schaltvorrichtung mit dem bewegbaren Schalthebel und gegebenenfalls mit zusätzlichen, etwa am Lenkrad angeordneten, Wippschaltern zum Herauf- und Herunterschalten zur Verfügung.
Beispielswiese können solche Schalthebel, weitläufig auch als Wählhebel, Ganghebel, Gangwahlhebel oder Gangwahlschalter, etc. bezeichnet, innerhalb von zwei nebeneinander angeordneten Schaltgassen bewegt werden. Eine der Schaltgassen kann dabei eine sogenannte Automatikgasse sein, in welcher der Schalthebel in mehrere Schaltstellungen wie beispielsweise P (engl. „park“ - Parkstellung mit mechanischer Verriegelung des Getriebes gegen Wegrollen), R (engl. „reverse“ (Rückwärtsgang)), N (engl. „neutral“ (Leerlauf)), D (engl. „drive“ (Vorwärtsfahrt mit automatischer Gangwahl), etc. gebracht bzw. bewegt werden kann. Die andere der Schaltgassen ist zur manuellen Gangwahl bei dem Automatikgetriebe vorgesehen, beispielsweise zum Einlegen eines nächsthöheren oder nächstniedrigeren Gangs des Automatikgetriebes. Es kann sich aber auch um Getriebe handeln, bei der die Endstellungen jeder Schaltgasse dezidierten Gängen d.h. Untersetzungen des Getriebes zugeordnet sind.
Üblicherweise sind derartige Schalthebel durch eine Kugel-Pfannen-Lagerung oder eine kardanische Lagerung gegenüber einem Gehäuse gelagert. Derartige Lagerung benötigen vergleichsweise viel Bauraum und sind insbesondere in solchen Fahrzeugen mit funktionsüberfrachteten Fahrer-Maschine-Schnittstellen, wie landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen, nur schlecht in der Fahrzeugkabine unterzubringen, insbesondere wenn der Schalthebel in eine Armlehne eines Fahrzeugsitzes integriert werden soll.
Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer Lösung für eine Betätigungseinrichtung für ein elektromechanisches Kraftfahrzeuggetriebe mit im Vergleich verringerten Bauvolumen, wobei insbesondere eine zuverlässige Funktion sichergestellt ist. Diese Aufgabe wird durch eine Betätigungseinrichtung für ein elektromechanisches Kraftfahrzeuggetriebe gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des nebengeordneten Verwendungsanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung für ein elektromechanisches Kraftfahrzeuggetriebe. Die Betätigungseinrichtung weist erfindungsgemäß ein Gehäuse auf. Der Begriff Gehäuse ist erfindungsgemäß weit auszulegen und meint nicht zwingend eine eine weitere Komponenten einhüllende oder aufnehmende Ausgestaltung des Gehäuses. Bei dem Gehäuse handelt es sich beispielsweise um einen Montagerahmen zur Befestigung an einer fahrzeugseitigen Komponente beispielsweise einer Mittelkonsole oder einer Armlehne eines Fahrzeugsitzes.
Die Betätigungseinrichtung weist erfindungsgemäß ferner einen Schalthebel auf, der zum Schalten zwischen Getriebeübersetzungen beweglich an dem Gehäuse angebracht ist. Es handelt sich dabei beispielsweise um ein stockartiges Gebilde mit einer Verdickung am freien Ende, welche auch als Schaltknauf bezeichnet wird. Erfindungsgemäß ist der Schalthebel in jeweils einer Schaltgasse in einer Schaltrichtung mittels eines ebenen Koppelgetriebes beweglich gelagert und zum Wählen zwischen verschiedenen Schaltgassen in mindestens einer Wählgasse um eine Wählachse schwenkbar gelagert. Wählgasse und Schaltgasse beziehungsweise mehrere davon werden beispielsweise durch eine Schaltkulisse definiert. Erfindungsgemäß weist die Betätigungseinrichtung ferner eine Detektionseinrichtung aus, die ausgelegt ist, eine Bewegung des Schalthebels in der Schaltrichtung und eine Schwenkbewegung des Schalthebels um die Wählachse zu detektieren. Bevorzugt ist die Detektionseinrichtung ausgelegt, jeweils eine berührungslose Detektion vorzunehmen.
Als ebenes Koppelgetriebe wird ein Getriebe mit zueinander parallelen Drehachsen der die gekoppelten Elemente verbindenden Drehgelenke verstanden. Durch die Verwendung eines Koppelgetriebes wird nicht nur eine vergleichsweise bauraumsparende Lösung für eine gattungsgemäße Betätigungseinrichtung erreicht, sondern durch die unterschiedliche mechanische Auslegung der Betätigungsrichtungen, nämlich einerseits entlang der Wählgasse und andererseits entlang der Schaltgasse, besteht die Möglichkeit diese Bewegungen durch unterschiedliche Detektionsmittel der Detektionseinrichtung zuverlässig und mechanisch entkoppelt detektieren zu können.
Bevorzugt weist das Koppelgetriebe ein als Doppelschwinge ausgebildetes Viergelenk auf, welches eine gegenüber dem Gehäuse schwenkbeweglich gelagerte, erste Schwinge und eine gegenüber dem Gehäuse schwenkbeweglich gelagerte, zweite Schwinge aufweist, wobei die Schwingen über eine Koppel gelenkig angebunden sind, wobei erfindungsgemäß der Schalthebel fest an der Koppel angebracht ist.
Die Doppelschwinge ist in einer Ausführungsform als Parallelogramm ausgebildet. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass der Abstand der gehäuseseitigen Gelenke von erster Schwinge und zweiter Schwinge geringer ist als der Gelenkabstand der Koppel. Dadurch erfährt der Schalthebel bei der Bewegung entlang der Schaltgasse eine Ausrichtänderung, die einer Schwenkbewegung entspricht, was der Schalthaptik eines herkömmlichen Schalthebels entspricht und somit vom Bediener als angenehm wahrgenommen wird. Die erste und zweite Schwinge weisen dabei in einer bevorzugten Ausgestaltung die gleiche Länge auf, wobei als Länge die wirksame Länge zwischen deren Dehgelenkachsen verstanden wird., Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die erste Schwinge und die zweite Schwinge um die Wählachse ferner schwenkbeweglich, beispielsweise in einer zur vorgenannten Schwenkbeweglichkeit orthogonalen Richtung, am Gehäuse gelagert, um die Schwenkbeweglichkeit des Schalthebels entlang der Wählgasse bereitzustellen.
Bevorzugt weist die Betätigungseinrichtung einen mit der Detektionseinrichtung zusammenwirkenden, hin- und herbeweglich gelagerten, ersten Stellungsgeber zur Detektion der Bewegung des Schalthebels in der Schaltrichtung auf, wobei das Koppelgetriebe ferner einen Schieber aufweist, der erste Schwinge oder zweite Schwinge oder Koppel mit dem Stellungsgeber koppelt. Anders ausgedrückt der Schieber ist entweder unmittelbar an der ersten Schwinge oder unmittelbar an der zweiten Schwinge oder unmittelbar an der Koppel angelenkt, um deren jeweilige Bewegung in eine Hin- und Herbewegung des Stellungsgebers umzusetzen.
Bevorzugt ist der Schieber an einer der Schwingen aus erster und zweiter Schwinge angelenkt. Als Stellungsgeber wird ein mit der Detektionseinrichtung zusammenwirkendes Element verstanden, so dass seitens der Detektionseinrichtung eine eindeutige Bewegungs- und/oder Stellungsinformation bereitgestellt werden kann. Bevorzugt ist der erste Stellungsgeber hin- und herbeweglich auf der Wählachse gelagert, indem die Wählachse eine im Stellungsgeber ausgebildete Bohrung durchgreift. Zur Aufrechterhaltung einer leichtgängigen Verschiebbarkeit ist beispielsweise eine Punkt- oder Linienkontaktberührung zwischen Wählachsenaußenumfang und Bohrungswandung ausgebildet, indem die Bohrung beispielsweise ein Übermaß aufweist, und eine vorstehende Nut im Außenumfang der Wählachse oder der Bohrungswandung ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Betätigungseinrichtung einen mit der Detektionseinrichtung zusammenwirkenden, um die Wählachse schwenkbeweglich gelagerten, zweiten Stellungsgeber auf, der mit der ersten Schwinge und zweiten Schwinge drehfest verbunden ist.
Der erste Stellungsgeber und der zweite Stellungsgeber sind bevorzugt ausgelegt, berührungslos, beispielsweise optisch, kapazitiv oder magnetisch mit der Detektionseinrichtung wechselzuwirken. Es hat sich aber gerade bei einer landwirtschaftlichen Nutzung eine induktive Wechselwirkung zwischen Stellungsgebern und Detektionseinrichtung als vorteilhaft erwiesen. Beispielsweise hat sich die Ablage von Kuhmagenmagneten in der Fahrerkabine als Störquelle für eine magnetische Stellungsdetektion erwiesen, so dass eine Detektionseinrichtung, die mit dem ersten Stellungsgeber und dem zweiten Stellungsgeber induktiv wechselwirkt, als besonders bevorzugt erwiesen. Beispielsweise weist die Detektionseinrichtung ein oder mehrere Spulen auf, deren Induktivität mit der Stellung des oder der Stellungsgeber variiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind ferner Rückstellmittel zur Rückstellung des Schalthebels in eine Neutralstellung vorgesehen. Beispielsweise ist eine die Wählachse umschlingende Spiralfeder vorgesehen, die die Rückstellung des Schalthebels entlang der Wählgasse in eine monostabile Neutralstellung erzwingt.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der Betätigungseinrichtung für ein elektromechanisches Kraftfahrzeuggetriebe in einer seiner zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug. Bevorzugt ist die Betätigungseinrichtung in einer Armlehne des Fahrersitzes einer Fahrerkabine des landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs angeordnet.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung;
2 eine perspektivische Detaildarstellung der in 1 gezeigten Betätigungseinrichtung;
3 eine weitere perspektivische Detaildarstellung der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung aus 1.

1 zeigte eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung 1. Diese weist einen Schalthebel 2 mit einem endständigen Schaltknauf auf. Der Schalthebel 2 ist beweglich an einem Gehäuse 3 befestigt, welches seinerseits in der nicht dargestellten Armlehne eines Fahrzeugsitzes eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs aufgenommen ist. Der Schalthebel 2 ist in einer Kulisse 16 geführt, die mehrere Schaltgassen 4 und mehrere, orthogonal zu den Schaltgassen 4 sich erstreckende und die Schaltgassen 4 verbindende Wählgassen 5 aufweist, wobei die Wählgassen 5 vorgesehen sind, um den Schalthebel 2 von einer Schaltgasse 4 in eine andere verbringen zu können. Insbesondere die jeweiligen Endstellungen des Schalthebels 2 definieren jeweils Gänge bzw. Untersetzungsverhältnisse eines nicht dargestellten Getriebes, welches der Betätigungseinrichtung 1 zugeordnet ist.
Wie 2 zeigt ist zur Beweglichkeit des Schalthebels 2 entlang der Schaltgassen 4 ein ebenes Koppelgetriebe 15 vorgesehen. Dieses ebene Koppelgetriebe 15 weist eine Doppelschwinge auf, die durch die erste Schwinge 6, die zweite Schwinge 7 und eine gelenkig an die erste Schwinge 6 und die zweite Schwinge 7 angebundene Koppel 8 definiert ist. Der Schalthebel 2 ist fest mit der Koppel 8 verbunden. Die erste Schwinge 6 und die zweite Schwinge sind verschwenkbar gegenüber dem Gehäuse 3 gelagert, wobei diese nicht unmittelbar am Gehäuse 3 sondern an einer Wählachse 13 drehbeweglich gelagert sind, die ihrerseits unmittelbar am Gehäuse 3 drehbeweglich gelagert ist. Die Achse der Wählachse 13 ist orthogonal zu den Drehachsen der ersten Schwinge 6 und der zweiten Schwinge 7. Aufgrund der Verschwenkbarkeit um die Wählachse 13 ist ein Verschwenken des Schalthebels 2 entlang der Wählgasse 5 aus 1 ermöglicht.
Eine Spiralfeder 12 sorgt für eine Rückstellung des Schalthebels 2 in eine monostabile Neutralstellung entlang der Wählgasse 5. Der Abstand d1 der Drehachsen der Koppel 8 ist größer als der Abstand d2 der gehäuseseitigen Drehachsen der Schwingen 6, 7, dadurch behält der Schalthebel 2 seine Ausrichtung nicht bei, sondern wird durch eine in der Ebene des Koppelgetriebes 15 erfolgende Schwenkbewegung um eine imaginäre Achse beschrieben. Die Drehgelenke zwischen der Koppel 8 und der zugehörigen Schwinge 6 bzw. 7 können, wie gezeigt, für eine Begrenzung der Schwenkbewegung entlang der Schaltgasse des Schalthebels 2 eine Anschlagsbegrenzung aufweisen.
An die erste Schwinge 6 ist ein Schieber 9 angelenkt, der seinerseits mit einem ersten Stellungsgeber 10 verbunden ist, der wiederum entlang der Wählachse 13 verschiebbar gelagert ist. Der Stellungsgeber 10 wirkt induktiv mit einer auf einer Leiterplatte angeordneten Detektionseinrichtung 14 zusammen. Diese weist beispielsweise mehrere Spulen auf, deren Induktivität mit der Stellung des ersten Stellungsgebers 10 variiert. Da die Stellung der ersten Schwinge 6 und damit die Stellung des Schalthebels 2 die Stellung des Stellungsgebers 10 entlang der Wählachse 13 vorgibt, ist die Detektionseinrichtung 14 in der Lage, die Stellung des Schalthebels 2 entlang der Schaltgasse 4 der 1 zu detektieren.
Zur Detektion der Schwenkstellung des Schalthebels 2 entlang der Wählgasse 5 ist ein zweiter Stellungsgeber 11 vorgesehen, der über die Wählachse 13 drehfest mit der zweiten Schwinge 7 verbunden ist. Dieser zweite Stellungsgeber 11 wirkt ebenfalls mit der Detektionseinrichtung 14 induktiv zusammen, so dass diese in der Lage ist, die Stellung des Schalthebels 2 entlang einer der Wählgassen 5 zu detektieren.
Die der Detektionseinrichtung 14 jeweils zugewandte Oberfläche des ersten Stellungsgebers 10 und des zweiten Stellungsgebers 11 ist der Schwenkbewegung entlang der Wählgasse entsprechend gewölbt, um im Wesentlichen einen bei dieser Schwenkbewegung gleichbleibend lichten Abstand zur Detektionseinrichtung beizubehalten.

Claims

Betätigungseinrichtung (1) für ein elektromechanisches oder hydromechanisches Kraftfahrzeuggetriebe, aufweisend ein Gehäuse (3), einen Schalthebel (2), ein ebenes Koppelgetriebe (15), wobei der Schalthebel (2) zum Schalten zwischen Getriebeübersetzungen beweglich an dem Gehäuse (3) gelagert ist, wobei der Schalthebel (2) in jeweils einer Schaltgasse (4) in einer Schaltrichtung mittels des ebenen Koppelgetriebes (15) beweglich gelagert ist und zum Wählen zwischen verschiedenen Schaltgassen (4) in mindestens einer Wählgasse (5) um eine Wählachse (13) schwenkbar gelagert ist, sowie eine Detektionseinrichtung (14), die ausgelegt ist, eine Bewegung des Schalthebels (2) in der Schaltrichtung und eine Schwenkbewegung des Schalthebels (2) um die Wählachse (13) zu detektieren.
Betätigungseinrichtung (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruche, wobei das Koppelgetriebe (15) ein als Doppelschwinge ausgebildetes Viergelenk aufweist, welches eine gegenüber dem Gehäuse (3) schwenkbeweglich gelagerte, erste Schwinge (6) und eine gegenüber dem Gehäuse (3) schwenkbeweglich gelagerte, zweite Schwinge (7) aufweist, wobei erste Schwinge (6) und zweite Schwinge (7) über eine Koppel (8) gelenkig angebunden sind und der Schalthebel (2) fest an der Koppel (8) angebracht ist.
Betätigungseinrichtung (1) gemäß Anspruch 2, wobei der Abstand der gehäuseseitigen Drehachsen (d2) von erster Schwinge (6) und zweiter Schwinge (7) geringer ist als der Gelenkabstand (d1) der Koppel (8).
Betätigungseinrichtung (1) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schwinge (6) und die zweite Schwinge (7) um die Wählachse (13) ferner schwenkbeweglich am Gehäuse (3) gelagert sind.
Betätigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betätigungseinrichtung (1) einen mit der Detektionseinrichtung (14) zusammenwirkenden, hin- und herbeweglich gelagerten ersten Stellungsgeber (10) zur Detektion der Bewegung des Schalthebels (2) in der Schaltrichtung aufweist und das Koppelgetriebe (15) einen Schieber (9) aufweist, der die erste Schwinge (6) oder die zweite Schwinge (7) oder die Koppel (8) mit dem Stellungsgeber (10) koppelt.
Betätigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Betätigungseinrichtung (1) einen mit der Detektionseinrichtung (14) zusammenwirkenden, um die Wählachse (13) schwenkbeweglich gelagerten, zweiten Stellungsgeber (11), der mit der ersten Schwinge (6) und der zweiten Schwinge (7) drehfest verbunden ist, aufweist.
Betätigungseinrichtung (1) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektionseinrichtung (14) mit dem ersten Stellungsgeber (10) und/oder dem zweiten Stellungsgeber (11) induktiv wechselwirken.
Betätigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, wobei der erste Stellungsgeber (10) hin- und herbeweglich auf der Wählachse (13) gelagert ist.
Betätigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner Rückstellmittel (12) zur Rückstellung des Schalthebels (2) in eine Neutralstellung vorgesehen sind.
Verwendung der Betätigungseinrichtung (1) in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug.