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Sensor zum Erfassen der Schaltbewegung eines
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Kraftfahrzeuggetriebe-Schalthebels.
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Die Erfindung betrifft einen Sensor zum Erfassen der Schaltbewegung
eines Kraftfahrzeuggetriebe-Schalthebels gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des
Patentanspruchs 1.
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Bei automatischen Kupplungsbetätigungseinrichtungen für Kraftfahrzeug-Reibungskupplungen
wird der Auskuppelvorgang abhängig von der Schaltbewegung eines Schalthebels des
manuell zu schaltenden Kraftfahrzeuggetriebes gesteuert.
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Der Schalthebel ist geteilt und seine beiden Teile sind über einen
Sensor miteinander. verbunden, welcher anspricht, wenn der obere Teil des Schalthebels
für die Schaltbewegung relativ zum unteren Teil ausgelenkt wird.
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Ein derartiger Sensor ist aus dem deutschen Patent 1 160 311 bekannt.
Er umfaßt ein Hülsenteil und ein über einen Teil seiner Länge in das Hülsenteil
eingreifendes Stangenteil, welches über ein in seiner Längsrichtung im wesentlichen
festes, quer dazu jedoch schwenkbares Gelenk mit dem Hülsenteil verbunden ist. An
dem Hülsenteil und an dem Stangenteil sind Schaltkontakte angeordnet, die bei der
Relativ-Schwenkbewegung des Hülsenteils und des Stangenteils schließen. Die Schaltkontakte
sind in Längsrichtung des Stangenteils im Abstand von dem Gelenk angeordnet. Im
Abstand von dem Gelenk ist zwischen dem Stangenteil und dem Hülsenteil ein quer
zur Längsrichtung des Stangenteils federndes Federelement aus gummielastischem Material
eingespannt, welches die Schaltkontakte in einer
Ruhestellung des
Sensors geöffnet hält. Das Gelenk des bekannten Sensors besteht aus einem von dem
Stangenteil radial nach außen abstehenden Ringflansch, der auf seiner einen Seite
axial an einer Ringschulter des Hülsenteils anliegt und von einer auf seiner anderen
Seite angeordneten Schraubendruckfeder axial gegen die Ringschulter vorgespannt
wird.
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Bei herkömmlichen automatischen Kupplungsbetätigungseinrichtungen
wurde der Kupplungsantrieb eingeschaltet, solange der Schalthebel für die Schaltbewegung
ausgelenkt und die Schaltkontakte geschlossen waren. Aufgrund der Trägheit des Kupplungsantriebes
wirkte sich kurzzeitiges Ansprechen des Sensors, beispielsweise aufgrund von Rüttelbewegungen
während der Fahrt, nicht aus. Bei neueren automatischen Kupplungsbetätigungseinrichtungen,
bei welchen der Kupplungsantrieb elektronisch gesteuert wird, genügen kurze Triggerimpulse
des Sensors, um die Kupplung nachfolgend vollständig ausrücken zu lassen. Dies stellt
erhöhte Anforderungen an das Betätigungsverhalten des Sensors. Das Gelenk des Sensors
muß so steif sein, daß Rüttelbewegungen während der Fahrt mit Sicherheit nicht zum
Schließen der Schaltkontakte und damit zum Ausrücken der Kupplung führen. Andererseits
sind die auf den Schalthebel bei modernen Schaltgetrieben beim Gangwechsel auszuübenden
Kräfte relativ gering. Die zum Knicken des Stangenteils relativ zum Hülsenteil erforderlichen
Kräfte müssen deshalb innerhalb enger Grenzen eingehalten werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Sensor zum Erfassen der Schaltbewegung
eines Kraftfahrzeuggetriebe-Schalthebels anzugeben, der bei vergleichsweise geringen
manuell ausgeübten Betätigungskräften anspricht, andererseits aber soweit gedämpft
ist, daß er durch ungewollte, im Fahrbetrieb auftretende Kräfte, beispielsweise
Schüttelkräfte, nicht ausgelöst wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gelenk
in Längsrichtung des Stangenteils im wesentlichen vorspannungsfrei ausgebildet ist.
Es hat sich gezeigt, daß die bei herkömmlichen Sensoren zur axialen Vorspannung
des Gelenks und zur Rückstellung des Gelenks in die Ruhestellung des Sensors benutzten
Schraubendruckfedern ein ungleichmäßiges Knickverhalten des Gelenks bewirken. Die
Betätigungskräfte des Sensors sind vergleichsweise klein und ausschließlich durch
das Federelement bestimmt. Es lassen sich vergleichsweise enge Toleranzen der Betätigungskräfte
einhalten. Die Betätigungskräfte können problemlos so bemessen werden, daß der Sensor
auch bei vergleichsweise geringen Schaltkräften des Getriebes anspricht. Das Federelement
dämpft die Knickbewegung des Gelenks andererseits so weit, daß es durch Schüttelbewegungen
und dergleichen während der Fahrt nicht ausgelenkt und der Sensor nicht betätigt
wird.
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Eine wesentliche Verbesserung der Dämpfungswirkung ergibt sich, wenn
im Bereich des Gelenks zwischen dem Stangenteil und dem Hülsenteil ein zweites,
quer zur Längsrichtung des Stangenteils elastisches Federelement aus gummielastischem
Material sitzt. Die Federelemente sind bevorzugt als Ringe ausgebildet, die in dem
Ringspalt zwischen dem Stangenteil und dem Hülsenteil sitzen und können gegebenenfalls
einstückig miteinander verbunden sein.
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Um zu erreichen, daß der Sensor bei vergleichsweise geringen Betätigungskräften
anspricht, andererseits aber eine hohe Dämpfung gegen ungewollte Knickbewegungen
hat, soll das im Bereich der Kontaktelemente angeordnete erste Federelement eine
geringe Federrate haben, andererseits aber aus einem vergleichsweise harten gummielastischem
Material bestehen. Diese beiden Forderungen lassen sich vereinen, wenn das Federelement
als Ring ausgebildet ist und an seinem Innenumfang oder seinem Außenumfang über
wenigstens eine, vorzugsweise zwei ringförmige, etwa radial
abstehende
Ringlippen abgestützt ist.
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Das erste Federelement sitzt bevorzugt zwischen zwei in Achsrichtung
des Hülsenteils gegeneinander beweglich justierbaren Anschlagflächen, so daß seine
radiale Vorspannkraft durch Ändern des axialen Abstands der Anschlagflächen justierbar
ist.
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Als vorspannungsfreies Gelenk kann ein Achsstift vorgesehen sein,
der das Stangenteil und das Hülsenteil miteinander verbindet und etwa senkrecht
zur Schaltebene des Getriebes verläuft. Allseitig auslenkbare, vorspannungsfreie
Gelenke bestehen bevorzugt aus einem radial von dem Stangenteil abstehenden Ringflansch
und zwei den Ringflansch in Längsrichtung des Stangenteils zwischen sich einschließenden
Federelementen aus gummielastischem Material, die axial und radial an dem Hülsenteil
fixiert sind. Die Federelemente können durch das vorstehend erwähnte zweite Federelement
gebildet sein.
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Der Einfachheit halber kann vorgesehen sein, daß die Schaltkontakte
durch den Innenmantel des Hülsenteils einerseits und durch eine über ein Isolierstück
gleichachsig an dem Stangenteil gehaltene Ringscheibe andererseits gebildet sind.
Das Isolierstück kann bei rohrförmig ausgebildetem Stangenteil als Isolierzapfen
und bei stabförmig ausgebildetem Stangenteil als Isolierring ausgebildet sein.
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Um den Kontaktabstand justieren zu können, kann eines der Kontaktelemente
als Hohlkonusfläche ausgebildet sein, die einen das andere Kontaktelement bildenden
Ringflansch umschließt. Der Ringflansch und die Hohlkonusfläche sind axial zueinander
justierbeweglich an dem Stangenteil bzw.
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dem Hülsenteil gehalten.
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Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von
Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt: Fig. 1 eine erste Ausführungsform
eines geteilten Schalthebels mit im Schnitt dargestellten Sensor zum Erfassen der
Schaltbewegung; Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Schalthebels mit im Schnitt
dargestellten Sensor; Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Variante
der Schalthebel gemäß den Fig. 1 und 2 zur nachträglichen Befestigung an einem Schalthebelstumpf;
Fig. 4 eine dritte Ausführungsform eines Schalthebels mit einem Sensor zum Erfassen
der Schaltbewegung; Fig. 5 eine Variante der Kontaktelemente des Sensors nach Fig.
4 und Fig. 6 eine vierte Ausführungsform eines Schalthebels mit einem Sensor zum
Erfassen der Schaltbewegung.
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Fig. 1 zeigt einen geteilten Schalthebel 1 eines manuell zu schaltenden
Kraftfahrzeuggetriebes. Der Schalthebel 1 besteht aus einem unteren Stangenteil
in Form eines Rohrs 3, welches mit den Schaltorganen des Getriebes gekuppelt ist
und einem oberen Stangenteil 5, welches an seinem oberen, freien Ende einen Handknopf
7 trägt. Das untere Ende des Stangenteils 5 trägt gleichachsig eine Hülse 9, die
das Rohr 3 über einen Teil seiner Länge koaxial überlappt. Die Hülse 9 ist im Bereich
ihres unteren, dem Handknopf 7 abgewandten Endes mittels eines Stifts 11 schwenkbar
an dem Rohr 3gelagert. Der Stift 11 erstreckt sich quer zur Schaltebene des Getriebes,
so daß der Stangenteil 5 in Richtung der Schaltebene beim Schalten des Getriebes
relativ zum Rohr 3 geschwenkt werden kann.
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In dem Rohr 3 sitzt ein Isolierstoffzapfen 13, der innerhalb der Hülse
9 über die obere Stirnseite des Rohrs 3 vorsteht und hier einen Ringflansch 15 trägt,
der die obere Stirnfläche des Rohrs 3 isolierend abdeckt. Der aus dem Rohr 3 herausragende
Teil des Isolierzapfens 13 trägt eine radial über den Umfang des Rohrs 3 hinausragende
metallische Ringscheibe 17, an die eine flexible elektrische Leitung 19 bei 21 angeschlossen
ist. Ein Ring 23 aus gummielastischem Material hält die Ringscheibe 17 zentrisch
innerhalb der Hülse 9 im Abstand vom Innenmantel 25 der Hülse 9. Die Ringscheibe
17 und der Innenmantel 25 bilden Kontaktelemente des Sensors, die in der Ruhestellung
des Schalthebels 1 geöffnet und während der Schaltbewegung geschlossen sind. Die
Rückleitung erfolgt, wie bei 27 angedeutet, über die Masseverbindung des Kraftfahrzeugs.
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Der Stift 11 hält den Stangenteil 5 in Längsrichtung vorspannungsfrei
an dem Rohr 3. Um die Kontaktelemente 17, 25 auch bei geringen auf den Handknopf
7 ausgeübten Kräften zu schließen ist der radial federnde Ring 23 an seinem Außenumfang
mit zwei in axialem Abstand voneinander angeordneten, radial abstehenden Ringlippen
29, 31 versehen, die sich an dem Innenmantel 25 der Hülse 9 abstützen. Der Ring
23 kann deshalb aus einem vergleichsweise hartem und damit gut dämpfenden Material
bestehen. Trotzdem ist die Federrate gering, so daß der Sensor auch bei kleinen
über das Rohr 3 auf das Getriebe auszuübenden Schaltkräften sicher anspricht. Für
eine erhöhte Dämpfung und damit erhöhte Sicherheit gegen unbeabsichtigtes Ansprechen
des Sensors bei Schüttelbewegungen oder dergleichen während der Fahrt ist im Bereich
des Stifts 11 ein zweiter, radial elastischer Ring 33 aus einem gummielastischem
Material zwischen dem Rohr 3 und dem Innenmantel 25 der Hülse 9 angeordnet.
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Fig. 2 zeigt einen anderen, geteilten Schalthebel für ein manuell
zu schaltendes Kraftfahrzeuggetriebe, der sich von dem Schalthebel der Fig. 1 im
wesentlichen nur durch die
Befestigung seiner als Kontaktelement
dienenden Ringscheibe 117 unterscheidet. Im übrigen sind die anhand der Fig. 1 bereits
erläuterten Teile des Schalthebels mit um die Zahl 100 erhöhten Bezugszahlen bezeichnet.
Zur Erläuterung dieser Teile wird auf die Beschreibung der Fig. 1 Bezug genommen.
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Der untere Stangenteil 103 besteht aus Metall und ist än seinem oberen,
in die Hülse 109 abstehenden Ende mit einem gleichachsigen Metallzapfen 135 versehen.
Der Zapfen 135 hat kleineren Durchmesser als der übrige Teil des Stangenteils 103
und bildet eine zum freien Ende weisende axiale Schulter 137. Auf den Zapfen 135
sitzt ein Isolierstoffring 139, der die Kontakt-Schaltscheibe 117 isoliert hält.
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Der gummielastische Ring 123 hält die Kontakt-Ringscheibe 117 an dem
Isolierstoffring 139 und zusammen mit diesem zwischen sich und der Schulter 137.
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Fig. 3 zeigt einen Schalthebel 201, dessen nicht näher dargestellter,
auf die Schaltbewegung ansprechender Sensor den Ausführungsformen der Fig. 1 oder
2 entsprechen kann.
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Der Schalthebel 201 ist für die nachträgliche Befestigung an einem
getriebeseitigen Schalthebelstumpf 203 ausgerüstet.
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Der am unteren Ende des Schalthebels 201 austretende Stangenteil 205,
welcher dem Stangenteil 3 bzw. 103 entspricht, trägt eine Hülse 207, in die der
Schalthebelstumpf 203 eingreift. Die Hülse 207 ist mit einem -Außengewinde versehen,
auf welches eine den Schalthebelstumpf 203 umschließende Uberwurfmutter 209 geschraubt
ist. Die Uberwurfmutter 209 hat einen konischen Quetschrand 211 zum radialen Spannen
eines an der Hülse 207 axial abgestützten Quetschkonusrings 213. Der Schalthebel
201 kann auf diese Weise ohne ein Gewinde auf den Schalthebelstumpf 203 schneiden
zu müssen, an dem Stumpf 203, gegebenenfalls auch nachträglich befestigt werden.
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Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform eines gegebenenfalls auch
nachträglich an einem getriebeseitigen Schalthebelstumpf 301 anbringbaren Sensor
zum Erfassen von Schaltbewegungen des manuell zu schaltenden Kraftfahrzeuggetriebes.
Auf einem Außengewinde des Schalthebelstumpfs 301 ist ein zylindrisches Zwischenstück
303 aufgeschraubt und mittels einer Kontermutter 305 gesichert.
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Das Zwischenstück 303 hat seinerseits ein Außengewinde, auf das eine
Hülse 307 aufgeschraubt ist. Die Hülse 307 ist ebenfalls mit einer Kontermutter
309 gesichert. Im Abstand von dem getriebe fernen Ende des Zwischenstücks 303 ist
an der Hülse 307 mittels eines Stifts 311 eine Stange 313 schwenkbar gelagert, die
an ihrem aus der Hülse 307 austretenden Ende einen Handknopf 315 trägt.
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Der Stift 311 erstreckt sich quer zur Stangenachse und quer zur Schaltebene
des Getriebes, so daß die Stange 313 und die Hülse 307 während der Schaltbewegung
des Getriebes relativ zueinander verschwenkt werden.
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In der Hülse 307 sitzt ein topfförmiges Kontaktelement 317, in dessen
öffnung das in der Hülse 307 gelegene Ende der Stange 313 eingreift. Dieses Ende
der Stange 313 trägt einen radial abstehenden Ringwulst 319, der das komplementäre
Kontaktelement des Sensors bildet. Das Kontaktelement 317 sitzt in einer Isolierhülse
321, die es gegen die Hülse 317 und das Zwischenstück 303 elektrisch isoliert. daß
Kontaktelement 317 ist mit einer Anschlußleitung 323 verbunden, während die Gegenleitung
des Wulsts 319 durch die bei 325 angedeutete Masseleitung des Kraftfahrzeugs gebildet
wird.
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Der Durchmesser der Stange 313 ist im Bereich zwischen dem Stift 311
und dem Ringwulst 319 verringert und durchsetzt in diesem Bereich 327 eine radial
elastische Hülse 329 aus gummielastischem Material. Die Hülse 329 ist axial zwischen
dem Kontaktelement 317 und einer axial gerichteten Ringschulter 331 eingespannt.
Da die Hülse 307 auf
das Zwischenstück 303 aufgeschraubt ist, kann
der Abstand der Ringschulter 331 von dem Kontaktelement 317 justiert und damit die
durch axiales Quetschen der Hülse 329 bestimmte radiale Vorspannung der Hülse 329
variiert werden.
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Die Ansprecheigenschaften des Sensors lassen sich auf diese Weise
justieren.
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Fig. 5 zeigt eine bei dem Schalthebel der Fig. 4 verwendbare Variante.
Das dem Kontaktelement 317 entsprechende Kontaktelement 317a hat einen in Richtung
zur Stange 313 hin konusförmig sich erweiternden Innenmantel 333, an dem der Ringwulst
319a beim Ansprechen des Sensors anliegt. Durch Einstellen des axialen Abstands
zwischen dem Kontaktelement 317a und dem Ringwulst 319a in Richtung des bei 335
dargestellten Pfeils läßt sich der Kontaktabstand und damit das Anprechverhalten
des Sensors variieren. Bei den Ausführungsformen der Fig. 4 und 5 ist jedoch das
durch den Stift 311 gebildete Gelenk in axialer Richtung nicht belastet.
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Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines gegebenfalls nachträglich
an einem Schalthebelstumpf 401 anbringbaren Sensors zum Erfassen der Schaltbewegung
des Kraftfahrzeuggetriebes. Der Schalthebelstumpf 401, der im dargestellten Ausführungsbeispiel
als Rohr ausgebildet ist, hat ein Außengewinde, auf welches eine Hülse 403 geschraubt
ist. Eine Kontermutter 405 sichert die Hülse 403. Die Hülse 403 hat in Verlängerung
ihres auf den Schalthebelstumpf 401 geschraubten Teils 407 einen Abschnitt 409 mit
verringertem Durchmesser, der eine Stange 411 umschließt. Die Stange 411 trägt an
ihrem aus dem Hülsenabschnitt 409 auf der getriebefernen Seite herausstehenden Ende
einen Handknopf 413. Die Stange 411 ragt in den durchmessergrößeren Teil 407 der
Hülse 403 und trägt an ihrem getriebeseitigen freien Ende einen radial abstehenden
Ringflansch 415. Zwei isolierende Ringe 417 bzw. 419 schließen den Ringflansch 415
axial zwischen sich ein und sind an einer durch die
Durchmesserverringerung
zwischen den Hülsenabschnitten 407, 409 einerseits und der getriebefernen Stirnseite
des Schalthebelstumpfs 401 andererseits axial im wesentlichen vorspannungsfrei gehalten.
Der Ringflansch 415 und die Ringe 417, 419 bilden ein Gelenk, um welches die Stange
411 allseitig relativ zur Hülse 403 während der Schaltbewegung des Getriebes geschwenkt
werden kann und die Stange 411 elektrisch isoliert an der Hülse 403 lagert.
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Im Abstand von dem Ringflansch 415 trägt die Stange 411 einen radial
elastischen Ring 421 aus gummielastischem Material, der sich am Innenmantel 423
der Hülse 403 abstützt. Im Bereich des Rings 421 ist ferner an der Stange 411 ein
radial vorspringender Ringwulst 425 zur Bildung eines Kontaktelements vorgesehen,
dessen Gegenkontaktelement durch die Innenmantelfläche 423 der Hülse 403 gebildet
ist. Die Stange 411 ist mit einer elektrischen Leitung 427 verbunden; die Gegenleitung
wird durch die bei 429 angedeutete Masse des Kraftfahrzeugs gebildet.
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Ein derartiger Sensor hat einen einfachen und relativ kompakten Aufbau
und kann, da der das Kontaktelement bildende Ringwulst 425 sehr nahe an dem Handknopf
413, vorzugsweise dicht unterhalb des Handknopfs 413 angeordnet ist, ohne größeren
konstruktiven Aufwand gut gedämpft werden, da im wesentlichen nur das Trägheitsmoment
des Handknopfs 413 und der vergleichsweise kurzen Stange 411 zu berücksichtigen
ist. In dieser Ausführungsform läßt sich ausreichendes Dämpfungsverhalten auch bei
geringer axialer Vorspannung des Gelenks erzielen.