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Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem manuell betätigbaren Schalthebel, einer mit dem Schalthebel über ein Ansteuerelement verbundenen Synchronisierungseinheit und einem Stirnradgetriebe mit mindestens zwei Fahrstufen, wobei durch ein Betätigen des Schalthebels eine singuläre, nur einer Fahrstufe des Stirnradgetriebes zugeordnete Synchronisierungseinheit betätigt und damit eine Fahrstufe ein- oder ausgelegt werden kann.
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In Kraftfahrzeugen mit wenigstens teilweise verbrennungsmotorischem Antrieb sind Getriebe, insbesondere Stirnradgetriebe, vorgesehen, um die Leistungsbereitstellung des Verbrennungsmotors an die Lastanforderungen aus den Fahrwiderständen anzupassen. Dabei sind in der Getriebeeinrichtung Fahrstufen vorgesehen, um den Verbrennungsmotor häufig in einem günstigen Betriebspunkt, insbesondere bezogen auf den Verbrauch und die Emissionen, betreiben zu können.
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Konventionelle Handschaltgetriebe werden dabei von einem Fahrer über einen im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordneten Schalthebel betätigt. Dieser wirkt über eine Mitnehmerkinematik auf eine Synchronisierungseinheit der Getriebevorrichtung. Dabei ist in der Regel jeder Fahrstufe eine singuläre Synchronisierungseinheit zugeordnet, und es wird beim Einlegen der Fahrstufe eine Synchronisationsmuffe der Synchronisierungseinheit so verschoben, dass eine zur Fahrstufe gehörende Zahnradpaarung des Stirnradgetriebes in Eingriff kommt. Beim Auslegen einer Fahrstufe wird die Synchronisationsmuffe in die andere Richtung verschoben, sodass die zur Fahrstufe gehörende Zahnradpaarung außer Eingriff kommt.
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Die durch den Fahrer auf den Schalthebel aufgebrachte Betätigungskraft und der Betätigungsweg des Schalthebels werden innerhalb der Wirkungskette vom Schalthebel auf die Synchronisierungseinheit übersetzt, d. h. an der Synchronisierungseinheit liegt ein geänderter Betätigungsweg und eine geänderte Betätigungskraft an. Diese Übersetzung wird in der Regel so eingestellt, dass am Schalthebel ein möglichst geringer Schaltweg und eine möglichst geringe Schaltkraft aufgebracht werden müssen. Diese beiden Parameter stehen offensichtlich in einem Zielkonflikt, sodass bei der Auslegung der Übersetzung stets einen Kompromiss gefunden werden muss. Die Übersetzung ist dabei für jede Fahrstufe im Wesentlichen gleich.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Bedienbarkeit eines Handschaltgetriebes weiter zu verbessern. Dabei soll insbesondere der Bedienungskomfort für den Fahrer erhöht werden.
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Die Aufgabe wird durch eine Getriebevorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der der Schalthebel und das Ansteuerelement der Synchronisierungseinheit über ein Kurvengetriebe miteinander gekoppelt sind. Bei dem Ansteuerelement der Synchronisierungseinheit handelt es sich zum Beispiel um eine sogenannte Schaltgabel. Das Kurvengetriebe ermöglicht es, über eine Kurvengeometrie die Übersetzung zwischen dem Schalthebel und der Synchronisierungseinheit hinsichtlich Kraft und Weg individuell einzustellen. So kann sich zum Beispiel im Verlauf eines Schaltweges des vom Fahrer betätigten Schalthebels die Kraftübersetzung ändern. Folglich kann lokal eine erhöhte Schaltkraftverstärkung erreicht werden. Dies ist zum Beispiel für Doppelkupplungsgetriebe und andere Handschaltgetriebe vorteilhaft, die Synchronisierungseinheiten verwenden, die mit einer großen Kraft betätigt werden müssen. Darüber hinaus kann für jede Synchronisierungseinheit ein separates Kurvengetriebe vorgesehen sein, sodass für jede Fahrstufe eine individuelle Kraft-Weg-Übersetzung zwischen dem Schalthebel und der Synchronisierungseinheit eingestellt werden kann. Durch das Nutzen hoher Kräfte an der Synchronisierungseinheit können zudem Zeiten, in denen die zu schaltenden Elemente der Getriebevorrichtung lediglich durch einen Reibschluss verbunden sind, verkürzt werden. Da bei einem solchen Reibschluss stets ein gewisser Schlupf auftritt, der nichts anderes als das Umsetzen von Bewegungsenergie in Wärmeenergie bedeutet, können so der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs und die resultierenden Emissionen verringert werden. Insbesondere ergibt sich so ein geringerer Ausstoß an CO2. Darüber hinaus bietet die Koppelung über ein Kurvengetriebe die Möglichkeit, alle Synchronisationseinheiten zu jeder Zeit in Ihrer Position ohne weitere Maßnahmen im Getriebe zu sichern (z. B. durch eine Kreisrunde Kurvenscheibe für die nicht angewählten Gassen).
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Kurvengetriebe einen ansteuerelementseitigen Teil und einen schalthebelseitigen Teil, wobei beide Teile zur Übertragung einer Kraft vom schalthebelseitigen Teil auf den ansteuerelementseitigen Teil einen Wälz- und/oder Gleitkontakt haben. Ein Wälzkontakt kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass einer der Teile im Kontaktbereich als Rolle oder Rollenabnehmer ausgeführt ist. Über den Wälz- und/oder Gleitkontakt findet ein definiertes Zusammenspiel des ansteuerelementseitigen Teils und des schalthebelseitigen Teils des Kurvengetriebes statt. Somit kann eine präzise und wiederholgenaue Festlegung der Übersetzungsverhältnisse erfolgen.
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In einer Variante ist der schalthebelseitige Teil eine Kurvenscheibe und der ansteuerelementseitige Teil ein fingerförmiger Abnehmer. Die Übersetzungsverhältnisse können dann über die der Kurvenscheibe eingeprägte Kurvengeometrie individuell eingestellt werden. Das Zusammenwirken des fingerförmigen Abnehmers mit der Kurvenscheibe ist dabei verschleiß- und geräuscharm oder verschleiß- und geräuschlos. Die Betätigung des Schalthebels kann darüber hinaus so eingestellt werden, dass sie für den Fahrer leichtgängig und präzise ist.
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Vorzugsweise ist der Abnehmer an einem am Stirnradgetriebe verschiebbar gelagerten Schieberahmen befestigt und die Kurvenscheibe innerhalb des Schieberahmens angeordnet. Ein Verdrehen der Kurvenscheibe bewirkt also ein Verschieben des Schieberahmens. Die Getriebevorrichtung baut zudem sehr kompakt.
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In einer anderen Variante ist der schalthebelseitige Teil ein Schaltfinger und der ansteuerelementseitige Teil ein Kurvenrahmen. Diese Variante stellt die kinematische Umkehr der Variante mit einer Kurvenscheibe und einem fingerförmigen Abnehmer dar. Sie hat die gleichen Vorteile.
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Vorteilhafterweise ist der Schaltfinger im Inneren des Kurvenrahmens angeordnet und der Kurvenrahmen umfangsmäßig vorzugsweise vollständig geschlossen. Somit ist ein kompakter Aufbau der Getriebevorrichtung gewährleistet.
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Bevorzugt ist der schalthebelseitige Teil des Kurvengetriebes an einer Schaltwelle befestigt, wobei die Schaltwelle zur Betätigung der Synchronisierungseinheit um ihre Längsachse drehbar ist. Es kann so eine präzise Betätigung der Synchronisierungseinheit erfolgen.
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Die Getriebevorrichtung kann einen einzigen schalthebelseitigen Teil und mindestens zwei ansteuerelementseitige Teile umfassen, wobei die Schaltwelle entlang ihrer Längsachse derart verschiebbar ist, dass der schalthebelseitige Teil wahlweise mit jedem ansteuerelementseitigen Teil in Kontakt treten und ihn bewegen kann, wobei jedem ansteuerelementseitigen Teil ein eigenes Ansteuerelement mit einer eigenen, singulären, einer Fahrstufe zugeordnetem Synchronisierungseinheit zugeordnet ist. Dabei ist zu jeder Zeit immer nur ein ansteuerelementseitiger Teil mit dem schalthebelseitigen Teil in Kontakt. Die unterschiedlichen ansteuerelementseitigen Teile können einer Fahrstufe oder einer Schaltgasse der Getriebevorrichtung entsprechen. Es kann so eine Getriebevorrichtung mit mehreren Schaltstufen realisiert werden, wobei jedem ansteuerelementseitigen Teil beispielsweise eine Fahrstufe zugeordnet ist. Es wird eine verhältnismäßig kompakte und leichte Getriebevorrichtung mit mehreren Fahrstufen realisiert.
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In einer Gestaltungsvariante ist der Schalthebel über einen Bowdenzug mit der Schaltwelle gekoppelt. Damit kann der Schalthebel unabhängig von der Schaltwelle positioniert und orientiert werden. Es ergibt sich eine erhöhte Gestaltungsfreiheit bei der Anordnung der Komponenten der Getriebevorrichtung. Der Bowdenzug stellt eine kostengünstige und zuverlässige Kopplung dar.
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Gemäß einer vorteilhaften Gestaltung bewirkt ein Verkippen des Schalthebels in eine erste Richtung, die vorzugsweise einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs entspricht, über einen ersten Bowdenzug ein Verdrehen der Schaltwelle und ein Verkippen des Schalthebels in eine zweite Richtung, die vorzugsweise senkrecht zur ersten Richtung orientiert ist, über einen zweiten Bowdenzug ein Verschieben der Schaltwelle. Das Verdrehen der Schaltwelle entspricht dabei dem Einlegen einer Fahrstufe innerhalb einer Schaltgasse. Beispielsweise kann durch das Verdrehen der Schaltwelle in die erste Richtung der dritte Gang eines Handschaltgetriebes eingelegt werden und durch das Verdrehen der Schaltwelle in eine entgegengesetzte Richtung der vierte Gang. Ein Verkippen des Schalthebels in eine zweite Richtung und damit ein Verschieben der Schaltwelle kann einer Anwahl einer Schaltgasse eines Handschaltgetriebes entsprechen. Zum Beispiel kann so von der Schaltgasse mit dem ersten und zweiten Gang in die Schaltgasse mit dem dritten und vierten Gang gewechselt werden. Alternativ kann der Schalthebel anstatt verkippt zu werden auch in anderer Weise bewegt, zum Beispiel verschoben oder verdreht, werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Getriebevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform und
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2 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Getriebevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt eine Getriebevorrichtung 10 mit einem Schalthebel 12, der von einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs manuell betätigbar ist. Der Schalthebel 12 ist dafür in einem nicht weiter dargestellten Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet.
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Der Schalthebel 12 ist über einen ersten Bowdenzug 14 und einen zweiten Bowdenzug 16 mit einer Schaltwelle 18 gekoppelt. Dabei bewegt der erste Bowdenzug 14 über einen Hebelarm 20 die Schaltwelle 18. Der zweite Bowdenzug 16 ist über einen Schwenkhebel 22, an dem ein Mitnehmer 23 angeordnet ist, mit der Schaltwelle 18 gekoppelt.
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Die Schaltwelle 18 ist um eine Längsachse 24 verdrehbar und entlang der Längsachse 24 verschiebbar im Kraftfahrzeug gelagert (siehe Pfeile).
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Die Schaltwelle 18 ist dazu eingerichtet, Fahrstufen eines nicht dargestellten Stirnradgetriebes ein- und auszulegen. Dafür wirkt die Schaltwelle 18 über ein Kurvengetriebe 25 mit einer nur schematisch dargestellten Synchronisierungseinheit 28 und über ein Kurvengetriebe 26 mit einer ebenfalls nur schematisch dargestellten Synchronisierungseinheit 30 zusammen.
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Die Synchronisierungseinheiten 28, 30 sind jeweils einer einzigen Fahrstufe der Getriebevorrichtung 10 fest zugeordnet.
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In der dargestellten Ausführungsform sind lediglich zwei Synchronisierungseinheiten 28, 30 schematisch dargestellt. Es können auch mehr oder weniger Synchronisierungseinheiten in der Getriebevorrichtung 10 verwendet werden.
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Die Synchronisierungseinheit 28 wird von einem Ansteuerelement 32 und die Synchronisierungseinheit 30 von einem Ansteuerelement 34 betätigt. Die Ansteuerelemente 32, 34 sind in der dargestellten Ausführungsform als Schaltgabeln gestaltet.
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Das Ansteuerelement 32 ist dabei mit einem Kurvenrahmen 36 des Kurvengetriebes 25 verbunden. Der Kurvenrahmen 36 und damit das Ansteuerelement 32 sind quer zur Schaltwelle 18 verschiebbar im Kraftfahrzeug gelagert.
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In gleicher Weise ist das Ansteuerelement 34 mit einem Kurvenrahmen 38 des Kurvengetriebes 26 verbunden. Das Ansteuerelement 34 und der Kurvenrahmen 38 sind ebenfalls gemeinsam im Kraftfahrzeug verschiebbar, insbesondere parallel zum Kurvenrahmen 36.
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Die beiden Kurvenrahmen 36, 38 sind als umfangsmäßig vollständig geschlossene Rahmen ausgeführt und haben in ihrem Inneren eine Kurvengeometrie. Mit dieser Kurvengeometrie interagieren zwei Schaltfinger 40, 42, die fest mit der Schaltwelle 18 verbunden und im Inneren des Kurvenrahmens 36 oder des Kurvenrahmens 38 positioniert sind.
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In der dargestellten Ausführungsform umfasst also das Kurvengetriebe 25 einen ansteuerelementseitigen Teil, der durch den Kurvenrahmen 36 gebildet ist, und einen schalthebelseitigen Teil, der durch die Schaltfinger 40, 42 gebildet ist.
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Analog dazu umfasst das Kurvengetriebe 26 einen ansteuerelementseitigen Teil, der durch den Kurvenrahmen 38 gebildet ist. Der schalthebelseitigen Teil des Kurvengetriebes 26 ist wieder durch die Schaltfinger 40, 42 gebildet.
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Die Getriebevorrichtung 10 umfasst insgesamt einen schalthebelseitigen Teil und zwei ansteuerelementseitige Teile. Insbesondere die Anzahl der ansteuerelementseitigen Teile kann dabei je nach Anwendungsfall beliebig gewählt werden.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der Getriebevorrichtung 10 aus 1 erläutert.
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Als Ausgangssituation wird die in der 1 dargestellte Stellung der Getriebevorrichtung 10 gewählt, d. h., dass der Schalthebel 12 nicht betätigt ist und die beiden Schaltfinger 40, 42 innerhalb des Kurvenrahmens 36 in einer im Wesentlichen waagerechten Orientierung liegen.
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Wird nun ausgehend von dieser Position der Schalthebel 12 entlang einer ersten Richtung 44, die einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs entspricht, verkippt, so wird der erste Bowdenzug 14 betätigt. Dadurch wird die Schaltwelle 18 über den Hebelarm 20 in eine Drehbewegung um die Längsachse 24 versetzt.
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Damit gleiten der Schaltfinger 40 und/oder der Schaltfinger 42 auf der Kurvengeometrie des Kurvenrahmens 36 und verschieben so den Kurvenrahmen 36 entlang einer Richtung 46. Somit wird auch das Ansteuerelement 32 entlang der Richtung 46 verschoben und die Synchronisierungseinheit 28 geschaltet. Auf diese Weise können Fahrstufen der Getriebevorrichtung 10 ein- oder ausgelegt werden.
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Es wird nun ausgehend von der in 1 dargestellten Stellung der Schalthebel 12 in eine zweite Richtung 48 verkippt, die senkrecht zur ersten Richtung 44 und damit auch senkrecht zur Fahrtrichtung liegt.
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Durch dieses Verkippen wird der zweite Bowdenzug 16 betätigt. In der Folge wird der Schwenkhebel 22 verschwenkt und über den Mitnehmer 23 die Schaltwelle 18 entlang der Längsachse 24 verschoben. Die Schaltfinger 40, 42 werden vom Inneren des Kurvenrahmens 36 ins Innere des Kurvenrahmens 38 bewegt.
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Danach kann der Schalthebel wieder entlang der ersten Richtung 44 verkippt werden und so das Ansteuerelement 34 betätigen.
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Das Verschieben der Schaltwelle 18 entlang der Längsachse 24 entspricht zum Beispiel dem Wechseln von Schaltgassen in einem manuellen Schaltgetriebe.
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In der 2 ist ausschnittsweise eine zweite Ausführungsform der Getriebevorrichtung 10 dargestellt.
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In dieser Ausführungsform wird anstelle des Kurvengetriebes 25 oder des Kurvengetriebes 26 ein Kurvengetriebe 49 verwendet.
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Dazu ist auf der Schaltwelle 18 eine Kurvenscheibe 50 angeordnet. Diese wirkt mit einem Schieberahmen 52 zusammen, in dem sie angeordnet ist. Im Schieberahmen 52 sind zwei fingerförmige Abnehmer 54, 56 vorgesehen, die an der Stelle, die mit der Kurvenscheibe 50 in Kontakt steht, wahlweise mit jeweils einer Rolle 58, 60 oder einem Gleitkontakt versehen sind.
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Der Schieberahmen 52 ist verschiebbar im Kraftfahrzeug gelagert und mit einem nicht dargestellten Ansteuerelement einer ebensowenig dargestellten Synchronisierungseinheit verbunden.
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Das Kurvengetriebe 49 hat somit einen ansteuerelementseitigen Teil, der durch die fingerförmigen Abnehmer 54, 56 gebildet ist, und einen schalthebelseitigen Teil, der durch die Kurvenscheibe 50 realisiert ist.
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Die Funktionsweise der Getriebevorrichtung 10 nach der zweiten Ausführungsform ist wie folgt.
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Wird die Schaltwelle 18 durch die Betätigung des Schalthebels 12 um die Längsachse 24 verdreht, so wirkt die Außengeometrie der Kurvenscheibe 50 mit der Rolle 58 des fingerförmigen Abnehmer 54 und/oder der Rolle 60 des fingerförmigen Abnehmers 56 zusammen. Dadurch wird der Schieberahmen 52 verschoben. Der Schieberahmen 52 steuert so das nicht dargestellte Ansteuerungselement an. Ansonsten ist der Aufbau der Getriebevorrichtung wie bei 1.
