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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für ein Fahrzeuggangräderwechselgetriebe mit einer drehbaren Schaltwelle, wobei die Schaltvorrichtung eine Zusatzmasse zur Vergleichmäßigung von Kraftspitzen aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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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. Dazu wird ein erster Hebel, Wählhebel genannt, geschwenkt. Ein zweiter Hebel, der Schalthebel, 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.
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Die Schaltwelle ist drehbar und axial verschiebbar in einem Schaltdomgehäuse angeordnet und die Zusatzmasse so, dass sie zumindest bei Gangschaltbewegungen mitgenommen wird. Zur Verbesserung des Schaltkomforts beim Betätigen des Handschalthebels sind in den Schaltvorrichtungen Zusatzmassen vorgesehen, die das Trägheitsmoment der Schaltvorrichtung erhöhen und vorzugsweise nur beim Schwenken der Schaltwelle auf diese einwirken. Durch das erhöhte Massenträgheitsmoment der Schaltwelle um die Längsachse können während der Schaltvorgänge entstehende Kraftspitzen der Schaltkraft abgebaut werden, so dass am Handschalthebel ein gleichmäßigeres Schaltgefühl erzeugt wird.
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Eine Zusatzmasse kann wie in
DE 10 2011 089 004 A1 als eine Schwungscheibe ausgebildet sein, die kompakt baut und auf hohe Drehzahlen beschleunigt werden und ein hohes Drehmoment aufnehmen kann. Nachteilig ist bei dieser Schaltvorrichtung allerdings, dass bei Erreichen eines Endanschlags des Schalthebels hohe Belastungen auftreten, da die Schwungmasse mit ihrer vollen Trägheit auf die sie an die Schaltwelle anbindende Verzahnung einwirkt. Ein schnelles Schalten führt somit zu einem schellen und damit harten Abbremsvorgang der Zusatzmasse. Ebenso können hohe Belastungen durch das Synchronisieren, Einspuren in Sperrverzahnungen oder beim voll durchgeschalteten Gang ergeben. Die Verzahnungen verschleißen unter diesen Bedingungen schnell. Um Bauteilversagen zu verhindern, müssen die Verzahnungen entsprechend stark dimensioniert sein, was allerdings der Forderung nach Leichtbau entgegen steht. Um das Drehmoment zumindest etwas zu reduzieren, weist die Schaltvorrichtung der
DE 10 2011 089 004 A1 Bremsmittel auf, die die Schaltvorrichtung aufwändig bauen lassen. Zudem steht bei schnellen Schaltvorgängen nur ein kleines Zeitfenster zur Verfügung, um die Rotationsenergie abzubauen.
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Bekannt ist es in einer anderen Ausführung, die Zusatzmasse als auf einer Kreisbahn bewegte und über einen Schwenkarm an eine Rotationsachse angebundene Masse auszubilden. Diese wird über ein Getriebe an die Schaltwelle angebunden, um die Wirkung der Drehträgheit der Zusatzmasse zu erhöhen. Eine derartige Ausführung geht beispielsweise aus
DE 102 10 972 B4 ,
WO 2008/052865 A1 ,
EP 1 116 902 B1 und
FR 2 803 252 A1 hervor. 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 hier üblicherweise zum Einsatz kommenden Zusatzmassen weisen Massen zwischen 200 und 500 g auf und kragen weit aus. Damit sind sie leicht anregbar für in das Getriebe über den Antriebsstrang eingeleitete Schwingungen oder Drehungleichförmigkeiten des Motors.
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Aufgabe der Erfindung
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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 und nicht schwingungsanfälligen Zusatzmassen auch bei schnellen Schaltvorgängen sicherzustellen, dass die auf die Komponenten der Vorrichtung wirkenden Kräfte nicht übermäßig groß werden. Insbesondere bei Erreichen der Schaltendstellung sollen die Kräfte wirksam reduziert werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Schaltvorrichtung gelöst, deren Schwungrad durch einen Umschlingungsmitteltrieb an die Schaltwelle gekoppelt ist. Der Umschlingungsmitteltrieb stellt aufgrund seiner Elastizität ein über die getriebeimmanente Reibung hinausgehendes Dämpfungsmittel dar und kann zudem die Anbindung über Verzahnungen, deren Zahnspitzen hoch belastet sind, ersetzen. Am Ende des Schaltvorganges, wenn die Schaltwelle auf ihren Endanschlag trifft, kann durch temporäre Längung oder geeignete elastische Lagerung des Umschlingungsmittels die Belastung auf die die Übersetzung vornehmenden Bauteile so weit reduziert werden, dass auf ein gesondertes Bremsmittel verzichtet werden kann. Die Schaltvorrichtung weist somit eine Endlagendämpfung ohne zusätzliche Bremseinrichtungen oder separate Dämpferanschläge auf.
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Ein Schaltvorgang läuft wie folgt ab: Zu Beginn des Schaltvorgangs ließe sich ohne die Zusatzmasse der Handschalthebel nahezu widerstandslos bewegen. Mit der Zusatzmasse 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 Drehmoment aufweisende Zusatzmasse als temporärer Energiespeicher dienen und den Schaltwiderstand herabsetzen.
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Ist die Zusatzmasse mit einem Übersetzungsgetriebe an die Schaltwelle angebunden, benötigt sie aufgrund ihrer höheren Rotationsgeschwindigkeit im Vergleich zur Schaltwelle keine weit auskragenden und schweren Bauteile, die ein hohes Trägheitsmoment über ihren Abstand zur Drehachse und ihre Masse aufbauen. Diese Ausbildung ermöglicht daher eine kompaktere und leichtere Schaltvorrichtung, deren Zusatzmasse zudem schwer oder nicht durch externe Schwingungen anregbar ist.
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Am Ende des Schaltvorgangs, wenn die Verzahnungen in der Synchronisation eingespurt sind und die Bewegung der Schaltwelle etwa aufgrund schnellen Durchschaltens abrupt stoppen sollte, werden die durch das Drehmoment des Schwungrads erzeugten Lastspitzen auf das Umschlingungsmittel übertragen. Das im Vergleich zu Verzahnungen eine höhere Elastizität aufweisende Umschlingungsmittel kann die auf die Schaltwelle einwirkende Spitzenbelastung reduzieren. Insbesondere wenn eine Übersetzung über mehrere, miteinander gekoppelte Umschlingungsmittel erfolgt, sinken die Lastspitzen deutlich.
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Bei einem Umschlingungsmitteltrieb, das als mehrstufiges Übersetzungsgetriebe ausgebildet ist, lässt sich die Schwungmasse weiter verkleinern.
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Das Umschlingungsmittel kann beispielsweise als eine Zahnkette, ein Riemen oder ein Zahnriemen ausgebildet sein. Ein Riemen weist bessere Längungseigenschaften auf, die vorliegend erwünscht sind. Das Umschlingungsmittel kann durch ein Rad, das es umläuft und dessen Achse elastisch gelagert ist, gespannt werden. Alternativ ist ein separates Spannmittel wie ein Riemenspanner oder ein Kettenspanner vorgesehen.
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In einer Ausbildung umläuft das Umschlingungsmittel Räder, die alle oder teilweise elastisch gelagert sind. Dadurch kann einerseits eine feste und damit spielfreie Koppelung sichergestellt und andererseits die Elastizität des Übertragungsstrangs weiter erhöht werden.
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Weist die Schaltvorrichtung ein elastisch gelagertes Zwischenrad auf, wird das System in einem bestimmten Maße verspannt. Während des Schaltvorganges ist die Belastung unterhalb der Vorspannung des Umschlingungstriebs, und die Schwungscheibe ist quasi starr gekoppelt. Lediglich unter Überlast wie beim Ende des Schaltvorgangs am Anschlag arbeitet die Lagerung elastisch und reduziert die Kraftspitzen aus der Stoßbelastung.
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Zur Erhöhung der Reibung kann die Zusatzmasse aus einem Reibwerkstoff bestehen oder mit einem Reibwerkstoff versehen sein und im Reibschluss mit einem getriebefesten Bauteil oder eines langsamer drehenden Bauteils stehen. Dadurch weist die Schaltvorrichtung zusätzlich ein Bremsmittel auf, das die Rotationsenergie vor dem Endanschlag herabsetzt. Insbesondere sind als Reibwerkstoffe die aus dem Kupplungs- und Synchronisationsbereich bekannten Werkstoffe vorgesehen.
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Die Zusatzmasse ist in einer Ausgestaltung als eine Schwungscheibe oder ein Schwungrad ausgebildet. Die Schwungscheibe verzichtet auf auskragende Ausleger, die über das Gehäuse des Schaldoms, der die Schaltwelle an das Getriebegehäuse anbindet, hervorstehen. Sie kann zwar mehrere Auslegern aufweisen, in einer besonders einfachen Ausführung ist sie aber als einfache, kreiszylindrische Scheibe ausgebildet.
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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 Zusatzmasse 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.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in einer teilweise geschnittenen, perspektivischen Ansicht,
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2 die Schaltvorrichtung aus 1 im Längsschnitt und
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3 eine Schaltvorrichtung mit einem Schaltdom und einem lediglich schematisch dargestellten Bauteil zur Vergleichmäßigung der Kraftspitzen.
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Ausführliche Beschreibung der Figuren
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In 3 ist ein Schaltdom 13 einer Schaltvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug-Zahnräderwechselgetriebe dargestellt. Beim Schalten eines Ganges wird eine Schaltwelle 2 mittels eines Schalthebels 4 um eine Längsachse 3 gedreht. Die Schaltrichtung ist mit S gekennzeichnet, d. h. es ist dies die Drehung um die Längsachse 3. Damit die gewünschte Haptik beim Schalten erreicht wird, ist am Schalthebel 4 eine Zusatzmasse 5 angeordnet, wobei hier allerdings nur ein zylindrisches Bauteil 8 zu erkennen ist, in dem sich die Zusatzmasse 5 befindet.
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Die 1 und 2 zeigen eine Baueinheit aus einem Schalthebel 4, der zur Anbindung des durch den Fahrer bedienbaren, nicht dargestellten Handschalthebels mittels Seilzügen Kugelköpfe 6 aufweist. Koaxial und drehfest zum Schalthebel 4 ist ein erstes Antriebsrad 7 angeordnet, das über einen ersten Riemen 8 als einem Umschlingungsmittel 14 mit einem ersten Abtriebsrad 9 in Verbindung steht, wobei die drei Bauteile einen ersten Umschlingungsmitteltrieb 21 bilden. Das erste Antriebsrad 7 weist etwa den vierfachen Durchmesser des ersten Abtriebsrads 9 auf, so dass durch die Übersetzung das erste Abtriebsrad 9 schneller dreht als das erste Antriebsrad 7.
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Das erste Abtriebsrad 9 ist gemeinsam mit einem zweiten Antriebsrad 17 auf einer Achse 10 gelagert. Die Achse 10 ist in einem Gehäuse 11 über ein elastisches Lager 12 gelagert.
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Das zweite Antriebsrad 17 ist als elastisch gelagertes Zwischenrad über einen zweiten Riemen 18 als einem weiteren Umschlingungsmittel mit einem zweiten Abtriebsrad 19 verbunden und bilden einen zweiten Umschlingungsmitteltrieb 22. Das zweite Abtriebsrad 19 ist wiederum koaxial zum ersten Antriebsrad 7 in Verlängerung der Schaltwellenachse angeordnet, so dass eine kompakte Baueinheit vorliegt. Beide Riemen 8, 18 laufen parallel in zwei axial zueinander versetzten Ebenen. Vorliegend ist die Übersetzung der beiden Umschlingungsmitteltriebe 21, 22 gleich, so dass auf gleiche Bauteile der beiden Teiltriebe zurückgegriffen werden kann. Zur Gewichtsersparnis weisen die großen Räder 7, 19 Ausnehmungen 16 auf.
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Koaxial zum zweiten Antriebsrad 19 ist ein Schwungrad 15 als Zusatzmasse 5 angeordnet. Vorliegend ist das Schwungrad 15 einteilig mit dem zweiten Antriebsrad 19 ausgebildet genauso wie das zweite Antriebsrad 17 und das erste Abtriebsrad 9.
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In einer zur Schaltwelle parallelen Ebene E überlappen sich axial versetzt das erste Antriebsrad 7, das zweite Antriebsrad 17 und das Schwungrad 15. Die Anordnung baut dadurch besonders kompakt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltvorrichtung
- 2
- Schaltwelle
- 3
- Längsachse
- 4
- Schalthebel
- 5
- Zusatzmasse
- 6
- Kugelkopf
- 7
- erstes Antriebsrad
- 8
- erster Riemen
- 9
- erstes Abtriebsrad
- 10
- Achse
- 11
- Gehäuse
- 12
- elastisches Lager
- 13
- Schaltdom
- 14
- Umschlingungsmittel
- 15
- Schwungscheibe
- 16
- Ausnehmung
- 17
- zweites Antriebsrad
- 18
- zweiter Riemen
- 19
- zweites Abtriebsrad
- 20
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- 21
- erster Umschlingungsmitteltrieb
- 22
- zweiter Umschlingungsmitteltrieb
- S
- Schaltrichtung
- E
- Ebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011089004 A1 [0004, 0004]
- DE 10210972 B4 [0005]
- WO 2008/052865 A1 [0005]
- EP 1116902 B1 [0005]
- FR 2803252 A1 [0005]
- WO 2008/052365 A1 [0005]
