DE102011089004A1 - Switching device for change of transmission in motor vehicle, has additional mass of inertia for equalization of power peaks, where movement of additional mass of inertia is delayed by braking unit - Google Patents
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
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.The invention relates to a switching device for a Fahrzeuggangräderwechselgetriebe with a rotatable switching shaft, wherein the switching device comprises an additional inertial mass for equalizing force peaks, which is connected via a transmission gearbox with the shift shaft.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
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. In a generic switching device for a motor vehicle change-speed gearbox usually acts a lever assembly to pivot the switching shaft of the switching device about its longitudinal axis. Frequently, another lever assembly serves to move the shift shaft axially. The one lever, called selector lever, is pivoted to move the shift shaft axially. The other lever, designed as a shift lever, rotates the shift shaft to engage the gears of the transmission. The shift lever and the selector lever are kinematically connected in a manual transmission via linkage or cables with an operable by the driver manual shift lever.
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
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
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. The customarily used additional inertial masses have masses of between 200 and 500 g. If you want to reduce these masses for weight reasons, a corresponding translation of the transmission can be selected. The disadvantage in this case, however, that then result in the end stops very high loads. Namely, a fast shifting leads to a fast and thus hard braking process of the additional inertial mass, which acts back on the gear elements, in particular on the toothings. Likewise, high loads can result from the synchronization, meshing in locking gears or when fully geared.
Um Bauteilversagen zu verhindern, müssen die Verzahnungen entsprechend stark dimensioniert sein, was allerdings der Forderung nach Leichtbau entgegen steht.In order to prevent component failure, the gears must be correspondingly strong dimensions, but this is contrary to the demand for lightweight construction.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
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.The present invention has for its object to provide a switching device of the type mentioned, with which it is possible to ensure the use of not too large additional inertial masses even with fast switching operations that the forces acting on the components of the device are not excessively large. This should at the same time the switching device have a low overall weight, however, but get the desired switching feel. In particular, when reaching the final switching position, the forces should be effectively reduced.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
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.The object is achieved by a generic switching device whose Zusatzenträgheitsmasse is delayed by a separate braking means. The braking means is a damping means which extends beyond the friction inherent in the friction. At the end of the shifting process, when the control shaft strikes its end stop, the rotational energy is thus substantially reduced. The switching device thus has an end position damping.
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. A switching process is as follows: At the beginning of the switching operation could be almost without resistance move without the additional inertial mass of the manual shift lever. With the additional inertial mass, this must be set in rotation and thus increases the applied first Manual shifting force. If the load suddenly increases during the shift, for example when the unsynchronized gears strike, the additional inertia mass can serve as a temporary energy store. With its connection via a transmission gear to the shift shaft, it can build a high moment of inertia without far projecting and heavy components. This arrangement enables a compact and lightweight switching device. Depending on the ratio, the means rotates about the selector shaft at a relatively high speed.
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.According to prevent braking means too high a relative speed at the end of the switching operation when the gears are meshed in the synchronization and stops the movement of the shift shaft abruptly. As a result, the loads on the components of the switching device, in particular on the transmission gear can be reduced. The life of the switching device is extended; Alternatively, the switching device can be provided with an even lighter additional inertial mass.
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.In a first and most important embodiment of the invention, the braking of the additional inertial mass is subject to friction. For this purpose, the additional inertial mass has a first friction surface, which is in contact at least temporarily with a counter-friction surface of the braking means as a second friction surface. About this friction, the kinetic energy of the additional inertial mass can be converted into heat. At the end of the switching process, the remaining kinetic energy is significantly reduced by the damping friction curtain. In order to protect the transmission gear from overload, slippage of the additional inertia mass is possible with abrupt speed changes.
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. To increase the friction, the additional inertial mass or the counter-friction surface and both friction surfaces can be coated. In particular, the materials known from the coupling and synchronization range are provided for this purpose.
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.In one variant, the two friction surfaces are pressed together by one or more holding means. The holding means ensures that they are held together by a defined friction force. As holding means, for example springs can be used. One of the rubbing components may also have magnets, preferably on the back side, which magnetically hold the counterpart component. The limit speed at which the two friction surfaces decouple from each other is adjustable by the force applied by the holding means.
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.The additional inertial mass is formed in one embodiment as a flywheel. In a particularly simple embodiment, it can be designed as a simple, circular cylindrical disk. The flywheel is preferably rotationally symmetrical in order to initiate no imbalance. Preferably, it has an increasing diameter in the radial direction, in order to combine a high moment of inertia with, at the same time, the smallest possible mass. The additional inertial mass may also consist of two or more sub-masses, which are arranged with respect to the longitudinal axis opposite or circumferentially at the same angle spaced from each other.
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. The braking means may be formed as a friction disc which can be brought into operative connection with its entire end face or only a part with the additional inertial mass. Alternatively, the braking means may be realized by brake shoes or non-mechanical, such as electromagnetically acting in the form of an eddy current brake on the additional inertial mass.
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.In an advantageous embodiment of the invention, the braking means is arranged on the transmission side in the additional inertial mass. This means that the transmission gear is not interposed to the braking means and the additional inertial mass and does not necessarily imply an immediately adjacent, purely spatial arrangement. By the highest possible speed difference braking can be achieved particularly effective.
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.The transmission gear is preferably designed as a planetary gear. In order to further increase the ratio, several planetary gear can be arranged one behind the other or nested. The arrangement is particularly compact when the brake means, for example in the form of a friction disc, simultaneously forms part of the sun gear.
Ein Übersetzungsgetriebe mit mehreren Planetensätzen ist ferner besonders kompakt aufgebaut, wenn alle Komponenten koaxial angeordnet sind. A transmission gear with multiple planetary gear sets is also particularly compact, if all components are arranged coaxially.
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. Particularly advantageous is the use of double planets. in two equal gear stages. The double planets reduce the gear play. At the same time higher ratios are possible with a particularly short axial design. The ring gear thus does not require too long internal toothing.
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. According to the invention, both a passive deceleration is provided, wherein the braking force to be generated is set structurally fixed as a function of the rotational speed, as well as an active deceleration, is acted upon from the outside on the deceleration process. It is conceivable, for example, the application of an external magnetic field, the interacts with installed in the additional inertial mass magnets or coils.
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. A particularly simple embodiment of the braking means is a friction disc which cooperates with a formed as a flywheel metal, preferably containing iron additional inertial mass. In one of the discs, preferably the friction disc, magnets are integrated. The magnets can be firmly held in recesses designed for them, which are arranged, for example, on the back side of the friction partner. The friction disc can also consist of magnetized plastic. Thus, magnetic particles may be dispersed in the plastic.
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.The inventive design of the switching device reduces the load on the gears of the transmission preferably used, in particular the tooth roots of the teeth, substantially, because in the case of a fast switching operation and therefore given high kinetic energy in the participating rotating parts not abruptly decelerated in the final position or . has to be accelerated. Rather, the proposed torsion spring ensures that the forces to be transmitted remain limited.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawings, an embodiment of the invention is shown. Show it:
Ausführliche Beschreibung der FigurenDetailed description of the figures
In
Die
Das Hohlrad
Die Sonnenräder
Das von dem Hebel
Damit die Schwungscheibe
Die Bauteile
Zur Schmierung kann Öl innerhalb des durch das Hohlrad
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schaltvorrichtung switching device
- 22
- Schaltwelle shift shaft
- 33
- Längsachse longitudinal axis
- 44
- Hebel lever
- 55
- Zusatzträgheitsmasse Additional inertial mass
- 66
- Bremsmittel braking means
- 77
- Planetengetriebe planetary gear
- 88th
- Hohlrad ring gear
- 99
- Planetenträger planet carrier
- 10, 10’10, 10 '
- Sonnenrad sun
- 1111
- Planetenräder planetary gears
- 1212
- Baueinheit unit
- 1313
- Schaltdom switch dome
- 1414
- Deckel cover
- 1515
- Schwungscheibe flywheel
- 1616
- Reibscheibe friction
- 1717
- Magnet magnet
- 1818
- Welle wave
- 1919
- Reibabsatz Reibabsatz
- 2020
- Spalt gap
- 2121
- Ausnehmung recess
- 25 25
- erste Reibflächefirst friction surface
- 2626
- zweite Reibfläche second friction surface
- SS
- Schaltrichtung switching direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 10210972 B4 [0004] DE 10210972 B4 [0004]
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Legal Events
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R081 | Change of applicant/patentee |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20150407 |
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R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |