DE102010034281A1

DE102010034281A1 - Schaltvorrichtung für ein Getriebe

Info

Publication number: DE102010034281A1
Application number: DE201010034281
Authority: DE
Inventors: Thomas Kleiber
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2012-02-16
Also published as: WO2012019798A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung (1) für ein Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug-Zahnräderwechselgetriebe, die eine Schaltwelle (2) umfasst, die in eine Schaltrichtung (S) um eine Längsachse (3) gedreht werden kann, wobei zur Drehbewegung ein Hebel (4) vorhanden ist und wobei zur Erhöhung der Drehträgheit bei der Drehung der Schaltwelle (2) in Schaltrichtung (S) um die Längsachse (3) eine Zusatzmasse (5) vorgesehen ist. Um bei schnellen Schaltvorgängen die Massenkräfte, die durch die Zusatzmasse bedingt sind, nicht zu groß werden zu lassen, sieht die Erfindung vor, dass zwischen der Schaltwelle (2) und der Zusatzmasse (5) direkt oder indirekt eine um die Längsachse (3) wirksame Torsionsfeder (6) angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein Getriebe, insbesondere für ein Kraftfahrzeug-Zahnräderwechselgetriebe, die eine Schaltwelle umfasst, die in eine Schaltrichtung um eine Längsachse gedreht werden kann, wobei zur Drehbewegung ein Hebel vorhanden ist und wobei zur Erhöhung der Drehträgheit bei der Drehung der Schaltwelle in Schaltrichtung um die Längsachse eine Zusatzmasse vorgesehen ist.
Hintergrund der Erfindung
In einer gattungsgemäßen Schaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeug-Zahnräderwechselgetriebe wirken zumeist zwei Hebelanordnungen, um die Schaltwelle der Schaltvorrichtung axial zu verschieben bzw. um ihre Längsachse zu schwenken. Der eine Hebel, als Wählhebel ausgebildet, wird geschwenkt um die Schaltwelle axial zu verschieben. Der andere Hebel, als Schalthebel ausgebildet, verdreht die Schaltwelle, namentlich zum Schalten bzw. Einlegen der Gänge des Getriebes. Der Schalt-Hebel und der Wähl-Hebel sind über Gestänge bzw. Seilzüge kinematisch mit einem Handschalthebel verbunden.
Zur Verbesserung des Schaltkomforts beim Betätigen des Handschalthebels ist in der Schaltvorrichtung häufig eine auf die Schaltwelle beim Schwenken der Schaltwelle wirkende Zusatzmasse vorgesehen. Die Zusatzmasse erhöht das Massenträgheitsmoment der Schaltwelle um die Längsachse, um am Handschalthebel während der Schaltvorgänge spürbare Kraftspitzen der Schaltkraft abzubauen. Die Schaltwelle ist dabei drehbar und axial verschiebbar in einem Schaltgehäuse angeordnet. Die Zusatzmasse ist dabei so angeordnet, dass sie bei Gangschaltbewegungen mitgenommen wird. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der WO 2007/137895 A1 beschrieben.
Bekannt geworden ist es auch, zwischen der Schaltwelle und der Zusatzmasse ein Getriebe wirksam anzuordnen, um die Wirkung der Drehträgheit der Zusatzmasse zu erhöhen. Solche Konzepte sind in der DE 102 10 972 B4 , in der WO 2008/052865 A1 , in der EP 1 116 902 B1 und in der FR 2 803 252 A1 beschrieben. Bei der genannten WO 2008/052365 A1 ist vorgesehen, dass die Zusatzmasse über ein Getriebe mit der Schaltwelle in Drehverbindung steht, wobei an der Schaltwelle und an einer parallel zu dieser angeordneten Welle je eine Zahnscheibe drehfest angeordnet ist. Mittels eines Zahnriemens wird die Drehung der Schaltwelle auf die parallele Welle übertragen. Drehfest auf der parallelen Welle ist die Zusatz-Drehmasse angeordnet. Dreht sich die Schaltwelle, wird demgemäß über den Zahnriemen auch die parallele Welle und somit die Zusatz-Drehmasse gedreht. Durch Wahl eines geeigneten Übersetzungsverhältnisses kann somit die Wirkung der Zusatz-Drehmasse auf die Haptik der Schaltwelle beeinflusst bzw. eingestellt werden.
Die üblicherweise zum Einsatz kommenden Zusatzmassen haben Massen zwischen 200 und 500 g. Will man aus Gewichtsgründen diese Massen reduzieren, kann eine entsprechende Übersetzung des Getriebes gewählt werden. Nachteilig ist in diesem Falle allerdings, dass sich in den Endanschlägen dann sehr hohe Belastungen ergeben, die auf die Getriebeelemente, insbesondere auf die Verzahnungen, wirken. Ein schneller Abbremsvorgang kann sich beim Synchronisieren, Einspuren in Sperrverzahnungen oder beim voll durchgeschalteten Gang ergeben. Um Bauteilversagen zu verhindern, müssen die Verzahnungen entsprechend stark dimensioniert sein, was allerdings der Forderung nach Leichtbau entgegen strebt.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der es möglich ist, bei Einsatz von nicht zu großen Zusatzmassen auch bei schnellen Schaltvorgängen sicherzustellen, dass die auf die Komponenten der Vorrichtung wirkenden Kräfte nicht übermäßig groß werden. Damit soll es möglich werden, ein insgesamt geringes Gewicht der Schaltvorrichtung zu erreichen, indes aber die gewünschte Schalthaptik zu erreichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schaltwelle und der Zusatzmasse direkt oder indirekt eine um die Längsachse wirksame Torsionsfeder angeordnet ist.
Zwischen der Schaltwelle und der Zusatzmasse ist dabei vorzugsweise ein Getriebe wirksam angeordnet.
Dabei kann einmal vorgesehen sein, dass die Torsionsfeder zwischen der Schaltwelle und dem Getriebe angeordnet ist. Alternativ ist es aber auch genauso möglich, dass die Torsionsfeder zwischen dem Getriebe und der Zusatzmasse angeordnet ist.
Das Getriebe ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung als Planetengetriebe ausgebildet. Dieses ist dann bevorzugt konzentrisch zur Längsachse angeordnet.
Die Torsionsfeder kann mindestens ein spiralförmig gebogenes Federelement aufweisen, das in einer Ebene angeordnet ist, auf der die Drehachse senkrecht steht. Die Torsionsfeder hat gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung zwei spiralförmig gebogene Federelemente; beide Federelemente können dabei um 180° versetzt an einem Bauteil, insbesondere am Sonnenrad des Planetengetriebes, angreifen.
Die Zusatzmasse kann als scheibenförmiges oder als hülsenförmiges Bauteil ausgebildet sein oder auch aus zwei oder mehr Teilmassen bestehen, die bezüglich der Längsachse sich gegenüberliegend angeordnet sind.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird es möglich, eine gattungsgemäße Schaltvorrichtung bereitzustellen, mit der insbesondere bei sehr schnellen Schaltvorgängen mittels der Torsionsfeder eine Speicherung der Bewegungsenergie erfolgen kann.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schaltvorrichtung reduziert die Belastung der Verzahnungen des bevorzugt zum Einsatz kommenden Getriebes, insbesondere der Zahnfüße der Verzahnung, wesentlich, weil im Falle eines schnellen Schaltvorgangs und der daher gegebenen hohen kinetischen Energie in den beteiligten rotierenden Teilen nicht schlagartig in der Endlage abgebremst bzw. beschleunigt werden muss. Vielmehr stellt die vorgeschlagene Torsionsfeder sicher, dass die zu übertragenen Kräfte begrenzt bleiben.
Kinetische Energie wird in der Torsionsfeder (Drehfeder) gespeichert. Bei einer weichen Torsionsfeder ist der Drehspeicherwinkel groß, wodurch die genannten Belastungen, insbesondere in den Zahnrädern, deutlich sinken.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 in perspektivischer Ansicht eine Schaltvorrichtung eines Fahrzeug-Zahnräderwechselgetriebes gemäß dem Stand der Technik,
2 in perspektivischer Ansicht eine Schaltvorrichtung eines Fahrzeug-Zahnräderwechselgetriebes gemäß der Erfindung,
3 ein Diagramm, in dem für einen Schaltvorgang der Drehwinkel (ϕ) sowie die Drehgeschwindigkeit (dϕ/dt) über der Zeit aufgezeichnet ist,
4 eine schematische Darstellung einer Schaltvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
5 eine schematische Darstellung einer Schaltvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
6 eine perspektivische Schnittdarstellung durch einen Teil der Schaltvorrichtung,
7 eine perspektivische Darstellung durch einen Teil der Schaltvorrichtung gemäß 6, wobei ein äußeres hülsenförmiges Teil demontiert ist,
8 in perspektivischer Darstellung einen Teil der Schaltvorrichtung gemäß 6 und 7, nämlich eine Torsionsfeder mit daran angeformtem Sonnenrad eines Planetengetriebes, und
9 in perspektivischer Darstellung eine alternative Ausgestaltung der Torsionsfeder gemäß 8, wobei der Blick in ein Planetengetriebe zu sehen ist.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist eine vorbekannte Schaltvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug-Zahnräderwechselgetriebe zu sehen. Beim Schalten eines Ganges wird eine Schaltwelle 2 mittels eines Hebels 4 um eine Längsachse 3 gedreht. Die Schaltrichtung ist mit S gekennzeichnet, d. h. es ist dies die Drehung um die Längsachse 3. Damit eine gewünschte Haptik beim Schalten gegeben ist, ist am Hebel 4 eine Zusatzmasse 5 angeordnet. Durch deren Abstand von der Längsachse 3 bewirkt diese eine Erhöhung des Massenträgheitsmoments der Schaltwelle 2 um die Längsachse 3. Die weiteren skizzierten Komponenten der Schaltvorrichtung sind üblich aufgebaut, so dass sie hier nicht weiter beschrieben werden müssen.
In 2 ist eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Schaltvorrichtung 1 dargestellt, wobei hier allerdings nur ein zylindrisches Bauteil zu erkennen ist, in dem sich die Zusatzmasse 5 befindet. Das markierte Bauteil 8 ist das Hohlrad eines Planetengetriebes, das nachfolgend näher beschrieben ist.
In 3 ist der Verlauf eines schnellen Schaltvorgangs aufgezeigt, wobei der Drehwinkel ϕ (Schaltwinkel) des Hebels 4 über der Zeit t sowie die Drehgeschwindigkeit dϕ/dt dargestellt ist. Aus der Neutrallage bei der Winkelstellung Null (Ruhelage) muss die Schaltwelle 2 (auch bezeichnet als Zentralübertrager) in die Gangposition bei der Winkelstellung 24° (Ruhelage) bewegt werden. Zwischen diesen Stellungen beiden ergeben sich unterschiedliche (Dreh)Geschwindigkeiten der Komponenten, die dann eine entsprechende kinetische Energie innehaben. Hieraus resultieren entsprechende Kräfte auf die Bauteile der Schaltvorrichtung, wenn sich die kinetische Energie in den Bauteilen ändert.
In 4 ist der schematische Aufbau einer bevorzugten erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung skizziert bzw. des Teils, auf den es erfindungsgemäß ankommt Die Schaltwelle 2 wird wiederum um die Längsachse 3 in Schaltrichtung S drehbar. Über eine Torsionsfeder 6 angekoppelt ist ein Planetenträger 9 eines Planetengetriebes 7. Das Planetengetriebe 7 weist als äußerstes Bauteil ein Hohlrad 8 auf (s. 2), das drehfest an der Schaltvorrichtung gelagert ist. Daneben sind ein Sonnenrad 10 und Planetenräder 11 (montiert auf dem Planetenträger 9) vorhanden. Das Sonnenrad 10 ist drehfest mit einer Zusatzmasse 5 verbunden, wobei diese hier skizziert ist als Masse bestehend aus zwei Teilmasen 5' und 5''.
Demgemäß sieht das Baukonzept gemäß 4 vor, dass eine Torsionsfeder 6 zwischen der Schaltwelle 2 und dem (Planeten)Getriebe 7 angeordnet ist. Wesentlich ist, dass infolge der Torsionsfeder 6 Lastspitzen aufgenommen werden können, d. h. bei (zu) schnellen Drehbewegungen der Bauteile spannt sich die Torsionsfeder 6 und baut so Lastspitzen ab.
Vergleicht man diese Bauform mit derjenigen, die in 5 skizziert ist, kann gesehen werden, dass die Torsionsfeder 6 auch zwischen dem Sonnenrad 10 des Planetengetriebes 7 und der Zusatzmasse 5 angeordnet werden kann. Die Wirkung der Feder 6 ist die gleiche.
In der oberen Darstellung in 5 ist im Übrigen das Planetengetriebe angedeutet, wobei die Zusatzmasse 5 selber aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
Der Drehwinkelunterschied zwischen der Schaltwelle 2 (Zentralübertrager) und dem ortsfest gehaltenem Hohlrad 8 führt demgemäß zu einer Drehung der Zusatzmasse 5 und somit zu dem gewünschten Effekt der Erhöhung der Massenträgheit um die Längsachse 3.
Für die Ausführungsform gemäß 5 ist eine konkrete Lösung in den 6, 7 und 8 dargestellt. Die nur schematisch in 5 skizzierten Bauteile des Planetengetriebes 7 sind hier in der konkreten Konstruktion zu erkennen. Wesentlich ist wiederum, dass in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung am Sonnenrad 10 des Planetengetriebes 7 (s. 8) die Torsionsfeder 6 angeformt ist. Diese hat zwei Federelemente 12 (d. h. Teilfedern) die jeweils eine spiralartige Form haben. Diese Spirale liegt in einer Ebene, auf der die Längsachse 3 senkrecht steht.
Die Federelemente 12 haben an ihren radial außenliegenden Enden Kontaktelemente 13, mit denen formschlüssig in die Zusatzmasse 5 eingegriffen werden kann.
In 9 ist eine alternative Lösung skizziert, aus der hervorgeht, dass die Federelemente 12 der Torsionsfeder 6 auch stärker gewunden bzw. länger ausgebildet sein können. Die konkrete Ausgestaltung der Torsionsfeder 6 erfolgt fachmännisch in Abhängigkeit davon, wie weich die Feder sein soll, um einen optimalen Effekt zu erreichen.
Bezugszeichenliste

1: Schaltvorrichtung
2: Schaltwelle
3: Längsachse/Drehachse
4: Hebel
5: Zusatzmasse
5': Teilmasse
5'': Teilmasse
6: Torsionsfeder
7: Getriebe (Planetengetriebe)
8: Hohlrad
9: Planetenträger
10: Sonnenrad
11: Planetenräder
12: Federelement
13: Kontaktelement
S: Schaltrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2007/137895 A1 [0003]
DE 10210972 B4 [0004]
WO 2008/052865 A1 [0004]
EP 1116902 B1 [0004]
FR 2803252 A1 [0004]
WO 2008/052365 A1 [0004]

Claims

Schaltvorrichtung (1), die eine Schaltwelle (2) umfasst, die in eine Schaltrichtung (S) um eine Längsachse (3) gedreht werden kann, wobei zur Drehbewegung ein Hebel (4) vorhanden ist und wobei zur Erhöhung der Drehträgheit bei der Drehung der Schaltwelle (2) in Schaltrichtung (S) um die Längsachse (3) eine Zusatzmasse (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schaltwelle (2) und der Zusatzmasse (5) direkt oder indirekt eine um die Längsachse (3) wirksame Torsionsfeder (6) angeordnet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schaltwelle (2) und der Zusatzmasse (5) ein Getriebe (7) wirksam angeordnet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (6) zwischen der Schaltwelle (2) und dem Getriebe (7) angeordnet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (6) zwischen dem Getriebe (7) und der Zusatzmasse (5) angeordnet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (7) als Planetengetriebe (8, 9, 10, 11) ausgebildet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (8, 9, 10, 11) konzentrisch zur Längsachse (3) angeordnet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (6) mindestens ein spiralförmig gebogenes Federelement (12) aufweist, das in einer Ebene angeordnet ist, auf der die Drehachse (3) senkrecht steht.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (6) zwei spiralförmig gebogene Federelemente (12) aufweist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beiden Federelemente (12) um 180° versetzt an einem Bauteil (10), insbesondere am Sonnenrad (10) des Planetengetriebes (8, 9, 10, 11), angreifen.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzmasse (5) als scheibenförmiges oder als hülsenförmiges Bauteil ausgebildet ist oder aus mindestens zwei Teilmassen (5', 5'') besteht, die bezüglich der Längsachse (3) sich gegenüberliegend angeordnet sind.