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Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In Kraftfahrzeuggetrieben sind Schalteinrichtungen
erforderlich, um eine Übersetzung
einem aktuellen Fahrzustand anzupassen. Bei Handschaltgetrieben
wird ein Gangwechsel vom Fahrer veranlasst und ausgeführt. Eine
Entlastung von dieser Tätigkeit hängt bei
teilautomatisierten Getrieben vom Grad der Automatisierung ab, wobei
bei vollautomatisierten Getrieben eine Getriebesteuerung eine Übersetzungsänderung
bzw. einen Gangwechsel herbeiführt.
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Aus dem Buch „Fahrzeuggetriebe" von G. Lechner und
H. Naunheimer, ISBN-3-540-57423-9, S. 227 ff sind gattungsbildende
Schalteinrichtungen bekannt. Auf der Seite 239 ist eine Schalteinrichtung dargestellt,
die zwei nadelgelagerte Losräder,
zwei Kupplungskörper
mit jeweils einer Schaltverzahnung und einem Reibkonus, zwei Synchronringe
mit jeweils einem Gegenkonus und einer Sperrverzahnung, einen Synchronkörper mit
einer Innenverzahnung für
einen Formschluss mit einer Getriebewelle und einer Klauenaußenverzahnung
für eine
Schaltmuffe, eine Schaltmuffe mit einer Klaueninnenverzahnung sowie
eine Rasteinrichtung mit drei gleichmäßig über den Umfang verteilten Rasteinheiten
umfasst.
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Vor Beginn des Schaltens wird die
Schaltmuffe mittels der Rasteinrichtung in einer Mittelstellung
gehalten. Wird von einem Kraftfahrzeugfahrer eine Schaltkraft eingeleitet,
führt diese
zu einer Axialbewegung der Schaltmuffe, wodurch Druckstücke der
Rasteinheiten über
in eine Rastnut der Schaltmuffe eingreifende Kugelbolzen zunächst den
Synchronring mit seinem Gegenkonus an den Reibkonus des Kupplungskörpers mit
einer Vorsynchronisationskraft drücken. Die Rastnut weist dabei
einen Flankenwinkel von ca. 45° auf.
Infolge der vorhandenen Drehzahldifferenz von Schaltmuffe und Synchronring gegenüber dem
Losrad wird der Synchronring bis zu einem Anschlag verdreht.
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Wird die Schaltmuffe weiter bewegt,
berühren
sich Dachschrägen
von der Klaueninnenverzahnung der Schaltmuffe und Dachschrägen von
der Klauenaußenverzahnung
des Synchronrings. Eine Hauptsynchronisation beginnt. An den Dachschrägen entsteht
ein Verzahnungsmoment, das entgegen einem Reibmoment zwischen dem
Reibkonus des Kupplungskörpers
und dem Gegenkonus des Synchronrings wirkt, jedoch kleiner ist als
dieses, so dass die Schaltmuffe in Schaltrichtung in seiner Bewegung gesperrt
ist. Mit Erreichen eines Gleichlaufs strebt das Reibmoment gegen
Null. Ein Entsperrvorgang beginnt. Das Verzahnungsmoment wird größer als das
Reibmoment und bewirkt über
die Dachschrägen ein
Rückdrehen
des Synchronrings. Die Schaltmuffe kann durchgeschaltet und eine
formschlüssige
Verbindung zwischen der Schaltmuffe und dem zu schaltenden Losrad
kann hergestellt werden.
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Zudem sind allgemein gattungsbildende Schalteinrichtungen
bekannt, bei denen eine Schaltkraft vollständig oder zu einer vom Kraftfahrzeugfahrer
aufgebrachten Kraft unterstützend
von einem Aktuator aufgebracht wird. Der Aktuator erzeugt dabei während des
Synchronisiervorgangs eine Schaltkraft. Bei der Vorsynchronisation
ist dabei über
die Rasteinrichtung eine Vorsynchronisationskraft zwischen 60 N
und 100 N aufbaubar, die vor einem Aufeinandertreffen der Dachschrägen der
Schaltmuffe und der Dachschrägen
des entsprechenden Synchronrings wirkt.
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Ein Ansprechweg zwischen den Dachschrägen der
Klaueninnenverzahnung der Schaltmuffe und den Dachschrägen der
Klauenverzahnung des Synchronrings beträgt in der Regel ca. 0,5 mm
bei einem Einfachkonus und ca. 0,8 mm bei einem Doppelkonus.
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Die Vorsynchronisation dient dazu,
vor dem Aufeinandertreffen der Dachschrägen durch Aufbringen einer
kleinen Axialkraft auf den Synchronring einen möglicherweise bestehenden Ölfilm auf
Reibflächen
der Reibkonusse abzuscheren und durch das dabei induzierte kleine
Drehmoment den Synchronring in Umfangsrichtung in eine stabile Sperrstellung zu
bringen.
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Ferner ist bekannt, bei gattungsbildenden Schalteinrichtungen
mit einem Aktuator eine Stellgeschwindigkeit bzw. eine Schaltkraft
des Aktuators kurz vor der Hauptsynchronisation zu reduzieren, um dynamische
Schläge
durch einen abrupten Spielumschlag beim Aufeinandertreffen der Dachschrägen möglichst
weitgehend zu vermeiden.
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Der Erfindung liegt insbesondere
die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schalteinrichtung bereitzustellen,
bei der trotz einer möglichst weitgehenden
Vermeidung von dynamischen Schlägen
zu Beginn der Hauptsynchronisation keine Reduzierung der Stellgeschwindigkeiten
erforderlich ist und damit Schaltzeiten reduzierbar sind. Sie wird
gemäß der Erfindung
durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer
Schalteinrichtung, insbesondere für ein automatisiertes Schaltgetriebe
eines Personenkraftfahrzeugs, mit einer Schaltmuffe, mit der über eine
Rasteinrichtung wenigstens ein Synchronring mit einer Vorsynchronisationskraft
belastbar ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass über die
Rasteinrichtung eine Vorsynchronisationskraft größer als 150 N aufbaubar ist.
Bei der Vorsynchronisation kann ein Reibmoment zwischen dem Synchronring
und einem mit dem Synchronring korrespondierenden Kupplungskörper erhöht werden
und bereits bei der Vorsynchronisation ein Umschlagen des Triebstranges
mit moderater Dynamik und somit unter Vermeidung des störenden Triebstranges
vollzogen werden, ohne dass eine Stellgeschwindigkeit, insbesondere eines
Aktuators, reduziert werden muss, wodurch die Schaltzeiten verkürzt werden
können.
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Die aufbaubare Vorsynchronisationskraft kann
insbesondere durch eine Geometrieveränderung einzelner oder mehrerer
Rastkörper
gesteigert werden. Weist die Rasteinrichtung wenigstens einen während einer
Vorsynchronisation in einer Rastnut gehaltenen Rastkörper auf,
kann konstruktiv einfach eine Erhöhung der Vorsynchronisationskraft
erreicht werden, indem die Rastnut mit einem Flankenwinkel größer als
60° und
besonders vorzugsweise mit einem Flankenwinkel zwischen 85° und 95° ausgeführt ist,
wobei unter einem Flankenwinkel ein Winkel zwischen einer Flanke
der Rastnut und einer im , Nutgrund, sich an die Flanke in Schaltrichtung
bzw. parallel zur Schaltrichtung – bei der die Flanke belastet wird – erstreckenden
Linie verstanden werden soll.
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Ferner kann die aufbaubare Vorsynchronisationskraft
durch Erhöhung
einer Rastfederkraft gesteigert werden, und zwar indem mehrere und/oder stärkere Federelemente
verwendet werden. Umfasst die Rasteinrichtung wenigstens eine Rasteinheit
mit wenigstens einem durch ein Federelement belasteten Rastkörper, ist
die Auslenkkraft des Rastkörpers in
seine Auslenkrichtung vorteilhaft größer als 30 N und/oder die Rasteinrichtung
ist mit mehr als drei Rasteinheiten ausgeführt. Zur Steigerung der Rastkraft kann
in einer Rasteinheit ein stärker
dimensioniertes Federelement und/oder es können auch innerhalb einer Rasteinheit
parallel geschaltete Federelemente verwendet werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein Ansprechweg zwischen einer
Schaltmuffenverzahnung und einer Synchronringverzahnung bei einem
Einfachkonus größer als
0,8 mm und bei einem Doppelkonus größer als 0,95 mm ist, wobei
unter einem Ansprechweg der Weg verstanden werden soll, den die
Schaltmuffe nach Kontaktierung mit dem Synchronring über die Rasteinrichtung
zurücklegen
muss, bis die Schaltmuffe mit ihrer Schaltmuffenverzahnung mit der
Synchronringverzahnung in Kontakt kommt. Die Vorsynchronisationskraft
kann dabei über
eine relativ lange Strecke und über
eine relativ lange Zeit wirken, wodurch das Umschlagen des Triebstranges
gedämpft wird
und sich damit moderat darstellt.
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Eine Vergrößerung des Ansprechwegs von herkömmlichen
0,5 mm bei einem Einfachkonus und 0,8 mm bei einem Doppelkonus kann
durch verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Umgestaltungen
einer bekannten Schalteinrichtung erreicht werden. Wird jedoch vorteilhaft
eine Verschleißreserve
des Synchronrings und einem mit dem Synchronring korrespondierenden
Kupplungskörper
in axialer Richtung reduziert und Druckstücke mit einer größeren Breite
verwendet, kann mit geringem konstruktiven Aufwand eine gewünschte Vergrößerung des
Ansprechwegs erreicht werden, ohne ein Spiel zwischen dem Druckstück und dem
Synchronring verkleinern zu müssen,
was zu unnötig
engen Toleranzen führen
würde.
Die Breite des Druckstücks
wird dabei vorteilhaft größer als
12 mm gewählt,
während
die Verschleißreserve
in axialer Richtung bei einem Einfachkonus vorteilhaft kleiner als 0,8
mm und bei einem Doppelkonus kleiner als 1,0 mm gewählt wird.
Unter Verschleißreserve
soll eine verschleißbedingte
Axialverschiebung des Synchronrings in Richtung des korrespondierenden Kupplungskörpers, im
Kontaktpunkt betrachtet, verstanden werden, bei dessen Erreichung
die Schalteinrichtung gewartet werden muss.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus
der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise
auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Schalteinrichtung,
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2 einen
schematisch dargestellten Ausschnitt eines Schnitts entlang der
Linie II-II in 1 beim
Vorsynchronisieren,
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3 der
Ausschnitt gemäß 2 beim Hauptsynchronisieren,
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4 der
Ausschnitt gemäß 2 beim Erreichen eines Synchronpunkts,
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5 der
Ausschnitt gemäß 2 beim Durchschalten,
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6 der
Ausschnitt gemäß 2 beim Verdrehen eines Losrads,
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7 der
Ausschnitt gemäß 2 beim Herstellen eines
Formschlusses und
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8 einen
vergrößerten Ausschnitt
VIII aus 1.
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1 zeigt
einen Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Schalteinrichtung
eines automatisierten Personenkraftfahrzeuggetriebes. Die Schalteinrichtung
umfasst einen auf einer Welle 22 drehfest gelagerten ringförmigen Synchronkörper 21,
der an seinem radial äußeren Bereich
drei gleichmäßig über den
Umfang verteilte Ausnehmungen aufweist, in denen drei Rasteinheiten
einer Rasteinrichtung 10 gelagert sind. Die Rasteinheiten
umfassen jeweils eine in radialer Richtung ausgerichtete Rastfeder 13,
die sich in radialer Richtung nach innen an einem Grund der Ausnehmung
abstützt
und in radialer Richtung nach außen auf einen von einer Kugel
gebildeten Rastkörper 12 wirkt
und diesen in eine Rastnut 11 einer den Synchronkörper 21 umschließenden,
ringförmigen
Schaltmuffe 23 drückt,
wobei der Rastkörper 12 von
einem Druckstück 16 mit
einer Durchgangsbohrung der Rasteinheit umschlossen ist. Die Schaltmuffe 23 ist über eine
an ihrem Innenumfang vorgesehene Schaltmuffenverzahnung 14 und über eine am
Außenumfang
des Synchronkörpers 21 vorgesehene
Synchronkörperverzahnung
drehfest und in axialer Richtung verschiebbar mit dem Synchronkörper 21 gekoppelt.
Die Rastnut 11, die eine Tiefe von ca. 1 mm aufweist, ist
als Rechtecknut ausgebildet bzw. weist zwei Flankenwinkel α, α' von ca. 90° auf, wobei unter
einem Flankenwinkel α, α' jeweils ein Winkel zwischen
einer Flanke der Rastnut 11 und einer im Nutgrund, sich
an die Flanke in Schaltrichtung bzw. parallel zur Schaltrichtung – bei der
die Flanke belastet wird – erstreckenden
Linie 26, 26' verstanden
werden soll (8).
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In axialer Richtung vor und nach
dem Synchronkörper 21 sind
Synchronringe 17, 17' angeordnet, die an ihrem Außenumfang
eine Synchronringverzahnung 15, 15' und an ihrem Innenumfang einen Reibkonus 24, 24' aufweisen.
Die Synchronringe 17, 17' sind jeweils radial außerhalb
von Reibkonussen 25, 25' von Kupplungskörpern 18, 18' angeordnet, die
jeweils mit einem auf der Welle 22 gelagerten Losrad 19, 19' drehfest gekoppelt
sind und an ihrem Außenumfang
eine Schaltverzahnung 20, 20' aufweisen.
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Die Druckstücke 16 weisen eine
Breite bD von ca. 12,5 mm auf. Ferner weisen
die Synchronringe 17, 17' mit ihren jeweils korrespondierenden Kupplungskörpern 18, 18' eine Verschleißreserve
in axialer Richtung von ca. 0,7 mm. auf, d.h. liegt ein Verschleiß der Reibkonusse 24, 24' bzw. 25,
25' vor, der im
Kontaktpunkt betrachtet eine Axialverschiebung des Synchronrings 17 bzw. 17' in Richtung
des jeweiligen Kupplungskörpers 18 bzw. 18' bewirkt, muss
die Schalteinrichtung ausgetauscht bzw. müssen Reibbeläge auf den
Reibkonussen 24, 24' bzw. 25,
25' erneuert
werden.
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Vor Beginn des Schaltens wird die
Schaltmuffe 23 mittels der Rasteinrichtung 10 in
einer Mittelstellung bzw. Ausgangsstellung gehalten. Wird, ausgelöst von einem
Kraftfahrzeugführer
oder vollautomatisiert, ein Schaltvorgang eingeleitet, wird die Schaltmuffe 23 über eine
Schaltkraft F eines nicht näher
dargestellten Aktuators in axialer Richtung zu dem zu schaltenden
Losrad 19 bzw. 19' verschoben. Nachfolgend
ist ein Schaltvorgang mit dem Losrad 19 beschrieben, wobei
ein Schaltvorgang mit dem Losrad 19' entsprechend abläuft.
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Die axiale Verschiebung der Schaltmuffe 23 infolge
der Schaltkraft F des Aktuators in Richtung Losrad 19 führt dazu,
dass die Druckstücke 16 mit dem
Synchronring 17 in Kontakt kommen und diesen mit seinem
Reibkonus 24 gegen den Reibkonus 25 des Kupplungskörpers 18 drücken. Es
findet eine Vorsynchronisation statt. Infolge einer vorhandenen Drehzahldifferenz
von der Schaltmuffe 23 und dem Synchronring 17 gegenüber dem
Kupplungskörper 18 und
dem Losrad 19 wird der Synchronring 17 bis zu
einem Anschlag verdreht (2).
Der Synchronring 17 wird vom Aktuator über die Schaltmuffe 23 und über die
Rasteinrichtung 10 mit einer Vorsynchronisationskraft FVS belastet.
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Erfindungsgemäß ist über die Rasteinrichtung 10 eine
Vorsynchronisationskraft FVS von ca. 160
N aufbaubar, d.h. bei einer Schaltkraft F über 160 N werden die Rastkörper 12 der
Rasteinrichtung 10 jeweils in radiale Richtung nach innen
entgegen der Federkräfte
der Rastfeder 13 ausgelenkt, wobei eine Auslenkkraft FA in Auslenkrichtung radial nach innen von
ca. 35 N wirkt (8).
Ein Ansprechweg sA zwischen der Schaltmuffenverzahnung 14 und
der Synchronringverzahnung 15 von ca. 0,9 mm wird überschritten
(2), wodurch Dachschrägen der
Schaltmuffenverzahnung 14 mit Dachschrägen der Synchronringverzahnung 15 in
Kontakt kommen (3). Eine
Hauptsynchronisation beginnt.
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An den Dachschrägen entsteht ein Verzahnungsmoment,
das entgegen einem Reibmoment zwischen dem Reibkonus 25 des
Kupplungskörpers 18 und
dem Reibkonus 24 des Synchronrings 17 wirkt, jedoch
kleiner ist als dieses, so dass die Schaltmuffe 23 in Schaltrichtung
in seiner Bewegung gesperrt ist. Mit Erreichen eines Gleichlaufs
strebt das Reibmoment gegen Null. Ein Entsperrvorgang beginnt. Das
Verzahnungsmoment wird größer als
das Reibmoment und bewirkt über
die Dachschrägen
ein Rückdrehen
des Synchronrings 17 (4).
Die Schaltmuffe 23 kann durchgeschaltet werden (5). Die Dachschrägen der
Schaltmuffenverzahnung 14 kommen mit Dachschrägen der
Schaltverzahnung 20 des Kupplungskörpers 18 in Kontakt,
der Kupplungskörper 18 und
das Losrad 19 werden entsprechend verdreht und eine formschlüssige Verbindung
zwischen der Schaltmuffe 23 und dem zu schaltenden Losrad 19 und
damit zwischen der Welle 22 und dem Losrad 19 wird
hergestellt.
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- 10
- Rasteinrichtung
- 11
- Rastnut
- 12
- Rastkörper
- 13
- Federelement
- 14
- Schaltmuffenverzahnung
- 15
- Synchronringverzahnung
- 16
- Druckstück
- 17
- Synchronring
- 18
- Kupplungskörper
- 19
- Losrad
- 20
- Schaltverzahnung
- 21
- Synchronkörper
- 22
- Welle
- 23
- Schaltmuffe
- 24
- Reibkonus
- 25
- Reibkonus
- 26
- Linie
- F
- Schaltkraft
- FVS
- Vorsynchronisationskraft
- α
- Flankenwinkel
- FA
- Auslenkkraft
- sA
- Ansprechweg
- bD
- Breite
- F
- Schaltkraft