DE102006023527A1

DE102006023527A1 - Schaltvorrichtung für ein Handschaltgetriebe eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102006023527A1
Application number: DE200610023527
Authority: DE
Inventors: Bernd Döbele
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2007-11-22
Also published as: WO2007134937A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein Handschaltgetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit einem Schalthebel, mittels dem wenigstens ein an einer Schaltwelle (2) angeordneter Schaltfinger (1) manuell schwenkbar ist, bei welcher der Schaltfinger (1) in Eingriff mit einem an einer Schaltschiene (5) angeordneten mitnehmenden Element (4) bringbar ist und in Wirkverbindung mit dem mitnehmenden Element (4) eine axiale Verschiebung der Schaltschiene (5) bewirkt, über die mit der Schaltschiene (5) in Verbindung stehende Schaltelemente zum Schalten von Gängen betätigbar sind, wobei der Schaltfinger (1) profilierte Abschnitte (6, 7) aufweist, mittels denen bei einer Schwenkbewegung des Schaltfingers (1) eine variable Übersetzung (ivar) der von der Schaltwelle (2) zu übertragenden Handschaltkraft (FH) auf die an der Schaltschiene (5) wirksame Axialkraft (Fax,S) erzeugbar ist. Um bei dieser Schaltvorrichtung Gangwechsel mit einer vergleichsweise geringen und über den Schaltvorgang weitgehend ausgeglichenen Handschaltkraft bei einem hohen sowie gleichbleibenden Schaltkomfort zu ermöglichen, sind dem Schaltfinger (1) kraftempfindliche Mittel (8) zugeordnet, über die in Wirkverbindung mit den profilierten Abschnitten (6, 7) eine jeweils wirksame Übersetzung (ivar) der Handschaltkraft (FH) zur Axialkraft (Fax,S) mit einer letztlich gegen die Handschaltkraft (FH) wirkenden und durch die zu schaltenden Schaltelemente hervorgerufenen Gegenkraft (FG) variiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein Handschaltgetriebe eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Handschaltgetriebe für Kraftfahrzeuge umfassen als wesentliche Baugruppen eine Anfahrkupplung, ein Geschwindigkeits-Wechselgetriebe in Ein- oder Mehrgruppenbauweise mit Zahnrädern im Dauereingriff, die über Koppelmittel, beispielsweise Schaltklauen und/oder Schaltmuffen mit einer Getriebe-Hauptwelle koppelbar sind, sowie eine Getriebeschaltung mit einem Handschalthebel. In der Regel ist eine Gleichlaufeinrichtung vorgesehen, bei der vor dem Eingreifen des Koppelmittels mit Hilfe einer Synchronisiereinrichtung auf Basis einer Reibkupplung mit Reibkegeln, Reibringen oder Reibscheiben die Drehzahlen der Getriebe-Hauptwelle und des jeweils zu schaltenden Gang-Zahnrades angeglichen werden.
Zum Schalten eines Ganges wird beispielsweise eine Schiebemuffe, die sich im Eingriff mit einer auf einer Schaltschiene befestigten Schaltgabel befindet, im Zusammenwirken mit einem Synchronreibring über eine Schaltverzahnung des Gangrades geschoben, welches dadurch drehfest mit der Getriebe-Hauptwelle verbunden wird. Dadurch werden das geschaltete Gangrad und die damit verbundene Getriebe-Hauptwelle über ein mit dem Gangrad kämmendes Vorgelegerad auf einer angetriebenen Vorgelegewelle des Getriebes mitgenommen.
Die mechanische Bewegungsübertragung zwischen dem Handschalthebel zum Schalten der einzelnen Gänge und der jeweiligen Schaltschiene ist meist durch ein Schaltgestänge und/oder Kabelzüge realisiert, welche über geeignete Verbindungselemente mit einem an einer Schaltwelle drehbar gelagerten Schaltfinger verbunden sind. Über eine Wählbewegung des Schalthebels wird das Schaltgestänge gedreht und über eine Vorwahl einer Schaltgasse die jeweilige Schaltschiene angewählt. Zum Schalten des Ganges greift der Schaltfinger in ein an der betreffenden Schaltschiene ausgebildetes mitnehmendes Element, beispielsweise ein Mitnehmermaul, eine Mitnehmerkulisse oder eine Schaltnut ein, und wird über eine Schaltbewegung des Schalthebels sowie eine damit verbundene Längsbewegung des Schaltgestänges verschwenkt, so dass eine Drehbewegung der Schaltwelle in eine Axialbewegung der Schaltschiene umgesetzt wird, über die dann die Synchronisierung und die Kupplung des Gangrades mit der Getriebe-Hauptwelle erfolgt.
Derartige Handschaltgetriebe erfordern für einen Schaltvorgang eine bestimmte Handschaltkraft. Insbesondere bei Nutzfahrzeugen sind wegen relativ hoher Massenträgheitsmomente der zu beschleunigenden bzw. zu verzögernden Räder, Wellen, Kupplungsteilen und Synchronisiereinrichtungen sowie relativ langen Schaltgestängen üblicherweise größere Betätigungskräfte notwendig, die den Schaltvorgang erschweren, den Schaltkomfort beeinträchtigen und den Fahrer von der erforderlichen Konzentration auf den Straßenverkehr ablenken können. Dabei ist der erforderliche Kraftaufwand während einzelner Phasen eines Schaltvorgangs, also vom Ausrücken des Ursprungsganges über die Synchronisierung bis zum Einrücken des Zielganges unterschiedlich, welches einen flüssigen Schaltablauf stören kann und vom Fahrer als zusätzliche Komforteinbuße empfunden wird. Zudem sind auch die Schaltkräfte für verschiedene Gänge, beispielsweise für eine Rückschaltung vom 2. Gang in den 1. Gang im Vergleich zu einer Rückschaltung vom 4. Gang in den 3. Gang, meist unterschiedlich groß. Wünschenswert sind demgegenüber Schaltvorgänge mit möglichst niedrigem und gleichmäßigem Kraftaufwand.
Vor diesem Hintergrund ist aus der GB 775 138 eine Schaltvorrichtung für ein Wechselgetriebe mit einem Schaltgestänge bekannt, bei dem ein profilierter Schaltfinger in eine Wählgabel als mitnehmendem Element, die an einer Schaltschiene befestigt ist, eingreift. Der Schaltfinger ist an einer Schalt- bzw. Drehwelle drehbar gelagert und über das Schaltgestänge von einem Handschalthebel bedienbar. Das Ende des Schaltfingers weist zwei in axialer Rich tung hintereinander angeordnete kreisbogenförmig konturierte Teile auf, wobei ein oberes Kreisbogenteil symmetrisch und ein unteres Kreisbogenteil nur an einer Längsseite kreisbogenförmig ausgebildet ist.
An den Innenwänden der Wählgabel sind unterschiedliche, zu den genannten Profilteilen benachbarte Ausformungen ausgebildet, wobei sich an der einen Längsseite, benachbart zu den beiden kreisbogenförmigen Konturen, an einen konvexen Wandvorsprung zur Schaltschiene hin eine konkave Wandvertiefung anschließt. Die Schaltschiene steht mit einer zu einer Synchronisiereinrichtung gehörenden Schiebemuffe im Eingriff, die drehfest verschiebbar auf einer Antriebswelle gelagert und mit einer Kugel und Feder-Haltevorrichtung in einer Ausgangsposition gehalten wird.
Bei einer von einer neutralen Mittelstellung ausgehenden Auslenkung des Schaltfingers wirkt zunächst dessen oberes Kreisbogenteil mit dem Vorsprung an der Wählgabel zusammen. Bei einer weitergehenden Auslenkung des Schaltfingers wirkt anschließend das untere Kreisbogenteil auf die Wand der Vertiefung der Wählgabel. Dabei ändert sich die jeweilige Länge eines wirksamen Hebelarmes zwischen dem Drehpunkt der Schaltwelle und dem jeweiligen Kraftangriffspunkt bzw. Kontaktpunkt mit der Wählgabel, woraus sich eine Übersetzungsänderung und damit eine Änderung einer auf die Schaltschiene wirksamen axialen Verschiebe-Kraft ergibt.
Die Profilierungen des Schaltfingers und der Wählgabel sind derart mit dem Schaltweg, also mit der Verschiebung der zu schaltenden Elemente koordiniert, dass bei der Schwenkbewegung des Schaltfingers in einer ersten Schaltphase zunächst ein vergleichsweise kurzer Hebelarm, zur Überwindung der Fixierkraft der Haltevorrichtung und zur Drehzahlangleichung der Synchronelemente über Reibflächen, mit vergleichsweise erhöhter Schaltkraft angewandt wird. in einer zweiten Schaltphase wirken mit einem längeren Hebelarm niedrigere Schaltkräfte, die zur Einrückung der Synchronelemente bzw. einer Schaltmuffe mit dem zugehörigen Gang erforderlich sind.
Durch die Übersetzungsänderung mit zunehmendem Verdrehwinkel des Schaltfingers wird eine Reduzierung der erforderlichen Handschaltkraft während der Synchronisation und damit eine Angleichung der erforderlichen Handschaltkräfte im Verlauf der Schaltung bei einem gleichzeitig relativ kurzen Schaltweg des Handschalthebels erreicht.
Nachteilig an dieser bekannten Schaltvorrichtung ist, dass die an sich vorteilhafte Profilierung des Schaltfingers in Wirkverbindung mit der Profilierung der Wählgabelwände nur an einer Längsseite realisierbar ist und damit nur in einer Schaltrichtung wirksam ist. In der anderen Schaltrichtung ist an dem Schaltfinger eine gerade Kante ausgebildet, die in Wirkverbindung mit einem benachbarten Vorsprung an der Wählgabelwand eine eher konstante Übersetzung bewirkt. Dies ist jedoch bestenfalls für einen in dieser Richtung zu schaltenden nicht synchronisierten Gang kein Nachteil und daher bei modernen vollsynchronisierten Getrieben eher problematisch. Zudem erfordert diese Konstruktion ein relativ großes Spiel, um Kollisionsprobleme mit den Wänden der Wählgabel zu vermeiden, welches sich auf den Schaltkomfort ungünstig auswirkt.
Aus der DE 42 23 409 A1 der Anmelderin ist eine weitere Schaltvorrichtung bekannt, bei der ein Schaltfinger mit einem profilierten Ende in eine Schaltnut einer Schaltschiene eingreift. Das Ende des Schaltfingers weist einen ersten Abschnitt mit einer kreisbogenförmigen Kontur auf, an den sich ein zweiter Abschnitt anschließt, der eine Kontur aufweist, die dem Verlauf einer logarithmischen Spirale folgt. An den zweiten Abschnitt kann sich ein weiterer, vorzugsweise wiederum kreisbogenförmig abgerundeter Abschnitt anschließen, mit dem das der Schaltnut zugewandte Ende des Schaltfingers stumpf ausläuft. Die Wände der Schaltnut sind senkrecht oder trapezförmig, sich zum Nutboden hin verjüngend, ausgebildet. Bei einer Schwenkbewegung des Schaltfingers liegt, nach Überbrücken eines Spiels bzw. Leerwegs, zunächst die Kreisbogenkontur des ersten Abschnitts an einer Wand der Schaltnut an. Bei der weiteren Verdrehung des Schaltfingers verläuft der Kontakt der Flanke des Schaltfingers dann über die Spiralkontur und endet an dem stumpfen Ende des Schaltfingers. Die Spiralkontur bewirkt eine etwa lineare Änderung der Übersetzung mit dem Verschiebeweg der Schaltschiene mit dem Ergebnis einer Vergleichmäßigung der erforderlichen Schaltkräfte über den Schaltweg.
Durch eine symmetrische Ausbildung der profilierten Abschnitte sind bei dieser Konstruktion beide Schaltrichtungen, also beide Verdrehrichtungen des Schaltfingers mit der gewünschten Übersetzungsänderung möglich. Nachteilig wirkt sich jedoch aus, dass die Spiralkontur konstruktiv relativ aufwendig ist und eine hohe Fertigungsgenauigkeit erfordert, um eine vorgegebene Übersetzungsänderung zu erzielen. Bei Änderungen des zur Verfügung stehenden Bauraumes und/oder des Verschiebeweges der Schaltschiene ist eine Neuberechnung der profilierten Abschnitte und gegebenenfalls aufwendige Versuchreihen erforderlich, um eine zufrieden stellende Koordination der Schaltkraft über den Schaltweg mit der erforderlichen Handschaltkraft zu erzielen.
Außerdem sind konstruktive Maßnahmen, beispielsweise ein stumpf auslaufendes Schaltfingerende vorzusehen, die ein Verklemmen des Schaltfingers in der Schaltnut ausschließen. Im Bereich des Übergangs zwischen den profilierten Abschnitten ergibt sich zudem ein relativ großes Spiel. Eine sich nach unten verjüngende Schaltnut und/oder ein stumpf auslaufendes Schaltfingerende führen zudem zu einer Begrenzung der möglichen Hebelarmlänge und damit zu einer Begrenzung der Übersetzungsänderung bei einem vorgegebenen Bauraum, die insbesondere für Schaltvorrichtungen in Nutzfahrzeugen eher unzureichend sein kann.
Ein gemeinsamer Nachteil der bekannten profitierten Schaltfinger ist, dass Beginn, Verlauf und Ende der Übersetzungsänderung mit der Änderung des Schaltwinkels der Schaltwelle durch die Profilgebung des Schaltfingers fest vorgegeben sind, wodurch Schaltwegänderungen durch Fertigungstoleranzen, Wärmeausdehnung und den Verschleißzustand der Synchronisierelemente in der mechanischen Übertragungskette der Schaltvorrichtung nicht berücksichtigt werden. Dabei beginnt die Übersetzung nahezu übergangslos zwischen einem Spiel und einer erhöhten Kraftübertragung mit dem kürzesten zur Verfügung stehenden Hebelarm und verändert sich mit zunehmendem Schaltwinkel zu einem längeren Hebelarm hin, wobei zwar ein vorbestimmter, nicht aber der tatsächliche Schalt- bzw. Einrückpunkt der Schaltelemente berücksichtigt wird.
Weiterhin ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2005 011 274 A1 der Anmelderin eine Schaltvorrichtung bekannt, bei der für einzelne Schaltschienen bzw. Schaltgassen, beispielsweise in einer Hauptgruppe eines Mehrgruppengetriebes, verschieden lange Schaltfinger vorgesehen sind, wodurch sich unterschiedliche Übersetzungen der über die Schaltwelle übertragenen Kraft ergeben. Insbesondere ist ein Schaltfinger für eine Schaltgasse, die höhere Schaltkräfte erfordert kürzer ausgeführt, als ein Schaltfinger für eine Schaltgasse, die eine vergleichsweise niedrigere Schaltkraft benötigt. Dadurch können Unterschiede zwischen einer zum Schalten der Gänge jeweils erforderlichen auszuübenden Schaltkraft ausgeglichen und ein im Wesentlichen gleiches Kraftniveau der Handschaltkraft zum Einlegen der einzelnen Gänge eingestellt werden, welches den Schaltkomfort verbessert.
Die bekannte Schaltvorrichtung ist in der Lage, die ihr zu Grunde liegende Aufgabe in vollem Umfang zu lösen. Sie gleicht allerdings nur Schaltkräfte zwischen einzelnen Gängen bzw. verschiedenen Synchronisierungen aus und ist nicht dazu geeignet, die eingangs erläuterten verschiedenen Schaltkräfte innerhalb eines Schaltvorganges zu beeinflussen.
Schließlich sind pneumatische und/oder hydraulische und/oder elektrische Schalthilfen bereits bekannt. Beispielhaft wird auf die nicht vorveröffentlichte DE 10 2006 006 651.0 der Anmelderin hingewiesen. Derartige Servounterstützungseinrichtungen bieten weit reichende Möglichkeiten, die Handschaltkraft bei einem Kraftfahrzeug-Wechselgetriebe zu unterstützen. Sie sind jedoch relativ aufwendig in Kosten, Konstruktion und Ansteuerung, benötigen zusätzli chen Bauraum und verursachen zusätzliches Gewicht. Daher sind auch zukünftig einfachere und kostengünstigere Schalthilfen wünschenswert.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung für ein Handschaltgetriebe eines Kraftfahrzeuges anzugeben, die Gangwechsel mit einer vergleichsweise geringen, über den Schaltvorgang weitgehend ausgeglichenen Handschaltkraft ermöglicht, einen hohen, gleichbleibenden Schaltkomfort gewährleistet und dennoch einfach und kostengünstig ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Handschaltgetriebe durch eine flexible Anpassung des zwischen einer Schaltwelle und einer Schaltschiene wirksamen Hebelarms eines Schaltfingers an einen der Bewegung eines Schalthebels entgegenwirkenden Schaltwiderstand der zu schaltenden Schaltelemente, eine effektive und zumindest weitgehend gegenüber Toleranzen in der Übertragungskette der Schaltvorrichtung unempfindliche Verringerung und Angleichung der erforderlichen Handschaltkräfte während eines Schaltvorganges ermöglicht wird.
Demnach geht die Erfindung aus von einer Schaltvorrichtung für ein Handschaltgetriebe eines Kraftfahrzeuges mit einem Schalthebel, mittels dem wenigstens ein an einer Schaltwelle angeordneter Schaltfinger manuell schwenkbar ist. Der Schaltfinger ist in Eingriff mit einem an einer Schaltschiene angeordneten mitnehmenden Element bringbar, und bewirkt in Wirkverbindung mit dem mitnehmenden Element eine axiale Verschiebung der Schaltschiene, wobei die mit der Schaltschiene in Verbindung stehenden Schaltelemente zum Schalten von Gängen betätigbar sind. Der Schaltfinger weist profilierte Abschnitte auf, mittels denen bei einer Schwenkbewegung des Schaltfingers eine variable Übersetzung der von der Schaltwelle zu übertragenden Handschaltkraft auf die an der Schaltschiene wirksame Axialkraft erzeugbar ist.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung zudem vor, dass dem Schaltfinger kraftempfindliche Mittel zugeordnet sind, über die, in Wirkverbindung mit den profilierten Abschnitten, eine jeweils wirksame Übersetzung der Handschaltkraft zur Axialkraft an der Schaltschiene mit einer letztlich gegen die Handschaltkraft wirkenden und durch die zu schaltenden Schaltelemente hervorgerufenen Gegenkraft variiert.
Durch diese Anordnung wird vorteilhaft erreicht, dass sich die Übersetzung an den tatsächlichen Schaltwiderstand der zu schaltenden Getriebeelemente anpasst. Dadurch wird eine Reduzierung und weitgehende Gleichmäßigkeit der erforderlichen Handschaltkraft über den Schaltweg beim Einlegen eines Ganges sichergestellt, die zuverlässig über die Lebensdauer des Schaltgetriebes einen hohen Schaltkomfort gewährleistet. insbesondere kann die erforderliche Handschaltkraft für die Synchronisierung bei Nutzfahrzeug-Handschaltgetrieben, die relativ hohe Betätigungskräfte erfordern, durch eine effektive Hebelarmänderung signifikant verringert werden. Dadurch wird auf kostengünstige und einfache Weise – ohne pneumatische, hydraulische oder elektrische Schalthilfen – ein hoher Schaltkomfort bei Nutzfahrzeugen erreicht.
Dies wird durch eine flexible Profilierung des Schaltfingers ermöglicht, die, gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wenigstens zwei Profilteile vorsieht, wobei ein unteres, zu der Schaltschiene benachbartes erstes Profilteil über ein als eine Federeinrichtung ausgebildetes kraftempfindliches Mittel mit dem Schaltfinger elastisch gekoppelt ist und einen ersten Kraftangriffspunkt mit einer ersten auf die Schaltschiene wirksamen Übersetzung aufweist, und ein oberes, zu der Schaltwelle benachbartes zweites Profilteil mit dem Schaltfinger fest verbunden ist, sowie einen zweiten Kraftangriffspunkt mit einer zweiten, von der ersten verschiedenen auf die Schaltschiene wirksamen Übersetzung aufweist.
Dadurch wird eine elastische Wirkverbindung zwischen der Schaltwelle und der Schaltschiene aufgebaut, bei der der erste, äußere Kraftangriffspunkt, der mit dem Schaltfinger über eine Federeinrichtung elastisch gekoppelt ist, eine vergleichsweise geringere Weguntersetzung aufweist. Bei einer Schwenkbewegung des Schaltfingers kommt zunächst die Kontur des unteren, elastisch gekoppelten Profilteils mit einer Innenwand des mitnehmenden Elementes in Kontakt. Dabei ergibt sich zu Beginn eine auf die Schaltschiene wirksame axiale Verschiebe-Kraft, die aus einer vorgegebenen Vorspannkraft und einer Rückstellkraft der Federeinrichtung bei der Schwenkbewegung resultiert.
Unter einer Schaltschiene werden dabei nicht nur Schienen im engeren Sinne verstanden, sondern alle die Funktion einer Schaltschiene erfüllenden Bauteile. Die für die Verschiebung der Schaltschiene ursächliche Drehkraft bzw. das Drehmoment an der Drehachse der Schaltwelle ist durch die auf den Schalthebel vom Fahrer ausgeübte Handschaltkraft, übersetzt durch das Schaltgestänge, gegeben.
Mit einer weiteren Verschiebung der Schaltschiene wird eine Synchronisiereinrichtung, also die entsprechenden Reibelemente im Getriebe, betätigt, die die erforderliche Synchronisierkraft nun der Axialkraft entgegensetzt und sich als Widerstand am Schalthebel äußert. Zum Überwinden dieses einsetzenden Widerstandes übt der Bediener eine entsprechende Handschaltkraft aus. Dabei wird mit zunehmender Handschaltkraft die Federeinrichtung komprimiert, wodurch sich das elastisch gekoppelte Profilteil entsprechend verschiebt.
Mit zunehmendem Schaltwinkel wandert der Kraftangriff von dem unteren äußeren Kraftangriffspunkt über den Schaltfinger zu dem oberen inneren Kraftangriffspunkt mit einer erhöhten Weguntersetzung. Die Axialkraft der Schaltschiene ergibt sich nun aus dem Drehmoment bzw. der dazu proportionalen Handschaltkraft an der Schaltwelle und einem Hebelarmverhältnis des Schaltgestänge-Hebelarms zu dem Schaltfinger-Hebelarm. Der Kraftangriff erfolgt dabei über die Flanke des oberen Profilteils mit einem vergleichsweise kürzeren Schaltfinger-Hebelarm, welches nach den Hebelgesetzen zu einem entsprechenden Anstieg der Axialkraft an der Schaltschiene führt. Die erhöhte Axialkraft unterstützt damit die Handschaltkraft, so dass die Synchronisierung bei einer vergleichsweise niedrigeren erforderlichen Handschaltkraft erfolgen kann.
Mit dem Beenden der Synchronisierung und dem damit verbundenen Abfall der Gegenkraft fällt die Abstützung wieder zurück auf das untere Profilteil mit der geringeren Weguntersetzung, wobei sich die Federeinrichtung mit dem Profilteil in die entspannte Stellung begibt.
Die erfindungsgemäße Anordnung erhöht somit die Schaltkraft auf die zu schaltenden Elemente bei auftretendem Widerstand, ohne den Gesamtschaltweg zu vergrößern, und führt damit zu einer Reduzierung der erforderlichen Handschaltkraft im Sinne einer Angleichung des Kraftaufwandes über den Schaltweg an den geringeren Kraftaufwand außerhalb der Synchronisationsphase. Die Veränderung des wirksamen Hebelarms folgt dabei nicht einem starren Profilverlauf wie bisher bekannt, sondern reagiert über die Federeinrichtung flexibel auf den tatsächlichen Schaltwiderstand, wodurch Fertigungstoleranzen, Wärmeausdehnung und Verschleiß in der mechanischen Übertragungskette der Schaltvorrichtung automatisch ausgeglichen werden und ein einwandfreier Schaltablauf gewährleistet ist.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die profilierten Abschnitte des Schaltfingers bezüglich einer Längsachse des Schaltfingers symmetrisch ausgebildet sind. Dadurch wird sichergestellt, dass der Schaltfinger in beiden Drehrichtungen, also in beiden Schaltrichtungen, äquivalent mit der erfindungsgemäßen Reduzierung und Angleichung der Handschaltkraft eingesetzt werden kann.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Profilteile im Querschnitt ellipsenförmig ausgebildet sind, wobei jeweils die große Achse der Ellipse quer zur Längsachse des Schaltfingers ausgerichtet ist. Bei der Ellipsenform der Profilteile ergibt sich als Kontaktpunkt mit einer Innenwand des üblicherweise als gabelförmigem Mitnehmermaul ausgebildeten mitnehmenden Elements jeweils ein Endpunkt der großen Ellipsenachse. Dieser Kraftangriffspunkt gleitet bei der Schwenkbewegung des Schaltfingers besonders leicht, also reibungs- und verschleißarm sowie gleichmäßig an der Innenwand des Mitnehmermauls ab. Durch die vergleichsweise kurze kleine Ellipsenachse wird zudem in Längsrichtung des Schaltfingers eine besonders kompakte Bauform ermöglicht.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Radius des elastisch gekoppelten Profilteils quer zur Längsachse des Schaltfingers den Radius des mit dem Schaltfinger starr verbundenen Profilteils quer zur Längsachse des Schaltfingers höchstens um einen vorgegebenen Kompressionsweg zur Kompression der Federeinrichtung übersteigt. Dadurch ist sichergestellt, dass bei einer Schaltbewegung der Kraftangriff des mitnehmenden Elementes an dem unteren Profilteil mit dem längeren Hebelarm nach einer entsprechenden Kompression der Feder auf das obere Profilteil mit dem kürzeren Hebelarm harmonisch übergeht.
Insbesondere in Verbindung mit einer symmetrischen Ausführung der beiden Profilteile ermöglicht eine große Ellipsenachse des elastisch gekoppelten Profilteils mit einem Durchmesser, der wenigstens annähernd dem Durchmesser des starr verbundenen Profilteils zuzüglich dem doppelten vorgegebenen Kompressionsweg der Federeinrichtung entspricht und nur geringfügig kleiner als der Querdurchmesser des Mitnehmermauls ist, eine automatische, nahezu spielfreie Zentrierung des Schaltfingers in einer senkrechten Neutralstellung.
Häufig werden Schaltfinger und Mitnehmermaul in einer bauraumsparenden, flachen Bauweise ausgeführt. Besonders vorteilhaft sind daher flach bauende Federeinrichtungen für die erfindungsgemäße Profilierung des Schaltfingers geeignet. Beispielsweise können Metallfedern in Form von Schraubendruckfedern mit einem reckeckigem Querschnitt oder Blattfederelemente verwendet werden. Grundsätzlich sind jedoch auch Federeinrichtungen, die auf elastischen Gummi- oder Kunststoffelementen basieren, nutzbar.
Zur Erzielung einer besonders effektiven Schaltkrafterhöhung der Schaltschiene und einer besonders gleichmäßigen Handschaltkraftverteilung über den Schaltweg kann außerdem vorgesehen sein, dass die Federkonstante der Federeinrichtung und/oder die Profilgebung der profilierten Abschnitte des Schaltfingers an eine zur Betätigung einer Synchronisiereinrichtung erforderliche Synchronisierkraft angepasst sind, so dass sich ein ansatzloser Übergang der Übersetzung mit Beginn und Ende der Synchronisierung ergibt.
Schließlich kann bei einem Schaltgetriebe mit mehreren Schaltfingern zur Betätigung mehrerer Gänge noch vorgesehen sein, dass die Federkonstante der Federeinrichtung und/oder die Profilgebung der profilierten Abschnitte jeweils an die erforderliche Schaltkraft zum Schalten der jeweiligen Schaltelemente so angepasst ist, dass die Handschaltkräfte zum Schalten einzelner Gänge weitgehend angeglichen sind. Da zum Schalten verschiedener Gänge des Fahrzeuggetriebes in der Regel unterschiedliche Schaltkräfte erforderlich sind, kann durch eine Vergleichmäßigung der Handschaltkraft zum Schalten verschiedener Gänge der Schaltkomfort noch weiter erhöht werden. Dies ist durch eine entsprechende Profilgebung unter Berücksichtigung der Federeinrichtung besonders vorteilhaft erreichbar.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt.
In dieser zeigt
1 eine schematische Ansicht einer Schaltvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Schaltfinger im Schnitt in einer Neutralstellung,
2 die Schaltvorrichtung mit dem Schaltfinger in einer Synchronisierstellung,
3 die Schaltvorrichtung mit dem Schaltfinger in einer Gangstellung bei eingelegtem Gang, und
4 ein Verlaufsdiagramm einer axialen Schaltschienenkraft.
Demnach ist in 1 eine Schaltvorrichtung für ein Nutzfahrzeug-Handschaltgetriebe mit einem Schaltfinger 1 dargestellt, der an einer Schalt- bzw. Drehwelle 2 um eine Drehachse 12 drehbar gelagert ist. Der Schaltfinger 1 ist von einem (nicht dargestellten) Handschalthebel über ein in der Zeichnung durch eine Schaltstange angedeutetes Schaltgestänge 3 betätigbar. Der Schaltfinger 1 greift mit seinem Ende in ein vorteilhaft als gabelförmiges Mitnehmermaul ausgebildetes, mitnehmendes Element 4 ein. Das Mitnehmermaul 4 ist an einer Schaltschiene 5 befestigt, die ihrerseits im Eingriff mit einer (nicht dargestellten) Synchronisiereinrichtung zum Synchronisieren und Schalten eines Ganges des Nutzfahrzeuggetriebes steht. An dem Ende des Schaltfingers 1 ist ein oberes ellipsenförmiges Profilteil 6 und ein unteres ellipsenförmiges Profilteil 7 angeordnet. Das obere Profilteil 6 ist mit dem Schaltfinger 1 fest verbunden. Das untere Profilteil 7 ist mittels einer Federeinrichtung 8 mit einem Feder-Kompressionsweg „s" von dem Schaltfinger 1 entkoppelt bzw. mit dem Schaltfinger 1 elastisch gekoppelt. Die Endpunkte 9, 9' bzw. 10, 10' der jeweiligen großen Ellipsenachse der Profilteile 6, 7 bilden in Kontakt mit einer jeweiligen Innenwand 11, 11' des Mitnehmermauls 4 Kraftangriffspunkte zur Übertragung einer Handschaltkraft F_H, in eine Axialkraft F_ax,S zur Verschiebung der Schaltschiene 5.
Maßgebend für die Kraftübertragung sind die Hebelarmverhältnisse zwischen einem Referenz-Hebelarm r₀ der Schaltstange 3 und einem jeweils wirksamen Schaltfinger-Hebelarm r₁ für das untere Profilteil 7 bzw. einem kürzeren Hebelarm r₂ für das obere Profilteil 6, wobei die Hebelarme r₀, r₁, r₂, von der Drehachse 12 der Schaltwelle 2 aus gemessen sind.
Der an der Drehachse 12 gelagerte Schaltfinger 1 mit der Schaltstange 3 kann als ein zweiarmiger Hebel betrachtet werden, woraus sich eine variable Übersetzung i_var des Schaltfingers 1 nach der Beziehung
ergibt, bei der F_ax,D eine an Drehachse 12 angreifende Drehkraft F_ax,D = i_D × F_H ist, die aus der Handschaltkraft F_H resultiert, wobei i_p für eine primäre Übersetzung des Schaltgestänges 3 steht.
Die Funktionsweise der Schaltvorrichtung wird im Folgenden erläutert:
In der 1 ist die Schaltvorrichtung in einer Neutralstellung bei nicht eingelegtem Gang gezeigt. Bei einer Schaltbewegung der Schaltstange 3 in einer Schaltdrehrichtung 13 über den Handschalthebel dreht sich der Schaltfinger 1 um die Drehachse 12 und wird entsprechend in dem Mitnehmermaul 4 in einer entgegengesetzten Schaltschieberichtung 14 verschwenkt. Analoges gilt für eine entgegengesetzte zweite mögliche Schaltdrehrichtung.
In der Schaltschieberichtung 14 greift der Kontaktpunkt 9 des unteren Profilteils 7 an der Innenwand 11 an und übt auf die Schaltschiene 5 eine durch die Federeinrichtung 8 bestimmte Axialkraft F_ax,S = F_V + F_R aus, die aus einer Vorspannkraft F_V und einer Rückstellkraft F_R = s × c mit dem Feder-Kompres sionsweg s und einer Federkonstante c gebildet wird. Dabei wird die Federeinrichtung 8 gegen einen Widerstand der Schaltschiene 5 komprimiert, wobei die Schaltschiene 5 verschoben wird, bis die Synchronisierelemente (Reibflächen) der Synchronisiereinrichtung zur Drehzahlangleichung der zu schaltenden Gangelemente in Kontakt kommen. Dies äußert sich in einer Synchronisierkraft (in 2 durch einen Pfeil 16 angedeutet), die der aus der Handschaltkraft F_H erzeugten Axialkraft F_ax,S (in 2 durch einen Pfeil 15 angedeutet) als eine Gegenkraft F_G entgegenwirkt. Folglich wird die Federeinrichtung 8 komprimiert, wobei das Profilteil 7 bezüglich des Schaltfingers 1 verschoben wird.
Diese Situation zeigt die 2 in einer Synchronisierstellung, bei der mit zunehmendem Schaltwinkel das obere, mit dem Schaltfinger 1 starr verbundene Profilteil 6 im Kontaktpunkt 10 mit der Innenwand 11 des Mitnehmermauls 4 in Kontakt kommt, wodurch der Kraftangriff auf dieses Profilteil 6 übergeht und nun über den Kontaktpunkt 10 an dem Mitnehmermaul 4 erfolgt. Dies geht mit einer Änderung des wirksamen Hebels einher. Während ohne den veränderten Kraftangriffspunkt das untere Profilteil 7 eine Axialkraft Fax,S = Fax,D × r'0 /r'1 mit einer Weguntersetzung r'0 /r'1 auf die Schaltschiene 5 ausüben würde, wird stattdessen nun eine Axialkraft Fax,S = Fax,D × r'0 /r'2 mit einer aufgrund des kürzeren Hebelarms r'2 erhöhten Weguntersetzung r'0 /r'2 erzeugt. Das bedeutet beispielsweise für ein Hebelarmverhältnis von r'1 /r'2 = 2/1 eine Verdopplung der zur Synchronisierung zur Verfügung stehenden Axialkraft F_ax,S bei gleicher Handschaltkraft F_H.
Bei nachlassendem Widerstand bzw. Gegenkraft F_G wird der Kraftangriff wieder durch die Federeinrichtung 8 bestimmt. Dies ist in der 3 gezeigt, bei welcher der Zielgang eingelegt ist. Hierbei verschiebt die Federeinrichtung 8 die Schaltschiene 5, wodurch das Profilteil 7 wieder in seine bezüglich des Schaltfingers 1 zentrierte Position gerät.
Die 4 zeigt schließlich noch zur Verdeutlichung der variablen Übersetzung des Schaltfingers 1 einen qualitativen Verlauf 19 bzw. 19' der Axialkraft F_ax,S an der Schaltschiene 5. Darin ist auf einer Ordinatenachse 17 die Axialkraft F_ax,S gegen ein zu der Handschaltkraft F_H proportionales Drehmoment der Schaltwelle 2 auf einer Abszissenachse 18 aufgetragen. Die Kurve 19 zeigt dabei einen Anstieg mit dem Übergang des Kraftangriffs auf das obere Profilteil 6 des Schaltfingers 1 nach der Kompression der Federeinrichtung 8 mit der höheren Weguntersetzung r'0 /r'2 im Vergleich zu einer Kurve 19' mit einem näherungsweise konstanten Kraftangriff mit der geringeren Weguntersetzung r'0 /r'1 .

1: Schaltfinger
2: Schaltwelle/Drehwelle
3: Schaltgestänge/Schaltstange
4: mitnehmendes Element/Mitnehmermaul
5: Schaltschiene
6: Oberes Profilteil
7: Unteres Profilteil
8: kraftempfindliche Mittel/Federeinrichtung
9, 9': Achsen-Endpunkt/Kontaktpunkt
10, 10': Achsen-Endpunkt/Kontaktpunkt
11, 11': Innenwand
12: Drehachse
13: Schaltdrehrichtung
14: Schaltschieberichtung
15: Axialkraft-Richtung
16: Gegenkraft-Richtung
17: Axialkraft-Ordinate
18: Drehwellenmoment-Abszisse
19, 19': Axialkraft-Verlaufskurve
F_ax,D: axiale Drehwellenkraft
F_ax,S: axiale Schaltschienenkraft
F_G: Gegenkraft/Synchronisierkraft
F_H: Handschaltkraft
F_R: Rückstellkraft
F_V: Vorspannkraft
c: Federkonstante
i_p: primäre Schaltgestänge-Übersetzung
i_var: variable Schaltfinger-Übersetzung
s: Feder-Kompressionsweg
r₀, r'₀: Schaltstangen-Hebelarm/Referenz-Hebelarm
r₁, r'₁: Hebelarm unteres Profilteil
r₂, r'₂: Hebelarm oberes Profilteil

Claims

Schaltvorrichtung für ein Handschaltgetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit einem Schalthebel, mittels dem wenigstens ein an einer Schaltwelle (2) angeordneter Schaltfinger (1) manuell schwenkbar ist, bei welcher der Schaltfinger (1) in Eingriff mit einem an einer Schaltschiene (5) angeordneten mitnehmenden Element (4) bringbar ist und in Wirkverbindung mit dem mitnehmenden Element (4) eine axiale Verschiebung der Schaltschiene (5) bewirkt, über die mit der Schaltschiene (5) in Verbindung stehende Schaltelemente zum Schalten von Gängen betätigbar sind, wobei der Schaltfinger (1) profilierte Abschnitte (6, 7) aufweist, mittels denen bei einer Schwenkbewegung des Schaltfingers (1) eine variable Übersetzung (i_var) der von der Schaltwelle (2) zu übertragenden Handschaltkraft (F_H) auf die an der Schaltschiene (5) wirksame Axialkraft (F_ax,S) erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schaltfinger (1) kraftempfindliche Mittel (8) zugeordnet sind, über die, in Wirkverbindung mit den profilierten Abschnitten (6, 7), eine jeweils wirksame Übersetzung (i_var) der Handschaltkraft (F_H) zur Axialkraft (F_ax,S) mit einer letztlich gegen die Handschaltkraft (F_H) wirkenden und durch die zu schaltenden Schaltelemente hervorgerufenen Gegenkraft (F_G) variiert.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die profilierten Abschnitte (6, 7) an dem Schaltfinger (1) als wenigstens zwei Profilteile ausgebildet sind, wobei ein unteres, zu der Schaltschiene (5) benachbartes erstes Profilteil (7) über ein als eine Federeinrichtung ausgebildetes kraftempfindliches Mittel (8) mit dem Schaltfinger (1) elastisch gekoppelt ist und einen ersten Kraftangriffspunkt mit einer ersten auf die Schaltschiene (5) wirksamen Übersetzung (i_var) aufweist, und wobei ein oberes, zu der Schaltwelle (2) benachbartes zweites Profilteil (6) mit dem Schaltfinger (1) fest verbunden ist und einen zweiten Kraftangriffspunkt mit einer zweiten, von der ersten verschiedenen, auf die Schaltschiene (5) wirksamen Übersetzung (i_var) aufweist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die profilierten Abschnitte (6, 7) des Schaltfingers (1) bezüglich einer Längsachse des Schaltfingers (1) jeweils symmetrisch ausgebildet sind.
Schaltvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilteile (6, 7) jeweils ellipsenförmig ausgebildet sind, wobei jeweils die große Achse der Ellipse quer zur Längsachse des Schaltfingers (1) ausgerichtet ist.
Schaltvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius des elastisch gekoppelten Profilteils (7) quer zur Längsachse des Schaltfingers (1) den Radius des mit dem Schaltfinger (1) starr verbundenen Profilteils (6) quer zur Längsachse des Schaltfingers (1) höchstens um einen vorgegebenen Kompressionsweg (s) zur Kompression der Federeinrichtung (8) übersteigt.
Schaltvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querdurchmesser des elastisch gekoppelten Profilteils (7) wenigstens annähernd einem inneren Querdurchmesser des mitnehmenden Elementes (4) entspricht.
Schaltvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (8) aus wenigstens einem flach bauenden Federelement gebildet ist.
Schaltvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkonstante (c) der Federeinrichtung (8) an eine zur Betätigung einer Synchronisiereinrichtung erforderliche Synchronisierkraft (F_G) angepasst ist.
Schaltvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilgebung der profilierten Abschnitte (6, 7) des Schaltfingers (1) an eine zur Betätigung einer Synchronisiereinrichtung erforderliche Synchronisierkraft (F_G) angepasst ist.
Schaltvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkonstante (c) der Federeinrichtung (8) und/oder die Profilgebung der profilierten Abschnitte (6, 7), bei einem Schaltgetriebe mit mehreren Schaltfingern (1) zur Betätigung mehrerer Gänge, jeweils an eine erforderliche Schaltkraft zum Schalten der jeweiligen Schaltelemente so angepasst ist, dass die Handschaltkräfte (F_H) zum Schalten einzelner Gänge wenigstens weitgehend angeglichen sind.