Elektrische Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalteinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Schalthebel und mit einer zumindest eine erste Schaltgasse aufweisenden Schaltbegrenzungskulisse, wobei der Schalthebel um eine senkrecht zu der Schaltgasse verlaufende Achse drehbar gelagert und in der Schaltgasse in verschiedene Schaltstellungen bringbar ist.

Derartige Schalteinrichtungen werden bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, die mit einem automatisierten Schaltgetriebe ausgerüstet sind. Dabei wird der eigentliche Schaltvorgang elektrohydraulisch oder elektromotorisch vorgenommen, während der jeweilige Schaltwunsch des Fahrers elektrisch oder elektronisch erfasst wird. Dem Fahrer stehen bei einem solchen automatisierten Schaltgetriebe die elektrische Schalteinrichtung mit einem Schalthebel und gegebenenfalls zusätzlichen, etwa am Lenkrad angeordneten Wippschaltern zum Herauf- und Herunterschalten zur Verfügung.

Der Schalthebel einer solchen Schalteinrichtung kann multistabil oder auch monostabil ausgeführt sein, dass heißt er kann entweder in mehrere feste Positionen einstellbar sein oder er besitzt, ähnlich einem Joystick nur eine stabile Ruheposition, in die der Schalthebel aus mehreren instabilen Stellpositionen immer wieder zurückfällt.

Die Schaltbegrenzungskulisse dient dabei der Führung des Schalthebels und der Begrenzung seiner Bewegung auf eine oder zwei parallel zueinander verlaufende Schaltgassen, wobei der Schalthebel im Falle zweier Schaltgassen zum Wechsel zwischen den beiden Schaltgassen längs eines diese verbindenden und senkrecht zu ihrem Verlauf ausgerichteten Verbindungskanals verstellt wird.

Durch die DE 102 06 985 A1 ist eine Schalteinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt geworden. Der Schalthebel ist bei dieser Einrichtung monostabil nach Art eines Joystick ausgelegt, d.h. er ist um zwei zueinander senkrechte Achsen verschwenkbar, und dadurch in zwei zueinander parallelen Schaltgassen bewegbar, wobei er nach Wegfall der Betätigungskraft jeweils wieder in ein und dieselbe Grundstellung zurückfällt.

Die elektrische Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich gegenüber dieser vorbekannten Einrichtung dadurch aus, dass das untere Ende des Schalthebels mit zwei jeweils eine Rastkontur sowie einen dieser zugeordneten federbelasteten Raststößel umfassenden, wirksam oder unwirksam schaltbaren Rasteinrichtungen verbunden ist.

Die Rastkonturen weisen dabei Rastkurvenbahnen auf, die vorzugsweise parallel zueinander verlaufen, und die Rasteinrichtungen sind dadurch wirksam oder unwirksam schaltbar, dass ihre federbelasteten Raststößel jeweils mit den diesen zugeordneten Rastkonturen in oder außer Eingriff gestellt sind.

Dieses in oder außer Eingriff stellen der Raststößel mit den diesen zugeordneten Rastkonturen geschieht dabei vorteilhaft durch änderung der Vorspannung der diesen zugeordneten Federn, indem die der Rastkurve abgewandten Enden der Federn jeweils an einem Widerlager anliegen, dessen Abstand von der Rastkontur veränderbar ist.

Eine bevorzugte Möglichkeit zur Veränderung dieses Abstandes besteht darin, dass die Widerlager durch Nocken einer Nockenwelle gebildet sind. Durch Drehung der Welle kommt ein anderer Bereich des exzentrisch ausgebildeten Nockens am Ende der Feder zur Anlage.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist jeweils eine der Rasteinrichtungen wirksam und die andere unwirksam geschaltet.

Eine Schalteinrichtung mit erweiterten Schaltmöglichkeiten ergibt sich dadurch, dass in der Schaltbegrenzungskulisse eine parallel zu der ersten Schaltgasse verlaufende zweite Schaltgasse sowie ein quer zum Verlauf der Schaltgassen ausgerichteter Verbindungskanal vorhanden sind, und dass die Rastkontur eine parallel zu einer ersten Rastkurvenbahn verlaufende zweite Rastkurvenbahn aufweist, durch welche rastende und/oder tastende Schaltstellungen des Schalthebels definiert sind.

In der letzteren Ausführung kann der Schalthebel zweckmäßigerweise in Richtung des Verbindungskanals verschiebbar gelagert sein, und zwar in der Art und Weise, dass die Lagerung des Schalthebels in eine Linearlagerung und eine Drehlagerung unterteilt ist, wobei die Linearlagerung bevorzugt durch zwei Säulenachsen erfolgt, welche gemeinsam um eine weitere Achse drehbar gelagert sind.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung werden anhand des in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung der beiden Rastkonturen sowie der Zuordnung zu den Positionen in der Schaltbegrenzungskulisse

Figur 2 die Lagerung des Schaltstücks in seitlicher Ansicht

Figur 3 eine Ansicht der Lagerung und der Rasteinrichtungen

Figur 4 einen Querschnitt im Bereich der Rasteinrichtungen

Der Schalthebel der elektrischen Schalteinrichtung ist in einer schematisch in Fig. 1 dargestellten Schaltbegrenzungskulisse 4 geführt. Durch die Schaltbegrenzungskulisse 4 ist die Bewegung des Schalthebels auf zwei parallel zueinander verlaufende Schaltgassen 1 , 2 sowie einen diese verbindenden und senkrecht zu deren Verlauf ausgerichteten Verbindungskanal 3 begrenzt. Zum Wechsel zwischen den beiden Schaltgassen 1 , 2 wird der Schalthebel längs des Verbindungskanals 3 verstellt. Um die Verstellbarkeit des Schalthebels in der Schaltbegrenzungskulisse 4 zu ermöglichen ist dieser in Richtung des Verbindungskanals 3 verschiebbar und um eine parallel zu dem Verbindungskanal 3 verlaufende Achse 5 drehbar gelagert. Die Lagerung des Schalthebels umfasst, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, eine Linearlagerung auf zwei parallel zu dem Verbindungskanal 3 ausgerichtete Säulenachsen 10, 11 , auf denen ein mit dem Schalthebel über eine Schalthebelaufnahme 12 verbundenes Schaltstück 13 verschiebbar gelagert ist. Der hier nicht dargestellte Schalthebel wird von oben in die Schalthebelaufnahme 12 eingesteckt. Die beiden Säulenachsen 10, 11 sind an ihren Enden durch zwei Verbindungsbleche 14, 15 miteinander verbunden, wobei die Verbindungsbleche 14, 15 etwa in ihrer Mitte wiederum selbst auf einer weiteren, zu den Säulenachsen 10, 11 parallel ausgerichteten Achse 5 gelagert und um diese Achse 5 drehbar sind. Der Schalthebel ist dadurch entlang des Verbindungskanals 3 verschiebbar und innerhalb der Schaltgassen 1 , 2 verschwenkbar gelagert.

Das Schaltstück 13 ist mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten elektrischen oder elektronischen Schaltpositionserfassungseinrichtung verbunden, durch die die jeweils eingenommene Schaltposition und damit der

jeweilige Schaltwunsch des Fahrers elektrisch oder elektronisch erfasst wird. Es kann sich hierbei z.B. um elektromechanische Kontakte oder auch um berührungslos arbeitende Schaltpositionserfassungseinrichtungen etwa auf der Basis von magnetfeldempfindlichen oder optischen Sensoren handeln. Der dem Schaltwunsch entsprechende eigentliche Schaltvorgang wird dann in einem automatisierten Schaltgetriebe elektrohydraulisch oder elektromotorisch vorgenommen.

Zur Realisierung rastender und tastender Schaltstellungen des Schalthebels ist dieser an seinem unteren Ende über das Schaltstück 13 mit zwei separaten Rasteinrichtungen verbunden. Diese Rasteinrichtungen umfassen, wie in Fig. 3 und 4 zu erkennen, jeweils einen federbelasteten Raststößel 8, 9 sowie jeweils eine diesem zugeordnete Rastkontur 6, 7. Die Rastkonturen 6, 7 weisen dabei jeweils zumindest eine Rastkurvenbahn 6a, 6b, 7a, 7b auf, und diese Rastkurvenbahnen 6a, 6b, 7a, 7b verlaufen parallel zueinander. Die Rasteinrichtungen sind dabei gezielt wirksam oder unwirksam schaltbar, indem ihre federbelasteten Raststößel 8, 9 jeweils mit den diesen zugeordneten Rastkonturen 6, 7 in oder außer Eingriff gestellt sind.

In dem Querschnitt in Fig. 4 ist das Schaltstück 13 zu erkennen, welches in seinem oberen Bereich mit der Aufnahme 12 zur Verbindung mit dem Schalthebel versehen ist. Durch den Schalthebel kann das Schaltstück 13 aus der in der Zeichnung dargestellten Position nach rechts verschoben sowie durch Schwenken um die Achse 5 senkrecht zur Zeichenebene verschwenkt werden.

Im unteren Bereich sind in dem Schaltstück zwei parallel ausgerichtete zylindrische Bohrungen 16, 17 vorhanden, in denen jeweils ein Raststößel 8, 9 mit einer Schraubenfeder längsverschieblich aufgenommen ist. Die Raststößel 8, 9 sind zweiteilig ausgeführt, wobei ein unterer Teil mit einer

abgerundeten Spitze 8' , 9' zur Abtastung einer Rastkontur 6, 7 versehen ist. Die beiden, den Raststößeln 8, 9 zugeordneten Rastkonturen 6, 7 sind in einem gemeinsamen Rastkonturenblock 18 eingeformt. Ein oberer Teil der Raststößel 8, 9 ist gegenüber dem unteren Teil beweglich angebracht und mit einem zur Anlage an einem Widerlager versehenen Kopfstück 8", 9" versehen. Zwischen oberem und unterem Teils der Raststößel 8, 9 ist die Schraubenfeder angeordnet, die im gespannten Zustand bestrebt ist, die beiden Teile auseinander zu drücken.

Die Widerlager, an denen sich die Kopfstücke 8", 9" der Raststößel 8, 9 abstützen, sind durch Nocken 20, 21 auf einer Nockenwelle 19 gebildet. Durch Drehung der Nockenwelle 19, die auf der Drehachse 5 angeordnet ist, ist somit der Abstand des jeweiligen Widerlagers zu der zugeordneten Rastkontur 6, 7 veränderbar. In der in Fig. 4 dargestellten Situation ist der dem rechten Raststößel 9 zugeordnete Nocken 21 mit seiner größeren

Ausdehnung mit dem Kopfstück 9" des Raststößels 9 in Eingriff, während der dem linken Raststößel 8 zugeordnete Nocken 20 mit seiner geringeren Ausdehnung dem Kopfstück 8" des Raststößels 8 gegenüberliegt. Dadurch ist der rechte Raststößel 9 unter eine größere Federvorspannung gegenüber der zugeordneten Rastkontur 7 gestellt als der rechte Raststößel 8 gegenüber der ihm zugeordneten Rastkontur 6. Die jeweiligen Federvorspannungen der Raststößel 8, 9 sind dabei so ausgelegt, dass jeweils der Raststößel 8, 9 mit der höheren Federvorspannung effektiv mit der ihm zugeordneten Rastkontur 6, 7 zur wirkungsmäßigen Abtastung derselben in Eingriff gestellt ist, während der Raststößel 9, 8 mit der geringeren Federvorspannung mit der ihm zugeordneten Rastkontur 7, 6 außer Eingriff gestellt ist, so dass durch diese Maßnahme die eine, in diesem Fall die rechte Rasteinrichtung wirksam und die andere, in diesem Fall die linke Rasteinrichtung unwirksam geschaltet ist.

Durch eine Drehung der Nockenwelle 19 um 180° ist sind die beschriebenen Verhältnisse umkehrbar, so dass dann die linke Rasteinrichtung wirksam und rechte Rasteinrichtung unwirksam geschaltet ist.

Die in Fig. 4 dargestellte Situation entspricht dem Zustand, dass sich der Schalthebel in der zweiten, d.h. in der Fig. 1 links liegenden Schaltgasse 1 der Schaltbegrenzungskulisse 4 befindet. Im normalen Betriebszustand ist abweichend von der Darstellung in Fig. 4 die linke Rasteinrichtung wirksam geschaltet, d.h. die Nockenwelle ist gegenüber der Darstellung um 180° gedreht. Die Rastkontur 6 der wirksam geschalteten linken Rasteinrichtung weist zwei parallel zueinander verlaufende erste und zweite Rastkurvenbahnen 6b, 6a sowie eine die beiden Rastkurvenbahnen 6b, 6a verbindende Verbindungsbahn 6c auf. Der Raststößel 8 befindet sich hier in der linken Rastkurvenbahn 6a der linken Rastkontur 6.

In der zweiten Schaltgasse 1 ist der Schalthebel nur tastend nach vorne und nach hinten bewegbar und fällt immer wieder in die Mittenstellung M zwischen diesen Richtungen zurück. Dies dient bei einem Gangwahlhebel etwa einem manuellen Gangwechsel auf und ab. Längs des Verbindungskanals 3 ist der Schalthebel rastend in die rückseitige Endstellung D der ersten Schaltgasse 2 bzw. der darunterliegenden ersten Rastkurvenbahn 6b verstellbar. Dies würde in der Fig. 4 einer Verlagerung des Schaltstücks 13 nach rechts bis zum Anschlag des Raststößels 8 an der Begrenzung der Rastkontur 6 entsprechen. Der Raststößel befindet sich dann in der rechten Rastkurvenbahn 6b der linken Rastkontur 6. Bei einem Gangwahlhebel entspricht diese Stellung der normalen Fahrstellung „D". Längs dieser Rastkurvenbahn 6b kann der Schalthebel dann in drei weitere Schaltstellungen, also etwa die Stellungen für Neutral, Rückwärts und Parken gebracht werden, in denen er jeweils einrastet. In seiner vorderen Stellung innerhalb der zweiten Schaltgasse 2 befindet sich der Schalthebel in der

sogenannten Parkposition „P", in der ein Fahrzeug abgestellt wird. Ein Wechsel der Schaltstellung erfordert also jeweils eine nach vorwärts oder rückwärts gerichtete Betätigung des Schalthebels.

Zur Rückstellung des Schalthebels aus einer beliebigen Stellung in diese Grundstellung oder Parkposition „P" wird durch eine Drehung der Nockenwelle 19 um 180° die linke Rasteinrichtung unwirksam und die rechte Rasteinrichtung wirksam geschaltet. Dies entspricht bezüglich der Drehstellung der Nockenwelle 19 der in Fig. 4 gezeigten Situation.

Die Rastkontur 7 der jetzt wirksam geschalteten rechten Rasteinrichtung weist Rastkurvenbahnen 7a, 7b und eine Verbindungsbahn 7c auf, die so gestaltet sind, dass sie eine Rückstellung des Schaltstücks 13 und damit des Schalthebels in eine vorgegebene Grundstellung, in diesem Falle die Parkstellung „P" bewirken. Die Rastkontur 7 ist dazu so ausgelegt, dass in jeder Stellung Rückstellkräfte wirken, die den Raststößel 9 in die Endstellung 7d der Rastkontur 7 zurückführen.