B etätigungseinrichtung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung zur manuellen Betätigung insbesondere eines Gangwechselgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Gattungsgemäße Betätigungseinrichtungen kommen beispielsweise, jedoch keineswegs ausschließlich, zur manuellen Anwahl von Schaltstufen bzw. zur Gangvorwahl bei Gangwechselgetrieben von Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Bei solchen Betätigungseinrichtungen, bei denen es sich insbesondere um einen zwischen den Vordersitzen eines Kraftfahrzeugs angeordneten Betätigungs- bzw. Wählhebel für ein Automatikgetriebe handeln kann, ist es von Bedeutung, dass eine möglichst spielfreie Lagerung des Betätigungshebels gewährleistet wird, damit vom Bediener bzw. Fahrzeugführer die verschiedenen Funktionsstellungen des Betätigungshebels sicher und mit zuverlässiger haptischer Rückmeldung eingelegt werden können. Eine spielfreie Lagerung des Betätigungshebels ist ferner von Bedeutung, da auf diese Weise unerwünschte Klappergeräusche des Betätigungshebels vermieden werden.

Der letztere Gesichtspunkt spielt insbesondere bei Betätigungseinrichtungen für Gangwechselgetriebe eine große Rolle, da Schalthebel bzw. Wählhebel im Vergleich zu den meisten anderen Betätigungseinrichtungen am Kraftfahrzeug vergleichsweise große Abmessungen und eine vergleichsweise hohe Masse aufweisen. Aus diesem Grund muss gerade bei Betätigungseinrichtungen für Schalt- und Automatikgetriebe konstruktiv besonderes Augenmerk auf eine dauerhaft spielfreie Führung des Betätigungshebels gelegt werden. Insbesondere bei den zunehmend aus Kunststoff

gefertigten Lagereinrichtungen für derartige Betätigungshebel ist die Realisierung einer einerseits spielfreien und andererseits leichtgängigen Lagerung oftmals jedoch schwierig, bzw. vergleichsweise aufwändig und teuer.

Betätigungseinrichtungen mit spielfrei gelagertem Betätigungshebel sind aus dem Stand der Technik bekannt. So zeigt die DE 33 07 950 Al eine Betätigungseinrichtung für ein Schaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs, bei der der Schalthebel mittels einer Gelenkkugel in einer entsprechenden Kugelschale im Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung aufgenommen ist. Bei dieser aus dem Stand der Technik bekannten Betätigungseinrichtung ist die Kugelschale zweiteilig ausgeführt, bzw. umfasst einen zusätzlichen elastischen Ring, der die am Betätigungshebel angeordnete Gelenkkugel in die Kugelschale im Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung presst, so dass etwa vorhandenes Spiel zwischen Gelenkkugel und Kugelschale eliminiert wird.

Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Betätigungseinrichtungen sind jedoch aufgrund der zahlreichen notwendigen Einzelteile sowie wegen der Notwendigkeit deren sorgfältiger spielfreier Justierung und Montage aufwändig und damit tendenziell teuer.

Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorhegenden Erfindung, eine Betätigungseinrichtung mit einem Betätigungselement zu schaffen, beispielsweise zur Betätigung eines Gangwechselgetriebes eines Kraftfahrzeugs, mit der sich die genannten Nachteile des Standes der Technik überwinden lassen. Insbesondere soll die Betätigungseinrichtung eine dauerhaft spielfreie Führung und Lagerung des Betätigungselements im Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung ermöglichen, dabei jedoch lediglich aus einem Minimum an Einzelteilen bestehen, und es soll ein nennenswerter Kostenumfang bei Produktion und Montage eingespart werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Betätigungseinrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unter ansprüche .

Die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung umfasst in an sich zunächst bekannter Weise ein Betätigungselement, das in zumindest zwei verschiedene Schaltstellungen verbracht werden kann. Dabei ist das Betätigungselement mittels einer Gelenkkugel in einem Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung beweglich gelagert, wobei das Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung eine zu der Gelenkkugel formkomplementäre Kugelschale aufweist.

Erfindungsgemäß jedoch zeichnet sich die Betätigungseinrichtung dadurch aus, dass die Kugelschale zumindest eine Ausnehmung aufweist, wobei in der Ausnehmung der Kugelschale eine Vorspanneinrichtung mit einem in kugelschalenradialer Richtung biegeelastischen Flächenbereich angeordnet ist. Der biegeelastische Flächenbereich weist ein auf dem Flächenbereich im Wesentiichen zentrisch angeordnetes Druckkontaktelement auf, das an der Gelenkkugel des Betätigungselements zur Anlage bringbar ist. Dabei befindet sich die an der Gelenkkugel zur Anlage bringbare Kontaktfläche des Druckkontaktelements in der kräftefreien Neutralstellung der Vorspanneinrichtung in einem Abstand zum Mittelpunkt der Kugelschale bzw. Gelenkkugel, der kleiner als der Radius der Gelenkkugel ist.

Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die Gelenkkugel in der Kugelschale mittels der an der Kugelschale angeordneten Vorspanneinrichtung spielfrei in der Kugelschale gehalten wird. Dies erfolgt dadurch, dass die durch die Kontaktoberfläche des Druckkontaktelements gebildete Anpressfläche der Vorspanneinrichtung durch die Gelenkkugel aus der kräftefreien Neutralstellung nach außen gedrückt wird. Hierdurch entsteht eine entsprechende Reaktionskraft zurück auf die Gelenkkugel, die die Gelenkkugel in die Kugelschale presst.

Auf diese Weise wird mit Vorteil ermöglicht, dass die Fertigungsgenauigkeit der Gelenkkugel und/oder der Kugelschale der Betätigungseinrichtung reduziert werden kann, ohne dass Einbußen bei Qualität und Lebensdauer der Betätigungseinrichtung, oder bezüglich der haptischen Eigenschaften der Betätigungseinrichtung zu erwarten

sind. Dabei ist jedoch zugleich eine permanent spiel- und klapperfreie Lagerung und Aufnahme der Gelenkkugel in der Kugelschale gewährleistet. Auf diese Weise ist gleichzeitig nicht nur die Gelenkkugel, sondern auch das Betätigungselement - beispielsweise der Wählhebel eines Fahrzeuggetriebes - ebenfalls spiel- und klapperfrei im Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung gehaltert.

Die Erfindung lässt sich zunächst einmal unabhängig davon verwirklichen, wie die Kugelschale und die Vorspanneinrichtung konstruktiv verwirklicht sind, solange der biegeelastische Flächenbereich der Vorspanneinrichtung bei der Auslenkung aus der kräftefreien Neutralstellung ausreichende Rückstellkräfte zur spielfreien Halterung der Gelenkkugel in der Kugelschale indiziert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung jedoch besteht die Kugelschale im Wesentlichen aus zwei Kugelhalbschalen, wobei in einer der beiden Halbschalen die Ausnehmung mit dem biegeelastischen Flächenbereich und dem Druckkontaktelement angeordnet ist.

Vorzugsweise ist dabei sowohl das Druckkontaktelement als auch der biegeelastische Flächenbereich einstückig mit der Kugelhalbschale ausgebildet. Auf diese Weise ergibt sich eine äußerst kostengünstige Herstellbarkeit sowohl der Kugelschale, als auch der durch den biegeelastischen Flächenbereich und das Druckkontaktelement gebildeten Vorspanneinrichtung aus einem Stück. Dies ist insbesondere dann von entscheidendem Vorteil, wenn das Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung, bzw. die Kugelhalbschalen, aus Kunststoff gefertigt sind, wie dies bei Betätigungseinrichtungen beispielsweise am Kraftfahrzeug zunehmend der Fall ist.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist die Sockeleinrichtung im Wesentlichen aus zwei Gehäusehälften gebildet. Dabei ist jede der beiden Gehäusehälften einstückig mit jeweils einer der beiden Kugelhalbschalen ausgebildet.

Hierdurch wird eine noch weitergehende Kostenreduzierung bei der Herstellung des Sockelgehäuses der Betätigungseinrichtung erzielt, da sich Gehäuse, Schalthebellagerung und Vorspanneinrichtung zur spielfreien Lagerung des Schalthebels somit aus lediglich zwei jeweils einstückigen Kunststoffhalbschalen fertigen lassen. Ferner kann auf diese Weise eine im höchsten Maße vereinfachte, spielfreie Fertigmontage der die Kugelschale umfassenden Gehäusehälften - zusammen mit Gelenkkugel bzw. Schalthebel - ohne jegliche Notwendigkeit der Justage der Schalthebellagerung erfolgen. Hierdurch lassen sich im Vergleich zum Stand der Technik Kosten in erheblichem Umfang einsparen.

Besonders bevorzugt ist der biegeelastische Flächenbereich der Vorspanneinrichtung durch eine in der kräftefreien Neutralstellung der Vorspanneinrichtung ebene Membran gebildet, wobei die Membran entlang im Wesentlichen ihres gesamten Außenumfangs eingespannt, bzw. entlang Ihrer Außenumfangs einstückig mit der zugehörigen Kugelhalbschale verbunden ist.

Diese Ausführungsform steht ebenfalls im Dienst einer besonders einfachen und kostengünstigen konstruktiven Gestaltung sowie Herstellbarkeit der Vorspanneinrichtung zusammen mit der zugehörigen Kugelhalbschale.

Die Ausführung des biegeelastischen Flächenbereichs gemäß dieser Ausführungsform als im Wesentlichen rundum eingespannte Membran ist besonders vorteilhaft insofern, als sich auf diese Weise ausreichende Anpresskräfte zwischen Druckkontaktelement und Gelenkkugel bereits bei minimaler Auslenkung der Membran erzielen lassen. Denn bei Auslenkung der Membran entstehen in der Membranebene aufgrund der Einspannung der Membran entlang ihres gesamten Außenumfangs erhebliche Zugkräfte, wodurch wiederum die zur spielfreien Aufnahme der Gelenkkugel notwendigen Rückstellkräfte der Membran senkrecht zur Membranebene - in Richtung auf die Gelenkkugel - induziert werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 in schematischer isometrischer und teilweise aufgeschnittener Darstellung eine

Ausführungsform einer Betätigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 in schematischer isometrischer Darstellung das teilweise geschnitten gezeigte Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 in schematischer Darstellung das Sockelgehäuse der Betätigungseinrichtung gemäß Fig. 1 und 2 in rückwärtiger Ansicht;

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung den schrägen Schnitt A - A durch Sockelgehäuse und Gelenkkugel der Betätigungseinrichtung gemäß Fig. 3; und

Fig. 5 in einer Fig. 4 entsprechenden Darstellung und Ansicht den Schnitt A - A durch das Sockelgehäuse gemäß Fig. 4 ohne Gelenkkugel.

Fig. 1 zeigt in schematischer isometrischer Darstellung eine Ausführungsform einer Betätigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Betätigungseinrichtung, sprich um einen Wählhebel, für ein automatisiertes Fahrzeuggetriebe.

Man erkennt in der Darstellung der Fig. 1 zunächst einmal das als stangenförmiger Schalthebel 1 ausgebildete Betätigungselement, wobei der Schalthebel 1 mittels eines Kugelgelenks 3 relativ zu einem Sockelgehäuse 2 schwenkbeweglich angeordnet ist. Der Schalthebel 1 trägt hierzu eine Gelenkkugel 3, welche wiederum gleitbeweglich in einer im Sockelgehäuse 2 der Betätigungseinrichtung angeordneten Kugelschale aufgenommen ist.

Der Schalthebel 1 lässt sich somit in Fahrtrichtung vor und zurück wie auch quer zur Fahrtrichtung seitlich hin und her bewegen, um so beispielsweise die verschiedenen

Schaltgassen der Wählhebeleinrichtung bzw. die verschiedenen Schaltstufen des Automatikgetriebes anzuwählen.

Die Kugelschale ist dabei im Wesentlichen durch zwei Kugelhalbschalen 4' und 4" gebildet. Die beiden Kugelhalbschalen 4' und 4" wiederum sind einstückig mit jeweils einer der Gehäusehälften 5, 6 des Sockelgehäuses 2 ausgeführt, wodurch sich bereits die Herstellung und Montage des Sockelgehäuses 2, bzw. der Betätigungseinrichtung äußerst einfach gestaltet.

Dies geht auch aus der Darstellung gemäß Fig. 2 hervor, die das Sockelgehäuse 2 der Betätigungseinrichtung in teilweise geschnittener Schrägdarstellung zeigt. Auch hier werden wieder die beiden Gehäusehälften 5, 6 des Sockelgehäuses 2 ersichtlich, wobei jede der beiden Gehäusehälften 5, 6 eine der beiden Kugelhalbschalen 4' und 4" trägt. In Fig. 2 gut erkennbar wird auch die im Sinne der konstruktiven Vereinfachung und Kostenersparnis einstückige Ausführung der Kugelhalbschalen 4' und 4" mit der jeweiligen Gehäusehälfte 5, 6.

Zum Zweck der spielfreien Führung der Gelenkkugel 3 zusammen mit dem Betätigungshebel 1 im Sockelgehäuse 2, bzw. in der Kugelschale 4', 4" umfasst die in Fig. 1 zeichnungsbezogen links angeordnete Kugelhalbschale 4" eine in Form einer kreisförmigen Membran 7 ausgebildete Vorspanneinrichtung mit einem mittig auf der kreisförmigen Membran 7 angeordneten Druckkontaktelement 8 zur Führung der Gelenkkugel 3. Man erkennt, dass die Membran 7 bei der Montage der beiden Gehäusehälften 5, 6 des Sockelgehäuses 2 der Betätigungseinrichtung durch die Gelenkkugel 3 geringfügig nach außen bzw. zeichnungsbezogen links verformt wurde, wodurch in der Ebene der Membran entsprechende Zugkräfte und damit Rückstellkräfte in Richtung auf die Gelenkkugel induziert werden.

Die kreisförmige Membran 7 sowie das darauf angeordnete Druckkontaktelement 8 zur Kontaktierung und Führung der Gelenkkugel sind auch in Fig. 2 gut erkennbar, wobei die Gelenkkugel der besseren Darstellung halber in Fig. 2 weggelassen wurde.

Fig. 3 zeigt nochmals das Sockelgehäuse 2 gemäß Fig. 2 in der rückwärtigen Ansicht. Dabei stellt die in Fig. 3 eingezeichnete Schnittlinie den Verlauf des schrägen Schnittes A - A durch die Gelenkkugel 3, die Kugelhalbschalen 4' und 4" sowie durch die Stange des Betätigungshebels 1 dar, wobei die Schnittfläche des schrägen Schnittes A - A in Fig. 4 wiedergegeben ist.

In Fig. 4 erkennt man zunächst einmal die Gelenkkugel 3, die bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in Form einer zum Zweck der Materialersparnis und höheren Formgenauigkeit skelettiert ausgebildeten Kugel 3 aus Kunststoff vorliegt. Der Betätigungshebel 1 stellt sich innerhalb der in Fig. 4 dargestellten Schnittfläche als Ellipse dar, da der einen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Betätigungshebel 1 gemäß Fig. 3 unter einem spitzen Winkel geschnitten wurde.

In Fig. 4 erkennt man ferner die beiden Gehäusehälften 5, 6, aus denen sich das Sockelgehäuse 2 der Betätigungseinrichtung zusammensetzt, wie auch die beiden Kugelhalbschalen 4' und 4", in denen die Gelenkkugel 3 des Betätigungshebels 1 gleitbeweglich aufgenommen ist. Dabei umfasst die hier zeichnungsbezogen rechts angeordnete Kugelhalbschale 4" wieder die Vorspanneinrichtung mit der kreisrunde Membran 7 sowie mit dem auf der Membran angeordneten Druckkontaktelement 8. Deutlich ist zu erkennen, wie die kreisrunden Membran 7 aufgrund des Kontakts zwischen dem Druckkontaktelement 8 und der Gelenkkugel 3 nach außen bzw. zeichnungsbezogen nach rechts verformt wird. Hierdurch werden - aufgrund der umlaufenden Einspannung der Membran 7 - innerhalb der Membranebene erhebliche Zugkräfte erzeugt, die wiederum für entsprechende RücksteUkräfte des Druckkontaktelements 8 in Richtung auf die Gelenkkugel 3 wirken.

In Fig. 5 ist nochmals der Schnitt durch das Sockelgehäuse gemäß Fig. 4 dargestellt, wobei in der Darstellung gemäß Fig. 5 Gelenkkugel 3 und Betätigungshebel 1 weggelassen bzw. aus dem Sockelgehäuse 2 entnommen sind. Daher befindet sich die Membran 7 und das Druckkontaktelement 8 in der Darstellung gemäß Fig. 5 in der

kräftefreien Neutralstellung, die sich von der nach außen verformten Stellung gemäß Fig. 4 unterscheidet. Die kräftefreien Neutralstellung der Membran 7 und des Druckkontaktelements 8 wird in Fig. 5 insbesondere anhand der strichliniert dargestellten Außenkontur der Membran 7 in deren ausgelenkter Stellung gemäß Fig. 4 ersichtlich. In der kräftefreien Neutralstellung gemäß Fig. 5 befindet sich somit die der Gelenkkugel 3 zugewandte Kontaktoberfläche des Druckkontaktelements 8 der Membran 7 näher am Mittelpunkt der Gelenkkugel 3 als die Außenoberfläche der Gelenkkugel 3 selbst.

Auf diese Weise wird die Gelenkkugel 3 sowie der mit der Gelenkkugel 3 verbundenen Betätigungshebel 1 mittels der durch die Verformung der Membran 7 erzeugten Anpresskräfte spiel- und klapperfrei in der Kugelschale 4', 4" gehaltert solange, bis eine Betätigung des Wählhebels bzw. Betätigungshebels 1 erfolgt. Während der Betätigung legt sich die Gelenkkugel 3 sodann entsprechend der jeweils vorliegenden Kraftrichtung der Betätigungskraft in bekannter Weise an dem der Kraftwirkungsrichtung gegenüberliegenden Bereich der Kugelschale 4', 4" an, so dass die vollen Betätigungskräfte sicher aufgenommen und gleichzeitig unter geringstmöglichen Reibungsverlusten übertragen werden können.

Im Ergebnis wird damit deutlich, dass mit der Erfindung eine Betätigungseinrichtung geschaffen wird, die maßgebliche Vorteile primär bezüglich dauerhafter Spiel- und Wartungsfreiheit aufweist. Insbesondere werden mit der Erfindung die Nachteile von aus dem Stand der Technik bekannten Betätigungseinrichtungen mit spielfreier Hebelführung verbessert bzw. beseitigt.

Die Erfindung leistet damit einen Beitrag zur Realisierung robuster sowie dauerhaft spielfreier Betätigungseinrichtungen insbesondere für Gangwechselgetriebe. Zugleich werden aufgrund der ermöglichten konstruktiven Vereinfachung sowie aufgrund der Reduzierung der Teileanzahl Potenziale zur Kostenersparnis eröffnet.

Bezugszeichenliste

1 Schalthebel, Betätigungselement

2 Sockeleinrichtung, Sockelgehäuse

3 Gelenkkugel

4\ 4" Kugelhalbschalen

5 , 6 Gehäusehälften

7 Membran, biegeelastischer Flächenbereich

8 Druckkontaktelement