DE102011089004A1

DE102011089004A1 - Schaltvorrichtung für ein Getriebe

Info

Publication number: DE102011089004A1
Application number: DE201110089004
Authority: DE
Inventors: Thomas Nehmeyer; Stanislav Massini
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2013-06-20

Abstract

Schaltvorrichtung (1) für ein Fahrzeuggangräderwechselgetriebe mit einer drehbaren Schaltwelle (2), wobei die Schaltvorrichtung (1) eine Zusatzträgheitsmasse (5) zur Vergleichmäßigung von Kraftspitzen aufweist, die über ein Übersetzungsgetriebe mit der Schaltwelle getrieblich verbunden ist, wobei die Zusatzträgheitsmasse (5) durch ein Bremsmittel (6) verzögerbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein Fahrzeuggangräderwechselgetriebe mit einer drehbaren Schaltwelle, wobei die Schaltvorrichtung eine Zusatzträgheitsmasse zur Vergleichmäßigung von Kraftspitzen aufweist, die über ein Übersetzungsgetriebe mit der Schaltwelle getrieblich verbunden ist.
Hintergrund der Erfindung
In einer gattungsgemäßen Schaltvorrichtung für ein Kraftfahrzeug-Zahnräderwechselgetriebe wirkt zumeist eine Hebelanordnung, um die Schaltwelle der Schaltvorrichtung um ihre Längsachse zu schwenken. Häufig dient eine weitere Hebelanordnung dazu, die Schaltwelle axial zu verschieben. Der eine Hebel, Wählhebel genannt, wird geschwenkt, um die Schaltwelle axial zu verschieben. Der andere Hebel, als Schalthebel ausgebildet, verdreht die Schaltwelle zum Einlegen der Gänge des Getriebes. Der Schalthebel und der Wählhebel sind in einem manuellen Schaltgetriebe über Gestänge oder Seilzüge kinematisch mit einem durch den Fahrer betätigbaren Handschalthebel verbunden.
Zur Verbesserung des Schaltkomforts beim Betätigen des Handschalthebels ist in der Schaltvorrichtung häufig eine beim Schwenken der Schaltwelle auf diese wirkende Zusatzträgheitsmasse vorgesehen. Die Zusatzträgheitsmasse 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 Zusatzträgheitsmasse ist dabei so angeordnet, dass sie bei Gangschaltbewegungen mitgenommen wird. Eine solche Lösung ist beispielsweise in der WO 2007/137895 A1 beschrieben.
Bekannt ist es auch, zwischen der Schaltwelle und der Zusatzträgheitsmasse 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 Zusatzträgheitsmasse 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 Zusatzträgheitsmassen 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. Ein schnelles Schalten führt nämlich zu einem schellen und damit harten Abbremsvorgang der Zusatzträgheitsmasse, was auf die Getriebeelemente, insbesondere auf die Verzahnungen, zurückwirkt. Ebenso können hohe Belastungen durch das 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 steht.
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 Zusatzträgheitsmassen auch bei schnellen Schaltvorgängen sicherzustellen, dass die auf die Komponenten der Vorrichtung wirkenden Kräfte nicht übermäßig groß werden. Damit soll gleichzeitig die Schaltvorrichtung ein insgesamt geringes Gewicht aufweisen, indes aber die gewünschte Schalthaptik erhalten. Insbesondere bei Erreichen der Schaltendstellung sollen die Kräfte wirksam reduziert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch eine gattungsbildende Schaltvorrichtung gelöst, deren Zusatzträgheitsmasse durch ein gesondertes Bremsmittel verzögerbar ist. Das Bremsmittel stellt ein über die getriebeimmanente Reibung hinausgehendes Dämpfungsmittel dar. Am Ende des Schaltvorganges, wenn die Schaltwelle auf ihren Endanschlag trifft, ist damit die Rotationsenergie damit substantiell herabgesetzt. Die Schaltvorrichtung weist somit eine Endlagendämpfung auf.
Ein Schaltvorgang läuft wie folgt ab: Zu Beginn des Schaltvorgangs ließe sich ohne die Zusatzträgheitsmasse der Handschalthebel nahezu widerstandslos bewegen. Mit der Zusatzträgheitsmasse muss diese in Rotation versetzt werden und erhöht damit zunächst die aufzubringende Handschaltkraft. Wenn die Belastung während des Schaltvorgangs plötzlich ansteigt, etwa beim Auftreffen der noch unsynchronisierten Zahnräder, kann die Zusatzträgheitsmasse als temporärer Energiespeicher dienen. Mit ihrer Anbindung über ein Übersetzungsgetriebe an die Schaltwelle kann sie auch ohne weit auskragende und schwere Bauteile ein hohes Trägheitsmoment aufbauen. Diese Anordnung ermöglicht eine kompakte und leichte Schaltvorrichtung. Je nach Übersetzung rotiert das Mittel um die Schaltwelle mit einer relativ hohen Geschwindigkeit.
Erfindungsgemäß verhindern Bremsmittel eine zu hohe Relativgeschwindigkeit am Ende des Schaltvorgangs, wenn die Verzahnungen in der Synchronisation eingespurt sind und die Bewegung der Schaltwelle abrupt stoppt. Dadurch können die Belastungen auf die Bauteile der Schaltvorrichtung, insbesondere auf das Übersetzungsgetriebe, reduziert werden. Die Lebensdauer der Schaltvorrichtung ist verlängert; alternativ kann die Schaltvorrichtung mit einer noch leichteren Zusatzträgheitsmasse versehen werden.
In einer ersten und wichtigsten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Abbremsen der Zusatzträgheitsmasse reibungsbehaftet. Dazu weist die Zusatzträgheitsmasse eine erste Reibfläche auf, die mit einer Gegenreibfläche des Bremsmittels als zweiter Reibfläche zumindest zeitweise in Kontakt steht. Über diesen Reibschluss kann die kinetische Energie der Zusatzträgheitsmasse in Wärme umgesetzt werden. Am Ende des Schaltvorgangs ist die verbleibende kinetische Energie durch den dämpfenden Reibungsvorhang deutlich reduziert. Um das Übersetzungsgetriebe vor Überlast zu schützen, ist bei abrupten Drehzahländerungen ein Durchrutschen der Zusatzträgheitsmasse möglich.
Zur Erhöhung der Reibung können die Zusatzträgheitsmasse oder die Gegenreibfläche sowie beide Reibflächen beschichtet sein. Insbesondere sind hierzu die aus dem Kupplungs- und Synchronisationsbereich bekannten Werkstoffe vorgesehen.
In einer Variante sind die beiden Reibflächen durch ein oder mehrere Haltemittel aneinander gepresst. Das Haltemittel stellt dabei sicher, dass diese über eine definierte Reibkraft aneinander gehalten werden. Als Haltemittel können beispielsweise Federn eingesetzt werden. Eines der reibenden Bauteile kann – bevorzugt rückseitig – auch Magnete aufweisen, die das Gegenbauteil magnetisch halten. Die Grenzgeschwindigkeit, ab der die beiden Reibflächen voneinander entkoppeln, ist von der durch das Haltemittel aufgebrachten Kraft einstellbar.
Die Zusatzträgheitsmasse ist in einer Ausgestaltung als eine Schwungscheibe ausgebildet. In einer besonders einfachen Ausführung kann sie als einfache, kreiszylindrische Scheibe ausgebildet sein. Die Schwungscheibe ist vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet, um keine Unwucht einzuleiten. Bevorzugt weist sie in Radialrichtung einen sich vergrößernden Durchmesser auf, um ein hohes Trägheitsmoment bei gleichzeitig möglichst kleiner Masse in sich zu vereinen. Die Zusatzträgheitsmasse kann aber auch aus zwei oder mehr Teilmassen bestehen, die bezüglich der Längsachse sich gegenüberliegend oder in Umfangsrichtung mit gleichem Winkel voneinander beabstandet angeordnet sind.
Das Bremsmittel kann als eine Reibscheibe ausgebildet sein, die mit ihrer gesamten Stirnfläche oder lediglich einem Teil mit der Zusatzträgheitsmasse in Wirkverbindung bringbar ist. Alternativ kann das Bremsmittel durch Bremsbacken realisiert sein oder nicht-mechanisch, wie beispielsweise in Form einer Wirbelstrombremse elektromagnetisch, auf die Zusatzträgheitsmasse einwirken.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Bremsmittel getriebeseitig bei der Zusatzträgheitsmasse angeordnet. Das bedeutet, dass das Übersetzungsgetriebe dem Bremsmittel und der Zusatzträgheitsmasse nicht zwischengeschaltet ist und impliziert nicht notwendigerweise eine unmittelbar benachbarte, rein räumliche Anordnung. Durch den möglichst hohen Drehzahlunterschied kann ein Abbremsen besonders effektiv erreicht werden.
Das Übersetzungsgetriebe ist vorzugsweise als ein Planetengetriebe ausgebildet. Um die Übersetzung weiter zu erhöhen, können mehrere Planetengetriebe hintereinander oder verschachtelt angeordnet sein. Besonders kompakt baut die Anordnung, wenn das Bremsmittel, beispielsweise in Form einer Reibscheibe, gleichzeitig ein Teil des Sonnenrads bildet.
Ein Übersetzungsgetriebe mit mehreren Planetensätzen ist ferner besonders kompakt aufgebaut, wenn alle Komponenten koaxial angeordnet sind.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz von Doppelplaneten. in zwei gleich großen Getriebestufen. Durch die Doppelplaneten wird das Verzahnungsspiel reduziert. Gleichzeitig sind höhere Übersetzungen bei gleichzeitig besonders kurzer axialer Bauweise möglich. Das Hohlrad benötigt somit keine zu lange Innenverzahnung.
Erfindungsgemäß ist sowohl ein passives Abbremsen vorgesehen, wobei die zu erzeugende Bremskraft in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit konstruktiv fest vorgegeben ist, als auch ein aktives Abbremsen, bei dem von außen auf den Abbremsvorgang eingewirkt wird. Denkbar ist beispielsweise das Anlegen eines externen Magnetfeldes, das mit in der Zusatzträgheitsmasse verbauten Magneten oder Spulen wechselwirkt.
Eine besonders einfache Ausgestaltung des Bremsmittels ist eine Reibscheibe, die mit einer als Schwungscheibe ausgebildeten metallenen, vorzugsweise Eisen enthaltenden Zusatzträgheitsmasse zusammenwirkt. In einer der Scheiben, vorzugsweise der Reibscheibe, sind Magnete integriert. Die Magnete können in für diese ausgebildete Ausnehmungen, die beispielsweise rückseitig zum Reibpartner angeordnet sind, fest gehaltert sein. Die Reibscheibe kann aber auch aus magnetisiertem Kunststoff bestehen. So können magnetische Partikel in dem Kunststoff dispergiert sein.
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.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung, wobei der Schaltdom mit der Schaltwelle schematisch dargestellt ist,
2 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht der Schaltvorrichtung nach 1 und
3 eine Schaltvorrichtung mit einem Schaltdom und einem lediglich schematisch dargestellten Bauteil zur Vergleichmäßigung der Kraftspitzen.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 3 ist ein Schaltdom 13 einer Schaltvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug-Zahnräderwechselgetriebe dargestellt. 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 Zusatzträgheitsmasse 5 angeordnet., wobei hier allerdings nur ein zylindrisches Bauteil 8 zu erkennen ist, in dem sich die Zusatzträgheitsmasse 5 befindet. Das markierte Bauteil 8 ist das Hohlrad eines Planetengetriebes 7, das nachfolgend näher beschrieben und in den 1 und 2 näher dargestellt ist.
Die 1 und 2 zeigen eine Baueinheit 12 aus einem zweistufigen Planetengetriebe 7 und einer Zusatzträgheitsmasse 5. Das Planetengetriebe 7 weist als äußerstes Bauteil ein Hohlrad 8 auf, das an dem hier nur schematisch dargestellten Schaltdom 13 der Schaltvorrichtung 1 angeordnet ist. Daneben sind ein Sonnenrad 10 und Planetenräder 11 auf einem Planetenträger 9 montiert. Diese Baueinheit 12 bildet mit dem Schaltdom 13 die Schaltvorrichtung 1.
Das Hohlrad 8 ist an seinem vom Schaltdom 13 weg weisenden Ende durch einen Deckel 14 verschlossen. Angetrieben wird das Planetengetriebe über den Planetenträger 9, und der Abtrieb erfolgt über das Sonnenrad 10. An- und Abtrieb könnte aber (nicht dargestellt) auch über die jeweils anderen Funktionseinheiten des Planetengetriebes 7 erfolgen.
Die Sonnenräder 10, 10’ sind drehfest mit einer Welle 18 verbunden. Auf dieser Welle 18 ist drehbar zu ihr ebenfalls die Zusatzträgheitsmasse 5 angeordnet. Die Zusatzträgheitsmasse 5 ist somit in das durch den Deckel 14 und das Hohlrad 8 gebildete Gehäuse des Planetengetriebes 7 integriert, so dass die Baueinheit 12 kompakt baut.
Das von dem Hebel 4 in das Planetengetriebe 7 eingeleitete Moment wird in bekannter Weise übersetzt und schließlich auf die Abtriebseinheit, vorliegend das Sonnenrad 10, übertragen. Das Sonnenrad 10 ist im Längsschnitt T-förmig ausgebildet und weist axial versetzt zur Ebene der Planetenräder 11 eine Reibscheibe 16 als Bremsmittel 6 mit einer von dem Schaltdom 13 weg gerichteten zweiten Reibfläche 26 auf. Die zweite Reibfläche 26 steht mit einer ersten Reibfläche 25 der als Schwungscheibe 15 ausgebildeten Zusatzträgheitsmasse 5 im Reibschluss.
Damit die Schwungscheibe 15 und die Reibscheibe 16 nicht unkontrolliert aneinander gleiten oder reiben, werden die beiden Bauteile 15, 16 definiert aneinander gehalten oder gepresst. Vorliegend weist dazu die Reibscheibe 16 rückseitig zur Schwungscheibe Ausnehmungen 21 auf, in die Magnete 17 als Haltemittel eingesetzt sind. Die Magnete 17 bewirken eine konstante Anziehung der ferromagnetischen Schwungscheibe 15 und definieren einen Zustand, ab welchem sich die Schwungscheibe 15 von der Reibscheibe 16 entkoppelt.
Die Bauteile 15, 16 reiben nicht über ihre gesamte axiale Oberfläche, sondern nur über durch einen ringförmigen Reibabsatz 19. Die Reibscheibe 16 ist von der Schwungscheibe daher teilweise durch einen Spalt 20 beabstandet. Die Breite des Spalts 20 bestimmt die Anziehungskraft der Magnete 17 auf die Schwungscheibe 16 wesentlich.
Zur Schmierung kann Öl innerhalb des durch das Hohlrad 8 und den Deckel 14 gebildeten Gehäuses angeordnet sein. Das Öl kann auch zum Abführen der durch die Reibung entstehenden Wärme genutzt werden. Die Schwungscheibe 15 oder die Reibscheibe 16 können zu diesem Zweck mit nicht dargestellten Nuten versehen sein, über die das Öl abgeführt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Schaltvorrichtung
2: Schaltwelle
3: Längsachse
4: Hebel
5: Zusatzträgheitsmasse
6: Bremsmittel
7: Planetengetriebe
8: Hohlrad
9: Planetenträger
10, 10’: Sonnenrad
11: Planetenräder
12: Baueinheit
13: Schaltdom
14: Deckel
15: Schwungscheibe
16: Reibscheibe
17: Magnet
18: Welle
19: Reibabsatz
20: Spalt
21: Ausnehmung
25: erste Reibfläche
26: zweite Reibfläche
S: Schaltrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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) für ein Fahrzeuggangräderwechselgetriebe mit einer drehbaren Schaltwelle (2), wobei die Schaltvorrichtung (1) eine Zusatzträgheitsmasse (5) zur Vergleichmäßigung von Kraftspitzen aufweist, die über ein Übersetzungsgetriebe mit der Schaltwelle getrieblich verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Zusatzträgheitsmasse (5) durch ein Bremsmittel (6) verzögerbar ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsmittel (6) getriebeseitig bei der Zusatzträgheitsmasse (5) angeordnet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzträgheitsmasse (5) eine erste Reibfläche (25) aufweist, die mit dem eine zweite Reibfläche (26) aufweisenden Bremsmittel (6) in Reibschluss bringbar ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reibfläche (25) mit der zweiten Reibfläche (26) permanent in Kontakt steht.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Reibflächen (25, 26) durch ein Haltemittel aneinander gepresst sind.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel als ein oder mehrere Spulen oder ein oder mehrere Magnete (17) ausgebildet ist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzträgheitsmasse (5) als eine Schwungscheibe (15) ausgebildet ist.
Schaltvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe als Planetengetriebe (7) mit zumindest einem Sonnenrad (10), einem Hohlrad (8) und einem Planetenrad (11) ausgebildet ist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Reibfläche stirnseitig auf einem Sonnenrad (10) angeordnet ist.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (7) mehrere Planetensätze aufweist.