DE102016203161A1

DE102016203161A1 - Handschaltgetriebeeinrichtung und Freilauf

Info

Publication number: DE102016203161A1
Application number: DE102016203161.9A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Röper
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2017-08-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Handschaltgetriebeeinrichtung für Fahrzeuge, mit Schalthebel (3, 3‘), Schaltwelle (2, 2‘) und Getriebegehäuse (4). Die Erfindung betrifft ferner einen Freilauf für die Handschaltgetriebeeinrichtung, Insbesondere um die Weiterleitung von schlagartigen Stößen zu dem Schalthebel (3, 3‘) und damit zu dem Benutzer zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass bezüglich einer Drehmomentübertragung zwischen Schalthebel (3, 3‘), Schaltwelle (2, 2‘) und Getriebegehäuse (4) ein Freilauf (5) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Handschaltgetriebeeinrichtung für Fahrzeuge, mit Schalthebel, Schaltwelle und Getriebegehäuse. Die Erfindung betrifft ferner einen Freilauf für Handschaltgetriebeeinrichtung.
Derartige Handschaltgetriebeeinrichtungen weisen sogenannte Sperrsynchronisationseinheiten auf, die sicherstellen, dass das Losrad des jeweils eingelegten Gangs drehfest mit seiner Trägerwelle verbunden ist. Ferner sorgen sie dafür, dass Losrad und Trägerwelle auf gleiche Drehzahl gebracht werden, bevor die über eine Schaltgabel axialbewegte Schiebemuffe seitlich in den am Losrad befestigten Kupplungsring einrastet. Im üblichen Betrieb können die Antriebseite als auch die Abtriebseite der Handschaltgetriebeeinrichtung sehr häufig dynamischen Störungen unterliegen, die sich in Form von Torsionsschwingungen äußern. Dies kann dadurch kommen, dass die Kupplung beispielsweise durch unsachgemäße Betätigung während des Schaltens noch ein Restmoment vom Motor her überträgt. Oder, dass auf die Getriebewellen relativ hohe Schleppmomente einwirken, welches besonders bei niedrigen Temperaturen der Fall sein kann. Ferner kann beim Gang-Auslegen die Schiebemuffe unbeabsichtigt schnell und heftig aus dem Gang „geworfen“ werden. All diese Phänomene können zu bisweilen heftigen Bewegungen der Schiebemuffe führen, die durch das gesamte Schaltsystem geleitet werden und dadurch letztlich unangenehm auf die Hand des Benutzers einwirken.
Eine gängige Methode zur Verringerung der Auswirkungen dieser Phänomene auf letztlich die Hand des Benutzers besteht darin, dass die Massenträgheit des Schaltsystems erhöht wird. Hierzu wird in der Regel eine exzentrisch an dem Schalthebel oder Schaltwelle angebrachte Zusatzmasse, eine so genannte Schaltmasse, angebracht, die infolge ihrer Massenträgheit auftretende Torsionsschwingungen zu reduzieren vermag. Diese Schaltmasse weist jedoch notwendigerweise ein relativ hohes Gewicht von beispielsweise einem Kilogramm auf.
In DE 10 2011 104 864 A1 wird ein Schaltmodul einer Handschaltgetriebeeinrichtung mit einer Schaltwelle und einer die Schaltwelle mit einem Schaltkontourträger umgebenden Halterung beschrieben, die über einen an der Schaltwelle fixierten Mitnehmer mit derselben mit Spielfassung in Eingriff bringbar ist. Solange eine Elongation, d.h. eine Schwingung aus seiner Ruhelage heraus kleiner als die Spielpassung ist, wird keine Schwingung von dem Mitnehmer auf die Halterung und damit auf die Hand des Benutzers übertragen. Ähnlich offenbart DE 10 2013 221 356 A1 eine Handschaltgetriebeeinrichtung mit einer ein Schaltgewicht aufweisenden Schaltvorrichtung, wobei auf der Schaltwelle eine fest mit derselben verbundene Mitnehmerhülse vorgesehen ist, die mit umfänglichem Spiel in eine drehbar auf der Schaltwelle Rastierhülse eingreift. Zudem die Bewegung des Schaltgewichtes mittels eines sogenannten Tilgers gedämpft wird. Nachteilig bei den in den beiden Druckschriften beschriebenen Handschaltgetriebeeinrichtungen ist jedoch, dass das dort jeweils beschriebene Prinzip nicht während eines Schaltvorganges funktioniert.
EP 1 482 213 B1 schlägt zur Reduzierung von insbesondere hochfrequenten Schaltstörungen Mittel aus zwei koaxial zur Schaltwelle und koaxial zueinander angeordneten Kupplungshälften vor, zwischen denen ein als elastomechanischer Tiefpass wirkendes elastisches Element angeordnet ist. Diese Konstruktion ist jedoch sehr aufwendig. Ein genereller Nachteil beim Einsatz von elastischen Elementen in Handschaltgetriebeeinrichtungen ist zudem, dass die Führungsgenauigkeit des Schalthebels verschlechtert wird.
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine gattungsgemäße Handschaltgetriebeeinrichtung bereitzustellen, die die oben beschriebene Problematik löst, ohne das Fahrzeuggewicht nennenswert zu erhöhen, und das konstruktiv einfach ist.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen beschrieben. Die gestellte Aufgabe wird bereits dadurch gelöst, dass bezüglich einer Drehmomentübertragung zwischen Schalthebel, Schaltwelle und Getriebegehäuse ein Freilauf vorgesehen ist.
Der Freilauf ist eine Art Schnittstelle hinsichtlich der Drehmomentübertragung zwischen dem Schalthebel und Schaltwelle relativ zum Getriebegehäuse. Er ist ausgelegt, ordnungsgemäße Drehmomente zu übertragen und gegen nicht ordnungsgemäße Drehmomente unter Kraftkopplung mit dem Getriebegehäuse zu sperren. Ein üblicher Freilauf, beispielsweise im Zusammenhang mit einer Sperrklinke, arbeitet als eine nur in einer Drehrichtung wirkende Kupplung, wobei ein auf eine Welle wirkendes Drehmoment in einer Drehrichtung durchgelassen, während das in gegen diese Drehrichtung wirkende Drehmoment gesperrt wird. Über den Freilauf kann die Weiterleitung störender Torsionsschwingungen und/oder insbesondere Stöße durch das Schaltsystem und damit zu dem Schalthebel hin unterbrochen werden. Somit können mittels eines üblichen Freilaufs bereits störende Drehmomente, mittels derer die Schaltwelle beispielsweise aufgrund heftiger Stöße bereits gegen die erwünschte Drehrichtung rotiert, aufgefangen und damit nicht zu dem Schalthebel weitergeleitet werden.
Die Störungen können jedoch in beide möglichen Drehrichtungen erfolgen. In Berücksichtigung dessen wird in einer Weiterbildung der Handschaltgetriebeeinrichtung vorgeschlagen, dass der Freilauf für einen Freilaufbetrieb und für eine Sperrung des Freilaufbetriebs jeweils in beide möglichen Richtungen der Drehmomentübertragung ausgelegt ist. Es können vorzugsweise paarweise angeordnete Klemmelemente, wie Klemmkörper oder, was bevorzugt ist, Klemmrollen vorgesehen sein, wobei eines der beiden Klemmelemente Drehmoment sperrend in eine Drehrichtung und das andere Klemmelement Drehmoment sperrend in die dieser Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung wirkt. Damit kann die Übertragung auch größerer Schwingungen blockiert werden.
In einer vorteilhaft einfachen Weiterbildung der Handschaltgetriebeeinrichtung kann der Freilauf ein mit der Schaltwelle Drehmoment übertragungswirksam verbundenes Freilaufinnenteil und eine Basis, wie Freilaufgehäuse, Freilaufgestell oder dergleichen, aufweisen. Freilaufinnenteil und Basis, vorzugsweise Freilaufgehäuse, können einen Führungsraum definieren, in dem zumindest ein Rollenpaar mit einer ersten Klemmrolle und einer zweiten Klemmrolle angeordnet ist. Die erste Klemmrolle kann in einer ersten Drehrichtung und die zweite Klemmrolle kann in einer zweiten Drehrichtung entgegen der ersten Drehrichtung jeweils aus einer Freilaufposition, in der die Übertragung des Drehmoments erfolgt, in eine Klemmposition hinein, in der die Übertragung des Drehmoments blockiert ist, bringbar angeordnet sein. Um jedoch zu verhindern, dass eine Übertragung eines Drehmomentes in erwünschter Drehrichtung dieses Drehmoment von dem in diese Drehrichtung sperrend wirkende Klemmelement, insbesondere Klemmrolle, blockiert wird, wird vorgeschlagen, dass die Klemmfunktion dieses Klemmelementes, insbesondere dieser Klemmrolle, deaktiviert werden kann.
Allgemein können Klemmelemente vorgesehen sein, mittels derer die Klemmfunktion durchführbar ist und bei denen deren Klemmfunktion jeweils deaktierbar ist. Hierbei sind die Klemmelemente jeweils federnd gelagert. Anstatt des bevorzugten Rollenpaares können auch Klemmkörperpaare mit Klemmkörpern oder Kugelpaare mit Klemmkugeln eingesetzt werden, wobei die Klemmkugeln jeweils vorzugsweise axial verschiebungsfest gelagert sind. Die Klemmrollen können eine insbesondere kreiszylindrische Außenkontur aufweisen.
Funktionsbedingt notwendig kann jeder Klemmrolle ein Abschnitt des Führungsraumes zugeordnet sein, der sich in der dieser Klemmrolle zugeordneten klemmwirksamen Drehrichtung keilartig verjüngt. Vorzugsweise ist der Keilwinkel kleiner oder gleich dem Arkustangens der Gleitreibzahl der Gleitpartner. Damit kann eine sichere Klemmung mit Selbsthemmung erzielt werden. Die Gleitpartner sind hier Klemmrolle und den Führungsraum definierenden Freilaufgehäuse und Freilaufinnenteil, insbesondere deren den Führungsraum begrenzenden Seitenflächen. Von entscheidendem Einfluss sind hier Werkstoffpaarung und Oberflächenbeschaffenheit der Gleitpartner. Die beiden Abschnitte des Führungsraumes für die Klemmrollen eines Rollenpaares können aneinander vorzugsweise unmittelbar anschließen. Die Abschnitte des Führungsraumes der Rollenpaare können umfänglich voneinander beabstandet angeordnet sein.
Das Freilaufgehäuse kann getrennt vom Getriebegehäuses der Handschaltgetriebeeinrichtung angeordnet oder Teil des Getriebegehäuses sein.
Insbesondere kann die Drehmomentübertragung auf das Freilaufinnenteil über die zu deaktivierende Klemmrolle erfolgen. Dies kann damit verbunden sein, dass dadurch zugleich die Klemmfunktion dieser Klemmrolle deaktiviert wird.
In einer Weiterbildung der Handschaltgetriebeeinrichtung und damit des Freilaufes kann vorsehen sein, dass der Freilauf einen kraftmechanisch mit dem Schalthebel verbundenen Führungskörper aufweist, der ausgebildet ist, in klemmwirksamen Drehrichtung einer der beiden Klemmrollen des Rollenpaares sowie unter Führung dieser Klemmrolle und Deaktivierung der Klemmwirkung dieser Klemmrolle ein Drehmoment in das Freilaufinnenteil einzuleiten, während die andere Klemmrolle des Rollenpaares von dem Führungskörper freigegeben ist. Die Klemmrolle kann in der Freilaufposition mit einem positiven Spiel in dem ihr zugeordneten Abschnitt gelagert sein. Die oben erwähnte Feder sorgt jedoch dafür, dass dieses Spiel immer aufgezehrt wird und die Klemmrolle anliegt.
Damit ist die andere Klemmrolle unbelastet und kann, beispielsweise bei einem von der Synchron-Schiebemuffe bzw. der Schaltwelle stammenden Rückstoß durch Sperrung der Drehmomentübertragung in Drehrichtung des Rückstoßes, also in Gegenrichtung zu der ordnungsgemäßen Drehmomentübertragung, verhindern, dass der Rückstoß auf den Schalthebel und damit letztlich auf die Hand des Benutzers übertragen wird. Hingegen ist bei einem Stoß, der bei einem Auslegen des Ganges entstehen kann, die Störung gleich gerichtet mit der vom Benutzer vorgegebenen Richtung, d.h. die Störung möchte hier quasi ein schnelleres Drehen der Schaltwelle erzwingen. Bewegt sich hierbei jedoch die Schaltwelle auch nur etwas schneller als der mit dem Freilauf verbundene Freilauf-Käfig, so wird die Deaktivierung der Rollen-Klemmwirkung unmittelbar aufgehoben und es kommt zum Klemmen der Rolle.
Konstruktiv einfach kann der Führungskörper zumindest zwei umfänglich in entgegengesetzten Drehrichtungen weisende Anlageflächen aufweisen, die jeweils zur seitlichen Anlage an eine der Klemmrollen des zumindest einen Rollenpaares vorgesehen sind. Somit ist dem einen Klemmelement eine Anlagefläche und dem anderen Klemmelement die andere Anlagefläche zugeordnet, wobei die Anlagefläche in vorgesehener Drehrichtung vor dem jeweils zugeordneten Klemmelement angeordnet ist. Die Anlageflächen können somit gegen die Drehrichtung weisen, in die die jeweils zugeordnete Klemmrolle klemmwirksam ist. Das Klemmelement, insbesondere die Klemmrolle kann sich in Richtung der Schaltwelle längserstrecken. Der einem Klemmelement, insbesondere Klemmrolle zugeordnete Abschnitt des Führungsraumes kann somit in Umfangsrichtung von der Anlagefläche und, dieser gegenüberliegend, von der insbesondere federnden Lagerung des Klemmelementes begrenzt sein, während er radial von dem Freilaufinnenteil und Freilaufgehäuse definiert wird.
Die Anlagefläche kann bezüglich der Schaltwelle in Umfangsrichtung gegen das zugeordnete Klemmelement geführt werden. Hierbei kann die Anlagefläche der Kontur des Klemmelementes angepasst sein. Insbesondere kann die Anlagefläche in Anpassung an eine kreiszylindrische Mantelform der Klemmrolle entsprechend konkav gekrümmt sein. Sie kann eine kreiszylindrische Rinne begrenzen. Damit kann zugleich die Klemmrolle radial verschiebungssicher an der gekrümmten Anlagefläche anliegen. Hierbei kann der Krümmungsradius der konkaven Krümmung der Anlagefläche größer als der der konvexen Krümmung der kreiszylindrischen Mantelform der Klemmrolle ausgebildet sein. Die Anlagefläche kann alternativ auch ungekrümmt ausgebildet sein.
Konstruktiv einfach und von geringem Gewicht gekennzeichnet, kann der Führungskörper eine käfigartige Form mit zumindest einem Stegpaar aus zwei zur Schaltwelle axialen Längsstegen mit jeweils einer Anlagefläche aufweisen. Die Längsstege können jeweils einer Klemmrolle des zumindest einen Rollenpaares zugeordnet sein. Alternativ kann anstatt der beiden Längsstege des zumindest einen Stegpaars auch ein einziger Längssteg eingesetzt werden, der beiden Klemmrollen des zumindest einen Rollenpaares zugeordnet ist. Dies kann konstruktiv dadurch erfolgen, indem die beiden Längsstege an ihren Rückseiten miteinander verbunden sind. Dies beispielsweise dadurch, dass der Zwischenraum zwischen den Rückseiten der Längsstege mit Material gefüllt ist.
Die käfigartige Form des Führungskörpers kann so ausgeführt sein, dass axial beidendseitig jeweils ein vorzugsweise geschlossenen Ring vorgesehen ist, wobei die beiden Ringe über das zumindest eine Stegpaar verbunden axial voneinander beabstandet angeordnet sind.
Die Längsstege des zumindest einen Stegpaares können bezüglich der Umfangsrichtung zwischen den Klemmrollen des zumindest einem Rollenpaars angeordnet sein. Ihre Anlageflächen können insbesondere voneinander weg weisend angeordnet sein.
Kraftmechanisch günstig können zumindest drei Rollenpaare vorgesehen sein. Diese können umfänglich gleich beabstandet auf einem gleichen Radius angeordnet sein. Hierbei kann jedem Rollenpaar ein Stegpaar zugeordnet sein.
In einer vorteilhaft einfachen Ausführungsform der Handschaltgetriebeeinrichtung bzw. des Freilaufes kann vorgesehen sein, dass das Freilaufinnenteil einen in axialer Richtung erstreckenden länglichen Körper mit einem im Wesentlichen dreieckigen oder dreisternartigen Querschnitt aufweist. Bezüglich des Querschnittes kann im Bereich jeder Spitze des sich in axialer Richtung erstreckenden länglichen Körpers und vorzugsweise spiegelsymmetrisch bezüglich einer die Spitze aufweisenden radialen-axialen Spiegelsymmetrieebene hierzu können die beiden Stäbe und die beiden Klemmrollen der einander zugeordneten Paare angeordnet sein.
In einer alternativen Lösung der Aufgabe kann ein Freilauf für eine Handschaltgetriebeeinrichtung gemäß einer der zuvor oder nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen für Fahrzeuge mit Schalthebel, Schaltwelle und Getriebegehäuse vorgesehen sein. Dieser Freilauf kann entsprechend den zuvor und nachfolgend auch im Zusammenhang mit der Handschaltgetriebeeinrichtung beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein.
Insbesondere kann der Freilauf bezüglich der Drehmomentübertragung zwischen Schalthebel, Schaltwelle und Getriebegehäuse anordenbar sein. Ferner kann er für einen Freilaufbetrieb und eine Sperrung des Freilaufbetriebs und zwar in beide mögliche Richtungen der Drehmomentübertragung ausgelegt sein.
Der Freilauf kann aufweisen ein mit der Schaltwelle Drehmoment übertragungswirksam verbindbares Freilaufinnenteil, eine Basis, wie Freilaufgehäuse, Freilaufgestell oder dergleichen, die mit dem Freilaufinnenteil einen Führungsraum definiert, und zumindest ein in dem Führungsraum angeordnetes Rollenpaar, mit einer ersten Klemmrolle und einer zweiten Klemmrolle, wobei die erste Klemmrolle in einer ersten Drehrichtung und die zweite Klemmrolle in einer zweiten Drehrichtung entgegen der ersten Drehrichtung jeweils aus einer Freilaufposition, in der die Übertragung des Drehmoments erfolgt, in eine Klemmposition hinein, in der die Übertragung des Drehmoments blockiert ist, bringbar angeordnet sind. Um eine (ordnungsgemäße) Drehmomentübertragung zwischen Schalthebel und Schaltwelle in einer Drehrichtung trotz des in dieser Drehrichtung hemmenden Klemmelementes bzw. Klemmrolle durchführen zu können, kann vorgesehen sein, dass die Klemmfunktion dieser Klemmrolle hierzu deaktivierbar ist.
Die oben gemachten Ausführungen beziehen sich auf eine Handschaltgetriebeeinrichtung, bei der die Schaltwellen beim Schalten gedreht und beim Wählen in axialer Richtung bewegt werden. Die Erfindung ist jedoch darauf nicht beschränkt, sondern schließt auch den konstruktiv umgekehrten Fall ein, bei dem die Schaltwellen beim Wählen gedreht und beim Schalten axial verschoben werden. Hierzu kann anstatt der Schaltwelle eine Achse eines vorgesehenen Zwischenhebels im Inneren des Freilaufinnenteils mit demselben drehfest verbunden sein, wobei der Zwischenhebel dann mit einem Mitnehmer, beispielsweise mit einem Stift oder Gleitstein, in eine vorgesehene Nut der Schaltwelle eingreift und so bei eigener Drehbewegung die Schaltwelle in axiale Richtung bewegt.
Eingeschlossen in den Bereich der Erfindung ist auch eine umgekehrte Anordnung von Schaltwelle und Basis, indem die Basis als statischer Teil innen und die Schaltwelle beispielsweise als Hohlwelle außen angeordnet sind. Es sind auch andere Konstruktionen des Freilaufs möglich, die das Prinzip verwirklichen, dass die Klemmelemente insgesamt in beide Drehrichtungen klemmend und in jeweils hierzu entgegengesetzter Richtung im Freilaufbetrieb wirken können, wobei die Klemmfunktion bestimmter Klemmelemente gezielt deaktiviert werden kann und zwar der Klemmelemente, die ihre Klemmfunktion in der Drehrichtung verwirklichen, in der ein Drehmoment ordnungsgemäß zu übertragen ist,
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand einer in einer Zeichnung dargestellten vorteilhaften Ausführungsform der Handschaltgetriebeeinrichtung bzw. des Freilaufs näher erläutert, ohne jedoch die Erfindung auf diese Ausführungsform begrenzen zu wollen. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Schaltvorrichtung einer übliche Handschaltgetriebeeinrichtung mit Schaltgewicht,
2 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Handschaltgetriebeeinrichtung in Höhe eines Freilaufs mit einer ersten Drehrichtung und
3 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Handschaltgetriebeeinrichtung in Höhe eines Freilaufs, jedoch mit einer zweiten Drehrichtung.
In 1 wird Stand der Technik in Form einer perspektivischen Ansicht einer Schaltvorrichtung S einer üblichen Handschaltgetriebeeinrichtung 1‘ mit Schaltwelle 2‘, Schalthebel 3‘, Wählhebel W und schwerem Schaltgewicht G gezeigt, wobei das Schaltgewicht G als träge Masse zum Abfangen von Stößen und/oder Schwingungen auf den Schalthebel 3‘ dient. Hierbei sind die Bezugszeichen gleich wirkender Bauteile bei dem Stand der Technik mit einem Apostroph gekennzeichnet, der bei der Darstellung der hierzu gleich wirkenden Bauteile der Erfindung fortgelassen ist.
In den Querschnittsansichten gemäß den 2 und 3 wird jeweils eine erfindungsgemäße Handschaltgetriebeeinrichtung 1 für hier nicht dargestellte Fahrzeuge mit Schalthebel 3, Schaltwelle 2 und Getriebegehäuse 4 und zwar jeweils in einer Belastungsposition, wenn gerade ein Gang eingelegt wird, und nicht in einer Gangposition, wenn keine Bewegung stattfindet, gezeigt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bezüglich einer Drehmomentübertragung zwischen Schalthebel 3, Schaltwelle 2 und Getriebegehäuse 4 ein Freilauf 5 vorgesehen ist. Dieser Freilauf 5 ist, wie weiter unten ausgeführt, für einen Freilaufbetrieb und eine Sperrung des Freilaufbetriebs in beide möglichen Drehmomentübertragungsrichtungen ausgelegt.
Die Querschnitte gemäß den 2 und 3 sind senkrecht zur Schaltwelle 2 durch den Freilauf 5 gelegt.
Der Freilauf 5 weist ein mit der Schaltwelle 2 Drehmoment übertragungswirksam verbundenes Freilaufinnenteil 51 und als Basis ein mit dem Getriebegehäuse 4 verbundenes Freilaufgehäuse 41 auf, dass mit dem Freilaufinnenteil 51 einen Führungsraum 6 begrenzt. In dem Führungsraum 6 sind hier drei zur Schaltwelle 2 umfänglich gleich beabstandet Rollenpaare 52 mit jeweils zwei federnd gelagerten Klemmrollen 53, 54, d.h. einer ersten zylindrischen Klemmrolle 53 und einer zylindrischen zweiten Klemmrolle 54, angeordnet Hierbei sind die erste Klemmrolle 53 in einer ersten Drehrichtung d1 und die zweite Klemmrolle 54 in einer zweiten Drehrichtung d2 entgegen die erste Drehrichtung d1 jeweils aus einer Freilaufposition, in der die Übertragung des Drehmoments erfolgt in eine Klemmposition, in der die Übertragung des Drehmoments blockiert ist, hinein bringbar angeordnet.
Zur besseren Veranschaulichung der Erfindung ist der Freilauf 5 in den 2 und 3 jeweils in Form einer Prinzipskizze dargestellt. Hierbei weisen, bis auf die Federn 55 für die Klemmrollen 53, 54, sämtliche Bauteile eine längliche Erstreckung in Längsrichtung l der Schaltwelle 2 auf, wobei, ebenfalls zur klareren Veranschaulichung der Erfindung, auf die Darstellung der axialen Erstreckung sowie auf weitere hier anschließende Bauteile verzichtet wurde.
Wie unmittelbar den 2 und 3 entnehmbar, weist der Freilauf 5 in Höhe dieses Querschnittes einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen Aufbau auf. Die umfänglich gleich beabstandeten Rollenpaare 52 sind bezüglich ihrer jeweiligen umfänglichen Mitte um 120° voneinander beabstandet. Das Freilaufinnenteil 51 weist eine im Wesentlichen dreieckige Querschnittsform auf, in deren Spitzenbereich jeweils ein Rollenpaar 52 angeordnet ist.
Jeder Klemmrolle 53, 54 ist ein Abschnitt 61 des Führungsraums 6 zugeordnet. Diese verjüngt sich keilförmig in umfänglicher Richtung in der dieser Klemmrolle 53, 54 zugeordneten klemmwirksamen Drehrichtung d1, d2 derart, dass die Klemmrolle 53, 54 mit Bewegung in diese Drehrichtung d1, d2 zwischen Freilaufgehäuse 41 und Freilaufinnenteil 51 eingeklemmt wird. Der Keilwinkel ist hier kleiner als der Arkustangens der Gleitreibzahl der jeweiligen Gleitpartner, das heißt der Klemmtrollen 53, 54, des Freilaufgehäuses 41 und des Freilaufinnenteils 51. Dadurch kann eine Selbsthemmung der betreffenden Klemmrolle 53,54 in der Klemmposition erzielt werden. Somit wird zwischen Freilaufgehäuse 41 und Freilaufinnenteil 51 eine formschlüssige Verbindung herstellt und die Schaltwelle 2 gegen das Freilaufgehäuse 41 festgesetzt.
Der Freilauf 5 weist einen Führungskörper 31 auf, der, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist, kraftmechanisch mit dem Schalthebel 3 verbunden ist. Der Führungskörper 31 weist eine käfigartige Form mit hier drei Stegpaaren 32 auf, wobei die Stegpaare 32, jeweils mit einem einer ersten Klemmrolle 53 zugeordneten ersten Längssteg 33 und einem der zweiten Klemmrolle 54 zugeordneten zweiten Längssteg 34, auf. Die Längsstege 33, 34 sind in den 2 und 3 gezeigt. Es ist jedem Rollenpaar 52 ein Stegpaar 32 zugeordnet, wobei das Stegpaar 32 zwischen den Klemmrollen 53, 54 angeordnet ist.
Wie den 2 und 3 entnehmbar, weisen die Längsstege 33, 34 in der hier gezeigten Ausführungsform der Erfindung jeweils eine kreisbogenförmig gekrümmte konkave Anlagefläche 35 zur seitlichen Anlage an die jeweils zugeordnete Klemmrolle 53, 54 auf.
Die Klemmrollen 53, 54 jedes Rollenpaares 52 sowie die Längsstege 33, 34 eines diesem Rollenpaar 52 zugeordneten Stegpaares 31 sind in einer hier nicht gezeigten unbelasteten Neutralposition symmetrisch zu einer durch die zugeordnete Spitze des Freilaufinnenteils 21 gehenden radial-axialen Spiegelsymmetrieebene E angeordnet.
Zur Funktionsweise des Freilaufs 5 in der Handschaltgetriebeeinrichtung 1, so leitet der Schalthebel 2 beim Einlegen eines Ganges ein gemäß 2 links herum, d.h. hier gegen erste Drehrichtung d1 wirkendes Drehmoment in den Führungskörper 31 ein. Hierüber werden die hier ersten Längsstege 33 seitlich gegen die jeweils zugeordnete erste Klemmrolle 53 geführt, wobei diese dann gegen ihre jeweils vorgesehene Aufnahme 43 und damit unter Einleitung des Drehmomentes gegen das drehfest mit der Schaltwelle 2 verbundene Freilaufinnenteil 51 gepresst wird.
Damit erfolgt eine Einleitung des Drehmoments in das Freilaufinnenteil 51 und damit in die Schaltwelle 2 über diese ersten Klemmrollen 53. Da die ersten Klemmrollen 53 gegen ihre erste Drehrichtung d1 gegen das Freilaufinnenteil 51 gepresst und somit gehalten werden, können sich die ersten Klemmrollen 53 nicht in die erste Drehrichtung d1 bewegen, wodurch sichergestellt wird, dass diese Klemmrollen 53 die Drehbewegung nicht sperren. Somit ist ihre Klemmfunktion deaktiviert. Die zweiten Längsstege stehen jedoch nicht in Kontakt mit den gegenüberliegend angeordneten zweiten Klemmrollen 54; es befindet sich ein sehr geringes, aber positives Spiel zwischen ihnen. Diese zweiten Klemmrollen 54 sperren ebenfalls nicht die Drehbewegung von Freilaufinnenteil 51 und Schaltwelle 2.
Wird nun aufgrund der eingangs beispielhaft aufgeführten dynamischen Effekte während des Schaltvorgangs die Schiebemuffe des eingelegten Gangs zurückgestoßen, so kann dies nicht zu einer Drehrichtungsumkehr der Schaltwelle 2 bzw. des Freilaufinnenteils 51 führen, da die zweiten Klemmrollen 54 eine derartige Drehbewegung in zweite Drehrichtung d2 unmittelbar sperren würden. Dadurch wird verhindert, dass der Rückstoß der Schiebemuffe weitergeleitet und in der Hand des Benutzers fühlbar wird.
Zur 3 gewandt, so hat sich die Drehrichtung der Schaltwelle 2 und damit des Freilaufinnenteils 51 umgekehrt und weist nun in die zweite Drehrichtung d2. Aufgrund des spiegelsymmetrischen und rotationssymmetrischen Aufbaus des Freilaufinnenteils 51 erfolgt eine entsprechende spiegelsymmetrische Umkehrung der klimatischen Verhältnisse. D.h., dass auch hier ein Einlegen eines Ganges problemlos in erster Drehrichtung d1 möglich ist, indem die zweiten Klemmrollen 54 jeweils gegen ihre jeweilige Aufnahme 56 und damit gegen das Freilaufinnenteil 51 gepresst werden, wodurch ihre Klemmfunktion deaktiviert wird. Ähnlich wie zuvor, so stehen nun hier die ersten Klemmrollen 53 der Drehmomentübertragung nicht entgegen, da diese in zweite Drehrichtung d2 und damit entgegen der klemmwirksamen Drehrichtung d1 ersten Klemmrollen 53 erfolgt. Entsprechend wird ein Stoß in erster Drehrichtung nicht weitergeleitet, da dieser Stoß sofort von den ersten Klemmrollen 53 aufgefangen würde.
Diese in 3 gezeigte Situation trifft auch beim Auslegen des im Zusammenhang mit 2 beschriebenen Gangs zu. Es könnenhierbei Stöße erzeugt werden, die durch ein schlagartiges "Hinauswerfen" der Schiebemuffe aus dem Gang entstehen könnten. Dies kann sich dann ereignen, wenn die hier nicht dargestellte Kupplung nicht völlig geöffnet ist, weil der Benutzer das hier nicht gezeigte Kupplungspedal nicht weit genug getreten hat. In diesem Falle würde das Freilaufinnenteil 51 so beschleunigt, dass es den mit dem Schalthebel 3 verbundenen Führungskörper 31 „überholen" würde, wenn sich hierdurch nicht die zweiten Klemmrollen 54 von dem Führungskörper 31 bzw. von dessen zweiten Längsstegen 34 freigegeben und sich zwischen Freilaufinnenteil 51 und Freilaufgehäuse 41 festklemmen würden. Gleiches gilt für die in 2 gezeigte Situation beim Auslegen des in 3 beschriebenen Gangs.
Bezugszeichenliste

1, 1‘: Handschaltgetriebeeinrichtung
2, 2‘: Schaltwelle
3, 3‘: Schalthebel
31: Führungskörper
32: Stegpaar
33: erster Längssteg
34: zweiter Längssteg
35: Anlagefläche
4: Getriebegehäuse
41: Freilaufgehäuse
43: Aufnahme
5: Freilauf
51: Freilaufinnenteil
52: Rollenpaar
53: erste Klemmrolle
54: zweite Klemmrolle
55: Feder
56: Aufnahme
6: Führungsraum
61: Abschnitt
d1: erste Drehrichtung
d2: zweite Drehrichtung
l: Längsrichtung
E: Symmetrieebene
S: Schaltgewicht
W: Wählhebel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011104864 A1 [0004]
DE 102013221356 A1 [0004]
EP 1482213 B1 [0005]

Claims

Handschaltgetriebeeinrichtung für Fahrzeuge, mit Schalthebel, Schaltwelle und Getriebegehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich einer Drehmomentübertragung zwischen Schalthebel (3, 3‘), Schaltwelle (2, 2‘) und Getriebegehäuse (4) ein Freilauf (5) vorgesehen ist.
Handschaltgetriebeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (5) für einen Freilaufbetrieb und eine Sperrung des Freilaufbetriebs in beide mögliche Drehrichtungen (d1, d2) der Drehmomentübertragung ausgelegt ist.
Handschaltgetriebeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (5) ein mit der Schaltwelle (2, 2‘) Drehmoment übertragungswirksam verbundenes Freilaufinnenteil (51), eine Basis, wie Freilaufgehäuse (41), Freilaufgestell oder dergleichen, die mit dem Freilaufinnenteil (51) einen Führungsraum (6) definiert, und zumindest ein in dem Führungsraum (6) angeordnetes Rollenpaar (52), mit einer ersten Klemmrolle (53) und einer zweiten Klemmrolle (54), wobei die erste Klemmrolle (53) in einer ersten Drehrichtung (d1) und die zweite Klemmrolle (54) in einer zweiten Drehrichtung (d2) entgegen der ersten Drehrichtung (d1) jeweils aus einer Freilaufposition, in der die Übertragung des Drehmoments erfolgt, in eine Klemmposition hinein, in der die Übertragung des Drehmoments blockiert ist, bringbar angeordnet sind und wobei die Klemmfunktion derjenigen Klemmrolle (53, 54) deaktivierbar ist, in deren klemmwirksamen Drehrichtung (d1, d2) das Drehmoment zu übertragen ist.
Handschaltgetriebeeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Klemmrolle (61) in einem ihr zugeordneten Abschnitt (61) des Führungsraumes (6) angeordnet ist, der sich in der dieser Klemmrolle (53, 54) zugeordneten klemmwirksamen Drehrichtung (d1, d2) keilartig verjüngt.
Handschaltgetriebeeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragung auf das Freilaufinnenteil (51) über die zu deaktivierende Klemmrolle (53, 54) erfolgt.
Handschaltgetriebeeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (5) einen kraftmechanisch mit dem Schalthebel (3) verbundenen Führungskörper (31) aufweist, der ausgebildet ist, in klemmwirksamen Drehrichtung (d1, d2) einer der beiden Klemmrollen (53, 54) des Rollenpaares (52) sowie unter Führung dieser Klemmrolle (53, 54) und Deaktivierung der Klemmwirkung dieser Klemmrolle (53, 54) ein Drehmoment in das Freilaufinnenteil (51) einzuleiten, während die andere Klemmrolle (54, 53) des Rollenpaares (52) von dem Führungskörper (31) freigegeben ist.
Handschaltgetriebeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zu deaktivierende Klemmrolle (54, 53) in einer deaktivierten Position zur Übertragung des vom Führungskörper (31) eingeleiteten Drehmomentes durch den Führungskörper (31) kraftübertragungswirksam gegen das Freilaufinnenteil (51) gepresst angeordnet ist.
Handschaltgetriebeeinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (31) zumindest zwei umfänglich in entgegengesetzten Drehrichtungen (d1, d2) weisende Anlageflächen (35) aufweist, die jeweils zur seitlichen Anlage an eine der Klemmrollen (54, 53) des zumindest einen Rollenpaares (52) vorgesehen sind.
Handschaltgetriebeeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskörper (31) eine käfigartige Form mit zumindest einem axialen Längssteg (33, 34) mit zwei Anlageflächen (35) oder zumindest aus einem Stegpaar (32) aus zwei axialen Längsstegen (33, 34) mit jeweils einer Anlagefläche (35) aufweist, wobei der zumindest eine Längssteg (33, 34) den Klemmrollen (53, 54) des Rollenpaars (52) bzw. die Längsstege (33, 34) jeweils einer Klemmrolle (53, 54) des zumindest einen Rollenpaares (52) zugeordnet sind.
Handschaltgetriebeeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Längssteg (33, 34) oder die Längsstege (33, 34) des zumindest einen Stegpaares (32) bezüglich der Umfangsrichtung zwischen den Klemmrollen (53, 54) des zumindest einen Rollenpaares (52) angeordnet sind, wobei die Anlageflächen (35) zur seitlichen Anlage an den jeweils zugeordneten Längssteg (33, 34) in Umfangsrichtung jeweils gegen die Drehrichtung (d1, d2) voneinander weg weisend angeordnet sind, in die die jeweils zugeordnete Klemmrolle (53, 54) klemmwirksam ist.
Handschaltgetriebeeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei Rollenpaare (52) vorgesehen sind, die umfänglich gleich voneinander beabstandet auf einem gleichen Radius angeordnet sind.
Handschaltgetriebeeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Freilaufinnenteil (51) einen in sich in Längsrichtung (l) erstreckenden länglichen Körper mit einem im Wesentlichen dreieckigen oder dreisternartigen Querschnitt aufweist, wobei die beiden Stäbe (33, 34) und die beiden Klemmrollen (53, 54) der einander zugeordneten Paare (31, 51) bezüglich des Querschnittes im Bereich jeder Spitze des sich in Längsrichtung (l) erstreckenden länglichen Körper und vorzugsweise spiegelsymmetrisch bezüglich einer die Spitze aufweisenden radial-axialen Spiegelsymmetrieebene (E) angeordnet sind.
Freilauf für ein Handschaltgetriebeeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für Fahrzeuge mit Schalthebel (3, 3‘), Schaltwelle (2, 2‘) und Getriebegehäuse (4), wobei der Freilauf (5) bezüglich einer Drehmomentübertragung zwischen Schalthebel (3, 3‘), Schaltwelle (2, 2‘) und Getriebegehäuse (4) anordenbar ist und für einen Freilaufbetrieb und eine Sperrung des Freilaufbetriebs in beide mögliche Drehrichtungen (d1, d2) der Drehmomentübertragung ausgelegt ist.
Freilauf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist ein mit der Schaltwelle (2, 2‘) Drehmoment übertragungswirksam verbindbares Freilaufinnenteil (51), eine Basis, wie Freilaufgehäuse (41), Freilaufgestell oder dergleichen, die mit dem Freilaufinnenteil (51) einen Führungsraum (6) definiert, und zumindest ein in dem Führungsraum (6) angeordnetes Rollenpaar (52), mit einer ersten Klemmrolle (53) und einer zweiten Klemmrolle (54), wobei die erste Klemmrolle (53) in einer ersten Drehrichtung (d1) und die zweite Klemmrolle (54) in einer zweiten Drehrichtung (d2) entgegen der ersten Drehrichtung (d1) jeweils aus einer Freilaufposition, in der die Übertragung des Drehmoments erfolgt, in eine Klemmposition hinein, in der die Übertragung des Drehmoments blockiert ist, bringbar angeordnet sind und wobei die Klemmfunktion derjenigen Klemmrolle (53, 54) deaktivierbar ist, in deren klemmwirksamen Drehrichtung (d1, d2) das Drehmoment zu übertragen ist.