DE102021103043A1

DE102021103043A1 - Gangschalteinrichtung, Schaltgetriebe mit einer Gangschalteinrichtung sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021103043A1
Application number: DE102021103043.9A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Hergeth
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-02-10
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2022-08-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gangschalteinrichtung (1) zum Einlegen von Gängen eines Schaltgetriebes (2) eines Kraftfahrzeugs (3), ein Schaltgetriebe (2) und ein Kraftfahrzeug (3). Die Gangschalteinrichtung (1) weist einen Schalthebel (6) und mehreren Schaltgassen (15) auf, in welchen der Schalthebel (6) führbar gelagert ist. Weiter weist die Gangschalteinrichtung (1) eine Sicherheitseinrichtung (9) auf, mittels derer ein Quellgang erfassbar ist und basierend auf dem Quellgang ein erlaubter Zielgang bestimmbar ist. Mittels einer in eine Sperrstellung verstellbaren Sperreinheit (10) der Gangschalteinrichtung (1), ist der Schalthebel (6) gegen ein Einrücken in eine einem anderen als dem erlaubten Zielgang zugeordnete der Schaltgassen (15) sperrbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gangschalteinrichtung, ein Schaltgetriebe mit einer Gangschalteinrichtung sowie ein Kraftfahrzeug.
Bei mechanischen, manuell schaltbaren Schaltgetrieben sind die jeweiligen Gänge des Schaltgetriebes durch einen Nutzer des Schaltgetriebes, insbesondere einen Fahrer eines mit dem Schaltgetriebe ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, wählbar bzw. einlegbar. Beim Einlegen bzw. Schalten der Gänge wird zwischen einem Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs und dem Schaltgetriebe eine Kupplungseinrichtung getrennt, der entsprechende Gang eingelegt und dann die Kupplungseinrichtung wieder geschlossen, sodass dann eine mechanische Verbindung zwischen dem Schaltgetriebe und dem Antriebsmotor hergestellt ist. Wird hierbei ein unzweckmäßiger Gang gewählt, eingelegt und eingekuppelt, kann ein unsicherer Betriebszustand des Schaltgetriebes und infolge dessen des Kraftfahrzeugs entstehen. Denn beispielsweise wird nach dem Einkuppeln des unzweckmäßigen bzw. falschen Gangs aufgrund der mechanischen Verbindung zwischen dem Schaltgetriebe und dem Antriebsmotor der Antriebsmotor in unerwünschter Weise aufgrund einer zu hohen Raddrehzahl von Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs unsachgemäß belastet oder überlastet, beispielsweise überdreht. Gleiches gilt für das Schaltgetriebe, das bei Einkuppeln des falschen Gangs bzw. nach dem Einkuppeln des falschen Gangs übermäßigen Belastungen unterworfen ist, was zum Beispiel zu einem Getriebeschaden führen kann.
Um diesen unsicheren Betriebszustand zu vermeiden, ist beispielsweise aus der DE 10 2008 038 716 A1 eine Gangerkennungseinrichtung bekannt, mittels derer für eine Kupplungsschutzfunktion ein jeweils eingelegter Gang erkennbar ist. Ferner offenbart die DE 10 2008 029 266 A1 ein Schaltdomgehäuse mit einem Verriegelungsmechanismus, mittels dessen ein Verschalten bei Betätigung einer Schaltvorrichtung verhinderbar ist. Jedoch sind diese herkömmlichen Lösungen besonders aufwendig und/oder für den Fahrer nicht oder zumindest nicht vollständig nachvollziehbar, sodass der Fahrer von seinen Fahraufgaben abgelenkt wird, was zu einer verringerten Verkehrssicherheit führen kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Einlegen eines unzweckmäßigen Gangs in eine Getriebeeinrichtung besonders effizient und dabei verkehrssicher zu verhindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gangschalteinrichtung sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes anzusehen und umgekehrt. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs anzusehen und umgekehrt. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
Eine erfindungsgemäße Gangschalteinrichtung ist zum Einlegen oder Schalten von Gängen (Fahrstufen) eines Schaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Personenkraftwagens, vorgesehen. Dabei ist das Schaltgetriebe insbesondere ein von einem hydraulischen Wandler und einer Doppelkupplung freies Getriebe, welches als „manuelles Getriebe“ oder „Handschaltgetriebe“ bezeichnet wird. Bei dem Schaltgetriebe handelt es sich weiter insbesondere um ein mechanisches Wechselgetriebe, das etwa als Stirnradgetriebe ausgebildet ist.
Die Gangschalteinrichtung weist weiter einen Schalthebel sowie mehrere Schaltgassen auf, wobei der Schalthebel in den Schaltgassen selektiv führbar gelagert ist. Das bedeutet, dass zum Schalten bzw. Einlegen der Gänge des Schaltgetriebes der Schalthebel selektiv in eine der Schaltgassen, die einem jeweiligen Gang des Schaltgetriebes zugeordnet sind, bewegbar ist. Dabei ist der Schalthebel mit dem Schaltgetriebe mechanisch verbindbar bzw. bei der mit der Gangschalteinrichtung ausgerüsteten Getriebeeinrichtung mechanisch mit dem Schaltgetriebe verbunden. Beispielsweise ist der Schalthebel über ein Schaltgestänge und/oder über einen Schaltseilzug mechanisch mit dem Schaltgetriebe verbunden/verbindbar, sodass mittels der Gangschalteinrichtung das Schaltgetriebe steuerbar ist bzw. mittels der Gangschalteinrichtung unterschiedliche Gänge des Schaltgetriebes einlegbar sind.
Die Schaltgassen sind insbesondere in Form einer Schaltkulisse angeordnet oder die Schaltkulisse ist durch die Schaltgassen gebildet. Hierbei weist die Schaltkulisse eine Mittengasse auf, von welcher (bevorzugt senkrecht) die einzelnen Schaltgassen abzweigen. Die Schaltgassen sind jeweils einem Gang des Schaltgetriebes zugeordnet. Das bedeutet, dass der Schalthebel in die entsprechende Schaltgasse zu bewegen ist, um das Schaltgetriebe in den zugeordneten der Gänge zu schalten bzw. um den entsprechenden Gang einzulegen. Ist also der Schalthebel an einem jeweiligen distalen, das heißt von der Mittengasse entfernten Ende der jeweiligen Schaltgasse angeordnet, ist der der Schaltgasse zugeordnete der Gänge des Schaltgetriebes eingelegt.
Die Gangschalteinrichtung weist weiter eine Sicherheitseinrichtung auf. Mittels der Sicherheitseinrichtung ist ein Quellgang (das heißt, ein aktuell eingelegter und eingekuppelter Gang des Schaltgetriebes) erfassbar und basierend auf dem Quellgang wenigstens ein technisch erlaubter, wählbarer Zielgang bestimmbar. Mittels der Sicherheitseinrichtung wird also in einem Betrieb der Gangschalteinrichtung der eine technisch erlaubte Zielgang bestimmt oder identifiziert, der in Anbetracht des aktuell eingelegten und eingekuppelten Quellgangs zweckmäßig ist. Dementsprechend wird mittels der Sicherheitseinrichtung im Betrieb der Gangschalteinrichtung zu dem wenigstens ein anderer der Gänge als sogenannter Falschzielgang bestimmt/identifiziert, der in Anbetracht des aktuell eingelegten und eingekuppelten Quellgangs unzweckmäßig ist. Das bedeutet, bei dem Falschzielgang handelt es sich um einen technisch verbotenen Zielgang.
Der technisch erlaubte Zielgang ist als zweckmäßig eingestuft, da beim Schalten in den erlaubten Zielgang bzw. beim Einlegen und Einkuppeln des erlaubten Zielgangs ein sicherer Betriebszustand des Schaltgetriebes, und infolgedessen eines mit dem Schaltgetriebe ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, aufrechterhalten oder (wieder) hergestellt wird. Dahingegen ist der technisch verbotene Zielgang, also der Falschzielgang, als unzweckmäßig eingestuft, da beim Schalten in den verbotenen Zielgang bzw. beim Einlegen und Einkuppeln des Falschzielgangs der sichere Betriebszustand des Schaltgetriebes, und infolgedessen des mit dem Schaltgetriebe ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, nicht aufrechterhalten bliebe oder verlorenginge.
Zum Erfassen des Quellgangs weist die Sicherheitseinrichtung zum Beispiel eine Quellgangsensorik auf, mittels derer der aktuell eingekuppelte Quellgang erfassbar ist. Wenn hierin davon die Rede ist, dass eine Sensorik eine Größe und/oder einen Zustand etc. erfasst, ist dies so zu verstehen, dass mittels der entsprechenden Sensorik jeweilige, die Größe und/oder den Zustand charakterisierende Sensordaten bereitgestellt werden.
Zudem weist die Gangschalteinrichtung eine Sperreinheit auf, die in eine Sperrstellung verstellbar ist. Mittels der Sperreinheit ist in der Sperrstellung der Schalthebel (direkt oder indirekt) gegen ein Einrücken in eine einem anderen als dem erlaubten Zielgang zugeordnete Schaltgasse, zum Beispiel in die dem Falschzielgang zugeordnete Schaltgasse, gesperrt. Die Sperreinheit ist insbesondere zwischen der Sperrstellung und einer Freigabestellung verstellbar, wobei in der Freigabestellung der Schalthebel für das Einrücken in die entsprechende Schaltgasse, insbesondere selektiv in alle der Schaltgassen, freigegeben ist.
Mittels der Sicherheitseinrichtung ist somit ein unerwünschtes Verschalten in einen unzweckmäßigen Gang des Schaltgetriebes verhindert, indem dem Nutzer der Gangschalteinrichtung, insbesondere einem Fahrer des mit der Gangschalteinrichtung ausgerüsteten Personenkraftwagens, die Möglichkeit verwehrt ist, den Schalthebel in eine andere als dem erlaubten Zielgang zugeordnete der Schaltgassen zu bewegen. So wird der Fahrer auch nicht in unnötiger Weise von seinen Fahraufgaben abgelenkt, wodurch die Gangschalteinrichtung zu einer besonders vorteilhaften Verkehrssicherheit beiträgt.
Des Weiteren kann bei der Gangschalteinrichtung vorgesehen sein, dass mittels der Sicherheitseinrichtung wenigstens ein weiterer erlaubter Zielgang, insbesondere eine Vielzahl erlaubter, wählbarer Zielgänge, basierend auf dem Quellgang bestimmbar ist. Weiter ist denkbar, dass mittels der Sicherheitseinrichtung wenigstens ein weiterer Falschzielgang, insbesondere eine Vielzahl von Falschzielgängen, bestimmt/identifiziert wird.
Beispielsweise ist mittels der Sicherheitseinrichtung überwachbar, in welcher der Schaltgassen der Nutzer den Schalthebel bewegt und/oder in welche der Schaltgassen der Nutzer den Schalthebel hineinbewegt bzw. in Begriff ist hineinzubewegen. Hierzu weist die Sicherheitseinrichtung zum Beispiel eine Schaltkulissensensorik auf, die insbesondere einen Bewegungssensor zum sensorischen Erfassen des Bewegens des Schalthebels in der entsprechenden Schaltgasse und/oder in der Mittengasse aufweist. Zudem weist die Schaltkulissensensorik insbesondere einen Anschlagsensor auf, der an dem distalen Ende der entsprechenden Schaltgasse angebracht ist, um ein Anordnen des Schalthebels an dem entsprechenden Ende zu erfassen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Gangschalteinrichtung ist mittels der Sicherheitseinrichtung wenigstens eine Fahrzustandsgröße des Kraftfahrzeugs erfassbar, wobei der wenigstens eine erlaubte Zielgang basierend auf der Fahrzustandsgröße bzw. auf den Fahrzustandsgrößen bestimmbar ist. Mit anderen Worten ist dann der erlaubte Zielgang anhand des Quellgangs und/oder anhand der Fahrzustandsgröße erfassbar bzw. bestimmbar oder identifizierbar. Hierzu weist die Sicherheitseinrichtung zum Beispiel eine Fahrzustandssensorik auf. Demnach ist mittels der Gangschalteinrichtung, insbesondere Sicherheitseinrichtung, der technisch erlaubte Zielgang besonders zuverlässig bestimmbar, indem extern der Gangschalteinrichtung vorliegende Zustandsgrößen des Kraftfahrzeugs in Betracht gezogen werden.
Insbesondere weist die Fahrzustandsgröße, welche mittels der Sicherheitseinrichtung erfassbar ist, eine oder mehr der folgenden Zustandsgrößen auf: Drehzahl einer Kurbelwelle eines Traktionsmotors des Kraftfahrzeugs; Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs; Drehzahl wenigstens eines Rads des Kraftfahrzeugs. Die Fahrzustandssensorik weist hierfür etwa einen Kurbelwellen-Drehzahl-Sensor, einen Fahrgeschwindigkeitssensor, einen Rad-Drehzahl-Sensor etc. auf.
Da moderne Kraftfahrzeuge überwiegend ohnehin mit einer eine Vielzahl von Sensoren aufweisenden Fahrzeugsensorik ausgerüstet sind, ist es besonders bevorzugt, wenn die Sicherheitseinrichtung der Gangschalteinrichtung mit der Fahrzeugsensorik koppelbar ist. Dann werden bei dem mit der Gangschalteinrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeug die Sensoren der Fahrzeugsensorik in vorteilhafter Weise mehrfach genutzt und auf eine von der Fahrzeugsensorik separat ausgebildete Fahrzustandssensorik kann verzichtet werden. Insoweit umfasst die Gangschalteinrichtung, insbesondere deren Sicherheitseinrichtung, die Sensoren der Fahrzeugsensorik als die Fahrzustandssensorik, wenn die Gangschalteinrichtung bestimmungsgemäß in das Kraftfahrzeug eingebaut ist. Dies führt zu einer besonders teilearm und/oder leicht ausgebildeten Gangschalteinrichtung, wodurch das mit der Gangschalteinrichtung ausgerüstete Kraftfahrzeug besonders kraftstoff- bzw. energieeffizient und/oder emissionsarm betreibbar ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Gangschalteinrichtung weist die Sperreinheit einen Schalthebelsperrkörper auf, durch welchen in der Sperrstellung direkt an wenigstens der dem anderen als dem Zielgang zugeordneten Schaltgasse ein mechanischer Sperranschlag für den Schalthebel gebildet ist. So ist der Schalthebel direkt gegen das Einrücken in die dem Falschgang zugeordnete Schaltgasse sperrbar und in der Sperrstellung der Sperreinheit gesperrt. Die Gangschalteinrichtung ist so mit einem herkömmlich ausgebildeten Schaltgetriebe verwendbar, welches selbst keine dedizierten Mittel aufweist, um ein Verschalten zu verhindern, bzw. zu unterbinden.
Einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Gangschalteinrichtung zufolge weist die Sperreinheit einen Gestängesperrkörper auf, durch welchen in der Sperrstellung direkt am Schaltgestänge ein mechanischer Sperranschlag gebildet ist. So ist der Schalthebel indirekt gegen das Einrücken in die dem Falschzielgang zugeordnete Schaltgasse sperrbar und in der Sperrstellung gesperrt. Denn mittels der Sperreinheit ist das Schaltgestänge gegen ein Verstellen in eine mit dem Falschzielgang korrespondierende Gestängestellung sperrbar, wodurch gleichzeitig verhindert ist, dass der Schalthebel in die dem Falschzielgang zugeordnete Schaltgasse bewegt wird. Folglich ist die Sperreinheit zumindest teilweise, insbesondere größtenteils, im Bereich des Schaltgestänges angeordnet, sodass die Schaltkulisse in vorteilhafter Weise besonders kompakt bzw. bauraumeffizient ausgebildet werden kann.
Die Sperreinheit weist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Gangschalteinrichtung ein Knickelement auf, das mittels eines Knickmoments zerstörungsfrei reversibel knickbar ist. Hierbei ist das Knickmoment größer als ein Betätigungsmoment zum Bestätigen des Schalthebels. Daraus folgt, dass der Schalthebel unter einem Knicken des Knickelements zumindest teilweise über die in der Sperrstellung angeordnete Sperreinheit hinausbewegbar ist.
Das Knickelement ist insbesondere am Schaltgestänge ausgebildet, wodurch der Schalthebel über die in der Sperrstellung angeordnete Sperreinheit hinausbewegbar ist, indem das Schaltgestänge durch ein Knicken des Knickelements bestimmungsgemäß knickbar ist. Beispielsweise können sowohl der Schalthebel als auch eine Stange des Schaltgestänges jeweils starr ausgebildet sein, wobei dann durch das Knickelement ein Verbindungsgelenk gebildet ist, mittels dessen der starre Schalthebel und die Stange miteinander gelenkig verbunden sind.
Des Weiteren kann das Knickelement oder ein weiteres Knickelement an einem Stabanteil des Schalthebels ausgebildet sein, wodurch der Schalthebel über die in der Sperrstellung angeordnete Sperreinheit hinaus bewegbar ist, indem der Stabanteil durch ein Knicken des Knickelements bzw. des weiteren Knickelements bestimmungsgemäß knickbar ist. Der Schalthebel weist zum Beispiel einen unteren Stabanteil und einen oberen Stabanteil auf, die mittels des Knickelements aneinander befestigt sind. Indem die Stabanteile mittels des Knickelements bestimmungsgemäß knickbar sind, ist der Schalthebel teilweise, beispielsweise lediglich der obere Stabanteil, über die in der Sperrstellung angeordnete Sperreinheit hinausbewegbar.
Das Knickelement trägt in vorteilhafter Weise zu einer besonders hohen Verkehrssicherheit bei, da der Nutzer der Gangschalteinrichtung nicht durch die in die Sperrstellung verstellte Sperreinheit irritiert wird. Denn der Schalthebel lässt sich - wie es der Nutzer gewohnt ist - so bewegen als würde der Nutzer den Schalthebel fehlerfrei bedienen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Schaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, wobei das Schaltgetriebe eine gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildete Gangschalteinrichtung aufweist.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einem gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Schaltgetriebe, welches die Gangschalteinrichtung aufweist.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in

1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs, das ein Schaltgetriebe mit einer Gangschalteinrichtung aufweist;
2 eine schematische Ansicht der Gangschalteinrichtung; und
3 eine schematische Ansicht eines Schalthebels, der ein Knickelement aufweist.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden werden eine Gangschalteinrichtung 1, ein mit einer solchen Gangschalteinrichtung 1 ausgerüstetes Schaltgetriebe 2 sowie mit dem Schaltgetriebe 2 ausgerüstetes Kraftfahrzeug 3 gemeinsam beschrieben. Hierzu zeigt 1 in einer schematischen Ansicht das Kraftfahrzeug 3, welches das Schaltgetriebe 2 mit der Gangschalteinrichtung 1 aufweist. Das Kraftfahrzeug 3, das insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgebildet ist, weist einen Traktionsmotor 4 auf, welcher im vorliegenden Beispiel als eine Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Demzufolge weist der Traktionsmotor 4 eine Kurbelwelle 5 auf, an welche an einer Abtriebsseite des Traktionsmotors 4 das Schaltgetriebe 2 angeschlossen ist. Ist der Traktionsmotor 4 als eine elektrische Maschine, also als Elektromotor ausgebildet, weist der Traktionsmotor 4 anstatt der Kurbelwelle 5 eine Rotorwelle auf, welche - wie auch die zu der Kurbelwelle 5 - an einer Abtriebsseite des Traktionsmotors 4 zum mechanischen Koppeln mit dem Schaltgetriebe 2 ausgebildet ist.
Bei dem Schaltgetriebe 2 handelt es sich im vorliegenden Beispiel um ein sogenanntes Handschaltgetriebe, bei welchem es sich um ein mechanisches Wechselgetriebe, insbesondere Stirnradgetriebe, handelt. Das Schaltgetriebe 2 ist frei von einem hydraulischen Wandler und frei von einer Doppelkupplungseinrichtung. Demnach ist zum Einlegen oder Schalten von Gängen bzw. Fahrstufen des Schaltgetriebes 2 ein mechanischer Schalthebei 6 vorgesehen, welcher mit einem Getrieberadsatz (nicht dargestellt) des Schaltgetriebes 2 mechanisch verbunden ist und in einen Innenraum 7, beispielsweise Fahrgastraum, des Kraftfahrzeugs 3 hineinragt. Der Schalthebel 6 ist Teil der Gangschalteinrichtung 1, und die Gangschalteinrichtung 1 weist weiter eine Schaltkulisse 8 auf, in welcher der mechanische Schalthebel 6 führbar gelagert ist.
Die Gangschalteinrichtung 1 weist weiter eine Sicherheitseinrichtung 9 sowie eine Sperreinheit 10 auf, welche im Folgenden noch detaillierter beschrieben werden.
Ein mittels des Traktionsmotors 4 an dessen Kurbelwelle 5 bereitgestelltes Drehmoment ist bekanntermaßen mittels des Schaltgetriebes 2 untersetzbar und/oder übersetzbar und wird - etwa mittels eines Achsgetriebes 11 oder mehrerer Achsgetriebe 11 des Kraftfahrzeugs 3 - an Räder 12 des Kraftfahrzeugs 3 übertragen. Hierzu sind eine Getriebeausgangsseite des Schaltgetriebes 2 und eine Getriebeeingangsseite des jeweiligen Achsgetriebes 11 zur Drehmomentübertragung, beispielsweise mittels einer Kardanwelle 13, aneinander angeschlossen. Insoweit ist das Kraftfahrzeug 3 mittels des Traktionsmotors 4 über das Schaltgetriebe 2 und über das/die Achsgetriebe 11 antreibbar bzw. fortbewegbar. Hierbei ist eine Kupplungseinrichtung 14, die zwischen der Kurbelwelle 5 bzw. Rotorwelle und der Getriebeeingangsseite des Schaltgetriebes 2 angeordnet ist, geschlossen, wodurch die Kurbelwelle 5 des Traktionsmotors 4 und eine Getriebeeingangswelle (nicht dargestellt) des Schaltgetriebes 2 drehfest miteinander verbunden sind. Bei der Kupplungseinrichtung 14 handelt es sich insbesondere um eine Reibscheibenkupplung. Ist die Kupplungseinrichtung 14 also geschlossen, das heißt sind die Kurbelwelle 5 und die Getriebeeingangswelle des Schaltgetriebes 2 drehfest miteinander verbunden, sind letztendlich die Kurbelwelle 5 und Getriebeausgangswellen des Achsgetriebes 11 zur Drehmomentübertragung drehfest miteinander verbunden.
Demnach ist die Getriebeeingangswelle des Schaltgetriebes 2 - sofern ein Gang des Schaltgetriebes eingelegt ist - durch die sich drehenden Räder 12 des Kraftfahrzeugs 3 antreibbar, sodass - sofern ein Gang des Schaltgetriebes 2 eingelegt ist und die Kupplungseinrichtung 14 geschlossen ist - bei sich drehenden Rädern 12 die Kurbelwelle 5 des Traktionsmotors 4 antreibbar ist. Dies ist in einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 3 zum Beispiel problematisch, wenn ein solcher Gang des Schaltgetriebes 2 eingelegt und eingekuppelt ist, aufgrund dessen die Kurbelwelle 5 eine übermäßig hohe Kurbelwellen-drehzahl einnehmen würde, was zu einem Überdrehen des Traktionsmotors 4 führen würde. Ein typisches Beispiel hierfür ist, wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs 3 im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 3 von einem Quellgang in einen niedrigeren Gang schalten möchte und hierbei versehentlich den nächstniedrigen Gang überspringt und dann diesen unzweckmäßigen, zu niedrigen Gang einkuppelt. Des Weiteren besteht die Gefahr eines solchen Überdrehens des Traktionsmotors 4, wenn der Fahrer des Kraftfahrzeugs 3 im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 3 vom Quellgang in den nächsthöheren Gang hochschalten möchte, dabei aber versehentlich in den nächstniedrigeren Gang schaltet und einkuppelt. In beiden Fällen wird die Kurbelwelle 5 durch eine Bewegungsenergie, die das Kraftfahrzeug 3 bereits innehat, angetrieben und in nachteiliger Weise geschwindigkeitszunehmend beschleunigt, sodass der Traktionsmotor 4 in nachteiliger Weise überdreht wird, was zu einer übermäßigen Belastung des Traktionsmotors 4 und weiter zu einem Motorschaden führen kann. Des Weiteren wird bei einem solchen Verschalten das Schaltgetriebe 2, insbesondere dessen Getrieberadsatz, übermäßig belastet, wodurch ein Getriebeschaden entstehen kann.
Um ein solches unbeabsichtigtes - oder gegebenenfalls sogar missbräuchliches - Verschalten zu vermeiden, ist mittels der Sicherheitseinrichtung 9 der Quellgang erfassbar und basierend auf dem Quellgang wenigstens ein technisch erlaubter, wählbarer bzw. zweckmäßiger Zielgang bestimmbar. Bei dem Quellgang handelt es sich im folgenden Beispiel um einen der Gänge des Schaltgetriebes 2, welcher aktuell eingelegt und eingekuppelt ist. Um nun zu vermeiden, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs 3, ausgehend von dem Quellgang, in einen anderen als den erlaubten Zielgang, das heißt in einen Falschzielgang, schaltet, ist die Sperreinheit 10 in eine Sperrstellung verstellbar, in welcher der Schalthebel 6 direkt oder indirekt gegen ein Einrücken in eine von Schaltgassen 15 gesperrt ist, und zwar gegen ein Einrücken in die der Schaltgassen 15, die einem anderen als dem erlaubten Zielgang, das heißt beispielsweise dem Falschzielgang, zugeordnet ist.
Die Schaltgassen 15 sind Teil der Schaltkulisse 8 bzw. die Schaltkulisse 8 ist zumindest teilweise durch die Schaltgassen 15 gebildet. Eine lichte Breite der jeweiligen Schaltgasse 15 und ein Durchmesser des Schalthebels 6, insbesondere eines Stabanteils 16 des Schalthebels 6, korrespondieren miteinander, derart, dass der Schalthebel 6 über seinen Stabanteil 16 in den Schaltgassen 15 bzw. durch die Schaltgassen 15 führbar gelagert ist. Die Schaltgassen 15 zweigen von einer Mittengasse 17 der Schaltkulisse 8 ab. Vorliegend weist die Gangschalteinrichtung 1, insbesondere die Schaltkulisse 8, sieben Schaltgassen 15 auf, eine für eine Rückwärtsfahrstufe sowie sechs weitere für sechs Vorwärtsfahrstufen. Es ist jedoch zu verstehen, dass sowohl die positionelle Anordnung der Schaltgassen 15 als auch eine jeweilige Anzahl der Vorwärtsfahrstufen und der Rückwärtsfahrstufe - und demnach die Anzahl und die positionelle Anordnung der Schaltgassen 15 - lediglich beispielhaft sind.
2 zeigt in schematischer Ansicht die Gangschalteinrichtung 1. Die Sicherheitseinrichtung 9 weist im vorliegenden Beispiel eine Schaltkulissensensorik 18, die zum Erfassen des aktuell eingelegten und insbesondere eingekuppelten Gangs - also zum Erfassen des Quellgangs - ausgebildet ist. Des Weiteren weist die Gangschalteinrichtung 1, insbesondere die Sicherheitseinrichtung 9, eine Fahrzustandssensorik 19 auf, um wenigstens eine Fahrzustandsgröße des Kraftfahrzeugs 3 zu erfassen.
Die Sperreinheit 10 ist zwischen einer Sperrstellung und einer Freigabestellung verstellbar. In der Sperrstellung ist der Schalthebel 6, insbesondere dessen Stabanteil 16, gegen das Einrücken in wenigstens eine der Schaltgassen 15, insbesondere gegen das Einrücken in die dem Falschzielgang zugeordnete der Schaltgassen 15, gesperrt. Dahingegen ist der Schalthebel 6 bzw. dessen Stabanteil 16 für das Einrücken in die entsprechende Schaltgasse 15, insbesondere für ein selektives Einrücken in alle der Schaltgassen 15, freigegeben. Hierzu weist die Sperreinheit 10 beispielsweise wenigstens einen Schalthebelsperrkörper 20 auf. In 2 ist zu erkennen, dass die Sperreinheit 10 im vorliegenden Beispiel drei Schalthebelsperrkörper 20 aufweist. Hierbei sind die Schalthebelsperrkörper 20 selektiv zwischen der Freigabestellung und der Sperrstellung verstellbar. In der Sperrstellung bildet der jeweilige Schalthebelsperrkörper 20 einen mechanischen Sperranschlag für den Schalthebel 6, insbesondere für dessen Stabanteil 16. Somit ist ein Anteil der Mittengasse 17 aufgrund des in die Sperrstellung verstellen Schalthebelsperrkörpers 20 gegen das Einrücken des Schalthebels 6 gesperrt.
Die Gangschalteinrichtung 1 weist weiter ein Schaltgestänge 21 mit wenigstens einer Schaltstange 22 auf. Hierbei ist die Schaltstange 22 des Schaltgestänges 21 mit dem Schalthebel 6 und mit dem Schaltgetriebe 2 verbunden, sodass das Schaltgetriebe 2 mittels des Schalthebels 6 und über die Schaltstange 22 bedienbar ist. Dabei weist die Sperreinheit wenigstens einen Gestängesperrkörper 23, vorliegend zwei Gestängesperrkörper 23, auf, wobei durch den jeweiligen Gestängesperrkörper 23 in der Sperrstellung der Sperreinheit 10 direkt an dem Schaltgestänge 21 der Gangschalteinrichtung 1 ein mechanischer Sperranschlag für das Schaltgestänge 21, insbesondere für die wenigstens eine Schaltstange 22, gebildet ist.
Mittels der Sicherheitseinrichtung 9, insbesondere mittels deren Schaltkulissensensorik 18, ist der Quellgang erfassbar, wobei es sich bei dem Quellgang um den aktuell eingelegten und eingekuppelten Gang des Schaltgetriebes 2 handelt. Im vorliegenden Beispiel ist der Quellgang - lediglich beispielhaft - als der fünfte Gang dargestellt, was daran zu erkennen ist, dass der Schalthebel 6 an einem in Bezug zu der Mittengasse 17 distalen Ende der dem fünften Gang zugeordneten Schaltgasse 15 angeordnet ist. Im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 3 werden nun mittels der Sicherheitseinrichtung 9, die beispielsweise hierfür eine (elektronische) Steuereinheit aufweist, zumindest der Rückwärtsgang, der erste Gang und der zweite Gang als ein jeweiliger, unzweckmäßiger Zielgang, das heißt also als ein Falschzielgang, eingestuft. Insbesondere ist es denkbar, dass darüber hinaus der dritte Gang ebenfalls als ein Falschzielgang eingestuft wird. Denn aus dem Umstand, dass der fünfte Gang des Schaltgetriebes 2 eingelegt und eingekuppelt ist, ergeben sich lediglich der vierte Gang und der sechste Gang als zweckmäßig erscheinende, das heißt technisch erlaubte, Zielgänge. Denn würde der Fahrer des Kraftfahrzeugs 3 aus dem fünften Gang direkt in den zweiten Gang schalten und dabei den vierten (und den dritten) Gang überspringen, bestünde die Gefahr, dass der Traktionsmotor 4 des Kraftfahrzeugs 3 überdreht wird, und/oder dass das Schaltgetriebe 2 einer übermäßigen Belastung unterworfen wird, sodass es zu einem Motor- und/oder Getriebeschaden kommen könnte. Die den unzweckmäßigen Zielgängen (dem Rückwärtsgang, dem ersten Gang, dem zweiten Gang und/oder dem dritten Gang) zugeordneten Schaltgassen 15 und/oder der den Falschzielgängen zugeordneter Anteil der Mittengasse 17 sind mittels der Sperreinheit 10 gegen ein Einrücken des Schalthebels 6 gesperrt, beispielsweise indem wenigstens eine entsprechende der Schalthebelsperrkörper 20 in die Sperrstellung verstellt ist/sind.
In 2 ist zu erkennen, dass mittels der selektiv zwischen der Freigabestelllung und der Sperrstellung verstellbaren Schalthebelsperrkörper 20 der mit den Falschzielgängen zusammenhängender Anteil der Mittengasse 17 sperrbar ist. Im vorliegenden Beispiel ist der Anteil der Mittengasse 17 aufgrund des in die Sperrstellung verstellten Schalthebelsperrkörpers 20 gesperrt, in welchen der Fahrer des Kraftfahrzeugs 3 bzw. der Nutzer der Gangschalteinrichtung 1 den Schalthebel 6 führen müsste, um in den Rückwärtsgang, den ersten Gang, den zweiten Gang und/oder in den dritten Gang zu gelangen. Alternativ oder zusätzlich (jedoch nicht dargestellt) ist es denkbar, dass die Sperreinheit 10 weitere Schalthebelsperrkörper 20 aufweist, mittels derer das jeweilige distale Ende der Schaltgassen 15 sperrbar ist, die von der Sicherheitseinrichtung 9, insbesondere Steuereinheit, als unzweckmäßig und infolge dessen als Falschzielgang eingestuft wurden.
Der wenigstens eine erlaubte Zielgang bzw. die erlaubten Zielgänge sind des Weiteren basierend auf der Fahrzustandsgröße bestimmbar, die mittels der Fahrzustandssensorik 19 der Sicherheitseinrichtung 9 erfassbar bzw. detektierbar sind. Die Fahrzustandssensorik 19 weist im vorliegenden Beispiel einen Kurbelwellen-Drehzahl-Sensor, einen Fahrgeschwindigkeitssensor und/oder einen Rad-Drehzahl-Sensor auf. Das bedeutet, dass zum Bestimmen des erlaubten Zielgangs bzw. der erlaubten Zielgänge eine aktuelle Kurbelwellendrehzahl, eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit und/oder eine aktuelle Raddrehzahl des Kraftfahrzeugs 3 (mit) in Betracht gezogen werden/wird.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Gangschalteinrichtung 1 bzw. des Kraftfahrzeugs 3, das das Schaltgetriebe 2 mit der Gangschalteinrichtung 1 aufweist, ist vorgesehen, dass die Fahrzustandssensorik 19 zumindest teilweise aus einer Kraftfahrzeugsensorik 24 gebildet ist. Beispielsweise ist die Gangschalteinrichtung 1 mit der Kraftfahrzeugsensorik 24 (zum Übertragen von Sensordaten) koppelbar oder gekoppelt. Insoweit weist dann die Gangschalteinrichtung 1 die Kraftfahrzeugsensorik 24 zumindest teilweise auf.
Vorliegend weist die Gangschalteinrichtung 1 ein erstes Knickelement 25 und ein zweites Knickelement 26 (siehe 3) auf. Das jeweilige Knickelement 25, 26 ist dabei zum Beispiel Teil der Sperreinheit 10. Das jeweilige Knickelement 25, 26 ist mittels eines Knickmoments zerstörungsfrei reversibel knickbar, wobei dieses Knickmoment größer als ein Betätigungsmoment zum Betätigen oder Bewegen des Schalthebels 6 ist. Das Knickmoment entsteht im Betrieb der Gangschalteinrichtung 1 bzw. im Betrieb des mit der Gangschalteinrichtung 1 ausgerüsteten Kraftfahrzeugs 3 beispielsweise dadurch, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs 3 bzw. der Nutzer der Gangschalteinrichtung 1 den Schalthebel 6 durch die Schaltgassen 15 hindurchbewegt, und ein weiteres Bewegen des Schalthebels 6 beispielsweise in den mittels der Sperreinheit 10 gesperrten Anteil der Schaltkulisse 8, aufgrund eines der Sperrkörper 20 und/oder 23 gesperrt ist. Drückt der Fahrer nun weiter den Schalthebel 6 in die gewünschte Richtung, das heißt in Richtung hin zu dem gesperrten Anteil der Schaltkulisse 8, erzeugt der Nutzer eine die Betätigungskraft überschreitende Kraft, wodurch das Knickmoment entsteht und das Knickelement 25, 26 knickt. Somit ist der Schalthebel 6 unter dem Knicken des Knickelements 25, 26 zumindest teilweise über die in der Sperrstellung angeordnete Sperreinheit 10 hinausbewegbar.
In 2 ist zu erkennen, dass das erste Knickelement 25 am Schaltgestänge 21 ausgebildet ist, wodurch der Schalthebel 6 über die in der Sperrstellung angeordnete Sperreinheit 10 hinaus bewegbar ist, indem das Schaltgestänge 21 durch das Knicken des ersten Knickelements 25 bestimmungsgemäß knickbar ist.
3 zeigt eine schematische Ansicht des Schalthebels 6, der das zweite Knickelement 26 aufweist. Es ist zu erkennen, dass der Schalthebel 6 den Stabanteil 16 aufweist, der vorliegend durch einen oberen Stabanteil 27, einen unteren Stabanteil 28 und das zweite Knickelement 26 gebildet ist, wobei der obere Stabanteil 27 und der untere Stabanteil 28 mittels des zweiten Knickelements 26 miteinander verbunden sind. Indem also im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 3 der Schalthebel 6 in Richtung hin zu dem gesperrten Anteil der Schaltkulisse 8 und darüber hinaus gedrückt wird, beispielsweise indem der Nutzer den Schalthebel 6 an einem Knaufanteil 29 des Schalthebels 6 weiterdrückt, knickt der obere Stabanteil 27 in Bezug zu dem unteren Stabanteil 28 über das zweite Knickelement 26. In 3 ist des Weiteren dargestellt, dass das zweite Knickelement 26 entlang des Stabanteils 16 des Schalthebels 6 oberhalb der Schaltkulisse 8 (zweites Knickelement 26), in der Schaltkulisse 8 (zweites Knickelement 26a) und/oder unterhalb der Schaltkulisse 8 (zweites Knickelement 26b) angeordnet sein kann.
Insgesamt zeigt die Erfindung, wie mittels der Gangschalteinrichtung 1 das als Handschaltgetriebe ausgebildete Schaltgetriebe 2 wirksam vor einer Fehlbedienung des Nutzers geschützt ist. Hierbei werden insbesondere extern des Schaltgetriebes 2 bzw. extern der Gangschalteinrichtung 1 vorliegende Gegebenheiten, insbesondere die Fahrzustandsgrößen, durch welche ein aktueller Fahrzustand des Kraftfahrzeugs 3 charakterisiert ist, herangezogen. Denn es ist beispielsweise denkbar, dass technisch betrachtet der Bedarf besteht, aus dem aktuell eingelegten und eingekuppelten Quellgang in einen anderen als den nächstniedrigeren oder nächsthöheren Gang zu schalten, beispielsweise wenn in dem aktuellen Quellgang mit dem Kraftfahrzeug 3 eine Steigung zu überwinden ist. Fährt also der Fahrer des Kraftfahrzeugs 3 beispielsweise im fünften Gang an die Steigung heran und auf die Steigung auf, kann ein Zurückschalten in den vierten Gang gegebenenfalls nicht ausreichend sein, um ausreichend Drehmoment an die Räder 12 des Kraftfahrzeugs 3 zu leiten, um die Steigung bestimmungsgemäß zu überwinden. In diesem Fall ist dann der vierte Gang beispielsweise ein Falschzielgang, wohingegen der dritte Gang der technisch erlaubte Zielgang ist.
Wenn hierin Fahrstufen bzw. Gänge explizit angesprochen werden („erster Gang“, „zweiter Gang“ usw., „Rückwärtsgang“ etc.), dann ist dies als lediglich beispielhaft zu verstehen. Insbesondere kann es sich bei dem Quellgang, welcher vorliegend am Beispiel des fünften Gangs erklärt ist, alternativ um den Rückwärtsgang, den ersten Gang, den zweiten Gang, den dritten Gang, den vierten Gang, den sechsten Gang etc. handeln.
Bezugszeichenliste

1: Gangschalteinrichtung
2: Schaltgetriebe
3: Kraftfahrzeug
4: Traktionsmotor
5: Kurbelwelle
6: Schalthebel
7: Innenraum
8: Schaltkulisse
9: Sicherheitseinrichtung
10: Sperreinheit
11: Achsgetriebe
12: Rad
13: Kardanwelle
14: Kupplungseinrichtung
15: Schaltgasse
16: Stabanteil
17: Mittengasse
18: Schaltkulissensensorik
19: Fahrzustandssensorik
20: Schalthebelsperrkörper
21: Schaltgestänge
22: Schaltstange
23: Gestängesperrkörper
24: Kraftfahrzeugsensorik
25: Knickelement
26: Knickelement
26a: Knickelement
26b: Knickelement
27: oberer Stabanteil
28: unterer Stabanteil
29: Knaufanteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008038716 A1 [0003]
DE 102008029266 A1 [0003]

Claims

Gangschalteinrichtung (1) zum Einlegen von Gängen eines Schaltgetriebes (2) eines Kraftfahrzeugs (3), mit einem Schalthebel (6) und mehreren Schaltgassen (15), in welchen der Schalthebel (6) führbar gelagert ist, sowie mit einer Sicherheitseinrichtung (9), mittels derer ein Quellgang erfassbar ist und basierend auf dem Quellgang ein erlaubter Zielgang bestimmbar ist, und mit einer in eine Sperrstellung verstellbaren Sperreinheit (10), mittels derer in der Sperrstellung der Schalthebel (6) gegen ein Einrücken in eine einem anderen als dem erlaubten Zielgang zugeordnete der Schaltgassen (15) gesperrt ist.
Gangschalteinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Sicherheitseinrichtung (9) eine Fahrzustandsgröße des Kraftfahrzeugs (3) erfassbar ist, und der erlaubte Zielgang basierend auf der Fahrzustandsgröße bestimmbar ist.
Gangschalteinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzustandsgröße eine oder mehr der folgenden Zustandsgrößen umfasst: - Drehzahl einer Kurbelwelle eines Traktionsmotors (4) des Kraftfahrzeugs (3), - Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (3), - Drehzahl eines Rads (12) des Kraftfahrzeugs (3).
Gangschalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinheit (10) einen Schalthebelsperrkörper (20) aufweist, durch welchen in der Sperrstellung direkt an der dem anderen als dem Zielgang zugeordneten Schaltgasse (15) ein mechanischer Sperranschlag für den Schalthebel (6) gebildet ist.
Gangschalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinheit (10) einen Gestängesperrkörper (23) aufweist, durch welchen in der Sperrstellung direkt an einem Schaltgestänge (21) der Gangschalteinrichtung (1) ein mechanischer Sperranschlag gebildet ist.
Gangschalteinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinheit (10) ein Knickelement (25; 26, 26a, 26b) aufweist, das mittels eines Knickmoments zerstörungsfrei reversibel knickbar ist, wobei das Knickmoment größer als ein Betätigungsmoment zum Betätigen des Schalthebels (6) ist, wodurch der Schalthebel (6) unter einem Knicken des Knickelements über die in der Sperrstellung angeordnete Sperreinheit (10) hinausbewegbar ist.
Gangschalteinrichtung (1) nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Knickelement (25) am Schaltgestänge (21) ausgebildet ist, wodurch der Schalthebel (6) über die in der Sperrstellung angeordnete Sperreinheit (10) hinausbewegbar ist, indem das Schaltgestänge (21) durch ein Knicken des Knickelements (25) bestimmungsgemäß knickbar ist.
Gangschalteinrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalthebel (6) einen Stabanteil (16) aufweist, und das Knickelement (26, 26a, 26b) am Stabanteil (16) ausgebildet ist, wodurch der Schalthebel (6) über die in der Sperrstellung angeordnete Sperreinheit (10) hinausbewegbar ist, indem der Stabanteil (16) durch ein Knicken des Knickelements (26, 26a, 26b) bestimmungsgemäß knickbar ist.
Schaltgetriebe (2) für ein Kraftfahrzeug (3) mit einer nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Gangschalteinrichtung (1).
Kraftfahrzeug (3) mit einem nach Anspruch 9 ausgebildeten Schaltgetriebe (2).