DE10003864B4

DE10003864B4 - Getriebe für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE10003864B4
Application number: DE2000103864
Authority: DE
Inventors: Yngve Thousand Oaks Naerheim
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-02-09
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2020-01-29
Also published as: DE10003864A1

Abstract

Getriebe für ein Fahrzeug, welches folgendes enthält:
eine Antriebswelle (28);
eine Vorgelegewelle (34) mit einem Vorgelegezahnrad (36), das funktional mit der Antriebswelle (28) verbunden ist, um die Vorgelegewelle (34) in Drehung zu versetzen, wobei die Vorgelegewelle (34) mehrere durch die Vorgelegewelle (34) angetriebene Vorgelegezahnräder (36) enthält;
eine Abtriebswelle (40), die mehrere Abtriebszahnräder (38) und mehrere Muffen (42; 57; 72) trägt, die jeweils wenigstens einem Abtriebszahnrad (38) zugeordnet sind, wobei jedes Abtriebszahnrad (38) mit wenigstens einem Vorgelegezahnrad (36) kämmt und jede Muffe (42; 57; 72) zwischen einer in ein zugehöriges Abtriebszahnrad (38) eingerückten Position und einer daraus ausgerückten Position bewegbar ist;
mehrere Stellglieder (44; 56; 70), die jeweils mit wenigstens einer Muffe (42; 57; 72) verbunden sind, wobei durch die Betätigung eines Stellgliedes (44; 56; 70) die zugehörige Muffe (42; 57; 72) zwischen der eingerückten Position und der ausgerückten Position bewegt wird; und
eine Steuervorrichtung...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein Fahrzeuggetriebe und insbesondere einen mit Kraftantrieb versehenen Schaltmechanismus für ein Handschaltgetriebe eines Fahrzeugs.
Ein typisches Handschaltgetriebe enthält mehrere Gänge, die von einem Fahrer gewählt werden können. Normalerweise wählt ein Fahrer einen Gang über eine Reihe von Schritten, bei denen im allgemeinen ein Kupplungspedal gedrückt wird, ein Schalthebel in eine zu dem gewünschten Gang gehörige Position bewegt wird und das Kupplungspedal dann losgelassen wird, um den Motor wieder mit dem Getriebe zu verbinden.
In letzter Zeit wurden Schaltgetriebe mit Schaltorganen entwickelt, die mit einem Kraftantrieb versehen sind und den Fahrer beim Schalten unterstützen. Diese mit einem Kraftantrieb versehenen Schaltorgane arbeiteten im Allgemeinen mit der herkömmlichen Gabelanordnung. Einfach ausgedrückt, der Schalthebel (bzw. das Stellglied) bewegt eine Gabel, die wiederum eine Schaltmuffe in Eingriff mit einem gewünschten Gang bewegt. Die richtige Betätigung des normalen Schaltgetriebes ist für einen Fahrer sehr schwierig, vor allem wenn sich das Schaltgetriebe in einem großen Fahrzeug wie zum Beispiel einem Schwerlastkraftwagen befindet. Es ist eine genaue zeitliche Koordinierung erforderlich, um sicherzustellen, dass das gewünschte Zahnrad entsprechend in die Schaltmuffe eingreift. Außerdem ist bei vielen Schaltgetrieben eine beachtliche Kraft erforderlich, um den Schalthebel zu bewegen und den gewünschten Gang einzulegen. Ein weiterer Nachteil liegt bei dem normalen Schaltgetriebe darin, dass sich die Kupplung in der Nähe des Fahrers befinden muss, damit der Fahrer die Kupplung benutzen kann.
Aus der EP 0 203 732 B1 ist ein Fahrzeuggetriebe mit einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle bekannt. Die Antriebswelle und die Ab triebswelle sind jeweils mit Zahnrändern versehen, die miteinander in Eingriff stehen. Die Zahnräder der Abtriebswelle können mit dieser mittels Muffen gekoppelt werden, die von einer Steuervorrichtung über Stellglieder zwischen einer eingerückten und einer ausgerückten Position verstellt werden können.
Aus den obigen Gründen ist es wünschenswert, ein Schaltgetriebe mit einer alternativen Einrichtung bereitzustellen, die die Schaltmuffen mit den gewünschten Zahnrädern in Eingriff bringt. Ferner ist es wünschenswert, ein solches Schaltgetriebe bereitzustellen, bei dem das Schalten von einem Gang in einen anderen Gang in Reaktion auf eine Eingabe von einem Fahrer erfolgen kann. Ferner wäre es von Vorteil, wenn bei einem solchen Getriebe die Kupplung entfernt vom Fahrer betätigt werden könnte.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorstehend aufgezeigten Probleme werden durch ein Getriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Allgemein gesagt stellt die Erfindung ein Getriebe für ein Fahrzeug bereit. Das Getriebe ermöglicht das kraftbetriebene Schalten eines Schaltgetriebes mit Hilfe mehrerer, in dem Getriebe befindlicher Stellglieder.
Das Getriebe enthält eine Getriebeantriebswelle und eine Vorgelegewelle mit einem Zahnrad, das in die Getriebeantriebswelle eingreift, um die Vorgelegewelle in Drehung zu versetzen. Die Vorgelegewelle enthält mehrere Vorgelegezahnräder, die durch die Vorgelegewelle angetrieben werden. Das Getriebe enthält ferner eine Abtriebswelle, die mehrere Abtriebszahnräder trägt, und mehrere Muffen, denen jeweils wenigstens ein Abtriebszahnrad zugeordnet ist. Jedes Abtriebszahnrad greift in wenigstens ein Vorgelegezahnrad ein, und jede Muffe ist drehfest mit der Abtriebswelle verbunden und zwischen einer in ein zugehöriges Abtriebszahnrad eingerückten Position und einer aus diesem ausgerückten Position entlang der Abtriebswelle verschieblich. Mehrere Stellglieder sind jeweils mit wenigstens einer Muffe verbunden. Durch Betätigung eines Stellglieds wird die Muffe zwischen der eingerückten Position und der ausgerückten Position bewegt. Mit den Stellgliedern ist eine Steuervorrichtung verbunden, und über die Steuervorrichtung kann ein Benutzer jedes Stellglied betätigen. Jede Muffe sorgt für eine drehfeste Verbindung eines zugehörigen Abtriebszahnrades mit der Abtriebswelle, wenn sich die Muffe in der eingerückten Position befindet. Die zugehörigen Abtriebszahnräder drehen sich frei um die Abtriebswelle, wenn sich die zugehörige Muffe in der ausgerückten Position befindet.
Vorzugsweise sind die Stellglieder innerhalb der Querschnittsfläche der Antriebszahnräder aufgenommen. Somit ist kein zusätzlicher Raum erforderlich, wie dies bei der Schaltgabelanordnung nach dem Stand der Technik der Fall war. Die Stellglieder sind vorzugsweise so ausgelegt, dass sie bei jeder von mehreren möglichen Ausführungsformen relativ klein sind.
Die Erfindung ist zwar in einem Getriebe offenbart, doch hat sie auch bei einer Kupplung Vorteile.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsform noch besser ersichtlich. Die der ausführlichen Beschreibung beigefügten Zeichnungen lassen sich wie folgt beschreiben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht eines gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Getriebes;
2 ist eine Stirnansicht längs der Linie 2-2 von 1;
3 zeigt eine Ausführungsform eines Stellglieds;
3a zeigt ein Merkmal der Ausführungsform von 3;
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Stellglieds; und
5 zeigt eine Ausführungsform eines Kupplungsstellglieds.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Ein Getriebe ist in 1 allgemein mit 20 bezeichnet. Das Getriebe ist recht schematisch dargestellt. Ein Motor ist bei 22 schematisch dargestellt. Eine Motorabtriebswelle 24 ist über eine Kupplung 26 mit einer Getriebeantriebswelle 28 verbunden. Ein erstes Ende 31 der Getriebeantriebswelle 28 weist ein Zahnrad 30 auf. Das Zahnrad 30 kämmt mit einem festen Zahnrad 32 an einem ersten Ende 35 einer Vorgelegewelle 34. Durch die Drehung der Getriebeantriebswelle 28 wird also die Vorgelegewelle 34 in Drehung versetzt.
Die Vorgelegewelle 34 enthält mehrere Zahnräder 36. Die Zahnräder 36 weisen verschieden viele Zähne auf, wie in der Technik bekannt ist. Jedes Zahnrad 36 kämmt mit einem Abtriebszahnrad 38, wobei die Abtriebszahnräder ebenfalls verschieden viele Zähne aufweisen. Die Abtriebszahnräder 38 sind auf einer Abtriebswelle 40 gelagert. Die Abtriebszahnräder 38 drehen sich frei um die Abtriebswelle 40 mit einer durch das Übersetzungsverhältnis zwischen den Abtriebszahnrädern 38 und dem zugehörigen Zahnrad 36 bestimmten Geschwindigkeit.
Auf der Abtriebswelle 40 befinden sich außerdem mehrere Muffen 42. Die Muffen 42 sind drehfest mit der Abtriebswelle 40 verbunden und zwischen einer eingerückten Position und einer ausgerückten Position entlang der Abtriebswelle 40 verschieblich, wie nachfolgend beschrieben wird. Die Muffen 42 greifen in die Abtriebszahnräder 38 ein, wie in der Technik bekannt ist. Jeder Muffe 42 ist ein Stellglied 44 (schematisch dargestellt) und wenigstens ein Abtriebszahnrad 38 zugeordnet. Stromleitungen 46 verbinden jedes Stellglied 44 mit einer Steuervorrichtung 48. Die Stellglieder 44 befinden sich vorzugsweise neben oder in den Abtriebszahnrädern 38, wie in dieser Figur zu sehen ist. Vor allem sind die Stellglieder 44 relativ klein und passen vorzugsweise in die Querschnittsfläche der Abtriebszahn räder 38. Dies vermindert die erforderliche Fläche. Die Steuervorrichtung 48 enthält mehrere Eingabetasten 50 zum Veranlassen eines Schaltvorgangs. Die Steuervorrichtung 48 betätigt ein entsprechendes Stellglied 44, um einen Schaltvorgang auszulösen.
Wenn ein Stellglied 44 betätigt wird, gleitet die zugehörige Muffe 42 an der Abtriebswelle 40 entlang. Beispielsweise führt die Betätigung eines Stellgliedes 44 dazu, dass eine Muffe 42 in Richtung des Pfeiles 52 gleitet. Wenn ein zugehöriges Stellglied 44 betätigt wird, gleitet die Muffe 42 an der Abtriebswelle 40 entlang und bewegt sich von einer aus dem zu der Muffe 42 gehörigen Abtriebszahnrad 38 ausgerückten Position in eine darin eingerückte Position. Wenn eine Muffe 42 in ein Abtriebszahnrad 38 eingreift, wird das Abtriebszahnrad 38 drehfest mit der Abtriebswelle 40 verbunden. Wie oben erläutert, sind die Abtriebszahnräder 38 frei drehbar um die Abtriebswelle 40, wenn sich eine zugehörige Muffe 42 in der ausgerückten Position befindet.
Die Stellglieder 44 können auch so ausgelegt sein, dass sie eine zugehörige Muffe 42 in eine erste Richtung und in eine zweite Richtung bewegen, wie durch den Doppelpfeil 54 gezeigt. Durch Bewegen der Muffe 42 in eine erste Richtung wird die Muffe 42 zwischen einer aus einem zugehörigen Abtriebszahnrad 38 ausgerückten Position und einer darin eingerückten Position bewegt. Ebenso wird die Muffe 42 durch Bewegen der Muffe 42 in eine zweite Richtung zwischen einer aus einem zugehörigen Abtriebszahnrad 38 ausgerückten Position und einer darin eingerückten Position bewegt.
2 ist eine Stirnansicht längs der Linie 2-2 von 1. 2 zeigt ein Verfahren zur Schaffung einer Muffe 42, die drehfest mit der Abtriebswelle 40 verbunden ist und an der Abtriebswelle 40 entlang verschieblich ist. Weitere Verfahren sind in der Technik bekannt. Gemäß 2 enthält die Abtriebswelle 40 mehrere Stege 60, die jeweils in einer im Inneren jeder Muffe 42 befindlichen Keilnut 62 aufgenommen sind. Durch die Stege 60 und die Keilnuten 62 kann die Muffe 42 also drehfest mit der Abtriebswelle 40 verbunden werden und an der Abtriebswelle 40 entlang verschieblich sein. Wie hier ge zeigt, ist die Muffe 42 von einer Vielzahl von Zähnen 64 umgeben, durch die die Muffe 42 in das Abtriebszahnrad 38 eingreifen kann, das einen entsprechenden Satz Zähne 66 aufweist. Das Abtriebszahnrad 38 enthält äußere Zähne 68, die in Zahnräder 36 eingreifen.
Die Stellglieder 44 können jeden Typ aus einer Vielzahl von bekannten Stellgliedtypen enthalten. Beispielsweise können die Stellglieder 44 ein piezoelektrisches Stellglied, ein magnetostriktives Stellglied, ein Hybridstellglied, ein elektrisches Stellglied oder ein magnetisches Stellglied enthalten. Derartige Stellglieder sind in der Technik bekannt. Spezielle Stellglieder werden im folgenden beschrieben.
Insbesondere reagiert ein magnetostriktives Material auf ein externes Magnetfeld, indem es sich in reproduzierbarer Weise linear expandiert und zusammenzieht. Das magnetostriktive Material reagiert in einer vorhersagbaren, wiederholbaren und im wesentlichen verzögerungsfreien Art und Weise. Das Material kann einem Lastwechsel mit sehr hohen Frequenzen bei sehr geringer Ermüdung unterworfen werden. Entsprechend besteht in 3 ein Stellglied 56 aus einem magnetostriktiven Material. Die Verwendung einer solchen Muffe ist in 3 gezeigt. Eine Muffe 57 ist an dem Abtriebszahnrad 38 befestigt. Ein magnetostriktives Element 58 wird betätigt, um ein externes Magnetfeld zu ändern, und bewirkt, dass sich das magnetostriktive Element 58 expandiert oder ausdehnt, wie in 3a bei 100 und 102 gestrichelt dargestellt, und die Muffe 57 und das Abtriebszahnrad 38 drehfest mit der Abtriebswelle 40 verbindet. Im wesentlichen greift das Element 58 in eine Innenbohrung 61 der Muffe 57 ein.
4 zeigt eine Muffe 72, die mit einem aus einem Material wie beispielsweise einem piezoelektrischen Material bestehenden Stellglied 70 verbunden ist. Wenn das Stellglied 70 erregt wird, expandiert es und drückt die Muffe 72 nach links, wie in dieser Figur gezeigt. Dadurch kommt sie mit dem Abtriebszahnrad 38 in Eingriff. Beispielsweise stellt ein Anschlag 71 sicher, dass sich das Stellglied 70 beim Expandieren nach links bewegt, um in das Abtriebszahnrad 38 einzugreifen.
5 zeigt ein Stellglied 80 zur Betätigung der Kupplung 26; die Kupplung 26 kann dabei überall im Antriebsstrang angeordnet sein, da der Fahrer die Kupplung 26 nicht betätigt. Das Stellglied 80 kann ähnlich sein wie die oben beschriebenen. Die in der vorliegenden Anmeldung offenbarten anderen Stellgliedtypen könnten also anstelle des Stellglieds 80 verwendet werden. Wenn sich das Stellglied 80 in der veranschaulichten Position befindet, ist die Kupplung 26 ausgerückt. Wenn das Stellglied 80 betätigt wird (Position 81, gestrichelt dargestellt), ist die Kupplung 26 eingerückt. Im eingerückten Zustand sind die Wellenabschnitte 82 und 83 miteinander verbunden. Die Abschnitte 82 und 83 sind nicht miteinander verbunden, wenn das Stellglied 80 ausgerückt ist. Die Eingriffsstruktur ist wiederum bekannt.

Claims

Getriebe für ein Fahrzeug, welches folgendes enthält: eine Antriebswelle (28); eine Vorgelegewelle (34) mit einem Vorgelegezahnrad (36), das funktional mit der Antriebswelle (28) verbunden ist, um die Vorgelegewelle (34) in Drehung zu versetzen, wobei die Vorgelegewelle (34) mehrere durch die Vorgelegewelle (34) angetriebene Vorgelegezahnräder (36) enthält; eine Abtriebswelle (40), die mehrere Abtriebszahnräder (38) und mehrere Muffen (42; 57; 72) trägt, die jeweils wenigstens einem Abtriebszahnrad (38) zugeordnet sind, wobei jedes Abtriebszahnrad (38) mit wenigstens einem Vorgelegezahnrad (36) kämmt und jede Muffe (42; 57; 72) zwischen einer in ein zugehöriges Abtriebszahnrad (38) eingerückten Position und einer daraus ausgerückten Position bewegbar ist; mehrere Stellglieder (44; 56; 70), die jeweils mit wenigstens einer Muffe (42; 57; 72) verbunden sind, wobei durch die Betätigung eines Stellgliedes (44; 56; 70) die zugehörige Muffe (42; 57; 72) zwischen der eingerückten Position und der ausgerückten Position bewegt wird; und eine Steuervorrichtung (48), die mit den Stellgliedern (44; 56; 70) verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung (48) einem Benutzer die Betätigung der Stellglieder (44; 56; 70) ermöglicht; wobei jede Muffe (42; 57; 72) das zugehörige Abtriebszahnrad (38) drehfest mit der Abtriebswelle (40) verbindet, wenn sich die Muffe (42; 57; 72) in der eingerückten Position befindet, und das zugehörige Abtriebszahnrad (38) um die Abtriebswelle (40) frei drehbar ist, wenn sich die Muffe (42; 57; 72) in der ausgerückten Position befindet, und wobei die Stellglieder (44; 56; 70) axial zwischen zwei Abtriebszahnrädern (38) angeordnet sind und radial innerhalb einer Querschnittsfläche der Abtriebszahnräder (38) positioniert sind.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Muffen (42; 57; 72) axial zwischen der eingerückten und_, der ausgerückten Position bewegen.
Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder (44; 56; 70) piezoelektrische Stellglieder enthalten.
Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder elektromagnetische Stellglieder enthalten.
Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellglieder (44; 56; 70) magnetostriktive Elemente enthalten.
Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Abtriebszahnräder (38) die ein magnetostriktives Element aufweisenden Stellglieder (44; 56; 70) enthält, wobei das magnetostriktive Element in Reaktion auf ein Antriebssignal von einem zugehörigen Stellglied (44; 56; 70) zwischen einem expandierten Zustand und einem zusammengezogenen Zustand bewegbar ist, wobei das magnetostriktive Element eines der Abtriebszahnräder (38) an der Abtriebswelle (40) befestigt, wenn es sich im expandierten Zustand befindet, und wobei das magnetostriktive Element zulässt, dass sich das Abtriebszahnrad (38) frei um die Abtriebswelle (40) dreht, wenn es sich im zusammengezogenen Zustand befindet.
Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Muffe (42; 57; 72) sowohl einem ersten Abtriebszahnrad (38) als auch einem zweiten Abtriebszahnrad (38) zugeordnet ist, wobei die Muffe (42; 57; 72) durch Bewegung in eine erste Richtung mit dem ersten Abtriebszahnrad (38) in Eingriff kommt und durch Bewegen in eine zweite Richtung mit dem zweiten Abtriebszahnrad (38) in Eingriff kommt.
Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (40) eine Vielzahl von Stegen (60) enthält, und die mehreren Muffen (42; 57; 72) jeweils eine Vielzahl von Keilnuten (62) zur Aufnahme der Vielzahl von Stegen (60) enthält, wobei die Keilnu ten (62) und die Stege (60) die Muffen (42; 57; 72) drehfest mit der Abtriebswelle (40) verbinden und zulassen, dass die Muffen (42; 57; 72) zwischen der eingerückten Position und der ausgerückten Position an der Abtriebswelle (40) entlanggleiten.
Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (44; 56; 70) innerhalb einer Querschnittsfläche des Abtriebszahnrades (38) angeordnet ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Stellglieder (44; 56; 70) innerhalb einer Querschnittsfläche von einem der Abtriebszahnräder (38) angeordnet ist.