-
Die Erfindung betrifft ein Gangstellermodul für eine Getriebeschaltung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse, einem beweglichen Element und einer Schaltgabel, die einen Mitnehmerarm aufweist, der in eine Ausnehmung des beweglichen Elements eingreift.
-
Gangstellermodule sind Teil eines Getriebes. Sie dienen dazu, die Verstellbewegung zu erzeugen, um zwischen verschiedenen Gängen des Getriebes schalten zu können. Üblicherweise enthalten Gangstellermodule mehrere bewegliche Elemente, die hydraulisch oder elektromechanisch betätigt in Aufnahmen verstellt werden, um unterschiedliche Gänge einzulegen. Der Hub dieser beweglichen Element wird auf unterschiedliche Schaltgabeln übertragen, die mit Schaltmuffen des Getriebes gekoppelt sind, um diese axial zu verstellen. Hierdurch werden unterschiedliche Gangstufen aktiviert oder deaktiviert. Die Schaltgabeln sind über Mitnehmerarme, die in Ausnehmungen in den beweglichen Elementen eingreifen, mit den beweglichen Elementen gekoppelt. Die Kraftübertragung erfolgt hierbei über Mitnehmerflächen der Mitnehmerarme, die an Stellflächen der Ausnehmungen anliegen.
-
Im Betrieb der Gangstellermodule verformen sich die Mitnehmerarme der Schaltgabeln aufgrund der unvermeidbaren Materialelastizität bei der Betätigung. Dies führt zu einem Kippmoment auf das bewegliche Element, das das bewegliche Element aus seiner koaxialen Lage mit der Aufnahme drängt und somit einen höheren Verschleiß an den Kontaktflächen zwischen dem beweglichen Element und der Aufnahme verursacht. Außerdem wirkt sich bei hydraulisch betätigten beweglichen Elementen das Kippmoment aufgrund der asymmetrischen Belastung negativ auf die Dichtigkeit der Dichtungen des beweglichen Elements aus, insbesondere bei niedrigen Temperaturen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gangstellermodul bereitzustellen, das eine ungleichmäßige Belastungen des beweglichen Elements und damit auf das bewegliche Element wirkende Kippmomente vermeidet.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Gangstellermodul für eine Getriebeschaltung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse, einem beweglichen Element und einer Schaltgabel, die einen Mitnehmerarm aufweist, der in eine Ausnehmung des beweglichen Elements eingreift. Die Ausnehmung erstreckt sich von einer Außenseite des beweglichen Elements über dessen Mittelachse bzw. Mittellängsachse hinaus in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse des beweglichen Elements in dieses hinein. Dabei weist die Ausnehmung zwei einander in axialer Richtung gegenüberliegende Stellflächen auf, die mit Mitnehmerflächen zusammenwirken, die auf voneinander abgewandten Seiten des Mitnehmerarms angeordnet sind. Ferner sind die Stellflächen, in einem Schnitt betrachtet, der durch die Mittelachse des beweglichen Elements und die Mittelachse der Ausnehmung verläuft, jeweils in einem ersten Abschnitt konvex, der sich von der Mittelachse in Richtung der Außenseite des beweglichen Elements erstreckt. Die Mitnehmerflächen, in einem Schnitt betrachtet, der durch die Mittelachse des beweglichen Elements und die Mittelachse der Ausnehmung verläuft, erstrecken sich hierbei jeweils in einem ersten Abschnitt von radial außerhalb des beweglichen Elements bis zur Mittelachse des beweglichen Elements und in einem zweiten Abschnitt von der Mittelachse in Richtung des freien Endes des Mitnehmerarms. Die Mitnehmerflächen sind dabei im zweiten Abschnitt konvex. Es wurde erkannt, dass im Unterschied zum Stand Technik, bei dem die Stellflächen und Mitnehmerflächen plan bzw. eben ausgebildet sind, mit dem erfindungsgemäß gestalteten Gangstellermodul die im Betrieb auf den beweglichen Element wirkenden Kippmomente reduziert werden. Die gebogenen Stell- und Mitnehmerflächen stellen dabei nämlich sicher, dass die Kontaktflächen aneinander abrollen können und dadurch der gedachte Kontaktpunkt bei einer Verformung des Mitnehmerarms sehr viel weniger in radialer Richtung wandert, als dies bei Kontaktflächen der Fall ist, die im Ausgangszustand eben sind. Aufgrund des Abrollens werden die Kräfte von den Stellflächen im beweglichen Element auf die Mitnehmerflächen des Mitnehmerarms hauptsächlich zentral übertragen, d.h. im Bereich der Mittelachse.
-
Hierbei können die ersten Abschnitte der Stellflächen in einem Schnitt betrachtet, der durch die Mittelachse des beweglichen Elements und die Mittelachse der Ausnehmung verläuft, jeweils einen ersten Radius von kleiner als 50 mm haben. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass der Mitnehmerarm in den ersten Abschnitten ausreichend Spielraum zum Verbiegen hat, wenn die Schaltgabel betätigt wird.
-
In einer Ausführungsform beträgt der erste Radius zwischen 10 mm und 34 mm, insbesondere zwischen 20 mm und 24 mm. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Mitnehmerflächen im ersten Abschnitt stets definiert an den Stellflächen anliegen, um Kippmomente zu vermeiden.
-
In einer weiteren Ausführungsform sind die ersten Abschnitte der Mitnehmerflächen, in einem Schnitt betrachtet, der durch die Mittelachse des beweglichen Elements und die Mittelachse der Ausnehmung verläuft, jeweils konkav und haben einen Radius, der mindestens so groß wie der erste Radius ist. Im Sinne der Erfindung kann zumindest einer der ersten Abschnitte der Mitnehmerflächen einen Radius aufweisen, der gegen unendlich geht, so dass der zugehörige erste Abschnitt im Wesentlichen eben ist. Dies hat den Vorteil, dass sich der Mitnehmerarm in den ersten Abschnitten unter Belastung so verbiegen kann, dass dadurch Kippmomente gar nicht oder nur in geringem Maße auf das bewegliche Element wirken.
-
Ferner kann vorgesehen sein, dass die zweiten Abschnitte der Mitnehmerflächen, in einem Schnitt betrachtet, der durch die Mittelachse des beweglichen Elements und die Mittelachse der Ausnehmung verläuft, jeweils einen zweiten Radius von kleiner als 200 mm haben. Somit hat der Mitnehmerarm in den zweiten Abschnitten ausreichend Spielraum, um sich bei Betätigung der Schaltgabel zu verbiegen.
-
Hierbei kann der zweite Radius zwischen 50 mm und 140 mm betragen, insbesondere zwischen 90 mm und 100 mm. Diese Gestaltung stellt sicher, dass die Mitnehmerflächen im ersten Abschnitt stets definiert an den Stellflächen anliegen, so das Kippmomente vermieden werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform sind die Stellflächen, in einem Schnitt betrachtet, der durch die Mittelachse des beweglichen Elements und die Mittelachse der Ausnehmung verläuft, jeweils in einem zweiten Abschnitt eben, der sich von der Mittelachse vom ersten Abschnitt der Stellflächen weg erstreckt, insbesondere senkrecht zur Mittelachse des beweglichen Elements. Hierdurch ist der Spielraum zwischen den Stellflächen und Mitnehmerflächen jeweils im zweiten Abschnitt ausreichend groß, so dass Kippmomente vermieden werden, wenn sich die Schaltgabel bei Betätigung verbiegt.
-
Gemäß einer Ausführungsform schneidet die Mittelachse des beweglichen Elements, in einem Schnitt betrachtet, der durch die Mittelachse des beweglichen Elements und die Mittelachse der Ausnehmung verläuft, die Mitnehmerflächen so, dass jeweils die radiale Ausdehnung des ersten Abschnitts der Mitnehmerfläche maximal 500% der radialen Ausdehnung des zweiten Abschnitts der entsprechenden Mitnehmerfläche beträgt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Mitnehmerarm ausreichend weit über die Mittelachse des beweglichen Elements hinaus in die Ausnehmungen hineinragt, so dass zuverlässig die Kräfte zentral von den Stellflächen auf die Mitnehmerflächen übertragen werden, wenn die Schaltgabel mittels des beweglichen Elements betätigt wird.
-
Zusätzlich oder alternativ können die Stellflächen, in einem Schnitt betrachtet, der durch die Mittelachse des beweglichen Elements und die Mittelachse der Ausnehmung verläuft, jeweils einen zweiten Abschnitt haben. Hierbei schneidet die Mittelachse des beweglichen Elements, in einem Schnitt betrachtet, der durch die Mittelachse des beweglichen Elements und die Mittelachse der Ausnehmung verläuft, die Stellflächen so, dass jeweils die radiale Ausdehnung des ersten Abschnitts der Stellfläche maximal 300% der radialen Ausdehnung des zweiten Abschnitts der entsprechenden Stellfläche beträgt. Hierdurch sind die Stellflächen relativ zur Mittelachse so angeordnet, dass sowohl in den ersten Abschnitten als auch in den zweiten Abschnitten ausreichend Kontaktfläche für die Mitnehmerflächen zur Verfügung steht, um zuverlässig sicherzustellen, dass die Betätigungskräfte zentral übertragen werden.
-
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Stellflächen, in einem Schnitt betrachtet, der durch die Mittelachse des beweglichen Elements und die Mittelachse der Ausnehmung verläuft, jeweils einen zweiten Abschnitt haben. Dabei geht jeweils der erste Abschnitt der Stellflächen und Mitnehmerflächen in den zweiten Abschnitt der entsprechenden Stellfläche bzw. Mitnehmerfläche ohne eine Kante oder Stufe über. Somit wird sichergestellt, dass sich die Kräfte, die bei Betätigung auf das bewegliche Element wirken, nicht sprunghaft ändern, wenn sich die Schaltgabel verbiegt und sich dadurch die Bereiche ändern in denen die Mitnehmerflächen an den Stellflächen anliegen.
-
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 in einer perspektivischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Gangstellermodul mit mehreren beweglichen Elementen und Schaltgabeln,
- - 2 einen Schnitt durch ein bewegliches Element und eine mit dem beweglichen Element gekoppelte Schaltgabel des Gangstellermoduls aus 1, und
- - 3 in einer Detailansicht der 2 einen Mitnehmerarm der Schaltgabel, der in eine Ausnehmung des beweglichen Elements eingreift.
-
In 1 ist ein Gangstellermodul 10 für eine Getriebeschaltung eines Kraftfahrzeugs gezeigt, das ein Gehäuse 12 mit Aktoren 14 sowie mehrere Schaltgabeln 16 aufweist, die mittels der Aktoren 14 in axialer Richtung A auf einer Welle 18 des Gangstellermoduls 10 verschiebbar sind.
-
Die Aktoren 14 haben jeweils eine Aufnahme 20 (siehe 2) und ein bewegliches Element 22, das in sowie entgegen der axialen Richtung A in der Aufnahme 20 verschiebbar gelagert ist.
-
Die Aktoren 14 sind hierbei jeweils mit einer der Schaltgabeln 16 über einen Mitnehmerarm 24 der Schaltgabel 16 gekoppelt, der in eine Ausnehmung 26 im beweglichen Element 22 radial eingreift.
-
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Aktoren 14 Hydraulikzylinder und die beweglichen Elemente 22 entsprechend Stellkolben und die Aufnahmen 20 Kolbenaufnahmen.
-
In einer alternativen Ausführungsform können die Aktoren elektromechanisch betätigt sein. In diesem Fall sind die beweglichen Elemente 22 beispielsweise Stellelemente und die Aufnahmen 20 Führungen, in denen die Stellelemente entsprechend geführt sind.
-
Anhand der 2 und 3, die jeweils einen Schnitt durch die Mittelachse K des beweglichen Elements 22 und die Mittelachse M der Ausnehmung 26 zeigen, wird im Folgenden anhand eines Aktor-Schaltgabel-Paars 14, 16 exemplarisch erläutert, wie die Kopplung gestaltet ist.
-
Die Ausnehmung 26 erstreckt sich von einer der Schaltgabel 16 zugewandten Außenseite 28 des beweglichen Elements 22 radial in das bewegliche Element 22 hinein und über die Mittelachse K des beweglichen Elements 22 hinaus.
-
Hierbei hat die Ausnehmung 26 zwei einander in axialer Richtung A gegenüberliegende Stellflächen 30, 31, die sich jeweils in einem ersten Abschnitt 32 von der Außenseite 28 bis zur Mittelachse K und in einem zweiten Abschnitt 34 von der Mittelachse K bis zu einem Ende 36 der Ausnehmung 26 erstrecken.
-
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Ende 36 durch einen Boden der Ausnehmung 26 gebildet. In einer alternativen Ausführungsform kann das Ende 36 beliebig gestaltet sein, beispielsweise als Öffnung an der der Schaltgabel 16 abgewandten Außenseite 38 des beweglichen Elements 22.
-
Der erste Abschnitt 32 geht hierbei jeweils in den zweiten Abschnitt 34 stetig, d.h. ohne Sprung oder Stufe, sowie ohne eine Kante zu bilden über.
-
Ferner ist hierbei der erste Abschnitt 32 der Stellflächen 30, 31 konvex geformt und erstreckt sich jeweils mit einem Radius R1 von 22 mm von der Außenseite 28 bis zur Mittelachse K.
-
In einer alternativen Ausführungsform kann lediglich ein Teil des ersten Abschnitts 32 der Stellflächen 30, 31 konvex geformt sein, beispielsweise wenn eine Fase am Übergang zur Außenseite 28 vorgesehen ist.
-
In allen Ausführungsformen sind die Stellflächen 30, 31 jedoch im ersten Abschnitt 32, d.h. zumindest in einem Abschnitt des ersten Abschnitts 32, konvex geformt.
-
Ferner kann der Radius R1 in einer weiteren Ausführungsform beliebig groß sein. Vorzugsweise ist der Radius R1 jedoch kleiner als 50 mm oder beträgt zwischen 10 mm und 34 mm, insbesondere zwischen 20 mm und 24 mm.
-
Der zweite Abschnitt 34 der Stellflächen 30, 31 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eben und erstreckt sich jeweils senkrecht zur Mittelachse K von der Mittelachse K bis zum Ende 36 der Ausnehmung 26.
-
In einer alternativen Ausführungsform kann lediglich ein Teil des zweiten Abschnitts 34 der Stellflächen 30, 31 eben geformt sein.
-
Grundsätzlich können die Stellflächen 30, 31 unterschiedlich zueinander gestaltet sein. Beispielsweise kann sich in einer Ausführungsform der Radius R1 der Stellfläche 30 vom Radius R1 der Stellfläche 31 unterscheiden.
-
Die Kanten, die den Übergang zwischen den Stellflächen 30, 31 und dem Ende 36 der Ausnehmung 26 bilden, weisen hierbei eine Verrundung auf, die jedoch für die Kopplungsfunktion nicht von Bedeutung ist.
-
Der Mitnehmerarm 24 hat zwei in axialer Richtung A entgegengesetzt zueinander angeordnete Mitnehmerflächen 40, 41, die in der Ausnehmung 26 jeweils einer der Stellflächen 30, 31 gegenüberliegen und mit diesen zusammenwirken, wenn das bewegliche Element 22 in oder entgegen der axialen Richtung A verstellt wird, um die Schaltgabel 16 zu betätigen und entsprechend auf der Welle 18 zu verstellen.
-
Die Mitnehmerflächen 40, 41 erstrecken sich hierbei jeweils in einem ersten Abschnitt 42 von einem Grundkörper 44 der Schaltgabel 16, der außerhalb des beweglichen Elements 22 angeordnet ist, radial bis zur Mittelachse K des beweglichen Elements 22 und in einem zweiten Abschnitt 46 von der Mittelachse K bis zu einem freien Ende 48 des Mitnehmerarms 24.
-
Der erste Abschnitt 42 geht hierbei jeweils in den zweiten Abschnitt 46 stetig, d.h. ohne Sprung oder Stufe, sowie ohne eine Kante zu bilden über.
-
Ferner ist hierbei der erste Abschnitt 42 der Mitnehmerfläche 40 konkav geformt und erstreckt sich mit einem Radius R2 von 24 mm von dem Grundkörper 44 bis zur Mittelachse K, während der erste Abschnitt 42 der Mitnehmerfläche 41 konkav geformt ist und sich mit einem Radius R3 von 200 mm von dem Grundkörper 44 bis zur Mittelachse K erstreckt.
-
In einer alternativen Ausführungsform kann lediglich ein Teil des ersten Abschnitts 42 der Mitnehmerflächen 40, 41 konkav geformt sein.
-
Grundsätzlich können die Mitnehmerflächen 40, 41 jeweils im ersten Abschnitt 42 beliebig geformt sein.
-
Vorzugsweise ist jedoch zumindest die Mitnehmerfläche 40 im ersten Abschnitt 42, d.h. zumindest in einem Abschnitt des ersten Abschnitts 42, konkav geformt.
-
Ferner können die Radien R2, R3 in einer weiteren Ausführungsform jeweils beliebig groß sein, insbesondere mindestens so groß wie der Radius R1 der entsprechend gegenüberliegenden Stellfläche 30, 31.
-
Der zweite Abschnitt 46 der Mitnehmerflächen 40, 41 ist jeweils konvex geformt und erstreckt sich mit einem Radius R4 von 95 mm von der Mittelachse K bis zum freien Ende 48 des Mitnehmerarms 24.
-
In einer alternativen Ausführungsform kann lediglich ein Teil des zweiten Abschnitts 46 der Mitnehmerflächen 40, 41 konvex geformt sein.
-
In allen Ausführungsformen sind die Mitnehmerflächen 40, 41 jedoch im zweiten Abschnitt 46, d.h. zumindest in einem Abschnitt des zweiten Abschnitts 46, konvex geformt.
-
Ferner kann der Radius R4 in einer weiteren Ausführungsform beliebig groß sein. Vorzugsweise ist der Radius R4 jedoch kleiner als 200 mm oder beträgt zwischen 50 mm und 140 mm, insbesondere zwischen 90 mm und 100 mm.
-
Grundsätzlich können die Mitnehmerflächen 40, 41 unterschiedlich zueinander geformt sein. Beispielsweise kann sich in einer Ausführungsform der Radius R4 der Mitnehmerfläche 40 vom Radius R4 der Mitnehmerfläche 41 unterscheiden.
-
Die Kanten, die den Übergang zwischen den Mitnehmerflächen 40, 41 und dem freien Ende 48 des Mitnehmerarms 24 bilden, weisen hierbei eine Verrundung auf, die jedoch zusätzlich zum konvexen Abschnitt des zweiten Abschnitts 46 vorgesehen ist und insbesondere für die Kopplung von dem beweglichen Element 22 und der Schaltgabel 16 nicht weiter von Bedeutung ist.
-
Das Verhältnis der radialen Ausdehnung C des ersten Abschnitts 42 gegenüber der radialen Ausdehnung D des zweiten Abschnitts 46 beträgt bei den Mitnehmerflächen 40, 41 im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 3 zu 1, d.h. der erste Abschnitt 42 ist in radialer Richtung etwa dreimal so lang, wie der zweite Abschnitt 46.
-
Grundsätzlich kann das Verhältnis der radialen Ausdehnung C des ersten Abschnitts 42 gegenüber der radialen Ausdehnung D des zweiten Abschnitts 46 beliebig groß sein.
-
In einer Ausführungsform ist die radiale Ausdehnung C des ersten Abschnitts 42 maximal 5 mal so groß wie die radiale Ausdehnung D des zweiten Abschnitts 46.
-
Das Verhältnis der radialen Ausdehnung E des ersten Abschnitts 32 gegenüber der radialen Ausdehnung F des zweiten Abschnitts 34 beträgt bei den Stellflächen 30, 31 im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 2 zu 1, d.h. der erste Abschnitt 32 ist in radialer Richtung etwa doppelt so lang, wie der zweite Abschnitt 34.
-
Grundsätzlich kann das Verhältnis der Radialausdehnung E des ersten Abschnitts 32 gegenüber der radialen Ausdehnung F des zweiten Abschnitts 34 beliebig groß sein.
-
In eine Ausführungsform ist die Radialausdehnung E des ersten Abschnitts 32 maximal dreimal so groß wie die radiale Ausdehnung F des zweiten Abschnitts 34.
-
Beim Betätigen der Schaltgabel 16 in axialer Richtung A liegt die Schaltgabel 16 über die Mitnehmerfläche 40 an der Stellfläche 30 am beweglichen Element 22 an. Hierbei wird die Kraft im Bereich der Mittelachse K des beweglichen Elements 22 sowie in Richtung der Mittelachse K vom beweglichen Element 22 auf die Schaltgabel 16 übertragen.
-
Gleiches gilt bei einer Betätigung der Schaltgabel entgegen der axialen Richtung A, bei der die Schaltgabel 16 über die Mitnehmerfläche 41 an der Stellfläche 31 am beweglichen Element 22 anliegt.
-
Auch bei hohen Belastungen, bei denen sich der Mitnehmerarm der Schaltgabel 16 aufgrund der unvermeidbaren Materialelastizität verformt, gewährleisten die gebogenen Stellflächen 30, 31 in Verbindung mit den gebogenen Mitnehmerflächen 40, 41, dass die Mitnehmerflächen 40, 41 an den Stellflächen 30, 31 abrollen können und somit die Kraft im Bereich der Mittelachse K vom beweglichen Element 22 auf die Schaltgabel 16 übertragen wird.
-
Auf diese Weise werden Kippmomente auf das bewegliche Element 22 reduziert bzw. vermieden.
-
Hierdurch ist ein Gangstellermodul 10 bereitgestellt, das eine definierte Kopplung der Schaltgabeln 16 mit den beweglichen Elementen 22 auch bei hoher Belastung sichergestellt.
