DE4237669A1 - Kontaktanordnung für einen Schalthebelsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kontaktanordnung zum Erfassen der Schaltbewegung eines geteilten Kraftfahrzeuggetriebe- Schalthebels.

Bei automatisierten Kraftfahrzeug-Reibungskupplungen wird die Kupplung von einem Stellantrieb ein- und ausgekup­ pelt. Der Auskuppelvorgang wird beim Betätigen eines Gangschalthebels des Schaltgetriebes des Kraftfahrzeugs eingeleitet. Die Betätigung des Gangschalthebels wird von einem Schalthebelsensor erfaßt.

Aus der DE-A-34 25 876 ist ein Schalthebelsensor bekannt, der auf die Auslenkung eines gelenkig an einem unteren Hebelteil gehaltenen oberen Hebelteils des Schalthebels anspricht. Der untere Hebelteil greift hierzu mit seinem Ende in ein Hülsenelement des oberen Hebelteils ein und trägt im Abstand von einem das Hülsenelement an dem unteren Hebelteil lagernden Achszapfen einen Ring aus gummielastischem Material, der den unteren Hebelteil in einer Mittelstellung des Hülsenelements zentriert. Nahe dem gummielastischen Ring trägt der untere Nebelteil elektrisch isoliert einen Kontaktring, der bei der Aus­ lenkung des oberen Hebelteils gegen das Hülsenelement anschlägt und dieses kontaktiert.

Der Gangschalthebel ist im Betrieb des Kraftfahrzeugs Schwingungen ausgesetzt, die, wenn sie nicht zur Betäti­ gung der Kontaktanordnung führen sollen, gedämpft werden müssen. Darüber hinaus ist es erwünscht, daß die Auslen­ kung des geteilten Schalthebels bis zum Ansprechen der Kontaktanordnung möglichst gering ist, um dem Fahrer den Eindruck eines "normalen" Gangschalthebels zu vermitteln. Geringe Schaltwege setzen andererseits exakt justierte, empfindliche Kontakte voraus. Dies gilt umso mehr, wenn über die Kontaktanordnung, wie bei Mikroprozessorsteue­ rungen üblich, nur geringe Kontaktströme übertragen werden.

Bei der bekannten Kontaktanordnung wird über die Kontakte zugleich auch die Betätigungskraft für das Schalten des Schaltgetriebes übertragen. Dies macht robuste Kontakte erforderlich, die den Anforderungen einer Mikroprozessor­ steuerung nur bedingt genügen. Bei der bekannten Kontakt­ anordnung ist darüber hinaus keine Erkennung der Schalt­ richtung möglich.

Aus der deutschen Patentanmeldung DE 27 40 750 ist eine innerhalb des Schalthebelknopfs angeordnete Federzungen­ kontaktanordnung bekannt. Innerhalb des mittels eines Schwenkstifts an einem Gangschalthebel gehaltenen Knopfes sind in Richtung der Schalthebelbetätigung beiderseits des Gangschalthebels jeweils auf Masse gelegte federzun­ genartige Kontakte und diesen zugeordnete Kontaktelemente an der Innenwand des Gangschalthebelknopfs vorgesehen. Durch Betätigen des Schalthebels wird der Knopf relativ zu dem in sein Inneres ragenden Gangschalthebel ver­ schwenkt, wodurch eines der federzungenartigen Kontakt­ elemente durch das in den Knopf hineinragende Ende des Schalthebels gegen das ihm zugeordnete Kontaktelement gedrückt wird. Obwohl bei dieser Kontaktanordnung also eine Erfassung der Schaltrichtung möglich ist, werden auch hier die Kontakte zumindest mit der Getriebeschalt­ kraft belastet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kontaktanordnung für einen geteilten Gangschalthebel zu schaffen, die empfind­ licher als bisher die Betätigung des Gangschalthebels erfaßt.

Die Erfindung geht aus von einer Kontaktanordnung zum Erfassen der Schaltbewegung eines geteilten Kraftfahr­ zeuggetriebe-Schalthebels mit folgenden Merkmalen:
zwei durch ein Gelenk schwenkbar miteinander verbundene Hebelteile im Schaltkraft übertragenden Weg zwischen einem Handgriffteil und einer Hebelstange des Schalthe­ bels,
einander zugeordnete, den Schwenkweg der beiden Hebeltei­ le relativ zueinander begrenzende Anschläge an den Hebel­ teilen,
ein zwischen Sitzflächen der Hebelteile angeordnetes Rückstellelement aus elastischem Material, das eines der beiden Hebelteile bezogen auf das andere Hebelteil in eine Mittelstellung zwischen zwei durch die Anschläge bestimmten, in Schwenkrichtung sich gegenüberliegenden Endstellungen rückstellt, und
wenigstens ein im Relativschwenkweg der Hebelteile ange­ ordnetes und bei Auslenkung der Hebelteile aus der Mit­ telstellung in die Endstellung betätigbares, insbesondere schließendes Kontaktpaar.

Die erfindungsgemäße Verbesserung besteht darin daß, beiden Endstellungen Kontaktpaare zugeordnet sind und daß wenigstens einer der Kontakte jedes Kontaktpaars in Kontaktschließrichtung druckfedernd ausgebildet ist und einen Federweg hat, der über die durch die Anschläge der Hebelteile bestimmte, dem Kontaktpaar zugeordnete End­ stellung hinausreicht. Bei dieser Kontaktanordnung wird die Getriebeschaltkraft nicht über die Kontakte übertra­ gen. Die Kontaktkraft wird einzig durch die Federcharak­ teristik des zumindest einen federnden Kontakts jedes Kontaktpaars bestimmt. Durch Auswahl geeigneter Federele­ ment- und Kontaktmaterialien kann zum einen eine geringe­ re mechanische Belastung des Kontaktpaars bei Betätigung des Schalthebels und zum anderen ein definierter Kontakt­ widerstand erreicht werden, der für mikroelektronische Bauelemente geeignet ist. Da beiden Endstellungen Kon­ taktpaare zugeordnet sind, ist auch die Richtung, in der der Schalthebel betätigt wird, erfaßbar.

Die Kontaktanordnung ist bevorzugt vollständig im Inneren eines herkömmlichen Schalthebelknaufs untergebracht, wenn ein erstes der beiden Hebelteile das Handgriffteil bildet und eine langgestreckte Kammer zur Aufnahme des zweiten der beiden Hebelteile aufweist, wobei das Gelenk und das Rückstellelement innerhalb der Konturen des Handgrifftei­ ls angeordnet sind. Dabei ist die Rückstellwirkung beson­ ders effektiv, wenn das Gelenk und das Rückstellelement im Bereich sich gegenüberliegender Enden des Handgriff­ teils angeordnet sind, wobei das Rückstellelement bevor­ zugterweise als Elastomerring ausgebildet ist und das zweite Hebelteil mit einem Ende in den Elastomerring eingreift, der in einer ringförmigen Aussparung an dem vom Gelenk fernen Ende einer die Kammer des Handgriff­ teils bildenden Durchgangsöffnung radial und gegebenen­ falls auch axial geführt ist, und zumindest radial vorge­ spannt in der Aussparung sitzt.

Der Elastomerring soll sich einerseits bei Betätigung des Schalthebels frei verformen können; er soll aber anderer­ seits hinreichend formstabil sein. Dies wird erreicht, wenn die ringförmige Aussparung eine ringförmige, axiale Stützschulter bildet, deren radiale Tiefe kleiner ist als die radiale Ringdicke des Elastomerrings und daß zwischen dem Elastomerring und der Stützschulter eine ringförmige Stützscheibe angeordnet ist, die über die Stützschulter nach radial innen vorsteht.

Zur Begrenzung der relativen Schwenkbewegung zwischen den beiden Hebelteilen ist es zweckmäßig, wenn der zweite Hebelteil einen umlaufenden Ringvorsprung aufweist, der an der Innenwand der Kammer des ersten Hebelteils an­ schlägt.

Der konstruktive Aufwand für die Kontaktpaare ist beson­ ders gering, wenn der zweite Hebelteil einen umlaufenden, den beiden Kontaktpaaren gemeinsamen Ringkontakt und der erste Hebelteil beiderseits des Ringkontakts angeordnete federnde Einzelkontakte der beiden Kontaktpaare trägt.

Der Zusammenbau der Kontaktanordnung wird erleichtert, wenn die Durchgangsöffnung der langgestreckten Kammer zu dem vom Gelenk fernen Ende hin eine stufenförmig sich erweiternde Aussparung zur Aufnahme eines den beiden Kontaktpaaren gemeinsamen Ringkontakts, eines den Schwenkweg begrenzenden Ringvorsprungs und des Elastomer­ rings aufweist und an diesem Ende durch einen insbesonde­ re abnehmbaren Deckel verschlossen ist.

Der geteilte Schalthebel verursacht keine durch Vibratio­ nen bewirkte störende Geräusche, wenn das zweite Hebel­ teil an einem im ersten Hebelteil gehaltenen Achsstift schwenkbar gelagert ist und in einer zum Achsstift offe­ nen Aussparung ein gegen den Achsstift vorgespanntes, gummielastisches Vorspannelement enthält.

Die Kontaktanordnung ist gleichzeitig sowohl besonders gut an die Schalterfassungsfunktion als auch an die Handhabung durch den Fahrer angepaßt, wenn das Handgriff­ teil ein die langgestreckte Kammer aufweisendes, steifes Hülsenteil und eine das Hülsenteil umgebende Ummantelung aus elastischem Material aufweist.

Das Rückstellelement dämpft die durch Vibrationen hervor­ gerufenen relativen Schwenkbewegungen zwischen den beiden Hebelteilen besonders gut und weist gleichzeitig eine nur geringe Neigung zu plastischer Verformung auf, wenn es aus Silikonkautschuk besteht. Darüber hinaus ist bei diesem Werkstoff die Änderung der Federsteifigkeit mit der Temperatur gering und der Schaltbereich für verschie­ dene Kraftfahrzeugtypen durch geeignete Wahl der Silikon­ kautschukhärte anpaßbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 einen auf einem Schalthebel montierten, die Kon­ taktanordnung umfassenden Schalthebelknauf;

Fig. 2 einen Axiallängsschnitt durch den Schalthebel­ knauf, gesehen entlang einer Linie II-II in Fig. 1, und

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Schalthebelknauf ohne Deckel, Elastomerring und ringförmige Stütz­ scheibe, gesehen in Richtung der Pfeile III-III in Fig. 2.

In Fig. 1 ist ein auf eine Schalthebelstange 1 montier­ ter, die erfindungsgemäße Kontaktanordnung umfassender Schalthebelknauf 3 gezeigt. Die Schalthebelstange 1 ist über eine durch eine Kontermutter 5 fixierte Schraubver­ bindung mit einem elektrisch leitfähigen Schaltstangen­ teil 7 verbunden, an dem durch einen Achsstift 9 der ein Handgriffteil bildende Schalthebelknauf 3 um eine zur Zeichenebene senkrecht stehende Achse schwenkbar gehalten ist. Eine Masseleitung 11 legt das Schaltstangenteil 7 auf Massepotential.

Fig. 2 zeigt einen Axiallängsschnitt durch den Schalthe­ belknauf 3. Ein steifes Hülsenteil 13, welches von einer Ummantelung 14 aus elastischem Material umgeben ist und aus nicht leitfähigem Material besteht, nimmt den im wesentlichen bis zu ihrer oberen Öffnung in sie hinein­ reichenden Schaltstangenteil 7 auf. Das Hülsenteil 13 ist im Bereich seines unteren Endes fest mit dem Achsstift 9 verbunden, der sich durch eine Durchmesseröffnung des Schaltstangenteils 7 hindurch erstreckt. In einer zum Achsstift 9 offenen Aussparung des Schaltstangenteils 7 befindet sich ein zur Unterdrückung von Klappergeräuschen gegen den Achsstift 9 vorgespanntes gummielastisches Element 15. Das Schaltstangenteil 7 sitzt schwenkbar in der Durchgangsöffnung des Hülsenteils 13. In dem vom Achsstift 9 entfernten oberen Bereich des Hülsenteils 13 ist in einer zum oberen Ende hin sich stufenförmig erwei­ ternden Aussparung des Hülsenteils 13 ein am Schaltstan­ genteil 7 ausgebildeter ringförmiger Anschlagvorsprung 17 aufgenommen, der bei manueller Betätigung des Schalthe­ bels die relative Schwenkbewegung begrenzt. Oberhalb des Anschlagvorsprungs 17 ist zwischen einer Umfangswand 18 der Aussparung des Hülsenteils 13 und dem Schaltstan­ genteil 7 ein gummielastischer Rückstellring 19 aus Silikonkautschuk eingespannt. Zwischen dem Rückstellring 19 und der durch die stufenartige Erweiterung der Aus­ sparung des Hülsenteils 13 gebildeten axialen Stützschul­ ter liegt eine ringförmige Stützscheibe 21, die über die Stützschulter nach radial innen vorsteht und den gummi­ elastischen Rückstellring 19 zum Gelenk hin axial fi­ xiert. Nach oben ist der Rückstellring 19 durch einen das Hülsenteil bedeckenden Deckel 23 axial fixiert.

Im untersten Abschnitt der ringförmigen Stufenaussparung des Hülsenteils 13 ist ein mit dem Schaltstangenteil 7 elektrisch leitend verbundener Kontaktring 25 aufgenom­ men. Diesem zugeordnet weist das Hülsenteil 13 beider­ seits des Schaltstangenteils 7 in Schwenkrichtung eine Aussparung auf, in der jeweils ein in Schwenkrichtung federndes Kontaktblech 27 angeordnet ist. Der Kontaktring 25 wird bei Nichtbetätigung des Schalthebels durch den eingespannten Rückstellring 19 in Abstand von den federn­ den Kontaktblechen 27 gehalten, die ihrerseits jeweils mit einer Signalleitung 29 verbunden sind.

In Fig. 3 ist die Kontaktanordnung ohne den Verschluß­ deckel 23, den Rückstellring 19 und den Anschlagvorsprung 17 von oben gezeigt. Bei manueller Betätigung des Schalt­ hebels wird das Hülsenteil 13 relativ zum Schaltstangen­ teil 7 mit dem Achsstift 9 gegen die Rückstellkräfte des Rückstellrings 19 in Schaltrichtung gekippt. Nach einem vorbestimmten Schwenkweg, der sehr klein ist, zum Bei­ spiel 0,5 mm, wird zwischen dem Ringkontakt 25 und dem der jeweiligen Schaltrichtung zugeordneten Kontaktblech 27 ein elektrischer Kontakt erzeugt, worauf über die entsprechende Signalleitung 29 ein Signal an die Steuer­ elektronik gegeben wird, welches sowohl die Schaltabsicht als auch die Schaltrichtung repräsentiert. Da der Feder­ weg der Kontaktbleche 27 in Schwenkrichtung größer ist als der Schwenkweg, den der Anschlagvorsprung 17 zurück­ legt, ehe er am Hülsenteil 13 anschlägt und damit die relative Schwenkbewegung beendet, wird die Kontaktkraft des aus Kontaktring 25 und einem der Kontaktbleche 27 bestehenden Kontaktpaars einzig durch die Federkraft des Kontaktblechs 27 bestimmt. Die auf den Handknauf ausgeüb­ te Schaltkraft wird nach Anschlagen des Anschlagvor­ sprungs 17 über das Schaltstangenteil 7 an den Schalthe­ bel 1 weitergegeben, ohne das Kontaktpaar zu belasten. Die Kontaktpaare können dadurch zum Beispiel goldplat­ tiert sein, um über eine lange Lebensdauer einen gerin­ gen, wohldefinierten Kontaktwiderstand zu gewährleisten.

Nach dem Abschluß des Schaltvorgangs wird auf den Schalt­ hebelknauf keine Kraft mehr ausgeübt, worauf der in Schaltrichtung komprimierte Rückstellring 19 durch seine Federkraft den Schaltstangenteil 7 bezüglich des Hülsen­ teils 13 in die Mittelstellung zurückstellt, in der die Kontaktbleche 27 den Kontaktring 25 nicht berühren.

Da der Rückstellring 19 aus Silikonkautschuk besteht, kann die Federkraft des Rückstellrings 19 einerseits und seine Dämpfungswirkung andererseits problemlos dem ver­ gleichsweise geringen Auslenkweg des Kontaktrings 25 relativ zu den Kontaktblechen 27 angepaßt werden. Auf diese Weise werden Vibrationen des Schalthebelknaufs 3 so weit gedämpft, daß sie nicht zur Kontaktauslösung führen, und trotzdem bleibt die zur Betätigung der Kontaktanord­ nung erforderliche Auslenkkraft deutlich kleiner als die zum Schalten des Getriebes erforderliche Kraft, was zu frühzeitigem Ansprechen der Kontaktanordnung führt. Durch geeignete Auswahl der Härte des Silikonkautschukmaterials und auch der Vorspannung, mit der der Rückstellring 19 eingespannt ist, können die Ausloseeigenschaften der Kontaktanordnung an Anforderungen in unterschiedlichen Kraftfahrzeugtypen angepaßt werden. Darüber hinaus hat das Silikonkautschukmaterial weitere Vorteile, wie zum Beispiel eine nur geringe Änderung seiner Federsteifig­ keit über einen großen Temperaturbereich oder eine nur geringe plastische Verformung bei Drucküberbelastung.

Claims (12)

1. Kontaktanordnung zum Erfassen der Schaltbewegung eines geteilten Kraftfahrzeug-Getriebeschalthebels, umfas­ send:

• - zwei durch ein Gelenk (9) schwenkbar miteinander verbundene Hebelteile (7, 13) im Schaltkraft über­ tragenden Weg zwischen einem Handgriffteil (3) und einer Hebelstange (1) des Schalthebels,
• - einander zugeordnete, den Schwenkweg der beiden Hebelteile (7, 13) relativ zueinander begrenzende Anschläge (17, 13) an den Hebelteilen (7, 13),
• - ein zwischen Sitzflächen der Hebelteile (7, 13) angeordnetes Rückstellelement (19) aus elastischem Material, das eines der beiden Hebelteile (7) bezo­ gen auf das andere Hebelteil (13) in eine Mittel­ stellung zwischen zwei durch die Anschläge (17, 13) bestimmten, in Schwenkrichtung sich gegenüberliegen­ den Endstellungen rückstellt,
• - und wenigstens ein im Relativschwenkweg der Hebel­ teile (7, 13) angeordnetes und bei Auslenkung der Hebelteile (7, 13) aus der Mittelstellung in die Endstellung betätigbares, insbesondere schließendes Kontaktpaar (25, 27), dadurch gekennzeichnet, daß beiden Endstellungen Kontaktpaare (25, 27) zugeord­ net sind und daß wenigstens einer der Kontakte (27) jedes Kontaktpaars (25, 27) in Kontaktschließrich­ tung druckfedernd ausgebildet ist und einen Federweg hat, der über die durch die Anschläge (17, 13) der Hebelteile (7, 13) bestimmte, dem Kontaktpaar (25, 27) zugeordnete Endstellung hinausreicht.

2. Kontaktanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein erstes der beiden Hebelteile das Hand­ griffteil (3) bildet und eine langgestreckte Kammer zur Aufnahme des zweiten der beiden Hebelteile (7) aufweist, wobei das Gelenk (9) und das Rückstellele­ ment (19) innerhalb der Konturen des Handgriffteils (3) angeordnet sind.

3. Kontaktanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gelenk (9) und das Rückstellelement (19) im Bereich sich gegenüberliegender Enden des Hand­ griffteils (3) angeordnet sind.

4. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellelement (19) als Elastomerring ausgebildet ist, der in einer ringförmi­ gen Aussparung an dem vom Gelenk (9) fernen Ende einer die Kammer des Handgriffteils (3) bildenden Durch­ gangsöffnung radial und gegebenenfalls auch axial geführt ist und daß das zweite Hebelteil (7) mit einem Ende in den Elastomerring eingreift.

5. Kontaktanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Elastomerring (19) zumindest radial vorgespannt in der Aussparung sitzt.

6. Kontaktanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Aussparung eine ringförmige, axiale Stützschulter bildet, deren radia­ le Tiefe kleiner ist als die radiale Ringdicke des Elastomerrings (19) und daß zwischen dem Elastomerring (19) und der Stützschulter eine ringförmige Stütz­ scheibe (21) angeordnet ist, die über die Stützschul­ ter nach radial innen vorsteht.

7. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Hebelteil (7) einen umlaufenden Ringvorsprung (17) aufweist, der zur Begrenzung der Schwenkbewegung an der Innenwand der Kammer des ersten Hebelteils (13) anschlägt.

8. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Hebelteil (7) einen umlaufenden, den beiden Kontaktpaaren (25, 27) gemein­ samen Ringkontakt (25) und der erste Hebelteil (13) beiderseits des Ringkontakts (25) angeordnete federnde Einzelkontakte (27) der beiden Kontaktpaare (25, 27) trägt.

9. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung der langgestreckten Kammer zu dem vom Gelenk (9) fernen Ende hin eine stufenförmig sich erweiternde Aussparung zur Aufnahme eines den beiden Kontaktpaaren gemeinsa­ men Ringkontakts (25), eines den Schwenkweg begrenzen­ den Ringvorsprungs (17) und des Elastomerrings (19) aufweist und an diesem Ende durch einen insbesondere abnehmbaren Deckel (23) verschlossen ist.

10. Kontaktanordnung nach Anspruch 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Hebelteil (7) an einem im ersten Hebelteil (13) gehaltenen Achsstift (9) schwenkbar gelagert ist und in einer zum Achsstift (9) offenen Aussparung ein gegen den Achsstift vorge­ spanntes, gummielastisches Vorspannelement (15) enthält.

11. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Handgriffteil (3), ein die langgestreckte Kammer aufweisendes, steifes Hülsenteil (13) und eine das Hülsenteil (13) umgeben­ de Ummantelung (14) aus elastischem Material auf­ weist.

12. Kontaktanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellelement (19) aus Silikonkautschuk besteht.