Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft allgemein Fahrzeuggetriebe und
insbesondere elektrische Schalter, um ein elektrisches Signal zu
liefern, das auf die Position des Arretierungshebels des
Fahrzeugs anspricht.
Hintergrund der Erfindung
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Herkömmlicherweise wird außen am Getriebegehäuse ein
Drehschalter angebracht, der über verschiedene Gestänge mechanische
Getriebegangwahleingänge vom Führer eines Fahrzeugs erhält und
über elektronische Signale die Gangwahl an ein Decodermodul und
die elektronische Getriebesteuereinheit ausgibt. Der Schalter
umfaßt einen Quadranten mit einer daran angeordneten
ausgewählten Anzahl elektrischer Schaltsegmente, wobei jedes Segment
einen Ausgang an das Decodermodul liefert. Das Handventil, das
den Hydraulikbetrieb des Getriebes steuert, ist mechanisch mit
einer Platte gekoppelt, die einrückbare Arretierungen, einen
sogenannten Arretierungshebel aufweist, der an einer Welle
angebracht ist und damit schwenkbar beweglich ist. Die Welle
erstreckt sich durch die Getriebegehäusewand, und eine
Schaltstange ist außerhalb des Getriebegehäuses starr an der Welle
befestigt, so daß dann, wenn ein Fahrzeugführer einen Gang
wählt, die Schaltstange sich innerhalb des Drehschalters über
den Quadranten zu einer vorbestimmten Position bewegt, um an
einem oder mehreren der elektrischen Kontaktsegmente
anzugreifen. Bei bestimmten System überwacht die elektronische
Steuerung die Gangposition zusammen mit anderen Eingängen bezüglich
der Drosselklappenstellung, der Hauptwellendrehzahl, der
Motordrehzahl, der Motorlast usw.
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In der europäischen Patentanmeldung Nr. 0 551 000 ist eine
Schalteranordnung offenbart, die innerhalb des Getriebegehäuses
angebracht ist, um zu vermeiden, daß die Schalter in einer
feindlichen Umgebung angeordnet werden, in der sie
Wasserspritzern und ähnlichem ausgesetzt sind, sowie um Probleme mit der
Stapelung von Toleranzen zu vermeiden, die mit Gestängen
verbunden sind, wenn die Schalter außerhalb des Getriebegehäuses
angebracht werden. In dieser Anmeldung ist ein Schaltergehäuse
gezeigt, das an der Handhebelwelle angebracht ist. Das Gehäuse
ist mit der Rolle gekoppelt, die an der Rastfeder befestigt
ist, die die Rolle in Eingriff mit der Außenkante des
Arretierhebels vorspannt, um das Gehäuse relativ zu dem Getriebegehäuse
stationär zu halten. An einem Schalterarm, der starr an der
Handhebelwelle angebracht ist, sind mehrere erste Kontakte
angebracht, und er erstreckt sich in das Schaltergehäuse. Der
Schalterarm, der mit dem Arretierungshebel bewegbar ist, bewegt
sich in und außer Eingriff mit entsprechenden zweiten
elektrischen Kontakten, die an dem Schaltergehäuse angebracht sind.
Zwischen einer Nabe des Schalterarms und dem Schaltergehäuse
sind ringförmige Dichtungen vorgesehen, um das Eindringen von
Metallteilen und Schmutz in das Schaltergehäuse zu verhindern.
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Nach der EP-A-0 551 000 hergestellte Schalteranordnungen sind
sehr wirksam, um die Probleme mit einer feindlichen Umgebung
und der Stapelung zu umgehen; allerdings ist bei bestimmten
Fahrzeugen der zum Unterbringen einer Schalteranordnung
innerhalb des Getriebegehäuses vorgesehene Raum insbesondere in
Richtung der Längsachse der Handhebelwelle, d.h. in vertikaler
Richtung, derart begrenzt, daß nicht genügend Raum für
herkömmliche Dichtungsmechanismen bleibt, die erforderlich sind, um
das Eindringen von Metallteilchen und anderem Schmutz in das
Schaltergehäuse zu verhindern.
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Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische
Schalteranordnung vorzusehen, die auf eine Gangwahl reagiert
und frei von den oben erwähnten Einschränkungen beim Stand der
Technik ist, und die innerhalb des verfügbaren Raums in
bestehenden
Fahrzeuggetriebegehäusen eingebaut werden kann. Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schalteranordnung
vorzusehen, die ein Drehelement mit einem verbesserten Mechanismus
aufweist, der den Durchgang von Fluid zuläßt, aber das
Eindringen von Schmutz verhindert, und insbesondere in der
Nachbarschaft der Handhebelwelle einen minimalen Raum einnimmt, aber
dennoch zuverlässig ist und eine lange Lebensdauer aufweist.
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Weitere Aufgaben, Vorteile und Einzelheiten der
Schalteranordnung dieser Erfindung und des Dichtunsmechanismus ergeben sich
aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen der Erfindung.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Nach der vorliegenden Erfindung ist eine Schalteranordnung zur
Verwendung mit einem Kraftfahrzeuggetriebe mit einer schwenkbar
angebrachten Handwelle vorgesehen, die in einer Bohrung durch
eine Wand eines Getriebegehäuses angebracht ist und eine
Längsachse sowie einen Arretierungshebel mit mehreren Rasten an
einer äußeren Randfläche aufweist, wobei jede Raste einer
speziellen Getriebegangwahl entspricht, einer zu der Handwelle hin
und von dieser weg beweglichen Rolle, die mit einer äußeren
Randfläche des Arretierungshebels in Eingriff gehalten ist,
wobei der Arretierungshebel so auf der Welle befestigt ist, daß
die Winkellage des Arretierungshebels bezüglich der Welle fest
ist, wobei die Schalteranordnung enthält: ein angrenzend an den
Arretierungshebel angebrachtes Schaltergehäuse, wobei das
Schaltergehäuse zwei gegenüberliegende Enden aufweist, von
denen das eine Ende mit der Rolle verbunden ist, um dieses eine
Ende des Gehäuses in einer festen Position relativ zu dem
Getriebegehäuse zu halten, während das andere Ende des
Schaltergehäuses drehbar an der Handwelle angebracht ist, wobei das
Schaltergehäuse einen Sockel aufweist, einen Schalterarm, der
innerhalb des Gehäuses angeordnet und starr an der Handwelle
befestigt ist, so daß die Winkellage des Schalterarms relativ
zur Handwelle konstant bleibt, wobei wenigstens ein Abschnitt
des Schalterarms, der in dem Schaltergehäuse angeordnet ist,
allgemein parallel zu und im Abstand von dem Sockel des
Schaltergehäuses verläuft, innerhalb des Schaltergehäuses
angebrachte Schaltermittel mit wenigstens einem ersten elektrischen
Kontakt, der auf dem Schalterarm oder dem Sockel angebracht ist,
sowie wenigstens einem durch eine Feder vorbelasteten zweiten
elektrischen Kontakt, der am anderen der beiden Elemente
Schalterarm und Sockel angebracht ist, wobei der erste oder der
zweite elektrische Kontakt zwischen einer Ineingriffsposition
und einer Außereingriffsposition mit dem jeweils anderen
Kontakt verschiebbar ist, wenn die Handwelle und der Schalterarm
gedreht werden, und Mittel zum Verhindern des Eindringens von
Schmutz in das Schaltergehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schalterarm und das Schaltergehäuse wenigstens ein Paar
zueinander gerichteter paralleler Ringflächenabschnitte aufweisen,
die sich um die Handwelle erstrecken, wobei jeder
Ringflächenabschnitt in einer senkrecht zur Längsachse der Handwelle
verlaufenden Ebene liegt, und daß die Mittel zum Verhindern des
Eindringens von Schmutz aus einem ringförmigen Dichtungselement
bestehen, das zwischen den Paaren zueinander gerichteter
paralleler Ringflächenabschnitte angeordnet ist und aus elastischem
Material besteht und äußere und innere Umfangsränder aufweist,
die auf einer der zwei Ringflächenabschnitte mit einem
gekrümmten Flächenabschnitt aufliegen, der durch Drehen eines konvexen
Bogens um die Wellenachse definiert ist, der sich von einem
Punkt auf dem Innenrand zu einem Punkt auf dem Außenrand
erstreckt, wobei der gekrümmte Flächenabschnitt einen
ausgewählten Scheitelhöhenwert zwischen der Ebene des einen
Ringflächenabschnitts und dem am weitesten von der Ebene entfernt
liegenden Abschnitt des gekrümmten Flächenabschnitts hat, wobei die
parallelen Ringflächenabschnitte in einem Abstand voneinander
liegen, der kleiner als der ausgewählte Scheitelhöhenwert des
Dichtungselements ist, so daß das Dichtungselement im Gebrauch
zwischen dem Paar zueinander gerichteter paralleler
Ringflächenabschnitte zusammengedrückt wird.
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Bei einer Ausführungsform der Schalteranordnung weisen der
Schalterarm und das Schaltergehäuse ein zweites Paar zueinander
gerichteter, paralleler Ringflächenabschnitte auf, die sich um
die Handwelle erstrecken, sowie ein zweites ringförmiges
Dichtungselement, das zwischen dem zweiten Paar zueinander
gerichteter paralleler Ringflächenabschnitte angeordnet ist und aus
elastischem Material gebildet ist sowie äußere und innere
Umfangsränder aufweist, die auf einer der parallelen
Ringflächenabschnitte des zweiten Paares liegen, mit einem gekrümmten
Flächenabschnitt, der durch Drehen eines konvexen Bogens um die
Wellenachse definiert ist, der sich von einem Punkt an dem
inneren Rand zu einem Punkt am Außenrand erstreckt, wobei der
gekrümmte Flächenabschnitt eine ausgewählte Scheitelhöhe zwischen
der Ebene eines der parallelen Ringflächenabschnitte und dem
Abschnitt der gekrümmten Fläche hat, der am weitesten von der
Ebene entfernt ist, in der die Ränder des zweiten
Dichtungselements liegen, wobei das zweite Paar der ringförmigen
Flächenabschnitte in einem Abstand voneinander liegen, der kleiner als
die gewählte Scheitelhöhe ist.
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Das Schaltergehäuse und der Schalterarm können aus Kunstharz
und das oder jedes ringförmige Dichtungselement kann aus
rostfreiem Stahl hergestellt sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines
Schaltergehäuses, wie es in der EP-A-0 551 000 gezeigt ist.
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Fig. 2 ist eine Bodendraufsicht eines beweglichen
Schalterarms, der bei dem Schaltergehäuse von Fig. 1 verwendet wird;
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Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht ähnlich Fig. 1 eines
Schaltergehäuses, das nach einer ersten Ausführungsform der
Erfindung hergestellt ist;
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Fig. 3a ist eine teilweise ausgebrochene Perspektivansicht
eines Dichtungselements, das bei der Ausführungsform von Fig. 3
verwendet wird; und
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Fig. 4 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht der
Dichtungsanordnung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Beschreibung der bevorzuaten Ausführungsformen
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Unter Bezug auf die Zeichnung stellt die Bezugsziffer 10 ein
Schaltersystem dar, das in der EP-A-0 551 000 offenbart ist,
auf die oben Bezug genommen wurde. Das Schaltersystem 10 weist
ein Schaltergehäuse mit einer Sockelplatte 12 auf, die an einem
freien Ende mit einer Gabelung versehen ist, die einen Schlitz
14 zur Aufnahme einer Arretierungsrolle 16 bildet. Mehrere sich
gekrümmt erstreckende stationäre Kontakte 18a, 18b, 18c und 18d
sind auf einer Leiterplatte 20 angeordnet.
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Ein länglicher Schalterarm 22 erstreckt sich von einem
Nabenabschnitt 24 entlang der Oberseite der Sockelplatte 12 allgemein
parallel dazu. Mehrere zweite elektrische Kontakte 28a, 28b,
28c und 28d sind an der Unterseite des Arms 22 angebracht, und
zwar einer für jeden stationären Kontakt und in Ausrichtung
dazu. Um die Bewegung des Schalterarms 22 auf diejenige der
Handwelle 30 zu begrenzen, ist der Nabenabschnitt 24 dadurch an der
Welle befestigt, daß ein Paar von parallelen ebenen Flächen 24a
geformt sind, die zu einem entsprechenden Paar von parallelen
ebenen Flächen 30a passen, die an der Handwelle 30 geformt
sind, so daß der Schalterarm 22 an der Welle 30 verkeilt ist,
seine Winkellage zu derjenigen der Welle festliegt und er mit
ihr beweglich ist.
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Eine obere Schaltergehäuseabdeckung 32 ist über der
Sockelplatte 12 aufgenommen und daran befestigt. Die Sockelplatte 12 und
die Gehäuseabdeckung 32 sind jeweils mit einem
Ringdichtungssitz 34 bzw. 36 in einer Bohrung versehen, die die Nabe 24
aufnimmt, die ihrerseits an der Handwelle 30 aufgenommen ist. Die
Lippendichtung 38 ist in dem Sitz 34 angeordnet, und die
Lippendichtung 40 ist in dem Sitz 36 angeordnet, um das
Schaltergehäuse gegen das Eindringen von Metallteilchen und Schmutz in
den Schalterkontaktbereich abzudichten.
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Die elektrischen Kontaktelemente 28a - 28d (vgl. Fig. 2) sind
als längliche Federfinger gestaltet, die nach unten vorbelastet
sind, so daß sie nach dem Zusammenbau in dem Schaltergehäuse an
der Sockelplatte 12 angreifen. Wird die Handwelle 30 gedreht,
dann streichen die Kontaktfinger 28a - 28d entlang der
Oberseite der Leiterplatte 20 auf der Sockelplatte 12 und greifen an
entsprechenden Stationärkontaktspuren 18a - 18d an ausgewählten
Winkelpositionen der Welle 30 an.
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Die Schalteranordnung von Fig. 1 und 2 sieht ein
Gleitkontaktsystem vor, das die Probleme aus dem Stand der Technik
überwindet, bei dem elektrische Kontakte durch leitfähige Teilchen und
Späne, die während des normalen Betriebs eines
Automatikgetriebes erzeugt werden, einer elektrischen Kurzschlußbildung
unterliegen. Das System sieht auch einen hervorragenden Bezug zu dem
mechanischen System, d.h. der Handwelle 30 und der mit der
Rolle 16 gekoppelten (nicht gezeigten) Rastfeder vor, die die
Rolle in Eingriff mit dem äußeren Umfangsrand des
Arretierungshebels 42 vorbelastet.
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Allerdings ist bei bestimmten Fahrzeugen der Freiraum zwischen
der Rastplatte 42 und dem Getriebegehäuse nicht ausreichend, um
den erforderlichen Raum für Dichtungsmechanismen wie dem in
Fig. 1 gezeigten mit Dichtungssitzen 34, 36 und
Lippendichtungen 38, 40 vorzusehen.
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Eine erfindungsgemäß hergestellte Schalteranordnung, die in
Fig. 3 gezeigt ist, verwendet eine Dichtungsvorrichtung, die
praktisch keinen vertikalen Raum einnimmt. In der Figur ist zu
sehen, daß der Schalterarm 22', der aus einem beliebigen
geeigneten Material wie Kunstharz gebildet ist, ähnlich dem
Schalterarm 22 von Fig. 1 ist; allerdings weist die Nabe 24' in
Richtung der Längsachse der Handwelle 30 eine kleinere
Abmessung auf und nimmt wie aus Fig. 3 ersichtlich nicht mehr Raum
als der Schalterabschnitt des Gehäuses 44 ein. Ein erster
ringförmiger Sitz 46, der ebenfalls aus jedem geeigneten Material
wie Kunstharz gebildet ist, ist in der Sockelplatte 12'
angrenzend an die Bohrung 48 gebildet, und ein zweiter ausgerichteter
Sitz so ist in der Gehäuseabdeckung 32' angrenzend an die
Bohrung 52 gebildet. Der erste und der zweite ringförmige Sitz 46
bzw. 50 sind Flächenabschnitte, die in entsprechenden Ebenen
liegen, die sich senkrecht zu der Längsachse der Handwelle 30
erstrecken. Ein erstes ringförmiges Dichtungselement 54 ist an
dem Sitz 46 angeordnet, und ein zweites, ähnliches ringförmiges
Dichtungselement 56 ist an dem Sitz 50 angeordnet. Die
Dichtungselemente 54, 56 sind aus einem Material mit guten
Federeigenschaften wie rostfreiem Stahl gebildet und sind derart
vorgeformt, daß sie in radialer Richtung eine glatte gekrümmte
Oberfläche aufweisen, was in Fig. 3a zu sehen ist.
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Die gekrümmten Flächenabschnitte weisen eine ausgewählte
Scheitelhöhe, d.h. eine in Fig. 3(a) gezeigte Höhe "c" zwischen
einer Ebene, in der die äußeren und die inneren Umfangsränder
jedes Elements liegen, und dem Abschnitt des gekrümmten
Flächenabschnitts auf, der von dieser Ebene am weitesten entfernt ist.
Die ringförmigen Elemente 54, 56 sind an ringförmigen Sitzen 46
bzw. 50 zwischen dem Schalterarm 22' und der Sockelplatte 12'
bzw. der oberen Gehäuseabdeckung 32' in einem Abstand
angeordnet, der kleiner als die Scheitelhöhe "c" ist, so daß sich die
ringförmigen Dichtungselemente an den verfügbaren Raum anformen
und wirksam den Durchgang von Schmutz verhindern.
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Beispielsweise würde ein Dichtungselement, das aus einem 0,078
mm (3 mil) dicken Material mit einer geeignet gekrümmten Fläche
gebildet ist, in der Ruhegestaltung eine Scheitelhöhe von etwa
0,038 mm (1,5 mil) aufweisen, d.h. ehe es einer Last
unterworfen wird, die das Element tendenziell abflachen würde. Die in
Fig. 3 und 3a gezeigten gekrümmten Flächen sind zur
Veranschaulichtung etwas übertrieben dargestellt. Sind die
Dichtungselemente an ihren Sitzen angeordnet und ist die Gehäuseabdeckung
32' auf jede geeignete Weise an der Sockelplatte 12' befestigt,
werden die Dichtungselemente 54, 56 belastet und formen sich im
wesentlichen an die Oberfläche des Sitzes und der
ausgerichteten Abschnitte des Schalterarms 22' an. Allerdings paßt sich
die Form des Dichtungselements an die Freiräume an, die durch
jegliche Schaukel- oder Kippbewegung des Schalterarms 22'
erzeugt wird, und verhindert deshalb, daß Teilchen und Schmutz im
allgemeinen an den Dichtungselementen vorbei in den
Schaltbereich gelangt. Gleichzeitig kann Fluid an der Dichtung
vorbeiströmen
und dient zum Schmieren der Gleitflächen zwischen dem
Scheitelabschnitt der Dichtungselemente und dem Schalterarm
22'.
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Der Scheitelabschnitt der Dichtungselemente 54 und 56 ist zwar
in Eingriff mit dem Schalterarm 22' gezeigt, es ist aber zu
verstehen, daß die Scheitelseite gegebenenfalls umgedreht sein
könnte, so daß der Scheitel an einem Sitz 46 bzw. 50
aufgenommen würde.
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Unter Bezug auf Fig. 4 verwendet eine modifizierte
Ausführungsform ein einziges ringförmiges Dichtungselement 56 an einer
Seite der Wand 25 des Schalterarms 22" in Zusammenwirken mit
den an der gegenüberliegenden Seite der Wand 25 bzw. der
Sokkelplatte 12" gebildeten Flächenabschnitten 27, 29. Die
Flächenabschnitte 27, 29 sind mit zueinander passenden gekrümmten
Flächenabschnitten gebildet, die sich in radialer Richtung
erstrecken, so daß zwischen dem Schalterarm 22" und der
Sockelplatte selbst bei einer leicht schiefen Bewegung ein enger
physischer Eingriff aufrechterhalten bleibt, während sich das
elastische Dichtungselement 56 an den Raum anformt, der durch
diese Bewegung vorgesehen wird, wodurch der Durchgang von Schmutz
wirksam verhindert wird.
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Es versteht sich, daß die bevorzugten Ausführungsformen zur
Veranschaulichung der Erfindung beschrieben wurden, daß diese
Erfindung aber zahlreiche Modifizierungen und Äquivalente zu
den offenbarten Ausführungsformen umfaßt. Die Erfindung soll
alle Modifizierungen und Äquivalente der offenbarten
Ausführungsformen umfassen, die in den Umfang der Erfindung fallen.