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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe, insbesondere
für ein
Kraftfahrzeug, mit einem Getriebegehäuse, einer Antriebs- und einer
Abtriebswelle, die in unterschiedlichen Übersetzungen aneinander koppelbar
sind, einer Schaltwelle, die zwischen Stellungen, die den unterschiedlichen Übersetzungen
des Schaltgetriebes entsprechen, entlang vordefinierter Wege drehbar
und axial verschiebbar ist, sowie wenigstens einem Paar von Führungselementen,
die zusammenwirkend diese Wege vordefinieren. Ein solches Schaltgetriebe
ist zum Beispiel aus
DE
41 10 555 A1 bekannt.
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Dieses
bekannte Schaltgetriebe hat ein Getriebegehäuse, in dem sich die Schaltwelle
erstreckt, und die Schaltwelle trägt einen Schaltfinger, der
in einen Schlitz einer Schaltschiene eingreift, um über die Schaltschiene
eine der Übersetzungen
des Getriebes einzustellen. Ein Paar von Führungselementen ist gebildet
durch eine mit der Schaltwelle bewegliche Hülse und durch eine federbeaufschlagte
Kugel, die im Getriebegehäuse
montiert ist und in eine in der Hülse geformte Rinne eingreift.
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Um
eine Übersetzung
des Schaltgetriebes einzustellen, bewegt ein Fahrer die Schaltwelle
im Allgemeinen mit Hilfe eines in der Fahrgastzelle des Fahrzeuges
montierten Schalt-Wählhebels.
Die Kräfte,
die er dabei auf den Schalt-Wählhebel
ausübt,
liefern ihm eine haptische Rückmeldung über den
Ablauf des Schaltvorganges. Aufgrund unterschiedlicher Getriebekonstruktionen
ist der Verlauf dieser Kräfte
im Allgemeinen von einem Kraftfahrzeugmodell zum anderen unterschiedlich,
was vom Fahrer bei jedem Wechsel von einem Fahrzeugmodell zu einem
anderen eine Umgewöhnung
verlangt und zunächst
ein Gefühl
der Unsicherheit hervorruft. Auch Reparaturen am Getriebe können dazu
führen,
dass sich der Kraftverlauf ändert,
was für
einen Fahrer zunächst
ein subjektives Gefühl
der Unzufriedenheit mit der Reparatur hervorrufen kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist, einen Aufbau für ein Schaltgetriebe anzugeben,
bei dem es zumindest einfacher als bei den herkömmlichen Schaltgetrieben ist,
einen reproduzierbaren Kraftverlauf bei einer Schaltbewegung zu
erzeugen.
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Die
Aufgabe wird gelöst,
indem bei einem Schaltgetriebe der eingangs angegebenen Art der erste
Flansch lösbar
an dem Getriebegehäuse
befestigt und mit der Schaltwelle zu einer Baueinheit verbunden
ist. Dadurch wird die Möglichkeit
geschaffen, an der Baueinheit die Beweglichkeit der Schaltwelle und
das Zusammenwirken der Führungselemente auszutesten,
ohne dass die Führungswelle
gleichzeitig eine Schaltbewegung antreibt, und es können, wenn
die auftretenden Kräfte
von erwarteten Werten abweichen, ggf. Korrekturen an der Baueinheit
vorgenommen werden.
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Die
Schaltwelle ist vorzugsweise durch den das zweite Führungselement
tragenden Flansch hindurchgeführt.
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Vorzugsweise
ist das mit der Schaltwelle bewegliche erste Führungselement eine Spitze und
das am Flansch montierte zweite eine von der Spitze abgetastete
Führungskontur.
Eine solche Führungskontur
kann bei gleich bleibenden Abmessungen der Baueinheit größer gemacht
werden als im umgekehrten Fall, in welchem eine gehäusefeste
Spitze eine mit der Welle verbundene Führungskontur abtastet. Je größer die
Führungskontur
gemacht werden kann, umso geringer ist der Einfluss von unvermeidbaren Fertigungsungenauigkeiten
der Führungskontur
auf die Schaltbewegung.
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Um
die Beweglichkeit der Schaltwelle auf einfache Weise beeinflussen
zu können,
ist vorzugsweise die Federkraft einer Feder, die die Führungselemente
gegeneinander drückt,
justierbar.
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Die
Baueinheit ist vorzugsweise am Getriebegehäuse verankert, indem der erste
Flansch an einem komplementären,
einen Bestandteil des Getriebegehäuses bildenden zweiten Flansch
befestigt ist. Dabei weist zweckmäßigerweise einer der Flansche einen
Zentrierkörper
auf, der in eine komplementäre Aussparung
des jeweils anderen Flansches eingreift, um die Baueinheit in Bezug
auf das Getriebegehäuse zu
positionieren.
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Insbesondere
kann der Zentrierkörper
Teil des ersten Flansches sein, wobei dann das zweite Führungselement
zweckmäßigerweise
an dem Zentrierkörper
angebracht ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren. Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch einen eine Baugruppe mit Schaltwelle, Flansch und
Führungselementen,
teilweise eingeführt
in ein fragmentarisch dargestelltes Getriebegehäuse;
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2 eine
Abrollung von in einer Hülse
der Baugruppe geformten Rinnen;
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3 einen
vergrößerten Teil
der Baugruppe aus 1 in perspektivischer Ansicht;
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4 ein
Detail der Baugruppe aus 3;
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5 einen
Schnitt durch die Federkapsel aus 4
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6 einen
Schnitt durch eine alternative Ausgestaltung einer Federkapsel;
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7 eine
Teilansicht einer Schaltwelle-Flansch-Baugruppe gemäß einer
zweiten Ausgestaltung;
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8 die
Baugruppe aus 7, gesehen von ihrer dem Getriebegehäuse zugewandten
Seite her; und
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9 die
Baugruppe aus einer zur Schaltwelle parallelen Blickrichtung.
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1 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht einen Flansch 4, der
Bestandteil eines bruchstückhaft
dargestellten Getriebegehäuses 25 ist.
Im Inneren des Getriebegehäuses 25,
unterhalb des in 1 gezeigten Fragments, ist ein
Schaltgetriebe mit mehreren Übersetzungsstufen
untergebracht, dessen genaue Gestalt, wie auch die des Getriebegehäuses 25 mit
Ausnahme des Flansches 4, für die vorliegende Erfindung
nicht von Belang ist und deshalb nicht gezeigt ist und nicht weiter
erläutert
wird. Eine Schaltwelle 1 ist einer durch die zentrale Öffnung des
Flansches 4 teilweise ins Innere des Getriebegehäuses 25 eingeführten Stellung
gezeigt. Die Schaltwelle 1 ist mit einem Flansch 26,
gegen den sie drehbar und axial verschiebbar ist, zu einer Baugruppe
verbunden. Der Flansch 26 ist vorgesehen, um an dem Flansch 4 des
Getriebegehäuses 25,
z.B. mittels Schrauben 32, montiert zu werden. In montierter Stellung
des Flansches 26 sind die Welle 1 umgreifende
Muffen 2, 3 im Inneren des Schaltgetriebegehäuses 25 gehalten,
um die Dreh- und Translationsachse der Schaltwelle 1 exakt
festzulegen. Zwischen den Muffen 2, 3 vorstehende
Schaltfinger 8 greifen an Teilen des Schaltgetriebes an,
um dessen Schaltbewegungen anzutreiben. Eine Bewegung der Welle 1 wird
ihrerseits über
einen Wählhebel 6 und
einen Schalthebel 7 bewirkt, die an einem über eine
Außenseite
des Flansches 26 aus dem Getriebegehäuse heraus vorspringenden Kopfabschnitt
der Schaltwelle 1 angreifen.
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Die
Position der zwei Flansche 4, 26 in Bezug aufeinander
ist u. a. festgelegt durch eine flachzylindrische Scheibe 14,
die an der dem Getriebegehäuse 25 zugewandten
Seite des Flansches 26 befestigt ist und in montiertem
Zustand in die Öffnung des
Flansches 4 formschlüssig
eingreift.
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Der
Radius der Scheibe 14 und der sie aufnehmenden Öffnung des
Flansches 4 ist größer als der
aller anderen in das Getriebegehäuse 25 eingreifenden
Teile der aus dem Flansch 26 und der Welle 1 bestehenden
Baugruppe, so dass letztere ohne Schwierigkeiten durch die Öffnung des
Flansches 4 in das Getriebegehäuse 25 eingeführt und
darin montiert werden können.
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An
der von dem Flansch 26 abgewandten Seite der Scheibe 14 ist
eine Schürze 5 angebracht, die
in etwa die Gestalt eines mittig aufgeweiteten Hohlzylindersektors
mit zur Welle 1 paralleler Achse hat. Die Schürze 5 kann
zu einer rings um die Welle 1 verlaufenden Hülse geschlossen
sein; in der Praxis erstreckt sie sich um die Schaltwelle 1 über einen Winkel,
der nicht wesentlich größer als
die Drehbewegungsfreiheit der Schaltwelle 1 ist. An einer
der Schaltwelle 1 zugewandten Oberfläche der Schürze 5 sind rinnenförmige Vertiefungen 9 vorgesehen. Diese
rinnenförmigen
Vertiefungen 9 sind ein Abbild der möglichen Schaltwege, auf denen
sich die Schaltwelle 1 beim Wechsel zwischen den verschiedenen Übersetzungsstufen
des Schaltgetriebes bewegen kann.
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In 2 ist
eine Abrollung dieser Rinnen 9 gezeigt. Die mehreren Rinnen 9 bilden
ein Muster, das einer herkömmlichen
Schlitzkulisse entspricht. Es gibt eine Mehrzahl von parallelen
Rinnen, auch als Seitenrinnen 13 bezeichnet, und eine zu
den Seitenrinnen 13 senkrechte, diese kreuzende Hauptrinne 12.
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3 zeigt
in größerem Maßstab den
Kopfbereich der Schaltwelle 1 und die Schürze 5.
In einem an der Schaltwelle 1 verschraubten und mit dieser
beweglichen Ring 15 ist eine Federkapsel 10 eingelassen,
aus deren Ende eine entgegen der Kraft einer Feder radial verschiebbare
Kugel 11 ragt. Die Kugel 11 rollt in den Rinnen 9 der
Schürze 5 ab,
wobei die Wege, die die Kugel 11 durchlaufen kann, durch den
in 2 gezeigten Verlauf der Rinnen 9 vorgegeben
sind.
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4 zeigt,
abermals vergrößert, lediglich die
Federkapsel 10 und einen Ausschnitt der Hülse 5 in
ihrer Beziehung zueinander. Die Kugel 11 taucht in die
Rinnen 9 ein und legt so die Schaltbewegungen fest, die
die Welle 1 ausführen
kann. Bei diesen Schaltbewegungen rollt die Kugel 11 unter
dem Druck einer in der Federkapsel 10 untergebrachten Feder
am Boden der Rinnen 9 entlang. Wenn die Kugel 11 das
Ende einer der Seitenrinnen 13 erreicht, so entspricht
dies einer Stellung der Welle 1, bei der im Schaltgetriebe
ein Gang eingelegt ist; befindet sich die Kugel 11 in der
Hauptrinne 12, so ist das Schaltgetriebe im Leerlauf.
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Die
Rinnen 12, 13 weisen an ihren Kreuzungsstellen
abgerundete Kanten auf, so dass die Kugel 11 ohne Hindernisse
bzw. ohne zu verkanten von der Hauptrinne 12 in eine der
Seitenrinnen 13 und zurück
wechseln kann.
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Wie
in 4 zu erkennen ist, hat die Hülse 5 einen in axialer
Richtung der Welle 1 V-förmig geknickten Verlauf, so
dass ein Punkt 16 am Boden der Hauptrille 12 weiter
von der Achse der Welle 1 entfernt ist als der Rest der
Hauptrinne 12. Zu diesem strebt die Kugel 11 unter
dem Druck der Feder hin, wenn das Getriebe in Leerlaufstellung geschaltet
ist, d. h. wenn sich die Kugel 11 in der Hauptrinne 12 befindet.
Dadurch ist das Getriebe stabil in der Leerlaufstellung gehalten
und kann keine ungewollten Schaltbewegungen aus der Leerlaufstellung
heraus z.B. aufgrund von äußeren Erschütterungen
ausführen.
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In ähnlicher
Weise wie in 4 für die Hauptrinne 12 gezeigt,
können
auch die Nebenrinnen 13 lokal variable Radien in Bezug
auf die Achse der Welle 1 aufweisen. So können sie
einerseits auf wenigstens einem zentralen Abschnitt ihrer Länge zur
Hauptrinne hin zunehmenden Radius aufweisen, um so eine selbsttätige Bewegung
der Welle 1 aus einer einem Gang entsprechenden Stellung
zur Leerlaufstellung zu unterstützen,
noch bevor die Kugel die Nebenrinne 13 verlassen hat.
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Andererseits
können
sie auf einem peripheren Abschnitt jeweils einen zum Ende der Rinne 13 zunehmenden
Radius aufweisen, der, sobald die Kugel diesen peripheren Abschnitt
erreicht, eine selbsttätige
Bewegung der Welle in eine einem eingelegten Gang entsprechende
Stellung unterstützt.
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Die
Stärke
der Kraft, die eine losgelassene Schaltwelle in die Leerlaufstellung
treibt oder die ein Fahrer anwenden muss, um die Schaltwelle 1 in
eine einem eingelegten Gang entsprechende Stellung zu bringen, hängt ab von
der Federkraft, mit der die Kugel 11 gegen den Boden der
Rinnen 9 gedrückt
ist. Da die Schaltwelle 1 mit der Federkapsel 10 und
der die Schürze 5 tragende
Flansch 26 zu einer Baugruppe verbunden sind, ist an dieser
Baugruppe die Federkraft bereits wirksam, bevor die Schaltwelle 1 in das
Getriebegehäuse 25 eingesetzt
ist, anders als bei einem herkömmlichen
Getriebe, bei welchem entsprechende Federkapseln im Getriebegehäuse montiert
sind. Somit kann die von der Federkapsel auf die Schaltwelle 1 ausgeübte Rückstellkraft
ohne Verfälschung
durch einen Schaltwiderstand des Getriebes erfasst und ggf. auf
einen gewünschten
Wert eingestellt werden.
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Ein
Einstellen der Federkraft ist beispielsweise möglich bei dem in 5 im
Schnitt gezeigten Aufbau der Federkapsel 10. Ein im Wesentlichen hohlzylindrischer
Kapselmantel 27 ist an einem Ende mit einem Innengewinde
versehen, in das ein Kapselboden 28 eingeschraubt ist.
Zwischen dem Kapselboden 28 und einem die Kugel 11 drehbeweglich
haltenden Kopfstück 29 der
Federkapsel ist eine Druckfeder 30 eingefügt, die
das Kopfstück 29 vom
Kapselboden 28 fort und gegen die (in 5 nicht
gezeigte) Schürze 5 treibt.
Der Druck, den die Druckfeder 30 auf das Kopfstück 29 in
einer gegebenen Stellung desselben ausübt, hängt ab vom Abstand zwischen Kopfstück 29 und
Kapselboden 28, d.h. davon, wie weit der Kapselboden 28 in
den Kapselmantel 27 eingeschraubt ist.
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Um
eine Verstellung des Kapselbodens 28 vorzunehmen, ist es
erforderlich, diesen aus dem Ring 15 zu entnehmen; indem
jedoch ein rückwärtiges Ende
des Kapselmantels 27 auf einer Schulter 31 der
die Federkapsel aufnehmenden Bohrung des Ringes 15 ruht,
ist die Position der Federkapsel 10 jederzeit reproduzierbar.
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Einer
vereinfachten Ausgestaltung zufolge können auch Kapselmantel und
Kapselboden eine feste Einheit bilden; in diesem Fall ist es möglich, die von
der Feder 30 auf die Schürze 5 ausgeübte Kraft mit
Hilfe von Unterlegscheiben oder -ringen auf das gewünschte Maß einzustellen,
die zwischen die Federkapsel und den Boden der Bohrung oder die Schulter 31 eingefügt werden.
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Eine
weitere Ausgestaltung einer Federkapsel 10, die die Einstellung
der von der Kugel 11 auf die Schürze 5 ausgeübten Kraft
bei montierter Federkapsel erlaubt, ist in 6 gezeigt.
Die in einer Bohrung des Ringes 15 aufgenommene Federkapsel 10 ist
halb im Schnitt und halb in Seitenansicht gezeigt. Sie hat einen
Kapselmantel 27, der in seinem hinteren, in die Bohrung
eintauchenden Bereich ein Außengewinde
trägt,
das in ein komplementäres
Innengewinde der Bohrung des Ringes 15 eingreift. An einem
vorderen Ende des Kapselmantels 27 ist ein Sechskant 33 geformt,
der es erlaubt, die in der Bohrung montierte Federkapsel 10 kontinuierlich
zu drehen und damit ihre Eindringtiefe in die Bohrung so zu justieren,
dass die Kraft, mit der die zwischen dem einteilig mit dem Kapselmantel 27 ausgebildeten
Boden 28 und dem Kopfstück 29 eingespannte
Druckfeder 30 das Kopfstück 29 gegen die Schulter 5 presst, einen
gewünschten
Wert annimmt.
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7 zeigt
einen Teil einer zur Montage an einem Flansch des Getriebegehäuses vorgesehenen,
den Flansch 26 und die Schaltwelle 1 umfassenden
Baugruppe gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Teile dieser Ausgestaltung,
die denen der mit Bezug auf die vorhergehenden Figuren beschriebenen
Ausgestaltungen entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen,
und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt. Die Baugruppe der 7 weist
ein zusätzliches
Rastelement in Form einer Federkapsel 18 mit einer Kugel 17 auf,
die mit weiteren, zweiten Konturen einer Schürze 5' zusammenwirkt. Die Schürze 5' kann einteilig
mit der Schürze 5 ausgeführt sein
oder unabhängig
von dieser in Bezug auf den Flansch 26 fest montiert sein.
Die Federkapsel 18 ist wie die Federkapsel 10 in
den mit der Welle 1 verschraubten Ring 15 eingelassen.
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8 und 9 zeigen
eine Teilansicht der Baugruppe aus 7, gesehen
aus Richtung des Getriebegehäuses
bzw. eine Ansicht dieser Baugruppe gesehen entlang der Welle 1 vom
Innern des Getriebegehäuses
her. Die sich axial versetzt gegenüberliegenden Federkapseln 10, 18 sind
in 8 weggelassen; an ihrer Stelle sind nur die sie
aufnehmenden Bohrungen zu sehen. In der Darstellung der 9 ist
die Federkapsel 10 hinter dem Schaltfinger 8 verborgen.
Die der Federkapsel 18 gegenüberliegende Schürze 5' weist eine
zentrale Rinne 19 auf, die sich parallel zur Längsachse 22 der
Welle 1 erstreckt. Die Lage der Rinne 19 ist in
Umfangsrichtung der Schürze 5' so gewählt, dass
die Stellung, die die Welle 1 annimmt, wenn sich die Kugel 17 der
Federkapsel 18 in der Rinne 19 befindet, einem
Leerlaufzustand des Schaltgetriebes entspricht. Wenn dies der Fall
ist, befindet sich die Kugel 11 in der in 2 gezeigten
Hauptrinne 12.
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Die
Rinne 19 ist, wie in 8 gezeigt,
von zwei seitlich abfallenden Rampen 20, 21 umgeben. Wenn
die Welle 1 um ihre Achse 22 gedreht wird, rollt oder
gleitet die Kugel 17 der Federkapsel 18 auf einer der
Rampen 20 bzw. 21 ab, während gleichzeitig die Kugel 11 sich
entlang einer der in 2 gezeigten Seitenrinnen 13 bewegt.
Dabei entspannt sich die Federkapsel 18. Schließlich erreicht
die Kugel 17 eine Ruheposition an einer Basis 23 oder 24 der Rampe 20 oder 21.
Diese Ruheposition entspricht jeweils einem eingelegten Gang des
Getriebes. Ein Schalten des Getriebes in einen gewünschten
Gang wird dadurch erleichtert und somit der Schaltkomfort erhöht.
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Da
die auf der Rampe 20 oder 21 gleitende Federkapsel 18 die
Welle 1 mit einem Drehmoment beaufschlagt, welches diese
auf eine Ruheposition zutreibt, braucht ein entsprechendes Drehmoment nicht
wie bei der Ausgestaltung der 1 von der
Federkapsel 10 erzeugt zu werden. Die Seitenrinnen 13 können daher
bei konstantem Radius verlaufen, und die Steigung der Hauptrinne 12 kann
der gesamten Bewegungsfreiheit der Federkapsel 10 entsprechen. Indem
somit die Steigung der Hauptrinne 12 gegenüber der
Ausgestaltung von 1 vergrößert ist, kann bei gleicher
Federkonstante eine höhere
Stellkraft in axiale Richtung der Welle 1 ausgeübt werden.
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Da
die eine axiale Verschiebung bzw. eine Drehung der Welle 1 bewirkenden
Rückstellkräfte bei dieser
Ausgestaltung von verschiedenen Federkapseln 10, 18 erzeugt
werden, besteht durch Justieren dieser Federkapseln 10, 18 die
Möglichkeit,
diese Rückstellkräfte unabhängig voneinander
einzustellen, wodurch die Nachbildung eines vorgegebenen Verlaufs
der bei einem Schaltvorgang vom Fahrer auszuübenden Schaltkraft weiter erleichtert
ist.
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Wie 7 zeigt,
sind die Federkapseln 10 und 18 in Umfangsrichtung
der Welle 1 um etwa 180° gegeneinander
versetzt. Die Kräfte,
die einerseits von der Kugel 11 der Federkapsel 10 und
andererseits von der Kugel 17 der Federkapsel 18 auf
die Schürzen 5, 5' ausgeübt werden,
heben sich somit zumindest zum Teil untereinander auf, so dass hierdurch
nur geringe oder keine Lagerkräfte
zwischen der Welle 1 und dem Flansch 26 resultieren.
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- 1
- Welle
- 2
- Muffe
- 3
- Muffe
- 4
- Flansch
- 5
- Schürze
- 6
- Wählhebel
- 7
- Schalthebel
- 8
- Schaltfinger
- 9
- Rinne
- 10
- Federkapsel
- 11
- Kugel
- 12
- Hauptrinne
- 13
- Seitenrinne
- 14
- Scheibe
- 15
- Ring
- 16
- Punkt
- 17
- Kugel
- 18
- Federkapsel
- 19
- Rinne
- 20
- Rampe
- 21
- Rampe
- 22
- Längsachse
der Welle 1
- 23
- Basis
der Rampe 20
- 24
- Basis
der Rampe 21
- 25
- Getriebegehäuse
- 26
- Flansch
- 27
- Kapselmantel
- 28
- Kapselboden
- 29
- Kopfstück
- 30
- Druckfeder
- 31
- Schulter
- 32
- Schraube
- 33
- Sechskant