DE102005048300A1 - Schaltgetriebe und Schaltwelle für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltwelle für ein Kraftfahrzeug sowie ein Schaltgetriebe, insbesondere ein 6-Ganggetriebe, mit einer derartigen Schaltwelle. DOLLAR A Bekannte Schaltgetriebe zeigen Vibrationen des Handschalthebels sowie Geräuse durch ein sich drehendes Schaltkabel. DOLLAR A Zur Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, für die Schaltwelle eine Bremse vorzusehen, um die Drehschwingungen der mit dem Schaltkabel verbundenen Schaltwelle zu unterbinden. Eine Vorrichtung zum Öffnen der Bremse sorgt dafür, dass die Bremse beim Betätigen der Kupplung automatisch geöffnet wird.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Schaltwelle für ein Kraftfahrzeug sowie ein Schaltgetriebe mit dieser Schaltwelle, insbesondere ein 6-Ganggetriebe.
• Neue Schaltgetriebe für Personenkraftfahrzeuge verursachen unter Umständen bauartbedingt komfortbeeinträchtigende Schwingungen des Handschalthebels sowie ggf. Geräusche des Schaltseils. Dies ist insbesondere bei manchen 6-Ganggetrieben der Fall und hierbei bauartbedingt insbesondere im dritten und vierten Gang bei Getriebetypen, die auf einer oben liegenden Welle ohne permanente Tauchschmierung platziert sind.
• Die EP 0 681 124 B1 sieht zur Lösung dieses Problems vor, eine sich zwischen dem Schaltgetriebe und dem Handschalthebel befindliche Schaltstange zweigeteilt auszubilden, wobei sich durch deren Art der Verbindung eingeleitete Schwingungen dämpfen lassen. Nachteilig ist hierbei, dass je nach Fahrzeugtyp unterschiedliche Schaltstangen zum Einsatz kommen, die jede für sich modifiziert werden müssen.
• Die DE 101 38 729 A1 sieht vor, eine Schaltwelle zumindest zeitweise bewegungsfest mit einer Zusatzmasse zu koppeln um das Massenträgkeitsmoment für Schwenkvorgänge zu erhöhen. Die Lage rung der Zusatzmasse ist u. a. mit schwingungsdämpfenden Elementen versehen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die durch Vibrationen des Handschalthebels und/oder durch Schwingungen des Schaltseils hervorgerufenen Geräusche ohne eine Komfortbeeinträchtigung zu mindern, wobei die Lösung universell für viele Fahrzeugtypen anwendbar sein soll um fahrzeugtypspezifische Modifikationen zu vermeiden.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die Merkmale der Unteransprüche wiedergegeben.
• Die Lösung sieht in einem ersten Aspekt der Erfindung eine Schaltwelle für ein Kraftfahrzeug vor, bei der für die Schaltwelle eine Bremse vorgesehen ist. Durch die Bremse wird die Schaltwelle im eingelegten Gang, und damit wenn die o. g. Geräusche auftreten, teilweise blockiert, was die Geräusche beseitigt. Die Bremse besitzt ferner eine durch den Kupplungsvorgangs und dadurch automatisch betätigte Vorrichtung zum Öffnen der Bremse.
• Die oben genannte Lösung beruht zunächst auf der Erkenntnis, dass die Ursache der Geräusche eine niederfrequent taumelnde Schiebemuffe der Synchronisation ist. Diese Taumelbewegung pflanzt sich über die Schaltstange und den Schaltfinger zur Schaltwelle weiter. Die hierdurch verursachte Drehschwingung der Schaltwelle überträgt sich in eine entsprechende Drehschwingung des Schaltseils und verursacht auch die Vibration des damit verbundenen Handschalthebels. Aufbauend darauf besteht der Lösungsgedanke darin, eine Entkopplung in der Wirkkette Schaltgabel-Schaltwelle-Schaltseil-Handschalthebel vorzunehmen.
• Diese Entkopplung wird getriebeseitig vorgenommen. Dies hat den Vorteil, dass das Problem auf einen Schlag für eine Vielzahl von Fahrzeugtypen gelöst ist, da üblicherweise ein Getriebe für eine Vielzahl von Fahrzeugtypen eingesetzt wird. Eine Vielzahl modellabhängiger Einzellösungen, die außerhalb des Getriebes ansetzen, werden damit vermieden.
• Weiterhin wird durch die Lösung das Getriebebauvolumen nicht durch zusätzliche Anbauteile oder erforderliche Bewegungsräume im Bereich der Schaltbetätigung beeinträchtigt, sodass die Lösung packungsneutral einsetzbar ist.
• Ein weiterer Vorteil der Lösung besteht darin, dass Lastwechselbewegungen am Handschalthebel bei Gasstößen oder schnellem Gas-Wegnehmen vermieden werden.
• Als Bremse können beispielsweise eine mechanische Bremse, eine elektromagnetische Bremse (z. B. eine Wirbelstrombremse), eine Fluidbremse, oder Kombinationen dieser Bremsentypen vorgesehen sein. Wird beim Fahrzeug ein Kupplungsvorgang vorgenommen, so wird die Bremse automatisch geöffnet bzw. gelöst, sodass ein Schalten der Gänge ohne zusätzliche Reibung möglich ist. Diese Automatik kann derart realisiert sein, dass das Ziehen des Schaltseils oder der Schaltstange zum Aktivieren der Bremsenöffnungsvorrichtung genutzt wird. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass die sich damit einstellende Bewegung von Schaltseil oder Schaltstange mechanisch abgegriffen wird oder zum Betätigen des Ein-/Ausschalters einer elektrisch betriebenen Bremsenöffnungsvorrichtung genutzt wird. Das Öffnen der Bremse kann hierbei mechanisch, hydraulisch, mit einem Elektromotor oder auf andere Weise erfolgen.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bremse ein elastisches Element besitzt, dessen Vorspannung im geschalteten Gang die Bremse schließt. Auf diese Weise wird die Schaltwelle im eingelegten Gang, und damit wenn die o.g. Geräusche auftreten, teilweise blockiert, was die Geräusche beseitigt. Ergänzend hierzu besitzt sie Mittel zum Einkoppeln einer der besagten Vorspannung entgegenwirkenden Kraft zum Öffnen der Bremse.
• Als Krafteinkoppelmittel im Sinne des letzten Absatzes kann ein im Kupplungsölkreislauf des Schaltgetriebes vorgesehener Druckzylinder gewählt werden. Beim Kupplungsvorgang fließt Kupplungsöl in den Druckzylinder und übt auf dessen Arbeitskolben einen Druck aus. Dieser vom Druckzylinder aufgenommene Druck wirkt der Vorspannung des elastischen Elements entgegen und öffnet die Bremse. Diese Art des Bremsenöffnens erfolgt ohne weitere Maßnahmen und damit automatisch. Da die Bremse beim Schaltvorgang automatisch durch das Betätigen der Kupplung gelöst wird, wird der Schaltkomfort nicht gemindert.
• Als Krafteinkoppelmittel kann auch ein Elektromotor vorgesehen. Der Elektromotor ist durch das Betätigen der Kupplung auf automatische Weise aktivierbar, z.B. dadurch, dass das hierbei erfolgende Bewegen des Schaltseils direkt oder indirekt zum Betätigen des Ein/Aus-Schalters des Elektromotors benutzt wird. Auch in dieser Variante ist der Kraftaufwand für den Schaltaufwand nicht erhöht und der Schaltkomfort nicht gemindert.
• Als Einkoppelmittel kann ferner auch eine Hebelkonstruktion zum Einkoppeln einer von einer beliebigen Kraftquelle, z.B. einer Feder, stammenden Kraft gewählt werden.
• Die Bremse bewirkt bevorzugt eine reibschlüssige Verbindung im geschalteten Gang. Die reibschlüssige Verbindung kann zwischen der Schaltwelle und einem Reibelement vorliegen. Umfasst die Bremse beispielsweise das vorgenannte elastische Element, z.B. eine Feder, so drückt ihre Vorspannung das Reibelement gegen die Schaltwelle.
• Neben diesem Reibkontakt direkt an der Schaltwelle ist auch eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Reibelement und einem mit der Schaltwelle fest verbundenen Sperrzylinder möglich. Umfasst die Bremse beispielsweise das vorgenannte elastische Element, dann drückt die Vorspannung des elastischen Elements das Reibelement gegen den Sperrzylinder, bremst diesen und damit indirekt die Schaltwelle.
• Bei den reibschlüssigen Verbindungen der letzten beiden Absätze kann in einem Schadensfall bei Ausfall der Kupplungsbetätigung weiterhin geschaltet werden, wenn auch mit erhöhtem Kraftaufwand. Damit kann beispielsweise der Gang ausgelegt werden, um das Fahrzeug abschleppen zu lassen, auch wenn die Kupplungsbetätigung fehler- oder schadensbedingt nicht mehr funktioniert.
• Es versteht sich von selbst, dass die auf das Reibelement wirkende Spannung des elastischen Elements nicht direkt auf das Reibelement wirken muss, z.B. in Form einer direkt mit dem Reibelement in Kontakt stehenden Feder, sondern auch indirekt. Hierbei kann beispielsweise die Spannung über eine Hebelkonstruktion auf das Reibelement einwirken.
• Eine besonders einfache Bremsenausbildung ergibt sich, wenn die Bremse eine Baugruppe ist. In diesem Fall sind also beispielsweise der Druckzylinder, das elastische Element und das Reibelement eine Baugruppe, oder das elastische Element, das Reibelement und der Elektromotor. Diese Ausbildung hat den Vorteil, dass sie mit verringertem Aufwand als Einheit montierbar und austauschbar ist.
• Die Bremse kann unterschiedlich im Getriebe angeordnet sein. Eine Möglichkeit besteht darin, dass sie sich an der Gehäuseinnenseite abstützt. Alternativ hierzu kann die Bremse mit selbstzentrierter Lagerung um den Sperrzylinder herum angeordnet sein, wobei dann lediglich ein Stützmoment vom Gehäuse aufgenommen werden muss.
• Eine Platz sparende und kompakte Bremse ergibt sich bei der letztgenannten Ausführungsform dann, wenn die Schaltwelle über zwei zueinander beabstandete Sperrzylinder verfügt, die mit der Schaltwelle fest verbunden sind. In diesem Fall kann die Bremse im Freiraum zwischen den Sperrzylindern mit selbstzentrierter Lagerung angeordnet sein.
• Beispielartige Simulationen haben ergeben, dass bei einem Bremsmoment im einstelligen Newtonmeterbereich, und bevorzugt zwischen 1 Nm und 3 Nm, die Schwingungen der Schaltwelle beseitigt werden können, und sich dadurch die Vibrationen des Handschalthebels und die Geräusche des Schaltseils abstellen lassen.
• In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe ein Schaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein 6-Ganggetriebe, vorgesehen. Das Schaltgetriebe umfasst hierbei eine Schaltwelle wie oben beschrieben.
• Das Getriebe hat den Vorteil, dass das o. g. Geräuschproblem auf einen Schlag für eine Vielzahl von Fahrzeugtypen gelöst ist, da üblicherweise ein Getriebe für eine Vielzahl von Fahrzeugtypen eingesetzt wird. Eine Vielzahl modellabhängiger Einzellösungen, die außerhalb des Getriebes ansetzen, wird damit vermieden.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erkennbar die nachfolgend als nicht beschränkende Beispiele gegeben sind. Es stellt dar:
• 1 einen Schnitt durch ein Getriebe mit Blick in Richtung der Schaltwelle, in einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
• 2 einen Schnitt durch ein Getriebe mit Blick in Richtung der Schaltwelle, in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
• 1 zeigt ausschnittsweise ein Getriebe des Typs GM Powertrain F40. Das Getriebe 1 hat eine Schaltwelle 2, deren Achse senkrecht zur Zeichenebene steht. Die zylindrische Schaltwelle 2 ist von einem inneren Sperrzylinder 3 und einem äußeren Sperrzylinder 4 umgeben. Der innere und der äußere Sperrzylinder 3 bzw. 4 sind voneinander beabstandet, sodass zwischen ihnen ein Freiraum 5 existiert. Die Schaltwelle 2 wird in einem Gabelmaul 6 gehaltert.
• Die Synchronisation 7 umfasst unter anderem die Schiebemuffe 8, die insbesondere im dritten und vierten Gang dieses 6-Ganggetriebes niederfrequente Taumelbewegungen ausführen kann. Diese Taumelbewegungen führen zu einer Axialschwingung der Schaltstange 9, die sich über den Schaltfinger 10 fortpflanzt und zu einer Drehschwingung der Schaltwelle 2 führen kann.
• Zum Abstellen der Drehschwingung der Schaltwelle 2 ist eine Bremse 12 vorgesehen. Die Bremse 12 umfasst einen kreissegmentförmigen Reibbelag 13, der auf der Außenseite des mit der Schaltwelle 2 fest verschweißten äußeren Sperrzylinders 4 aufliegt. Der Reibbelag 13 ist mit einer Feder 14 verbunden, die sich an der Innenseite des Getriebegehäuses 15 abstützt. Im eingebauten Zustand weist die Feder 14 eine Vorspannung auf, sodass die Feder 14 gegen den Reibbelag 13, und dieser gegen den äußeren Sperrzylinder 4 drückt.
• Im eingelegten Gang wird durch den Reibklotz 13 eine Drehbewegung der mit dem äußeren Sperrzylinder 4 fest verbundenen Schaltwelle 2 durch Reibung erschwert. Simulationen zeigten, dass bei einem einstelligen Bremsmoment auf den äußeren Sperrzylinder 4, und insbesondere bei einem Wert von ca. 1 Nm bis 3 Nm, bevorzugt um ca. 2 Nm, keine Beschleunigungen am Handschalthebel mehr feststellbar sind. Dies galt insbesondere für den dritten oder vierten eingelegten Gang. Auch konnten durch Drehschwingungen des Schaltseils bedingte Geräusche sowie Lastwechselbewegungen nicht mehr festgestellt werden.
• Zum Öffnen der Bremse 12 ist ein schematisch dargestellter Druckzylinder 16 vorgesehen. Der Druckzylinder 16 befindet sich im Kupplungsölkreislauf 17, sodass beim Betätigen der Kupplung Kupplungsöl (nicht gezeigt) in die Öffnung 18 des Druckzylinders 16 einströmt, so wie es der Pfeil P andeutet. Durch das einströmende Kupplungsöl wird der innere Arbeitskolben des Druckzylinders 16 nach rechts in Richtung Getriebewand 15 verschoben. Da der Arbeitskolben mit der Feder verbunden ist, wirkt diese auf den Arbeitskolben ausgeübte Kraft der Federkraft entgegen. Hierdurch wird die Bremse 12 geöffnet, d.h. wird der Reibbelag 13 nicht mehr auf den äußeren Sperrzylinder 4 gedrückt. Das hydraulische Lösen der Bremse vermeidet a priori eine Beeinträchtigung des Schaltkomforts.
• Druckzylinder 16, Feder 14, und Reibbelag 13 bilden eine kompakte Baugruppe, die leicht montierbar und im Bedarfsfall austauschbar ist.
• 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der gleiche Bezugszeichen gleiche Getriebeelemente bezeichnen. Im Unterschied zu 1 umfasst die Bremse 12 nunmehr einen Elektromotor 19 anstelle des Druckzylinders 16. Im geschalteten Gang ist die Bremse geschlossen, d. h. reibt der Bremsbelag 13 an der Schaltwelle 2 und verhindert dadurch eine Drehschwingung der Schaltwelle 2. Der Elektromotor 19 wird bei Betätigung der Kupplung über nicht gezeigte Aktivierungsmittel aktiviert und bewirkt eine Entspannung der Feder 14. Dadurch wird der Reibbelag 13, der direkt an der Schaltwelle 2 angreift, nicht mehr gegen die Schaltwelle 2 gedrückt und die Bremse gelöst. Auch bei dieser Ausführungsform wird also eine Beeinträchtigung des Schaltkomforts vermieden.
• Elektromotor 19, Feder 14, und Reibbelag 13 bilden auch hier eine kompakte Baugruppe, die leicht montierbar und im Bedarfsfall austauschbar ist.

1

Getriebe

2

Schaltwelle

3

innerer Sperrzylinder

4

äußerer Sperrzylinder

5

Freiraum

6

Gabelmaul

7

Synchronisation

8

Schalt- bzw. Schiebemuffe

9

Schaltstange

10

Schaltfinger

11

Gangrad

12

Bremse

13

Reibbelag

14

Feder

15

Getriebegehäuse

16

Druckzylinder

17

Kupplungsölkreislauf

18

Öffnung

19

Elektromotor

Claims (14)

1. Schaltwelle für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass für die Schaltwelle eine Bremse (12) vorgesehen ist und dass der Bremse eine durch den Kupplungsvorgang betätigte Vorrichtung zum Öffnen der Bremse zugeordnet ist.
2. Schaltwelle für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse eine mechanische Bremse, eine elektromagnetische Bremse oder eine Fluidbremse ist.
3. Schaltwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Öffnen der Bremse einen Elektromotor (19) umfasst.
4. Schaltwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse ein elastisches Element (14) umfasst dessen Vorspannung im geschalteten Gang die Bremse schließt, und dass sie über Mittel (16, 19) zum Einkoppeln einer der besagten Vorspannung entgegenwirkenden Kraft zum Öffnen der Bremse verfügt.
5. Schaltwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Krafteinkoppelmittel ein Druckzylinder (16) im Kupplungsölkreislauf (17) vorgesehen ist, sodass beim Kupplungsvorgang der vom Druckzylinder aufgenommene Druck der Vorspannung des elastischen Elements entgegenwirkt und die Bremse öffnet.
6. Schaltwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Krafteinkoppelmittel ein durch den Kupplungsvorgang aktivierbarer Elektromotor (19) zum Öffnen der Bremse vorgesehen ist.
7. Schaltwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Krafteinkoppelmittel eine Hebelkonstruktion zum Einkoppeln der Kraft einer Kraftquelle vorgesehen ist.
8. Schaltwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse ausgebildet ist, im geschalteten Gang eine reibschlüssige Verbindung zwischen a) einem Reibelement (13) und der Schaltwelle, oder b) einem Reibelement und einem mit der Schaltwelle fest verbundenen Sperrzylinder (3, 4) einzugehen.
9. Schaltwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass a) das elastische Element, das Reibelement und der an den Kupplungsölkreislauf anschließbare Druckzylinder eine Baugruppe bilden, oder b) das elastische Element, das Reibelement und der Elektromotor eine Baugruppe bilden.
10. Schaltwelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Baugruppe an der Innenseite des Getriebegehäuses abstützt.
11. Schaltwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse mit selbstzentrierter Lagerung um einen Sperrzylinder herum angeordnet ist.
12. Schaltwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwelle über zwei zueinander beabstandete Sperrzylinder (3, 4) verfügt, und dass die Bremse selbstzentriert im Freiraum (5) zwischen den Sperrzylindern gelagert ist.
13. Schaltwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bremse ein Bremsmoment im einstelligen Newtonmeterbereich, und insbesondere zwischen 1 Nm und 3 Nm vorgesehen ist.
14. Schaltgetriebe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein 6-Ganggetriebe, mit einer Schaltwelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.