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Die
Erfindung betrifft eine hydraulisch gedämpfte Raste mit den Merkmalen
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Rasten
werden verwendet, um Positionen von Schaltelementen vorübergehend
zu fixieren oder Schaltwege zu begrenzen und unbeabsichtigte Schaltungen
zu verhindern. Bei handgeschalteten Getrieben, insbesondere bei
Kraftfahrzeugen, 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 Fehlschaltungen im Stillstand eines
Fahrzeugs können
gefährliche
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 richtigen
Gang auszuwählen.
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Die
Rasten bestehen in der Regel aus federbelasteten Rastelementen,
die während
der Schaltbewegung an einem anderen Bauteil entlanggleiten und in
Vertiefungen einrasten. Durch Anlaufschrägen ist es möglich, mit
erhöhtem
Kraftaufwand die Raste zu überdrücken. Um
ein ungewolltes Überschalten der
Rastposition zu vermeiden, muß die
Federkraft 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.
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Die
im Rahmen des Schaltkomforts geforderte Leichtgängigkeit einer Schalteinrichtung
bringt jedoch vermehrt dynamische Probleme mit sich, d. h., dass
schneller geschaltet werden kann, und die dabei entstehenden Massenträgheitskräfte 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 Schaltelemente zwischen den Rastpositionen höhere Geschwindigkeiten
erreichen, wodurch sich größere Massenkräfte ergeben.
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Gattungsbildend
ist aus der
DE 4312
997 A1 eine Schaltarretierung bekannt mit einem federbelasteten
Rastelement, das in Richtung auf eine zu an erretierende Schaltstange
hin durch hydraulische oder pneumatische Mittel druckbeaufschlagbar
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulisch gedämpfte Raste
so zu gestalten, dass unter Berücksichtigung
der Leichtgängigkeit
die Rastpositionen nicht ungewollt überfahren werden.
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Sie
wird gemäß der Erfindung
durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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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, insbesondere beim schnellen
Schalten in kritischen Verkehrssituationen vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wirkt
ein Kolben mit einer Kolbenstange auf das Rastelement. Der Kolben
ist in einem ölgefüllten Zylinder
geführt,
den er in zwei Kammern teilt, die über eine Drosselstelle miteinander
verbunden sind. Zum Ausgleich der wirksamen Kolbenflächen besitzt
der Kolben an beiden Stirnseiten eine Kolbenstange, die abgedichtet
aus dem Zylinder herausgeführt
ist. Dadurch ist das aus einer Kammer verdrängte Volumen gleich dem Ansaugvolumen
der anderen Kammer, so dass keine besondere Ausgleichsvorrichtung
für das
verdrängte
Volumen, z. B. in Form eines Faltenbalgs, vorgesehen werden muß. Um den
Zylinder sicher gegen Leckagen abzudichten, verwendet man vorteilhaft
als Dichtringe sogenannte Quadringe, deren Querschnitt im wesentlichen
quadratisch ist, wobei die Ecken als Dichtlippen ausgebildet sind.
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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.
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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.
Ferner ist Silikonöl hydroelastisch,
wodurch Stöße besonders
weich aufgefangen werden.
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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 Kolben und dem Zylinder gebildet, kann sie durch die lichkeit
besteht darin, anstelle des Spaltes oder zusätzlich Drosselbohrungen im
Kolben vorzusehen, die die beiden Kammern miteinander verbinden.
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Der
Temperatureinfluß auf
die Viskosität
des hydraulischen Mittels, z. B. das Silikonöl, kann dadurch verringert
werden, dass sich die Drosselstelle mit zunehmender Temperatur vermehrt
schließt.
Damit bleibt die Dämpfung
trotz des dünnflüssigeren Mittels
weitgehend konstant. Wird der Kolben aus einem Werkstoff mit einem
größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten
hergestellt als das Gehäuse,
verringert sich der Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Gehäuse mit
steigender Temperatur. Als Werkstoff eignen sich besonders entsprechende
Kunststoffe.
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Wenn
die Dämpfung
in Einrast- und Ausrastrichtung gleich wirksam ist, rastet das Rastelement nach
dem Schalten 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.
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Mit
zunehmender Temperatur dehnt sich das hydraulische Mittel mehr aus
als der Zylinder, so dass ab einer gewissen Temperatursteigerung
hydraulisches Mittel durch die Dichtungen nach außen gedrückt wird.
Fällt die
Temperatur wieder ab, entsteht im Zylinder ein Vakuum. Dieses muß zunächst ausgeglichen
werden, bevor der Kolben hydraulisches Medium über die Drosselstelle verdrängen kann
und die Dämpfung
wirksam wird. Eine Ausgestaltung der Erfindung schafft hier Abhilfe,
indem im Kolben oder in der Kolbenstange eine Ausgleichskammer vorgesehen
wird, die über
eine Verbindungsbohrung mit der Kammer auf der Rastelementseite
verbunden ist. Das Ausdehnungsvolumen infolge der Temperaturerhöhung ist
in der Praxis sehr gering. Daher reicht eine kleine Ausgleichskammer
mit einem entsprechend kleinen elastischen Element aus.
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Da
die Dämpfung
nur bei der Ausrastbewegung des Rastelements wirken muß, ist die
Ausgleichskammer mit der Kammer 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.
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Anstelle
von Rastbolzen können
auch Rastkugeln verwendet werden. In beiden Fällen kann die Reibung reduziert
werden, wenn die Rastelemente und oder ihre Betätigungselemente 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.
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Damit
der Kolben nicht in seiner Endlage an der Zylinderstirnwand festklebt,
ist gemäß einer
Ausgestaltung am Kolben bzw. an der Strnseite des Zylinders ein
schmaler Bund vorgesehen, und zwar bei einem ringförmigen Drosselspalt
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.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt.
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Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Raste
bei einem Handschaltgetriebe;
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2 einen
Dichtring im Querschnitt und
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3 einen
Längsschnitt
durch eine Ausführung
mit einer Rastkugel und einer Ausgleichskammer.
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Handschaltgetriebe
werden mit zwei Bewegungen geschaltet, nämlich einer Wählbewegung
zur Auswahl einer Schaltgasse oder eines Gangs und einer Schaltbewegung
zum Einlegen des gewählten Gangs.
Grundsätzlich
stehen translatorische und rotatorische Bewegungen zur Verfügung, die
der Konstrukteur der einen oder anderen Bewegung zuordnet.
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Die 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 Rastbolzens 8, der in einem Schaltgehäuse 9 geführt ist,
wird in Richtung auf die Rastnut 11 durch einen Bund 13 begrenzt,
so dass die Drehwelle 10 ohne Berührung des Rastbolzens 8 innerhalb
der Rastnut 11 verschoben werden kann.
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Anstelle
des Rastbolzens 8 kann auch ein anderes Rastelement treten,
z. B. eine Rastkugel 23, deren Leichtgängigkeit durch Kugeln 24 verbessert wird.
Natürlich
können
Kugeln auch zur Längsführung der
Rastelemente oder eines Kolbens 14 verwendet werden.
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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.
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Der
Kolben 14 besitzt an seinen Stirnseiten Kolbenstangen 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
Querschnittsfläche,
so dass die Summe der Volumina der Kammern 17, 18 unabhängig von
der Position des Kolbens 14 konstant ist. Ausgleichseinrichtungen,
z. B. Faltenbälge,
sind daher für
diesen Zweck nicht erforderlich.
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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 Gehäuse 1 ist seinerseits
in das Schaltgehäuse 9 eingeschraubt.
Am Deckel 3 stützt
sich eine Feder 4 ab, die über den Kolben 14 und
eine der Kolbenstangen 6 auf den Rastbolzen 8 wirkt.
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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 größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten
als der des Gehäuses 1 ausgeglichen,
da sich dadurch der Drosselquerschnitt, nämlich der Querschnitt des Spalts 7,
mit zunehmender Temperatur verringert.
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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 Zylinder 15 aus. Bei einer späteren Abkühlung entsteht im Zylinder 15 ein
Unterdruck, der die Dämpfwirkung
stark beeinträchtigt.
Um dies zu vermeiden, hat der Kolben 14 bzw. die Kolbenstange 6 in
der Ausführung
nach 2 eine Ausgleichskammer 19 mit einem
elastischen Element in Form eines Ausgleichskolbens 20,
der durch eine Feder 21 belastet ist. Eine Verbindungsbohrung 22 verbindet
die Ausgleichskammer 19 mit der Kammer 18 des
Zylinders 15 auf der Seite der Rastkugel 23. An die
Stelle des Ausgleichskolbens 20 kann auch ein anderes nachgiebiges
Element treten, z. B. ein Schaumstoffpolster mit geschlossenen Poren.
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Durch
diese Maßnahme
bleibt die Kammer 17 immer gefüllt und die Dämpfung ist
beim Überdrücken der
Raste gewährleistet.
In der anderen Bewegungsrichtung des Rastelements schwächt die
Ausgleichskammer 19 die Dämpfung ab. Dies ist erwünscht, da
die Raste möglichst
verzögerungsfrei einrasten
soll, wenn in die Ausgangsstellung zurückgeschaltet wird. Ein Rückschlagventil 25,
das parallel zur Drosselstelle geschaltet ist und zur Kammer 17 hin öffnet, dient
dem gleichen Zweck, indem es die Drossel beim Einrasten überbrückt.
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Es
ist zweckmäßig, dass
der Kolben 14 in der Einrastposition nicht mit der ganzen
Stirnfläche an
der Gegenfläche
des Zylinders 15 anliegt. Dies kann dadurch vermieden werden,
dass der Bund 13 als Anschlag dient oder, wenn die Kolbenstange 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 Einbauteil vereinigt sind und gemeinsam montiert werden.
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- 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