DE102007021832A1

DE102007021832A1 - Schaltvorrichtung eines Kraftfahrzeuges mit elektrischem Betätigungselement für eine aktive Wählhebelverstellung

Info

Publication number: DE102007021832A1
Application number: DE200710021832
Authority: DE
Inventors: Sascha Rosentreter; Ralf Hartrampf
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2027-05-08
Also published as: DE102007021832B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeuges, aufweisend einen Wählhebel (2) zur Signalisierung eines von einem Fahrer gewünschten Zustandes an ein mit der Schaltvorrichtung (1) verbundenes Getriebe durch Anwahl einer Wählhebelposition und mindestens ein Betätigungselement (5), vorzugsweise zur Synchronisation der Positionierung des Wählhebels (2) und eines Getriebestatus im Falle einer manuellen Wahl einer systemunverträglichen Wählhebelposition oder zur automatischen und/oder zwangsweisen Erzeugung eines vorbestimmten Schaltzustandes aufgrund eines Triggerereignisses. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das mindestens eine elektrische Betätigungselement (2) ein temperaturgesteuertes Thermoelement (8) aufweist, welches durch Temperaturänderung die Kraft zur Änderung der Wählposition des Wählhebels (2) erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung eines Kraftfahrzeuges aufweisend einen Wählhebel zur Signalisierung eines von einem Fahrer gewünschten Zustandes an ein mit der Schaltvorrichtung verbundenes Getriebe durch Anwahl einer Wählhebelposition und mindestens ein Betätigungselement, vorzugsweise zur Synchronisation der Positionierung des Wählhebels und eines Getriebestatus im Falle einer manuellen Wahl einer systemunverträglichen Wählhebelposition oder zur automatischen und/oder zwangsweisen Erzeugung eines vorbestimmten Schaltzustandes aufgrund eines Triggerereignisses.
Eine ähnliche Schaltvorrichtung eines Kraftfahrzeuges mit einer Servounterstützung ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 43 17 464 C1 der Anmelderin bekannt. Diese Druckschrift zeigt eine Servounterstützung für die Schaltung eines Kraftfahrzeuggetriebes, bestehend aus einem Schalthebelgehäuse, einer darin eingesetzten Lagerschale zur Lagerung eines um einen Lagermittelpunkt allseits beweglichen Schalthebels, wobei sich diese Lagerschale nach außen gegen die sie umgebenden Wandungen des Schalthebelgehäuses wenigstens abschnittsweise abstützt, und aus einem Servoelement, das den Schaltvorgang unterstützt, sowie aus einer elektronischen Rechnereinheit aufgebaut ist, wobei sich zwischen Schalthebelgehäuse und Lagerschale für jede Bewegungsrichtung des Schalthebels Messwertaufnehmer befinden, die die Richtung und den Betrag der über den Schalthebel eingeleiteten Kraft erfassen und diese Messwerte an die elektronische Rechnereinheit zur Reglung des Servoelementes weiterleiten.
Solche Servounterstützungen oder Betätigungselemente, die heute auch teilweise als elektrische Betätigungselemente verbaut werden, dienen dazu, die Synchronisierung der Positionierung des Schalthebels und des Getriebestatus zu erreichen oder zur automatischen und/oder zwangsweisen Erzeugung eines vorbestimmten Schaltzustandes aufgrund eines Triggerereignisses im Fahrzeug. Beispielsweise kann hierdurch eine fehlerhaft eingelegte Wählhebelposition, zum Beispiel die „R"-Wählhebelposition, korrigiert werden, wenn das Fahrzeug sich noch mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit vorwärts bewegt, um einen Schaden des Getriebes zu vermeiden. Hierbei ist häufig auf der Getriebeseite bereits ein Sicherheitsmechanismus vorhanden, der derartige Fehlschaltungen verhindert, jedoch muss auch die Positionierung des Wählhebels entsprechend korrigiert werden, damit kein Dissens zwischen dem Zustand des Getriebes und der eingestellten Wählhebelposition entsteht.
Eine andere Möglichkeit kann darin bestehen, dass bei Auftreten eines bestimmten Triggerereignisses, zum Beispiel einem Unfall, eine bestimmte Wählhebelposition, beispielsweise die „P"-Position, eingestellt werden soll, um ein ungewolltes Weiterrollen des Fahrzeuges zu verhindern.
Derartige Betätigungsmittel in Form eines hydraulischen Betätigungselementes oder auch eines elektrischen Betätigungselementes sind in der Herstellung relativ aufwendig und platzfordernd im Einbau. Häufig muss sogar bei der Verwendung eines elektrischen Antriebs ein zusätzliches Getriebe zwischengeschaltet werden, um die notwendigen Druckkräfte aufbringen zu können, so dass zusätzlich weiterer Platzbedarf entsteht.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schaltvorrichtung eines Kraftfahrzeuges mit einem Betätigungselement zur Synchronisation der Positionierung des Wählhebels oder einer zwangsweisen Erzeugung eines vorbestimmten Schaltzustandes zu finden, welche mit geringerem bautechnischen und geringerem Platzbedarf verwirklicht werden kann.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Besondere Ausbildungen der Erfindung sind in den sich anschließenden Unteransprüchen und auch in der Figurenbeschreibung angegeben.
Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, unter Verwendung eines Thermoelementes, welches aufgrund einer erzeugten Temperaturänderung eine starke Ausdehnung erfährt, ein Betätigungselement mit hoher Schubkraft zu erzeugen, wobei gleichzeitig eine sehr einfache, kompakte und variable Bauweise möglich ist. Vorzugsweise kann als Thermoelement ein an sich bekanntes Thermowachs verwendet werden, wie es beispielsweise in Thermostatsteuerungen von automatischen temperaturgeregelten Wasserventilen im Bereich der Bäderausstattung oder auch im Bereich der Heizungsregulierung verwendet wird.
Bei einem derartigen Thermoelement kann ein relativ großes mit Thermowachs gefülltes Volumen kurzfristig erhitzt werden, so dass durch die Wärmeausdehnung des Wärmewachses, die auch unter sehr hohem Druck entsteht, ein im Vergleich zum Volumen kleiner Kolben betätigt werden, der dann unter hohem Druck relativ hohe Wege zurücklegen kann. Es kann also durch ein einfaches Heizelement über die Ausdehnung eines Thermowachses ein Schalthebel zwangsläufig bewegt werden.
Entsprechend diesem Grundgedanken schlagen die Erfinder die Verbesserung einer Schaltvorrichtung eines Kraftfahrzeuges, aufweisend einen Wählhebel zur Signalisierung eines von einem Fahrer gewünschten Zustandes an ein mit der Schaltvorrichtung verbundenes Getriebe durch Anwahl einer Wählhebelposition und mindestens ein Betätigungselement, vorzugsweise zur Synchronisierung der Positionierung des Wählhebels und eines Getriebestatus im Falle einer manuellen Wahl einer systemunverträglichen Wählhebelposition oder zur automatischen und/oder zwangsweisen Erzeugung eines vorbestimmten Schaltzustandes aufgrund eines Triggerereignisses, vor. Die erfindungsgemäße Verbesserung liegt dabei darin, dass das mindestens eine Betätigungselement ein temperaturgesteuertes Thermoelement aufweist, welches durch Temperaturänderung die Kraft zur Änderung der Wählposition des Wählhebels erzeugt.
Das zuvor beschriebene Thermoelement kann beispielsweise ein Treibmittel sein, welches einen hohen Temperaturausdehnungskoeffizienten besitzt. Vorzugsweise kann hierbei ein Thermowachs oder auch ein Thermoharz verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das mindestens eine Betätigungselement mindestens ein Federelement aufweisen, welches beim Erkalten des Thermoelementes dieses zurückstellt.
Des Weiteren kann das Treibmittel in einer elektrisch beheizbaren Vorratskammer angeordnet sein, die mit einem Kolben in Verbindung steht, wobei das Treibmittel bei seiner Ausdehnung diesen Kolben antreibt. Hierbei strömt über eine kleine Öffnung aus der Vorratskammer das erhitzte Treibmittel in einen kleinvolumigen Zylinder, der den eigentlichen Kolben zur Verstellung des Schalthebels vorwärts schiebt.
Dieser Kolben kann einerseits direkt am Wählhebel angreifen oder es besteht auch die Möglichkeit den Kolben über einen Hebelarm mit dem Wählhebel zu verbinden, so dass größere Wege zur Verstellung des Wählhebels zurückgelegt werden können.
Zur Überwachung der Wirkung des Betätigungselementes kann zusätzlich mindestens ein Sensor vorgesehen werden, wobei dieser Sensor beispielsweise als Positionssensor, zum Beispiel in Form eines Hallgebers, ausgebildet ist. Hierdurch kann beispielsweise eine Endposition der Betätigungsvorrichtung registriert werden, oder es können auch Zwischenpositionen zensiert werden, die dann bei Bedarf ein rechtzeitiges Abschalten des Heizelementes bewirken können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind.
Es zeigen im Einzelnen:
1: Seitenansicht einer Schaltvorrichtung mit Betätigungselement in einer ersten Wählhebelposition;
2: Schaltvorrichtung aus 1 in einer zweiten Wählhebelposition, die durch die Betätigungsvorrichtung angesteuert wurde.
Die 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Schaltvorrichtung 1 mit einem Wählhebel 2, der über ein Kugelgelenk 3 schwenkbar gelagert ist und in einer Rastierung 4 in vier verschiedenen Positionen eingerastet werden kann. Auf der rechten Seite ist die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung 5 gezeigt. Diese Betätigungsvorrichtung 5 weist eine Vorratskammer 8 mit zwei unterschiedlich großen Querschnitten auf, in der sich ein durch schräge Schraffur dargestelltes Thermowachs befindet. Dieses Thermowachs steht über eine kleine Öffnung, welche sich im Bereich des kleineren Querschnitts an der zeichnungsbezogen linken Seite der Vorratskammer 8 befindet, in Verbindung mit einer teleskopartig ausgebildeten Innenwand eines Stempels 6, wobei durch eine Ausdehnung des Thermowachses dieser Stempel 6 in Richtung des Wählhebels vorwärts getrieben wird. Vor dem Stempel 6 ist zusätzlich eine Feder 7 angeordnet, die bei einer Vorwärtsbewegung des Stempels 6 komprimiert wird und die beim Abkühlen des Thermowachses in der Kammer 8 den Stempel 6 wieder in seine Ausgangsposition zurücktreibt. Ergänzend ist in der im vorderen Bereich des Stempels 6 angebrachten Hülse 10 ein Sensor 11 angeordnet, der eine Annäherung des Stempels 6 an seine Endposition registriert und damit das Erreichen dieser Endposition an eine entsprechende Steuerung weitergeben kann.
In der darunter liegenden 2 ist die gleiche Schaltvorrichtung 1 – wie in 1 dargestellt – gezeigt, jedoch wurde in der gezeigten Position des Wählhebels 2 bereits die Betätigungsvorrichtung 5 aktiviert, so dass das im Vorratsbehälter 8 befindliche Thermowachs mit Hilfe einer elektrischen Heizung 9 erhitzt wurde und sich derart ausdehnte, dass der Stempel 6 nach vorwärts getrieben wurde und dabei der Wählhebel 2 in die linke Rastierung getrieben wurde. In dieser Position registriert der Sensor 11 die Endposition des Stempels 6 und kann eine entsprechende elektronische Rückmeldung an eine Steuereinheit weitergeben, so dass die elektrische Heizung 9 ausgeschaltet werden kann. Sobald das Thermowachs im Vorratsbehälter 8 abkühlt, treibt die in der 2 nicht mehr sichtbare Feder den Stempel 6 zurück in seine Ausgangsposition, so dass der Wählhebel wieder frei beweglich wird.
Die hier gezeigte Betätigungsvorrichtung mit Hilfe eines Thermoelementes stellt also eine sehr einfache Variante eines Betätigungselementes vor, welches kostengünstig produzierbar ist und auch nur geringen Verschleiß und Alterungsproblemen unterliegt.
Es wird darauf hingewiesen, dass im Rahmen der Erfindung auch eine mechanische Umkehr der beschriebenen Funktionen der einzelnen mechanischen Elemente liegt.

1: Schaltvorrichtung
2: Wählhebel
3: Kugelkopflagerung
4: Rastierung
5: Betätigungselement
6: Stempel
7: Federelement
8: Vorratsvolumen
9: Heizelement
10: Hülse
11: Sensor

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

- DE 4317464 C1 [0002]

Claims

Schaltvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeuges aufweisend einen Wählhebel (2) zur Signalisierung eines von einem Fahrer gewünschten Zustandes an ein mit der Schaltvorrichtung (1) verbundenes Getriebe durch Anwahl einer Wählhebelposition und mindestens ein Betätigungselement (5), vorzugsweise zur Synchronisation der Positionierung des Wählhebels (2) und eines Getriebestatus im Falle einer manuellen Wahl einer systemunverträglichen Wählhebelposition oder zur automatischen und/oder zwangsweisen Erzeugung eines vorbestimmten Schaltzustandes aufgrund eines Triggerereignisses, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Betätigungselement (2) ein temperaturgesteuertes Thermoelement (8) aufweist, welches durch Temperaturänderung die Kraft zur Änderung der Wählposition des Wählhebels (2) erzeugt.
Schaltvorrichtung gemäß dem voranstehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (5) ein Treibmittel (8) mit einem hohen Temperaturausdehnungskoeffizienten ist.
Schaltvorrichtung gemäß dem voranstehenden Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel (8) ein Thermowachs oder Thermoharz ist.
Schaltvorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Betätigungselement (5) mindestens ein Federelement (7) aufweist, welches beim Erkalten des Thermoelementes (8) dieses zurückstellt.
Schaltvorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Treibmittel (8) in einer elektrisch beheizbaren Vorratskammer (11) angeordnet ist, die mit einem Kolben (6) in Verbindung steht, wobei das Treibmittel bei einer Ausdehnung diesen Kolben (6) antreibt.
Schaltvorrichtung gemäß dem voranstehenden Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (6) direkt am Wählhebel (2) angreift.
Schaltvorrichtung gemäß dem voranstehenden Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (6) über einen Hebelarm am Wählhebel (2) angreift.
Schaltvorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens ein Sensor (11) zur Überwachung der Wirkung des Betätigungselementes (2) vorgesehen ist.
Schaltvorrichtung gemäß dem voranstehenden Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Positionssensor (11) ist.