DE102007041289A1

DE102007041289A1 - Übertragungselement und mechanische Kopplungsvorrichtung sowie mechanische Gangschaltung für ein Kraftfahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE102007041289A1
Application number: DE200710041289
Authority: DE
Inventors: Axel Geiberger
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2009-03-12
Also published as: BRPI0801658A2

Abstract

Bei einem Übertragungselement (11, 11') für eine mechanische Kopplungsvorrichtung mit einem rohrabschnittförmigen Außenring (5) und einem innerhalb des Außenrings achsparallel zu diesem angeordneten rohrabschnittsförmigen Innenring (6) wird eine gute Anpassbarkeit an individuelle Anforderungen mit der Möglichkeit, auch nichtlineare Kraft/Wegcharakteristiken zu verwirklichen, dadurch geschaffen, dass zwischen dem Innenring und dem Außenring eine Mehrzahl von rohrabschnittsförmigen Kompressionskörpern (9, 9', 10, 10') angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus. Dort sind vielfältige Übertragungselemente beziehungsweise Kopplungselemente zur Übertragung von Kräften und/oder Bewegungen bekannt. Mittels solcher Übertragungselemente werden entweder Antriebskräfte oder Bremskräfte oder auch Betätigungsbewegungen übertragen.
Dazu werden beispielsweise Getriebe, Gestänge oder Zugsysteme verwendet. Oft kommt es darauf an, bestimmte Bewegungen zu übertragen, insbesondere translatorische Bewegungen, und dabei andere Bewegungen mit anderen Zeitcharakteristiken, beispielsweise Vibrationen, zu entkoppeln. Für diesen Zweck sind mechanische Entkopplungs- und/oder Dämpfungselemente bereits in verschiedenen Gestaltungen bekannt.
Beispielsweise ist aus der DE 10 2005 037597 ein Übertragungselement bekannt, das beispielsweise für die Betätigung des Getriebes in einem Kraftfahrzeug ge eignet ist. Aus der Schrift geht als teilweise elastisches, teilweise dämpfendes Element eine Kombination aus einem Innenring und einem Außenring hervor, die koaxial angeordnet und mit einem kegelabschnittsförmigen, zwischen diesen verlaufenden Steg miteinander verbunden sind.
Das Übertragungselement besteht dort beispielsweise aus einem elastomeren Kunststoff und der Innenring sowie der Außenring sind jeweils mit einem Anschlussorgan verbunden, um eine Kraft abgekoppelt von einer wirkenden Vibration übertragen zu können.
Aufgrund der kegelstumpfförmigen Struktur des Steges in dem Übertragungselement ergibt sich bei einer Belastung regelmäßig eine Kraftkomponente in Axialrichtung des Innenrings und/oder Außenrings. Diese ist gemeinhin unerwünscht.
Aus der EP 1 679 444 A2 ist eine Weiterentwicklung eines ähnlichen Übertragungselements bekannt, bei dem ebenfalls zwei konzentrische koaxiale Ringe aus einem elastomeren Material vorgesehen sind. Dort sind die Ringe durch einzelne, an ihren Umfängen verteilte Stege verbunden, wobei die Stege abwechselnd am unteren und oberen Ende der Doppelringanordnung vorgesehen sind, um eine Symmetrie zu schaffen, die das Auftreten axialer Kräfte im Belastungsfall verhindert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungselement zu schaffen, das eine Kraft möglichst zuverlässig und ohne das Auftreten uner wünschter Kraftkomponenten überträgt, wobei gewünschte Kraftübertragungscharakteristika sich möglichst durch geringe Gestaltungsänderungen leicht realisieren lassen sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Übertragungselements mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine mechanische Kopplungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18 sowie auf eine mechanische Gangschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 19.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass eine gewünschte Dämpfungs- beziehungsweise Entkopplungs- oder Kraftübertragungscharakteristik grundsätzlich mit einem Übertragungselement mit einem Innenring und einem zu diesem koaxialen Außenring, wie aus dem Stand der Technik bekannt, realisierbar ist, wenn als zwischen dem Innenring und dem Außenring liegende Dämpfungselemente rohrabschnittsförmige Körper verwendet werden. Diese sind in Querrichtung, das heißt senkrecht zur Achsrichtung des jeweiligen Rohrabschnitts, bei entsprechender Gestaltung der Wanddicke bei Berücksichtigung der Materialeigenschaften leicht elastisch verformbar, wobei durch die Materialwahl der Dämpfungsanteil bestimmt werden kann und durch die Größe und Wanddicke sowie die Anzahl der entsprechenden rohrabschnittsförmigen Kompressionskörper der Verlauf der Elastizitätskurve bei veränderlicher zu übertragender Kraft des Übertragungselementes eingestellt werden kann. Dabei können lineare Kraft/Wegdiagramme ebenso wie abschnittsweise nicht lineare Diagramme je nach Gestaltung der Kompressionskörper als Charakteristik des Übertragungselementes realisiert werden.
Somit erlaubt die erfindungsgemäße Gestaltung mit geringen Mitteln die Anpassung des Übertragungselementes an die gestellten mechanischen Übertragungsaufgaben. Dadurch kann für den konkreten Anwendungsfall eine optimierte Dämpfung beziehungsweise Vibrationsentkopplung erreicht werden.
Konstruktiv besonders einfach in der Handhabung und auch in der Herstellung sowie für die Einbindung in einen Kraftübertragungsweg durch Montage mit entsprechenden Fassungen ist ein kreisringförmiger Querschnitt von Innen- und/oder Außenring.
Es kann jedoch je nach der gewünschten Charakteristik und den zur Verfügung stehenden Fertigungsmethoden sowie den Anforderungen beim Einbau eine im Querschnitt elliptische Gestaltung von Innen- und/oder Außenring sinnvoll sein. Dabei kann beispielsweise auch einer der Ringe kreisringförmig, der andere im Querschnitt elliptisch geformt sein.
Grundsätzlich ist auch eine im Querschnitt viereckige Gestaltung der entsprechenden Rohrabschnitte des Innen- und/oder Außenrings möglich.
Vorteilhaft weisen die Kompressionskörper einen kreisringförmigen oder elliptischen Querschnitt auf, wo durch sie einfach zu fertigen und in ihrem mechanischen Verhalten leicht zu berechnen und anzupassen sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegen die Kompressionskörper im entspannten Zustand des Übertragungselementes an dem Innenring und/oder dem Außenring an. Dabei ergibt sich ein spielfreies Zusammenwirken der einzelnen Elemente des Übertragungselementes.
Die Kompressionskörper können auch mit dem Innen- und/oder Außenring verbunden sein.
Dies schafft einen Zusammenhalt des Übertragungselementes, der dieses noch zuverlässiger und sein Verhalten gut berechenbar macht, da die Kompressionskörper damit ortsfest festgelegt sind.
In einer noch vorteilhafteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Kompressionskörper mit dem Innen- und/oder Außenring einstückig verbunden sind. Damit liegt das Übertragungselement ohne gegeneinander bewegbare Teile vor und ist entsprechend einfach und zuverlässig handhabbar, auch bei der Montage, wenn das Übertragungselement mit übrigen Teilen einer kinematischen Kette verbunden wird.
Besonders vorteilhaft wird die einstellbare Kraftcharakteristik, ebenso wie die Herstellung des Übertragungselementes, wenn die Kompressionskörper achsparallel zum Innenring und Außenring angeordnet sind.
Eine vorteilhafte Form in Bezug auf die Wirkung und in Bezug auf die Vereinfachung der Herstellung ergibt sich gemäß der Erfindung, wenn die Konturen von Innenring und Außenring einerseits und den Kompressionskörpern andererseits sich überschneiden.
Ebenso vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass die Wanddicke wenigstens eines Kompressionskörpers im Bereich der Berührung mit dem Innenring und/oder dem Außenring vollständig innerhalb der Wand des entsprechenden Innenrings und/oder Außenrings verläuft.
Diese Ausführungsformen bringen insbesondere dann zusätzliche Vorteile, wenn der Innenring, der Außenring und die Kompressionskörper einstückig zusammenhängen, insbesondere in einem Spritzgussverfahren in einem Stück hergestellt sind oder bearbeitungstechnisch aus einem Block, beispielsweise durch spanende Bearbeitung, hergestellt sind.
Dabei kann das Übertragungselement beispielsweise durch Stanzen oder Fräsen aus einem Block hergestellt sein.
Statt eines Spritzgussverfahrens kann auch ein anderes formbildendes Verfahren wie beispielsweise Pressen oder Sintern, zum Beispiel bei der Verwendung von Polytetrafluorethylen eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise kann der Innenring und/oder der Außenring aus einem elastischen Kunststoff, insbesondere einem Elastomer bestehen. Dabei kommt beispielsweise massiver Gummi in Frage oder auch ein volumenkompressibler Werkstoff wie Schaumgummi.
Die Erfindung bezieht sich außer auf ein Übertragungselement auch auf eine mechanische Kopplungsvorrichtung mit einem derartigen Übertragungselement, wobei zusätzlich ein erstes mit dem Außenring verbundenes Anschlusselement und ein zweites, mit dem Innenring verbundenes Anschlusselement vorgesehen ist. Das erste und das zweite Anschlusselement können beispielsweise in Form von Metallhülsen vorliegen, die mit dem Innenring beziehungsweise dem Außenring verpresst oder verklebt sind oder diesen in anderer Form spielfrei fassen. Das mit dem Außenring verbundene erste Anschlusselement kann beispielsweise direkt durch eine Löt- oder Schweißverbindung oder auch eine andere Verbindung wie Vernieten oder Verschrauben mit einem Gestänge oder einem beweglichen Zug wie einem Seilzug verbunden sein. Das zweite Anschlusselement kann beispielsweise einen Bolzen aufnehmen, der dieses durchsetzt und mit weiteren Teilen der kinematischen Kette verbunden ist.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine mechanische Gangschaltung für ein Kraftfahrzeuggetriebe mit wenigstens einem Zug zur Verbindung eines Schalthebels mit dem Getriebe, wobei eine Kopplungsvorrichtung mit einem Übertragungselement gemäß der Erfindung vorgesehen ist. Die Kopplungsvorrichtung dient in diesem speziellen Fall der Kopplung des Gangschalthebels im Kraftfahrzeug, der manuell bedienbar ist, mittels wenigstens eines Zuges mit dem Getriebe. Der Zug kann beispielsweise durch ein Gestänge oder ein seilartiges Element realisiert sein.
Durch das Übertragungselement beziehungsweise die Kopplungsvorrichtung werden die Vibrationen, die im Verbrennungsmotor entstehen und wenigstens teilweise auch auf das Getriebe übertragen werden, von dem Gangschalthebel entkoppelt, teilweise gedämpft und damit für den Fahrer, der den Gangschalthebel bedient, gar nicht oder zumindest vermindert wahrnehmbar.
Durch die spezielle Formgebung des Übertragungselementes gemäß der Erfindung sind je nach den speziellen Anforderungen verschiedene Charakteristika durch Wahl der Größe und der Wandstärke sowohl der Kompressionskörper als auch den Innenrings und des Außenrings optimiert einstellbar.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben.
Dabei zeigt:
1 verschiedene Kraft/Wegcharakteristiken, die mit dem erfindungsgemäßen Übertragungselement einstellbar sind;
2 das Übertragungselement in einer dreidimensionalen Ansicht;
3 eine Draufsicht in axialer Richtung auf das Übertragungselement gemäß 2;
4 eine axiale Draufsicht auf ein Übertragungselement in einer weiteren Ausführungsform, sowie
5 eine axiale Draufsicht auf ein Übertragungselement in einer dritten Ausführungsform.
Die 1 zeigt ein Diagramm, bei dem auf der y-Achse in Richtung des Pfeils 2 ein Verformungsweg eines Übertragungselementes und in Richtung der durch den Pfeil 1 angedeuteten x-Achse die die entsprechende Verformung verursachende Kraft aufgetragen ist.
In einem ersten Graph 3 ist eine typische lineare Charakteristik gezeigt, bei der der Verformungsweg annähernd proportional der Kraft ist, abgesehen von einer Hysterese, die die Charakteristik bei der Kompression von der Charakteristik bei der Entspannung des entsprechenden Übertragungselementes unterschneidet und durch Materialgedächtniseffekte bedingt ist.
In vielen Fällen ist eine nichtlineare Übertragungskennlinie sinnvoller, wenn beispielsweise Stöße abgefangen werden oder Vibrationen abgefangen oder gedämpft werden sollen. Entsprechende Dämpfungseffekte finden sich ebenfalls teilweise durch die Hysterese in der Kurve repräsentiert.
Ein derartiger nicht-linearer Graph ist in der 1 mit 4 bezeichnet.
Die 2 zeigt in dreidimensionaler Darstellung ein typisches Übertragungselement gemäß der Erfindung, das aus einem Außenring 5 beziehungsweise einem entsprechenden Rohrabschnitt mit im Querschnitt kreisringförmiger Ausbildung und einem Innenring 6, koaxial und im dargestellten Fall auch konzentrisch zu dem Außenring besteht. Der Außenring und der Innenring haben aus Gründen der Symmetrie, um im Fall einer Belastung in radialer Richtung, wie sie durch den Pfeil 7 dargestellt ist, keine axialen Bewegungen oder Kräfte in Richtung des Pfeils 8 entstehen zu lassen, gleiche Höhe h, ebenso wie die zwischen ihnen angeordneten Kompressionskörper 9, 10, die ebenfalls im Querschnitt Kreisringform aufweisen und alle Rohrabschnitte schließen an den Enden bündig ab.
Die Kompressionskörper sind gleichmäßig am Umfang zwischen dem Innenring 6 und dem Außenring 5 verteilt und mit beiden Ringen fest verbunden.
Dabei sind acht Kompressionskörper vorgesehen.
Das gesamte Übertragungselement 11 ist einstückig aus Gummi hergestellt mittels eines Vulkanisationsverfahrens.
Es wäre jedoch auch möglich, es aus einem Vollkörpers in Form eines Zylinders bei entsprechender Materialwahl durch Fräsen oder Stanzen herzustellen.
Auch eine Herstellung durch Strangpressen wäre denkbar.
In der 3 ist in einer Draufsicht das Übertragungselement aus 2 nochmals dargestellt und dort wird deutlich, dass die Konturen der Kompressionskörper 9, 10 teilweise, angedeutet durch die gestrichelten Linien 12, 13, innerhalb des Außenrings 5 beziehungsweise des Innenrings 6 verlaufen.
Bei einstückiger Herstellung ist eine derartige Formgebung besonders einfach erreichbar.
Das Übertragungselement 11 kann außer aus elastomeren Werkstoffen wie Gummi, Schaumgummi oder ähnlichem auch aus PTFE oder einem anderen möglichst elastisch verformbaren Kunststoff bestehen. Im Hochlastbereich ist sogar eine Herstellung aus Federstahl denkbar.
Durch die entsprechende Wahl der Wandstärken bei den Kompressionskörpern 9, 10 und beim Innenring beziehungsweise Außenring und durch die Wahl der Verhältnisse kann eine gewünschte Kraft/Wegcharakteristik eingestellt werden.
In der 4 ist eine entsprechende mechanische Kopplungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Übertragungselement 11' dargestellt, das einen Außenring 5, einen Innenring 6 und fünf dazwischen angeordnete Kompressionskörper 9', 10' aufweist.
Die Kompressionskörper 9', 10' sind derart gestaltet, dass ihre Wandstärke im Bereich, in dem sie mit dem Innenring beziehungsweise dem Außenring zusammenhän gen, vollständig in diesen verläuft. Hierdurch ergibt sich unter anderem auch eine materialsparende Bauweise.
Zudem ist in der 4 ein erstes Anschlusselement 14 dargestellt, das eine Hülse 15 und einen Stutzen 16 aufweist, der mit der Hülse 15 fest und einstückig verbunden ist. Der Stutzen 16 läuft in einem Gestänge aus, das beispielsweise über ein Schalt- oder Wählkabel mit einem Schalthebel eines Kraftfahrzeuggetriebes direkt verbunden ist.
Innerhalb des Innenrings 6 ist ein Bolzen 17 vorgesehen, der beispielsweise unter elastischer Aufweitung des Innenrings 6 in diesen eingepresst und über ein nicht dargestelltes Gestänge mit einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs verbunden sein kann.
Anstelle des Bolzens 17 kann beispielsweise auch eine hohle Hülse vorgesehen sein, in die ein Bolzen einpressbar ist. Alternativ kann in der Hülse auch eine Lagerschale befestigt sein, wenn die Anbindung an das Getriebe als Kugelzapfen ausgeführt ist.
Das erste und das zweite Anschlusselement bestehen typischerweise aus Stahl, um die entsprechenden zu übertragenden Kräfte aufzunehmen.
In der 5 ist ein Übertragungselement gezeigt mit Verdickungen am Innen- und Außenring, die dem jeweils anderen Ring zugewandt sind. Es können Verdickungen auch nur an einem der Ringe vorgesehen sein. Die Verdickungen können als axial verlaufende Stege ausgebildet sein, die die volle axiale Länge oder auch nur einen Teil der Länge des Übertragungselementes überdecken. Die Verdickungen sind vorteilhaft zwischen den Kompressionskörpern angeordnet und können im Querschnitt gerundet sein. Sie können massiv oder hohl ausgebildet sein. Eine weitere Variante sieht im Querschnitt dreiecksförmige Verdickungen auf. Die Verdickungen hängen mit dem Innen- und/oder Außenring jeweils vorteilhaft einstückig zusammen. Sie können einander direkt gegenüber liegen, so dass sie bei hoher Belastung aneinander anliegen und somit das Übertragungselement weiter versteifen.
Im Ergebnis kann mittels der Erfindung ein Übertragungselement beziehungsweise eine Kopplungsvorrichtung verwirklicht werden, mit deren Hilfe insbesondere innerhalb eines Kraftfahrzeugs ein komfortables Schalten des Getriebes von Hand ermöglicht ist, ohne dass störende Vibrationen oder durch diese hervorgerufene Geräusche im Fahrgastraum hervorgerufen beziehungsweise dort hin übertragen werden. Die erfindungsgemäße Konstruktion lässt sich besonders einfach an individuelle Anforderungen anpassen.

1: Verformungsweg eines Übertragungselementes
2: Verursachende Kraft der Verformung
3: erster Graph
4: nicht linearer Graph
5: Außenrohr
6: Innenring
7: Belastung in radialer Richtung
8: Pfeilrichtung
9, 10, 9', 10': Kompressionskörper
11, 11': Übertragungselement
12, 13: Konturen der Kompressionskörper
14: Anschlusselement
15: Hülse
16: Stutzen
17: Bolzen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005037597 [0003]
- EP 1679444 A2 [0006]

Claims

Übertragungselement (11, 11') für eine mechanische Kopplungsvorrichtung mit einem rohrabschnittförmigen Außenring (5) und einem innerhalb des Außenrings achsparallel zu diesem angeordneten rohrabschnittsförmigen Innenring (6), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Innenring und dem Außenring eine Mehrzahl von rohrabschnittsförmigen Kompressionskörpern (9, 9', 10, 10') angeordnet ist.
Übertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (6) und/oder der Außenring (5) einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisen.
Übertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (6) und/oder der Außenring (5) einen eliptischen Querschnitt aufweisen.
Übertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (6) und/oder der Außenring (5) einen viereckigen Querschnitt aufweisen.
Übertragungselement nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionskörper (9, 9', 10, 10') einen kreisringförmigen oder ellipsoid ringförmigen Querschnitt aufweisen.
Übertragungselement nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionskörper (9, 9', 10, 10') jeweils an dem Innenring (6) und dem Außenring (5) im entspannten Zustand anliegen.
Übertragungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionskörper (9, 9', 10, 10') mit dem Innenring und/oder dem Außenring fest verbunden sind.
Übertragungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionskörper (9, 9', 10, 10') mit dem Innenring und/oder dem Außenring einstückig verbunden sind.
Übertragungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionskörper (9, 9', 10, 10') achsparallel zu dem Innenring und dem Außenring angeordnet sind.
Übertragungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen von Innenring (6) und Außenring (5) einerseits und den Kompressionskörpern (9, 9', 10, 10') andererseits sich überschneiden.
Übertragungselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke wenigstens eines Kompressionskörpers (9, 9', 10, 10') im Bereich der Berührung mit dem Innenring und/oder dem Außenring vollständig innerhalb der Wand des entsprechenden Innenrings und/oder Außenrings verläuft.
Übertragungselement nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (6) und/oder der Außenring (5) aus einem Elastomer besteht.
Übertragungselement nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressionskörper (9, 9', 10, 10') aus einem Elastomer bestehen.
Übertragungselement nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (6), der Außenring (5) und die Kompressionskörper (9, 9', 10, 10') gemeinsam aus einem Stück hergestellt sind.
Übertragungselement nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring und/oder der Außenring auf ihrer dem jeweils anderen Ring zugewandten Mantelfläche in Axialrichtung verlaufende Stege tragen, die in Umfangsrichtung zwischen den Positionen der Kompressionskörper liegen.
Übertragungselement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege im Querschnitt jeweils halbkreisförmig ausgebildet sind.
Übertragungselement nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Stege einander an der Außenseite des Innenrings und an der Innenseite des Außenrings gegenüber liegen.
Mechanische Kopplungsvorrichtung mit einem Übertragungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch ein erstes, mit dem Außenring (5) verbundenes Anschlusselement (14) und ein zweites, mit dem Innenring (6) verbundenes Anschlusselement (17).
Mechanische Gangschaltung für ein Kraftfahrzeuggetriebe mit wenigstens einem Zug zur Verbindung eines Schalthebels mit dem Getriebe, gekennzeichnet durch eine mechanische Kopplungsvorrichtung gemäß Anspruch 15.