DE19715175C1 - Schalteinheit - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schalteinheit, insbe­ sondere einen Schaltautomat zum Schalten einer elektrischen Verbindung in Abhängigkeit von der Drehbewegung einer Antriebs­ welle einer Antriebseinheit.

Derartige elektro-mechanische Schaltautomaten werden üblicher­ weise in Verbindung mit Getriebeeinheiten oder Elektromotoren eingesetzt, um den Antrieb nach einer bestimmten Anzahl Umdre­ hung der Antriebswelle ab- oder umzuschalten. Zur Auslösung des Schalters wird bei bekannten Automaten die Umdrehung der Ab­ triebswelle des Motors an einer Stelle mechanisch, beispiels­ weise über Zahnräder abgegriffen und ebenfalls mechanisch, bei­ spielsweise über ein Getriebe oder eine Welle zum Automaten übertragen. Die Auslösung des Schalters ist bei diesen Automa­ ten unabhängig von der Drehgeschwindigkeit. Außerdem ist die Schalt-Umdrehungszahl innerhalb eines bestimmten Bereichs ein­ stellbar.

Aus der DE-OS 195 03 902 ist ein insbesondere für Kraftfahr­ zeuge verwendbarer Schalter bekannt, bei dem eine manuelle Drehbewegung in eine Längsbewegung überführt wird. Der bekannte Drehschalter umfaßt ein vorzugsweise manuell um seine Drehachse drehbares Zahnrad auf, welches über eine zahnstangenartige Längsverzahnung zwei Schlitten innerhalb einer Ebene ver­ schiebt, wobei ein Schlitten senkrecht zu seiner Bewegungsebene vorgespannte bewegliche Kontaktstücke trägt.

Es ist weiterhin aus der DE-AS 10 72 682 ein über eine Rutschkupplung angetriebenes Getriebe zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung bekannt, wobei das Getriebe eine drehbare und axial bewegliche Antriebswelle, die über eine Reibungskupplung bzw. Rutschkupplung mit einem An­ triebsmotor oder dergleichen zusammengeschaltet ist, und eine Schiebehülse mit Außengewinde umfaßt, die mit der Antriebswelle drehfest, jedoch relativ zu dieser axial bewegbar verbunden ist und auf ihrer Außenseite mit einer Mutter im Eingriff steht, wobei in den Endlagen der Mutter diese gegen einen Flansch des Getriebegehäuses und die Schiebehülse gegen einen Flansch auf der Antriebswelle gedrückt werden derart, daß die Antriebswelle axial verschoben wird und die Reibungsfläche der Kupplung voneinander entfernt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Schalteinheit, insbesondere eines Schaltautomaten zum Schalten einer elektrischen Verbindung in Abhängigkeit von der Drehbewe­ gung einer Antriebswelle einer Antriebseinheit, die kostengün­ stig herstellbar und vielseitig einsetzbar und verstellbar ist und eine hohe Abschaltgenauigkeit besitzt.

Die Erfindung wird dazu eine Schalteinheit, insbesondere ein Schaltautomat zum Schalten einer elektrischen Verbindung in Ab­ hängigkeit von der Drehbewegung einer Abtriebswelle einer An­ triebseinheit in Vorschlag gebracht, mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse drehbar angeordneten Hohlwelle, die konzentrisch mit der Abtriebswelle der Antriebseinheit verbindbar und von dieser antreibbar ist, mindestens einer Schaltmutter, die mit einem Außengewindeabschnitt der Hohlwelle in Eingriff steht und relativ zum Gehäuse verdrehfest festgelegt ist, derart, daß die Schaltmutter bei Drehung der Hohlwelle in Axialrichtung der Hohlwelle bewegbar ist und mindestens einer im Gehäuse angeordneten Schalteinrichtung, die in einer vorbestimmten axialen Stellung der Schaltmutter zum Schalten der elektrischen Verbindung betätigbar ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Schalteinheit sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Schalteinheit liegt in der Möglichkeit, diese direkt um die Abtriebswelle einer Antriebseinheit herum anzuordnen. Dadurch ergibt sich ein unmittelbarer Kraftfluß, ein geringes Spiel bei der Übertragung der Abtriebsdrehzahl auf die Schalteinheit und eine hohen Genauigkeit bei einem vereinfachten, nur wenige Teile benötigenden Aufbau. Durch die Anbringung der Schalter und der Schalthebel an einem in dem Gehäuse verschiebbar gelagerten Gehäuse wird die Steifheit der Schalteinheit erhöht und der Aufbau und die Montage vereinfacht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Schalteinheit unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung genauer erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 Eine Darstellung der Schalteinheit im Querschnitt,

Fig. 2 eine Darstellung der Schalteinheit im Längsschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 1,

Fig. 3 eine Darstellung der Schalteinheit im Längsschnitt, wobei sich eine Schaltmutter in der Schaltstellung befindet,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung der Halbschalen, die die Schalteinheiten tragen,

Fig. 5 Eine Teilschnittdarstellung eines Planetengetriebes zur Verbindung zwischen Abtriebs- und Hohlwelle,

Fig. 6 Eine Teilschnittdarstellung einer direkten Verbindung zwischen Abtriebs- und Hohlwelle,

Fig. 7 Eine Teilschnittdarstellung einer Stellung der Halbschalen für minimalen Schaltweg und

Fig. 8 Eine Teilschnittdarstellung einer Stellung der Halbschalen für maximalen Schaltweg.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Schalteinheit gemäß den Fig. 1 und 2 ein aus einem Strangpreßprofil gebildetes Gehäuse 10, in dem die einzelnen Bauteile der Schalteinheit untergebracht sind. Im Gehäuse ist eine Hohlwelle 3 drehbar angeordnet. Im Ein- bzw. Anbauzustand ist die Schalteinheit um eine Abtriebswelle 1 herum an einem Flansch 32 einer Getriebe- bzw. Antriebseinheit 30 befestigt. Das Gehäuse kann dazu unmittelbar an dafür vorgesehenen Aufnahmen an der Getriebeeinheit angebracht sein oder über einen (in der Figur nicht dargestellten) das Gehäuse der Schalteinheit abschließenden Flansch bzw. Gehäusedeckel mit der Getriebeeinheit verbunden sein.

Die Hohlwelle 3 liegt im Anbauzustand konzentrisch zur Abtriebswelle 1, welche sich durch die Hohlwelle hindurch zu einer anzutreibenden Einheit 40 erstreckt, wo sie in an sich bekannter Weise zur Übertragung des Antriebsmoments mit einer Antriebswelle 41 verbunden ist (beispielsweise über eine formschlüssige Verzahnung einer Verbindungsbuchse 42). Das Gehäuse der Schalteinheit ist an der anzutreibenden Einheit 40 in ähnlicher Weise befestigt wie an der Getriebe- bzw. Antriebseinheit.

Die Verbindung zwischen der Abtriebswelle 1 und der Hohlwelle 3 erfolgt entweder durch eine in Drehrichtung feste Verbindung, beispielsweise durch einen Festsitz (Reibschlußverbindung) durch Aufpressen oder Kleben gemäß Fig. 6 oder eine (nicht dargestellte) Formschlußverbindung mit Paßstift oder -feder oder mittels eines Kerbzahn-, Vielnut- oder Exzenterprofils oder dgl.. Bei einer solchen festen Verbindung ist die Übertragung der Drehzahl der Abtriebswelle auf die Hohlwelle 1 : 1.

Alternativ kann an Stelle einer festen Verbindung zwischen der Abtriebs- und Hohlwelle letztere koaxial zur Abtriebswelle drehbar angeordnet sein, wobei die Übertragung des Drehmoments von der Abtriebswelle auf die Hohlwelle entweder über einen (nicht dargestellten) elastischen Mitnehmer oder über ein Umlauf-, insbesondere ein Planetengetriebe erfolgt. Die Fig. 2 und 5 zeigen zwei Varianten einer derartigen Anordnung.

Bei der Planetengetriebeanordnung gemäß Fig. 2 dient die Hohlwelle 3 als Sonnenrad und weist dazu eine Außenverzahnung 16 auf. Ein innenverzahntes Hohlrad 14 ist starr am Gehäuse 10 befestigt. Eine als Steg dienende Scheibe 13 ist auf die oben beschriebene Weise (formschlüssig oder reibschlüssig) mit der Abtriebswelle 1 verbunden und trägt außermittig mindestens ein, vorzugsweise aber drei jeweils auf einem Achszapfen drehbar gelagerte (s) Planetenrad bzw. -räder 12. Diese stehen sowohl mit dem Hohlrad 14 als auch mit der Außenverzahnung 16 der Hohlwelle 3 in Eingriff und wälzen sich darüber ab.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Variante dient ein drehfest auf der Abtriebswelle sitzendes außenverzahntes Ritzel 17 als Sonnenrad und die Hohlwelle 3 weist eine radiale, flanschartige Erweiterung am vorderen axialen Ende auf, die als Planetenträger bzw. Steg dient. Auch hier ist die Hohlwelle um die Abtriebswelle drehbar.

Bei Verbindung der Hohlwelle mit der Abtriebswelle über ein derartiges Umlaufgetriebe bietet sich der Vorteil, daß die Hohlwelle 3 mit einer nach Maßgabe des Übersetzungsverhältnisses des Planetengetriebes von der Drehzahl der Abtriebswelle 1 abweichenden Drehzahl schneller oder langsamer als diese gedreht wird. Die Wahl der Verbindungsweise sowie des Übersetzungsverhältnisses erlaubt eine sehr vielseitige Anpassung der Schalteinheit an die jeweilige Antriebs- bzw. Getriebeeinheit bzw. an verschiedene Abtriebsdrehzahlen hinsichtlich Schaltweg und Schaltgenauigkeit und Schaltdrehzahl.

Die Hohlwelle weist an ihrem Außenumfang weiterhin einen Außengewindeabschnitt 11 auf, auf den eine Schaltmutter 4 mit entsprechendem Innengewinde aufgeschraubt ist. Die Schaltmutter ist am Außenumfang beidseitig konisch angefast und weist außerdem einen radial abstehenden Stift 18 als separates Bauteil oder als an die Mutter angeformten Vorsprung auf, der dazu dient, die Schaltmutter relativ zum Gehäuse 10 verdrehfest festzulegen, so daß die Schaltmutter bei Drehung der Hohlwelle 3 je nach Drehrichtung in Axialrichtung derselben vor und zurück bewegt wird. Der Stift 18 wird dazu in einer Ausnehmung oder Nut des Gehäuses oder in dem später noch zu beschreibenden zylindrischen Bauteil 6 in Längsrichtung geführt. Je nach Wahl der Steigung des Außengewindeabschnitts ergibt sich eine größere oder kleiner axiale Verschiebung der Schaltmutter pro Umdrehung. Auch über die Auswahl dieser Gewindesteigung läßt sich daher eine Anpassung des Schaltweges, der Schaltgenauigkeit und der Schaltdrehzahl an eine Abtriebsdrehzahl vornehmen.

Erreicht die Schaltmutter bei ihrer axialen Bewegung eine vorbestimmte Stellung (vgl. Fig. 1 oder 3), betätigt sie einen an dieser Position angeordneten elektrischen Schalter 7 entweder direkt oder über einen Schalthebel 5. Der Schalter 7 sowie der zugehörige Schalthebel sind an einem zylindrisch geformten Bauteil 6 befestigt, das in dem Gehäuse 10, beispielsweise an entsprechend geformten Führungsflächen des Strangpreßprofils in Längsrichtung des Gehäuses, also parallel zur Hohlwellenachse verschiebbar geführt bzw. gelagert ist. Das zylindrische Bauteil ist dazu so geformt, daß es die Hohlwelle 3 ganz oder teilweise umgreift.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist dieses Bauteil als geschlossener oder stückweise offener Hohlzylinder einteilig oder gemäß der besonders vorteilhaften Ausgestaltung gemäß den Figuren, durch zwei halbschalenförmige Teile 6, die sich zu einem runden Zylinder ergänzen, gebildet. Diese Ausführung bietet den Vorteil, daß für beide Schalen identische Teile verwendet werden können. Außerdem ist die Führung der Halbschalen in einer rundzylindrischen Ausnehmung bzw. Führungsfläche im Gehäuse einfach und genau herzustellen (vgl. Fig. 1). Das zylindrische Bauteil bzw. die halbschalenförmigen Teile sind vorzugsweise als Kunststoffspritzteile mit allen daran vorzusehenden Funktionsflächen und Aussparungen geformt. Die Ausführung als Kunststoffteil läßt nicht nur eine besonders günstige Herstellung zu, sondern bietet auch vorteilhafte Gleiteigenschaften im Hinblick auf die Verschiebung der Teile im Gehäuse.

Die beiden Halbschalen 6 sind unabhängig voneinander in Längsrichtung des Gehäuses verschiebbar. An Ihren Innenseiten sind jeweils eine Funktionsfläche 21 zur Anbringung eines Schalters 7, beispielsweise eines Mikroschalters, vorgesehen sowie eine armförmige Halterung für den Schalthebel 5, der mittels einer Achse schwenkbar gelagert ist. Die Ausgestaltung und Lage der Halterung für den Schalthebel an den Halbschalen sowie die Form des Schalthebels wird so gewählt, daß der zugehörige Schalter bei Berührung des einen Schalthebelendes mit dem Außenumfang der Schaltmutter durch das andere Schalthebelende betätigt wird. Die Verwendung eines Schalthebels hat den Vorteil, daß durch die Übersetzung der Schalthebelarme eine genauere und leichtgängige Auslösung des Schalters möglich ist, aber auch Schalter unterschiedlicher Abmessungen und Ausgestaltung oder solche mit mehreren Schalthebeln ohne aufwendige Konstruktionsänderung in einer Schalteinheit verwendet werden können.

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung können die Schalthebel durch eine Abbiegung in Längsrichtung so geformt werden, daß die Schalthebel nach dem Kontakt mit der Schaltmutter und einer Weiterbewegung der Mutter in derselben Richtung der Schalter für eine gewisse Zeit gedrückt bzw. betätigt bleiben (vgl. Fig. 7). Allerdings könnte bei entsprechender Ausgestaltung und Positionierung der Schalter auch auf einen Schalthebel verzichtet werden, wenn die Schaltmutter die Schalter direkt betätigen kann. Die Ausformung der beidseitig konischen Schaltmutter dient dazu, einen gleichmäßigen, ruckfreien Schaltvorgang zu erreichen.

Alternativ zu der mechanischen Auslösung der Schalter könnte bei Verwendung einer optischen Lichtschranke (beispielsweise unter Verwendung von Dioden und Photozellen und einer an der Schaltmutter vorgesehenen Blende) an Stelle eines mechanischen Schalters auch eine berührungslose und damit verschleißfreie Schaltung verwirklicht werden.

Bei Verwendung der zwei halbschalenförmigen Teile 6 können zwei unabhängige Schalter, die in unterschiedlichen axialen Stellungen der Schaltmutter betätigt werden, in der Schalteinheit untergebracht werden.

In alternativen Ausgestaltungen könnten auch mehr als zwei zylindrische Schalen- bzw. Segmentteile vorgesehen werden, die unabhängig voneinander jeweils mittels einer im Gehäuse 10 gelagerten und im folgenden erläuterten Stellspindel in Längsrichtung der Hohlwelle 3 verschiebbar sind und jeweils eine Schalteinrichtung 7 tragen. Dadurch läßt sich die Anzahl der unabhängig einzustellenden Schaltmöglichkeiten erhöhen. Außerdem könnten auch mehrere Schaltmuttern auf dem Außengewindeabschnitt 11 der Hohlwelle 3 vorgesehen werden, so daß Schalter mehrfach betätigt oder genutzt werden können. Außerdem sind die zylindrischen Teile nicht auf rundzylindrische Teile beschränkt sondern können auch ein eckiges Querschnittsprofil aufweisen. Ebenso ist die Querschnittsform des Gehäuses nicht auf ein quadratisches Profil beschränkt sondern kann auch rundzylindrisch ausgebildet sein.

Der bei der dargestellten Schalteinheit zwischen den beiden Schaltern liegende Schaltweg wird durch Verschieben der beiden halbschalenförmigen Teile 6 relativ zueinander in Längsrichtung des Gehäuses eingestellt. Die Fig. 7 und 8 zeigen die schalenförmigen Teile bzw. die Schalter 7 in den jeweiligen Endstellungen.

Die Längsverschiebung der halbschalenförmigen Teile 6 erfolgt jeweils durch eine in Längsrichtung des Gehäuses verlaufende drehbar gelagerte Stellspindel 8, deren Gewinde in eine Spindelmutter oder ein Teilgewinde eingreift, die mit dem jeweiligen Teil 6 verbunden bzw. das daran angeformt ist. Gemäß Fig. 4 weisen die halbschalenförmigen Teile am Außenumfang jeweils eine nutförmige Ausformung auf, in der die Stellspindel verläuft. Die axialen Enden 24 der Stellspindeln 8 können entweder in Bohrungen des Getriebegehäuses und des Gehäuses der anzutreibenden Einheit, zwischen denen das Gehäuse der Schalteinheit eingefügt ist, gelagert sein, oder aber in Bohrungen von Gehäusedeckeln der Schalteinheit.

Durch Verdrehen der Stellspindeln werden die halbschalenförmigen Teile in der Längsrichtung verschoben. Da aber die Schalteinheit üblicherweise zwischen die Antriebs- und die anzutreibende Einheit zwischengefügt ist, sind die Stellspindeln an den Stirn- bzw. axialen Seiten im allgemeinen für eine Verstellung nicht zugänglich. Zur Ermöglichung der Verstellung der Stellspindeln von der Außenumfangsseite des Gehäuses her ist gemäß Fig. 3 ein Kegelradpaar 9 vorgesehen, dessen eines Kegelrad 22 mit einer Stellspindel verbunden ist und dessen anderes Kegelrad 23 im Winkel von 90° dazu in einer radial in das Gehäuse eingesetzten Buchse 25 gelagert ist. Durch Verdrehen des Kegelrades 23 mittels einer damit verbundenen Mutter 26 kann die Stellspindel von der Umfangsseite des Gehäuses verdreht werden.

Gemäß Fig. 2 ist an dem Gehäuse 10 eine verschraubbare Kabeldurchführung 28 vorgesehen, durch die die elektrischen Kabel zu den Schaltern der Schalteinheit geführt werden.

Claims (10)

1. Schalteinheit, insbesondere Schaltautomat zum Schalten einer elektrischen Verbindung in Abhängigkeit von der Drehbewegung einer Abtriebswelle einer Antriebseinheit, mit
einem Gehäuse (10),
einer im Gehäuse drehbar angeordneten Hohlwelle (3), die konzentrisch mit der Abtriebswelle der Antriebseinheit verbindbar und von dieser antreibbar ist,
mindestens einer Schaltmutter (4), die mit einem Außengewindeabschnitt (11) der Hohlwelle (3) in Eingriff steht und relativ zum Gehäuse (10) verdrehfest festgelegt ist, derart, daß die Schaltmutter bei Drehung der Hohlwelle (3) in Axialrichtung der Hohlwelle bewegbar ist und
mindestens einer im Gehäuse angeordneten Schalteinrichtung (7), die in einer vorbestimmten axialen Stellung der Schaltmutter (4) zum Schalten der elektrischen Verbindung betätigbar ist.

2. Schalteinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Hohlwelle (3) drehfest mit der Abtriebswelle (1) der Antriebseinheit (30) verbindbar ist, so daß sich die Hohlwelle (3) mit der gleichen Drehzahl wie die Abtriebswelle (1) zu drehen vermag.

3. Schalteinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Hohlwelle (3) über ein im Gehäuse (10) angeordnetes Umlaufgetriebe (2) mit der Abtriebswelle (1) der Antriebseinheit (30) verbindbar ist, so daß sich die Hohlwelle (3) mit einer nach Maßgabe des Übersetzungsverhältnisses des Planetengetriebes von der Drehzahl der Abtriebswelle (1) abweichenden Drehzahl zu drehen vermag.

4. Schalteinheit gemäß Anspruch 3, wobei das Umlaufgetriebe als Planetengetriebe (2) ausgebildet ist, bei dem die Hohlwelle (3) als Sonnenrad bzw. Steg dient, ein innenverzahntes Hohlrad (14) am Gehäuse (10) befestigt ist und ein Steg (13) bzw. Sonnenritzel (17) fest mit der Abtriebswelle (1) verbindbar ist und mindestens ein an diesem drehbar gelagertes Planetenrad (12) trägt, das mit dem Hohlrad (14) und einer Außenverzahnung (16) der Hohlwelle (3) bzw. des Sonnenritzels (17) in Eingriff steht.

5. Schalteinheit gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Schalteinrichtung (7) an einem in dem Gehäuse (10) die Hohlwelle (3) ganz oder teilweise umgreifenden und in Längsrichtung der Hohlwelle (3) verschiebbar gelagerten zylindrischen Bauteil (6) befestigt ist.

6. Schalteinheit gemäß Anspruch 5, wobei die Schalteinrichtung (7) über einen an dem zylindrischen Bauteil (6) schwenkbar befestigten Schalthebel (5) betätigbar ist, der mit der Schaltmutter 4 zusammenwirkt.

7. Schalteinheit gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei das zylindrische Bauteil durch einen geschlossenen oder offenen Hohlzylinder oder durch zwei oder mehrere Teilsegmente (6), vorzugsweise durch Halb- oder Kreissegmentschalen, gebildet wird, die unabhängig voneinander in Längsrichtung der Hohlwelle (3) verschiebbar sind und jeweils eine Schalteinrichtung (7) tragen.

8. Schalteinheit gemäß Anspruch 5, 6 oder 7, wobei das zylindrische Bauteil bzw. der Hohlzylinder oder die Teilsegmente (6) jeweils mittels einer im Gehäuse (10) gelagerten Stellspindel (8) verschiebbar sind.

9. Schalteinheit gemäß Anspruch 8, wobei die Stellspindel (8) über ein Kegelradpaar (9) vom Außenumfang des Gehäuses (10) her verstellbar ist.

10. Schalteinheit gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (10) durch ein Strangpreßprofil gebildet ist, das zur Führung der jeweiligen Bauteile entsprechende Führungsflächen aufweist.