DE19609429A1 - Raste - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Raste mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Rasten werden verwendet, um Positionen von Schaltele­ menten vorübergehend zu fixieren oder Schaltwege zu begren­ zen und unbeabsichtigte Schaltungen zu verhindern. Bei handgeschalteten Getrieben, insbesondere bei Kraftfahrzeu­ gen, dienen sie dazu, unzulässige Schaltungen, z. B. bei Vorwärtsfahrt von einem Vorwärtsgang in den Rückwärtsgang, zu vermeiden. Derartige Fehlschaltungen können erhebliche Schäden am Getriebe oder Motor verursachen. Selbst Fehl­ schaltungen im Stillstand eines Fahrzeugs können gefährli­ che Situationen herbeiführen, z. B. wenn sich das Fahrzeug beim Anfahren unerwartet in die falsche Richtung bewegt. Vor allem bei Getrieben mit vielen Gangstufen ist es für den Fahrer nicht immer leicht, schnell und sicher den rich­ tigen Gang auszuwählen.

Die Rasten bestehen in der Regel aus federbelasteten Rastelementen, die während der Schaltbewegung an einem anderen Bauteil entlanggleiten und in Vertiefungen einra­ sten. Durch Anlaufschrägen ist es möglich, mit erhöhtem Kraftaufwand die Raste zu überdrücken. Um ein ungewolltes Überschalten der Rastposition zu vermeiden, muß die Feder­ kraft entsprechend groß bemessen werden. Dies vergrößert jedoch die Reibkräfte und damit die Schaltkräfte. Ferner bewirken die Reibkräfte, daß die Widerstandskräfte in der Ruhe wesentlich größer sind als in der Bewegung. Um den Schaltkomfort zu verbessern, ist man bemüht, die Reibkräfte zu reduzieren, z. B. durch den Einsatz von Wälzlagern und Kugelführungen.

Die im Rahmen des Schaltkomforts geforderte Leichtgän­ gigkeit einer Schalteinrichtung bringt jedoch vermehrt dynamische Probleme mit sich, d. h., daß schneller geschal­ tet werden kann, und die dabei entstehenden Massenträg­ heitskräfte führen dazu, daß die Rastpositionen überfahren werden, dies um so eher, wenn sie von anderen dynamischen Vorgängen überlagert werden, z. B. von Schwingungen und Stößen, wie sie im Fahrbetrieb häufig vorkommen. Ferner beeinflußt der Abstand zwischen zwei Rastpositionen das dynamische Verhalten ungünstig, da hierbei die Schaltele­ mente zwischen den Rastpositionen höhere Geschwindigkeiten erreichen, wodurch sich größere Massenkräfte ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Raste so zu gestalten, daß unter Berücksichtigung der Leichtgän­ gigkeit die Rastpositionen nicht ungewollt überfahren wer­ den.

Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Da die hydraulische Dämpfung im Ruhezustand nicht wirkt und langsamen Bewegungen nur einen unwesentlichen Widerstand entgegensetzt, beeinflußt sie die statischen Rastkräfte nicht. Diese können bei geringen Reibungskräften entsprechend den Erfordernissen nach Sicherheit ausgelegt werden. Größere dynamische Kräfte werden aber wirkungsvoll gedämpft, so daß versehentliche Fehlschaltungen, insbeson­ dere beim schnellen Schalten in kritischen Verkehrssitua­ tionen vermieden werden.

Bei der Ausführung nach Anspruch 2 wirkt ein Kolben mit einer Kolbenstange auf das Rastelement. Der Kolben ist in einem ölgefüllten Zylinder geführt, den er in zwei Kam­ mern teilt, die über eine Drosselstelle miteinander verbun­ den sind. Zum Ausgleich der wirksamen Kolbenflächen besitzt der Kolben an beiden Stirnseiten eine Kolbenstange, die ab­ gedichtet aus dem Zylinder herausgeführt ist. Dadurch ist das aus einer Kammer verdrängte Volumen gleich dem Ansaug­ volumen der anderen Kammer, so daß keine besondere Aus­ gleichsvorrichtung für das verdrängte Volumen, z. B. in Form eines Faltenbalgs, vorgesehen werden muß. Um den Zy­ linder sicher gegen Leckagen abzudichten, verwendet man vorteilhaft als Dichtringe sogenannte Quadringe, deren Querschnitt im wesentlichen quadratisch ist, wobei die Ecken als Dichtlippen ausgebildet sind.

Das Rastelement und die auf ihn wirkende Kolbenstange können getrennte Bauelemente sein. In diesem Fall werden keine Querkräfte übertragen, die den Kolben verklemmen oder die Reibung erhöhen könnten. Eine einfachere Lösung ergibt sich aber, wenn das Rastelement ein Rastbolzen ist, der mit der Kolbenstange fest verbunden ist, oder wenn die Kolbenstange selbst das Rastelement bildet.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der Zylinder mit Silikonöl gefüllt. Die Viskosität von Silikonöl ist nur in geringem Maße temperaturabhängig, so daß sich über große Temperaturbereiche eine gleichmäßige Dämpfung ergibt. Fer­ ner ist Silikonöl hydroelastisch, wodurch Stöße besonders weich aufgefangen werden.

Um eine wirksame Drosselung bei kleinen Hubbewegungen zu erreichen, muß der Drosselquerschnitt entsprechend klein dimensioniert werden. Wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung die Drosselstelle von dem Spalt zwischen dem Kol­ ben und dem Zylinder gebildet, kann sie durch die Auswahl einer geeigneten Passung dimensioniert werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, anstelle des Spaltes oder zu­ sätzlich Drosselbohrungen im Kolben vorzusehen, die die beiden Kammern miteinander verbinden.

Der Temperatureinfluß auf die Viskosität des hydrauli­ schen Mittels, z. B. das Silikonöl, kann dadurch verringert werden, daß sich die Drosselstelle mit zunehmender Tempera­ tur vermehrt schließt. Damit bleibt die Dämpfung trotz des dünnflüssigeren Mittels weitgehend konstant. Wird der Kol­ ben aus einem Werkstoff mit einem größeren Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten hergestellt als das Gehäuse, verringert sich der Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Gehäuse mit steigender Temperatur. Als Werkstoff eignen sich besonders entsprechende Kunststoffe.

Wenn die Dämpfung in Einrast- und Ausrastrichtung gleich wirksam ist, rastet das Rastelement nach dem Schal­ ten in die Ausgangslage verzögert wieder ein, so daß die volle Rastfunktion erst nach einer gewissen Zeit erreicht wird. Um dies zu vermeiden, wird zweckmäßigerweise parallel zur Drosselstelle ein Rückschlagventil geschaltet, das bei der Einrastbewegung öffnet.

Mit zunehmender Temperatur dehnt sich das hydraulische Mittel mehr aus als der Zylinder, so daß ab einer gewissen Temperatursteigerung hydraulisches Mittel durch die Dich­ tungen nach außen gedrückt wird. Fällt die Temperatur wie­ der ab, entsteht im Zylinder ein Vakuum. Dieses muß zu­ nächst ausgeglichen werden, bevor der Kolben hydraulisches Medium über die Drosselstelle verdrängen kann und die Dämp­ fung wirksam wird. Eine Ausgestaltung der Erfindung schafft hier Abhilfe, indem im Kolben oder in der Kolbenstange eine Ausgleichskammer vorgesehen wird, die über eine Verbin­ dungsbohrung mit der Kammer auf der Rastelementseite ver­ bunden ist. Das Ausdehnungsvolumen infolge der Temperatur­ erhöhung ist in der Praxis sehr gering. Daher reicht eine kleine Ausgleichskammer mit einem entsprechend kleinen ela­ stischen Element aus.

Da die Dämpfung nur bei der Ausrastbewegung des Rast­ elements wirken muß, ist die Ausgleichskammer mit der Kam­ mer des Zylinders auf der Rastelementseite verbunden. Die andere Kammer ist daher in allen Betriebsbereichen gefüllt und die Dämpfung setzt in Ausrastrichtung unmittelbar mit der Bewegung des Kolbens ein.

Anstelle von Rastbolzen können auch Rastkugeln verwen­ det werden. In beiden Fällen kann die Reibung reduziert werden, wenn die Rastelemente und oder ihre Betätigungsele­ mente mittels Kugeln gelagert oder geführt sind. Ferner wird die Reibung vermindert, wenn Anschläge die Bewegung der Rastelemente begrenzen, so daß diese zwischen zwei Rastpositionen nicht am Grund der Rastnut schleifen.

Damit der Kolben nicht in seiner Endlage an der Zylin­ derstirnwand festklebt, ist gemäß einer Ausgestaltung am Kolben bzw. an der Stirnseite des Zylinders ein schmaler Bund vorgesehen, und zwar bei einem ringförmigen Drossel­ spalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder im Bereich der Kolbenstange, und bei der Verwendung von Drosselbohrungen im Bereich des äußeren Umfangs. Anstelle des Bundes kann auch ein Zwischenring verwendet werden.

In der Beschreibung und in den Ansprüchen sind zahl­ reiche Merkmale im Zusammenhang dargestellt und beschrie­ ben. Der Fachmann wird die kombinierten Merkmale zweckmäßi­ gerweise im Sinne der zu lösenden Aufgaben auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusam­ menfassen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsge­ mäße Raste bei einem Handschaltgetriebe;

Fig. 2 einen Dichtring im Querschnitt und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Ausführung mit einer Rastkugel und einer Ausgleichskammer.

Handschaltgetriebe werden mit zwei Bewegungen geschal­ tet, nämlich einer Wählbewegung zur Auswahl einer Schalt­ gasse oder eines Gangs und einer Schaltbewegung zum Einle­ gen des gewählten Gangs. Grundsätzlich stehen translatori­ sche und rotatorische Bewegungen zur Verfügung, die der Konstrukteur der einen oder anderen Bewegung zuordnet.

Die Fig. 1 zeigt von einer Schalteinrichtung eine Drehwelle 10 mit einer Rastnut 11, in die ein Rastelement in Form eines Rastbolzens 8 eingreift. Die Rastnut 11 und der Rastbolzen 8 besitzen Anlaufschrägen 12, mit denen der Rastbolzen 8 zurückgeschoben werden kann. Der Weg des Rast­ bolzens 8, der in einem Schaltgehäuse 9 geführt ist, wird in Richtung auf die Rastnut 11 durch einen Bund 13 be­ grenzt, so daß die Drehwelle 10 ohne Berührung des Rastbol­ zens 8 innerhalb der Rastnut 11 verschoben werden kann.

Anstelle des Rastbolzens 8 kann auch ein anderes Rast­ element treten, z. B. eine Rastkugel 23, deren Leichtgän­ gigkeit durch Kugeln 24 verbessert wird. Natürlich können Kugeln auch zur Längsführung der Rastelemente oder eines Kolbens 14 verwendet werden.

Der Kolben 14 ist in einem Zylinder 15 geführt, und bildet an seinem Umfang mit diesem einen durch die gewählte Passung definierten Drosselspalt 7. Anstatt des Spaltes 7 oder zusätzlich zum Spalt 7 können Drosselbohrungen 16 im Kolben 14 vorgesehen werden, die zwei durch den Kolben 14 getrennte Kammern 17, 18 im Zylinder 15 verbinden.

Der Kolben 14 besitzt an seinen Stirnseiten Kolben­ stangen 6, die aus dem Gehäuse 1 herausgeführt und durch Dichtringe 5 in Form von Quadringen mit vier Dichtlippen gegenüber einem Gehäuse 1 und einem Deckel 3 gedichtet sind. Die Kolbenstangen 6 haben eine gleich große Quer­ schnittsfläche, so daß die Summe der Volumina der Kam­ mern 17, 18 unabhängig von der Position des Kolbens 14 kon­ stant ist. Ausgleichseinrichtungen, z. B. Faltenbälge, sind daher für diesen Zweck nicht erforderlich.

Der Deckel 3, der den Zylinder 15 verschließt, ist in das Gehäuse 1 eingeschraubt. Zwischen dem Deckel 3 und dem Gehäuse 1 befindet sich eine Kupferdichtung 2. Das Gehäu­ se 1 ist seinerseits in das Schaltgehäuse 9 eingeschraubt. Am Deckel 3 stützt sich eine Feder 4 ab, die über den Kol­ ben 14 und eine der Kolbenstangen 6 auf den Rastbolzen 8 wirkt.

Der Zylinder 15 ist mit einem Öl, insbesondere einem Silikonöl, gefüllt. Dieses wird mit steigender Temperatur dünnflüssiger, so daß bei gleichbleibendem Drosselspalt die Dämpfungswirkung nachläßt. Diese unerwünschte Wirkung wird durch einen Kolben 14 aus einem Werkstoff mit einem größe­ ren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der des Gehäuses 1 ausgeglichen, da sich dadurch der Drosselquerschnitt, nämlich der Querschnitt des Spalts 7, mit zunehmender Tempera­ tur verringert.

Ferner nimmt das Ölvolumen mit steigender Temperatur schneller zu als das Volumen des Zylinders 15. Wird ein bestimmter Druck überschritten, tritt das Öl aus dem Zylin­ der 15 aus. Bei einer späteren Abkühlung entsteht im Zylin­ der 15 ein Unterdruck, der die Dämpfwirkung stark beein­ trächtigt. Um dies zu vermeiden, hat der Kolben 14 bzw. die Kolbenstange 6 in der Ausführung nach Fig. 2 eine Aus­ gleichskammer 19 mit einem elastischen Element in Form eines Ausgleichskolbens 20, der durch eine Feder 21 bela­ stet ist. Eine Verbindungsbohrung 22 verbindet die Aus­ gleichskammer 19 mit der Kammer 18 des Zylinders 15 auf der Seite der Rastkugel 23. An die Stelle des Ausgleichskol­ bens 20 kann auch ein anderes nachgiebiges Element treten, z. B. ein Schaumstoffpolster mit geschlossenen Poren.

Durch diese Maßnahme bleibt die Kammer 17 immer ge­ füllt und die Dämpfung ist beim Überdrücken der Raste ge­ währleistet. In der anderen Bewegungsrichtung des Rastele­ ments schwächt die Ausgleichskammer 19 die Dämpfung ab. Dies ist erwünscht, da die Raste möglichst verzögerungsfrei einrasten soll, wenn in die Ausgangsstellung zurückgeschal­ tet wird. Ein Rückschlagventil 25, das parallel zur Dros­ selstelle geschaltet ist und zur Kammer 17 hin öffnet, dient dem gleichen Zweck, indem es die Drossel beim Einra­ sten überbrückt.

Es ist zweckmäßig, daß der Kolben 14 in der Einrastpo­ sition nicht mit der ganzen Stirnfläche an der Gegenfläche des Zylinders 15 anliegt. Dies kann dadurch vermieden wer­ den, daß der Bund 13 als Anschlag dient oder, wenn die Kol­ benstange 6 und der Rastbolzen 8 einstückig ausgebildet sind, durch einen schmalen Zwischenring oder vorstehenden Bund. Ferner kann es vorteilhaft sein, daß die einzelnen Teile der Raste und der Dämpfungseinrichtung zu einem Ein­ bauteil vereinigt sind und gemeinsam montiert werden.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse
2 Kupferdichtung
3 Deckel
4 Feder
5 Dichtring
6 Kolbenstange
7 Spalt
8 Rastbolzen
9 Schaltgehäuse
10 Drehwelle
11 Rastnut
12 Anlaufschräge
13 Bund
14 Kolben
15 Zylinder
16 Drosselbohrungen
17 Kammern
18 Kammer
19 Ausgleichskammer
20 Ausgleichskolben
21 Feder
22 Verbindungsbohrung
23 Rastkugel
24 Kugel
25 Rückschlagventil
26 Zwischenring

Claims (19)

1. Raste für handgeschaltete Getriebe mit einem feder­ belasteten Rastelement, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bewegung des Rastelements (8) hydraulisch gedämpft ist.

2. Raste nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf das Rastelement (8) ein Kol­ ben (14) wirkt, der in einem ölgefüllten Zylinder (15) ge­ führt ist, diesen in zwei über eine Drosselstelle (7) ver­ bundene Kammern (17, 18) teilt und an beiden Enden im Quer­ schnitt gleich große Kolbenstangen (6) hat, die abgedichtet aus dem Zylinder (15) herausragen.

3. Raste nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kolbenstan­ gen (6) durch Dichtringe (5) in Form von Quadringen abge­ dichtet sind.

4. Raste nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Rastelement ein Rastbolzen (8) ist, der mit einer der beiden Kolben­ stangen (6) verbunden ist.

5. Raste nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Rastbol­ zen (8) einen Bund (13) hat, der die Bewegung des Rastbol­ zen in Richtung Einrastung begrenzt.

6. Raste nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Kolben­ stange (6) das Rastelement bildet.

7. Raste nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zylin­ der (15) mit Silikonöl gefüllt ist.

8. Raste nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Rastelement mittels Kugeln gelagert ist.

9. Raste nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Rastbol­ zen (8), der Kolben (14) bzw. die Kolbenstangen (6) in Axialkugellagern geführt sind.

10. Raste nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Drossel­ stelle von einem Drosselspalt (7) zwischen dem Kolben (14) und dem Zylinder (15) gebildet wird.

11. Raste nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) aus einem Werkstoff mit einem größeren Wärmeausdehnungskoef­ fizienten besteht als das Gehäuse (1).

12. Raste nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) aus Kunststoff besteht.

13. Raste nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) Drosselbohrungen (16) aufweist.

14. Raste nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß parallel zur Drosselstelle (7, 16) ein Rückschlagventil (25) angeordnet ist, das zur Kammer (17) hin öffnet.

15. Raste nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) bzw. die Kolbenstange (6) eine Ausgleichskammer (19) mit einem nachgiebigen Element hat, die mit der Kammer (18) auf der Rastelementseite über eine Verbindungsbohrung (22) ver­ bunden ist.

16. Raste nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das nachgiebige Element ein Aus­ gleichskolben (20) ist, der von einer Feder (21) belastet ist.

17. Raste nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das nachgiebige Element von einem Polster aus einem elastischen Schaumstoff mit geschlossenen Poren gebildet wird.

18. Raste nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (14) mit einem schmalen Ringbund an der Zylinderstirnfläche an­ liegt.

19. Raste nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kolben (14) und der Zylinderstirnfläche ein schmaler Zwi­ schenring (26) angeordnet ist.