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Elektrische Schaltvorrichtung, insbesondere für die Schaltung des
Wechselgetriebes eines Kraftfahrzeuges Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische
Schaltvorrichtung, insbesondere für die Schaltung des Wechselgetriebes eines Kraftfahrzeuges,
mit einem in einem Gehäuse drehbaren, eine Verzahnung aufweisenden Schaltkranz und
einem entgegen der Kraft einer Rückholfeder um die Achse des Schaltkranzes drehbaren,
mit einem Bedienungshebel verbundenen Schwenkarm, an dem schwenkbar ein ankerföriniges
Schaltorgan mit zwei Vorsprüngen angeordnet ist, von denen der eine oder der andere
je
nach AusIenkung des Schaltankers in die Verzahnung des Schaltkranzes eingreift
und diesen in der einen oder anderen Umfangsrichtung verstellt, wobei der Schaltkranz
durch ein federbelastetes Rast- oder Kontaktelement gegen unbeabsichtigte Verdrehung
gesichert ist. Eine Schaltvorrichtung dieser Bauart ist aus der französischen Patentschrift
993 543 bekannt. Diese bekannte Schaltvorrichtung ist insofern kompliziert
und aufwendig ausgebildet, als außer dem Schaltkranz, in dessen Verzahnung die Vorsprünge
des Schaltankers zwecks Verstellung, des Schaltkranzes eingreifen, mehrere Kontaktkranzteile
und ein Sperring vorhanden sind, zwischen denen mehrere als Kugeln ausgebildete
federbelastete Rast- und Kontaktelemente jeweils eine leitende Verbindung herstellen.
Die in dem Schaltkranz angeordneten Rast- und Kontaktkugeln verstellen sich zwischen
den Kontaktkranzteilen einerseits und dem Sperring andererseits nach Maßgabe der
Drehung des Schaltkranzes. Infolge ihrer Vielzahl von Einzelteilen ist die bekannte
Vorrichtung recht stör- und korrosionsanfällig.
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Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, eine
Schaltvorrichtung der eingangs erwähnten Bauart zu schaffen, die es erlaubt, auf
die Verwendung eines besonderen Kontaktkranzes bzw. Sperringes zu verzichten, also
einen erheblich geringeren baulichen Aufwand benötigt. Darüber hinaus soll ein besonders
leichtes und zuverlässiges Schalten gewährleistet sein. Diese Aufgabe wird nach
der Erfindung dadurch gelöst, daß in den Zahngründen der Verzahnung des Schaltkranzes
Kontaktstücke vorgesehen sind und das mit diesen Kontaktstücken zusammenwirkende
federbelastete Rast- und Kontaktelement am Gehäuse radial verschlebbar angeordnet
ist. Die Verzahnung des Schaltkranzes wird also nicht nur dazu benutzt, um mittels
der Vorsprünge und des Schaltankers den Schaltkranz zu verstellen, sondern die Verzahnung
dient auch infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung zur Aufnahme der Kontaktstücke,
an die sich entsprechend der jeweiligen Stellung des Schaltkranzes das Kontaktelement
anlegt. Das hat den Vorteil, daß der Schaltkranz gleichzeitig die Funktion eines
Kontaktkranzes übernimmt, wobei auch ein zusätzlicher Sperring überflüssig ist,
da das im Gehäuse radial verschiebliche Rast- und Kontaktelement nach dem Einrasten
in eine Zahnlücke des Kranzes denselben in Umfangsrichtung feststellt. Auf diese
Weise ist ein besonders leichtes und zuverlässiges Schalten sichergestellt.
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Weiterhin ist vorteilhafterweise der mit dem Bedienungshebel fest
verbundene Schaltanker radial verschiebbar angeordnet und greift in seiner Ruhestellung
mittels eines vorspringgenden Steges in das verschiebbare Rast- und Kontaktelement
ein, und der Schaltkranz weist eine Rückholfeder auf. Auf diese Weise ist es möglich,
aus jeder Stellung des Schalters unmittelbar in die Nullage zu gelangen, ohne schrittweise
zurückschalten zu müssen, wie es bei der bekannten Bauart vonnöten ist. Vielmehr
wird bei radialer Verschiebung des Bedienungshebels und damit des Schaltankers das
Rast- und Kontaktelement angehoben, so daß der Schaltkranz unter der Wirkung der
Rückholfeder in die Nullage zurückspringt.
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Schließlich weist der Schwenkhebel zweckmäßigerweise an seinem freien
Ende in Umfangsrichtung und in Abstand nebeneinander zwei vorspringende Bolzen auf,
auf denen der Schaltanker mittels zweier in entsprechendem Abstand und zur Achse
des Bedienungshebels symmetrisch und im wesentlichen parallel angeordneter Langlöcher
und nach Art einer Wippe mit zwei Auflagerpunkten aufsitzt. Bei normalern
Schaltvorgang
um einen Schritt, der durch Verschwenken desBedienungshebels inUmfangsrichtung und
in der Ebene des Schaltankers bewerkstelligt wird, hebt der mit dem Bedienungshebel
fest verbundene Schaltanker mittels seines vorspringenden Steges das Rast- und Kontaktelement
zunächst an.
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Der Steg ist dabei jedoch so kurz ausgebildet, daß er beim weiteren
Verschwenken des Schaltankers das Rast- und Kontaktelement wieder freigibt,
d. h., das Rast- und Kontaktelement gleitet beim weiteren Verschwenken des
Schaltankers von dem Steg ab und rastet in der nächsten Zahnlücke ein. Dadurch,
daß das Rast- und Kontaktelement nicht durch eine Zahnflanke des sich infolge der
Einwirkung des Schaltankers drehenden Kontaktkranzes hochgedrückt wird, sondern
das Rast- und Kontaktelement von dem vorspringenden Steg des Schaltankers zunächst
angehoben wird, bevor der Schaltanker den Kontaktkranz bewegt, wird ein noch leichteres,
leiseres und vor allen Dingen schonenderes Schalten der Vorrichtung erzielt.
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Die elektrische Schaltvorrichtung wird nach der Erfindung an Hand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, und
zwar zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf eine elektrische Schaltvorrichtung
nach der Erfindung, F i g. 2 einen Axialschnitt der in F i g. 1 dargestellten
Schaltvorrichtung, F i g. 3, 4 und 5 Ansichten von drei Schaltstellungen
der Schaltvorrichtung in schaubildlicher Ansicht zur Verdeutlichung der Funktion
des Schaltkranzes, F i g. 6, 7 und 8 drei Ansichten der gleichen Vorrichtung,
welche infolge Weglassung verdeckender Teile den Schwenkhebel und seine Funktion
verdeutlichen, F i g. 9 und 10 zwei Ansichten des Bedienungshebels
und des Schaltankers in schaubildlicher Darstellung, F i g. 11 eine Schnittansicht
des Schaltankers, F i g. 12 eine Ansicht der dem Schaltkranz zugewandten
Fläche des Schwenkhebels, F i g. 13 eine Seitenansicht des Gehäuses, welche
eineVerriegelungseinrichtung für die Schaltstellungen »Rückwärtsgang« und »Parken«
zeigt, F i g. 14 ein elektrisches Schaltbild der Vorrichtung. Eine elektrische
Schaltvorrichtung nach der Erfindung kann beispielsweise bei seiner Verwendung für
die Schaltung des Wechselgetriebes eines Kraftfahrzeuges auf dem Mantelrohr der
Lenksäule dieses Fahrzeuges angeordnet werden, wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich
ist. Die Vorrichtung ist dabei in ein festes ringförmiges Gehäuse aus Isoliermaterial,
beispielsweise aus Polyester, eingebaut, das durch eine obere Gehäusehälfte 2, welche
durch einen Sprengring 18
am Mantelrohr 19 der Lenksäule befestigt
ist (die die Lenkspindel 20 enthält, und durch eine untere Gehäusehälfte
1 gebildet wird. Ein Bedienungshebel 15,
der seitlich und vorzugsweise
rechts vom Fahrer angeordnet ist, kann mittels seines Griffs 16 in Umfangsrichtung
des Gehäuses 1, 2 nach beiden Seiten bewegt werden und, bewirkt dabei das
Ein- und Ausschalten des Stromes für die Aufnahmeorgane des Wechselgetriebes, welche
beispielsweise auf dein Rand des Gehäuses durch die Buchstaben N (neutral
bzw. Nullage), I, 11, 111, AR (Rückwärtsfahrt), P (»Parken« oder Blockierung
im Stillstand des Wagens) gekennzeichnet sind. Der Mechanismus der Schaltvorrichtung
besteht im wesentlichen (F i g. 2 bis 12) aus einem in dem Gehäuse
1, 2 drehbaren, eine Verzahnung aufweisenden Schaltkranz 3 und einem
entgegen der Kraft einer Rückholfeder 10 um die Achse des Schaltkranzes
3 drehbaren, mit dem Bedienungshebel 15
verbundenen Schwenkhebel
9, an dem schwenkbar ein Schaltanker 11 mit zwei Vorsprüngen
37 und 38
angeordnet ist, von denen der eine oder der andere
je
nach Auslenkung des Schaltankers 11 in die Verzahnung des Schaltkranzes
3 eingreift und diesen in der einen oder der anderen Umfangsrichtung verstellt.
Dabei ist der Schaltkranz 3 durch ein federbelastetes Rast- und Kontaktelement
7 gegen unbeabsichtigte Verdrehung gesichert. Der Schaltkranz 3,
der
Schwenkhebel 9 und der Schaltanker 7 sind aus einem Isoliermaterial,
beispielsweise Plexiglas, hergestellt, während das Kontaktelement 7 aus einem
gut leitenden Metall, beispielsweise Kupfer, hergestellt ist.
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Auch der Schaltkranz 3 weist eine der Rückholfeder
10 des Schwenkhebels 9 entsprechende Rückholfeder 4 auf. Diese Federn
sind jeweils in den Gehäusehälften 1 und 2 verankert und üben ihre Rückstellwirkung
bei winkeligen Verlagerungen aus, die der Schwenkhebel 9 und der Schaltkranz
3 aus ihren mittleren Ruhestellungen erfahren.
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Erfindungsgemäß sind in den Zahngründen der Verzahnung des Schaltkranzes
3 Kontaktstücke 5
vorgesehen, diese Kontaktstücke 5 sind durch
Federkontakte 13 mit den Leitungen zu den verschiedenen Steuer- oder Schaltstromkreisen
verbunden. Weiterhin ist nach der Erfindung das mit diesen Kontaktstücken zusammenwirkende
federbelastete Rast- und Kontaktelement 7 am Gehäuse radial verschiebbar
angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind abgesehen von dem kein
Kontaktstück aufweisenden Zahngrund für die Nullage N drei Zahngründe mit
Kontaktstücken 5 für die Stromaufnahmeorgane 1, 11 und 111
und auf der anderen Seite zwei Zahngründe mit Kontaktstücken 5 für die Stromaufnahmeorgane
A R und P vorgesehen (s. F i g. 1, 3, 4 und
5).
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Vorteilhafterweise ist der mit dem Bedienungshebel 15 fest
verbundene Schaltanker 11 radial verschiebbar angeordnet und greift in seiner
Ruhestellung mittels eines vorspringenden Steges 12 in das versch,iebbare Rast-
und Kontaktelement 7 ein, derart, daß infolge der auf den Schaltkranz
3 wirkenden Rückholfeder 4 bei radialer Verschiebung des Bedienungshebels
und damit des Schaltankers das Rast- und Kontaktelement 7 angehoben wird
und der Schaltkranz 3 unter der Wirkung der Rückholfeder 4 in die Nullage
N zurückspringt. Zweckmäßigerweise ist zudem der Schwenkhebel 9 an
seinem freien Ende 21 in Umfangsrichtung und in Abstand nebeneinander mit zwei vorspringenden
Bolzen 22 und 23 versehen, auf denen der Schaltanker 11 mittels zweier
in entsprechendem Abstand und zur Achse des Bedienungshebels 15 symmetrisch
und im wesentlichen parallel angeordneter Langlöcher 34 und 33 nach Art einer
Wippe mit zwei Auflagerpunkten aufsitzt. Dadurch hebt beim Verschwenken des Bedienungshebels
15
und damit des Schaltankers der vorspringende Steg 12 des letzteren das
Rast- und Kontaktelement 7 an, wobei der Steg jedoch so kurz ausgebildet
ist, daß er beim weiteren Verschwenken des Schaltankers das Rast- und Kontaktelement
wieder freigibt. Dabei ist der Schwenkhebel 9, wie aus F i g. 12 ersichtlich,
als
flache Scheibe mit zwei Einkerbungen 32 und
33 zu beiden Seiten seines freien Endes 21 ausgebildet, durch die die zwei
vorspringenden Bolzen 22 und 23
geführt sind. Zwei leitende Laschen 24 und
25,
welche auf der einen Seite des Schwenkhebels 9 in Nuten eingebettet
sind, verbinden dic Bolzen 22 und 23 mit Klemmen 26 und
27, die selbst wieder durch elektrische Leitungen mit bestimmten Teilen der
elektrischen Schaltvorrichtung verbunden sind, auf die nachstehend in Verbindung
mit F i g. 14 näher eingegangen wird. Die Enden der Bolzen 22 und
23 sind auf der den Laschen 24 und 25 abgewandten Seite isoliert.
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Der Anker 11 (F i g. 9, 10 und 11) hat die Form
eines flachen Halbgehäuses, dessen eine Wange 28
ausgeschweift ist und den
leitenden, vorspringenden Steg 12 trägt, der beispielsweise auf dem Isolierstoff
(z. B. Polyester) befestigt ist und zwei Einkerbungen 30 und 31 aufweist,
welche den Enden der leitenden Bolzen 22 und 23 entsprechen, und dessen andere
Wange 29 nicht ausgeschweift ist, sondern übersteht. In dieser anderen Wange
29 sind die Langlöcher 34, 35 vorgesehen, welche Erweiterungen 44,
45 aufweisen und die isolierten Enden der Bolzen 22 und 23
aufnehmen sowie
mit zwei Stiften 40, 41 versehen sind.
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Die beiden Wangen 28 und 29 sind durch einen Rand
36 miteinander vereinigt, welcher die zwei Vorsprünge 37 und
38 aufweist, welche mit dem Schaltkranz 3 zusammenarbeiten und die
den Stiften 40 und 31 entgegengesetzt sind. Zwischen den beiden Wangen des
Ankers 11 ist der Bedienungshebel 15
eingesetzt und ein freier Raum
39 vorhanden.
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Wenn das Gerät eingebaut ist, liegt der Schaltkranz 3 am Schwenkhebel
9, den Laschen 24 und 25
zugekehrt, an.
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Der Anker 11 umgreift das freie Ende 21 des Schwenkhebels
9 derart, daß er es in seinem Hohlraum 39 aufnimmt, und stützt sich
im Ruhezustand auf den beiden Bolzen 22, 23 auf der einen Seite mit den Einkerbungen
30, 31 und auf der anderen Seite mit den von der Lenkspindel abgekehrten
Enden der Langlöcher 34, 35 ab.
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Diese Anordnung im Ruhezustand ergibt sich am besten aus F i
g. 3 und 6. Gegen die Wange 29 des Ankers 11 liegt eine
Feder 14, die sich auf den isolierten Enden der Bolzen 22 und 23 abstützt,
welche zu diesem Zweck durch die Langlöcher 34 und 35
hindurchragen und mit
dem Schwenkhebel 9 fest verbunden sind, auf den Stiften 40 und 41 auf und
zieht den Schaltanker 11 gegen seine Halterung, und zwar im Gleichgewicht
auf den beiden Seiten der beiden Bolzen 22 und 23.
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Das Kontaktelement 7 gleitet in einer radialen Ausnehmung oder
Nut der unteren Gehäusehälfte 1
und stützt sich gegen den Zahngrund des Schaltkranzes
3, dem er gegenüberliegt, unter der Wirkung einer Feder 8 ab, die
seitlich auf zwei mit der unteren Gehäusehälfte fest verbundenen Schrauben und in
ihrer Mitte auf einer Randleiste bzw. auf einem Vorsprung 42 des Kontaktelements
7 abstützt.
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Das Kontaktelement 7 ist außerdem mit einer zweiten Randleiste
bzw. einem Vorsprung 43 versehen, der dem ersten Vorsprung 42 entgegengesetzt und
oberhalb des oberen Randes des Steges 12 angeordnet ist, ohne jedoch auf dem letzteren
aufzuliegen, um seine Abstützung auf dem Kontaktstück 5, gegen das er drückt,
nicht zu beeinträchtigen. Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ist wie
folgt: Soll beispielsweise aus der Nullage N zu einer unmittelbar benachbarten
Stellung geschaltet werden, so muß der Bedienungshebel 15 in Umfangsrichtung
der Vorrichtung verschwenkt werden. Unter der Wirkung dieser Bewegung beginnt der
Schaltanker 11
eine Schwenkbewegung (F i g. 4 und 7), um beispielsweise
den Bolzen 23 auszuführen, wobei er die Auflage auf dem Bolzen 22 verläßt,
so daß das Kontaktelement 7 durch den Steg 12 angehoben wird. Die Federn
14 (für die Rückführung des Schaltankers) und 10 (für die Rückführung des
Schwenkhebels 9)
sind so bemI-ssen, daß in einer ersten Phase die Schwenkbewegung
nur den Anker beeinflußt, während der Schwenkhebel 9 unbeweglich bleibt.
Hinter dem Schwenkhebel 9 findet dabei eine Relativbewegung des Endes des
Bolzens 22 mit Bezug auf das Langloch 34 statt, wie aus F i g. 7 ersichtlich.
Diese Schwenkbewegung kann ohne Mitnahme des Schwenkhebeis 9 stattfinden,
solange das Ende des Bolzens 22 nicht am Rand der Erweiterun- 44 zur Anlage kommt.
Ist dieser Rand jedoch erreicht, so wird der Schwenkhebel 9 seinerseits zur
Drehung in dem gleichen Sinne wie der Schaltanker 11 mitgenommen (F i
g. 5 und 8). Bei dieser Bewegung kommt der Vorsprung 38 des
Schaltankers 11 gleichzeitig mit der Einkerbung 33 des Schwenkhebels
9 und mit einem Zahngrund der Verzahnung des Schaltkranzes 3 in Eingriff,
so daß auch der letztere mitgenommen wird, der frei drehbar bleibt, solange das
Kontaktelement 7
noch angehoben ist.
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Wenn sich der Schaltkranz 3 um einen Zahn gedreht hat, kommt
der Ansatz oder Vorsprung 43 des Schaltelements 7 vom oberen Rand des Steges
12 frei, so daß er sofort unter der Wirkung seiner Feder 8 in den Zahncyrund
zurückfällt, der demjenigen benachbart ist, den er vorher verlassen hat, wobei er
mit dem Kontaktstück in Kontakt kommt, das dem gewünschten Stromkreis zugeordnet
ist. Der Schaltkranz 3 ist nun von neuem gegen Verdrehung gerichtet. Der
am Ende seines Hubes befindliche Bedienungshebel 15 wird nun freigegeben,
was zur Folge hat, daß der Steg 12 auf das Ende des Bolzens 22 (unter der Wirkung
der Feder 14) und dann unter den Ansatz 43 des Kontaktelements 7 (unter der'Wirkung
der Feder 10) zurückgeführt wird. Hierdurch wird der Bedienungshebel
15 sofort und rasch in seine Normalstellung zurückgebracht.
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Auf diese Weise ist der Schaltkranz 3 um einen Schritt weitergeschaltet
worden. Durch eine Wiederholung dieses Vorgangs in der einen oder in der anderen
Umfangsrichtung können daher die verschiedenen Stellungen erreicht werden, die den
verschiedenen Kontaktstücken 5 des Schaltkranzes 3 entsprechen.
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Ferner trägt zweckmäßigerweise eine mit dem Schaltkranz
3 fest verbundene elastische Lamelle einen Anzeiger 17, der sich vor
den aus F i g. 1 ersichtlichen Markierungen bewegt, welche den zu speisenden
Aufnahmeorganen entsprechen, so daß eine Stellungsanzeige gewährleistet ist. Diese
biegsame Lamelle, deren Querschnitt in F i g. 13 sichtbar ist, dreht sich
in einem Schlitz 47, der zwischen den beiden festen Gehäusehälften 1 und
2 vorgesehen ist. Dieser Schlitz ist in dem Bereich von gleichmäßiger Breite, in
welchem die häufigsten Stellungen der Lamelle liegen, weist jedoch eine Stufe 46
auf, so daß
für den übergang bzw. die Schaltung zu den selteneren
Stellungen, welche bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Stellungen für
den Rückwärtsgang AR und das Parken P sind, ein Druck auf den Anzeiger
17 und damit die Lamelle ausgeübt werden muß.
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Um diesen Vorgang zu erleichtern, ist das Profil der Zähne, welche
die Zahngründe des Schaltkranzes 3 voneinander trennen, so gestaltet, daß
eine Kraft in Umfangsrichtung (die mäßig sein kann, je-
doch nicht zu gering
sein soll), die auf den Schaltkranz 3 durch den Anzeiger 17 ausgeübt
wird, genügt, um die Anhebung des Kontaktelements 7 und sein Austreten aus
dem jeweiligen Zahngrund zu erreichen. Infolge dieser Möglichkeit kann die Betätigung
der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung mittels des Anzeigers 17 bzw. seiner
Lamelle als Hilfsmaßnahme für den Fall betrachtet werden, daß der Ankermechanismus
versagt.
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Wenn schließlich die Rückführung zur NullageN die der Leerlaufstellung
entspricht, ohne aufeinanderfolgenden, schrittweisen Durchgang durch die Zwischenstellungen
der Schaltvorrichtung nötig ist, genügt es, auf den Bedienungshebel 15 eine
Zugkraft (in der Richtung des Pfeils F in F i g. 1) auszuüben, damit das
Kontaktelement 7 durch den Steg 12 angehoben wird, was zur Folge hat, daß
der Schaltkranz 3 sofort unter der Wirkung seiner Feder 4 in die Nullage
zurückgeführt wird, so daß das Kontaktelement 7 wieder in den entsprechenden
Zahngrund einfällt, wenn der Bedienungshebel 15 freigegeben worden ist.
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In bestimmten Fällen darf die maximale Stromstärke den Aufnahmeorganen
erst nach einer Verzögerung, während welcher die Stromstärke herabgesetzt ist, zugeführt
werden. Beispielsweise muß während der Erregung eines Elektromagneten das ruckartige
Wirksamwerden des maximalen Dreh_ moments vermieden werden. Aus diesem Grund ist
entsprechend dem in F i g. 14 gezeigten elektrischen Schaltbild der Vorrichtung
ein Widerstand R eingeschaltet, durch den der Nutzstrom fließt, solange der Bedienungshebel
in der einen oder anderen Richtung bis zum Anschlag ausgelenkt gehalten wird. Wird
nämlich dem Steg 12 eine Neigungsbewegung mitgeteilt, so daß dieser seine Abstützung
an einem der Bolzen 22, 23 verläßt, so wird der Stromkreis für die direkte
Stromversorgung unterbrochen und der Widerstand R in Reihe geschaltet. Wenn der
Hebel 15 wieder in seine Normalstellung zurückkehrt, wird der direkte Stromkreis
von neuem geschlossen, so daß der Speisestrom wieder seinen für den kontinuierlichen
Betrieb vorgesehenen Höchstwert erreicht. Die Einschaltdauer des Widerstandes R
entspricht dabei der Dauer, während welcher der Fahrer einen Druck auf den Bedienungshebel
ausübt. Auf diese Weise kann nach Belieben der Grad der Synchronisation der anzutreibenden
Organe bemessen werden, bevor die maximale Stromstärke wirksam wird, wodurch ein
ruckartiger Eingriff, der einer hohen Beschleunigung entspricht, welche für den
Zustand und die Lebensdauer der Organe und schließlich für den Komfort und die Sicherheit
der Insassen des Fahrzeuges nachteilig ist, vermieden wird.