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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung, die ein
für die Wahl und/oder das Einlegen eines Gangs eines Schaltgetriebes
mit Hauptwelle, insbesondere von Kraftfahrzeugen, repräsentatives
Signal erzeugt, das insbesondere für die Auswertung durch eine
Steuerungsschaltung eines Mechanismus zur Betätigung einer mit dem
Schaltgetriebe verbundenen Kupplung bestimmt ist, wobei die besagte
Steuerungsschaltung einen Rechner, wie etwa einen Mikroprozessor,
umfaßt.
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Eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise in der EP-A-0 384 688
beschrieben und umfaßt einen mit Gangwechselmitteln verbundenen
ersten Positionsgeber und einen mit Gangwahlmitteln verbundenen
zweiten Positionsgeber. Einer der Geber erfaßt eine Drehung der
Hauptwelle des Schaltgetriebes, während der andere Geber eine
geradlinige Verschiebung der Hauptwelle des Schaltgetriebes erfaßt.
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In dieser Druckschrift ist ein Betätigungsgestänge vorgesehen, das
vom einen Schalthebel umfaßt und hinten Gangwechsel- und/oder
Gangwahlmittel betätigt, welche die Hauptwelle des Schaltgetriebes
umfassen.
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Diese Hauptwelle kann durch das Gestänge einerseits auf Drehung
zwischen Grenzpositionen, beispielsweise bei Gangwechseln,
insbesondere für das Schalten vom ersten in den zweiten Gang, und
andererseits auf geradlinige Verschiebung betätigt werden, um zum Beispiel
eine Schaltlinie auszuwählen und beispielsweise vom zweiten in den
dritten Gang zu schalten.
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Diese Geber sind mit einer Steuerungsschaltung, etwa mit einer
elektronischen Verarbeitungs- und Steuerschaltung, verbunden, die einen
Rechner umfaßt, um einerseits einen als automatisches
Betätigungssystem bezeichneten Mechanismus zur Betätigung der Kupplung zu
aktivieren und andererseits insbesondere die Informationen zu
verarbeiten, die von den besagten Gebern sowie von anderen Gebern
kommen, etwa von den Gebern, welche die Drehzahl der Kurbelwelle des
Fahrzeugmotors, die Drehzahl der Eingangswelle des Schaltgetriebes
und die Position des Gaspedals erfassen.
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In dieser Druckschrift sind die Geber als Analoggeber ausgeführt und
bestehen aus Potentiometern, deren Schleifkontakte kinematisch durch
mechanische Kraftübertragungen mit der Hauptwelle des
Schaltgetriebes verbunden sind.
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Diese Hauptwelle schwingt bekanntlich ständig, was eine ständige
Bewegung der beweglichen Teile der Geber (Schleifkontakte) und
daher einen vorzeitigen Verschleiß der Geber zur Folge hat.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil
in einfacher und wirtschaftlicher Weise zu beseitigen und dadurch die
Lebensdauer der Erfassungsvorrichtung entsprechend zu verlängern.
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Erfindungsgemäß ist eine Erfassungsvorrichtung der vorgenannten Art,
wie sie durch die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 definiert
ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spiel im Innern wenigstens eines
der Elemente Geber - mechanische Kraftübertragung vorgesehen ist,
die diesen mit der Hauptwelle des Schaltgetriebes verbindet, wobei das
besagte Spiel so bestimmt ist, daß die ständigen Schwingungen der
Hauptwelle des Getriebes möglichst gedämpft werden, und daß dieses
Spiel durch den Rechner so ausgeglichen wird, daß die Präzision der
Messung dadurch nicht beeinträchtigt wird.
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Dank der Erfindung verringert sich der Verschleiß der Geber, und bei
einem abgestuften Gangwechsel des Schaltgetriebes gleicht die
Hauptwelle des Schaltgetriebes zunächst direkt oder indirekt das Spiel
aus, bevor sie den Geber antreibt. Wenn die Bewegungsrichtung
bekannt ist, genügt es daher, zu der gemessenen Position die Hälfte des
Spiels hinzuzufügen, um die genaue Position zu erhalten.
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Diese Spiel kann anhand von mit Spiel wirksamen Eingriffsmitteln
ausgeführt sein. So kann beispielsweise eine Gelenkachse in eine
längliche Öffnung eingesetzt sein, die ein Spiel definiert. Als Variante können
die mit Spiel wirksamen Eingriffsmittel aus einem Umfangsspiel
bestehen, das zwischen zwei Zahnsegmenten vorgesehen ist.
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Die nachfolgende Beschreibung veranschaulicht die Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen im
einzelnen:
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Fig. 1: ein perspektivische Gesamtansicht einer Vorrichtung zur
Betätigung eines Handschaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs, das mit
einer durch ein automatisches Betätigungssystem gesteuerten
Trockenkupplung verbunden ist;
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Fig. 2: eine auseinandergezogene Perspektivansicht einer
Erfassungsvorrichtung, die zwei mechanisch gruppierte Geber
umfaßt;
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Fig. 3: eine Ansicht eines Diagramms, das in der Ordinate die durch
den Rechner ausgeführte Messung und in der Abszisse die
Position der Hauptwelle angibt.
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In Fig. 1 ist eine Erfassungsvorrichtung mit zwei Gebern 33, 34
dargestellt, das ein für die Wahl und/oder das Einlegen eines Gangs eines
Schaltgetriebes 55 für Kraftfahrzeuge repräsentatives Signal erzeugt,
das dazu bestimmt ist, durch eine Steuerschaltung eines
Betätigungsmechanismus für eine Kupplung 26 mit Membranfeder 60 ausgewertet
zu werden, die mit dem Schaltgetriebe 55 verbunden ist, das hier als
Handschaltgetriebe mit Zahnrädern und gestuften
Übersetzungsverhältnissen ausgeführt ist.
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Zur Erinnerung sei darauf hingewiesen, daß der
Kupplungsbetätigungsmechanismus eine Stelleinrichtung 25 mit Ausgleichfeder
umfaßt, die durch einen Rechner 53, wie etwa durch einen elektrisch
gespeisten Mikroprozessor, gesteuert wird.
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Die Stelleinrichtung 25 umfaßt üblicherweise einen Elektromotor, der
über eine mechanische Kraftübertragung direkt oder indirekt über einen
Hydraulikzylinder auf eine Ausrückgabel 61 einwirkt, die ein
Ausrücklager in Anlage am inneren Ende der Finger der Membranfeder 60
betätigen kann, die an einem fest mit einer Gegenanpreßplatte
verbundenen und eine Druckplatte tragenden Deckel zur Auflage kommt.
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Wenn der Elektromotor durch den Rechner 53 aktiviert wird, betätigt die
Ausrückgabel 61 das Ausrücklager, das die Membranfeder 60 zum
Kippen bringt und ihre Einwirkung auf die Druckplatte beendet, um die
Reibbeläge der drehfest mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes
verbundenen Kupplungsscheibe freizugeben und dadurch die Kupplung
auszurücken.
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Diese Reibbeläge sind normalerweise zwischen der Druckplatte und
der Gegenanpreßplatte der Kupplung eingespannt, die ebenso wie der
Kupplungsdeckel drehfest mit der Kurbelwelle des
Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs verbunden sind.
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Die Kupplung ist daher normalerweise eingerückt. Die Betätigung der
Kupplung erfolgt auf der Grundlage von Informationen, die der Rechner
53 empfängt, um die Stelleinrichtung 25 nach vorbestimmten
Programmen zu aktivieren, insbesondere nach einem Anfahrprogramm
und einem oder mehreren Fahrprogrammen, wenn das Fahrzeug
bereits fährt.
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Dazu empfängt der Rechner 53 Informationen insbesondere in bezug
auf die Position des Gaspedals, die Drehzahl der getriebenen und
treibenden Wellen sowie Signale, die von einem Kraftsensor 24 mit
Kontaktstücken 31 und 32 kommen, die durch elektrische Drähte mit
dem Rechner 53 verbunden sind.
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Diese Kontaktstücke gehören hier zu elektrischen Schaltern. Das
Kontaktstück 31 ist hier an einem Finger 28 des vorderen Teilstücks 11A
des Schalthebels 11 angebracht, während die Kontaktstücke 30 und 32
in einer Aufnahme 29 angeordnet sind, die zu einem hinteren Teilstück
11B des Schalthebels 11 gehören, der mit einem Gestänge 10 der
Hauptwelle 14 des Schaltgetriebes 55 verbunden ist.
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Die Teilstücke 11A und 11B sind elastisch angefügt und ermöglichen
Auslenkungen dank eines Gelenks 27.
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Dadurch können Kontakte zwischen den Kontaktstücken 30-31 und 32-
31 hergestellt werden, um elektrische Stromkreise herzustellen und
Informationen an den Rechner 53, etwa an einen elektrisch gespeisten
Mikroprozessor zu übertragen.
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Der Kraftsensor 24 erfaßt daher die Schaltabsicht des Fahrers.
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Das Gestänge 10 umfaßt ein Kugelgelenk 12, das auf einem ortsfesten
Gestell 13 gelagert ist, Schaltstangen 21, 18, ortsfeste Lager 22, 23,
einen Flansch 15, einen Arm 16, ein Gelenk 17 und eine Schaltgabel
20, die in eine Auskehlung 19 der Hauptwelle 14 eingesetzt ist, die
Schieberäder betätigen kann, welche das Schaltgetriebe aufweist, um
gestufte Übersetzungsverhältnisse zu definieren, wobei die besagten
Schieberäder zu Synchronisier- und Schalteinrichtungen gehören.
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Dadurch werden Gangwahl- und Gangwechselmittel gebildet.
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Die Hauptwelle weist im Innern des Getriebes 55 einen Arm auf, der
Gleitstücke betätigen kann. Die Hauptwelle 14 kann daher auf Drehung
in Richtung der Pfeile R, R' zwischen Gangwechsel-Grenzpositionen
über die Schaltstange 18 betätigt werden, die durch den Schalthebel 11
entlang der Linie L bewegt wird.
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Außerdem kann die Hauptwelle 14 auf geradlinige Verschiebung
betätigt werden, um eine Gangwechsellinie in der Richtung T auszuwählen,
was über die Schaltstange 21 erfolgt, die sich unter der Einwirkung
eines Hebels 11, der sich dabei in Richtung der Pfeile f, f' und F, F'
bewegt, in Richtung der Pfeile r, r' verschiebt.
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Für die automatische Betätigung der Kupplung 26 ist es wichtig, den
eingelegten Getriebegang zu kennen, um insbesondere zu verhindern,
daß das Fahrzeug anfährt, wenn beispielsweise der zweite Gang
eingelegt ist.
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Dazu ist eine Erfassungsvorrichtung vorgesehen, die einen, hier für
einen Gangwechsel empfindlichen ersten Geber 34 zur Erfassung der
Drehung der Hauptwelle 14 und einen, hier für eine Gangwahl
empfindlichen zweiten Geber 33 zur Erfassung einer geradlinigen Verschiebung
der Hauptwelle 14 umfaßt, wobei davon auszugehen ist, daß
beispielsweise zum Schalten vom zweiten in den dritten Gang eine geradlinige
Verschiebung entlang der Leerlaufstellungslinle erfolgt. Die Geber 33
und 34 sind in Entsprechung zueinander ausgeführt und bestehen hier
aus Potentiometern 35, 46 mit einem Schleifkonktakt 37, 48, der sich
auf einem Widerstand 36, 47 bewegt, an dessen Klemmen A, B-D, E
eine Spannung angelegt wird.
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Der Spannungsunterschied zwischen der Klemme C, G des
Schleifkontakts 37, 48 und der Klemme A-D oder B-E des Widerstands 36, 47 ist
für die Bewegung der Hauptwelle 14 repräsentativ.
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Dazu ist der Schleifkontakt 37 durch eine mechanische
Kraftübertragung mit der Hauptwelle 14 verbunden. Diese Kraftübertragung
besteht hier aus einem Parallelogramm 39, 40, 41, 42, das mit der
Schaltgabel 20 verbunden ist, wobei das besagte Parallelogramm um
die Punkte 39, 43, 44 und 45 herum angelenkt ist und wobei der Arm
41 eine Verlängerung der Schaltgabel 20 über den Punkt 45 der festen
Verbindung der Schaltstange 21 mit der Schaltgabel 20 hinaus bildet.
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Außerdem ist der Schleifkontakt 48 durch eine mechanische
Kraftübertragung mit der Hauptwelle 14 verbunden.
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Im einzelnen ist der Schleifkontakt 48 mit dem Flansch 15 durch eine
Verlängerung 15a des Flansches 15, Arme 49, 50 und Gelenke 52, 152
verbunden.
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Bekanntlich schwingt die Hauptwelle 14 ständig, wenn der Motor läuft,
was insbesondere mit dem Vorhandensein der Zahnräder
zusammenhängt. Wenn keine speziellen Maßnahmen dagegen getroffen werden,
führt dies zu einer ständigen Bewegung der Schleifkontakte 37, 48 und
daher zu einem vorzeitigen Verschleiß der Geber 37, 34.
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Dazu wird erfindungsgemäß ein Spiel im Innern wenigstens eines der
Elemente Geber 33, 34 - zugehörige mechanische Kraftübertragung
vorgesehen, die diesen mit der Hauptwelle des Schaltgetriebes
verbindet, wobei das besagte Spiel so bestimmt ist, daß die ständigen
Schwingungen der Hauptwelle 14 des Schaltgetriebes 55 möglichst
stark gedämpft werden. Dieses Spiel wird durch den Rechner 53 so
ausgeglichen, daß die Meßpräzision nicht beeinträchtigt wird. Dieses
Spiet wird daher softwaretechnisch durch den Rechner 53
ausgeglichen.
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Hier ist ein Spiel für jedes der Elemente Geber 33, 34 - zugehörige
mechanische Kraftübertragung, die ihn mit der Hauptwelle verbindet,
vorgesehen.
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Dieses Spiel wird durch mit Spiel wirksame Eingriffsmittel herbeigeführt.
So kann beispielsweise der Hebel 51 aus zwei Teilen bestehen, die im
Verhältnis zueinander axial beweglich entgegen elastischen Mitteln und
Schaltmitteln gelagert sind.
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Normalerweise sind die beiden Teile zueinander beabstandet, wobei
sie nach der Aufhebung eines Spiels in Eingriff kommen, wenn das
Schaltgestänge 18 betätigt und die Feder zusammengedrückt wird.
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Nach dem Zusammendrücken der Feder findet beispielsweise das
Schalten durch formschlüssiges Zusammenwirken statt.
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Als Variante können mit Spiel wirksame Eingriffsmittel am Gelenk 52
vorgesehen sein, das beispielsweise eine Achse umfaßt, die am Hebel
49 angebracht ist und durch eine in den Hebel 51 eingearbeitete
Öffnung hindurchgeht.
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In diesem Fall weist die Öffnung des Hebels 51 eine längliche Form
auf, so daß der Hebel 51 nach der Aufhebung eines Spiels durch einen
der Seitenränder seiner Öffnung mit der am Hebel 49 angebrachten
Achse in Eingriff kommt.
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Als Variante kann ein Spiel am Schleifkontakt 48, beispielsweise an
dessen Antriebswelle vorgesehen sein.
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Das Spiel kann natürlich auch am Gelenk 152 vorgesehen sein, wobei
die an der Verlängerung 15A des Flansches 15 angebrachte Welle mit
Spiel in eine längliche Öffnung eindringt, die in den Hebel 51
eingearbeitet ist.
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Es kann auch ein Spiel am Schleifkontakt 37 vorgesehen sein. Dieses
Spiel kann ebenfalls in den Gelenken 43 und 44 vorgesehen sein,
wobei eine Achse durch eine längliche Öffnung hindurchgeht.
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Als Variante können Zahnungen in Form von Keilnuten an der Achse
14 vorgesehen sein, wobei diese Zahnungen mit einem Umfangsspiel
mit dazu passenden Zahnungen zusammenwirken, die in die Öffnung
des Flansches 15, durch den die Welle 14 hindurchgeht, eingearbeitet
sind.
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Nach der Aufhebung eines Umfangsspiels zwischen den Zahnungen
der Welle 14 und den Zahnungen des Flansches 15 wird dieser
mitgenommen.
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Als Variante kann ein Spiel an der Schaftgabel 20 vorgesehen sein,
insbesondere zwischen der Auskehlung 19 und dem profilierten Ende
der Schaltgabel 20. Grundsätzlich kann ein Spiel in wenigstens einem
Geber und/oder seiner zugehörigen mechanischen Kraftübertragung
vorgesehen sein.
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Die Erfassungsvorrichtung kann natürlich kompakter ausgeführt sein.
So kann sie, wie in Fig. 2 dargestellt, einen Träger 1 umfassen, der
am Gehäuse des Schaltgetriebes befestigt ist und die Geber 33 und 34
in Form eines Potentiometers trägt.
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In diesem Fall umfaßt der Geber 33 eine Eingangskeilwelle 2, die in
das Innere einer genuteten Innenbohrung einer Stellmuffe 3 eindringt,
die an ihrem freien Ende Kugelgelenkmittel 4 für ihre Verbindung mit
der Hauptwelle 14 trägt.
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Es existiert ein Umfangsspiel zwischen der Keilwelle 2 und der
genuteten Innenbohrung der Stellmuffe 3. Diese Muffe 3 weist an ihrem
äußeren Umfang eine Auskehlung 5 auf, in die mit Umfangsspiel ein
zylindrischer Finger 6 eindringt, der fest mit einem Arm 7 verbunden ist,
welcher seinerseits fest mit einem Stift 8 verbunden ist, der gelenkig im
Boden einer Einsenkung 9 gelagert ist, die an einem Fortsatz 10
angebracht ist, der zum Körper 1 gehört, in dessen Innern sich die mit der
Hauptwelle 14 verbundene Muffe 3 linear und drehend bewegt. Die
Einsenkung 9 wird durch den Geber 34 verschlossen, der anhand von
Befestigungsorganen, wie etwa Schrauben oder Bolzen, am Fortsatz
70 angebracht ist.
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Der Stift 8 weist an seinem oberen Ende einen genuteten Abschnitt auf,
der den Schleifkontakt des Gebers 34 mitnehmen kann.
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Der Körper 1, der vorteilhafterweise aus einem formbaren Werkstoff,
vorzugsweise aus Kunststoff mit niedrigem Reibungskoeffizienten,
ausgeführt ist, umfaßt natürlich an seinem hinteren Ende einen Flansch
für die Befestigung des Gebers 33 anhand von Befestigungsorganen,
wie etwa von Befestigungsbolzen oder Befestigungsschrauben.
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Die Geber 33, 34 sind senkrecht zueinander angebracht.
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Der Finger 6 gehört zu einer Gelenkstange, die neben dem Finger 6
außerdem den Arm 7 und den Stift 8 mit genutetem oberen Ende
umfaßt.
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Wie verständlich geworden sein dürfte, bewirkt jede geradlinige
Verschiebung der Stellmuffe 3 im Innern ihres Führungskörpers 1, der hier
insgesamt rohrförmig ausgeführt ist, nach der Aufhebung eines linearen
Spiels eine Drehung der vorgenannten Gelenkstange, wobei der
zylindrische Finger 6 dann mit einer der Flanken der Auskehlung 5
zusammenwirkt, so daß mit Spiel wirksame Eingriffsmittel gebildet werden,
deren Spiel in der geradlinigen Verschiebung zwischen der Auskehlung
5 und dem Stift 6 wirksam wird.
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Als Variante kann der Finger 6 natürlich auch spielfrei in der
Auskehlung 5 der Stellmuffe 3 gelagert sein, wobei dann ein Umfangsspiel
zwischen dem genuteten Endabschnitt des Stifts 8 und dem
Schleifkontakt des Potentiometers 34 besteht.
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Wenn die Stellmuffe 3 drehend angetrieben wird, treibt sie die
Antriebswelle 2 des Schleifkontakts des Potentiometers 33 nach der
Aufhebung eines Spiels zwischen den Keilnuten der Welle 2 und den
Nuten der Stellmuffe 3 drehend an.
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Als Variante kann ein Spiel an dem an der Stellmuffe 3 angebrachten
Kugelgelenk vorgesehen sein.
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Als Variante können mit Umfangsspiel wirksame Eingriffsmittel
(Zahnungsspiel) zwischen dem Schleifkontakt des Gebers 33 und der
Antriebswelle 2 zum Einsatz kommen, wobei die Keilnuten der Welle 2
spielfrei in die Nuten der Stellmuffe 3 eindringen.
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In allen Fällen wird in den Geber 33, 34 bzw. in das Kugelgelenk oder
an der Stellmuffe 3 ein ausreichendes Spiel eingeführt, damit die
ständigen Schwingungen der Hauptwelle 14 möglichst stark gedämpft
werden.
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Der Finger 6 wird beispielsweise nach der Aufhebung eines
Verschiebungsspiels angetrieben, während die Welle 2 nach der Aufhebung
eines Umfangsspiels drehend angetrieben wird.
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In allen Fällen verlaufen bei einem Gangwechsel die Bewegungen der
Schleifkontakte monoton, wobei die Hauptwelle 14 zunächst direkt oder
indirekt das Spiel der Verbindung aufhebt, bevor sie den Geber
antreibt.
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Wenn die Bewegungsrichtung bekannt ist, braucht man daher nur zu
der gemessenen Position die Hälfte des Spiels der Verbindung
hinzuzufügen, um die genaue Position zu erhalten.
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Zu weiteren Einzelheiten kann auf Fig. 3 verwiesen werden, in der in
der Abszisse die Position der Hauptwelle und in der Ordinate die
gemessene Position dargestellt ist.
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Die Kurve 100 stellt die Kennlinie nach dem bisherigen Stand der
Technik dar, während die Kurve 200 einer ansteigenden Bewegung
und die Kurve 300 einer abnehmenden Bewegung entspricht. Das Spiel
wird durch die Bezugsnummer 400 bezeichnet.
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Insoweit das Spiel bekannt ist, addiert der Rechner dann zu der
gemessenen Position die Hälfte des Spiels der Verbindung hinzu, um die
richtige Position zu erhalten.
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Die vorliegende Erfindung ist natürlich nicht auf das beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt. So können insbesondere die Geber 33,
34 eine andere Form aufweisen. Sie können beispielsweise als
optische Sensoren ausgeführt sein. Die Schleifkontakte von Fig. 1 werden
dann durch einen Lesekopf ersetzt, der eine Sendediode und eine
Empfangsdiode trägt, wobei sich der besagte Lesekopf gegenüber
einer mit Markierungen versehenen ortsfesten Bahn bewegt.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß die Erfassungsvorrichtung von Fig. 2
kompakt, kostengünstig und zuverlässig ist und daß sie nur einfache
Teile in geringer Stückzahl verwendet.
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Als Variante kann der Gangwechsel durch geradlinige Verschiebung
der Hauptwelle 14 und die Gangwahl durch Drehung der Hauptwelle 14
erfolgen. All dies ist vom jeweiligen Aufbau des Schaltgetriebes 55
abhängig. In allen Fällen erfaßt einer der Geber 33, 34 die Drehung der
Hauptwelle 14, während der andere die geradlinige Verschiebung der
Hauptwelle 14 erfaßt.