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Dokumentenidentifikation DE102006029155A1 27.12.2007
Titel Handschaltgetriebe mit einer Zentralschaltwelle und Verfahren zum Schalten eines solchen
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70327 Stuttgart, DE
Erfinder Bühlmaier, Fritz, Dipl.-Ing., 73547 Lorch, DE
DE-Anmeldedatum 24.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006029155
Offenlegungstag 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse F16H 63/34(2006.01)A, F, I, 20060624, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16H 61/18(2006.01)A, L, I, 20060624, B, H, DE   F16H 59/74(2006.01)A, L, I, 20060624, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine mechanische Ausführung zur Verwirklichung eines "skip-shift" bei einem Handschaltgetriebe.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ein Handschaltgetriebe mit einer Zentralschaltwelle und gemäß Patentanspruch 8 ein Verfahren zum Schalten dieses Handschaltgetriebes.

Seit 1978 gibt es in den USA eine Sondersteuer für Fahrzeuge mit hohem Benzinverbrauch. Diese wird als „Gas Guzzler new car tax" bezeichnet und betrifft Personenkraftwagen – d.h. keine Nutzfahrzeuge – und soll Anreiz zum Kauf von Kraftstoff sparenden Personenkraftwagen schaffen. Um den Kraftstoffverbrauch Fahrzeugen zu vermindern und so auch die Grenzwerte dieser Sondersteuer zu unterschreiten, ist das von der Zahnradfabrik Friedrichshafen hergestellte Getriebe S 6-40 in der Chevrolet Corvette mit einem so genannten „skip-shift" ausgeführt. Die Funktion dieses „skip-shift" kann der Internetseite http://www.bfranker.badz28.com/96SS/skipshift.htm entnommen werden, die das Deaktivieren dieses „skip-shift" darstellt. Demgemäß ist „skip-shift" aktiv, wenn

  • – der erste Gang eingelegt ist,
  • – die Drosselklappe nicht über 35% geöffnet ist,
  • – die Geschwindigkeit zwischen 15 und 21 Meilen pro Stunde liegt,
  • – die Motortemperatur über 77° Celsius liegt.

In diesem Fall wird ein Magnetventil angesteuert, das den zweiten und den dritten Gang blockiert. Es ist also nur noch möglich,

  • – in den dritten Gang zu schalten,
  • – in den vierten Gang zu schalten,
  • – in den fünften Gang zu schalten,
  • – in Neutral zu schalten, bis die Motordrehzahl unter einen Grenzwert fällt, so dass „skip-shift" automatisch deaktiviert wird oder
  • – das Gaspedal zu öffnen, so dass wieder der zweite oder dritte Gang eingelegt werden kann.

Die nicht gattungsgemäße DE 196 10 104 C2 bzw. die korrespondierende US 5809836 betrifft ein automatisiertes Schaltgetriebe, welches üblicherweise auch mit der englischen Abkürzung AMT für „Automated Manual Transmission" bezeichnet wird. Dabei sind sämtliche Gänge automatisiert. Eine Zentralschaltwelle des Schaltgetriebes mit dabei mittels eines Stellkolbens hin und her bewegt. Eine festbremsbare Hülse legt dabei die Bewegungsbahn zum Zielgang fest.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Handschaltgetriebe zu schaffen, dass zusätzlich zur manuell freien Wahl des Zielganges in bestimmten Betriebszuständen zumindest einen bestimmten Zielgang aufzwängt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Vorrichtungsanspruch 1 und Verfahrensanspruch 8 gelöst.

Erfindungsgemäß ist eine auf der Zentralschaltwelle geführt Hülse vorgesehen, die gegenüber der Zentralschaltwelle eine Kulissenführung aufweist. Ist die Hülse frei gegenüber dem Getriebegehäuse, kann sie sich mit der Zentralschaltwelle frei bewegen. Ist sie hingegen gegenüber dem Getriebegehäuse festgelegt, so zwingt die Hülse bzw. Kulissenführung der Zentralschaltwelle eine Bewegungsbahn auf. Damit ist der Handschalthebel nur noch in den durch diese Kulissenführung vorbestimmten Zielgang einlegbar.

Dieser Zielgang kann insbesondere der vierte Vorwärtsgang sein, da damit bei einer üblichen Übersetzungsauslegung des Getriebes die oben genannten Abgasvorschriften eingehalten werden. Je nach Auslegung der Übersetzungen bzw. der Stufensprünge kann der Zielgang zum Erreichen der oben genannten Abgasvorschriften jedoch auch der dritte oder der fünfte Vorwärtsgang sein.

Zur Festlegung der Hülse gegenüber dem Getriebegehäuse kann insbesondere eine Bremse vorgesehen sein. Eine reibschlüssige Verbindung hat gegenüber einer formschlüssigen Verbindung den Vorteil, dass eine stufenlose Festlegung möglich ist und es somit nicht zum Verkanten oder einer Zahn-auf-Zahn-Stellung beim Einrücken in eine „skip-shift-Aktivstellung" kommen kann.

Eine Kraft zur Betätigung dieser Bremse oder einer formschlüssigen Einrichtung kann dem Hydrauliksystem einer Anfahr- und Schaltkupplung für das Handschaltgetriebe entnommen werden. Dieses Anfahr- und Schaltkupplung kann über das Hydrauliksystem fußkraftbetätigt oder Hilfskraftbetätigt sein. In jedem Fall ist keine zusätzliche Hydraulikpumpe für das Festlegen der Hülse notwendig. In Fall der fußkraftbetätigen Anfahr- und Schaltkupplung kann in vorteilhafter Weise sogar gänzlich auf eine Hydraulikpumpe für das Getriebesystem verzichtet werden. Um den hydraulischen Druck von dem Hydrauliksystem der fußkraftbetätigen Schaltkupplung auf die Bremse bzw. die formschlüssige Einrichtung zu leiten, kann in besonders vorteilhafter Weise ein Sitzventil Anwendung finden. Ein solches Sitzventil weist besonders wirksame Dichtflächen auf. Damit treten in technisch zu betrachtenden Zeiträumen keine Leckageverluste am Sitzventil auf, so dass ein Geberzylinder des Hydrauliksystems während der „skip-shift-Aktivstellung" keinen kritischen Hydraulikfluidverlust aufzeigen kann.

Es ist alternativ auf möglich, den für das Festlegen der Hülse notwendigen Hydraulikdruck der Hydraulikpumpe einer Servolenkung zu entnehmen.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung vor.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Dabei zeigen:

1 ein Detail aus einem Handschaltgetriebe, welches eine Hülse mit einer Bremse umfasst und ein schematisch dargestelltes Hydrauliksystem einer Anfahr- und Schaltkupplung, wobei die Hülse mit einer Bremse gegenüber einem Getriebegehäuse festlegbar ist,

2 ein H-Schaltbild, welches sich dem Fahrzeugführer zur Bedienung eines Handschalthebels für ein Handschaltgetriebe gemäß 1 darstellt,

3 eine Ansicht gemäß Schnitt II-II aus 1 und

4 eine Ausgestaltungsalternative der Bremse gemäß 1.

1 zeigt ein Detail aus einem Handschaltgetriebe 1, welches eine Hülse 2 mit einer Scheibenbremse 3 umfasst und eine schematisch dargestellte Kupplungshydraulik 4, mit welcher die Scheibenbremse 3 gegenüber einem Getriebegehäuse 5 des Handschaltgetriebes 1 festlegbar ist.

Der zugehörige Antriebsstrang eines Personenkraftwagens umfasst einen hubraumstarken Antriebsmotor 6, dessen Kurbelwelle mit einer Anfahrkupplung 7 verbunden ist. Mittels dieser Anfahrkupplung 7 wird auch der Kraftfluss für Schaltvorgänge unterbrochen. Dazu ist eine nicht näher dargestellte Getriebeeingangswelle des Handschaltgetriebes 1 mit einer Kupplungsscheibe der Anfahrkupplung 7 verbunden. Das Handschaltgetriebe ist als Vorgelegegetriebe mit manueller Schaltung ausgeführt. Zum Wählen und Schalten der Gänge ist eine Zentralschaltwelle 8 vorgesehen, die mit einem Schaltblech 9 verschweißt ist, welches vier Schaltfinger 10, 11, 12, 13 trägt. Wird die Zentralschaltwelle 8 verschwenkt, so schwenken auch die Schaltfinger 10, 11, 12, 13, so dass jeweils ein Schaltfinger 10 bzw. 11 bzw. 12 bzw. 13 in ein diesem zugeordnetes Schaltmaul einschwenkbar und ausschwenkbar ist. Die Schaltmäuler sind dabei zeichnerisch nicht näher dargestellt und können beispielsweise der DE 196 09 210 C1 bzw. der korrespondierenden US 815263 entnommen werden. Diese Schaltmäuler sind mittelbar an Schaltgabeln bzw. einer Schaltschwinge vorgesehen, so dass mittels Verschwenken der Zentralschaltwelle jeweils zwei Gänge bzw. der Rückwärtsgang auswählbar sind. Wird die Zentralschaltwelle 8 hingegen axial – d.h. in Längsrichtung – verschoben, so wird die jeweilig ausgewählte Schaltgabel bzw. Schaltschwinge geschwenkt, so dass je nach Längsrichtung einer der beiden ausgewählten Gänge bzw. der Rückwärtsgang geschaltet wird.

Zur Kopplung der Zentralschaltwelle 8 an einen manuell vom Fahrzeugführer bedienbaren Handschalthebel 60 ist eine Kupplung 14 vorgesehen, mit der die Axial- und Verschwenkbewegungen übertragbar sind. Die Verbindung zwischen der Kupplung 14 und dem in 2 dargestellten Handschalthebel 60 können beispielsweise zwei Bowdenzüge oder ein Stellgestänge herstellen. Die Bewegungsbahn, innerhalb welcher der Handschalthebel 60 beweglich ist, ist dabei in 2 dargestellt. Dabei sind für sechs Vorwärtsgänge G1 bis G6 drei Schaltgassen 15, 16, 17 vorgesehen. Diese drei Schaltgassen 15, 16, 17 sind durch Bewegung des Handschalthebels 60 entlang einer Wählgasse 18 erreichbar. Um den Handschalthebel 60 von der Stellung bei eingerücktem ersten Vorwärtsgang G1 in die Stellung bei eingerücktem vierten Vorwärtsgang G4 zu verschwenken, muss der Handschalthebel entlang Linie 19 durch

  • – die obere Hälfte der ersten Schaltgasse 15,
  • – die halbe Wählgasse 18 und
  • – die untere Hälfte der zweiten Schaltgasse 16
geschwenkt werden.

Diese Bewegung des Handschalthebels wird durch die kinematische Kopplung an der Zentralschaltwelle 8 umgesetzt. In der Blattebene der Zeichnung wird die Zentralschaltwelle 8 zunächst um knapp die Hälfte des maximal möglichen Axialweges nach rechts verschoben, um eine Gangwechselkupplung des ersten Vorwärtsganges G1 auszurücken. Im Anschluss wird die Zentralschaltwelle 8 um die Hälfte des maximal möglichen Verschwenkwinkels verdreht, so dass der Schaltfinger 10 des ersten Vorwärtsganges G1 aus seinem Schaltmaul herausgeschwenkt wird und der Schaltfinger 12 des vierten Vorwärtsganges G4 in sein Schaltmaul eingeschwenkt wird. Dann wir die Zentralschaltwelle 8 weiter um knapp die Hälfte des maximal möglichen Axialweges nach rechts verschoben, um eine Gangwechselkupplung des vierten Vorwärtsganges G4 einzurücken.

Diese vorgenannte Bewegungsbahn eines „freiwilligen" Schaltens vom ersten Vorwärtsgangs G1 in den vierten Vorwärtsgang G4 wird von einer Kulissenführung 20nachgebildet, die eine Führungsbahn 21 und einen Gleitnocken 22a umfasst. Dabei ist die Führungsbahn 21 in die Hülse 2 eingearbeitet. Diese Hülse 2 ist axialverschieblich und verschwenkbar koaxial auf Zentralschaltwelle 8 gleitgelagert. Ferner ist die Hülse 2 mit Spiel in einer Sacklochbohrung eines Deckels 23 aufgenommen, welcher mit dem Getriebegehäuse 5 verschraubt ist. Koaxial zur Sacklochbohrung und zur Zentralschaltwelle 8 ist die Scheibenbremse 3 ausgerichtet. Dazu ist ein Ringraum 24 in die Stirn des Getriebegehäuses 5 eingefräst. Der Ringraum 24 nimmt einen Ringkolben 25 und einen zwischen dem Ringkolben 25 und einer Ringwand 26 des Getriebegehäuses 5 angeordnete Bremsscheibe 27 auf. Diese Bremsscheibe 27 ist einteilig mit der Hülse 2. Somit ist die Bremsscheibe 27 durch Betätigung des gegen Ringkolbens 25 gegen das Getriebegehäuse 5 festbremsbar, so dass auch die Hülse 2 gegen das Getriebegehäuse 5 festbremsbar ist. Zur Betätigung des Ringkolbens 25 wird ein ringförmiger Druckraum 28 zwischen dem Ringkolben 25 und dem Deckel 23 mit Druck beaufschlagt. Dazu ist der Druckraum 28 über einen Kanal im Deckel 28 und eine an diesen Kanal angeschlossene Leitung 29 mit einem Zwei-Wege-Ventil 30 verbunden, welches als Sitzventil ausgeführt ist. Dieses Zwei-Wege-Ventil 30 weist eine in der Zeichnung dargestellte „skip-shift"-Aktivstellung und eine nicht dargestellte „skip-shift"-Inaktivstellung auf. In der dargestellten „skip-shift"-Aktivstellung steht ein elektromagnetisches Stellglied 37 unter Spannung, so dass entgegen der Kraft einer Feder 36 das Zwei-Wege-Ventil 30 in diese „skip-shift"-Aktivstellung gedrückt wird, so dass Hydraulikdruck von einer Hydraulikleitung 33 zwischen einem Geberzylinder 34 und einem Nehmerzylinder 35 der fußkraftbetätigten Anfahrkupplung 7 abgezweigt wird. Dieser Hydraulikdruck wird auf die Leitung 29 gegeben und setzt bei entsprechender Höhe die Hülse 2 gegen das Getriebegehäuse 5 fest.

Wird hingegen keine Spannung an das elektromagnetische Stellglied 37 angelegt, so verschiebt die Feder 36 das Zwei-Wege-Ventil 30 in die zeichnerisch nicht dargestellte „skip-shift"-Inaktivstellung. In dieser wird lediglich der Hydraulikdruck direkt vom Geberzylinder 34 zum Nehmerzylinder 35 weitergeleitet.

Der Nehmerzylinder kann dabei der schematisch dargestellte Zentralausrücker oder ein dezentraler Ausrücker sein. Ein solcher dezentraler Ausrücker zieht oder drückt über einen Hebel oder eine Schwinge das Ausrücklager.

3 zeigt die Hülse 2 in einem Schnitt gemäß Schnitt II-II aus 1. Dabei ist diametral gegenüber dem Gleitnocken 22a ein weiterer Gleitnocken 22b vorgesehen, der in einer zur ersten Führungsbahn 21 korrespondierenden zweiten Führungsbahn 31 geführt ist. Die beiden Gleitnocken 22a, 22b werden dabei von den Enden eines durchgehenden Bolzens 32 gebildet. Dieser Bolzen 32 ist bewegungsfest gegenüber der Zentralschaltwelle 8. Dazu kann der Bolzen 32 in einer Querbohrung der Zentralschaltwelle 8 verpresst sein. Es kann jedoch auch eine Übergangspassung oder sogar eine Spielpassung vorgesehen sein, da der Bolzen 32 in der Sacklochbohrung des Deckels 23 gegen ein Herausrutschen aus der Querbohrung gesichert ist.

Die Führungsbahnen 21, 32 sind anfangs parallel zur Zentralschaltwelle 8 ausgerichtet. Dann zwingt eine Schräge der Führungsbahnen 21, 32 die Zentralschaltwelle 8 über die Gleitnocken 22a, 22b in die Gasse des vierten Vorwärtsganges G4. Im Anschluss ist die Führungsbahn 21 wieder parallel zur Zentralschaltwelle 8 ausgerichtet.

4 zeigt eine weitere Ausgestaltungsalternative der Bremse zum Festsetzen der Hülse 2a. Anstelle als axial betätigbare Scheibenbremse ist die Bremse als radial betätigbare Bremse ausgeführt. Dabei drückt ein radial zur Zentralschaltwelle 8a ausgerichteter Kolben 50 in der „skip-shift"-Aktivstellung des Zwei-Wege-Ventils eine konkave Bremsfläche 52 eines Bremskolbens 51 gegen die Hülse 2a.

In 2 sind gestrichelt Gassen der alternativen Anordnungsmöglichkeit eines Rückwärtsganges R dargestellt.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Hülse außen nicht rund. Eine runde Form ist dann nicht notwendig, wenn die Hülse nicht außen geführt ist, sondern nur radial innen gegenüber der Zentralwelle geführt ist.

Die Hülse und die Bremsscheibe müssen nicht als einteiliges Bauteil ausgeführt sein. Es ist auch eine mehrteilige Ausführung möglich. Es ist jedoch eine drehfeste Verbindung notwendig. Ferner dürfen die Bremsscheibe und die Hülse nicht gegeneinander axialverschieblich sein. Dazu müssen die Hülse und die Bremsscheibe nicht axial miteinander verbunden sein. Diese beiden Bauteile können auch jeweils axial gegenüber dem Getriebegehäuse bzw. dem Deckel abgestützt sein.

Die Bremse zum Festlegen der Hülse muss nicht reibschlüssig sein. Es kann auch eine formschlüssige Arretierung vorgesehen sein. Jedoch muss diese formschlüssige Arretierung so ausgeführt sein, dass ein Ausfall insbesondere infolge Zahn-auf-Zahn-Stellung verhindert wird.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen handelt es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der beschriebenen Merkmale für unterschiedliche Ausführungsformen ist ebenfalls möglich. Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung gehörenden Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien der Vorrichtungsteile zu entnehmen.


Anspruch[de]
Handschaltgetriebe mit einer Zentralschaltwelle (8), welche gegenüber einem Getriebegehäuse (5) zur Auswahl von Schaltgassen (15, 16, 17) verschwenkbar und zum Ein- und Ausrücken von Gängen axialverschieblich ist, wobei eine gegenüber dem Getriebegehäuse (5) festlegbare Hülse (2) gegenüber der Zentralschaltwelle (8)

– verschwenkbar und axialverschieblich geführt ist und

– eine Kulissenführung (20) aufweist,

die derart ausgestaltet ist, dass der Zentralschaltwelle (8) infolge von Axialverschiebungen Verschwenkbewegungen aufgezwängt werden, wenn die Hülse (2) festgelegt ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Handschalthebel (60) zur Axialverschiebung und zum Verschwenken der Zentralschaltwelle (8) vorgesehen ist.
Handschaltgetriebe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (2) mit einer reibschlüssigen Bremse (Scheibenbremse 3) festlegbar ist. Handschaltgetriebe nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse eine axial wirksame Scheibenbremse (3) ist. Handschaltgetriebe nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse radial wirksam ist. Handschaltgetriebe nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikdruck zum Festlegen der Hülse (2) einer Hydraulikleitung (33) einer Anfahrkupplung (7) des Handschaltgetriebes entnommen wird. Handschaltgetriebe nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck der Hydraulikleitung (33) mittels eines elektromagnetischen Zwei-Wege-Ventils (30) entnommen wird. Handschaltgetriebe nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwei-Wege-Ventil (33) ein Sitzventil ist. Verfahren zum Betrieb eines Handschaltgetriebe nach einem

der vorhergehenden Patentansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

bei festgelegter Hülse (2) vom ersten Gang (G1) ausschließlich in einen vorbestimmten Gang – insbesondere den vierten Gang (G4) – geschaltet werden kann.
Verfahren nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (2) festgelegt wird, wenn

– eine Leistungsanforderung an einen mit dem Handschaltgetriebe gekoppelten Antriebsmotor (6) einen bestimmten Wert unterschreitet,

– ein den ersten Gang (G1) repräsentierender Wert ermittelt wird,

– eine Fahrzeuggeschwindigkeit in einem definierten Bereich liegt und

– eine Öltemperatur des Antriebsmotors (6) über einem Grenzwert liegt.






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