DE102011014071A1

DE102011014071A1 - Schaltbetätigung

Info

Publication number: DE102011014071A1
Application number: DE102011014071A
Authority: DE
Inventors: Olaf Heldmann; Andreas Wagner
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-09-20
Also published as: US20120247256A1; CN102678902B; CN102678902A

Abstract

Beschrieben wird eine (interne) Schaltbetätigung für ein manuelles Getriebe eines Kraftfahrzeugs, mibel (5) zum Drehen der Schaltwelle (2) drehfest fixiert ist und bei der eine Schaltmasse (8) über ein elastisches Element (10) relativbeweglich mit einem Betätigungsende (6) des Schaltwellenhebels (5) verbunden ist, sodass die Schaltmasse (8) und das elastische Element (10) einen Schwingungstilger (7) bilden.

Description

Es wird eine Schaltbetätigung für ein manuelles Getriebe beschrieben. Diese interne Schaltbetätigung ist zum Einbau in ein manuelles Getriebe vorgesehen, das für Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor einsetzbar ist.
Zum Schalten der Gänge eines Kraftfahrzeugs bedient der Fahrer im Fahrzeuginnenraum eine externe Schaltbetätigung bzw. einen Gangwahlhebel, die bzw. der über zwei Schaltseile mit der internen Schaltbetätigung für das Getriebe verbunden ist. Bei der Betätigung der externen Schaltbetätigung wird an den Schaltseilen gezogen, wodurch Teile der internen Schaltbetätigung vertikal verfahren oder verdreht werden, wodurch nachfolgend durch eine Wirkverbindung mit dem Getriebe die Gänge ausgewählt und eingelegt werden. Nachfolgend soll als Schaltbetätigung stets die interne Schaltbetätigung verstanden werden, sofern nicht anderweitig angegeben.
Bedingt durch Fertigungstoleranzen können Vibrationen im Getriebe über die interne Schaltbetätigung und die Schaltseile zur externen Schaltbetätigung übertragen werden, was den Benutzerkomfort verschlechtert.
Eine Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung besteht darin, eine interne Schaltbetätigung bereitzustellen, mit der ein verbesserter Schaltkomfort erreicht wird.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen.
Eine Ausführungsform beschreibt eine Schaltbetätigung für ein manuelles Getriebe eines Kraftfahrzeug. Die Schaltbetätigung lässt sich in einem Getriebegehäuse anordnen, um Getriebegänge zu schalten. Die Schaltbetätigung weist eine Schaltwelle auf, an der ein Schaltwellenhebel zum Drehen der Schaltwelle drehfest fixiert ist. Weiterhin ist eine Schaltmasse über ein elastisches Element relativbeweglich mit einem Betätigungsende des Schaltwellenhebels verbunden ist.
Physikalisch liegen bei dieser Bauform zwei miteinander gekoppelte schwingende Massen vor, nämlich einerseits die vibrierende Schaltwelle und andererseits die relativbewegliche Schaltmasse, wobei insgesamt die Schaltwelle mit reduzierter Amplitude schwingt. Schaltmasse und elastisches Element bilden insofern einen Schwingungstilger.
Durch die relativbewegliche Anbindung der Schaltmasse an dem Betätigungsende des Schaltwellenhebels werden vom Getriebe herrührende Drehschwingungen bzw. Vibrationen nur noch gedämpft bzw. mit verringerter Schwingungsamplitude an die externe Schaltbetätigung übertragen. Da die externe Schaltbetätigung, auch Gangwahlgebel genannt, vom Fahrer bedient wird, führt die relativbewegliche Anbindung zu weniger haptisch erfassbaren Vibrationen und darüber zu mehr Schaltkomfort.
Eine Ausgestaltung der Schaltbetätigung sieht vor, dass das elastisches Element ein Federsystem oder alternativ ein Gummikörper, bspw. ein Gummizylinder, ist. Bei der ersten Variante, bspw. in Gestalt einer einzelnen Feder, insbesondere einer Schraubenfeder, ist die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers scharf definiert, was es erlaubt, frequenzmäßig eng eingrenzbare Resonanzen des Getriebes effizient zu tilgen. Die Wahl eines Gummikörpers führt hingegen zu einer breitbandigeren Vibrationsdämpfung, was entsprechend sinnvoll ist, wenn das Getriebe, mit dem die Schaltbetätigung zusammenwirkt, im Einsatz breitbandigere Vibrationen zeigt. Eine breitbandigere Dämpfung wird jedoch auch dann erzielt, wenn das Federsystem zwei oder mehr bspw. parallel zueinander angeordnete Federn mit unterschiedlichen Federkonstanten aufweist. In allen Fällen wird man die Größe der Schaltmasse und die dynamische Steifigkeit des Schwingungstilgers so wählen, dass die Schaltmasse phasenverschoben zur Schaltwelle schwingt und damit eine Übertragung derartiger Vibrationen an den Gangschalthebel vermindert wird. Damit können komplizierte Endstücke, beispielsweise bei Kabelschaltungen, und Zusatzgewichte an mechanischen Übergängen und Gelenken entfallen. Dem Fahrer wird gleichzeitig eine vergrößerte Exaktheit des Schaltgefühls vermittelt, da keine spürbaren Vibrationen mehr am Gangschalthebel im Innern des Fahrzeugs auftreten können und eine überzeugende Leichtgängigkeit der Schaltung spürbar ist.
Bei experimentellen Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass man den Schwingungstilger am besten für Motordrehzahlen von 2000 bis 3000 U/min auslegt, d. h. unter Berücksichtigung der Zahnradpaarung im eingelegten Gang für Drehschwingungen der Schaltwelle im Bereich von ca. 30 Hz bis 50 Hz, was natürlich mit der Eigenfrequenz des Schwingungstilgers identisch ist.
In einer Ausführungsform ist ein mit an der Schaltwelle fixiertes Führungselement zum Halten und gegebenenfalls auch gleitverschieblichen Führen der Schaltmasse vorgesehen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Führungselement mit dem Betätigungsende des Schaltwellenhebels verbunden. Die Schaltmasse hat folglich keine direkte mechanische Anlenkung an das Betätigungsende des Schaltwellenhebels, sondern ein Ende des elastischen Elements ist mit dem Betätigungsende des Schaltwellenhebels beispielsweise gelenkig verbunden und ein entgegengesetztes Ende des elastischen Elements ist mit der an der Führungsschiene gleitverschieblich angeordneten Schaltmasse verbunden. Ein derartiges elastisches Element kann auf Torsion beansprucht wird.
Das Führungselement trägt die Schaltmasse und kann in einer weiteren Ausführungsform starr mit dem Betätigungsende des Schaltwellenhebels verbunden sein. In diesem Fall wird bei einer Schwenkbewegung des Schaltwellenhebels das gesamte Führungselement mit Schaltmasse ebenfalls geschwenkt.
Alternativ ist das Führungselement starr mit dem Getriebegehäuse verbunden. In diesem Fall wird der Schaltwellenhebel nicht durch das Gewicht des Führungselements belastet und lediglich der Schwingungstilger wirkt auf das Betätigungsende des Schaltwellenhebels ein.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Führungselement eine Teleskopführung mit mindestens einem äußeren und einem inneren Teleskopelement aufweist, wobei das äußere und das innere Teleskopelement gleitverschieblich miteinander verbunden sind und eine Teleskopeinheit bilden. Bei einem Teleskopelement mit einem eckigen Querschnitt ist gleichzeitig sichergestellt, dass sich die Schaltmasse während der Gleitverschiebung nicht verdrehen kann.
Bei rohrförmigen Teleskopelementen wird vorzugsweise eine zweite Teleskopeinheit, die parallel zu der ersten Teleskopeinheit ausgerichtet ist, als Führungselement eingesetzt, um eine verdrehsichere Parallelführung der Schaltmasse zu bilden. Dabei ist jeweils ein Ende einer Teleskopeinheit mit dem Betätigungsende des Schaltwellenhebels verbunden, während das zweite Ende der Teleskopeinheit mit der Schaltmasse verbunden ist.
Das elastische Element, das für einen Schwingungstilger die Verbindung zwischen dem Betätigungsende des Schaltwellenhebels und der Schaltmasse selbst darstellt, kann entweder parallel zu einer derartigen Teleskopeinheit angeordnet sein oder sich auch innerhalb der Teleskopeinheit befinden. Eine Anordnung innerhalb der Teleskopeinheit hat den Vorteil, dass das elastische Element vor Beschädigungen geschützt ist.
Anstelle von Teleskopeinheiten kann auch als Führungselement eine Führungsschiene vorgesehen sein. Die Führungsschiene kann dazu eine Gleitplatte aufweisen, die innerhalb der Führungsschiene hin und her gleiten kann, wobei auf der gleitverschieblich gelagerten Gleitplatte die Schaltmasse fixiert ist. Dazu ist ein Schwalbenschwanzprofil der Führungsschiene von Vorteil.
Ein derartiges Schaltgetriebe wird vorzugsweise als Kraftfahrzeuggetriebe eingesetzt, wobei das Kraftfahrzeuggetriebe in dem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor vorgesehen ist.
Ferner ist es vorgesehen, dass das Führungselement einen Anschlag zur Begrenzung der Auslenkung des elastisches Elements des Schwingungstilgers aufweist, um zu verhindern, dass das elastische Element überlastet bzw. überdehnt wird.
Ausführungsformen werden nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht ein geodätisch oberes Ende einer Schaltwelle, an das ein Schwingungstilger gemäß einer ersten Ausführungsform angelenkt ist;
2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht ein geodätisch oberes Endes einer Schaltwelle, an das ein Schwingungstilger gemäß einer zweiten Ausführungsform angeschweißt ist
3 zeigt eine perspektivische Aufsicht auf ein geodätisch oberes Endes einer Schaltwelle mit einem Schwingungstilger gemäß einer dritten Ausführungsform.
1 zeigt schematisch ein Ende 4 einer Schaltwelle 2 eines Schaltungsgetriebes 1, wobei an das Ende 4 ein Schwingungstilger 7 gemäß einer ersten Ausführungsform angelenkt ist. Auf dem Ende 4 der Schaltwelle 2 ist drehfest ein Schaltwellenhebel 5 angeordnet, der an einem Betätigungsende 6 eine Betätigungsöffnung 21 aufweist, mit der ein nicht gezeigtes Schaltkabelende gelenkig verbunden werden kann. An dem Betätigungsende 6 ist zusätzlich ein erstes Ende 11 eines elastisches Elements 10 des Schwingungstilgers 7 fixiert, wobei eine Schaltmasse 8 mit einem zweiten Ende 12 des elastischen Elements 10 verbunden ist.
Die Schaltmasse 8 ist gleitverschieblich an einem Führungselement 9 angeordnet. Das Führungselement 9 weist eine Führungsschiene 17 auf, die mit einem Getriebegehäuse 3, aus dem die Schaltwelle 2 herausragt, starr verbunden ist. Ferner weist das Führungselement 9 eine Gleitplatte 18 auf, die in dem Profil der Führungsschiene 17 gleitverschieblich angeordnet ist und die Schaltmasse 8 trägt. Dazu kann die Führungsschiene 17 ein geschlitztes Rechteckprofil wie in 1 oder eine Schwalbenschwanzprofil aufweisen. Das starr mit dem Getriebegehäuse 3 verbundene Führungselement sorgt dafür, dass die Schaltmasse 8 lediglich linear in den Pfeilrichtungen A und B schwingen kann.
Die lineare Bewegung des Schwingungstilgers 8 ist phasenverschoben zu anregenden Vibrationen des Schaltgetriebes, die über die Schaltwelle und den Schaltwellenhebel übertragen werden, so dass derartige Vibrationen teilweise oder vollständig von dem gegenphasig schwingenden Schwingungstilger 7 getilgt werden und nicht mehr den Gangschalthebel im Fahrzeuginnern erreichen. Aufgrund dieser Phasenverschiebung werden die Vibrationen für den Fahrzeugführer nicht mehr spürbar, zumal sie nicht mehr auf die Verbindungsmechanik zu einem im Fahrzeuginneren angeordneten Gangschalthebel übertragen werden.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Endes 4 einer Schaltwelle 2, an dem ein Schaltwellenhebel 5 drehfest fixiert ist, der ein Betätigungsende 6 aufweist. An dem Betätigungsende 6 ist ein Betätigungsanschluss 22 in Form eines Kugelgelenkes angeordnet, das mit einem Ende einer mechanischen Verbindung zu einem in einem Fahrzeug angeordneten Gangschalthebel zusammenwirkt. An dem Betätigungsende 6 des Schaltwellenhebels 5 ist zusätzlich ein Schwingungstilger 7 angeschweißt, so dass der Schwingungstilger 7 mit dem Betätigungsende 6 starr verbunden ist.
Der Schwingungstilger 7 weist eine Schaltmasse 8 auf, die gleitverschieblich in einem Führungselement 9 fixiert ist. Das Führungselement 9 besteht in dieser zweiten Ausführungsform aus zwei rohrförmigen Teleskopeinheiten 15 und 16, die eine Parallelführung der Schaltmasse 8 gewährleisten, so dass die Schaltmasse 8 verdrehsicher und linear geführt schwingen kann. Dazu weisen die Teleskopeinheiten 15 und 16 jeweils ein äußeres Teleskopelement 13, in Form eines Blockes mit einer Aufnahmebohrung für ein rohrförmiges inneres Teleskopelement 14 auf. Parallel zu den beiden Teleskopeinheiten 15 und 16 ist in dieser Ausführungsform das elastische Element 10 angeordnet, dessen Auslenkungsweg 23 durch ein Arretierungselement 19 begrenzt ist, das eine Verstellschraube 20 aufweist, mit welcher der Auslenkungsweg 23 einstellbar ist.
Der Unterschied dieser Ausführungsform zur Ausführungsform gemäß 1 besteht im Wesentlichen darin, dass hier das Führungselement 9, in Form einer teleskopförmigen Parallelführung, an den Schaltwellenhebel 5 angeschweißt und damit starr mit diesem verbunden ist, so dass bei Schwenkbewegungen des Schaltwellenhebels 5 der gesamte Schwingungstilger mitschwenkt.
3 zeigt ein Ende 4 einer Schaltwelle mit einer Schaltmasse 8. Bei dieser Ausführungsform, bei der gleiche Bezugszeichen für gleiche Komponenten wie bei den eingangs beschriebenen Ausführungsformen stehen, gibt es nun abweichend zu diesen ein einstückig mit dem Schaltwellenhebel 5 ausgebildeten Führungselement 9. Die Schaltmasse 8 ist starr mit dem elastischen Element 10 und Letzteres federelastisch mit dem Führungselement 9 verbunden. Bei Drehschwingungen der Schaltwelle 5 um ihre Achse 24 wird das Federsystem 3, hier symbolisch als eine Schraubenfeder dargestellt, alternierend in z-Richtung komprimiert bzw. entspannt sich das Federsystem 3. Selbstverständlich kann auch hier anstelle des Federsystems 3 erneut ein Gummikörper, bspw. ein Gummizylinder, eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Schaltbetätigung
2: Schaltwelle
3: Federsystem
4: Ende der Schaltwelle
5: Schaltwellenhebel
6: Betätigungsende
7: Schwingungstilger
8: Schaltmasse
9: Führungselement
10: elastisches Element
11: erstes Ende des elastischen Elements
12: zweites Ende des elastischen Elements
13: äußeres Teleskopelement
14: inneres Teleskopelement
15: Teleskopeinheit
16: Teleskopeinheit
17: Führungsschiene
18: Gleitplatte
19: Arretierungselement
20: Verstellschraube
21: Betätigungsöffnung
22: Betätigungsanschlag
23: Auslenkungsweg
24: Achse
A: Pfeilrichtung
B: Pfeilrichtung

Claims

Schaltbetätigung für ein manuelles Getriebe eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schaltwelle (2), an der ein Schaltwellenhebel (5) zum Drehen der Schaltwelle (2) drehfest fixiert ist und bei der eine Schaltmasse (8) über ein elastisches Element (10) relativbeweglich mit einem Betätigungsende (6) des Schaltwellenhebels (5) verbunden ist, sodass die Schaltmasse (8) und das elastische Element (10) einen Schwingungstilger (7) bilden.
Schaltbetätigung nach Anspruch 1, bei der als elastisches Element ein Federsystem (3) vorgesehen ist.
Schaltbetätigung nach Anspruch 1, bei der als elastisches Element ein Gummielement (3) vorgesehen ist.
Schaltbetätigung nach Anspruch 1, bei der die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers (7) im Bereich 30 Hz bis 50 Hz liegt.
Schaltbetätigung nach Anspruch 1, mit einem an der Schaltwelle fixierten Führungselement (9) zum Halten und ggf. gleitverschieblichen Führen der Schaltmasse (7).
Schaltbetätigung nach Anspruch 2, wobei das Führungselement (9) mit dem Betätigungsende (6) des Schaltwellenhebels (5) verbunden ist.
Schaltbetätigung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Führungselement (9) gelenkig mit dem Betätigungsende (6) des Schaltwellenhebels (5) verbunden ist.
Schaltbetätigung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Führungselement (9) eine Teleskopführung (15, 16) mit einem äußeren und einem inneren Teleskopelement (13, 14) ist, wobei das äußere und das innere Teleskopelement (13, 14) gleitverschieblich miteinander verbunden sind.
Schaltbetätigung nach Anspruch 7, wobei das Führungselement (9) zwei zueinander parallele Teleskopführungen (15, 16) aufweist, wobei das elastische Element (10) parallel zu den Teleskopführungen (15, 16) angeordnet ist.
Schaltbetätigung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Führungselement (9) eine Führungsschiene (17) aufweist.
Schaltbetätigung nach Anspruch 7, wobei die Führungsschiene (17) eine Gleitplatte (18) aufweist, die in der Führungsschiene (17) gleitverschieblich gelagert ist, und wobei die Schaltmasse (8) auf der Gleitplatte (18) fixiert ist.
Schaltbetätigung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei das Führungselement (9) einen Anschlag zur Begrenzung der Auslenkung des elastisches Elements (10) des Schwingungstilgers (7) aufweist.