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Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung und ein Handschaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung.
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Aus der
DE 10 2011 109 585 A1 ist bereits eine Betätigungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeuggetriebe, mit einer Schaltwelle, die dazu vorgesehen ist, in einem Schaltvorgang zumindest verdreht zu werden, mit einem inneren Schalthebel, der dazu vorgesehen ist, eine Betätigungskraft von der Schaltwelle auf ein Getriebeelement zu übertragen, und mit einer Kopplungseinheit, die die Schaltwelle und den inneren Schalthebel elastisch miteinander verbindet, wobei die Kopplungseinheit Verformungselemente aus einem elastischen Material zwischen korrespondierenden Wellenprofilen von Schaltwelle und innerem Schalthebel aufweist, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungsvorrichtung mit einer erhöhten Robustheit und Lebensdauer bereitzustellen. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Betätigungsvorrichtung, insbesondere einer Betätigungsvorrichtung für ein Handschaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schaltwelle, die dazu vorgesehen ist, in einem Schaltvorgang zumindest verdreht zu werden, mit einem inneren Schalthebel, der dazu vorgesehen ist, eine Betätigungskraft von der Schaltwelle auf ein Getriebeelement zu übertragen, und mit einer Kopplungseinheit, die die Schaltwelle und den inneren Schalthebel elastisch miteinander verbindet.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Kopplungseinheit ein Federelement umfasst, das dazu vorgesehen ist, in einem Synchronisierungsvorgang durch eine Verdrehung der Schaltwelle gegenüber dem inneren Schalthebel in axialer Richtung gespannt zu werden. Dadurch können elastisch verformbare Elemente, die zwischen Schaltwelle und inneren Schalthebel angeordnet sind, eingespart werden. Solche elastisch verformbaren Elemente sind einem hohen Verschleiß ausgesetzt, so dass durch ihre Einsparung eine Lebensdauer der Betätigungsvorrichtung erhöht werden kann. Darunter, dass „die Kopplungseinheit die Schaltwelle und den inneren Schalthebel elastisch miteinander verbindet”, soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass die Kopplungseinheit die Schaltwelle und den inneren Schalthebel so miteinander verbindet, dass die Kopplungseinheit eine Kraft, die während des Synchronisierungsvorgangs über die Schaltwelle zum Einlegen eines Gangs eingebracht wird, zwischenspeichert und nach Abschluß des Synchronisierungsvorgangs mit der zwischengespeicherten Kraft den inneren Schalthebel antreibt. Ferner wird durch die Spannung des Federelements während des Synchronisierungsvorgangs und eine anschließende Entspannung nach Abschluss des Synchronisierungsvorgangs ein Hochschaltkratzen vermieden, bei dem eine Schaltmuffe und ein Gangzahnrad bei unterschiedlichen Drehzahlen aneinander gepresst werden und jeweilige Verzahnungen aneinander reiben. Unter einem „Synchronisierungsvorgang” soll in diesem Zusammenhang ein Vorgang während eines Umschaltens von Getriebegängen verstanden werden, bei dem Drehzahlen von einer Schaltmuffe des Getriebes und von einem Gangzahnrad eines neu einzulegenden Gangs aneinander angepasst werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Federelement als Metallfeder ausgebildet ist. Dadurch kann das Federelement besonders robust ausgeführt werden, wodurch eine Betätigungsvorrichtung mit einer hohen Lebensdauer bereitgestellt werden kann.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Kopplungseinheit eine Mitnehmerscheibe und zumindest eine Betätigungskugel, die zwischen der Mitnehmerscheibe und dem Schalthebel angeordnet ist, umfasst. Dadurch kann die Kopplungseinheit ohne elastisch verformbare, verschleißanfällige Elemente ausgeführt werden und somit eine hohe Lebensdauer erreichen.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Mitnehmerscheibe zumindest eine Betätigungsschräge aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine in axialer Richtung auf die zumindest eine Betätigungskugel wirkende Kraft in ein Drehmoment zu übersetzen. Dadurch kann eine einfache Umsetzung gespeicherter Federenergie in ein Drehmoment erreicht werden. Durch die Betätigungsschräge kann ein Getriebe zur Umsetzung der in axialer Richtung auf die zumindest eine Betätigungskugel wirkende Kraft in ein Drehmoment bereitgestellt werden, welches einen einfachen Aufbau mit einer geringen Bauteilanzahl aufweist. Die Kopplungseinheit kann dadurch besonders robust ausgeführt werden und eine hohe Lebensdauer aufweisen.
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Ferner wird ein Handschaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung vorgeschlagen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 eine Explosionsdarstellung einer Betätigungsvorrichtung für ein Handschaltgetriebe eines Kraftfahrzeugs,
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2 eine Draufsicht auf den inneren Schalthebel,
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3 eine schematische Darstellung eines Handschaltgetriebes eines Kraftfahrzeugs mit einer Betätigungsvorrichtung
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Die 1 bis 3 zeigen eine Betätigungsvorrichtung 10 für ein Handschaltgetriebe 22 eines Kraftfahrzeugs mit einer Schaltwelle 11, die dazu vorgesehen ist, in einem Schaltvorgang zumindest verdreht zu werden, mit einem inneren Schalthebel 13, der dazu vorgesehen ist, eine Betätigungskraft von der Schaltwelle 11 auf ein Getriebeelement zu übertragen, und mit einer Kopplungseinheit 14, die die Schaltwelle 11 und den inneren Schalthebel 13 elastisch miteinander verbindet, in einer Explosionsdarstellung. Der innere Schalthebel 13 weist ein Wellenprofil 17 auf, das korrespondierend mit einem Wellenprofil 12 der Schaltwelle 11 ausgeführt ist und zu diesem Wellenprofil 12 ein Spiel aufweist, welches dazu vorgesehen ist, eine Verdrehung des inneren Schalthebels 13 gegenüber der Schaltwelle 11 über zumindest fünf Grad zu erlauben.
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Der innere Schalthebel 13 ist drehbar und axial verschiebbar. Durch eine axiale Verschiebung wird der innere Schalthebel 13 verschoben und wechselnd mit zwei inneren Schaltstangen, die jeweils eine Einkerbung aufweisen, in die der innere Schalthebel 13 eingreift, in Kontakt gebracht. Die inneren Schaltstangen tragen jeweils eine Schiebemuffe. Befindet sich der innere Schalthebel 13 in Eingriff mit einer der inneren Schaltstangen, so wird durch eine Verdrehung des inneren Schalthebels 13 die innere Schaltstange bewegt und die Schaltmuffe zur Gangeinlegung in Kontakt mit einem Gangzahnrad eines Gangs gebracht. Je nach Verdrehrichtung des inneren Schalthebels 13 wird dabei die Schaltmuffe der jeweiligen inneren Schaltstange mit unterschiedlichen Gangzahnrädern in Kontakt gebracht. Die Schaltmuffe koppelt dann das jeweilige Gangzahnrad mit einer Abtriebswelle eines Fahrzeugmotors. Die Verdrehung und axiale Verschiebung des inneren Schalthebels 13 wird jeweils durch eine entsprechende Bewegung der Schaltwelle 11 ausgelöst.
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Die Kopplungseinheit 14 umfasst weiter ein Federelement 20, das dazu vorgesehen ist, in einem Synchronisierungsvorgang durch eine Verdrehung der Schaltwelle 11 gegenüber dem inneren Schalthebel 13 in axialer Richtung gespannt zu werden und nach Abschluss des Synchronisierungsvorgangs den inneren Schalthebel 13 anzutreiben. Das Federelement 20 ist als Metallfeder ausgebildet und aus Federstahl hergestellt. Das Federelement 20 ist als Wellenfeder ausgeführt.
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Das Handschaltgetriebe 22 umfasst einen Wählhebel 23, der von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs zur Gangumschaltung bedient wird (vgl. 3). Eine Schaltbewegung des Fahrers wird mittels zweier äußerer Schaltstangen 24, 25 auf die Schaltwelle 11 übertragen. Eine der äußeren Schaltstangen 24 wird dabei zur Übertragung einer ersten Bewegungskomponente der Schaltbewegung zur Auswahl eines Gangs axial verschoben, die andere äußere Schaltstange 25 wird zur Übertragung einer weiteren, senkrecht zu der ersten Bewegungskomponente verlaufenden Bewegungskomponente zum Einlegen des Gangs in Rotation versetzt. Die in Rotation versetzte äußere Schaltstange 25 überträgt die Rotation auf die Schaltwelle 11, so dass bei der Gangumschaltung des Handschaltgetriebes 22 des Kraftfahrzeugs die Schaltwelle 11 durch die Schaltstange 25 gedreht wird. Über die Kopplungseinheit 14 wird die Betätigungskraft auf den inneren Schalthebel 13 oder auf das Federelement 20 übertragen.
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Die Kopplungseinheit 14 umfasst eine Mitnehmerscheibe 15 und drei Betätigungskugeln 18, die zwischen der Mitnehmerscheibe 15 und dem Schalthebel 13 angeordnet sind (vgl. 1). In anderen Ausführungen der Erfindung kann die Kopplungseinheit 14 eine geringere oder eine höhere Anzahl von Betätigungskugeln 18 umfassen, beispielsweise lediglich eine Betätigungskugel 18 oder lediglich zwei Betätigungskugeln 18. Die Mitnehmerscheibe 15 weist zudem ein Wellenprofil 16 auf, das korrespondierend zu dem Wellenprofil 12 der Schaltwelle 11 ausgeführt ist. Bei Blockierung des inneren Schalthebels 13 kann die Mitnehmerscheibe 15 zusammen mit der Schaltwelle 11 weitergedreht werden.
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Die Mitnehmerscheibe 15 weist zudem drei Betätigungsschrägen 19 auf, die dazu vorgesehen sind, eine in axialer Richtung auf die Betätigungskugeln 18 wirkende Kraft in ein Drehmoment zu übersetzen. Ebenso sind die Betätigungsschrägen 19 dazu vorgesehen, ein auf sie wirkendes Drehmoment in eine in axialer Richtung wirkende Kraft zu übersetzen. Die Betätigungsschrägen 19 sind als halbkugelförmige Ausnehmungen in der Mitnehmerscheibe 15 ausgeführt, in die die Betätigungskugeln 18 eingelegt sind. Der innere Schalthebel 13 weist korrespondierende Betätigungsschrägen 26 auf, in denen die Betätigungskugeln 18 eingelegt sind (vgl. 2).
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Die Betätigungsvorrichtung 10 umfasst ferner einen Sicherungsring 21, der das Federelement 20 sichert und der als Sprengring ausgeführt ist. Der Sicherungsring 21 ist auf einer der Mitnehmerscheibe 15 abgewandten Seite des Federelements 20 angeordnet.
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Das Federelement 20 ist außerhalb eines Kraftflusses von der Schaltwelle 11 zu dem inneren Schalthebel 13 angeordnet. Der Kraftfluss verläuft nicht direkt über das Federelement 20, sondern wird über die Betätigungskugeln 18 der Kopplungseinheit 14 vermittelt. Der Kraftfluss von der Schaltwelle 11 und dem inneren Schalthebel 13 verläuft über die Wellenprofile 17, 12 von dem inneren Schalthebel 13 und der Schaltwelle 11, ohne eine Kraftleitung über das Federelement 20. Ist der Kraftfluss von Schaltwelle 11 zu innerem Schalthebel 13 während des Synchronisierungsvorgangs für eine Zeit unterbrochen, nimmt das Federelement 20 eine über die Schaltwelle 11 während dieser Zeit weiterhin eingeleitete Kraft zur Zwischenspeicherung auf. Endet eine Unterbrechung des Kraftflusses, wird die zwischengespeicherte Kraft von dem Federelement 20 über die Betätigungskugeln 18 der Kopplungseinheit 14 an den inneren Schalthebel 13 übertragen.
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Während der Gangumschaltung werden in dem Synchronisierungsvorgang Drehzahlen der Schaltmuffe des Getriebes und des Gangzahnrads eines neu einzulegenden Gangs aneinander angepasst. Wird während des Synchronisierungsvorgangs die Schaltmuffe durch eine zu große Betätigungskraft zu schnell an das Gangzahnrad angepresst, so blockieren die Verzahnungen der Schaltmuffe und des Gangzahnrads diese Anpressung, und eine Weiterdrehung des mit der Schaltmuffe über die innere Schaltstange verbundenen inneren Schalthebels 13 ist blockiert. Dadurch verdreht sich die Schaltwelle 11 gegenüber dem inneren Schalthebel 13 und der innere Schalthebel 13 kann nicht mehr durch die Betätigungskugeln 18 gedreht werden. Die Betätigungskugeln 18 werden dann durch die Rotation der Mitnehmerscheibe 15 selbst in Rotation versetzt. Dadurch werden die Betätigungskugeln 18 aus den Betätigungsschrägen 19, 26 gedrückt und üben eine Kraft in Axialrichtung aus. Die Schaltwelle 11 weist einen Anschlag 27 auf, welcher eine Verschiebung des inneren Schalthebels 13 in Axialrichtung von der Mitnehmerscheibe 15 weg blockiert. Durch ein Austreten der Betätigungskugeln 18 aus den Betätigungsschrägen 19 wird somit die Mitnehmerscheibe 15 in axialer Richtung von dem inneren Schalthebel 13 weggedrückt und dadurch das Federelement 20 gespannt.
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Nach Abschluss des Synchronisierungsvorgangs kann der innere Schalthebel 13 wieder weiterdrehen. Das Federelement 20 kann sich entspannen und übt dadurch eine Kraft in axialer Richtung auf die Mitnehmerscheibe 15 aus. Durch einen Verlauf der Betätigungsschrägen 19 werden die Betätigungskugeln 18 dabei in Rotation versetzt und üben eine Kraft in Radialrichtung und somit ein Drehmoment auf den inneren Schalthebel 13 aus. Der innere Schalthebel 13 wird somit zusätzlich zu einer Mitnahme durch die Schaltwelle 11 gedreht.
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Wird während des Synchronisierungsvorgangs die Schaltmuffe mit einer Betätigungskraft betätigt, welche eine Grenzkraft unterschreitet, bei der die Schaltmuffe in dem Synchronisierungsvorgang zu schnell an das Gangzahnrad angepresst und somit blockiert wird, so wird über die Betätigungskugeln 18 die Rotation der Schaltwelle 11 an den inneren Schalthebel 13 übermittelt und die Betätigungskugeln 18 bleiben in den Betätigungsschrägen 19, 26 frei von einer Rotation gelagert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Betätigungsvorrichtung
- 11
- Schaltwelle
- 12
- Wellenprofil
- 13
- innerer Schalthebel
- 14
- Kopplungseinheit
- 15
- Mitnehmerscheibe
- 16
- Wellenprofil
- 17
- Wellenprofil
- 18
- Betätigungskugel
- 19
- Betätigungsschräge
- 20
- Federelement
- 21
- Sicherungsring
- 22
- Handschaltgetriebe
- 23
- Wählhebel
- 24
- äußere Schaltstange
- 25
- äußere Schaltstange
- 26
- Betätigungsschräge
- 27
- Anschlag
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011109585 A1 [0002]
