DE102006007592A1

DE102006007592A1 - Schaltsystem zum Schalten eines Schaltgetriebes

Info

Publication number: DE102006007592A1
Application number: DE200610007592
Authority: DE
Inventors: Alexander Mohr
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-02-18
Filing date: 2006-02-18
Publication date: 2007-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung (1) zum Schalten eines Schaltgetriebes (2), wobei das Schaltgetriebe (2) eine Schaltwellenmasse (m1) aufweisende Schaltwelle (3) besitzt. Die Getriebestränge des Schaltgetriebes (2) sind Schaltmuffen (23) zugeordnet. Die Schaltanordnung (1) weist ein Kopplungselement (4), das an die Schaltwelle (3) angelenkt ist, und ein Übertragungselement (5) auf, das dem Kopplungselement (4) nachgeordnet ist. Das Übertragungselement (5) steht mit einem Schaltknauf (6) über einen Schalthebel (7) in Wirkverbindung. An die Schaltwelle (3) ist mindestens eine Druckfeder (8) als Schaltkraftunterstützung, die eine Vorlast auf die Schaltmuffe (23) des jeweils geschalteten Ganges ausübt, angebunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung eines Schaltgetriebes. Solche Schaltgetriebe haben eine oder mehrere Getriebewellen, auf denen als Zahnräder ausgebildete Gangräder angeordnet sind, die die Getriebegänge des Schaltgetriebes bereitstellen. Intern sind Schaltmuffen vorgesehen, die aus einer Neutralstellung in unterschiedliche Gänge bzw. Gangräder einrastbar sind und diese drehfest mit der betreffenden Getriebewelle verbinden. Dazu wird eine Schaltmuffe mit Hilfe einer Schaltgabel aus einer Neutralstellung heraus in Eingriff mit einem Gangrad gebracht, wobei die Schaltgabel, welche auf einem Stab gleitet, in einem Schaltfinger der Schaltwelle die Schaltmuffe aus der Neutralstellung zu einem der vorgesehenen Gangräder verschiebt.
Das nachgeschaltete Schaltanordnung bis hin zum üblicherweise handbetätigten Schaltknauf 6 des Schalthebels bildet ein schwingungsfähiges Feder-Dämpfungs-Masse-System, wie es durch die 8 veranschaulicht werden kann. Dabei sind die an die Schaltwelle 3 gekoppelten Massen bzw. die mit der Schaltwelle 3 im Getriebe zusammenwirkenden Massen zusammengefasst zu einer Schaltwellenmasse m₁. Das Kopplungselement sowie das Übertragungselement bilden ein System, das durch eine Federkonstante c und eine Dämpfungskonstante k vereinfacht dargestellt werden kann, wobei wiederum die Masse des Schalthebels mit dem Schaltknauf 6 eine an dieses Federdämpfungssystem gekoppelte Masse m₂ bildet.
Eine solche Schaltanordnung 38 ist ein schwingungsfähiges Gebilde und kann zu unangenehmen und unerwünschten Vibrationen am Schaltknauf 6 des Schalthebels führen. Für unterschiedliche Schaltgetriebe mit Schaltwellen 3, Kopplungselementen und Übertragungselementen, sowie Schalthebeln muss somit eine spezielle Anpassung geschaffen werden, damit sich die Vibrationen einer Schaltmuffe im Schaltgetriebe nicht zu Vibrationen am Schaltknauf aufschaukeln. Dazu ist ein erheblicher theoretischer und praktischer Anpassungsvorgang erforderlich, um die Eigenschwingungen der nachgeschalteten Schaltanordnung von den Vibrationen innerhalb des Getriebes zu entkoppeln, da sonst die Gefahr besteht, dass sich die Schwingungen überlagern und aufschaukeln und eine unangenehme Vibration am Schaltknauf spürbar wird.
Dieser Abstimmungsaufwand für jede einzelne Schaltanordnung in Zusammenwirken mit einem Schaltgetriebe ist kostenintensiv und führt in vielen Fällen nicht zum gewünschten Ergebnis, nämlich zu einem nahezu vibrationsfreien Schaltknauf. Besteht die Schaltanordnung aus einem Schaltzugendstück an der Schaltwelle als Kopplungselement und aus einem Seilzug als Übertragungselement, so lässt sich das konventionelle System stark vereinfacht mit dem in 8 gezeigten Feder-Dämpfungs-Masse-Modell darstellen. Das entkoppelnde Schaltzugendstück dämpft in Verbindung mit dem nachgeschalteten Seilzug als Reibelement k die an der Schaltwellenmasse m₁ vorherrschenden Schwingungen, so dass die Auswirkungen am Schaltknauf m₂ minimiert sind. Um einen Eigenfrequenzzustand dieses Systems zu vermeiden, besteht demnach die Notwendigkeit, das externe Schaltanordnung in unterschiedlichen Applikationen für die Größen c und k gezielt auf die oben erwähnte Problematik abzustimmen, um Vibrationen des Schaltknaufs zu minimieren. Eine derartige Einzelabstimmung ist mit den nachfolgenden Nachteilen verbunden.

1. Kosten in erheblichem Umfang
2. Ein großer Abstimmungsaufwand
3. Deutliche Nachteile in einigen Schaltbarkeitskriterien, wie Schaltkomfort, Exaktheit und Zähigkeit
4. Es müssen große Einstellungstoleranzen der Schaltung vorgesehen werden, um Abstimmungsmöglichkeiten zu schaffen.

In der Druckschrift DE 197 36 106 A1 wird versucht, diese Nachteile dadurch zu überwinden, dass die Lagerung des Schalthebels für beispielsweise eine Außenschaltung eines Kraftfahrzeuggetriebes in besonderem Maße gedämpft wird. Dazu wird ein Schalthebel vorgesehen, der in einem Kugelgelenk gelagert ist, wobei das Kugelgelenk abschnittsweise von einer aus Kunststoff bestehenden Lagerschale umgeben ist. Eine kostengünstige, Wartungsarbeiten zulassende Lagerung, mit der eine Übertragung von Schwingungen der Schaltwelle auf den Schalthebel vermeidbar sind, soll dadurch erreicht werden, dass zum einen der Schalthebel über die Lagerschale an einer starr mit einem Motor- und Getriebegehäuse verbundenen Gelenkkugel gelagert ist, wobei die Lagerschale über Dämpfungsmittel mit einem Außenring in Verbindung steht, so dass auf einer Umfangsfläche dieses Außenringes der Schalthebel mittels einer Nabe schwenkbar geführt ist.

Auch diese Lösung, die gemäß der Druckschrift DE 197 36 106 A1 durch Dämpfung mit Hilfe einer entsprechenden Lagerung des Kugelgelenks des Schalthebels Schwingungen bzw. Vibrationen am Schaltknauf vermeiden will, hat Nachteile, zumal eine derartige Kunststoffpuffer-gedämpfte Lagerung Verschleißerscheinungen zeigt, die neben erhöhten Fertigungskosten einen erhöhten Wartungsaufwand nach sich ziehen.

Aus der Druckschrift US 5,025,677 ist eine handbetriebene Schaltanordnung mit einem Schalthebel bekannt, wobei der Schalthebel in einem stationären Führungsrohr mit radialem Spiel angeordnet ist. Das untere Ende des Gangschalthebels ist in einem schwenkbaren Kugelkopflager angeordnet. Dazu wird ein Gangschaltungsrohr von dem Gangschaltungshebel zu einem Übertragungselement geführt. Der Gangschaltungshebel ist an dem Führungsrohr in einfacher Weise bewegbar und dauerhaft in einer vibrationsdämpfenden Weise geschmiert.

Das heißt, auch hier wird mit der Lösung gemäß der Druckschrift US 5,025,677 versucht, unmittelbar am Gangschaltungshebel durch Lagerung des Hebels in einem Schmiermittel die Vibrationen, die vom Getriebe ausgehen, zu dämpfen. Auch diese Lösung ist technisch durch die Abdichtungsforderung des Schmiermittels im unteren Bereich des Gangschaltungshebels technisch aufwändig und kostenintensiv.

Schließlich ist aus der Druckschrift JP 198 20 301 eine Schaltanordnung bekannt, um ein extremes Vibrieren eines Steuerungshebels beim Fahren zu vermeiden, indem eine konzentrierte Masse auf einer Servostange angeordnet wird. Folglich ist durch diese unabhängige Masse die Resonanzfrequenz der Schaltanordnung frei wählbar, ohne den Schaltvorgang schwergängig zu machen, was mit der Gefahr eines Gangausfalls verbunden sein könnte, wobei die Resonanzfrequenz außerhalb des praktischen Drehzahlbereichs eines Motors eingestellt wird.

Die Lösung gemäß der JP 198 20 301 hat den Nachteil, dass ein zusätzliches Servogestänge mit einer definierten Zusatzmasse in das Schaltanordnung eingeführt werden muss, was nicht nur die Kosten steigert, sondern auch das Erfordernis beinhaltet, die Größe des Massenelements dem jeweiligen Motor- und Getriebetyp anzupassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und ein Schaltanordnung zum Schalten eines Schaltgetriebes anzugeben, bei dem verhindert wird, dass sich ein Taumeln der Schaltmuffen im Getriebe zu Vibrationen der schwingungsfähigen Schaltanordnung bis zum Schaltknauf auswirken können.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Schaltanordnung zum Schalten eines Schaltgetriebes hat eine auf Anforderung des Fahrers oder automatisch betätigte Schaltwelle, ein oder mehrere Gangräder sowie wenigstens ein über die Schaltwelle (3) betätigtes Schaltelement, das zwischen einer Neutralstellung und einer oder mehreren Gangstellungen hin- und herschaltbar ist. Das Schaltelement ist dabei so ausgebildet, dass das Gangrad in einer Schaltstellung drehfest mit einer Getriebewelle in Verbindung steht und dass sich das Gangrad in einer Neutralstellung gegenüber der Getriebewelle verdreht. Üblicherweise wird hierzu das Schaltelement als Schaltmuffe ausgebildet, es kann auch als in der Getriebewelle verschieblicher Keil oder auch anders ausgebildet sein, beispielsweise als Schaltgabel oder als Schalthebel.

Gemäß der Erfindung ist ein Schaltunterstützungselement vorgesehen ist, das die Schaltwelle oder das Schaltelement in der Gangstellung bzw. in den Gangstellungen elastisch verschieblich festlegt. Dabei kann die Festlegung durch einen Anschlag erfolgen, gegen den die Schaltwelle bzw. das Schaltelement gedrückt wird, sobald das Schaltelement in der Gangstellung angelangt ist. Der Anschlag kann auch so ausgebildet sein, dass das Gangrad als Anschlag wirkt, gegen den das als Schaltmuffe ausgebildete Schaltelement ständig drückt, wenn es die Gangstellung eingenommen hat. Durch eine solche Vorspannung wird Vibrationen in der Schaltwelle entgegengewirkt. Zwar sind gemäß der Erfindung Verschiebungen des Schaltelements gegen die Wirkung einer elastischen Kraft noch möglich, wenn es sich in der Gangstellung befindet. Jedoch bewirkt diese Elastizität eine deutliche Verminderung von Vibrationen.

Die Schaltanordnung weist mindestens ein Kopplungselement, das an die Schaltwelle angelenkt ist, und ein Übertragungselement auf, das dem Kopplungselement nachgeordnet ist und das mit einem Schaltknauf über einen Schalthebel in Wirkverbindung steht.

An die Schaltwelle ist mindestens eine Druckfeder als Schaltkraftunterstützung angebunden, wobei die Druckfeder eine Vorlast auf die Schaltmuffe des jeweiligen geschalteten Ganges ausübt.

Eine derartige Schaltanordnung hat den Vorteil, dass etwaige über die Schaltgabel und den auf der Schaltwelle fixierten Schaltfinger übertragene Taumelbewegungen der Schaltmuffe durch die Druckfeder, die von einer geschalteten Stellung ein Drehmoment auf die Schaltwelle ausübt, unterdrückt werden. Somit kann es zu keinen Vibrationen beispielsweise durch Taumeln der Schaltmuffe mehr kommen. Diese können sich somit auch nicht mehr über die Schaltgabel zu dem Schaltfinder zu Drehmomentschwingungen der Schaltwelle aufschaukeln.

Wegen der Vorlast auf die Schaltmuffe durch die Wirkung der Druckfeder wird diese über die Schaltwelle in eine Richtung gepresst. Damit wird die Ursache von Vibrationen weitestgehend unterdrückt. Dies wird darauf zurückgeführt, dass in dem in 8 dargestellten Prinzipbild des konventionellen Systems durch die Druckfeder die Eigenfrequenz des Systems derart verschoben wird, dass sich keine Schwingungen am Schaltknauf aufschaukeln können.

Durch die somit ruhig gestellte Lage des Schaltknaufes ist eine komfortable Bedienung und Nutzung des Schalthebels mit Schaltknauf für das Bedienpersonal gewährleistet. Da die Druckfeder gleichzeitig nach Überwindung des Totpunktes in der neutralen Stellung in einer Gang- oder Schaltstellung ein Drehmoment auf die Schaltwelle ausübt, wird darüber hinaus gewährleistet, dass sämtliche Toleranzen und alles Spiel auf dem Weg von der Schaltwelle über den Schaltfinger die Schaltgabel und die Schaltmuffe zu einem Gangrad überwunden werden. Durch die einseitige Belastung aufgrund des durch die Druckfeder ausgeübten Drehmoments auf die Schaltwelle wird die Schaltmuffe in eine definierte Richtung auf den Gangrädern einseitig lösbar fixiert.

In einer besonderen Ausführungsform des Schaltgetriebes ist dieses als Schaltgetriebe eines Fahrzeugs ausgebildet, bei dem es das Antriebsmoment eines Verbrennungsmotors auf eine oder mehrere Antriebswellen überträgt. Bei solchen Fahrzeugen ist die Vibrationsfreiheit am Schaltungsknauf entscheidend für den Fahrkomfort. Auch die Fahrsicherheit erhöht sich deutlich, wenn die Vibrationen unterdrückt werden.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist das Übertragungselement als Seilzug und das Kopplungselement als Schaltzugendstück des Seilzugs ausgebildet. Dieses Schalt zugendstück ist an der Schaltwelle angelenkt, wobei der Seilzug und das Schaltzugendstück ein Federdämpfungssystem darstellen, wie es in 8 gezeigt wird, und wobei der Seilzug als Reibelement (k) hauptsächlich den Dämpfungsanteil bildet.

Diese Ausführungsform der Erfindung stellt eine Schaltanordnung bereit, die relativ flexibel ohne ein starres Schaltgestänge auskommt und die dennoch eine sichere Schaltverbindung zwischen dem Schalthebel und der Schaltwelle darstellt. Dieser Seilzug kann noch verbessert werden, was das System weniger schwingungsanfällig macht. Für derartige Schaltanordnungen bringt die erfindungsgemäße Druckfeder eine deutliche Verbesserung im Vibrationsverhalten. Dazu kann die Druckfeder als Schraubenfeder ausgebildet sein und sich mit einem Ende am Getriebegehäuse oder sonst wo am Fahrzeug abstützen. Mit dem anderen Ende stützt sich die Druckfeder auf dem Umfang der Schaltwelle ab, wobei sie sich in einer neutralen Stellung in einem Totpunkt befindet und wobei sie in den Schaltstellungen ein Drehmoment auf die Schaltwelle ausübt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Druckfeder als Federdämpfungsglied ausgebildet ist. Dadurch wird erreicht, dass neben der Verschiebung der Eigenfrequenz auch eine erhöhte Dämpfung von der erfindungsgemäßen Druckfeder ausgeht. Dazu wird vorzugsweise das Dämpfungsglied des Federdämpfungselements innerhalb der Druckfeder angeordnet. Das hat den Vorteil, dass das Federdämpfungsglied gleichzeitig als Führung für die Druckfeder ausgebildet sein kann und damit die Stabilität der Druckfeder erhöht.

Weiterhin ist es vorgesehen, die Längsachse der Druckfeder in der neutralen Stellung des Schalthebels auf die Längsachse der Schaltwelle auszurichten und die beiden Längsachsen in nahezu einem rechten Winkel zueinander auszubilden. Dieser Winkel, in dem die Längsachse der Druckfeder und die Längsachse der Schaltungswelle in der neutralen Stellung zueinander ausgerichtet sind, hängt von den unterschiedlichen einstellbaren Gangebenen ab. Im Falle von drei Gangebenen kann beispielsweise eine mittlere Gangebene genau einen 90°-Winkel zwischen der Längsachse der Druckfeder und der Achse der Schaltwelle aufweisen oder es kann für alle drei Gangebenen ein von 90° geringfügig abweichender Winkel vorgesehen werden, um auch hier eine Vorlast in den Gangebenen aufzubringen.

Ferner ist es vorgesehen, die Druckfeder derart an die Schaltwelle anzubinden, dass die Druckfeder ein Drehmoment auf die Schaltwelle in den Schaltstellungen ausübt, und zwar unter Überwindung des Totpunktes der neutralen Stellung. Durch die Steifigkeit der Druckfeder kann erreicht werden, dass dieses Drehmoment in den Schaltstellungen dafür sorgt, dass die Schaltwelle die Schaltmuffen über die Schaltgabel in eine eindeutige Richtung auf die Gangräder aufpresst, so dass ein Taumeln der Schaltmuffen unterdrückt wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass zwei Druckfedern an die Schaltwelle angebunden sind. Dabei sind die zwei Druckfedern in der neutralen Stellung der Schaltwelle einander gegenüber liegend angeordnet. Dadurch wirken die beiden Druckfedern in den Schaltstellungen der Schaltwelle in gleicher Drehrichtung auf die Schaltwelle ein. Das hat den Vorteil, dass die Baugröße der Druckfedern vermindert werden kann, da sich die beiden Drehmomente addieren, und somit lediglich pro Druckfeder nur noch die halbe Vorlast für die Schaltmuffen aufzubringen ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Druckfeder innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet, was die Kompaktheit des Systems erhöht.

Vorzugsweise weist die Druckfeder an ihren Enden Kugelkopflagerungen auf. Dazu hat die Druckfeder an ihren Enden Kugelköpfe, die sich einerseits in einer Kugelpfanne am Gehäuse und andererseits in einer Kugelpfanne auf der Schaltwelle abstützen. Die Anlenkung an die Schaltwelle mit Abstützung am Gehäuse hat den Vorteil, dass die Druckfeder allen Bewegungen der Schaltwelle folgen kann.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass innerhalb oder außerhalb der Druckfeder eine Teleskopführung mit zwei ineinander gleitenden und die Druckfeder führenden Teleskopelementen angeordnet ist. Dazu können die Teleskopelemente unterschiedlich ausgebildet sein. Ist vorzugsweise die Teleskopführung innerhalb der Druckfeder angeordnet, so kann sie einen Stab als ein Teleskopelement und ein auf dem Stab gleitendes zweites rohrförmiges Teleskopelement aufweisen. Sind die Teleskopführungen jedoch außerhalb der Druckfeder angeordnet, so bestehen die Teleskopelemente aus zwei ineinander gleitenden und die Druckfeder führenden rohrförmigen Teleskopelementen. Die Teleskopführung außerhalb der Druckfeder wird vorteilhafterweise dann angewandt, wenn die Druckfeder außerhalb des Getriebes angeordnet ist. Dabei schützen die ineinander gleitenden Teleskopelemente zusätzlich zu der Führung der Druckfeder diese vor Verschmutzung und Beschädigung.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Teleskopelemente mit den Kugelköpfen an den Enden der Druckfeder mechanisch verbunden sind und in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden ein Teleskopelement und ein Kugelkopf jeweils eine einstückige Einheit.

Ein Schaltgetriebe, das eine oben beschriebene Schaltanordnung aufweist, hat den Vorteil, dass es sowohl in Fahrzeugen als auch in Lasthebemaschinen wie Kränen oder in schaltbaren Werkzeugmaschinen eingesetzt werden kann. Vorzugsweise wird es jedoch in Kraftfahrzeugen eingesetzt, da es bei Kraftfahrzeugen besonders auf die Vibrationsfreiheit des handbedienten Schaltknaufs ankommt, was den Bedienkomfort verbessert

Ein Verfahren zum Schalten eines Schaltgetriebes mittels eines oben beschriebenen Schaltanordnung unterstützt eine Schaltkraft mittels einer Druckfeder, die an eine Schaltwelle angelenkt ist. Diese Unterstützung wird beim Einlegen eines Ganges wirksam, wobei die Druckfeder gleichzeitig eine Vorlast auf eine Schaltmuffe des jeweils geschalteten Ganges ausübt. Dabei verschiebt die Druckfeder die Eigenfrequenz der Schaltanordnung derart, dass ein Schaltknauf zum Schalten des Schaltgetriebes weitgehend vibrationsfrei wird.

Dazu kann eine einzige Druckfeder an der Schaltwelle derart angebunden wird, dass die Druckfeder in Schaltstellungen des Schaltgetriebes nach Überwindung eines Totpunktes ein Drehmoment ausübt, oder es können zwei Druckfedern an der Schaltwelle derart angebunden werden, dass die Druckfedern in Schaltstellungen des Schaltgetriebes nach Überwindung eines Totpunktes ein gleichgerichtetes Drehmoment ausüben. Der Vorteil für das Schaltverfahren mit zwei an die Schaltwelle angebundenen Druckfedern liegt darin, dass der Reibverlust in den Lagern der Schaltwelle vermindert und eine einseitige Belastung der Lagerung der Schaltwelle bei geeigneter Anbindung der Druckfedern vermieden wird.

Durch Integration der erfindungsgemäßen Druckfederlösung in den Schaltdeckel eines Schaltgetriebes oder direkt in das Schaltge triebe die Auslieferungsqualität der Aggregate auch unabhängig von der Kombination mit speziellen Schaltungssystemen möglich ist, was die Produkt- und Fertigungskosten vermindert und das Produkt für Dritte attraktiver macht. Weiterhin hat die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil, dass die Schaltkraftunterstützung durch die Druckfeder bei allen Gängen wirksam ist und eine ständige Vorlast auf die Schaltmuffe des jeweils geschalteten Ganges ausübt, und somit eine Schwingungsdämpfung bzw. eine Schwingungsunterdrückung erreicht wird.

Anstelle der Druckfeder kann auch ein anderes Federelement eingesetzt werden, beispielsweise eine Zugfeder oder ein Blattfederelement. Dann sind die anderen Elemente der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung entsprechend auszubilden, um die gewünschte Charakteristik bereitzustellen, bei der das Schaltelement im geschalteten Zustand von einer zusätzlichen Kraft unterstützt wird. Dies kann beispielsweise durch eine Kniehebelanordnung zur Betätigung des Schaltelements gegen eine Federkraft erfolgen.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine Prinzipskizze einer Schaltanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

2 zeigt eine Prinzipskizze einer Schalteinheit mit mechanischer Schaltunterstützung gemäß 1;

3 zeigt eine Prinzipskizze eines Feder-Dämpfungs-Masse-Systems gemäß 1;

4 zeigt eine schematische perspektivische Prinzipskizze einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit außen angebundener Druckfeder;

5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Schaltwelle mit angelenkter Druckfeder in drei radialen Positionen;

6 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Schaltwelle mit längsverschieblich einstellbaren Gangebenen in drei Positionen;

7 zeigt eine schematische perspektivische Prinzipskizze mit zwei an eine Schaltwelle angebundenen Druckfedern;

8 zeigt eine Prinzipskizze eines Feder-Dämpfungs-Masse-Systems.

1 zeigt eine Prinzipskizze einer Schaltanordnung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Schaltanordnung 1 ist zum Schalten eines Schaltgetriebes 2 eines hier nicht gezeigten Kraftfahrzeugs eingesetzt und weist auf der Schaltgetriebeseite eine Schalteinheit 30 auf, die von einer mechanischen Schaltunterstützung 40 gestützt wird. Ein Kopplungselement 4 bildet den Übergang zu einem Übertragungselement 5, wobei das Übertragungselement 5 über ein weiteres Kopplungselement 29 mit einer durch einen hier nicht gezeigten Fahrer zu betätigenden Schaltbetätigung 50 in Wirkverbindung steht. Diese Schaltbetätigung 50 weist einen Schaltknauf 6 und einen Schalthebel 7 auf. Das Übergangselement 5 stellt eine Wirkverbindung zwischen Schaltgetriebe 2 und Schaltbetätigung 50 her, wobei dieses mittels einer Stangenschaltung oder einer Seilzugschaltung oder einer Direktverbindung oder auch durch eine Mechatronik realisiert wird.
2 zeigt eine Prinzipskizze einer Schalteinheit 30 innerhalb einer strichpunktierten Linie 39 mit mechanischer Schaltunterstützung 40 innerhalb einer doppelpunktierten Linie 41 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Schalteinheit 30, welche gemäß 1 dem Schaltgetriebe 2 vorgelagert ist, weist eine Schaltwelle 3 auf, an die über Anlenkhebel 21 eine Druckfeder 8 angeschlossen ist, die sich auf der einen Seite an dem Anlenkhebeln 21 abstützt und die auf der anderen Seite gegenüber dem Getriebegehäuse 11 mit einer Kugelkopflagerung 15 abgestützt ist.
Das Drehmoment der Druckfeder 8, das sich auf die Schaltwelle 3 überträgt, bewirkt in der Schalteinheit 30, dass ein Schaltfinger 24, der mit der Schaltwelle 3 verbunden ist und der mit einer Schaltgabel 25 in Eingriff steht, die Schaltgabel 25 auf einem Stab 26 gleitend verschiebt. Dabei wird eine Schaltmuffe 23 zwischen zwei Gangrädern 27 und 28 hin- und herbewegt. Mit der Überwindung des Totpunktes in der mit durchgezogenen Linien eingezeichneten neutralen Stellung N bewirkt die Druckfeder 8 in den mit punktierter Linie gezeichneten Gang- oder Schaltstellungen, dass die Schaltmuffe 23 mit einer Vorlast über die Schaltgabel 25 gegen das Gangrad 27 bzw. gegen das Gangrad 28 gedrückt wird. Dadurch, dass die Druckfeder 8 in einer Gangstellung über den Anlenkhebel 21 ein Drehmoment auf die Schaltwelle 3 ausübt, wird die Schaltmuffe 23 mit einem ständigen Druck gegen eines der Gangräder 27 oder 28 gepresst und ein Taumeln der Schaltmuffe 23 unterdrückt. Dadurch wird verhindert, dass die Schaltwelle 3 in den geschalteten Gangstellungen vibriert.
In einer hier nicht gezeigten weiteren Ausführungsform ist der Drehwinkel der Schaltwelle 3 durch einen hier nicht gezeigten Anschlag derart begrenzt, dass sich die Schaltmuffe 23 so weit aus der Neutral- in die Gangstellung bewegt, dass die Gangräder 27 oder 28 auf der hier nicht gezeigten Getriebewelle arretiert werden. In dieser Stellung hält die Schaltmuffe am Anschlag an, so dass kein andauernder Druck auf die Gangräder 27 bzw. 28 ausgeübt wird. Ein etwaiges Taumeln der Schaltmuffe 23 wird jedenfalls dadurch nicht behindert oder unterdrückt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird jedoch auch hier verhindert, dass die Schaltwelle 3 in den geschalteten Gangstellungen vibriert, denn die Druckfeder 20 drückt die Schaltwelle 3 fest an den zum Begrenzen deren Drehwinkels vorgesehenen Anschlag. Eine Vibration der Schaltmuffe 23 oder der Schaltgabel 25 veranlasst die Schaltwelle 3 nicht zu Vibrationen, denn diese ist durch die Druckfeder 20 festgelegt. Einem Verschleiß der Schaltmuffe 23 bzw. der Schaltgabel 25 ist dadurch vorgebeugt, denn diese gleiten nur lose aneinander vorbei.
3 zeigt eine Prinzipskizze eines vereinfachten Feder-Dämpfungs-Masse-Systems einer Schaltanordnung 1 gemäß der Erfindung. Die in 1 gezeigten Kopplungselemente 4 und 29 und das dazwischen angeordnete Übertragungselement 5 können wie in 3 gezeigt als Feder-Dämpfungs-Masse-System vereinfacht dargestellt werden. Dabei bildet das Übertragungselement 5 im Zusammenwirken mit den Kopplungselementen 4 eine Feder mit der Federkonstanten c und ein Dämpfungsglied mit dem Reibbeiwert k, während die Schaltbetätigung 50 die angekoppelte Masse m₂ darstellt und die Schaltwelle 3 durch eine Masse m₁ symbolisiert werden kann.
Zwischen der Masse m₁ und der Masse m₂ ist somit eine Feder-Dämpfungskopplung vorhanden, die ein schwingungsfähiges Gebilde darstellt. Damit die Eigenfrequenz dieses schwingungsfähigen Gebildes nicht angeregt wird, ist an die Schaltwellenmasse m₁ eine Druckfeder 8 mit der Federkonstanten c₁ angelenkt, so dass die Eigenfrequenz der gesamten Schaltanordnung 1 verschoben wird und zusätzlich die Masse m₁ in einer definierten Schaltstellung gehalten wird. Durch die Verschiebung der Eigenfrequenz der schwingungsfähigen Schaltanordnung 1 und durch eindeutiges Aufbringen einer Vorlast auf die Schaltmuffen oder auf die an einem Anschlag anlaufende Schaltwelle im geschalteten Gang wird gewährleistet, dass die Masse m₂ nicht mehr durch Vibrationen im Getriebe zu Schwingungen angeregt werden kann.
4 zeigt eine schematische perspektivische Prinzipskizze einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit außen angebundener Druckfeder 8. Die Druckfeder 8 ist an dem Getriebegehäuse 11 in einem Kugelkopflager 15 gelagert, wobei der Kugelkopf 17 mit dem Ende 13 der Druckfeder 8 verbunden ist und wobei eine Kugelkopfpfanne 18 auf dem Getriebegehäuse 11 fixiert ist, in die der Kugelkopf 17 eingreift. An der Schaltwelle 3 ist die Druckfeder 8 mit ihrem Ende 12 in einem Kugelkopflager 14 angelenkt, wobei eine Kugelkopfpfanne 19 den Kugelkopf 16 aufnimmt. In der in 4 gezeigten Position der Schaltanordnung 1 übt die Druckfeder 8 ein Drehmoment auf die Schaltwelle aus. Durch die Neigung der Druckfeder 8 in Längsrichtung der Schaltwelle 3 wird gleichzeitig auch ein Druck nach unten auf die Schaltwelle 3 in Pfeilrichtung A ausgeübt. Gleichzeitig wirkt in Pfeilrichtung B ein Drehmoment auf die Schaltwelle 3, so dass die Schaltwelle 3 fixiert ist.
Ferner wird in der in 4 gezeigten Schaltstellung ein Drehmoment in Richtung B auf die Schaltwelle 3 ausgeübt, wenn das Schaltzugendstück 31 durch Betätigung des Schaltknaufes 6 in Richtung B betätigt wird und damit das Schaltzugendstück 32, das an die Schaltwelle 3 angelenkt ist, ebenfalls in Richtung B verschoben wird. Diese Bewegung wird durch den Seilzug 33 übertragen. Wird der Schalthebel 7 quer zu einer Fahrtrichtung bewegt, so überträgt der Seilzug 34 die Bewegung auf das Seilzugendstück 35, beispielsweise in Richtung A, so dass die Schaltwelle 3 in Richtung ihrer Längsachse 10 in unterschiedliche Gangebenen verschoben wird. Entscheidend für die Operationsfreiheit dieses Systems ist es, dass durch die Druckfeder 8 die Schaltwelle 3 in einer vorbestimmten Gangposition gehalten wird und eine Vorlast auf die im Getriebe angeordneten und mit der Schaltwelle 3 zusammenwirkenden Schaltmuffen bzw. gegen einen Anschlag der Schaltwelle 3 ausgeübt wird.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Schaltwelle 3 mit angelenkter Druckfeder 8 in drei radialen Positionen. Die mittlere Position ist eine neutrale Position N, bei der die Längsachse 9 der Druckfeder 8 senkrecht auf der Achse 10 der Schaltwelle 3 angeordnet ist. Im Zentrum der Druckfeder 8 ist eine Teleskopführung 20 angeordnet, die dafür sorgt, dass die Druckfeder 8 stabil ihre Richtung beibehält. Wird die Schaltwelle 3 in eine Gangstellung verbracht, so übt die Druckfeder 8 ein Drehmoment auf die Schaltwelle 3 aus und sorgt dafür, dass die im Schaltgetriebe angeordnete Schaltmuffe in einer definierten Position gehalten wird. Dabei können in der einen Schaltposition der Schaltwelle 3 die Schaltungsgänge G₁, G₃ und G₅ und in der zweiten Schaltposition die Gänge G₂, G₄ und G₆ angeordnet sein.
6 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Schaltwelle 3 mit längsverschieblich einstellbaren Gangebenen E₁, E₂ und E₃ in drei Positionen. Bei dieser Seitenansicht der Schaltwelle 3 mit Druckfederanbindung ist die mittlere Gangebene E₂ dann erreicht, wenn die Längsachse 9 der Druckfeder 8 senkrecht auf der Längsachse 10 der Schaltwelle 3 steht. In den anderen Gangebenen E₁ und E₂ weicht die Stellung der Druckfeder 8 geringfügig von der vertikalen Stellung ab. Dadurch wird aber auch erreicht, dass eine minimale Vorspannung auf die Gangebenen E₁ und E₂ ausgeübt wird. Diese Vorspannung kann von den Schaltmuffen aufgenommen werden, die in den jeweiligen Stellungen an Getrieberädern anliegen, oder von Anschlägen, an denen die Schaltwelle in den jeweiligen Stellungen anläuft.
7 zeigt eine schematische perspektivische Prinzipskizze einer zweiten Ausführungsform 36 der Erfindung mit zwei an einer Schaltwelle 3 angelenkten Druckfedern 8 und 22. Der Unterschied zu der ersten Ausführungsform der Erfindung besteht auch darin, dass die Druckfedern 8 und 22 innerhalb des Getriebegehäuses 11 angeordnet sind. Die Anlenkung der Schaltzugendstücke 31 bis 32 bleibt unverändert, wobei die Anlenkpunkte an den Anlenkhebeln 21 gegenüber der ersten Ausführungsform der Erfindung nicht verändert sind. Komponenten in der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit den gleichen Funktionen wie in der ersten Ausführungsform der Erfindung werden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Die gegenüber liegende Anlenkung mit zwei Druckfedern 8 und 22 an der Schaltwelle 3 hat den Vorteil, dass einerseits die Druckfedern 8 und 22 kleiner gestaltet werden können und andererseits wird dadurch ein einseitig wirkender Druck auf die Lagerung der Schaltwelle 3 vermieden.
8 zeigt eine Prinzipskizze eines Feder-Dämpfungs-Masse-Systems eines Schaltungssystems 38, wie es bereits oben erörtert wurde.

1: Schaltanordnung
2: Schaltgetriebe
3: Schaltwelle
4: Kopplungselement bzw. Schaltzugendstück
5: Übertragungselement bzw. Seilzug
6: Schaltknauf
7: Schalthebel
8: Druckfeder
9: Längsachse der Druckfeder
10: Längsachse der Schaltwelle
11: Getriebegehäuse
12: Ende der Druckfeder
13: Ende der Druckfeder
14: Kugelkopflagerung
15: Kugelkopflagerung
16: Kugelkopf
17: Kugelkopf
18: Kugelpfanne
19: Kugelpfanne
20: Teleskopführung
21: Anlenkhebel für Drehbewegung
22: zweite Druckfeder
23: Schaltmuffe
24: Schaltfinger
25: Schaltgabel
26: Stab
27: Gangrad
28: Gangrad
29: Kopplungselement
30: Schalteinheit
31: Schaltzugendstück
32: Schaltzugendstück
33: Seilzug
34: Seilzug
35: Schaltzugendstück
36: Schaltanordnung (2. Ausführungsform)
38: Schaltanordnung (gemäß dem Stand der Technik)
39: strichpunktierte Linie
40: mechanische Schaltunterstützung
41: doppelt punktierte Linie
50: Schaltbetätigung
A: Pfeilrichtung
B: Pfeilrichtung
c: Federkonstante
k: Dämpfungskonstante bzw. Reibbeinwert
m₁: Schaltwellenmasse
m₂: Schaltknaufmasse
G₁: erster Gang
G₂: zweiter Gang
G₃: dritter Gang
G₄: vierter Gang
G₅: fünfter Gang
G₆: Rückwärtsgang
E₁: erste Gangebene
E₂: zweite Gangebene
E₃: dritte Gangebene
N: neutrale Stellung

Claims

Schaltanordnung zum Schalten eines Schaltgetriebes (2), wobei die Schaltanordnung eine Schaltwelle (3), wenigstens ein Gangrad (28; 29) sowie wenigstens ein über die Schaltwelle (3) betätigtes Schaltelement (23) aufweist, das zwischen einer Neutralstellung und einer oder mehreren Gangstellungen hin- und herschaltbar ist, wobei das Schaltelement (23) so ausgebildet ist, dass das Gangrad (28) in einer Schaltstellung drehfest mit einer Getriebewelle in Verbindung steht und dass das Gangrad (28) in einer Neutralstellung gegenüber der Getriebewelle verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltunterstützungselement (8; 20) vorgesehen ist, das die Schaltwelle (3) und/oder das Schaltelement (23) in der Gangstellung bzw. in den Gangstellungen elastisch verschieblich festlegt.
Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe (2) Schaltmuffen (23) als Schaltelemente aufweist, die Getriebegängen (G1 bis G6) zugeordnet sind, und wobei das Schaltanordnung (1) mindestens ein Kopplungselement (4), das an die Schaltwelle (3) angelenkt ist und ein Übertragungselement (5) aufweist, das dem Kopplungselement (4) nachgeordnet ist und das mit einem Schaltknauf (6) über einen Schalthebel (7) in Wirkverbindung steht.
Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Schaltwelle (3) mindestens eine Druckfeder (8) als Schaltkraftunterstützung vorgesehen ist, wobei die Druckfeder (8) eine Vorlast auf die Schaltmuffe (23) des jeweils geschalteten Ganges (G1 bis G5) ausübt.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltanordnung (1) ein schwingfähiges Feder-Dämpfungs-Masse-System ist, dessen Eigenfrequenz durch die Druckfeder (8) derart verschoben ist, dass der Schaltknauf (6) weitgehend vibrationsfrei ist.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (5) ein Seilzug ist und das Kopplungselement (4) ein Schaltzugendstück des Seilzugs aufweist, das an die Schaltwelle (3) angelenkt ist, wobei der Seilzug und das Schaltzugendstück ein Feder-Dämpfungs-System darstellen, und wobei der Seilzug als Reibelement (k) hauptsächlich den Dämpfungsanteil bildet.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (8) als Schraubenfeder ausgebildet ist.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (8) als Federdämpfungselement ausgebildet ist.
Schaltanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsglied (8) des Federdämpfungselements innerhalb der Druckfeder angeordnet ist.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (9) der Druckfeder (8) in einer neutralen Stellung des Schalthebels (7) auf die Längsachse (10) der Schaltwelle (3) ausgerichtet ist und in der neutralen Stellung des Schaltelements in einem nahezu rechten Winkel auf die Schaltwelle (3) einwirkt.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (8) derart an die Schaltwelle (3) angebunden ist, dass die Druckfeder (8) in den Schaltstellungen des Schaltelements ein Drehmoment auf die Schaltwelle (3).
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Druckfedern (8) an die Schaltwelle (3) angebunden sind.
Schaltanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Druckfedern (8, 22) in neutraler Stellung der Schaltwelle (3) einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Schaltanordnung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfedern (8, 22) in den Schaltstellungen der Schaltwelle (3) gleichgerichtete Drehmomente auf die Schaltwelle (3) ausüben.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (8) innerhalb eines Getriebegehäuses (11) angeordnet ist.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (8) außerhalb eines Getriebegehäuses (11) angeordnet ist
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (8) an ihren Enden (12, 13) Kugelkopflagerungen (14, 15) aufweist.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (8) an ihren Enden (12, 13) Kugelköpfe (16, 17) aufweist, die sich einerseits in einer Kugelpfanne (18) am Gehäuse (11) und andererseits in einer Kugelpfanne (19) auf der Schaltwelle (3) abstützen.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Druckfeder (8) eine Teleskopführung (20) mit zwei ineinander gleitenden und die Druckfeder (8) führenden Teleskopelementen angeordnet ist.
Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Druckfeder (8) ein Teleskopelement einen Stab aufweist über den ein zweites rohrförmiges Teleskopelement gleitet.
Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Druckfeder (8) eine Teleskopführung (20) mit zwei ineinander gleitenden und die Druckfeder (8) führenden rohrförmigen Teleskopelementen angeordnet ist.
Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Teleskopelemente mit den Kugelköpfen (16, 17) an den Enden (12, 13) der Druckfeder (8) mechanisch verbunden sind.
Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Teleskopelement und ein Kugelkopf (16, 17) eine einstückige Einheit bilden.
Schaltgetriebe mit einer Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug mit einem Schaltgetriebe nach Anspruch 23.
Verfahren zum Schalten eines Schaltgetriebes (2) mittels einer Schaltanordnung, wobei die Schaltanordnung eine Schaltwelle (3), wenigstens ein Gangrad (28; 29) sowie wenigstens ein über die Schaltwelle (3) betätigtes Schaltelement (23) aufweist, das zwischen einer Neutralstellung und einer oder mehreren Gangstellungen hin- und herschaltbar ist, wobei das Schaltelement (23) so ausgebildet ist, dass das Gangrad (28) in einer Schaltstellung drehfest mit einer Getriebewelle in Verbindung steht und dass das Gangrad (28) in einer Neutralstellung gegenüber der Getriebewelle verdrehbar ist, wobei das Verfahren den Schritt des Verschiebens des Schaltelements von der Neutralstellung in die Schaltstellung unter Zuhilfenahme des Schaltwelle (3) und das elastische Festhalten der Schaltwelle (3) und/oder des Schaltelements (23) in der Gangstellung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Festhalten der Schaltwelle (3) bzw. des Schaltelements (23) in der Gangstellung einseitig durch Anfahren an einen Anschlag erfolgt, während von der anderen Seite eine elastische Kraft ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 25 oder Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens einer Druckfeder, die an die Schaltwelle angelenkt ist, eine Schaltkraft beim Einlegen eines Ganges unterstützt und gleichzeitig eine Vorlast auf eine Schaltmuffe des jeweils geschalteten Ganges ausübt wird, und wobei die Druckfeder die Eigenfrequenz der Schaltanordnung derart verschiebt, dass ein Schaltknauf zum Schalten des Schaltgetriebes weitgehend vibrationsfrei wird.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder an der Schaltwelle derart angebunden wird, dass die Druckfeder in Schaltstellungen des Schaltgetriebes nach Überwindung eines Totpunktes ein Drehmoment ausübt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Druckfedern an der Schaltwelle derart angebunden werden, dass die Druckfedern in Schaltstellungen des Schaltgetriebes nach Überwindung eines Totpunktes ein gleichgerichtetes Drehmoment ausüben.