DE10029527A1

DE10029527A1 - Elektro-pneumatische Schalteinheit

Info

Publication number: DE10029527A1
Application number: DE2000129527
Authority: DE
Inventors: Reinhard Birk
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2002-01-10

Abstract

Bei einer elektro-pneumatischen Schalteinheit für ein Fahrzeuggetriebe (6) mit einem pneumatisch geschalteten Bereichsgruppengetriebe (14), dessen Schaltungen manuelle vom Fahrzeugführer an einem Schalthebel (16) vorwählbar sind, ist eine Sperreinrichtung (54) zur mechanischen Unterbindung der manuellen Schaltung nicht zulässiger Übersetzungsverhältnisse des Fahrzeuggetriebes (6) und eine Einrichtung (42) zur Unterbindung der pneumatischen Schaltung nicht zulässiger Übersetzungsverhältnisse des Fahrzeuggetriebes (6) vorgesehen. Die Sperreinrichtung (54) und die Einrichtung (42) werden von einer gemeinsamen Betätigungseinrichtung (56, 66, 78) gesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektro-pneumatische Schalteinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Getriebe von größeren Nutzfahrzeugen sind in einen Hauptgetriebeteil, ein Splitgruppengetriebe und ein Be reichsgruppengetriebe aufgeteilt. Moderne Getriebe vor al lem in Nutzfahrzeugen weisen dabei eine durch eine Pneuma tik unterstützte Schalteinrichtung auf, die pneumatische Schaltungen im Splitgruppengetriebe und im Bereichsgruppen getriebe durchführt, während die Schaltungen im Hauptge triebeteil manuell vom Fahrzeugführer durchgeführt werden und dabei in der ausübenden Kraft durch die Pneumatik un terstützt werden können.

Zur Steuerung von heute üblichen Kraftfahrzeuggetrie ben werden in zunehmendem Maße elektronische Anordnungen vorgesehen. Diese Anordnungen dienen, neben anderen Zwec ken, auch der Verhinderung von Schaltungen im Getriebe, die auf Grund sonstiger Bedingungen, wie insbesondere zu hoher Fahrzeuggeschwindigkeit bezogen auf den zu schalten beab sichtigten Gang, nicht zulässig sind.

Eine derartige pneumatische Schalteinrichtung mit Schutzmechanismen gegen falsches Betätigen ist beispielhaft aus der Deutschen Offenlegungsschrift 24 47 860 bekannt geworden. Die beschriebene Einrichtung ist mit ihren ver schiedenen Elementen aufgelöst am gesamten Getriebe ver teilt vorgesehen, so daß zwischen den einzelnen pneumati schen Elementen aufwendig verzweigte Luftleitungen notwen dig sind und eine Vielzahl elektrischer Leitungen von einzelnen Elementen zur elektronischen Steuereinrichtung ge legt werden müssen. Die Bauteile umfassen ein Hauptab schaltventil für die Pneumatik und einen Gassensperrzylin der.

Die Auslösung der pneumatischen Schaltung eines Gruppenge triebes wir durch ein pneumatisches Ventil am Schalthebel durchgeführt. Dies führt in Einzelfällen dazu, daß der Fah rer trotz aktivierter Gassensperre die falsche Gasse anwäh len kann, weil der Druckaufbau im Gassensperrzylinder in folge der Leitungslängen zu langsam erfolgt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinrichtung zu schaffen, die eine vereinfachte Anordnung am Getriebe ermöglicht und Fehlschaltungen ver hindert.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schalteinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausgestaltungen sind Gegen stand von Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird eine elektro-pneumatische Schalt einheit für ein Fahrzeuggetriebe mit einem pneumatisch ge schalteten Bereichsgruppengetriebe vorgeschlagen, dessen Schaltungen manuell vom Fahrzeugführer an einem Schalthe bel 16 vorwählbar sind. Die Schalteinheit umfaßt eine Sper reinrichtung zur mechanischen Unterbindung der manuellen Schaltung nicht zulässiger Übersetzungsverhältnisse des Fahrzeuggetriebes und eine Einrichtung zur Unterbindung der pneumatischen Schaltung nicht zulässiger Übersetzungsver hältnisse des Fahrzeuggetriebes. Die Sperreinrichtung zur mechanischen Unterbindung der manuellen Schaltung und die Einrichtung zur Unterbindung der pneumatischen Schaltung werden von einer gemeinsamen Betätigungseinrichtung gesteuert. In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt die Sper reinrichtung zur mechanischen Unterbindung der manuellen Schaltung einen pneumatischen Kolben mit einer Kolbenstange und in einer Ausgestaltung umfaßt die Einrichtung zur Un terbindung der pneumatischen Schaltung ein über einen Stift mechanisch betätigtes pneumatisches 3/2-Wegeventil. Die Kolbenstange und der Stift wirken in einer Ausführungsform mechanisch aufeinander ein und bilden die gemeinsame Betä tigungseinrichtung. In einer Ausgestaltung umfaßt die Schalteinrichtung eine Schaltwelle, die mit ihrer Oberflä chenkontur auf die gemeinsame Betätigungseinrichtung ein wirkt, und bei einer Ausführungsform sind die Sperreinrich tung zur mechanischen Unterbindung der manuellen Schaltung und die Einrichtung zur Unterbindung der pneumatischen Schaltung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläu tert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung mit Anordnung des Getriebes;

Fig. 2 einen Typischen Schaltgriff mit Schaltbild;

Fig. 3 eine erste Ausgestaltung der Schalteinheit mit Kupplungsauslöseventil;

Fig. 4 die Anordnung von Gassensperrzylinder und Hauptabschaltventil;

Fig. 5 die Kontur an der Schaltwelle in Draufsicht;

Fig. 6 die Kontur im Querschnitt;

Fig. 7 die Kontur im Längsschnitt und

Fig. 8 eine alternative Kontur.

Die Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 2 mit einer Antriebsma schine 4, einem Getriebe 6 und einer dazwischen angeordnete Kupplung 8. Das Getriebe 6 weist einen Hauptgetriebe teil 10, ein Splitgruppengetriebe 12 und ein Bereichsgrup pengetriebe 14 auf. Der Hauptgetriebeteil 10 wird manuell durch den Fahrzeugführer über einen Schalthebel 16 geschal tet. Das Getriebe 6 ist über Verbindungsleitungen 18 mit einer elektronischen Steuereinrichtung 20 verbunden.

Die Fig. 2 zeigt einen Schalthebel 16 in einer vergrö ßerten Darstellung für ein Schaltbild 28, das als "Überla gertes-H" bezeichnet wird. Seitlich am Schalthebel 16 ist ein Kippschalter 22 zur Vorwahl der Schaltung des Split gruppengetriebes 12 angeordnet. An der Vorderseite des Schalthebels 16 ist ein weiterer Kippschalter 24 vorgese hen, über den das Bereichsgruppengetriebe 14 geschaltet wird. Bei beiden Kippschaltern 22, 24 handelt es sich um elektrische Schalter, die über eine elektrische Verbin dungsleitung 26 mit der Steuereinrichtung 20 verbunden sind. Bei einer Schaltung mit einem Schaltbild 28 ist in den Vorwärtsgängen jede Endstellung des Schalthebels 16 zwei Übersetzungsstufen zugeordnet, die sich jeweils um den Übersetzungssprung des Bereichsgruppengetriebes 14 unter scheiden. Bei der Kipphebelstellung "langsam" sind die Übersetzungsverhältnisse eins bis vier und der Rückwärts gang geschaltet, bei Kipphebelstellung "schnell" sind die Gänge fünf bis acht geschaltet. Die Neutralstellung des Hauptgetriebeteils 10 befindet sich in der Gasse zwischen den Übersetzungsverhältnissen drei und vier.

Den Wechsel des Bereichsgruppengetriebes 14 muß der Fahr zeugführer mittels des Kippschalters 24 am Schalthebel 16 vorwählen. Der Wechsel wird ausgeführt, sobald im Hauptge triebeteil 10 manuell die Neutralstellung eingelegt wird.

Das Splitgruppengetriebe 12 wird in den Positionen "L" oder "S" mit dem Kippschalter 22 seitlich am Schalthebel 16 vorgewählt und durch die Betätigung der Kupplung 8 geschal tet. Dazu zeigt die Fig. 3 ein pneumatisches Kupplungsaus löseventil 30, das in einer Leitung 32 zwischen einem Luft vorrat 34 und zwei elektropneumatischen 3/2-Wege-Venti len 36 und 38 angeordnet ist. Das Kupplungsauslöseventil 30 läßt nur Luft zu den Ventilen 36 und 38 zu, wenn das Kupp lungspedal betätigt wird. Die Ventile 36 und 38 sind mit der elektronischen Steuereinrichtung 20 verbunden und wer den in Abhängigkeit der Schalterstellung des Kippschalters 22 am Schalthebel 16 angesteuert. Bei getretenem Kupplungs pedal wird entweder Luft in die linke oder in die rechte Kammer des Schaltzylinders 40 des Splitgruppengetriebes 12 eingelassen, wobei dann die jeweils andere Kammer über die Ventile 36 bzw. 38 entlüftet wird.

Wie bereits ausgeführt muß der Fahrzeugführer den Wechsel des Bereichsgruppengetriebes 14 mittels des Kipp schalters 24 am Schalthebel 16 vorwählen. Der Wechsel wird dann ausgeführt, sobald im Hauptgetriebeteil 10 manuell die Neutralstellung eingelegt wird. In der Neutralstellung gibt ein mechanisch an die Schaltbewegung gekoppeltes Hauptab schaltventil 42 die Luft vom Luftvorrat 34 frei zu zwei elektropneumatischen 3/2-Wege-Ventilen 44 und 46. Die Ven tile 44 und 46 sind mit der elektronischen Steuereinrich tung 20 verbunden und werden in Abhängigkeit der Schalter stellung des Kippschalters 24 am Schalthebel 16 angesteu ert. Bei Erkennen der Neutrallage durch das Hauptabschalt ventil 42 wird entweder Luft in die linke oder in die rech te Kammer des Schaltzylinders 48 des Bereichsgruppengetrie bes 14 eingelassen, wobei dann die jeweils andere Kammer über die Ventile 44 bzw. 46 entlüftet wird.

Um Fehlschaltungen zu vermeiden, müssen in der Schalt einrichtung zusätzliche Absicherungen getroffen werden. Dazu ist ein Gassensperrzylinder 54 vorgesehen, der ober halb einer bestimmten Abtriebsdrehzahl des Getriebes 6 das Schalten von der rechten Schaltgasse des Schaltbildes 28 in die linke Schaltgasse verhindert, d. h. das Schalten von der dritten oder vierten Übersetzungsstufe in die erste oder zweite Übersetzungsstufe wird verhindert. Dies soll den Fahrzeugführer davor bewahren, irrtümlich in die erste statt in die fünfte Übersetzungsstufe zu schalten, wenn er vergessen hat, mit dem Kippschalter 24 die schnelle Über setzung in dem Bereichsgruppengetriebe vorzuwählen. Die Abtriebsdrehzahl des Getriebes 6 wird von einem Sensor 50 erfaßt und als Signal an die elektronische Steuereinrich tung 20 weitergegeben. Die Steuereinrichtung 20 gibt bei zu hoher Abtriebsdrehzahl ein Signal an ein elektropneumati sches 3/2-Wege-Ventil 52 ab, das Luft aus dem Luftvorrat 34 über die Leitung 80 zu dem Gassensperrzylinder 54 gelangen läßt, dessen Kolbenstange 56 in die Schaltwelle 58 ein greift und diese arretiert.

Eine Gruppensperre unterdrückt oberhalb einer vorgege benen Fahrzeuggeschwindigkeit das Schalten des Bereichs gruppengetriebes 14 in die langsame Übersetzung und schützt sowohl die Synchronisierung des Bereichsgruppengetriebes 14 als auch die Synchronisierungen des Hauptgetriebeteils 10. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wird über den Sensor 50 ent sprechend der Getriebeabtriebsdrehzahl erfaßt und als Si gnal an die Steuereinrichtung 20 weitergegeben. Die Steuer einrichtung 20 steuert in Abhängigkeit dieses Signals die Ventile 36 bzw. 38 an und läßt ein Schalten in die langsame Übersetzung nur bei Vorliegen entsprechender zulässiger Signale zu. Die Ventile 36, 38, 42, 44, 46 und 52 sind gemeinsam in einem Ventilblock 60 als einem gemeinsamen Ge häuse untergebracht, der unmittelbar an das Schaltgehäuse des Getriebes 6 montiert wird. Dadurch ergibt sich eine kompakte Einheit eines Ventilblocks 60, der am Getriebe 6 angeordnet ist (Fig. 1). Durch die geringen Leitungslängen zwischen den einzelnen Ventilen ergeben sich vorteilhaft kurze Reaktionszeiten und Schaltzeiten. Der Ventilblock 60 kann an ein bestehendes Getriebe angeschlossen werden, ohne daß konstruktive Änderungen des Getriebes erforderlich sind.

Die Fig. 4 zeigt die erfindungsgemäße Zusammenfassung von Gassensperrzylinder 54 und Hauptabschaltventil 42. Der Gassensperrzylinder 54 weist einen Kolben 62 und eine Kol benstange 56 auf. Das Hauptabschaltventil 42 umfaßt einen Stift 66, ein Gehäuse 68 des Ventils 42 und eine Feder 70, mit der der Schieber 72 des Ventils 42 gegen eine Wegbe grenzung 74 des Gehäuses 68 gedrückt wird. Die Kolbenstan ge 56 wirkt mit ihrer Spitze 76 auf eine Kontur 78 an der Schaltwelle 58 ein. Die Kolbenstange 56 betätigt den Stift 66 des Hauptabschaltventils 42, so daß durch eine Verschiebung des Kolbens 62 und damit der Kolbenstange 56 auch eine Betätigung des Hauptabschaltventils 42 über den Stift 66 erfolgt. In Richtung auf die Kontur 78 zu wird der Schieber 72 und damit der Stift 66 durch die Feder 70 be wegt. Dabei macht der Stift 66 die Bewegung der Kolbenstan ge 56 mit, bis das Hauptabschaltventil 42 vollständig ge öffnet ist. Danach ist der Weg des Schiebers 72 durch die Wegbegrenzung 74 begrenzt, während die Kolbenstange 56 mit ihrer Spitze 76 tiefer in die Kontur 78 der Schaltwelle 58 eintauchen kann. Bei vollständiger Öffnung des Hauptab schaltventils 42 kann Luft vom Luftvorrat 34 zu den Venti len 44, 46 gelangen.

Die Kontur 78 ist in der Fig. 5, der Fig. 6 und der Fig. 7 näher erläutert. Die Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf die Kontur 78, während die Fig. 6 einen Querschnitt und die Fig. 7 einen Längsschnitt durch die Kontur 78 zeigt. Im Bereich der Schaltgasse für den dritten und vierten Gang ist die Nut 82 tief ausgebildet. Sie läuft in einer schrä gen Rampe 84 zwischen der Schaltgasse für den ersten und zweiten Gang und der Schaltgasse für den Rückwärtsgang auf eine höhere Ebene 86 aus. Wenn der Gassensperrzylinder 54 aktiviert ist wird die Spitze 76 entlang der Rampe 84 immer in den tiefen Bereich der Nut 82, so daß die Schaltwelle die Position in der Schaltgasse des dritten und vierten Ganges einnimmt. Im Notfall kann der Fahrzeugführer jedoch jederzeit mit einem erhöhten Kraftaufwand diese Rückstell kraft überwinden.

Die Fig. 8 zeigt eine alternative Kontur 78, bei der die Rampe 84 zwischen der Ebene 86 und der Nut 82 sichel förmig ausgebildet ist. Der Gassensperrzylinder 54 und das Hauptabschaltventil 42 sind vorteilhafterweise in das Ge häuse des Ventilblocks 60 integriert.

Aus der beschriebenen erfindungsgemäßen Konfiguration ergeben sich geringe erforderliche Leitungslängen zwischen den beteiligten Bauteilen und dadurch kurze Reaktions- und Schaltzeiten. Zwei wichtige Funktionselemente können zu einem Block verbunden werden. Die erforderlichen Maßnahmen am Fahrzeuggetriebe bleiben auf einer peripheren Ebene und bedingen keinen Eingriff in das Getriebe.

Bezugszeichen

2

Fahrzeug

4

Antriebsmaschine

6

Getriebe

8

Kupplung

10

Hauptgetriebeteil

12

Splitgruppengetriebe

14

Bereichsgruppengetriebe

16

Schalthebel

18

Verbindungsleitung .

20

Steuereinrichtung

22

Kippschalter

24

Kippschalter

26

Verbindungsleitung

28

Schaltbild

30

Kupplungsauslöseventil

32

Leitung

34

Luftvorrat

36

Ventil

38

Ventil

40

Schaltzylinder

42

Hauptabschaltventil

44

Ventil

46

Ventil

48

Schaltzylinder

50

Sensor

52

Ventil

54

Gassensperrzylinder

56

Kolbenstange

58

Schaltwelle

60

Ventilblock

62

Kolben

66

Stift

68

Gehäuse

70

Feder

72

Schieber

74

Wegbegrenzung

76

Spitze

78

Kontur

80

Zeitung

82

Nut

84

Rampe

86

Ebene

Claims

1. Elektro-pneumatische Schalteinheit für ein Fahr zeuggetriebe (6) mit einem pneumatisch geschalteten Be reichsgruppengetriebe (14), dessen Schaltungen manuell vom Fahrzeugführer an einem Schalthebel (16) vorwählbar sind, mit einer Sperreinrichtung (54) zur mechanischen Unterbin dung der manuellen Schaltung nicht zulässiger Übersetzungs verhältnisse des Fahrzeuggetriebes (6) und mit einer Ein richtung (42) zur Unterbindung der pneumatischen Schaltung nicht zulässiger Übersetzungsverhältnisse des Fahrzeugge triebes (6), dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (54) zur mechanischen Unterbindung der manuellen Schaltung und die Einrichtung (42) zur Unterbin dung der pneumatischen Schaltung von einer gemeinsamen Be tätigungseinrichtung (56, 66, 78) gesteuert werden.

2. Elektro-pneumatische Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrein richtung (54) zur mechanischen Unterbindung der manuellen Schaltung einen pneumatischen Kolben (62) mit einer Kolben stange (56) umfaßt.

3. Elektro-pneumatische Schalteinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (42) zur Unterbindung der pneumatischen Schal tung ein über einen Stift (66) mechanisch betätigtes pneu matischen 2/2-Wegeventil umfaßt.

4. Elektro-pneumatische Schalteinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben stange (56) und der Stift (66) mechanisch aufeinander ein wirken und die gemeinsame Betätigungseinrichtung bilden.

5. Elektro-pneumatische Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung eine Schaltwelle (58) umfaßt, die mit ihrer Oberflächenkontur (78) auf die gemeinsame Betäti gungseinrichtung einwirkt.

6. Elektro-pneumatische Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung (54) zur mechanischen Unterbindung der manuellen Schaltung und die Einrichtung (42) zur Unter bindung der pneumatischen Schaltung in einem gemeinsamen Gehäuse (60) angeordnet sind.