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Die
Erfindung betrifft eine Schalthebelanordnung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs
mit einem Schalthebel zum Einstellen einer gewählten Schaltstufe des Getriebes,
wobei der Schalthebel mittels einer Stelleinheit zwischen einer
Nichtgebrauchsstellung des Schalthebels und einer Gebrauchsstellung desselben
zum Einstellen der Schaltstufen verschiebbar gelagert ist.
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Aus
der
DE 197 46 438
A1 ist eine Schalthebelanordnung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs bekannt,
bei der mittels einer Stelleinheit ein Schalthebel, der zum Einstellen
einer gewählten
Schaltstufe des Getriebes dient, zwischen einer Nichtgebrauchsstellung
und einer Gebrauchsstellung desselben verschiebbar gelagert ist.
Sicherheitsmaßnahmen,
die den Nutzer des Kraftfahrzeugs davor schützen, bei Bewegung des Schalthebels
eine unerwünschte
Verletzung infolge einer Einklemmung davonzutragen, sind nicht vorgesehen.
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Aus
der
DE 102 09 846
A1 ist eine Schalthebelanordnung für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs mit
einem Schalthebel zum Einstellen einer gewählten Schaltstufe des Getriebes
bekannt. Der Schalthebel ist mittels einer Magnetspule zwischen
einer Nichtgebrauchsstellung und einer Gebrauchsstellung verschiebbar
gelagert.
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Aus
der
DE 36 14 096 A1 ist
eine Drehmomentübertragungsvorrichtung
zur Begrenzung des übertragenen
Drehmomentes bekannt, bei der ein Antriebsglied und ein Abtriebsglied über eine
Koppeleinrichtung miteinander verbunden sind. Die Koppeleinrichtung
weist vorgespannte Blattfedern auf, die sich bei Überschreitung
eines zu übertragenden Drehmoments
verbiegen und auf einen Ring einwirken, der einen Mikroschalter
betätigt.
Durch Betätigung
des Mikroschalters wird dann der antreibende Elektromotor gestoppt.
Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, dass die Blattfedern über zusätzlich Ansätze jeweils
mit dem Antriebsglied und dem Abtriebsglied verbunden sein müssen. Hiermit
ist eine relativ aufwendige Kopplung verbunden. Weiterhin ist es
nachteilig, dass die bekannte Vorrichtung bei Überschreiten des vorgegebenen
Schwelldrehmomentes kein Weiterdrehen der Antriebswelle ermöglicht.
Bei kurzzeitiger Überschreitung
des Schwelldrehmomentes wird somit der Antrieb gestoppt, so dass
für die
weitere Verstellung ein Einschalten des Antriebsmotors erforderlich
ist.
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Aus
der
DE 28 18 439 C2 ist
ein Türenantrieb bekannt,
bei der ein Antriebsglied mit einem Abtriebsglied über eine
Koppeleinrichtung verbunden ist. Die Koppeleinrichtung weist ein
Kupplungselement auf, das drehfest mit einem Abtriebsglied verbunden
ist. Das Kupplungselement ist in einer Ausnehmung des drehbar an
dem Abtriebsglied angeordneten Zahnrades aufgenommen. Ein Außenring
des Zahnrades weist zwei diametral angeordnete Bohrungen auf, in die
von dem Kupplungselement über
Federn in radialer Richtung abgestützte Rastkugeln eingreifen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schalthebelanordnung für ein Getriebe
eines Kraftfahrzeuges derart weiterzubilden, dass die Verletzungsgefahr
des Nutzers bei Bewegung des Schalthebels aus einer Nichtgebrauchsstellung
in eine Gebrauchsstellung und vice versa verringert wird.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs
1 auf.
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Vorteilhaft
an einer Einklemmsicherungseinheit der Erfindung ist, dass durch
Verminderung bzw. Deaktivierung der auf den Schalthebel wirkenden und
von der Stelleinheit erzeugten Stellkraft die Verletzungsgefahr
des Nutzers weitestgehend verringert werden kann. Die Einklemmsicherungseinheit
ermöglicht,
dass eine an sich vorgesehene Weiterbewegung des Schalthebels verhindert
wird. Erfindungsgemäß weist
die Einklemmsicherungseinheit eine Koppeleinrichtung auf, die derart
auf den Schalthebel einwirkt, dass in Abhängigkeit von einer auf den
Schalthebel wirkenden Betätigungskraft
die Bewegung des Schalthebels gestoppt wird. Die Betätigungskraft
ist die Kraft, die der Nutzer auf den Schalthebel bzw. ein den Schalthebel
tragendes Basisteil während
der Bewegung des Schalthebels ausübt. Die Größe der Betätigungskraft, die zu einem
Stoppen der Bewegung des Schalthebels führt, kann voreinstellbar sein.
Sie kann relativ niedrig ausgebildet sein, wobei lediglich ein Berühren des
Schalthebels bzw. seines Basisteils zu einem Anhalten der Schalthebelbewegung
führen
kann. Sie kann aber auch von der Höhe des durch die Koppeleinrichtung
vor gegebenen Kopplungsgrades abhängig
sein und in einem Bereich zwischen Null und der Höhe der Stellkraft
liegen.
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Nach
der Erfindung weist die Koppeleinrichtung zum einen ein mit der
Stelleinheit gekoppeltes Antriebsglied auf, das ein von der Stelleinheit
erzeugtes Stelldrehmoment bereitstellt. Zum anderen weist die Koppeleinrichtung
ein mit dem Schalthebel gekoppeltes Abtriebsglied auf, das mit dem
Antriebsglied derart gekoppelt ist, dass die vorgesehene Stellkraft
auf den Schalthebel im Normalfall der Schalthebelbewegung ausgeübt wird.
Das Antriebsglied und das Abtriebsglied sind derart miteinander gekoppelt,
dass durch Betätigen
einer die Bewegung des Schalthebels entgegengesetzt gerichteten
Gegenkraft vorgegebener Höhe
das Abtriebsglied in Außereingriff
bringbar ist mit dem Antriebsglied. Die Höhe der Gegenkraft ist abhängig von
dem Kopplungsgrad zwischen dem Antriebsglied und dem Abtriebsglied.
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Erfindungsgemäß weisen
das Antriebsglied und das Abtriebsglied auf einer zueinander gekehrten
Seite eine Wellenprofilierung auf, deren Erhabenheit den Kopplungsgrad
bzw. den Grad der Formschlüssigkeit
bestimmt. Vorteilhaft kann hierdurch der Kopplungsgrad voreingestellt
werden.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung sind das Antriebsglied und das
Abtriebsglied in der Normalstellung formschlüssig miteinander verbunden, wobei
der Kopplungsgrad durch die Höhe
der Formschlüssigkeit
bestimmt wird. Die Außereingriffsstellung
zwischen dem Antriebsglied und dem Abtriebsglied wird durch eine
auf den Schalthebel wirkende Gegenkraft hergestellt, die zu einem
Gegendrehmoment des Abtriebsgliedes führt, das größer ist als ein vorgegebenes
Schwelldrehmoment, dessen Höhe von
dem Grad der Form schlüssigkeit
zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebsglied abhängt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung sind das Abtriebsglied und das
Antriebsglied koaxial und in einer gemeinsamen Ebene zueinander
angeordnet. Die Wellenprofilierung des Abtriebsgliedes bzw. des
Antriebsgliedes erstreckt sich in Umfangsrichtung entlang eines äußeren und
inneren Umfangsrandes des Antriebsgliedes bzw. des Abtriebsgliedes.
Auf diese Weise kann die Kopplungseinheit Platz sparend in oder
an einem Gestell des Schalthebels angebracht sein.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist das Abtriebsglied ein mit
einem fest an einem Gestell angeordneten Schalter zusammenwirkendes Betätigungselement
auf, so dass bei Erreichen einer Endstellung des Schalthebels die
Stelleinheit deaktiviert wird. Vorteilhaft kann hierdurch der Schalter
in Abhängigkeit
von der Endlage des Schalthebels aktiviert werden.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Schalter als Druckschalter
ausgebildet, wobei in Verbindung mit einer Steuereinheit ein Ein-
und Ausschalten der Stelleinheit stets nach einer 180°-Drehung
des Abtriebsgliedes erfolgt.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung weist das Abtriebsglied einen
Axialzapfen auf, der in einer Führungskulisse
eines Basisteils des Schalthebels gelagert ist. Vorteil haft kann
hierdurch die Drehbewegung des Abtriebsgliedes in eine Linearbewegung
des Schalthebels umgewandelt werden.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher dargestellt.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schalthebelanordnung,
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2 eine
Vorderansicht der Schalthebelanordnung,
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3 einen
Vertikalschnitt durch die Schalthebelanordnung entlang einer Längsmittelebene
eines Schalthebelgriffes,
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4 einen
Vertikalschnitt durch die Schalthebelanordnung quer zum Vertikalschnitt
nach 3 entlang des Schalthebels und
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5 eine
Ansicht eines Abtriebsgliedes der Schalthebelanordnung.
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Eine
Schalthebelanordnung 1 für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs
besteht im Wesentlichen aus einem Schalthebel 2, der über ein
Gelenk 3 schwenkbar in einem Basisteil 4 desselben
angeordnet ist. Das Basisteil 4 ist über eine Vertikalführung 5 zwischen
einer in den Figuren dargestellten oberen Gebrauchsstellung des
Schalthebels 2 und einer unteren Nichtgebrauchsstellung
desselben, in der eine Ober seite eines Griffs 6 des Schalthebels 2 bündig zu
einer Oberseite 7 eines Gestells 8 der Schalthebelanordnung 1 angeordnet
ist, verfahrbar geführt.
Zu diesem Zweck ist eine Stelleinheit 9 vorgesehen, die vorzugsweise
als ein Elektromotor ausgebildet ist und die mit dem Basisteil 4 des
Schalthebels 2 wirkverbunden ist. Die Stelleinheit 9 ist
mit einer Steuereinheit 10 verbunden, die vorzugsweise
als eine elektronische Steuereinheit enthaltend einen Mikrokontroller
ausgebildet ist. Die Steuereinheit 10 kann die Stelleinheit 9 in
Abhängigkeit
von der Betätigung
eines Zündanlassschalters
ansteuern, so dass bei Inbetriebsetzen des Kraftfahrzeugs der Schalthebel 2 bzw.
zusammen mit dem Basisteil 4 selbsttätig aus der Nichtgebrauchsstellung
in die Gebrauchsstellung herausfahrbar ist. In der Gebrauchsstellung
dient der Schalthebel 2 zur Einstellung von Schaltstufen
eines Automatikgetriebes. Das Automatikgetriebe kann in üblicherweise
mehrere Schaltstufen, wie beispielsweise Parken (P), Rückwärts (R),
Neutral (N) und Vorwärts
(D) aufweisen.
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Zur
Vermeidung einer Verletzungsgefahr des Nutzers des Kraftfahrzeuges
infolge der selbsttätigen Bewegung
des Schalthebels 2 von der Gebrauchsstellung in die Nichtgebrauchsstellung
und vice versa ist eine Einklemmsicherungseinheit 11 vorgesehen, die
im Wesentlichen eine Koppeleinrichtungseinheit 12 enthaltend
ein Antriebsglied 13 und ein Abtriebsglied 14 aufweist.
Das Antriebsglied 13 ist fest mit einer Antriebswelle 15 der
Stelleinheit 9 verbunden, so dass an dem Antriebsglied 13 im
Stellzustand der Stelleinheit 9 ein Stelldrehmoment anliegt.
Das Abtriebsglied 14 ist mit dem Basisteil 4 des
Schalthebels 2 gekoppelt und überträgt im Stellzustand das an dem
Antriebsglied 13 anliegende Stelldrehmoment.
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Das
Abtriebsglied 14 weist einen Axialzapfen 16 auf,
der in einer Führungskulisse 17 des
Basisteils 4 geführt
ist. Die Führungskulisse 17 ist
vorzugsweise als eine horizontale Längsnut ausgebildet, deren Länge dem
Außendurchmesser
des Abtriebsgliedes 14 entspricht, siehe 2.
Durch Drehung des kreisringförmigen
Abtriebsgliedes 14 um eine horizontale Drehachse 18 wird
das Basisteil 4 in vertikaler Richtung von der in 2 dargestellten
Gebrauchsstellung in die Nichtgebrauchsstellung verfahren, in der der
Zapfen um 180° nach
unten verdreht worden ist.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist das Basisteil 4 der Schalthebelanordnung 1 quaderförmig ausgebildet
und in einer Ausnehmung des Gestells 8 in vertikaler Richtung
verfahrbar angeordnet. Zur Vermeidung einer Einklemmung des Nutzers
des Kraftfahrzeugs während
der Verfahrbewegung des Schalthebels 2 (Stellzustand) ist
die Koppeleinrichtung 12 nach Art einer Rutschkupplung
ausgebildet. Zwischen einer inneren Umfangsfläche 20 des hülsenförmigen Abtriebsgliedes 14 und
einer äußeren Umfangsfläche 21 des
kreisförmigen
Antriebsgliedes 13 sind in Umfangsrichtung mehrere Kugeln 22 gelagert.
Die innere Umfangsfläche 20 des
Abtriebsgliedes 14 und/oder die äußere Umfangsfläche 21 des Antriebsgliedes 13 weist
eine Wellenprofilierung 23 mit Tälern auf, in denen die Kugeln 22 jeweils
gelagert sind. Die Kugeln 22 sind auf einer radial nach
innen und/oder nach außen
gerichteten Seite durch Federn (Spiralfedern) abgestützt. Durch Änderung der
Federkraft dieser Spiralfedern kann der Kopplungsgrad zwischen dem
Abtriebsglied 14 und dem Antriebsglied 13 beeinflusst
werden. Im Stellzustand der Schalthebelanordnung 1 erfolgt
eine direkte Übertragung
des Stelldrehmomentes von dem Antriebsglied 13 auf das
Abtriebsglied 14. Das Antriebsglied 13 steht über die
Kugeln 22 in Eingriff mit dem Abtriebsglied 14. Über die
Anlenkung des Abtriebsgliedes 14 an das Basisteil 4 kann
somit eine für
die Bewegung des Schalthebels 2 zwischen der Nichtgebrauchsstellung
und der Gebrauchsstellung und vice versa erforderliche Stellkraft
ausgeübt
werden.
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Durch
Anwenden einer zu der Stellkraft entgegengesetzt gerichteten Betätigungskraft
(Gegenkraft) kann das Abtriebsglied 14 in Außereingriffstellung
mit dem Antriebsglied 13 gebracht werden, so dass ein Weiterbewegen
des Schalthebels 2 in der vorgewählten Richtung verhindert wird.
Die Betätigungskraft
kann durch den Nutzer selbst ausgeübt werden, indem er im Stellzustand
beim Herausbewegen des Schalthebels 2 aus der Ausnehmung
des Gestells 8 auf den Schalthebels 2 bzw. das
Basisteil 4 drückt
oder beim Hineinbewegen des Schalthebels 2 in das Gestell 8 an
dem Schalthebel 2 zieht. Zum Stoppen der Bewegung des Schalthebels 2 muss
die Betätigungskraft
(Gegenkraft) so groß sein,
dass an dem Abtriebsglied 14 ein dem Stelldrehmoment entgegen
gerichtetes Schwelldrehmoment überschritten wird.
Die Größe des Schwelldrehmomentes
ist abhängig
von dem Kopplungsgrad zwischen dem Antriebsglied 13 und
dem Abtriebsglied 14. Bei Überschreiten des Schwelldrehmomentes
durch das Gegendrehmoment erfolgt ein „Durchrutschen" des Abtriebsgliedes 14,
so dass zwar das Antriebsglied 13 weiter rotiert, das Abtriebsglied 14 jedoch
stillsteht oder sogar zurückbewegt
wird.
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Je
tiefer die Täler
der Wellenprofilierung 23 bzw. je größer der Durchmesser der Kugeln 22 bzw. je
größer die
von den den Kugeln 22 zugeordneten Federn ausgehende Federkraft
ist, desto größer ist das
Schwelldrehmoment und damit die erforderliche Gegenkraft zum Blockieren
der Verfahrbewegung des Schalthebels 2.
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Wie
aus den Figuren ersichtlich ist, sind das Antriebsglied 13 und
das Abtriebsglied 14 koaxial zueinander und in einer gemeinsamen
vertikalen Ebene angeordnet. Das Antriebsglied 13 und das
Abtriebsglied 14 sind Platz sparend innerhalb des Gestells 8 angeordnet.
Der Axialzapfen 1.6 ist auf einer der Stelleinheit 9 abgewandten
Seite des Abtriebsgliedes 14 angeordnet, an der sich das
Basisteil 4 mit Spiel zu dem Abtriebsglied 14 anschließt.
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Zum
Erkennen der oberen Stellung (Gebrauchsstellung) und unteren Stellung
(Nichtgebrauchsstellung) des Schalthebels 2 ist ein Schalter 24 vorgesehen,
der sich in vertikaler Richtung unterhalb des Antriebsgliedes 13 bzw.
des Abtriebsgliedes 14 erstreckt. Der Schalter 24 ist
als Druckschalter ausgebildet, der über eine nach oben weisende
metallische oder nichtmetallische Feder verfügt, die mit einem Betätigungselement 25 des
Abtriebsgliedes 14 zusammenwirkt. Das Betätigungselement 25 des Abtriebsgliedes 14 wird
durch Radialerhebungen 26 des Abtriebsgliedes 14 gebildet,
die sich in einem Winkel von 180° um
die Drehachse 18 des Abtriebsgliedes 14 verteilt
angeordnet sind und eine Druckkraft bzw. eine Druckentlastungskraft
auf die Feder des Druckschalters 24 ausüben. Der Radius des Abtriebsgliedes 14 ist
so gewählt,
dass das Abtriebsglied 14 während der Bewegung aus der
Nichtgebrauchsstellung in die Gebrauchsstellung und vice versa eine
Drehung um 180° ausführt. In
den Endstellungen des Schalthebels 2 erfolgt somit stets
ein Schaltwechsel. Vorteilhaft ist hierdurch lediglich ein Druckschalter 24 erforderlich,
da das Schaltsignal und das Nichtschaltsignal des Schalters 24 in
der Steuereinheit 10 dazu benutzt wird, den Schalthebel 2 in
eine obere bzw. untere Endstellung zu verbringen. Eine Gleitfläche 27 und
eine Ausnehmungsfläche 28 des
Abtriebsliedes 14, die sich jeweils kreisförmig entlang
von 180° erstrecken,
sind durch gegenüberliegende
Radialerhebungen 26 verbunden und bilden eine äußere Umfangsfläche 29 des
Abtriebsgliedes 14. Sie weisen beide einen konstanten Radius
auf.
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Wie
insbesondere aus 2 ersichtlich ist, ist in der
oberen Gebrauchsstellung des Schalthebels 2 der Axialzapfen 16 an
einem oberen Totpunkt der Abtriebsscheibe 14 angeordnet,
so dass eine Selbsthemmung eintritt. Vorteilhaft kann somit bei Nichtbeaufschlagung
der Stelleinheit 9 verhindert werden, dass der Schalthebel 2 durch
Ausübung
einer Kraft von oben aus der Gebrauchsstellung herausbewegt wird
bzw. nach unten in die Ausnehmung des Gestells 8 bewegt
wird.
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Wie
oben dargestellt, ist das Abtriebsglied 14 mit dem Antriebsglied 13 formschlüssig über die
in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Kugeln 22 verbunden.
Nach einer alternativen und nicht dargestellten Ausführungsform
kann das Abtriebsglied 14 mit dem Antriebsglied 13 auch
durch andere formschlüssige
Verbindungen miteinander gekoppelt sein, wie beispielsweise durch
Stirnradgetriebe und dergleichen. Beispielsweise kann die Betätigungskraft,
die zum Stoppen der Schalthebelbewegung führt, auch so gering sein, dass
lediglich ein Berühren des
Schalthebels 2 bzw. des Basisteils 4 die Verfahrbewegung
stoppt. Hierzu ist ein Berührungssensor erforderlich,
der ein Berühren
des Schalthebels 2 bzw. des Basisteils 4 oder
des Gestells 8 detektiert, der Steuereinheit 10 ein
Signal zuführt,
so dass die Steuereinheit 10 ein Stoppsignal an die Stelleinheit 9 überträgt, mittels
dessen die Stelleinheit 9 deaktivierbar ist.