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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schalteinrichtung zur Änderung des Getriebezustands, insbesondere der Untersetzungsverhältnisse, oder des Betriebszustands eines Kraftfahrzeugs.
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Die zunehmende Elektronisierung von Fahrzeugsystemen hat auch im Bereich der Getriebeschaltungen einen Technologiewechsel eingeleitet. Unter dem Schlagwort Shift-by-wire wird die Substitution der mechanischen Getriebebetätigung durch Elektronik zusammengefasst. Dabei kann die mechanische Verbindung zwischen Schaltung und Getriebe durch eine elektrische oder elektronische Schnittstelle ersetzt werden. Die Umsetzung des Schaltvorgangs im Getriebe erfolgt beispielsweise hydraulisch oder elektrisch.
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Dazu bedarf es eines Bedienelements mit einem Schalthebel und einer Sensorik zur Erkennung von Fahrerwünschen, die über eine entsprechende Schnittstelle an das Getriebe weitergegeben werden können. Aufgrund der fehlenden mechanischen Kopplung zwischen der Schalteinrichtung und des Getriebes bestand somit Bedarf, in gewissen Situationen die Stellung des Schalthebels mit der des Getriebes zur Deckung zu bringen und/oder den Verstellbereich des Schalthebels zu beschränken und/oder den Schalthebel in einer Stellung festzulegen. Die dazu erforderliche Mechanik muss zudem vergleichsweise hohe Stellkräfte aufbringen, Vandalismus resistent sein und zudem bauraum- und gewichtssparend ausgelegt sein.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine bauraum- und gewichtssparende, gegenüber Vandalismus resistente Schalteinrichtung zur Änderung eines Getriebezustandes oder eines Betriebszustands eines Kraftfahrzeugs, welche in der Lage ist, die Stellung des Schalthebels mit der des Kraftfahrzeuggetriebes zur Deckung zu bringen und/oder den Verstellbereich des Schalthebels zu beschränken und/oder den Schalthebel in einer Stellung festzulegen. Die dazu erforderliche Mechanik muss zudem vergleichsweise hohe Stellkräfte aufbringen, Vandalismus resistent sein und zudem bauraum- und gewichtssparend ausgelegt sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Schalteinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen 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.
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Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zur Änderung eines Getriebezustands oder eines Betriebszustandes eines Kraftfahrzeugs. Die Begriffe Getriebezustand und Betriebszustand sind weit auszulegen und betreffen nicht zwingend die Untersetzungsstufen eines Antriebsgetriebes eines Kraftfahrzeugs. Bevorzugt handelt es sich um eine Schalteinrichtung zur Änderung der Fahrstufen eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs.
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Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung weist einen Träger, beispielsweise aus einem Metall oder einer metallischen Legierung, wie ZAMK, oder einem Kunststoff, wie einem Thermoplast, auf. Der Träger dient der Befestigung der Schalteinrichtung an dem Kraftfahrzeug, beispielsweise im Bereich der in der Fahrgastzelle angeordneten Mittelkonsole. Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung weist ferner einen mittels einer Lagerung wenigstens in einer ersten Schwenkrichtung schwenkbeweglich am Träger gelagerten Schalthebel. Der Begriff Schalthebel ist weit auszulegen. Beispielsweise handelt es sich um einen stabförmigen Schalthebel, der an seinem freien Ende einen Knauf als Handhabe aufweist, oder einen T-förmigen Schalthebel.
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Erfindungsgemäß ist ferner ein Getriebe und ein Motor zur motorischen Verstellung und/oder zumindest Beanschlagung, bevorzugt Festlegung des Schalthebels entlang der ersten Schwenkrichtung vorgesehen. Das Getriebe weist erfindungsgemäß eine durch den Motor verstellbare Kulisse und einen mit der Kulisse in Eingriff stehenden Hebel auf, der zwar einstückig mit dem Habel ausgebildet sein kann aber vom Schalthebel konstruktiv zu unterscheiden ist. Die Kulisse wirkt erfindungsgemäß über den Hebel derart auf den Schalthebel ein, dass in einer ersten Stellung der Kulisse der Schalthebel bezüglich der ersten Schwenkrichtung festgelegt ist und in einer zweiten Stellung der Kulisse der Schalthebel bezüglich der ersten Schwenkrichtung beanschlagt ist und durch Verstellung der Kulisse ein Verschwenken des Schalthebels, bevorzugt entlang der Schwenkrichtung, bewirkt wird. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kulisse und der Hebel so zusammenwirken, dass der Schalthebel in einer ersten Stellung der Kulisse über den Hebel festgelegt ist und in einer zweiten Stellung der Kulisse bezüglich der ersten Schwenkrichtung beanschlagt ist und durch Verstellung der Kulisse ein Verschwenken des Schalthebels bewirkt wird.
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Das über das erfindungsgemäße Getriebe aus Kulisse und Hebel bewirkte motorische Einwirken auf den Schalthebel ermöglicht eine bauraum- und gewichtssparende, ausreichend belastbare Möglichkeit zur motorischen Verstellung und/oder Beanschlagung und/oder Festlegung des Schalthebels. Es hat sich ferner gezeigt, dass diese Art von mechanischer Wechselwirkung zwischen Schalthebel und Motor ausreichende Stellkräfte und Widerstände bereitstellt, um gegebenenfalls auch einen gegriffenen Schalthebel zurückstellen zu können, um so möglicherweise auch eine aufgebrachte Muskelkraft überwindend zurückstellen zu können.
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In einer Ausgestaltung ist die Kulisse so ausgestaltet, dass in wenigstens einer dritten Stellung der Kulisse ein Verschwenkmaß des Schalthebels gestattet ist, dass größer ist als das Verschwenkmaß der ersten Stellung, bevorzugt ist das Verschwenkmaß der dritten Stellung größer als das der ersten und der zweiten Stellung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Kulisse durch den Motor rotatorisch verstellt. Bevorzugt ist die Kulisse exzentrisch zur durch die rotatorischen Verstellung der Kulisse definierten Drehachse angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wirkt die Kulisse über den Hebel derart auf den Schalthebel ein, dass durch eine erste Verstellung der Kulisse ein Verschwenken des Schalthebels in Schwenkrichtung und durch eine zweite Verstellung der Kulisse ein Verschwenken des Schalthebels in entgegengesetzter Richtung bewirkt wird. Bevorzugt wird dies durch eine entgegengesetzte Verstellung der Kulisse erreicht, anders ausgedrückt, die zweite Verstellung weist eine entgegengesetzte Verstellrichtung wie die erste Verstellung auf.
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Bevorzugt ist die Lagerung ausgebildet, neben dem Verschwenken in erster Schwenkrichtung ferner ein Verschwenken des Schalthebels in einer zweiten, zur ersten Schenkrichtung orthogonalen Schwenkrichtung zu gestatten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung bildet die Schalteinrichtung mittels des Getriebes eine Schaltkulisse aus, um ein Verschwenken des Schalthebels auf mehrere, insbesondere 2, Schaltgassen und wenigstens eine die Schaltgassen verbindende Verbindungsgasse zu beschränken, wobei ein Verschwenken entlang der Verbindungsgasse durch ein Verschwenken entlang der ersten Schwenkrichtung definiert ist. Beispielsweise weist die Schalteinrichtung so eine Schaltkulisse auf, die eine „Sportgasse“ und eine mehrere Fahrstufen definierende „Automatikgasse“ aufweist, die über die Verbindungsgasse verbunden sind. Als Verbindungsgasse wird beispielsweise ein Verlauf der Schaltkulisse verstanden, dem keine Änderungen von Getriebezuständen oder Betriebszuständen zugeordnet sind. D.h. eine Bewegung des Schalthebels entlang der Verbindungsgasse führt zu keiner Änderung eines aktuellen Getriebezustands oder Betriebszustands.
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Um eine Selbstverstellung oder eine Verstellung durch die händische Bedienung des Schalthebels zu verhindern, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung zwischen Motor und Kulisse ein selbsthemmendes Zahnradgetriebe, beispielsweise ein Schneckengetriebe oder ein Spindelgetriebe, vorgesehen.
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Erfindungsgemäß ist die Kulisse an einem durch den Motor angetriebenen Zahnrad, bevorzugt Segmentzahnrad, ausgebildet. Erfindungsgemäß ist die Kulisse als Durchbruch in dem Zahnrad ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Lagerung als Kreuzgelenk ausgebildet. Beispielsweise ist eine durch das Kreuzteil definierte, erste Schwenkachse so angeordnet, dass sie orthogonal zur Verbindungsgasse ausgerichtet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der mit der Kulisse zusammenwirkende Hebel auf einer Achse des Kreuzgelenks angeflanscht oder wirkt mit einem Kreuzteil des Kreuzgelenks zusammen.
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Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der Schalteinrichtung in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich bevorzugte Ausführungsvarianten dar. Es zeigen:
- 1 eine erste, erfindungsgemäße Ausführungsform der Schalteinrichtung;
- 2 eine zweite, erfindungsgemäße Ausführungsform der Schalteinrichtung in einer ersten Stellung der Kulisse;
- 3 eine zweite, erfindungsgemäße Ausführungsform der Schalteinrichtung in einer Übergangsstellung der Kulisse;
- 4 die zweite, erfindungsgemäße Ausführungsform der Schalteinrichtung in einer zweiten Stellung der Kulisse;
- 5 die zweite, erfindungsgemäße Ausführungsform der Schalteinrichtung in einer weiteren Übergangsstellung der Kulisse;
- 6 eine dritte, nicht-erfindungsgemäße Ausführungsform der Schalteinrichtung.
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1 zeigt eine erste, erfindungsgemäße Ausführungsform der Schalteinrichtung 1. Diese weist einen Träger 4 und einen an dem Träger 4 mittels eines Kardangelenks als Lagerung 3 gelagerten Schalthebel 2. Das Kardangelenk 3 definiert zwei orthogonale Schwenkrichtungen, entlang derer der Schalthebel 2 gegenüber dem Träger 4 verschwenkbar ist. Eine der Schwenkrichtungen wird durch die Schwenkachse 3a des Kardangelenks 3 definiert. Die durch die Schwenkachse 3a definierte Schwenkrichtung verläuft parallel zu einer Verbindungsgasse einer Schaltkulisse, welche durch die das Zusammenwirken eines Getriebes 5 mit dem Schalthebel 2 definiert wird. Die Schalteinrichtung 1 weist dazu das Getriebe 5 und einen Motor 10 zur Verstellung des Getriebes 5 auf, um den Schalthebel 2 entlang der Schwenkrichtung festzulegen, zu beanschlagen und zu verstellen. Dazu weist das Getriebe 5 einen Hebel 6 und eine Kulisse 7 auf. An die Schwenkachse 3a der Lagerung 3 ist ein Hebel 6 mit seinem einen Ende angeflanscht, so dass die Achse 3a drehfest mit dem Hebel 6 verbunden ist und synchron mit dem Schalthebel 2 verschwenkt. An seinem anderen Ende weist der Hebel 6 einen Fortsatz auf, der in die zum Getriebe 5 gehörige Kulisse 7 eingreift, die als exzentrisch angeordneter Durchbruch in einem Zahnrad 8 ausgebildet ist. Die Kulisse 7 ist durch einen Elektromotor 10 rotatorisch verstellbar. Der in der Kulisse 7 über den Fortsatz eingreifende Hebel 6 erlaubt eine der Ausgestaltung der Kulisse 7 entsprechende Verschwenkbarkeit des Hebels 6 und damit des Schalthebels 2 und sorgt bei einer rotatorischen, durch den Elektromotor 10 bewirkten Verstellung der Kulisse 7 über den Hebel 6 für eine Mitnahme des Schalthebels 2. Die Verstellung der Kulisse 7 wird über ein selbsthemmendes Zahnradgetriebe 8, 9 erreicht. Dazu ist auf die Welle des Motors 10 ein Schneckenzahnrad 9 aufgeflanscht, das in Eingriff mit dem Zahnrad 8 steht. Die Drehrichtung des Motors 10 gibt die Verstellrichtung der Kulisse 7 vor und wird entsprechend gewählt.
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Einzelne Stellungen der Kulisse 7 werden anhand der 2 bis 5 erläutert, die jeweils eine zweite, erfindungsgemäße Ausführungsform der Schalteinrichtung 1 zeigen. Zur besseren Verdeutlichung wurde der Motor nicht dargestellt. Diese weist ebenfalls einen Träger 4 und einen an dem Träger 4 mittels eines Kardangelenks als Lagerung 3 gelagerten Schalthebel 2. Das Kardangelenk 3 definiert zwei orthogonale Schwenkrichtungen, entlang derer der Schalthebel 2 gegenüber dem Träger 4 verschwenkbar ist. Eine der Schwenkrichtungen wird durch die Schwenkachse 3a des Kardangelenks 3 definiert. Die durch die Schwenkachse 3a definierte Schwenkrichtung verläuft wiederum parallel zu einer Verbindungsgasse einer Schaltkulisse, welche durch die das Zusammenwirken des Getriebes 5 mit dem Schalthebel 2 definiert wird. Die Schalteinrichtung weist ein Getriebe 5 und einen Motor 10 auf, um den Schalthebel 2 entlang der Schwenkrichtung festzulegen, zu beanschlagen und zu verstellen. Dazu weist das Getriebe 5 einen Hebel 6 und eine Kulisse 7 auf. An die Schwenkachse 3a der Lagerung 3 ist ein Hebel 6 mit seinem einen Ende angeflanscht, so dass die Achse 3a drehfest mit dem Hebel 6 verbunden ist und synchron mit dem Schalthebel 2 verschwenkt. An seinem anderen Ende weist der Hebel 6 einen Fortsatz auf, der in die zum Getriebe 5 gehörige Kulisse 7 eingreift, die als exzentrisch angeordneter Durchbruch in einem Zahnrad 8 ausgebildet ist. Die Kulisse 7 ist durch einen Elektromotor 10 rotatorisch verstellbar. Der in der Kulisse 7 über den Fortsatz eingreifende Hebel 6 erlaubt eine der Ausgestaltung der Kulisse 7 entsprechende Verschwenkbarkeit des Hebels 6 und damit des Schalthebels 2 und sorgt bei einer rotatorischen, durch den Elektromotor 10 bewirkten Verstellung der Kulisse 7 über den Hebel 6 für eine Mitnahme des Schalthebels 2. Die Verstellung der Kulisse 7 wird über ein selbsthemmendes Zahnradgetriebe 8, 9 erreicht. Dazu ist auf die Welle des Motors 10 ein Schneckenzahnrad 9 aufgeflanscht, das in Eingriff mit dem Zahnrad 8 steht. Die Drehrichtung des Motors 10 gibt die Verstellrichtung der Kulisse 7 vor und wird entsprechend gewählt. In 2 ist eine erste Stellung der Kulisse 7 gezeigt, bei der der Schalthebel 2 über den Hebel 6 entlang der Schwenkrichtung festgelegt ist und somit die Verschwenkung des Schalthebels 2 in Schwenkrichtung und in die entgegengesetzte Richtung blockiert ist. Beispielsweise ist dies eine Stellung der Kulisse 7, die bei ausgeschalteter Zündung oder abgeschalteter Stromversorgung des Kraftfahrzeugs eingenommen wird. 3 zeigt eine Übergangsstellung, bei der ein Verschwenken des Schalthebels 2 zwar beanschlagt ist, aber ein gewisses Verschwenkmaß gestattet ist. 4 zeigt eine zweite Stellung der Kulisse 7, bei der das Verschwenken des Schalthebels 2 beanschlagt ist. Hier wird der Schalthebel 2 in der Sportgasse beanschlagt. 5 zeigt eine Übergangsstellung bei der durch die erfolgte Verstellung der Kulisse 7 von der in der 4 gezeigten Stellung zu der in 5 gezeigten Stellung eine motorische Verstellung und damit Rückführung des Schalthebels 2 aus der „Sportgasse“ in die „Automatikgasse“ bewirkt wird.
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6 zeigt eine dritte, nicht-erfindungsgemäße Ausführungsform der Schalteinrichtung 1. Diese weist ebenfalls einen Träger 4 und einen an dem Träger 4 mittels eines Kardangelenks als Lagerung 3 gelagerten Schalthebel 2. Das Kardangelenk 3 definiert zwei orthogonale Schwenkrichtungen, entlang derer der Schalthebel 2 gegenüber dem Träger 4 verschwenkbar ist. Eine der Schwenkrichtungen wird durch die Schwenkachse 3a des Kardangelenks 3 definiert. Die durch die Schwenkachse 3a definierte Schwenkrichtung verläuft parallel zu einer Verbindungsgasse einer durch die Getriebewirkung definierten Schaltkulisse. Die Schalteinrichtung weist ein Getriebe 5 und einen Motor 10 auf, um den Schalthebel 2 entlang der Schwenkrichtung festzulegen, zu beanschlagen und zu verstellen. Dazu weist das Getriebe 5 einen Hebel 6 und eine Kulisse 7 auf. Das Kreuzteil des Kardangelenks 3 bildet einen Hebel 6 aus, der synchron mit dem Schalthebel 2 verschwenkt. An seinem anderen Ende weist der Hebel 6 einen Fortsatz auf, der in die zum Getriebe 5 gehörige Kulisse 7 eingreift, die in einen Schieber 11 eingearbeitet ist. Der Schieber 11 und damit die Kulisse 7 sind durch einen Elektromotor 10 translatorisch verstellbar. Der in der Kulisse 7 über den Fortsatz eingreifende Hebel 6 erlaubt eine der Ausgestaltung der Kulisse 7 entsprechende Verschwenkbarkeit des Hebels 6 und damit des Schalthebels 2 und sorgt bei einer translatorischen, durch den Elektromotor 10 bewirkten Verstellung der Kulisse 7 über den Hebel 6 für eine Mitnahme des Schalthebels 2. Die Verstellung der Kulisse 7 wird über ein selbsthemmendes Spindelgetriebe zwischen dem Elektromotor 10 und dem Schieber 11 erreicht. Die Drehrichtung des Motors 10 gibt die Verstellrichtung der Kulisse 7 vor und wird entsprechend gewählt
